專利名稱：合成氣的冷卻和洗滌水的節(jié)能過濾的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過液體烴燃料或固體含碳燃料水淤漿的部分氧化制備冷卻和清洗的包括H2、CO、CO2和H2O的氣體混合物的方法。更具體的說，它關(guān)于用水冷卻和清洗合成氣以除去所夾帶的顆粒狀物質(zhì)的方法，該方法包括閃蒸、脫氣和氣體冷卻和洗滌水的節(jié)能過濾。
部分氧化方法是將液體烴燃料轉(zhuǎn)化成合成氣、還原氣和燃料氣的眾所周知的方法。例如參見已共同授讓的US專利3，988，609;4，251，288;4，436，500;4，468，376和4，704，137，(它們引入本文作為參考)。離開反應(yīng)區(qū)的粗排氣體處在約1100℃～1540℃范圍內(nèi)的溫度下并包括H2，CO、CO2和H2O，附帶少量其它氣體。在該氣流中還包括所夾帶的顆粒狀物質(zhì)，其含量在約1.5～500gr/m3。為了防止污染和/或堵塞位于下游的催化劑床或防止堵塞燃燒器噴嘴，需要讓它與水接觸以清洗粗氣流。在預(yù)冷槽中所容納的水中驟冷該熱的粗氣流的工藝已在共同授讓的US4，801，347中有圖示和敘述，該專利引入這里作為參考。借助于洗滌噴嘴或銳孔洗滌器來洗滌熱的粗氣流的工藝在已共同授讓的US3，524，630和3，749，377中有圖示和敘述，它們引入這里作為參考。在用于氣體驟冷和洗滌的水中固體濃度是在約0.1～6.0wt%范圍內(nèi)。這種水被稱作黑水。它是可泵抽的并一般含有約2.0wt%的顆粒炭。顆粒炭從黑水中除去通常是通過在一或二階段傾析洗滌器中經(jīng)溶劑萃取而進行的，如在已共同授讓的US4，014，786中的圖示和敘述的那樣。炭萃取系統(tǒng)是復(fù)雜的和高資金花費的，因為眾多的設(shè)備，溶劑費用，以及高能耗。蒸汽消耗量大，而且因為該黑水/灰水交換器的頻繁污染，使熱交換效率偏低。因此，最常用的但成本高的溶劑萃取炭系統(tǒng)被本主題方法排除了。這種裝置不需要萃取石腦油，而且能量消耗小。
本主題方法以節(jié)能方式從氣體冷卻和洗滌水流中除去顆粒狀物質(zhì)和一部分酸氣，能夠最大限度地提高該脫氣灰水的質(zhì)量和增大水量，該灰水產(chǎn)生后再返回到粗氣驟冷和洗滌工段中。
本主題方法涉及用來制備冷卻了的和清洗過的氣流的部分氧化方法，這種基本上不含顆粒狀物質(zhì)的氣體用作合成氣、還原氣或燃料氣，該方法包括(1)液體烴燃料或固體含碳燃料的水淤漿與含有游離氧的氣體在溫度調(diào)節(jié)劑的存在下進行部分氧化反應(yīng)，制得了熱的粗氣流，該氣流包括H2、CO、CO2、H2O;該氣流所夾帶的包括顆粒炭和灰分的顆粒狀物質(zhì)和至少一種選自N2、Ar、H2S、COS、CH4、NH3、HCN、HCOOH的物質(zhì)和爐渣;
(2)通過(a)在氣體驟冷區(qū)中與驟冷水直接進行接觸，制得可泵抽的黑色驟冷水流，或通過(b)在氣體冷卻區(qū)中與水間接熱交換，而將來自(1)的熱的粗氣流冷卻;
(3)在氣體洗滌區(qū)中用脫氣的灰水洗滌來自(2)的冷卻了的熱粗氣流，基本上除去所有在該粗氣流中仍然夾帶的顆粒狀物質(zhì)，并產(chǎn)生了黑色的洗滌水;
(4)將來自(2)的該黑色驟冷水(a)和來自(3)的該黑色洗滌水導(dǎo)入壓力能被閃降的閃蒸區(qū)，制得包括汽化的灰色水和酸氣的閃蒸汽;和單獨的閃蒸黑水的底流，它的固含比(3)中的該黑色洗滌水的固含高一些;
(5)讓第一部分來自(4)的該閃蒸汽通過熱交換區(qū)與脫氣了的灰色水流進行間接熱交換，以此同時加熱該脫氣了的灰色水和將冷卻了的閃蒸汽凝結(jié)下來，并從該冷凝灰色水中分離出酸氣;
(6)將第二部分來自(4)的該閃蒸汽和來自(5)的冷凝灰色水導(dǎo)入脫氣區(qū)，讓該凝結(jié)的的灰色水脫氣，然后借助于(5)中的熱交換區(qū)將至少一部分脫氣灰色水循環(huán)到(2)中的氣體驟冷區(qū)(a)和(3)中的氣體洗滌區(qū)，以便進行(2)中的氣體驟冷方式(a)，或循環(huán)到(3)中的氣體洗滌區(qū)，以便進行(2)中的氣體冷卻方式(b);
(7)在澄清區(qū)中將來自(4)的閃蒸過的黑水澄清，得到灰色水和濃縮黑水的底流;
(8)將來自(7)的濃縮黑水流進行過濾，得到濾餅和灰色水濾液;和(9)在該脫氣區(qū)中將在(7)和(8)中得到的灰色水濾液進行脫氣，然后借助于(5)中的熱交換區(qū)將至少一部分脫氣灰色水循環(huán)到(2)中的該氣體驟冷區(qū)(a)和(3)中的氣體洗滌區(qū)，以便進行(2)中的氣體驟冷方式(a)，或循環(huán)到(3)中的氣體洗滌區(qū)，以進行(2)中的氣體冷卻方式(b)。
