專利名稱：處理通過加壓氣化固體燃料產(chǎn)生的產(chǎn)品氣的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及處理粗產(chǎn)品氣的方法和裝置，所述粗產(chǎn)品氣是通過在
800至150(TC的溫度下，在2至100巴的絕對壓力下，優(yōu)選5至40巴 的絕對壓力下加壓氣化固體燃料產(chǎn)生的，并且主要含有H2、 CO、 CH4、 N2、水蒸氣以及一一取決于燃料的類型一一少量的一種或多種組分 H2S、 COS、 HCN、 NH3、 CnHm和痕量的HCN、鎳和鐵的羰基化物、 樹脂成分(Harzbildnern) 、 CS2、硫醇、萘、噻吩和有機硫化物，其中 在將溫度冷卻至15至45'C后，以及任選在CO轉(zhuǎn)化后，用溫度為+10 至-80'C的含氧化物通過物理吸附從該粗產(chǎn)品氣中移除如下物質(zhì)在初 始階段移除HCN和NH3;在第一階段移除H2S、 COS和可能存在的其 它含硫化合物，和在第二階段移除C02，并且將純的產(chǎn)品氣作為還原 氣和/或燃料氣供給到鐵礦石的直接還原中。
背景技術：
借助于加壓氣化，具有灰分含量為最高至50 wt。/。和水含量為最高 至50wt。/。的固體燃料，例如泥煤、褐煤、焦煤、硬煤、生物質(zhì)等可以 在如下條件下用逆流引導的水蒸氣和氧氣或空氣的混合物進行氣化以 獲得粗產(chǎn)品氣，所述條件是壓力為1至100巴的絕對壓力，溫度為低 于在各自燃料中含有的灰分的熔點(Ullmann，s Encyclopedia of Industrial Chemistry,第A12巻，VCH Verlagsgesellschaft mbH， Weinheim 1989，第218頁至226頁；Lugi Handbuch，Lurgi Gesellschaften,Frankfurt am Main, 1970， 2.第2.1章)。從壓力為5至40巴的絕對壓力下的 粗產(chǎn)品氣中，可以將在其中含有的不需要組分，即C02、 CH4、水蒸氣、 N2、 Ar、 H2S、 COS、 HCN、 NH3、鎳和鐵的羰基化物、樹脂成分、CS2、 硫醇、萘、噻吩、有機硫化物和CnHra，在若干個階段中通過所謂的 Rectisol⑧法(Firmenschrift Nr. 1676e/07.02/10; Lurgi Ol.Gas'ChemieGmbH， Frankfurt 2002)用冷的含氧化物吸收，所述含氧化物例如 CH30H或DME,其中C02在最后的區(qū)域中被移除。被負載的含氧化物 通過膨脹、抽真空和加熱而再生，并且隨后被再利用。所述不需要的 組分可以從廢氣或冷凝物中回收。
令人驚奇地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)上述用于清潔通過加壓氣化固體燃料生成 的粗產(chǎn)品氣的方法，該方法基于冷的含氧化物的在單一工藝步驟中從 所述粗產(chǎn)品氣中移除所有氣體雜質(zhì)的能力，所述含氧化物特別是 CH3OH，也可以用于從載帶有C02和水蒸氣的循環(huán)的循環(huán)氣中移除 co2，所述循環(huán)氣是在鐵礦石的直接還原中形成的。取決于所用的直接 還原過程，所述循環(huán)氣在壓力范圍為2至8巴的絕對壓力下具有的溫 度范圍為50至25(TC。
在直接還原中，鐵礦石的形式為具有的顆粒大小為3至15mm的 顆粒狀物，或者作為具有顆粒大小為3至20mm的塊礦，將這樣的鐵 礦石在旋轉(zhuǎn)爐中通過采用產(chǎn)品氣作為還原劑加熱至還原溫度，并直接 還原成海綿狀金屬鐵。產(chǎn)品氣與鐵礦石的反應產(chǎn)生C02和水蒸氣，必 須將它們從循環(huán)的循環(huán)氣中連續(xù)移除，其中C02任選與包含在循環(huán)氣 中的含硫化合物一起通過化學吸附氣洗滌移除，和水蒸氣通過冷凝移 除。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在鐵礦石的直接還原的過程中清除循環(huán)的循環(huán)氣 中的水蒸氣，以及使所述循環(huán)氣經(jīng)歷物理吸附氣洗滌以移除包含在循 環(huán)氣中的C02。
