專利名稱：中溫水解器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在漿料處理法或活塞式流中消毀任何穩(wěn)定絡(luò)合氰化物水解器。
多年來已用水解器處理化學(xué)廢料。這些裝置還未用于化學(xué)工業(yè)消毀氰化物，因為氰化物在這些領(lǐng)域并不是嚴(yán)重的問題。另一方面，農(nóng)業(yè)上已用水解器消毀氰化物并將其還原成無毒產(chǎn)品。氰化物也有易于消毀的用途如氰化鈉的應(yīng)用，但這并不適于穩(wěn)定的絡(luò)合鐵氰化物，這種氰化物極難消毀。而且，噴流攪拌型水解器不能達(dá)到完全混合，因此是無效的?！皣娏鲾嚢琛狈磻?yīng)器中所盛物質(zhì)僅通過蒸汽動量加以混合。
本發(fā)明目的是提出置于單一容器中的三段水解器。
本發(fā)明另一目的是提出適于漿料活塞式流的水解器，其中每一段都促使液體和固體向下流，固體借助重力作用流動。
本發(fā)明再一目的是提出每一入口處設(shè)一裝置以提高每一段中漿料或活塞式流的入口速度并促使其消毀。
因此本發(fā)明提出漿料處理法或活塞式流中消毀穩(wěn)定絡(luò)合氰化物的水解器，其特征是裝有入口和出口的壓力容器和置于該容器中的分段裝置，用以將容器分成多段，其中形成的各段上下串接并且分段裝置中包括具有軸向開口d。的分隔壁，用以提高流速，以及折流板，與分隔壁成固定關(guān)系，用以強(qiáng)烈攪拌漿料或活塞式流。
煤氣化過程中，用水洗所得渣并洗滌產(chǎn)品氣(有時稱為“合成氣”)以除去其中的固體顆粒(飛灰)。該清洗工藝所得漿料本身也必須在重復(fù)使用或排出之前進(jìn)行洗滌。漿料定義為含懸浮固體的含水物流，其中有或沒有溶解鹽。另一方面，溶液中僅含溶解鹽，即無懸浮固定。中溫水解(MTH)為水洗段的第一步。氣洗段所得漿料含酸氣，包括氫氰酸(HCN)。HCN在漿料中離子化，而某些CN-形成極穩(wěn)定的絡(luò)合離子Fe(CN)-46。消毀CN-的有效途徑為水解。CN-水解起來很容易，而Fe(CN)-46要求高溫才能有效反應(yīng)。
本發(fā)明煤氣化裝置采用中溫水解(MTH)器，于約180℃操作以消毀排出漿料中任何穩(wěn)定的絡(luò)合氰化物，主要為Fe(CN)-46。絡(luò)合離子脫除，而CN-水解成氨(NH3)和各種有機(jī)化合物。MTH主要是設(shè)計來進(jìn)行得克薩斯褐煤的氣化，但也可用于伊利諾斯5號煤，當(dāng)然在后一種煤氣化過程中絡(luò)合氰化物的生成量很少。
排出漿料先于原料-產(chǎn)物換熱器中加熱，然后用蒸汽加熱至約180℃。熱漿料然后進(jìn)入水解器，即串聯(lián)的三個盛滿液體的容器，進(jìn)行脫除絡(luò)合氰化物處理。絡(luò)合鐵氰化物水解主要形成溶解鐵，碳酸鹽和氨。漿料離開反應(yīng)器后進(jìn)一步清洗和冷卻以備再使用或排出。
漿料排出主要是通過磨耗管，而很少是通過MTH從濕洗滌系統(tǒng)中的約27巴降壓至進(jìn)行酸性漿料提取(SSS)進(jìn)料容器中的約2.4巴或更低。磨耗管為一窄管段，其中漿料高速流過，從而達(dá)到很大的壓降和足夠的腐蝕速度。因此磨耗管可讓控制閥以極低的壓降和腐蝕速度而進(jìn)行操作。
連續(xù)工藝物流的普通反應(yīng)器構(gòu)型為單一容器，系列分段容器，和管道。對給定轉(zhuǎn)化率而言，管道或活塞式流反應(yīng)器，具有最小的反應(yīng)器體積。最大體積出現(xiàn)在單一容器中，這可完全或部分相混。而分段系列具有介于這兩個極端之間的總反應(yīng)體積。