參考說明本發(fā)明優(yōu)選實施方案的附圖，可以對本發(fā)明有更完全的理解。并不打算將本主題發(fā)明限定到所述特殊的工藝方法和原料。
在本主題方法中，基本上包括H2、CO、CO2、H2O夾帶的顆粒狀物質(zhì)(包括顆粒炭和灰分)和至少一種選自N2、Ar、H2、COS、CH4、NH3、HCN、HCOOH的物質(zhì)和爐渣的粗氣流是通過一般在溫度調(diào)節(jié)劑的存在下，在一個未包裝的(unpacked)，豎立的、自由流動式非催化部分氧化氣體發(fā)生器中讓液體烴燃料或固體含碳燃料的水淤漿與含有游離氧的氣體進行部分氧化反應(yīng)而制得的。當蒸汽用作溫度調(diào)節(jié)劑時，反應(yīng)區(qū)中的蒸汽/燃料重量比在約0.1～5范圍內(nèi)，優(yōu)選為約0.2～0.7。在燃料中游離氧與碳的原子比(O/C比)是在約0.6～1.6范圍內(nèi)，優(yōu)選為0.8～1.4。反應(yīng)時間是在約0.1～50秒范圍內(nèi)，如約2-6秒。
該合成氣體發(fā)生器包括豎立式圓柱形的、耐火材料襯里的壓力鋼罐，如在共同授讓的US2，809，104中所示的，它引入本文作為參才。在該專利中也示出了典型的驟冷鼓。燃燒器，如在共同授讓的US2，928，460中所示出的，該專利文獻引入本文作為參考，可用來將原料流導(dǎo)入反應(yīng)區(qū)中。
大范圍的可燃燒的液體烴燃料或固體含碳燃料的水淤漿可以在溫度調(diào)節(jié)氣的存在下，在氣體發(fā)生器中與含游離氧氣體進行反應(yīng)而制得合成氣。
這里用來描述各種適宜的原料的術(shù)語液體烴燃料是想要包括可泵抽的液體烴原料和可泵抽的固體含碳原料的液體淤漿及其混合物。例如固體含碳燃料的可泵抽水淤漿是合適的原料。事實上，基本上任何可燃燒的含碳液體有機原料或其淤漿可被包括在術(shù)語“液體烴”的定義中。例如，有(1)可泵抽的固體含碳燃料的水淤漿，如在可汽化的液體載體中的煤、顆粒炭、石油焦炭、濃縮的污水溝淤渣及其混合物，這些載體例如是水、液體CO2、液體烴燃料及其混合物。
(2)加入到氣化器中的適宜液體烴燃料原料是想要包括各種原料，例如液化石油氣，石油餾出液和殘渣，汽油，石腦油，煤油，原油，瀝青，瓦斯油，渣油，焦油砂油和頁巖油，煤餾油，芳香烴(如苯、甲苯、二甲苯級分)，煤焦油，來自流體-催化-裂解操作的循環(huán)瓦斯油，焦化瓦斯油的糖醛抽提物及其混合物。
(3)還包括在術(shù)語液體烴的定義中的是氧化烴有機原料，包括碳水化合物類，纖維素質(zhì)，醛類，有機酸類，醇類，酮類，氧化燃油，來自化學(xué)工藝的含有氧化烴有機原料的廢液和副產(chǎn)物，以及它們的混合物。
該液體烴原料可處在室溫，或被預(yù)熱至不超過約340℃～650℃的溫度，但優(yōu)選在其裂解溫度以下。該液體烴原料可以以液相形式或以與溫度調(diào)節(jié)劑的汽化混合物形式被導(dǎo)入至氣體發(fā)生燃燒器中。
為控制氣體發(fā)生器的反應(yīng)區(qū)中的溫度，溫度調(diào)節(jié)劑的需要一般取決于原料的碳/氫化和氧化劑流的氧含量。溫度調(diào)節(jié)劑與液體烴燃料和大致純凈的氧一起使用。水和蒸汽是優(yōu)選的溫度調(diào)節(jié)劑。蒸汽可以與反應(yīng)流中的一種或兩種混合后作為溫度調(diào)節(jié)劑導(dǎo)入。此外，溫度調(diào)節(jié)劑可以借助于燃燒器中的獨立管道被導(dǎo)入氣體發(fā)生器的反應(yīng)區(qū)。其它溫度調(diào)節(jié)劑包括富CO2氣，氮氣和循環(huán)合成氣。
本文使用的術(shù)語含游離氧氣體意指空氣、富氧空氣(即高于21摩爾%O2)和大致上純凈的氧氣即高于95%(摩爾)氧氣(剩下的常常包括N2和稀有氣體)。含游離氧氣體可以在約環(huán)境溫度～260℃范圍內(nèi)的溫度下經(jīng)過部分氧化燃燒器導(dǎo)入。
粗氣流離開反應(yīng)區(qū)時，其溫度在約925℃～1926℃范圍內(nèi)，優(yōu)選1100℃～1540℃，壓力在約5～300大氣壓范圍內(nèi)，優(yōu)選15～150大氣壓。該熱的粗排出氣流的組成大約如下(以mol%表示)H210～70，CO 15～57，CO20.1-25，H20.1-20，CH40-60，NH30-5，H2S0-5，COS0-0.1，N20-60，Ar0-2.0，HCN和HCOOH0-100ppm(重量計)。顆粒炭的存在范圍是約0.2-20重量%(初始原料中的基準碳含量)。在灰分和/或熔渣可以分別以相當于初始液體烴或固體含碳燃料原料的約0.5-5.0和0-60重量%的含量存在。根據(jù)下述方式除去顆粒炭和任何灰分和/或爐渣和經(jīng)過或不經(jīng)過脫水之后，該氣流可用作合成氣、還原氣或燃料氣。
