專利名稱：由含碳物質部分氧化而得的末凈化粗煤氣的冷卻方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及由含碳物質部分氧化而得的粗煤氣的冷卻方法和裝置，該含碳物質是由固體和(或)可凝華蒸汽組成的。
如所周知，煤，泥煤、液態(tài)烴和氣態(tài)烴以及其它含碳物質可用氧、空氣或富氧氣體進行部分氧化(即氣化)而轉化為粗煤氣，它是一種氣體混合物，主要含一氧化碳、氫、二氧化碳、蒸汽和氣態(tài)烴。這種氣體混合物也含未反應的碳、殘渣或灰、揮發(fā)鹽和其它可凝華蒸汽，如重金屬釩、鎳的化合物等。根據(jù)所用的方法不同氣化在700～2000℃的溫度和1～120巴的壓力下進行。
在Winnacker-küchlerChemischeTechnologie，第4版，第5卷第262～264和420～438頁上對傳統(tǒng)的氣化方法作了描述。
采用傳統(tǒng)的氣化方法時，將所得的粗煤氣進行冷卻和提純。采用的冷卻方法有幾種通過在氣體冷卻器中進行間接熱交換來冷卻粗煤氣，以產(chǎn)生蒸汽或加熱其它流體流;以及用水或返流煤氣進行驟冷使粗煤氣直接冷卻。
間接冷卻粗煤氣的方法從能源觀點來看是更為有價值的，它根據(jù)出口溫度和氣化物質的不同而有不同的應用方式。
用夾帶床方法進行煤氣化時，煤氣出口溫度高于灰的熔點，用所謂輻射冷卻器使煤氣和殘渣冷卻到渣的固化溫度700～1000℃以下。含固體的粗煤氣在一所謂對流冷卻器中冷卻至200～400℃。這兩種冷卻器都會由于殘渣和凝華蒸汽的沉積物而產(chǎn)生嚴重污垢。
烴類特別是重液態(tài)烴進行夾帶床氣化時，不僅產(chǎn)生上述粗煤氣組分，而且也產(chǎn)生煙灰和重金屬化合物。粗煤氣在一冷卻器冷卻，其溫度由1200～1400℃降至200～400℃，煙灰在冷卻表面形成大量污垢。而且，分離的重金屬化合物使冷卻表面產(chǎn)生腐蝕。
煤、泥煤或其它含碳和灰的物質進行流化床氣化時產(chǎn)生含灰和可凝華蒸汽的粗煤氣。該粗煤氣的出口溫度為700～1000℃，在一冷卻器中冷卻至200～400℃，由于有沉積和結垢固體產(chǎn)生，使冷卻器上產(chǎn)生大量污垢。
在含碳物質如煤、泥煤等進行燃燒即完全氧化的情況下，粗煤氣的冷卻(或煙道氣冷卻)是通過在燃燒室之上產(chǎn)生蒸汽或在部分分離固體之后在一下游蒸汽發(fā)生器內產(chǎn)生蒸汽而實現(xiàn)的。隨著所用原料中鹽含量的增加，蒸汽發(fā)生器會產(chǎn)生大量污垢，如果鹽含量太高會使廢熱回收無法再進行。
通常說來，粗煤氣的間接冷卻法的特點在于冷卻表面逐漸產(chǎn)生污垢，結果使設備發(fā)生故障而停車。
眾所周知的減少污垢的方法如煙灰吹除、敲打、聲沖擊或提供特大的加熱表面均收效甚微。特別是所用的燃料含鹽量很高時，煤氣冷卻表面迅速產(chǎn)生污垢，煤氣通道迅速阻塞。
本發(fā)明的目的就是要基本避免粗煤氣冷卻時由于冷卻表面產(chǎn)生污垢而帶來的困難。
達到本發(fā)明的目的的方法是在一使用固體添加劑的下游流化床冷卻器中將粗煤氣直接冷卻至100～500℃。粗煤氣中所含的任何液體雜質都必須在用該方法進行冷卻之前轉化為固化物質。
