專利名稱：費(fèi)-托氏過(guò)程的廢水利用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及碳?xì)浠衔锖铣煞磻?yīng)器的廢水產(chǎn)物的處理。更具體地說(shuō)，本方法用于將位于氣化器下游的碳?xì)浠衔锖铣煞磻?yīng)器的廢 水產(chǎn)物再循環(huán)返回至氣化器的供料中。
背景技術(shù)：
把碳?xì)浠衔锊牧蠚饣蔀楹铣蓺怏w的方法和優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)中業(yè)已 公開。在高溫氣化過(guò)程中，合成氣體通常是由固體的可燃燒的有機(jī)燃 料產(chǎn)生的，比如煤，殘余石油，木材，焦油砂，油頁(yè)巖，以及城市的、 農(nóng)業(yè)的或工業(yè)的廢物。在氣化步驟之前，這些固體的可燃燒的有機(jī)燃 料一般經(jīng)粉碎和與水混合，以形成料漿。料漿形式的固體的可燃燒的 有機(jī)燃料隨后在氣化反應(yīng)器內(nèi)與可反應(yīng)的含氧氣體，比如空氣或氧反 應(yīng)，以獲得合成氣體。在氣化反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)內(nèi)，固體的可燃燒的有 機(jī)燃料與含游離氧的氣體接觸，任選地有溫度抑制劑(如蒸汽)參與。 在反應(yīng)區(qū)內(nèi)，內(nèi)容物一般將達(dá)到溫度約1700T (930'C)至約3000下 (1650°C )范圍，以及更典型地在溫度約2000T (1100°C )至約2800°F (1540°C)范圍內(nèi)。壓力典型地在約1大氣壓(100KPa)至約250大 氣壓(25，000KPa)，以及更典型地在約15大氣壓(1500KPa )至約 150大氣壓(1500KPa )范圍內(nèi)。在典型的氣化過(guò)程中，合成氣體基本上含有氫， 一氧化碳和少量 的雜質(zhì)，比如水，二氧化碳，硫化氫，硫化碳酰，氨和氮。合成氣體 在利用于下游過(guò)程之前， 一般經(jīng)處理以消除或顯著地減少雜質(zhì)的數(shù)量?；蛟S最好的已知的這種方法就是費(fèi)-托氏(Fischer-Tropsch )方 法，它包括一氧化碳的催化氫化，以產(chǎn)生一系列的尺寸和功能范圍的 產(chǎn)物，由甲烷至較高分子量的化合物。費(fèi)-托氏(Fischer-Tropsch) 反應(yīng)或其它碳?xì)浠衔锖铣蛇^(guò)程的主要產(chǎn)物液流通常含有碳?xì)浠?物、乙醇，其它充氧的碳?xì)浠衔?，以及廢水產(chǎn)物或冷凝物。這種冷 凝物典型地含有水和碳?xì)浠衔?、乙醇，其它的充氧?如果其可溶 性極限允許)；水是占優(yōu)勢(shì)的組分。要求的碳?xì)浠衔锂a(chǎn)物通?？梢?借助技術(shù)上已知的方式從剩余的液體相或冷凝物分離出。這種分離經(jīng) 常是不完全的，和時(shí)常冷凝物存在于某些較低分子量的碳?xì)浠衔飪?nèi) 以及充氧物處于液體相內(nèi)。這種污染的冷凝物具有小的或沒(méi)有商業(yè)價(jià) 值。已知的充氧物引起腐蝕，而碳?xì)浠衔锟梢鹋菽Ｒ虼?，冷?物通常通過(guò)昂貴的水處理裝置，在這里進(jìn)行典型的水處理步驟，比如 乙醇洗提，厭氧分解以及生物氧化，以便從清潔水中除去污染物。這 種水處理裝置具有高的投資和工作費(fèi)用，但考慮現(xiàn)有的環(huán)境規(guī)則，這 種處理是必須的和因而是不可避免的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明總的涉及處理來(lái)自碳?xì)浠衔锖铣煞磻?yīng)器的廢水或冷凝 物。更具體地說(shuō)，本發(fā)明說(shuō)明傳送廢水至一個(gè)氣化器以及隨后使其與 有機(jī)燃料、蒸汽和氧在高溫和高壓下反應(yīng)，以便把廢水轉(zhuǎn)化為合成氣 體。