本發(fā)明用于煤氣化反應(yīng)器中的MTH反應(yīng)器為三段容器，每段約2.70m長，直徑0.90m，并設(shè)計來使排出漿料中至少99%氰化物被消毀。反應(yīng)器總體積為約58001。如上所述，還有其它MTH反應(yīng)器構(gòu)型，但三段反應(yīng)器大大小于單一容器，而又沒有管道反應(yīng)器長。而且，漿料中MTH或任何反應(yīng)的管道直徑因漿料中固體的潛在沉降而受到限制。漿料速度必須足以阻止固體沿管底聚積。因此，氣化系統(tǒng)的管道MTH應(yīng)限為最大直徑約7.5cm并應(yīng)特別長。
三個MTH段在壓力容器中垂直串聯(lián)設(shè)立。反應(yīng)段操作中充滿了向下流的液體。每一段中，傾斜入射流而對漿料進(jìn)行攪拌，從而促使每一段中漿料進(jìn)行完全混合。僅通過反應(yīng)器中選定安置的折流板和分隔器完全混合?；旧贤耆旌显诓灰髾C(jī)械混合裝置如轉(zhuǎn)動踏板就可完成。進(jìn)入每段的固體隨液體流動并沉入底部出口。
現(xiàn)參考附圖的實例詳述本發(fā)明，其中

圖1為示出縱剖面的常見噴流攪拌反應(yīng)器的流程圖;
圖2為本發(fā)明煤氣化系統(tǒng)的簡化方框圖;
圖3為本發(fā)明有效水解器的縱剖面圖;
圖4為圖3分段裝置的示意圖。
現(xiàn)參考圖1，示出了噴流攪拌反應(yīng)器。在這種反應(yīng)器中出現(xiàn)的流體機(jī)理和混合在本領(lǐng)域眾所周知并且圖1中示出了在這種反應(yīng)器中的流動圖。噴流夾帶周圍的流體并以所示的20°角擴(kuò)散。噴流外從頂部到底部出現(xiàn)環(huán)形循環(huán)圖，而在噴流內(nèi)，速度圖出現(xiàn)熟知的鐘形曲線。
在含有機(jī)氮的煤如褐煤氣化過程中，在漿料排出物中大量出現(xiàn)絡(luò)合氰化物。這可能使氰化物的煉廠排出含量大于操作允許的氰化物。因此，漿料排出物進(jìn)行MTH而消毀煤氣化所生成的任何絡(luò)合氰化物。
在本發(fā)明典型的煤氣化系統(tǒng)中，如圖2所示，主要成分如煤，蒸汽，氮?dú)夂脱鯕膺M(jìn)入煤氣化器42。渣態(tài)灰重力沉入渣驟冷罐46，之后送入接收桶并從該桶將固體送入排出地點。
從煤氣化器42流出的產(chǎn)品氣47經(jīng)驟冷段48中循環(huán)產(chǎn)品氣49驟冷后進(jìn)入余熱鍋爐(合成氣冷卻器)51中，從中抽出高壓飽和蒸汽52。產(chǎn)品氣離開余熱鍋爐，在從中除去干固體后(方框53)，進(jìn)入用以除去濕固體的第一文丘里型洗滌器55。水從該第一洗滌器中排出后流到水凈化段，其中包括分段水解器10，酸性漿料提取器60，其中裝有蒸汽輸入管60a和酸氣出口60b，以及澄清器61，其中裝有淤泥排出口61a。產(chǎn)品氣離開第一洗滌器后進(jìn)入第二文丘里型洗滌器55，其中裝有供水管B，用以進(jìn)一步除去濕固體，從中出來的水排入水凈化段。產(chǎn)品氣離開第二洗滌器并通過酸性氣脫除器55a，其中裝有酸氣出口55b和產(chǎn)品氣出口55c。部分產(chǎn)品氣循環(huán)通過循環(huán)氣壓縮機(jī)58以在其剛剛離開氣化器42時驟冷產(chǎn)品氣流。
圖2為本發(fā)明煤氣化系統(tǒng)有關(guān)部分的簡化方框圖。從進(jìn)料或煤處理系統(tǒng)40而來的粉煤隨氮?dú)?3，氧氣44和蒸汽45送入氣化器42的燒嘴41。渣狀灰重力沉降入渣驟冷罐46，之后送到接收桶排出。產(chǎn)品氣47是氣化器42中上升到驟冷段48，其中用循環(huán)產(chǎn)品氣(驟冷氣49)冷卻并通過徑向?qū)Ч?0出反應(yīng)器而進(jìn)入合成氣冷卻器51，其中將飽和蒸汽52抽出。經(jīng)管線A供入進(jìn)料沸水。飛灰狀固體送到干固體脫除段53，或旋風(fēng)分離器，其中大部分固體從氣體中分出。渣浴排料送入濕固體脫除段55，隨旋風(fēng)分離器53排出的拔頂氣56流動。部分凈化和冷卻(77℃)產(chǎn)品氣從濕固體脫除段55排出后又反回，作為驟冷氣49而送入反應(yīng)器驟冷段48，其中經(jīng)過循環(huán)氣壓縮機(jī)58。進(jìn)入驟冷段48的驟冷氣49冷卻產(chǎn)品47，從而使夾帶的飛灰顆粒固化落入反應(yīng)器底部。