本發(fā)明的實施方案保證該方法可按照附屬的權利要求，根據(jù)所要氣化的液和氧化溫度，用新的辦法以使煤氣的冷卻最佳化，而不會使熱交換表面聚積過多的污垢。
實現(xiàn)本方法的裝置的特征在于流化床冷卻器是由包封在流化床之內的盤管系統(tǒng)組成的。該盤管系統(tǒng)裝在一壓力容器內。另一特征是流化床在安裝在盤管系統(tǒng)之下的分配器之上延伸，而該壓力容器則用冷卻膜壁和(或)耐熱磚襯里。盤管相互成豎直的，橫的，園筒形排列。
該裝置的實施方案是按照附屬的權利要求的特征實現(xiàn)的。
固體添加劑可以是一種不同性質的材料，如沙，粘土等，或在本方法中所得到的灰或渣。流化床冷卻是在氣化室外面實現(xiàn)的。
按照本發(fā)明的流化床冷卻粗煤氣方法，可使流化床中所含的固體經(jīng)受連續(xù)的、受控制的自凈過程。此外，流化床的固體顆粒起到鹽蒸汽和粗煤氣所含的其它蒸汽的凝華中心的作用。通過部分取出流化床固體，就可從煤氣室除去凝華產(chǎn)物，從而減輕下游裝置的負擔。在實現(xiàn)直接冷卻的流化床方法中，由于流化床冷卻法的傳熱比氣體對流方法有所改善，而且不會由于流化床間接傳熱給冷卻劑而形成絕熱污垢層，故可使傳熱過程大大改進。
當流化就冷卻器的空管速度為0.1～4米/秒(最好為0.4～1米/秒)和固體填加劑具有適當?shù)念w粒大小時，冷卻表面的傳熱效果最好。
另一優(yōu)點是還能在回收流化床固體所需的回流旋風除塵器中用干法使煙道塵與冷卻了的粗煤氣分離。分離出煙道塵就減輕了下游裝置的負擔。
與傳統(tǒng)的煙道管冷卻器相比，還有一個優(yōu)點是被流化床包圍的冷卻盤管可裝在不同溫度區(qū)內，從而產(chǎn)生不同壓力的蒸汽，或除了產(chǎn)生蒸汽之外還可加熱由裝置下游部分所得的凈化煤氣或使蒸汽過熱。
在煤的氣化過程中，從未凈化煤氣中分離出來的煙道塵可用作生產(chǎn)水泥或路面材料的輔助原料。因此，流化床冷卻方法的還有一個優(yōu)點是可利用水泥窯或道路建設的原料作流化床的固體添加劑。固體添加劑與煙道塵一起卸出后可用作水泥工業(yè)或道路建設的原料。
本發(fā)明的一個實施方案保證流化床煤氣化所得的粗化煤氣在下游流化冷卻器中冷卻，如

圖1所示。在流化床冷卻器中產(chǎn)生高壓蒸汽和低壓蒸汽。
將煤1加入流化床煤氣化反應器13中。利用蒸汽3或氧氣或空氣2產(chǎn)生煤的流化床。在旋風分塵器14中分離出灰粒和煤粒，使所得的粗煤氣得到部分凈化。通過管線5使分離出的固體回到流化床。通過管線4從氣化反應器中除去灰。粗煤氣經(jīng)部分凈化后在700～1000℃下通過管線6進入流化床冷卻器15。流化床冷卻器是由帶有分配器的容器組成的，流化床層16安排在所述的分配器之上，流化床將冷卻盤管包圍在其中，鍋爐給水經(jīng)管線20～22在冷卻盤管中轉化為蒸汽，即經(jīng)管線23轉化為40～180巴高壓蒸汽，經(jīng)管線21轉化為2～10巴低壓蒸汽，流化劑(熱的粗煤氣)則在流化床冷卻器中通過，從冷卻器的底部通向頂部。