在本主題方法的優(yōu)選實施方案中，所有的熱粗排出氣流在離開部分氧化氣體發(fā)生器的耐火材料襯里的反應(yīng)區(qū)時基本上處在與反應(yīng)區(qū)中相同的溫度和壓力，管道中較少的正常液滴被直接導(dǎo)入在驟冷鼓或槽的底部所具有的水池，如在共同授讓的US2，896，927中所描述的那樣，該文獻在這里引入作為參考。
驟冷鼓位于氣體發(fā)生器的反應(yīng)區(qū)的下方，它所接收到的粗氣流攜帶基本上所有的灰分和/或爐渣和顆粒炭煙灰離開氣體發(fā)生器的反應(yīng)區(qū)。由大體積量的氣體通過水鼓泡而引起的驟冷鼓中湍流條件有利于水將基本上所有的固體物從排出氣中洗滌下來。在驟冷器中產(chǎn)生了大量的蒸汽并使氣流飽和。粗氣流在驟冷鼓中被冷卻并在約150℃～315℃范圍內(nèi)的溫度下離開。理想地是，在本主題發(fā)明所使用的新鮮驟冷水是脫氣的灰色水或隨后在本方法中產(chǎn)生的冷凝水。這種水基本上不含溶解的氧。在循環(huán)水中溶解的氧會引起各種器件和管道的嚴重腐蝕。溶解的氧也還參與了氯化物應(yīng)力腐蝕破裂。這里使用的術(shù)語“和/或”是其一般的意思。例如，A和/或B意指A或B或A+B。
在本主題方法的另一個實施方案中，來自氣體發(fā)生器的熱氣流通過輻射式和/或?qū)α魇嚼鋮s器，氣流可被冷卻至約250℃～600℃范圍內(nèi)的溫度。合適的氣體冷卻器在已共同授讓的US3，709，669;3，868，817;4，436，530;4，377，132和4，328，008中有圖示和描述，這些文獻引入這里作為參考。
為了防止堵塞下游的催化劑床和/或污染可能在后面的氣體純化步驟中使用的液體-溶劑吸收劑，離開驟冷鼓的冷卻和清洗過的氣流或離開輻射式和/或?qū)α魇嚼鋮s器的冷卻氣體是通過與在另一個氣體清洗區(qū)中的洗滌流體進行接觸而被進一步清洗。這種氣體清洗區(qū)要以包括普通的銳孔(如在已共同授讓的US3，524，630中所圖示和描述的那種，該文獻引入這里作為參考)和普通的文丘里洗滌器和噴嘴，一起還有氣體洗滌室，如在已共同授讓的US3，232，727中所圖示和描述的，該文獻引入這里作為參考。在氣體洗滌室中，粗氣流用這里所述的熱的返回冷凝水和脫氣灰色水進行洗滌。例如，離開與氣化器聯(lián)接的驟冷槽的氣流在文丘里洗滌器中被洗滌和與洗滌流體例如脫氣灰色水緊密接觸。接著，氣體與洗滌水的混合物進入和向上通過在氣體洗滌室底部所具有的氣體洗滌水池。洗滌過的氣體然后向上通過在洗滌室的上部分中的一種經(jīng)過包裝的部件或一些盤，在該室中氣體與向下流動的冷凝水進行接觸。在氣體洗滌室底部的洗滌水被循環(huán)至文丘里洗滌器中和/或與氣化器聯(lián)接的驟冷槽中。選擇性地，為保持固體濃度，一部分洗滌，水可以與從驟冷槽的底部離開的黑水進行混合。
脫氣灰色洗滌水含有超過的約100ppm(wt)(ppm w)固體。這里它是通過從黑水中除去顆粒狀固體得到的，如在聯(lián)接在氣化器上的驟冷槽中形成的。在約150℃～315℃范圍內(nèi)的溫度下離開氣體洗滌室的干凈飽和氣流被冷卻至低于露點的溫度和被導(dǎo)入氣-液分離器中。冷凝水從分離器底部排出并返回到氣體洗滌室中作為氣體洗滌劑。從分離器頂部排出干凈的粗合成氣。如果需要，該粗合成氣可以送至普通的氣體純化裝置例如雷克蒂索(Rectisol)裝置中除去任何有利的雜質(zhì)例如含硫氣體。該干凈純化的合成氣可用于有機化合物例如醇的催化合成。經(jīng)過在主題方法中使用的氣體清洗步驟，氣流中固體顆粒物的量被降低至不起過3ppm，優(yōu)選不超過1ppm。此外，離開氣體洗滌室的氣流可用水飽和并被直接導(dǎo)入燃氣輪機中作為燃料，當想要降低尾氣中NOx含量。另外，用水飽和的這種干凈冷卻的產(chǎn)品氣可被直接導(dǎo)入普通的催化水-氣變換轉(zhuǎn)化器中，提高合成氣流的H2/CO摩爾比或產(chǎn)生富H2氣體。
在驟冷槽中制得的可泵抽水分散體基本上包括驟冷水和約0.1～4.0wt%，如約0.5～2.5wt%的含顆粒炭固體。這種炭-水分散體在這里指“黑色”。取決于燃料的組成，在該分散體中可存在較少量的灰分。此外，任何沒有燃燒的無機固體物如粗灰和/或來自固體燃料的爐渣和任何來自氣化器的耐火材料都會驟集在驟冷槽的底部。這些物質(zhì)可借助于活底料斗定期地除掉。從灰分和/或爐渣分離出，灰-水分散液流。