本發(fā)明中還包括一個(gè)方法，在這里位于氣化器下游的一個(gè)碳?xì)浠?合物合成反應(yīng)器的廢水再循環(huán)返回至氣化器，以及隨后與有機(jī)燃料、 蒸汽和氧在高溫和高壓下反應(yīng)，以便轉(zhuǎn)化廢水成為合成氣體。
本發(fā)明的另 一特點(diǎn)是處理來(lái)自位于氣化器下游的碳?xì)浠衔锖铣?反應(yīng)器的廢水。此氣化器位于固體的可燃燒的有機(jī)燃料的料漿準(zhǔn)備步 驟的下游。在本實(shí)施例中，廢水再循環(huán)返回至料漿準(zhǔn)備步驟，在這里
此料漿隨后供給至氣化器，在這里與蒸汽和氧在高溫和高壓下反應(yīng)，以便轉(zhuǎn)化廢水與固體的可燃燒的有機(jī)燃料成為合成氣體。廢水內(nèi)的充 氧物提供了補(bǔ)充的氧至氣化器，以及廢水內(nèi)的碳?xì)浠衔镌黾恿嗽跉?化器內(nèi)燃燒的有機(jī)燃料的數(shù)量以產(chǎn)生合成氣體。這樣降低了總費(fèi)用， 而又消除了大量的潛在的環(huán)境責(zé)任。
本發(fā)明幾乎消除了新鮮水和處理水補(bǔ)充至料漿準(zhǔn)備步驟的需要， 當(dāng)料漿準(zhǔn)備、氣化和碳?xì)浠衔锖铣蛇^(guò)程按下述結(jié)合到一起時(shí)，消除 了廢水排放/處理裝置的需要。
本發(fā)明的這些和其它特點(diǎn)將通過(guò)本發(fā)明的實(shí)施例的下列說(shuō)明而更 完整地表達(dá)出來(lái)。


下面參見

本發(fā)明，附圖中
圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。它具體地示出費(fèi)一托式 Fischer-Tropsch方法的水再循環(huán)返回至煤料漿準(zhǔn)備段制備料漿。
具體實(shí)施例方式
在這里使用的術(shù)語(yǔ)和短語(yǔ)有意識(shí)地具有下列含義
"固體的可燃燒的有機(jī)燃料"是指任何固體的可燃燒的有機(jī)材料， 比如煤，殘余石油，木材，焦油砂，油頁(yè)巖，以及城市的、農(nóng)業(yè)的或 工業(yè)的廢料。這一定義的范圍包括可以用于氣化過(guò)程以產(chǎn)生合成氣體 的任何固體的可燃燒的有機(jī)燃料。
"處理水"是指不同于來(lái)自碳?xì)浠衔锖铣煞磻?yīng)器的廢水的任何用 于制造料漿的水。術(shù)語(yǔ)"處理水"的范圍包括任何組分的材料，其占 優(yōu)勢(shì)的組分是水。
"料漿"是指固體的可燃燒的有機(jī)燃料和水的結(jié)合，在其中水是處 理水或來(lái)自碳?xì)浠衔锖铣煞磻?yīng)器的廢水。見美國(guó)專利4,887,383、 4，722，740、 4,477,259和4，242，098，這些文件說(shuō)明了 一些已知的生產(chǎn)料 漿方法。上述文件結(jié)合作為本發(fā)明的參考和根據(jù)。
"氣化，，是指一種過(guò)程，在其中各種碳?xì)浠衔锶剂峡梢越柚诟叻磻?yīng)溫度和壓力下的局部氧化而轉(zhuǎn)化成為合成氣體。在典型的氣化過(guò) 程中，碳?xì)浠衔锶剂吓c含游離氧的氣體接觸，比如空氣或氧，任選 地有溫度抑制劑(如蒸汽)參與。在反應(yīng)區(qū)內(nèi)，內(nèi)容物一般達(dá)到溫度
約1700°F (930。C)至約3000T ( 1650。C )范圍，以及更典型地在溫 度約2000T (1100。C )至約2800T ( 1540。C )范圍內(nèi)。壓力典型地在 約1大氣壓(100Kpa)至約250大氣壓(25，000KPa ),以及更典型 地在約15大氣壓(1500KPa)至約150大氣壓(1500KPa )范圍內(nèi)。 見美國(guó)專利3,945,942，該專利說(shuō)明一個(gè)局部氧化燃燒器組件。見美國(guó) 專利5,656,044，該專利說(shuō)明有機(jī)材料的氣化用的方法和裝置。見美國(guó) 專利5，435，940、 4，851，013,和4,159,238，這些專利說(shuō)明一些已知的氣 化過(guò)程。這些文件結(jié)合作為本發(fā)明的參考和根據(jù)。
