專利名稱：將煤氣化并對所生成氣化物繼續(xù)加工的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煤氣的氣化方法，所生成的氣化物經(jīng)由一個或幾個熱交換器冷卻到它所含有的水蒸汽的冷凝點以下，熱交換器所吸收的熱量用以生成蒸汽，通過熱交換從氣化物中析出的冷凝水被分離出并凈化后，回收給氣化過程繼續(xù)作用。
關(guān)于煤的氣化，在EP-A-0202428中曾敘述過一種方法，這種方法采用異腔加熱即外部加熱的方式來完成煤的氣化過程，其中對于氣化過程所耗的熱量不是通過氣化反應(yīng)本身獲取的，而是由系統(tǒng)外部的熱交換器提供的，根據(jù)所列舉的EP-A-0202428的介紹，這些熱量可以由一個外部熱源產(chǎn)生，例如一臺核反應(yīng)堆，也可以通過燒掉一部分所生成的氣化物產(chǎn)生。其余的氣化物可以供工業(yè)利用，然而也可以作為燃料燃燒從而驅(qū)動燃?xì)廨啓C(jī)和/或蒸汽輪機(jī)發(fā)電。在這方面，人們可以把對煤進(jìn)行氣化的整個過程與燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽輪機(jī)的工作過程結(jié)合起來，組合成一個系統(tǒng)運行，這樣能大大改善原始能源的利用率。另外相對于直接燒煤來說，這種方法具有一個優(yōu)點，即從氣化過程獲得的氣化物中去除有害環(huán)境的成分比從燃燒過程生成的煙氣中去除這種成分要容易得多。
但是這種煤氣的氣化方法存在著一個明顯的問題，即氣化所獲得的煤氣中含有比例很高的水蒸汽成分，特別是由配汽氣化過程生成的煤氣中水蒸汽成分約占于40％以上。如果隨即對這些氣化物進(jìn)行冷卻。使其溫度降到(水的)冷凝點以下，那么就會凝出大量的水。在這些冷凝水中含有諸如苯酚、BTX等一類的有機(jī)殘留物，還含有一些無機(jī)殘留物，如果要獲得允許將為這些冷凝水排放到環(huán)境中去，必須經(jīng)過額外投資的一些裝置進(jìn)行凈化處理，使它們對環(huán)境無害才行，前面列舉的EP－A－0202428曾建議，先對這些冷凝水進(jìn)行凈化，然后作為生成蒸汽的鍋爐給水使用。但是對于鍋爐給水進(jìn)行凈化的工藝設(shè)備都是用于處理例如通常的水庫蓄水的。需要耗資巨大的額外開銷；從氣化物的極度污染的冷凝水中獲得鍋爐給水，無論從技術(shù)上還是從成本上看都是不可取的，并且一旦實施這種方法，所生成的冷凝水的量將大大超出鍋爐補(bǔ)水所需要的水量。
本發(fā)明的任務(wù)是，發(fā)展完善上述這種方法，使得從煤的氣化生成物中分離出來的冷凝水能夠盡可能簡單和十分經(jīng)濟(jì)地得到凈化處理，并且送回到氣化過循環(huán)使用。
在實現(xiàn)上述任務(wù)方案中，在不斷供熱和摻人工作蒸氣的條件下，使煤氣化，氣化物經(jīng)由熱交換器冷卻到所含水蒸氣的冷凝點以下，熱交換器吸收的熱量用來生成高壓蒸汽和／或低壓蒸汽。從氣化物冷凝出的水被分離出并被凈化，然后送回到氣化過程，其特征在于，冷凝水在蒸發(fā)設(shè)備中被高壓蒸汽和／或低壓蒸汽加熱而蒸發(fā)，這些由冷凝水蒸發(fā)而成的蒸汽被作為工作蒸汽送入煤氣發(fā)生設(shè)備。
這種方法的第二個特征是，冷凝水在被送去蒸發(fā)之前，首先在分餾設(shè)備中去掉氣態(tài)和揮發(fā)性污染物質(zhì)，在過濾設(shè)備中去掉溶解的和未溶解的炭氫化合物。
這種方法的第三個特征是，熱交換生成和高壓蒸汽和/或低壓蒸汽用來驅(qū)動蒸汽輪機(jī)，蒸汽輪機(jī)排出的蒸氣用來加熱蒸氣設(shè)備，從而被冷卻。