這一目的通過如下方式解決將在2至8巴的絕對壓力下具有50 至25(TC溫度的、載帶有水蒸氣和C02的循環(huán)氣，從鐵礦石的直接還原 過程的循環(huán)氣的回路中分支出來的，冷卻至15至45'C的溫度，壓縮至 25至75巴的絕對壓力，和清除水蒸氣，在物理吸附移除C02之前摻混到脫硫的產(chǎn)品氣中。通過這一手段，從鐵礦石的直接還原的循環(huán)氣的 回路中分支出來的、具有2至8巴絕對壓力的較低壓力的循環(huán)氣可以
被壓縮至25至75巴的絕對壓力，該壓力對于物理吸附移除C02是必
須的，并且同時C02可因此從脫硫的產(chǎn)品氣和所述循環(huán)氣中分離出來。
通過這一手段，直接在鐵礦石的直接還原過程的循環(huán)氣的回路中安排 化學吸附洗滌和水洗滌可以省略。另外，從由脫硫的產(chǎn)品氣和分支出 來的不含水蒸氣的循環(huán)氣組成的氣體混合物中同時物理吸附移除C02 為C02的液體封存提供了準備。將分支出來的循環(huán)氣進行壓縮所需的 能量是通過將所述氣體混合物膨脹獲得的。還可以將多余的能量用于 產(chǎn)生電能。
將在分支出來的循環(huán)氣中含有的水蒸氣通過冷凝移除。
根據(jù)本發(fā)明的另外的方面，將在冷卻到15至45'C并被壓縮到25 至75巴絕對壓力的分支出來的循環(huán)氣中含有的水蒸氣用含氧化物通過 物理吸附從其中移除。
有利地，將鐵礦石的直接還原的循環(huán)氣的10至80voP/。，優(yōu)選IO 至60 voP/。從其回路中分支出來。
本發(fā)明的方法的一個進步在于將在25至75巴絕對壓力下具有0 至3(TC溫度的、在物理吸附移除C02之后回收的氣體混合物膨脹到存 在于循環(huán)氣的回路中的2至8巴的絕對壓力、加熱到150至250'C的溫 度并進料到鐵礦石的直接還原的循環(huán)氣的回路中。
有利地，將溫度為0至3(TC的膨脹的氣體混合物加熱是有效的， 因為熱能從分支出來的循環(huán)氣轉(zhuǎn)移到所述氣體混合物中。
本發(fā)明的特別的方面在于將通過使被負載的含氧化物膨脹到接近 大氣壓力而解吸的C02轉(zhuǎn)變?yōu)槌R界狀態(tài)，并將其用于溶劑沖洗部分脫油的石油沉積物或者用于儲存在孔隙型氣藏儲氣庫、溶洞型氣藏儲 氣庫、天然氣枯竭氣藏儲氣庫或鹽水儲層中。為了這一目的，將解吸
的C02壓縮到10至30巴的絕對壓力并冷卻至-5至-4(TC的溫度。為了 其它目的，將解吸的C02壓縮到最高至40巴的絕對壓力是足夠的。
用于實施本發(fā)明方法的裝置在于布置軸式渦輪機，其具有壓縮機 部分和膨脹部分以及與軸式渦輪機連接的發(fā)電機，其中在壓縮機部分 中，含有C02的、清除了大部分水蒸氣的循環(huán)氣被壓縮至純產(chǎn)品氣的 壓力，和在膨脹部分中，將回收的氣體混合物膨脹。在分支出來的循 環(huán)氣和進料到所述循環(huán)氣的回路中的氣體混合物之間的能量平衡可能 不足的情況下，所述發(fā)電機也可以轉(zhuǎn)換為電動機用于補償。
具體實施例方式
在下文中將借助于在附圖
和具體實施方案中示意性舉例說明的流 程圖詳細說明本發(fā)明。
在未示出的加壓氣化器中，由瀝青煤生成200,000 kg/h的粗產(chǎn)品 氣(以不含水和灰計)，其組成為27.8 vol。/。的C02、 23vol。/o的CO、 28.6 vol。/o的H2、 9.1 vol%W CH4、 0.4 vol。/o的CnHm禾口 0.4 vol。/o的N2， 并且在未示出的初始階段中移除HCN和NH3以及冷卻至25至45°C ， 優(yōu)選36X:的溫度之后，通過線路(1)進料到第一階段(2)，第一階 段(2)為在15至40巴的絕對壓力，優(yōu)選27巴的絕對壓力下的氣體 洗滌階段。