稱作“黑水”的炭-水分散體是通過在將要進一步描述的炭回收區(qū)中的閃蒸、沉降和過濾步驟而被解析的。在這種方式中，炭可以被回收和循環(huán)至氣體發(fā)生器中作為一部分燃料，而水(稱作脫氣“灰色水”)可以被循環(huán)至氣體驟冷和洗滌區(qū)中。
被導(dǎo)入炭回收區(qū)的黑水中的顆粒炭是以游離碳黑或煙灰形式的。炭煙灰的吸油值，由ASTM方法D-281測得，是高于1并通常在2-4cc油/克碳之內(nèi)變化。在這些分散體中來自油的無機灰分包括金屬類和硫化物類。例如，對于從石油得來的燃料，這些組分可從Ca、Ni、V和Fe及其混合物中選擇。此外，對于這類燃料，黑水中水可溶的雜質(zhì)的量包括如下(以ppm表示)氨0～10000;甲酸(鹽)0～10000;氯化鈉0～5000;鎳0～25;鐵0～150;硫化物0～500;和氰化物0～100。
離開驟冷槽底的黑水流，選擇性與離開將要進一步描述的第二級氣體洗滌區(qū)的洗滌水流進行混合，按照下述方式進行處理制得脫氣灰色水和固體顆粒炭。所有的黑水在約150～315℃范圍內(nèi)的溫度下和在約1500～18000KPa范圍內(nèi)的壓力下被導(dǎo)入閃蒸區(qū)，該閃蒸區(qū)包括與中壓閃蒸鼓(MPFD)串聯(lián)的高壓閃蒸鼓(HPFD)。在另一個實施方案中，稱作減壓蒸餾鼓(VFD)的第三閃蒸鼓是與MPFD串聯(lián)。用這種方法，將黑水逐步進行多步閃蒸和濃縮。逐步閃蒸的優(yōu)點如下逐步閃蒸能夠?qū)⒑谒鋮s而不需要讓臟黑水與灰色水進行直接的熱交換。通過依靠脫氣灰色水將較干凈的高壓閃蒸汽冷凝而回收熱量。通過將HPFD中的壓力降至中等壓力而不是常壓，從而在較高溫度下制得閃蒸過的氣體，再與脫氣灰色水進行間接熱交換?；疑虼硕患訜嶂凛^高的溫度。另外一些較低水平的熱量是通過讓冷灰色水在脫氣器中與中等壓力閃蒸汽發(fā)生接觸，進行間接熱交換而被回收。
在高壓閃蒸鼓(HPFD)中，在約1500～18000KPa范圍內(nèi)的入口壓力突然被釋放并降至約300～2000KPa范圍內(nèi)的壓力值。黑水的溫度降低至約137℃～215℃。黑水的約28～13重量%(wt%)被汽化形成汽化灰色水，一起還有約0.05-0.5wt%水可溶氣態(tài)雜質(zhì)例如選自CO2、NH3、CO、H2S、HCN、COS、HCOOH及其混合物的氣體，稱作酸氣。來自HPFD的汽化灰色水流和酸氣與離開脫氣器底部的、溫度在約100℃～150℃范圍內(nèi)的脫氣液體灰色水流以非接觸的方式進行間接熱交換。脫氣灰色水因而被加熱至約120℃～185℃范圍內(nèi)的溫度。然后將受熱脫氣灰色水導(dǎo)入合成氣發(fā)生器驟冷槽中作為氣體驟冷介質(zhì)，和導(dǎo)入氣體洗滌區(qū)作為洗滌介質(zhì)。例如，約1～50wt%脫氣灰色水被導(dǎo)入驟冷槽中，剩余的被導(dǎo)入文丘里洗滌器中。一部分例如30-90wt%的汽化灰色水從酸氣中冷凝和分離下來。然后將酸氣送至普通的氣體處理裝置。冷凝的灰色水被送至脫氣器中。如果輻射式和/或?qū)α魇嚼鋮s器用來冷卻熱粗合成氣，那么所有的脫氣灰色水將被導(dǎo)入氣體洗滌區(qū)例如文丘里洗滌器。
固含在約0.6-5.0wt%范圍內(nèi)的黑水底流離開HPFD并被導(dǎo)入中等壓力閃蒸鼓(MPFD)，在這里，在約300-2000KPa范圍內(nèi)的入口壓力突然降至約100-1950KPa范圍內(nèi)的出口壓力。中等壓力閃蒸鼓中的黑水有約27-6wt%，因此被汽化并在約100℃～138℃范圍內(nèi)的溫度下從頂部離開。離開MPFD底部的濃縮可泵抽的黑水具有在約100-138℃范圍內(nèi)的溫度和在約1.5-5.5wt%范圍內(nèi)的固含。這一液流被導(dǎo)入普通的澄清器中。澄清器的主要目的是確保溢出水(灰色水)具有較低的懸浮固體例如不超過約100ppm(wt)固體。該澄清器還為液固分離裝置例如過濾器提供緩沖容量。因此，澄清器下方的泵將煙灰-水流在約43℃～138℃范圍內(nèi)的溫度下送至過濾器中。從澄清器中溢流出的水流進入灰色水貯槽中。該灰色水被送到脫氣器中最后返回氣化器部件中。在大多數(shù)情況下，充足的灰色水為該系統(tǒng)留下濾餅，以控制所溶解的氯化物在可接受的水平。如果需要，可從灰色水的槽中放出另外的灰色水以控制所溶解的物質(zhì)。