這種方法的第四個特征是，用一個由蒸汽輪機(jī)帶動的壓縮設(shè)備把蒸發(fā)冷凝水得到的工作蒸氣進(jìn)一步壓縮而增大壓力。
這種方法還可以在蒸發(fā)設(shè)備處用外水補(bǔ)充冷凝水。
采納本發(fā)明可以得到下述利益為了將冷凝水送回氣化過程繼續(xù)使用而進(jìn)行的凈化處理并不需要依賴另外的能源，而只是以比較簡單的方式利用了轉(zhuǎn)移到高壓蒸汽和/或低壓蒸汽中的氣化生成物的余熱。另外，冷凝水并不是作為鍋爐給水而是作為工作蒸汽從蒸汽形式送回氣化過程，其中殘余的一些有機(jī)物雜質(zhì)成分將隨著新生成的氣化物一起被凈化。因此，對于冷凝水凈化處理后的純凈度并不需要提出過高的要求。
下面將借助附圖
較為詳細(xì)地介紹本發(fā)明的一種實施形式。該附圖概要地表示出了實施本發(fā)明方法的工作流程。
圖中，雙實線表示氣化生成物所通過的路徑(標(biāo)有1字的是氣化生成物最初通過的路徑)，粗實線表示蒸汽所通過的路徑，與此相區(qū)別，細(xì)實線表示水或其它類似物的輸送管道。
煤氣發(fā)生器A由一個盤形管實行11異腔加熱，經(jīng)管道13送入的細(xì)煤粉和經(jīng)管道15送入的水蒸汽在煤氣發(fā)生器A中形成一個沸騰湍流層，在這里，由管道15送入的經(jīng)過再加熱(過熱)的水蒸汽的作用是作為反應(yīng)媒介和流動媒介。
在煤氣發(fā)生器A中生成的氣化物或稱粗煤氣經(jīng)粗煤氣冷卻段1被輸送走，途中經(jīng)過高壓蒸汽發(fā)生器B的熱交換器17時被冷卻。而高壓蒸汽發(fā)生器B靠在這里吸收的熱量產(chǎn)生出壓力高達(dá)100巴、溫度高達(dá)450攝氏度的高壓蒸汽。
冷卻處理后的煤氣穿過管道2和一個裝有文邱里流量計(Venturi-Rohr)的煤氣洗滌器19被送入凈化分離容器C中，在這里從煤氣中分離出所含有的灰塵、鹽類(氯化銨等)等成分以及部分有機(jī)質(zhì)成分。
凈化后的煤氣由管道3從凈化分離容器C中引出，送入熱交換器21、23繼續(xù)冷卻，低壓蒸汽發(fā)生器H通過這兩個熱交換器獲得熱量產(chǎn)生出壓力為2至4巴的低壓蒸汽。在熱交換過程中煤氣在熱交換器221、23內(nèi)凝結(jié)出冷凝水，這些冷凝水中包含了煤氣中作為主要污染成分的有機(jī)雜質(zhì)，它們被送到煤氣洗滌器19作為洗滌液使用，然后和煤氣一起進(jìn)入凈化分離容器C。
冷凝水從凈化分離容器C中引出后，經(jīng)閥門5送到分餾柱D。在分餾柱D內(nèi)，這些冷凝水中所含有的氨(NH3)、硫化氫(H2S)等氣態(tài)成分以及一些揮發(fā)性的有機(jī)成分被從柱底部進(jìn)入的低壓蒸汽推動，由柱頂排出，再經(jīng)管道6提供給余氣燃燒系統(tǒng)。必要時，在管道6中可以串接一個熱交換器25，使分餾柱D排出的余氣經(jīng)過熱交換器25的冷卻處理后再送走。
從分餾柱D的底部流出的冷凝水經(jīng)過泵7被送到一個或幾個焦炭碎渣過濾器E，冷凝水通過過濾器E時濾除了其中含有的一些溶解或非溶解的碳?xì)浠衔铩Ｔ谶^濾器E內(nèi)可以使用焦炭渣和/或煙塵作為主要的輔助吸附媒介和輔助過濾層，它們是在煤氣發(fā)生器A中的氣化過程中生成的，在那里是作為殘渣由一個閘門系統(tǒng)(圖中未表示)向外分送的。采用焦炭碎渣過濾器來分離廢水中的碳?xì)浠衔锏募夹g(shù)是DE-A-3635461提出的。