在該氣體洗滌過程中，H2S和COS以及可能存在的其它含 硫化合物用冷的CH30H從所述粗產(chǎn)品氣中通過吸附移除，并通過線路 (3)從所述過程排出，其在1.5±0.5巴的絕對壓力下具有30士5。C的 溫度。在大約相同的壓力下，具有溫度為0至3(TC，優(yōu)選18'C的脫硫 的產(chǎn)品氣從氣體洗滌的第一階段(2)通過線路(4)流到第二階段(5) 中，第二階段(5)為氣體洗滌階段，在該階段中，C02用冷的CH30H 通過吸附移除，并通過線路(6)從該過程中排出，其在1.5±0.5巴的 絕對壓力下具有30 ± 5。C的溫度。
7可以將負載有所排出的C02的CH3OH膨脹并通過將解吸的C02 轉(zhuǎn)變?yōu)榕R界狀態(tài)而將其液化以及將其供給到其它應用中。為了其它應 用，將解吸的C02壓縮到最高至40巴的絕對壓力是足夠的。
通過線路(7)，將離開氣體洗滌的第二階段(5)的氣體混合物 進料到軸式渦輪機(9)的膨脹階段(8)中，所述氣體混合物由純的 產(chǎn)品氣和不含C02和水蒸氣的循環(huán)氣形成，并在25至75巴的絕對壓 力下具有0至3(TC，優(yōu)選23'C的溫度，在膨脹階段(8)中，所述氣 體混合物膨脹到2至8巴的絕對壓力，優(yōu)選4巴的絕對壓力，所處的 溫度范圍——取決于該氣體混合物的組成——為0至30°C。從鐵礦石 的直接還原過程的循環(huán)氣的回路中分支出來的、具有2至8巴的絕對 壓力，優(yōu)選4巴的絕對壓力的、溫度范圍為50至250°C，優(yōu)選135°C 的、與所述氣體混合物交叉通過熱交換器(12)的、載帶有C02和水 蒸氣的循環(huán)氣通過線路(11、 11')供應到軸式渦輪機(9)的壓縮階段 (10)中。在熱交換器(12)中，包含在通過線路(11)供應的循環(huán) 氣中的大部分水蒸氣被冷凝，并且冷凝物通過線路(13)從該過程中 排出。通過線路(14)離開壓縮階段(10)的循環(huán)氣在冷卻后引入到 氣體洗滌的第二階段(5)中，所述離開壓縮階段(10)的循環(huán)氣在15 至45。C，優(yōu)選24。C的溫度下，在壓縮后具有25至75巴的絕對壓力， 優(yōu)選34巴的絕對壓力。在第二階段(5)中，提供水柱，在該水柱中， 將殘余的水蒸氣通過用CH30H冷凝和干燥從循環(huán)氣中移除。在進入氣 體洗滌的第二階段(5)之前，所述循環(huán)氣可以選擇性地引導經(jīng)過布置 在線路(14)中的熱交換器(15)，從而首先降低所述循環(huán)氣的溫度。 使通過線路(16， 16，)從軸式渦輪機(9)的膨脹階段(8)流出的、 具有0至30'C，優(yōu)選l(TC的溫度的氣體混合物經(jīng)過熱交換器(12)。 經(jīng)過由分支出來的循環(huán)氣導致的熱交換，供應到鐵礦石的直接還原過 程的氣體混合物的溫度在2至8巴的絕對壓力，優(yōu)選6巴的絕對壓力 下被升高到150至25(TC，優(yōu)選28(TC。發(fā)電機(17)連接于軸式渦輪 機(9)的軸，發(fā)電機(17)可以轉(zhuǎn)換為電動機。
權利要求
1.處理粗產(chǎn)品氣的方法，所述粗產(chǎn)品氣是通過在800至1500℃的溫度下，在2至100巴的絕對壓力下，優(yōu)選在5至40巴的絕對壓力下，加壓氣化固體燃料而產(chǎn)生的，并且主要含有H2、CO、CH4、N2、水蒸氣以及——取決于燃料的類型——少量的一種或多種組分H2S、COS、HCN、NH3、CnHm和痕量的鎳和鐵的羰基化物、樹脂成分、CS2、硫醇、萘、噻吩和有機硫化物和CnHm，其中在將溫度冷卻至15至45℃后，用溫度為+10至-80℃的含氧化物通過物理吸附從該粗產(chǎn)品氣中移除如下物質(zhì)在初始階段移除HCN和NH3；在第一階段移除H2S、COS和可能存在的其它含硫化合物；和在第二階段移除CO2，并且將純的產(chǎn)品氣作為還原氣和/或燃料氣供給到鐵礦石的直接還原中，其特征在于，將在2至8巴的絕對壓力下具有50至250℃溫度的、載帶有水蒸氣和CO2的循環(huán)氣從鐵礦石的直接還原的循環(huán)氣的回路中分支出來，冷卻到15至45℃的溫度，壓縮至25至75巴的絕對壓力并移除水蒸氣，與脫硫的產(chǎn)品氣在所述物理吸附移除CO2之前進行混合。