包括氣化器42和驟冷段48的反應(yīng)器為在成渣條件下操作的高壓夾帶床氣化器。該反應(yīng)器的作用是提供適當(dāng)?shù)捏w積(停留時間)和適宜的混合條件以便用氧氣和必要時的一部分蒸汽氣化粉煤。三種反應(yīng)物(煤、氧氣和蒸汽)經(jīng)徑向相反方向設(shè)置的燒嘴41引入氣化器42。熔渣沿膜壁向下流到反應(yīng)器底并經(jīng)渣出口流進(jìn)水浴46。熱從熱氣渣散失到水浴，用循環(huán)泵和水冷器帶走這種熱。循環(huán)流中提供了流失口以維持渣浴中的細(xì)粉濃度。進(jìn)入MTH10的漿料59因此由3種物流組成(1)從第一分離器(第一文丘里)來的濃漿料，(2)從第二分離器(第二文丘里)來的稀漿料和(3)從渣浴來的排出物54。
在濕洗滌系統(tǒng)55中，HCN吸入漿料中而生成游離氰化物，易于與多硫化物反應(yīng)形成硫氰酸根(SCN-)并降低氰化物濃度。硫氰酸根相當(dāng)穩(wěn)定，但可經(jīng)生物處理進(jìn)行氧化并在精煉生物處理器62中去除，處理器中裝有水排料出口62a。但是，漿料中某些氰化物會形成穩(wěn)定的絡(luò)合氰化物，主要是鐵氰化物。絡(luò)合鐵氰化物很穩(wěn)定并且一般不經(jīng)處理而通過排出物處理系統(tǒng)中，除非在處理流程中包括氰化物消毀步驟。
用多硫化銨在濕固體脫除段55中進(jìn)行的處理可減少穩(wěn)定的鐵氰化物或阻止其形成，但其有效性可能不完全。因此，高溫下漿料排出物59的水解可保證絡(luò)合鐵氰化物消毀，反應(yīng)速度在更高的溫度下就更快。
本發(fā)明包括將漿料排出物水解而消毀絡(luò)合氰化物，溫度170-195℃，特別是約180℃，PH大于8.0，特別是8.5。從第一分離器而來的漿料排出物從約180℃加熱到約180℃的反應(yīng)溫度，由進(jìn)料-產(chǎn)品換熱器和蒸汽進(jìn)料加熱器(未示出)供熱。
漿料59供入MTH器10，其中包括串聯(lián)的三個水解室并保證反應(yīng)所需的停流時間。各室例如可為立式并充滿向下流液體。這些容器僅通過入射流傾斜進(jìn)行攪拌。進(jìn)入這些容器的固體流動而沉底并隨水流出。鐵氰化物的消毀可望大于99%并且任何其它氰化物，游離的或絡(luò)合的將更完全地水解。在物流不含固體的方法中，容器的安置方位并不關(guān)鍵，可為立式和/或臥式，上流，下流，和/或平流。
現(xiàn)參考圖3，其中示出了分段水解器或水解器10，其中包括入口12和出口14。漿料59進(jìn)入水解劑10是經(jīng)入口12進(jìn)行的，其中接觸到第一折流板16。進(jìn)入的漿料59例如可有高氰化物濃度，為10-700ppmw左右。第一折流板16的作用是使?jié){料50向外分散到反應(yīng)器10的壁18上并加強(qiáng)固體的混合。漿料59進(jìn)入反應(yīng)器10的第一段20并前進(jìn)到分段裝置21，其中包括隔板22和第二折流板23。分段裝置在21處示出，這將在后面敘述。然后漿料進(jìn)入反應(yīng)器10的第二段24，并前進(jìn)通過分段裝置25，其中包括隔板26和第三折流板27，之后進(jìn)入反應(yīng)器10的第三段28。漿料中的任何固體都在出口14處離開反應(yīng)器。
在入口12處進(jìn)入的漿料已預(yù)熱到并維持在大致180℃，其中控制進(jìn)入MTH進(jìn)料加熱器(未示出)的蒸汽流量，而反應(yīng)器10中的壓力為大致23巴。漿料59在反應(yīng)器10中的停留，或接觸時間為大致1小時;但由于第一段20中的高氰化物濃度，在該段中的反應(yīng)速度就更快。第二段24中的反應(yīng)速度低于第一段20中的速度，因為第一段20中已降低了氰化物濃度。第三段28中的氰化物濃度最低，反應(yīng)速度也最慢。