來自MPFD頂部的、包括汽化灰色水和酸氣的閃蒸汽被導(dǎo)入脫氣器中。來自MPFD的閃蒸汽和選擇性的補充蒸汽是用來自從被導(dǎo)入到脫氣器中的循環(huán)類色水流和補充水流之中脫除氧氣和酸氣的主要手段。酸氣和水汽從脫氣器頂部排出并被送至普通的氣體處理設(shè)施中。
在一個實施方案中，來自MPFD的濃縮可泵抽的黑水底流被導(dǎo)入到減壓閃蒸鼓(VFD)中。當需要保護過濾器時，VFD用來不經(jīng)過直接熱交換控制黑水的溫度在40℃～100℃范圍內(nèi)。在操作過程中，在約100～1950KPa范圍內(nèi)的入口壓力突然在VFD降至在95-5.0KPa范圍內(nèi)的壓力。來自VFD的在約100℃-40℃范圍內(nèi)的溫度下的、固含在約2-6wt%范圍內(nèi)的濃縮可泵抽黑水底流被導(dǎo)入到澄清器中。
被導(dǎo)入VFD中的黑水的約0.5-9wt%被汽化并在約100℃-40℃范圍內(nèi)的溫度下從頂部離開。VFD頂部蒸汽被冷卻至露點以下的溫度并在約60℃-30℃范圍內(nèi)的溫度下分離成灰色水和酸氣。該灰色水被直接或借助于氣-液分離器導(dǎo)入脫氣器中。酸氣通過普通的真空泵提出，從泵排出液流中分離出來，并送至普通的氣體提純裝置中。從泵中分離出的冷凝水被循環(huán)利用和與來自減壓閃蒸鼓的頂部蒸汽合并。
來自澄清器的、包括具有顆粒粒炭固含量在約2.0-25%(重量)和在約100℃-40℃范圍內(nèi)的溫度下的黑水的可泵抽底流可以在普通的液-固分離器如過濾器、施風(fēng)干燥器或離心機中解析。例如，借助壓濾機，可產(chǎn)生固含為10-60wt%的濾餅以及灰色水濾液。該濾餅可作為燃料燃燒可用來回收金屬物質(zhì)。該濾液以及來自澄清器的溢出液流可以貯存在灰色水槽中。將灰色水流從灰色水槽抽至脫氣器中。補充水流和單獨的蒸汽流也可導(dǎo)入脫氣器中。
通過脫氣器，從灰色水中除去氧氣。離開脫氣器的灰色水溫是在約100℃-150℃范圍內(nèi)。通過脫氣器，灰色水再生并基本上不含有溶解的氧。在被循環(huán)至氣化驟冷槽和氣體洗滌器之前，該脫氣灰色水通過與來自MPFD的閃蒸汽進行間接熱交換而被加熱至約120℃-185℃范圍內(nèi)的溫度。理想地，通過讓灰色水脫氣，溶解的氧從循環(huán)水系統(tǒng)中除去，從而降低對高級冶金學(xué)工藝的要求。此外，可回收低水準的熱量，因此改善了總的能量效率。脫氣器按如下進行操作將來自MPFD的閃蒸汽和選擇性的蒸汽導(dǎo)入脫氣器中，接著從進入的補充水、灰色水冷凝液和循環(huán)濾液中脫除溶解的氧氣。
本發(fā)明主題方法的優(yōu)點總結(jié)如下·省去了含固體的水的供給工程中的熱交換器。
·通過將所有的氧化水流送至脫氣器中，阻止了氧氣進入氧化水系統(tǒng)中。
·高壓水流中的熱量用來完成脫氣和再加熱灰色水。
通過結(jié)合脫氣器，灰色水的再利用量達到了最大程度并消除了大的排出液流的產(chǎn)生。
·設(shè)備的件數(shù)和裝置的裝置費用盡可能地減少了。
·制得了一種適合加入到燒煤蒸汽鍋爐中或適合于金屬回收的濾餅料。
·排除了需要萃取溶劑的高能耗的普通潷析器系統(tǒng)。
·可以使用較低質(zhì)量的補充水，如酸水、置換冷凝液和/或氨冷凝液。
現(xiàn)參見

圖1，一種無阻礙自由流動非催化下流式部分氧化氣體發(fā)生器1被描繪成有耐火材料襯里，和具有處在軸向直線上的入口3，環(huán)型燃燒器4，沒有夾套的(unpacked)反應(yīng)區(qū)5，和出口6(導(dǎo)入驟冷室11)。含碳燃料，優(yōu)選液體石油產(chǎn)品或懸浮在液體如水中的磨細的固體含碳原料，被泵抽出并通過環(huán)形燃燒器4的入口7。包括含游離氧氣體的氧化劑也被允許通過入口進入環(huán)形燃燒器中。溫度調(diào)節(jié)劑如水或水蒸汽既可以通過環(huán)形燃燒器4的一個入口又可以通過它的兩個入口導(dǎo)入并與在其中通過的物料混合。
有用的氣體發(fā)生器在已共同授讓的U.S.P2，809，104(授權(quán)于D.M.Strasser等人)中有敘述，該專利引入本文作為參考。有用的環(huán)型燃燒器4在已共同授讓的U.S.P.2，928，460(授權(quán)于Du Bois Eastman等人)中有更詳細的敘述，該專利引入本文作為參考。具有其它設(shè)計方式的燃燒器也可用在圖1中所示的工藝方法中。