"合成氣體"是指氣休混合物，它基本上是含有氫、 一氧化碳和少 量雜質(zhì)，如水，二氧化碳，硫化氫，硫化碳酰，氨和氮。在本定義的 范圍內(nèi)包括經(jīng)過(guò)處理以消除或減少任何雜質(zhì)的數(shù)量的任何合成氣體， 只要主要的組分是氫和一氧化碳。
"碳?xì)浠衔锖铣纱呋瘎?是指轉(zhuǎn)化合成氣體成為碳?xì)寤衔锂a(chǎn)物 的催化劑，比如費(fèi)-托氏(Fischer-Tropsch)催化劑。普通的催化劑 是在氧化鋁載體上的鈷和鐵。其它的第VIII族金屬，比如釕和鋨也是 活性的。其它研究過(guò)的作為催化劑單獨(dú)的金屬包括錸、鉬和鉻。這些 催化劑的活性通常借助添加各種金屬而獲得增加，包括添加銅、鈰、 錸、錳、鉑、銥、銠、鉬、鴒、釕或鋯。許多其它的金屬也可以使用， 在本發(fā)明的范圍內(nèi)包括可以使合成氣體轉(zhuǎn)化成為碳?xì)浠衔锂a(chǎn)物的全 部催化劑。見美國(guó)專利5，780，391、 5,162,284、 5,102,581、 4，801，573 和4，686，238，這些文件說(shuō)明某些不同類型的催化劑，它們可以用于由 合成氣體生產(chǎn)碳?xì)浠衔?。上述文件結(jié)合作為本發(fā)明的參考和根據(jù)。
"廢水"或"來(lái)自碳?xì)浠衔锖铣煞磻?yīng)器的廢水"是指碳?xì)浠衔?合成反應(yīng)器的產(chǎn)物液流中的冷凝物或水部分。這種廢水典型地含有水 作為占優(yōu)勢(shì)的組分，以及在碳?xì)浠衔锖铣煞磻?yīng)器內(nèi)產(chǎn)生的其它水溶 性化合物，比如碳?xì)浠衔?、乙醇、羧酸和其它被它們單?dú)的可溶性極限限定的充氧物。
在這里"反應(yīng)產(chǎn)物"是指碳?xì)浠衔锖铣煞磻?yīng)器的任何產(chǎn)物，不
包括廢水。費(fèi)-托氏(Fischer-Tropsch)反應(yīng)的典型的產(chǎn)物包括由d 至C2。。或更高的碳?xì)浠衔?，并帶有在d至Cso范圍內(nèi)產(chǎn)生的碳?xì)浠?合物塊。典型地，由40至80%碳?xì)浠衔锂a(chǎn)生的是直鏈的烯烴和石 蠟。費(fèi)-托氏反應(yīng)還產(chǎn)生不同數(shù)量的二氧化碳和充氧的組分，包括各 種酸，比如醋酸、甲酸、丙酸；醇類，比如甲醇、乙醇、丙醇和更高 的醇；乙醛、甲酮和酯類。典型地，這些充氧的化合物含有1至20% (重量)的費(fèi)-托氏反應(yīng)產(chǎn)物以及由于它們的水溶性可以在廢水內(nèi)被發(fā) 現(xiàn)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，來(lái)自碳?xì)浠衔锖铣煞磻?yīng)器的廢水被 傳送至氣化反應(yīng)器，以轉(zhuǎn)化為合成氣體。這樣做的結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn)許 多過(guò)程和經(jīng)濟(jì)利益。首先，或許是最重要的，廢水可以被處理，并使 得沒(méi)有對(duì)環(huán)境有害的影響。本發(fā)明提供了一種廢水的處理方案，提供 了帶有完全內(nèi)部水再循環(huán)的碳?xì)浠衔锏暮铣蛇^(guò)程。與傳統(tǒng)的水處理 裝置有關(guān)的大的投資和工作費(fèi)用雖然沒(méi)有取消但可以顯著地降低。此 外，廢水內(nèi)的充氧物也可以降低氣化器的氧要求，以及因而降低氣化 器的工作費(fèi)用。