穿過了過濾器E之后，冷凝水經(jīng)管道8被注入蒸發(fā)器F，并在那里被蒸發(fā)。提供熱量并使部分冷凝水蒸發(fā)的熱源，使用的是由B產(chǎn)生并經(jīng)過再次加熱(過熱處理)的高壓蒸汽，這些高壓蒸汽先要穿過一臺汽輪機(jī)T(背壓式汽輪機(jī))輸出一定的功率(具體講是驅(qū)動一臺發(fā)電機(jī)G發(fā)電)。當(dāng)它們成為汽輪機(jī)排出的廢汽之后，被送往蒸發(fā)器F內(nèi)的一條盤形管熱交換器27內(nèi)，并在那里散發(fā)熱量直到溫度降到冷凝點以下，所散發(fā)的熱量使來自過濾器E的冷凝水蒸發(fā)。
在蒸發(fā)器內(nèi)由于冷凝水的蒸發(fā)所形成的蒸汽，作為工作蒸汽經(jīng)管道9及管道15被送到煤氣發(fā)生器A。如果高壓蒸汽穿過汽輪機(jī)T成為汽輪機(jī)排出的廢氣時其壓力和溫度還足夠高，那么蒸發(fā)器F內(nèi)所生成的蒸汽的壓力也就會高于煤氣發(fā)生器A內(nèi)部的壓力，在這種情況下蒸汽可以直接經(jīng)管道15噴入煤氣發(fā)生器A內(nèi)。如果作為從汽輪機(jī)T排出的廢汽的那些蒸汽的壓力和溫度不高，以致蒸發(fā)器F內(nèi)所生成的蒸汽的壓力低于煤氣發(fā)生器A內(nèi)部的壓力，在這種情況可以借助空氣壓縮機(jī)29(旁有虛線)壓縮來自蒸發(fā)器F的蒸汽，使其壓力達(dá)到饋入煤氣發(fā)生器A內(nèi)所需的壓力值，壓縮機(jī)29可以由汽輪機(jī)T來驅(qū)動。
來自汽輪機(jī)T廢汽出口的蒸汽進(jìn)入蒸發(fā)器F的熱交換器27之后散熱斷而冷凝成水，這些冷凝水經(jīng)過泵31和熱交器33、35又被輸送回高壓蒸汽發(fā)生器B。
當(dāng)蒸發(fā)器F內(nèi)供蒸發(fā)用的冷凝水的量不足時，為了保證煤氣發(fā)生器A中對于工作蒸汽的需求，可以經(jīng)管道37向蒸發(fā)器F內(nèi)補(bǔ)充水。也可以在另外的位置上進(jìn)行這一補(bǔ)水的工作，例如在過濾器E的出口。
在蒸發(fā)器F內(nèi)未被蒸發(fā)而剩余下來的殘水由管道10引出，并經(jīng)過濾器39濾除其中的固體渣子，然后通過泵41被送回蒸發(fā)器F。對于被過濾器3分離出來的固體渣子可以按通常處理濾渣的方式將它們干燥和排出。
上述實旋方案的突出優(yōu)點在于，采用這種安排，汽輪機(jī)T的廢汽在冷凝過程中散發(fā)的熱量就可以不白白丟失，而是加以利用，用來蒸發(fā)送入蒸發(fā)器F的那些冷凝水，即用來生成工作蒸汽。另一方面，蒸發(fā)器F內(nèi)進(jìn)行的蒸發(fā)也進(jìn)一步增強(qiáng)了促使汽輪機(jī)T的廢汽冷卻的能力。整個使煤氣化的過程都可以在幾乎無廢水排出的狀態(tài)下運行，這種方案特別適合于將煤粉氣化過程與氣輪機(jī)或汽輪機(jī)工作過程結(jié)合起來，也適合于在發(fā)電領(lǐng)域應(yīng)用。
對煤氣發(fā)生器A的加熱是依靠盤形管11來實現(xiàn)的，而高溫的載熱介質(zhì)是經(jīng)管道45送入盤形管11的。這種高溫的載熱介質(zhì)例如可以由一個核反應(yīng)堆提供。實際上也可以把這個系統(tǒng)作為一個完全封閉的、與任何其它外部熱源無關(guān)的系統(tǒng)如果至少將管道4排出的氣化生成物分出一部分燃燒掉，那么就可以將燃燒生成的具有850攝氏度或更高溫度的煙氣經(jīng)管道43輸送給盤形管11。在送入盤形管11之前，還可以讓煙氣穿過一個熱交換器45，從而使蒸發(fā)器F輸出的工作蒸汽能被進(jìn)一步加熱、溫度提高到800攝氏度以上。煙氣穿過盤形管11之后，還可以在通過熱交換器47時對送往汽輪機(jī)T的蒸汽進(jìn)一步加熱。
圖中25、33和35所表示的熱交換器，是用來預(yù)熱蒸汽發(fā)生器B和H的鍋爐給水的。