環(huán)型燃燒器4將氧化劑與含碳燃料和選擇性的溫度調(diào)節(jié)劑進行混合。以心地控制好含碳燃料、氧化劑和調(diào)節(jié)劑的各種用量，以使基本上所有的含碳燃料轉(zhuǎn)化為氣體并使反應(yīng)區(qū)5內(nèi)保持在所需要的溫度范圍。粗合成氣通過底部軸向出口6離開反應(yīng)區(qū)5并排入部分裝有水的驟冷室11。水通過管道9導(dǎo)入驟冷室11中并進入浸入式管導(dǎo)(tube-draft)管道組10中。在這里水接觸和驟冷該熱、粗合成氣。通過底管14將一部分水從驟冷室11中排出。當離開發(fā)生器1的熱粗合成氣與在驟冷罐11的浸入式管導(dǎo)管道10中的水進行混合時，一些水轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝?。因此而將該合成氣飽和。任何存在的熔化爐渣，例如當含灰分燃料如煤用作燃料時，凝固下來并能夠通過水封的活底料斗定期地從驟冷室11中排出，該料斗裝有隔離閥16和17和出料管18。細灰分和包括未完全氣化的含碳燃料顆粒的顆粒炭被懸浮在驟冷室11內(nèi)的水中，并在約150℃-315℃范圍內(nèi)的溫度下通過管道14與水一道排出。管道14中的水懸浮液(稱作黑水)含有顆粒物和至少一種選自CO2、NH3、CO、H2S、HCN、CO、HCOOH的水可溶氣體雜質(zhì)及其混合物(這里稱作酸氣)。
由CO+H2O反應(yīng)，和當熱粗合成氣在驟冷室11中被驟冷和/或在包括文丘里洗滌器19和洗滌器20的氣體洗滌區(qū)中用水洗滌時，可以產(chǎn)生痕量的甲酸。一部分管道21內(nèi)黑水中水和水可溶的氣體雜質(zhì)可以從該水懸浮液中除去，其途徑是突然降低其壓力并在包括兩個加壓閃蒸鼓22和34的閃蒸區(qū)中或者在包括加壓閃蒸鼓22和34和減壓閃蒸鼓66的閃蒸區(qū)中將其閃蒸。
從閃蒸鼓22中的黑水中分離出的蒸汽和酸氣通過管道23并在熱交換器24中冷卻至底于露點的溫度。水冷凝液和酸氣的混合物通過管道25和26并收集在擋板式氣液分離器27中。在排掉之前，冷卻了的酸氣通過管道30從該系統(tǒng)中排出，以便在常規(guī)的氣體純化裝置(未畫出)中進行處以除去有害的組分。來自擋板式氣液分離器27的冷凝液通過管道31進入脫氣器32中。
來自高壓閃蒸鼓22的液體底流通過管道33進入中壓閃蒸鼓34，在這里壓力突然降低。閃蒸汽通過管道35進入脫氣器32中。當管道37中的閥門36關(guān)閉和管道39中的閥門38開通時，來自中壓閃蒸鼓34的液體底流通過管道40、39，閥門38和管道41、42進入澄清器45。增稠的黑水通過管道46從澄清器45的底部離開。借助泵47將增稠黑水抽出，通過管道48進入常規(guī)液固分離裝置49(例如壓濾機)中。濾餅通過管道50排出，并可用作燃料?；疑疄V液通過管道51進入灰色水貯存槽52中。來自澄清器45的溢液通過管道53進入貯存槽52中。借助泵54，將灰色水抽出，通過管道55、56和57進入脫氣器32。
小部分，一般為約1-15%的澄清過的灰色水可以定期地從該系統(tǒng)中排出并送至普通的廢水處理裝置(未畫出)中。該水通過管62、閥門64和管63，作為廢水流來保持循環(huán)水中所溶固體的濃度在可接受的水平，為的是最大限度地減少能由可溶性物質(zhì)引起的、該水系統(tǒng)中的腐蝕和操作不便問題。例如，鹵化物鹽是主要考慮的物質(zhì)。該廢水流的大小取決于在氣化器的進料中可溶物質(zhì)的量。這種水必須在處理裝置(未畫出)中進一步處理，以在它被排放之前除去環(huán)境保護方面所關(guān)注的成分。補充水和選擇性的汽提(stripping)用蒸汽分別通過管道58和59導(dǎo)入脫氣器32中。蒸汽和含游離氧氣體通過管60離開脫氣器32。
在另一個實施方案中，當管道39中的閥門38關(guān)閉和管道37中的閥門36開通時，管道40中的濃縮了的閃蒸黑水通過管道37、閥門36和管道65進入減壓閃蒸鼓66，在這里讓黑水進行附加的閃蒸和濃縮。借助于泵67，濃縮的黑水被抽出通過管68、69和42進入澄清器45。來自減壓閃蒸鼓66的頂部蒸汽通過管道70和71，在冷卻器72中被冷卻至露點以下，并通過管道73進入氣-液分離器74。借助泵75，管道76中的灰色水被泵抽通過管道77并在管道26中與來自管道25的氣-液流混合。在氣/液分離器74的頂部管道78中的未冷凝的氣體被導(dǎo)入真空泵79中。密封水通過管道80進入泵79。在一個未畫出的實施方案中，管道77中一部分灰色水被用作管道80中一部分用于真空泵79的密封水。真空泵的出料通過管道81進入氣-液分離器82。酸氣通過上部管道83離開并被送至常規(guī)的氣體純化處理裝置(未畫出)。來自分離器82的冷凝液通過管道84，被循環(huán)利用和在管道71中與來自減壓閃蒸鼓66的頂部氣流70混合。