粗煤氣被冷卻至200～250℃。根據(jù)所采用的方法的不同，也可只冷卻到400℃，在這種情況下可省去產(chǎn)生低壓蒸汽所需的冷卻盤管。
煙道塵有一部分留在流化床中，有一部分被粗煤氣離開冷卻區(qū)時帶走。根據(jù)平衡所需的分壓，鹽蒸汽在流化床的固體上凝華，使冷卻的帶固體的粗煤氣凈化，即，使粗煤氣經(jīng)管線7進入旋風分塵器以除去塵粒，然后經(jīng)管線8進入裝置的下游部分。在旋風分塵器中分塵器中分出的固體(有一部分帶有凝華物質)一部分經(jīng)管線10取出，一部分經(jīng)管線9取出。卸出的那部分沙經(jīng)新鮮沙加料管線11和12從給料容器18加入該系統(tǒng)。
卸出的固體可經(jīng)蒸發(fā)或清洗過程分離出鹽而得到再生。
一種稍作修改的實施方案特別適用于集發(fā)電與煤的氣化為一體的動力廠，該實施方案在高壓蒸汽發(fā)生器與低壓蒸汽發(fā)生器之間加入第三個粗煤氣冷卻系統(tǒng)以使高壓蒸汽過熱或加熱燃氣渦輪可燃氣體。
本發(fā)明的另一實施方案，如圖2所示，保證由夾帶床煤氣化或烴的氣化所得的粗煤氣在輻射冷卻器中冷卻至1000℃以下，以便在流化床中進一步冷卻至200～400℃。經(jīng)管線1將煤或烴加入夾帶床氣化反應器15，經(jīng)管線2通入氧或空氣，蒸汽或水經(jīng)管線3通入。有一種變型是使水與煤形成懸浮液后經(jīng)一連接導管加入。使1200～1500℃下所得的未凈化粗煤氣在輻射冷卻器16中冷卻至1000℃以下，同時使經(jīng)管線5進入的鍋爐給水蒸發(fā)，在管線6中生成高壓蒸汽。分離的殘渣經(jīng)管線4從該系統(tǒng)卸出。冷卻至1000℃以下的粗煤氣經(jīng)管線7進入流化床冷卻器17，該冷卻器由壓力容器和盤管系統(tǒng)18組成。流化劑為粗煤氣，它在分配器之上保持-由沙、粘土或任何其它固體組成的流化層1。粗煤氣在流化床冷卻器中冷卻至200～400℃，以便經(jīng)管線10進入旋風分塵器21。夾帶的沙和渣或煙灰在旋風分塵器中分離。粗煤氣經(jīng)凈化和冷卻后經(jīng)管線14送出去以進行進一步加工。分離出來的帶有凝華產(chǎn)物的固體，一部分經(jīng)管線13脫離該系統(tǒng)，一部分經(jīng)管線12返回。未用過的沙經(jīng)管線11和22并經(jīng)進料容器20加入該系統(tǒng)中。如果要去除沙和煙灰，可通過流化床分級或濕潷析使煙灰與沙分開，以便使煙灰循環(huán)使用。與本發(fā)明的上述實施方案一樣，該冷卻系統(tǒng)可用來產(chǎn)生高壓蒸汽和使補充的高壓蒸汽加熱，用于過熱凈化煤氣和產(chǎn)生低壓蒸汽。
本發(fā)明的還有一個實施方案，如圖3所示，保證由夾帶床煤氣化或油氣化而得的粗煤氣經(jīng)噴水驟冷或用循環(huán)煤氣驟冷冷卻至1000℃以下，以便進一步冷卻至200～400℃。
煤或烴經(jīng)管線1加入夾帶床氣化反應器15中，氧或空氣經(jīng)管線2通入，蒸汽或水經(jīng)管線3通入，有一種變型是使水與煤形成懸浮液后經(jīng)一連接導管加入。使1200～1500℃下所得的粗煤氣在一下游驟冷容器16中經(jīng)管線5進行噴水驟冷或用循環(huán)煤氣驟冷冷卻至1000℃以下。在進行烴的氣化時如果在下游流化床冷卻器中使用適當?shù)母呷埸c固體甚至可省去這個中間過程。