2. 根據(jù)權利要求l所述的方法，其特征在于，在進入所述初始階 段之前，使所述粗產(chǎn)品氣進行CO轉(zhuǎn)化。
3. 根據(jù)權利要求1和2中任一項所述的方法，其特征在于，在分 支出來的循環(huán)氣中含有的水蒸氣是通過冷凝移除的。
4. 根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，在具 有的溫度為15至45'C的，并且壓縮到25至75巴絕對壓力的、分支出 來的循環(huán)氣中含有的水蒸氣是用含氧化物通過物理吸附移除的。
5. 根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，將所 述循環(huán)氣的10至80 vol%，優(yōu)選10至60 voin/。從其回路中分支出來。
6. 根據(jù)權利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于，由純 的產(chǎn)品氣和不含有C02和水蒸氣的循環(huán)氣組成的、在通過物理吸附移 除C02之后回收的、在25至75巴絕對壓力下具有0至30。C的溫度的、 在所述循環(huán)氣的回路中存在時膨脹到2至8巴絕對壓力的、并且被加 熱到150至25(TC的溫度的氣體混合物進料到所述循環(huán)氣的回路中。
7. 根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的方法，其特征在于，將在 分支出來的循環(huán)氣中含有的熱能在所述氣體混合物膨脹后直接傳遞給 所述氣體混合物。
8. 根據(jù)權利要求1至7中任一項所述的方法，其特征在于，將通 過使被負載的含氧化物膨脹到接近大氣壓而解吸的co2轉(zhuǎn)化為超臨界 狀態(tài)，并將其用于溶 劑沖洗部分脫油的石油沉積物或者用于儲存在孔 隙型氣藏儲氣庫、溶洞型氣藏儲氣庫、天然氣枯竭氣藏儲氣庫或鹽水 儲層中。
9. 根據(jù)權利要求7所述的方法，其特征在于，將所述解吸的C02 壓縮到10至30巴的絕對壓力和冷卻至-40至-5'C的溫度。
10. 用于實施根據(jù)權利要求1至9中一項或多項所述的方法的裝 置，其特征為軸式渦輪機(9),該軸式渦輪機(9)具有壓縮機部分(10)和膨脹部分(8)，其中壓縮機部分(10)用于壓縮分支出來的、 水蒸氣含量稀少的循環(huán)氣，膨脹部分(8)用于膨脹由純的產(chǎn)品氣和不含C02和水蒸氣的循環(huán)氣形成的氣體混合物。
11. 根據(jù)權利要求9所述的裝置，其特征在于，所述軸式渦輪機 (9)與能夠轉(zhuǎn)換作為電動機的發(fā)電機(17)相連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及處理粗產(chǎn)品氣的方法，所述粗產(chǎn)品氣是通過加壓氣化固體燃料制備的。在冷卻至15至45℃后，用冷的含氧化物通過物理吸附將如下物質(zhì)移除在初始階段，HCN和NH₃；在第一階段，H₂S和COS，以及任選的其它含硫化合物；和在第二階段，CO₂。然后將純的產(chǎn)品氣作為還原氣和/或作為燃燒氣傳送到鐵礦石的直接還原中。本發(fā)明方法的改進之處在于，將脫硫的產(chǎn)品氣與載帶有CO₂和水蒸氣的循環(huán)氣在將包含在其中的水蒸氣移除后進行混合，所述載帶有CO₂和水蒸氣的循環(huán)氣是從來自鐵礦石的直接還原的循環(huán)氣的回路中分支出來的。
文檔編號F02C3/00GK101679888SQ200880017231
公開日2010年3月24日 申請日期2008年5月23日 優(yōu)先權日2007年5月24日
發(fā)明者格哈德·施密特 申請人:魯奇有限責任公司