含有一部分細灰分和炭顆粒的合成氣在約150℃至315℃范圍內(nèi)的溫度下通過出口12和管道87離開驟冷室11。管道87中驟冷了的合成氣流通過普通的文丘里型洗滌器19，在這里合成氣流經(jīng)脫氣了的灰色水和洗滌器底部水洗滌后除去殘留的顆粒物。例如，借助泵89，來自脫氣器32的脫氣灰色水可通過管道88，90，加熱器24，管道91，并分別經(jīng)過管道121、閥門122、管道123、124進入驟冷槽11和經(jīng)過管道125、閥門126和管道127進入文丘里洗滌器19。
合成氣中另外的氰化氫以及其它氣體和無機原料可以在氣體洗滌步驟中溶于水。合成氣和來自文丘里型洗滌器19的灰色水的混合物通過管道92被導(dǎo)入位于氣體洗滌和分離器20的底部的灰色水池93。用于洗滌操作的另外的冷凝液通過管道86導(dǎo)入分離器20中。在氣體洗滌和分離器20中，進行合成氣的最后清洗，合成氣和灰色水彼此分離。合成氣通過管道95從分離器20的頂部排出。灰色水通過底部管道97進入泵98，由該泵分別經(jīng)過管道99，100，閥門101和管道102送至文丘里型洗滌器19和經(jīng)過管道103，閥門104，管道105和124送至驟冷室11中。選擇性地，管道99中一部分灰色水可通過管道110、閥門111和管道112進入管道21。
來自分離器20和管道95的頂部氣流，已基本上不含夾帶的顆粒狀物，可以用作合成氣，當在所產(chǎn)生的粗排出合成氣中H2/CO比達到要求時。例如，當管道104中的閥門103關(guān)閉和管道106中的閥門105開通時，這種合成氣流通過管道95、106、107并在氣體冷卻器113中被冷卻至露點溫度或以下。例如，管道115中的氣體可處在約室溫至65℃范圍內(nèi)的溫度下。冷凝液和合成氣的混合物通過管道115進入氣-液分離器116。在冷卻步驟形成的冷凝液在分離器116中被排出并經(jīng)過管道86循環(huán)至洗滌-分離器20中，用來洗滌合成氣。管道114中所得冷卻和洗滌了的合成氣然后能進一步地處理，例如通過普通方法提純以除去含硫氣體并用來合成有機化合物或用作還原氣或燃料氣。合成氣、還原氣和燃料氣的組成是相關(guān)的并含有H2和CO?？刂坪煤铣蓺獾腍2/CO摩爾比，以用來合成有機化合物。還原氣富含H2和/或CO并用于化學(xué)還原反應(yīng)。燃料氣還含有CH4并作為燃料燃燒。另外，當閥門105關(guān)閉和閥門103開通，來自分離器20和管道95的頂部氣流可通過管道104和108，并且在調(diào)節(jié)H2/CO比之后可用于化合物制備。
盡管在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下可對本發(fā)明作一些改進和變化，應(yīng)該強調(diào)的此類限制還是在所附權(quán)利要求中指明了。
權(quán)利要求
1.一種將液體烴燃料或固體含碳燃料的水淤漿的部分氧化方法，該方法包括(1)液體烴燃料或固體含碳燃料的水淤漿與含有游離氧的氣體在溫度調(diào)節(jié)劑的存在下進行部分氧化反應(yīng)，制得了熱的粗氣流，該氣流包括H2、CO、CO2、H2O；所夾帶的包括顆粒炭和灰分的顆粒狀物質(zhì)；和至少一種選自N2、Ar、H2S、COS、CH4、NH3、HCN、HCOOH和爐渣的物質(zhì)；(2)通過(a)在氣體驟冷區(qū)中與驟冷水直接進行接觸，制得可泵抽的黑色驟冷水流，或通過(b)在氣體冷卻區(qū)中與水間接熱交換，而將來自(1)的熱粗氣流冷卻；(3)在氣體洗滌區(qū)中用脫氣的灰色水洗滌來自(2)的冷卻了的熱粗氣流，基本上除去了所有在該粗氣流中仍然夾帶的顆粒狀物質(zhì)，并產(chǎn)生了黑色的洗滌水；(4)將來自(2)的該黑色驟冷水(a)和來自(3)的該黑色洗滌水導(dǎo)入壓力能被閃降的閃蒸區(qū)，制得包括汽化的黑色水和酸氣的閃蒸汽；和單獨的閃蒸黑水的底流，它的固含比(3)中的該黑色洗滌水的固含高一些；(5)讓第一部分來自(4)的該閃蒸汽通過熱交換區(qū)與脫氣了的灰色水流進行間接熱交換，然后同時加熱該脫氣了的灰色水和將冷卻了的閃蒸汽凝結(jié)下來，并從該冷凝灰色水中分離出酸氣；(6)將第二部分來自(4)的該閃蒸汽和來自(5)的該冷凝灰色水導(dǎo)入脫氣區(qū)，讓該凝結(jié)的灰色水脫氣，然后借助于(5)中的熱交換區(qū)將至少一部分脫氣灰色水循環(huán)到(2)中的氣體驟冷區(qū)(a)和(3)中的氣體洗滌區(qū)，以便進行(2)中的氣體驟冷方式(a)，或循環(huán)到(3)中的氣體洗滌區(qū)，以便進行(2)中的氣體冷卻方式(b)；(7)在