然后使已冷卻至1000℃以下的粗煤氣用圖2所示的方法在流化床冷卻器中冷卻。
圖4所示為本發(fā)明的主要裝置的一種可能的實施方案。
流化床冷卻器主要由壓力容器的殼體1(由外面冷卻)、固定在膜壁上的膜壁2和懸掛在膜壁所包圍的空間內的盤管系統(tǒng)4組成，盤管由覆蓋或填充化合物來保護。
在膜壁與壓力容器殼體之間的環(huán)形空間的后面有絕熱層3，借助于低速流過該區(qū)的屏障氣體防止熱的含硫氣體滲入。
錐形入口展開室用耐熱絕熱層7作襯里。
在冷卻器的上部，盤管系統(tǒng)用一適當?shù)膽覓煜到y(tǒng)5吊住。它可從上面安裝或取走。膜壁和盤管系統(tǒng)都起強制循環(huán)蒸發(fā)器的作用。
在膜壁內面由固體組成的流化床的近似高度為H，它保證加熱表面的很好凈化和氣體很好地傳熱。
由冷卻器卸出的固體可循環(huán)使用，但同時將有些帶鹽的固體或沙從旋風分塵器中卸出，并用新鮮沙置換。
這種設計便于不同的冷卻劑經(jīng)過盤管，便于幾套帶不同冷卻劑的盤管安裝在不同的高度上。這樣可產(chǎn)生不同壓力的蒸汽或使蒸汽過熱，也使凈化的煤氣在同一流化床冷卻器中得到加熱。
圖4流化床粗煤氣鍋爐1，壓力容器殼體2，膜壁3，后面絕緣4，盤管5，盤管吊架6，分配器(由鋼、陶瓷材料或帶陶瓷覆蓋層的鋼制成，可冷卻或不冷卻)。
7，耐熱絕熱層。
權利要求
1.一種冷卻粗煤氣的方法，該粗煤氣系用流化床或固定床方法使含碳物質在700～1200℃溫度和1～129巴壓力下進行部分氧化而得，所述的含碳物質為煤、泥煤或任何其它含碳固體，氧化劑為氧、空氣、水和(或)另一種含氧物質，該方法的特征在于粗煤氣是在一加有固體添加劑的下游流化床冷卻器中冷卻至100～500℃。
2.一種冷卻粗煤氣的方法，該粗煤氣是用流化床方法使含碳物質在900～1500℃溫度和1～120巴壓力并不超過灰的熔點的條件下進行部分氧化而得，含碳物質可以是氣態(tài)或液態(tài)碳或另一種含碳物質，而氧化劑可以是氧、空氣、水和(或)另一種含氧物質，該方法的特征在于粗煤氣是在一加有固體添加劑的下游流化床冷卻器中冷卻至100～500℃。
3.一種冷卻粗煤氣的方法，該粗煤氣是用流化床方法使含碳物質在900～2000℃溫度和1～120巴壓力下進行部分氧化而得，含碳物質為煤或由水和煤、泥煤、氣態(tài)烴或液態(tài)烴組成的懸浮液或任何其它含碳物質，氧化劑為氧、空氣、水和(或)任何其它含氧物質，該方法的特征在于粗煤氣在加有固體添加劑的下游流化床冷卻器中冷卻至100～500℃之前先降溫到比渣的固化溫度低100℃的溫度。
4.權利要求3的方法，其特征在于粗煤氣在加有固體添加劑的下游流化床冷卻器中冷卻至100～500℃之前先在一輻射冷卻器中使其降溫到比渣的固化溫度低100℃的溫度。
5.權利要求3的方法，其特征在于粗煤氣在加有固體添加劑的下游流化床冷卻器中冷卻至100～500℃之前先用冷氣體的部分驟冷或部分噴水驟冷的方法使其降溫至比渣的固化溫度低100℃的溫度。