本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)并不限于如圖所示的實施形式，對其布局做一些變動和擴(kuò)充是完全可能的。例如為了加熱蒸發(fā)器F也可以使用蒸汽發(fā)生器H所生成的低壓蒸汽。在這種情況下經(jīng)過管道9排出的蒸汽的氣壓當(dāng)然也就比較低，因此就必須借助壓縮機(jī)29，使管道9內(nèi)的蒸汽再增壓，達(dá)到能噴入煤氣發(fā)生器A所需的高壓(例如35巴)。對供給蒸發(fā)器F的冷凝水進(jìn)行預(yù)凈化處理所使用的分餾設(shè)備D和/或過濾設(shè)備E理論上也可以略去，這樣在冷凝水中難免不保留一些污染成分，并將它們一起帶入F所生成的蒸汽中，繼而又進(jìn)入煤氣發(fā)生器A中。這當(dāng)然會構(gòu)成一種危險，即在循環(huán)工作的冷凝水中不斷增加某些污染成分，例如可由分餾設(shè)備D去除的氨以及可由過濾設(shè)備E分離出的苯酚及其類似物等，也許這些污染成分的濃度最終會達(dá)到影響設(shè)備、裝置正常工作和/或腐蝕所用材料的臨界值。因此在系統(tǒng)中加入分餾設(shè)備D和過濾設(shè)備E可以看是有遠(yuǎn)見的預(yù)防性措施。
權(quán)利要求
1.一種在不斷供熱和摻入工作蒸汽的條件下的煤的氣化以及對于氣化生成物繼續(xù)加工的方法，在繼續(xù)加工的過程中，氣化物經(jīng)由熱交換器冷卻到所含水蒸汽的冷凝點以下，熱交換器吸收的熱量用以生成高壓蒸汽和/或低壓蒸汽，從氣化物所含的水蒸汽冷凝成的水被分離出并凈化，然后送回到氣化過程，這一方法的特征是，蒸發(fā)設(shè)備(F)內(nèi)的冷凝水是被高壓蒸汽和/或低壓蒸汽加熱蒸發(fā)，這些由冷凝水生成的蒸汽被作為工作蒸汽送入煤氣發(fā)生設(shè)備(A)中。
2.如權(quán)力要求1所敘述的方法，其特征是，冷凝水在被送去蒸發(fā)之前，首先在一個分餾設(shè)備(D)中除掉氣態(tài)或揮發(fā)性的污染物質(zhì)，并且/或者在一個過濾設(shè)備(E)中除掉溶解或未溶解的炭氫化合物。
3.如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所敘述的方法，其特征是，一臺蒸汽輪機(jī)(T)由熱交換所生成的高壓蒸氣和/或低壓蒸汽驅(qū)動，這臺蒸汽輪機(jī)(T)排出的廢蒸汽被用來加熱蒸發(fā)設(shè)備(F)，并因而被冷卻到其冷凝溫度以下。
4.如權(quán)利要求3所敘述的方法，其特征是，通過蒸發(fā)冷凝水所獲得的工作蒸汽在一個由蒸汽輪機(jī)(T)帶動的壓縮設(shè)備(29)進(jìn)一步壓縮而增大壓力。
5.如權(quán)利要求1所敘述的方法，其特征是，在蒸發(fā)設(shè)備(F)處可以對冷凝水進(jìn)行外水補(bǔ)充。
全文摘要
煤在異腔加熱的煤氣發(fā)生器中進(jìn)行氣化，在這一過程中從煤氣發(fā)生器中排出的高溫氣化物還被用作生成高壓和/或低壓蒸汽的加熱介質(zhì)，氣化物冷卻后所形成的冷卻水被分離出來，必要時首先將所含的揮發(fā)性或有機(jī)污染物質(zhì)去除掉，然后送入蒸發(fā)器蒸發(fā)并將生成的蒸汽作為工作蒸汽送回煤氣發(fā)生器。蒸發(fā)器的加熱介質(zhì)是高壓和/或低壓蒸汽，必要時這些蒸汽首先提供給一臺汽輪機(jī)使用。采用這種方法，從煤的氣化物冷凝出的水就不會去污染環(huán)境。
文檔編號C10J3/86GK1040614SQ8910473
公開日1990年3月21日 申請日期1989年7月18日 優(yōu)先權(quán)日1988年8月31日
發(fā)明者克勞斯·諾普, 阿希姆·杜爾科普, 岡特·沃爾特斯 申請人:曼-古特霍夫衣舒特股份公司