澄清區(qū)中將來自(4)的閃蒸過的黑水澄清，得到灰色水和濃縮黑水的底流；(8)將來自(7)的濃縮黑水流進行過濾，得到濾餅和灰色水濾液；和(9)在該脫氣區(qū)中將在(7)和(8)中得到的灰色水濾液進行脫氣，然后借助于(5)中的熱交換區(qū)將至少一部分脫氣灰色水循環(huán)到(2)中的該氣體驟冷區(qū)(a)和(3)中的氣體洗滌區(qū)，以便進行(2)中的氣體驟冷方式(a)，或循環(huán)到(3)中的氣體洗滌區(qū)，以進行(2)中的氣體冷卻方式(b)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中步驟(4)包括將來自(2)(a)的該黑色驟冷水和來自(3)的該黑色洗滌水導(dǎo)入包括第一和第二閃蒸階段的閃蒸區(qū)的第一閃蒸階段，這里，第一閃蒸階段中的壓力通過閃降使在約1500～18000KPa范圍內(nèi)的入口壓力降至在約300～2000KPa范圍內(nèi)的出口壓力，產(chǎn)生了第一部分該閃蒸汽和將來自該閃蒸區(qū)第一階段的閃蒸黑水和底流導(dǎo)入該第二閃蒸階段，這里，壓力通過閃降使在約300～2000KPa范圍內(nèi)的入口壓力降至在約100～1950KPa范圍內(nèi)的出口壓力，產(chǎn)生了第二部分該閃蒸汽和閃蒸黑水的單獨的底流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中步驟(4)包括將來自(2)(a)的該黑色驟冷水和來自(3)的該黑色洗滌水導(dǎo)入包括三個串聯(lián)的閃蒸階段的閃蒸區(qū)的第一閃蒸階段，這里，該第一閃蒸階段中的壓力通過閃降使在約1500～18000KPa范圍內(nèi)的入口壓力降至在約300～2000KPa范圍內(nèi)的出口壓力，產(chǎn)生了第一部分該閃蒸汽;將來自該閃蒸區(qū)的第一階段的閃蒸黑水的底流導(dǎo)入第二閃蒸階段，這里，壓力通過閃降使在約300～2000KPa范圍內(nèi)的入口壓力降至在約100～1950KPa范圍內(nèi)的出口壓力，產(chǎn)生了第二部分該閃蒸汽;和將來自該第二閃蒸階段的閃蒸黑水的底流導(dǎo)入該第三閃蒸階段，這里，壓力通過閃降使在約100～1950KPa范圍內(nèi)的入口壓力降至在約95～5.0KPa范圍內(nèi)的出口壓力，產(chǎn)生了包括汽化灰色水和酸氣的閃蒸汽流，它被冷卻后凝結(jié)出灰色水，以導(dǎo)入該脫氣區(qū);和閃蒸黑水的底流。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項的方法，其中在(1)中該部分氧化反應(yīng)是在以下條件下進行的溫度在約925℃～1926℃范圍內(nèi)，壓力在約5～300大氣壓范圍內(nèi)，蒸汽/燃料的重量比約在0.1～5.0范圍內(nèi)，和進料中游離氧/碳的原子比在約0.8-1.4范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項的方法，其中在(2)(a)中的黑色驟冷水具有約0.1～4.0wt%的固含。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項的方法，其中在(2)(b)中的該氣體冷卻區(qū)包括輻射和/或?qū)α骼鋮s器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項的方法，其中在(3)中的該氣體洗滌區(qū)包括一種銳孔或文丘里洗滌器，后面跟著一種氣-液洗滌柱。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項的方法，其中在冷凝了的灰色水是在約100℃至150℃范圍內(nèi)的溫度下和在約100～400KPa范圍內(nèi)的壓力下，在(b)中通過汽提進行脫氣的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項的方法，其中在(4)中的酸氣是選自CO2、NH3、CO、H2S、HCN、COS、HCOOH及其混合物。
全文摘要
一種用來制備基本上不含所夾帶的顆粒狀物質(zhì)和爐渣的、冷卻和清洗過的合成氣流、還原氣流或燃料氣流的部分氧化方法。
文檔編號C01B3/32GK1104991SQ9411709
公開日1995年7月12日 申請日期1994年10月12日 優(yōu)先權(quán)日1993年10月15日
發(fā)明者J·L·希爾頓, F·B·塞菲特, E·A·瑞奇 申請人:德士古發(fā)展公司