本發(fā)明的第二實(shí)施例是使來(lái)自碳?xì)浠衔锖铣煞磻?yīng)器的廢水再循 環(huán)至料漿準(zhǔn)備步驟，在這里固體的可燃燒的有機(jī)燃料，比如煤，殘余 石油，木材，焦油砂，油頁(yè)巖以及城市的、農(nóng)業(yè)的或工業(yè)的廢料被粉 碎和與水混合，以形成料漿。此料漿隨后供給至氣化器，在這里與蒸 汽和氧在高溫和高壓下反應(yīng)。除了環(huán)境的、水處理的投資的和工作的 費(fèi)用的節(jié)約以及氣化器工作的費(fèi)用的節(jié)約已在前面討論外，本實(shí)施例 還減少了料漿準(zhǔn)備步驟的處理水的要求。因此，與固體的碳?xì)浠衔?材料氣化準(zhǔn)備有關(guān)的費(fèi)用也可以降低。
本發(fā)明第二實(shí)施例的說(shuō)明示于圖1。說(shuō)明書中的標(biāo)號(hào)與圖1中的 標(biāo)號(hào)一致。下面的實(shí)施例以煤作為固體的有機(jī)燃料，但是本發(fā)明的總 概念適用于其它固體的有機(jī)燃料，比如，殘余石油或木材，焦油砂，油頁(yè)巖，城市的、農(nóng)業(yè)的和工業(yè)的廢料，以及其它技術(shù)中已知的固體 的有機(jī)燃料。
固體的煤通過(guò)管路2供給至煤料漿準(zhǔn)備裝置6。煤料漿準(zhǔn)備裝置6 是技術(shù)上已知的任何加工裝置，它細(xì)致地粉碎煤和將所獲的細(xì)煤顆粒 分散在含水的介質(zhì)中，以提供含水的煤料漿8。在本實(shí)施例中，含水 介質(zhì)是管路4供給的處理水形式的水，以及/或管路26供給的費(fèi) -托 氏過(guò)程的廢水。含水的煤料漿8隨后供給至氣化器14。
在氣化器14內(nèi)，煤料漿8在高溫和高壓下與氧10和蒸汽12反應(yīng)， 從而局部氧化供給料漿成為合成氣體18。含有二氧化碳(C02)和硫 化氫(H2S)的酸性氣體借助技術(shù)中已知的氣體凈化和處理系統(tǒng)從合 成氣體18中清除。這樣做是因?yàn)椋绻嫉暮铣蓺怏w經(jīng)過(guò)凈化以清 除雜質(zhì)，如二氧化碳和硫化氫，以及較清潔的氫和一氧化碳混合物供 給至反應(yīng)器，隨后的費(fèi)-托氏反應(yīng)器20的效率可以改進(jìn)。
合成氣體18隨后傳送至費(fèi)-托氏反應(yīng)器20,在這里它轉(zhuǎn)化成為 尾氣22，費(fèi)-托氏液體24和費(fèi)-托氏廢水26。費(fèi)-托氏液體24和費(fèi) -托氏廢水通常含有Cs+碳?xì)浠衔?，水，充氧化合物和少量的溶?的尾氣。費(fèi)-托氏液體24和費(fèi)-托氏廢水26隨后借助技術(shù)中已知的 任何方式彼此分離，比如用冷卻和液相分離，以便把碳?xì)浠衔锱c水 分離。費(fèi)-托氏廢水26典型地含有水和碳?xì)浠衔?，乙醇，其它充?物(如果其溶解性極限允許)；水是占優(yōu)勢(shì)的組分。尾氣22和費(fèi)-托 氏液體24—起含有上述的"反應(yīng)產(chǎn)物"，以及它們的使用，儲(chǔ)存或繼 續(xù)處理在本發(fā)明范圍外。
費(fèi) -托氏廢水隨后再循環(huán)返回至煤料漿準(zhǔn)備裝置6以便與固體煤 2和處理水4混合，以形成料漿8。再循環(huán)費(fèi)-托氏廢水至料漿準(zhǔn)備步 驟的一個(gè)補(bǔ)充的代替的方案是再循環(huán)全部或部分廢水直接至氣化器， 如液流27所示。再循環(huán)廢水直接至氣化器可能要求高價(jià)的高壓泵以及 改進(jìn)氣化器供給噴射噴嘴以適應(yīng)補(bǔ)充的液流。在觀察每種情況后，本 專業(yè)技術(shù)人員應(yīng)該理解，本發(fā)明的最佳實(shí)施例包括再循環(huán)廢水至料漿 準(zhǔn)備步驟?？紤]到前述，本專業(yè)技術(shù)人員應(yīng)該理解和認(rèn)識(shí)，本發(fā)明的一個(gè)說(shuō) 明的實(shí)施例，是氣化來(lái)自碳?xì)浠衔锖铣煞磻?yīng)器的廢水。它可以包括 再循環(huán)廢水至位于碳?xì)浠衔锖铣煞磻?yīng)器上游的氣化器，或者可以包 括傳送廢水至不與碳?xì)浠衔锖铣煞磻?yīng)器連接的氣化器。