分段裝置21和25分別由隔板22和26有利的是呈轉(zhuǎn)截錐狀，使?jié){料59指向反應(yīng)器10的中心，通過這樣形成的銳孔17，19并進(jìn)入折流板23和27的區(qū)域。折流板23和27可簡單地為平板，但也可有利地呈錐形，并將漿料59向外指向反應(yīng)器10的壁18。分段裝置21和25可相同并制造成一個單元而用例如各隔板和折流板之間的桁條或桁架聯(lián)在一起。錐狀折流板23和27的頂點在隔板22和26中形成的銳孔17和19的中心。分段裝置21和25可作為一個單元焊在反應(yīng)器10內(nèi)部。
銳孔17，19以下折流板23，27的目的是在入口處和MTH反應(yīng)器10的整個流程中更均勻地分散液態(tài)漿料。折流板23，27使高速噴流從環(huán)狀銳孔中偏離，以進(jìn)行強(qiáng)烈攪拌。采用折流板可更接近活塞式流，從而提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率。
分段裝置21和25的有效構(gòu)型示于圖4。隔板22，26和折流板23，27分別形成α和θ角，優(yōu)選為相等的約30°。隔板的截錐部分形成銳孔d。17，19，該孔很小，足以形成促使該段內(nèi)進(jìn)行混合的噴流，即速度高達(dá)約3m/s。開孔d。為大致3.5-31cm，特別是5cm。折流板底D優(yōu)選為4倍入口孔d。而析流板23，27頂點距離△X優(yōu)選為大致1.2cm直至最大約7.7cm。
試驗表明97%鐵氰化物在180℃于15分鐘內(nèi)水解，PH為8.5。99%消毀鐵氰化物要求的時間估計為20分鐘。
由于本專業(yè)人員在不偏離本發(fā)明概念下可作出一些改進(jìn)或改型，所以所附權(quán)利要求的目的在于包括所有屬于本發(fā)明構(gòu)思和保護(hù)范圍的改進(jìn)或改型。
權(quán)利要求
1.漿料處理法或活塞式流中消毀穩(wěn)定絡(luò)合氰化物的水解器，其特征是裝有入口和出口的壓力容器和置于該容器中的分段裝置，用以將容器分成多段，其中形成的各段上下串接并且分段裝置中包括具有軸向開口d。的分隔壁，用以提高流速，以及折流板，與分隔壁成固定關(guān)系，用以強(qiáng)烈攪拌漿料或活塞式流。
2.權(quán)利要求1的水解器，其特征是隔板為轉(zhuǎn)截錐狀。
3.權(quán)利要求1或2的水解器，其特征是折流板為與隔板同軸錐并且其頂點與隔板開孔分開。
4.權(quán)利要求1-3中任一項的水解器，其特征是折流板在壓力容器的入口處。
5.權(quán)利要求1-4中任一項的水解器，其特征是軸向開孔d。為3.5-31cm。
6.權(quán)利要求1-5中任一項的水解器，其特征是折流板為平板。
7.權(quán)利要求3的水解器，其特征是折流板頂點與隔板分開的距離△X為1.2-7.7cm。
8.權(quán)利要求3的水解器，其特征是所說開孔d。為5cm，而距離△X為1.2cm。
全文摘要
用以消毀煤氣化過程中所成漿料中穩(wěn)定的絡(luò)合鐵氰化物的分段水解器中包括帶有用以提高流速的小銳孔的隔板和用以達(dá)到對漿料強(qiáng)烈攪拌的折流板。該水解器更接近活塞式流并且提高了反應(yīng)轉(zhuǎn)化率。
文檔編號C02F9/00GK1039005SQ8910426
公開日1990年1月24日 申請日期1989年6月14日 優(yōu)先權(quán)日1988年6月16日
發(fā)明者拉里·由根·費(fèi)斯, 露易斯·漢普頡·特尼爾, 高夫利·昆丁·馬丁 申請人:國際殼牌研究有限公司