6.權利要求1～5的方法，其特征在于粗煤氣是由含碳物質進行全氧化而得。
7.權利要求1、2、3、4、5或6的方法，其特征在于流化床冷卻器是由不同性質的固體添加劑如沙、粘土等組成，并產(chǎn)生灰或渣。
8.權利要求1～7的方法，其特征在于當流化床冷卻器的空管速率為0.1～4米/秒(最好為0.5～1米/秒)和固體添加劑具有適當?shù)念w粒大小時，冷卻表面的傳熱效果最好。
9.權利要求1～8的方法，其特征在于通過控制流化床冷卻器的出口溫度從粗煤氣中除去凝華產(chǎn)物。
10.權利要求1～9的方法，其特征在于粗煤氣是由下向上地通過流化床冷卻器，而冷卻了的帶固體的粗煤氣在通過流化床冷卻器之后在一下游旋風分塵器中除去固體以進行凈化，分離出來的固體可部分回收。
11.權利要求1～10的方法，其特征在于由粗煤氣冷卻而傳到流化床的熱量被用來間接地產(chǎn)生蒸汽和間接預熱蒸汽和(或)間接加熱凈化煤氣和鍋爐給水。
12.權利要求1～11的方法，其特征在于熱量是在一個冷卻區(qū)或幾個上下排列的冷卻區(qū)間接傳遞給冷卻劑。
13.實現(xiàn)權利要求1～12的方法所用的裝置，其特征在于流化床冷卻器是由被流化床包圍并安裝在壓力容器里面的盤管系統(tǒng)組成的，流化床在安裝在盤管系統(tǒng)下面的分配器之上形成，壓力容器用冷卻膜壁和(或)耐熱磚襯里保護。
14.權利要求13的裝置，其特征在于固體是在固體回流管和一特種管中加入的。
15.權利要求13的裝置，其特征在于加固體的管和固體回流管在盤管系統(tǒng)之上和之下穿過壓力容器壁。
16.權利要求13的裝置，其特征在于盤管相互成豎直的、橫的或圓柱形排列，水、蒸汽、凈化煤氣或其它適當?shù)膫鳠釀┰谄渲型ㄟ^，盤管的入口和出口設計成在流化床冷卻器的上端，即較冷的一端進出。
17.權利要求13的裝置，其特征在于分配器是鋼、陶瓷材料或帶陶瓷覆蓋層的鋼制成的，該分配器可以是進行冷卻的或沒有進行冷卻的。
18.權利要求13的裝置，其特征在于膜壁是由豎直管或螺盤管組成的，用覆蓋或填充化合物保護，在膜壁與壓力容器殼體之間有適當?shù)慕^熱層。
19.權利要求13和18的裝置，其特征在于吹掃氣體可通過膜壁與壓力容器殼體之間的環(huán)形空間。
20.權利要求13的裝置，其特征在于壓力容器殼體是從外面冷卻的。
全文摘要
一種冷卻粗煤氣的方法，該煤氣是用流化床法，固定床法或夾帶床法使含碳物質在700℃以上的溫度和1～120巴下進行部分氧化而得，含碳物質為煤、泥煤或任何其它含碳物質，氧化劑為氧、空氣、水和(或)任何含氧物質。該冷卻方法是為了解決下游換熱器的污垢和腐蝕問題。本目的通過在采用固體添加劑的下游流化床冷卻器中使粗煤氣直接冷卻至100～500℃而得以實現(xiàn)。
文檔編號C10J3/84GK1030931SQ8810467
公開日1989年2月8日 申請日期1988年7月28日 優(yōu)先權日1987年7月28日
發(fā)明者阿德雷恩·布蘭德爾, 那塔拉加恩·薩加拉加恩, 亨茲-喬治·斯庫斯特, 沃夫根·希勒布蘭德 申請人:尤德有限公司