本發(fā)明的另一實(shí)施例是在供給至氣化反應(yīng)器的料漿的生產(chǎn)中使用 廢水。它在該包括廢水與固體的可燃燒的有機(jī)燃料和處理水的混合(如 果需要)，以形成料漿以及隨后在氣化反應(yīng)器內(nèi)處理料漿。
本發(fā)明的另一實(shí)施例是改進(jìn)的碳?xì)浠衔锏暮铣蛇^(guò)程。此過(guò)程包 括混合固體的可燃燒的有機(jī)燃料與廢水和處理水(如果需要)，以形 成料漿。料漿隨后借助在氣化反應(yīng)器內(nèi)的高溫下與蒸汽和氧反應(yīng)而轉(zhuǎn) 化成為合成氣體。合成氣體隨后與碳?xì)浠衔锖铣纱呋瘎┙佑|，以形 成反應(yīng)產(chǎn)物和廢水。反應(yīng)產(chǎn)物與廢水分離，和再循環(huán)返回至與固體的 可燃燒的有機(jī)燃料和處理水混合，以形成料漿。
本發(fā)明的其它說(shuō)明的實(shí)施例是供給組分至 一 個(gè)氣化反應(yīng)器以及混 合組元以獲得供給組分的方法。組分含有固體的可燃燒的有機(jī)燃料和 廢水。此組分也可含有處理水(如果需要)。
雖然本發(fā)明的裝置、組分和方法已在最佳實(shí)施例中說(shuō)明，本專業(yè) 技術(shù)熟練人員應(yīng)該理解，在不脫離本發(fā)明概念和范圍的條件下，各種 改變可應(yīng)用于這里所述的過(guò)程。全部這種類似的代替和改型對(duì)于本專 業(yè)技術(shù)人員是明顯地被認(rèn)為屬于下列權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍和 概念之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種處理來(lái)自碳?xì)浠衔锖铣煞磻?yīng)器的廢水的方法，包括(a)在一個(gè)氣化器的上游混合廢水與固體的可燃燒的有機(jī)燃料，以形成料漿；(b)在所述氣化器內(nèi)氣化料漿以產(chǎn)生合成氣體；(c)在所述氣化器上游的料漿準(zhǔn)備裝置中混合處理水與廢水和固體的可燃燒的有機(jī)燃料；以及(d)直接傳送部分廢水至氣化器。
2. —種碳?xì)浠衔锖铣煞椒?，包?a) 在一個(gè)氣化器的上游，混合固體的可燃燒的有機(jī)燃料與廢水， 以形成料漿；(b) 通過(guò)在所述氣化器內(nèi)氣化料漿而形成合成氣體；(c) 使合成氣體與碳?xì)浠衔锖铣纱呋瘎┙佑|以形成反應(yīng)產(chǎn)物和 廢水；(d) 從反應(yīng)產(chǎn)物中分離出廢水；(e) 再循環(huán)廢水返回至與可燃燒的有機(jī)燃料混合，以形成料漿；(f) 在所述氣化器上游的料漿準(zhǔn)備裝置中混合處理水與廢水和固 體的可燃燒的有機(jī)燃料以形成料漿；以及(g) 直接傳送部分廢水至氣化器。
全文摘要
本發(fā)明總的涉及處理來(lái)自碳?xì)浠衔锖铣煞磻?yīng)器的廢水或冷凝物。更具體地說(shuō)，本發(fā)明提供一種方法，在這里，碳?xì)浠衔锖铣煞磻?yīng)器，比如費(fèi)-托氏反應(yīng)器的廢水被傳送至氣化器，以及隨后在高溫和高壓下與蒸汽和氧反應(yīng)，從而產(chǎn)生合成氣體。廢水也可以再循環(huán)返回至料漿準(zhǔn)備步驟，在這里固體的可燃燒的有機(jī)材料經(jīng)粉碎和與處理水和廢水混合，以形成料漿，在此之后，料漿供給至氣化器，在這里它與蒸汽和氧在高溫和高壓下反應(yīng)，從而產(chǎn)生合成氣體。
文檔編號(hào)C10G2/00GK101302453SQ20081012541
公開日2008年11月12日 申請(qǐng)日期2001年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月28日
發(fā)明者拉利特·S·沙阿 申請(qǐng)人:Ge能源(美國(guó))有限責(zé)任公司