專利名稱：兩段煤氣化工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及含碳物質(zhì)氣化，更明確地說，本發(fā)明涉及將固體的含碳物質(zhì)轉(zhuǎn)化成燃值高的燃氣產(chǎn)物。
對含碳物質(zhì)(例如煤)來說，業(yè)已發(fā)展有三種基本的氣化方法1)固定床氣化，2)流化床氣化，和3)懸浮床或夾帶床氣化，本發(fā)明涉及第三類懸浮床或夾帶床氣化方法。
夾帶床氣化固有的缺點是產(chǎn)生熱煤氣，為了充分利用煤的熱值，必須從煤氣中回收熱量。眾所周知，按照US2957381，US3000711和US3723345，可用水或蒸汽直接驟冷部分氧化的氣化反應(yīng)，或如US3025149所述，用間接熱交換的方法，部分冷卻氣體流出物。然而，大量高溫熱在驟冷氣體流出物時損失掉，卻沒有提高產(chǎn)生的合成氣的可燃值。
夾帶床氣化的另一個缺點是它產(chǎn)生的超溫煤氣需要用普通熱輻射水管鍋爐來驟冷或冷卻，以回收熱量。因而，煤氣在導(dǎo)入熱回收鍋爐前必須基本冷卻，這樣，大量有用的高溫熱基本上損失，此外，熱輻射鍋爐投資費相當高，因此，選用另一種適于夾帶床氣化過程的熱回收鍋爐是節(jié)約的需要。
夾帶床氣化方法另一個缺點是粘性爐渣微粒通過部分氣化反應(yīng)器，會污結(jié)回收裝置傳熱面。
在煤氣化器中，有些反應(yīng)是放熱的，有些是吸熱的。煤氣化過程放熱反應(yīng)產(chǎn)生的熱可提供吸熱反應(yīng)所需的熱量，這種煤氣化方法是非常合乎要求的和能效高的。因此，本發(fā)明目的是提供一種放熱反應(yīng)器，使含碳物質(zhì)與含氧氣體部分地氧化，它與不燃燒的第二段反應(yīng)器相連接，該反應(yīng)器借助另外的含碳物質(zhì)和水的反應(yīng)，使吸熱反應(yīng)有效地進行，并產(chǎn)生高質(zhì)量的合成氣。本目的和其它目的可按照本發(fā)明下面所述來實現(xiàn)。
大體上說，本發(fā)明提供無催化的兩段上升氣流含碳燃料氣化工藝方法，該方法可生產(chǎn)適于火管廢熱回收裝置的無污結(jié)可燃氣體。該方法第一段或第一步包括含氧氣體流和初次供給的在液體載體中的微粒的含碳固體煤漿，在臥式燃燒成渣反應(yīng)區(qū)，或第一段反應(yīng)器中燃燒。該煤漿的固體濃度可以是30%-70%(重量)。使用臥式，面對的燃燒器噴嘴，可使臥式反應(yīng)區(qū)內(nèi)的燃燒溫度達到2400°F(1300℃)-3000°F(1650℃)。臥式燃燒器噴嘴最好共軸，但不要求。氧，含碳固體和液體載體轉(zhuǎn)化成蒸氣，液體載體的氣化物，爐渣，炭和可燃氣體產(chǎn)物。反應(yīng)器內(nèi)形成的爐渣由于重力流到反應(yīng)器底部，通過開孔，流出反應(yīng)器。
在第二段或第二步中，來自臥式燃燒反應(yīng)器的蒸汽，液體載體氣化物，炭和燃氣產(chǎn)物在第二段不燃燒的反應(yīng)器中，與二次供給的液體載體中微粒含碳固體煤漿，進行接觸，產(chǎn)生蒸汽，液體載體的氣化物，合成氣和氣體流出物夾帶的炭。這里所用的術(shù)語“不燃燒的”是指通過加入二次含氧氣體流沒有引起進一步燃燒，立式第二段反應(yīng)器中沒促進另外的燃燒，和諸如在臥式燃燒反應(yīng)器中的放熱反應(yīng)。在立式第二段反應(yīng)器中，吸熱反應(yīng)主要利用臥式燃燒反應(yīng)器中，燃燒產(chǎn)生的熱量。二次供給的液體載體中微粒含碳固體是通過噴嘴噴入立式第二段反應(yīng)器中，用蒸汽或其他霧化氣體可使微粒含碳固體煤漿霧化，并使反應(yīng)更好地進行。噴射二次煤漿的位置在原噴射位置的下游，這樣，可使臥式燃燒反應(yīng)器排出的氣體溫度降低，并可更有效利用該過程產(chǎn)生的熱量。因此，臥式燃燒反應(yīng)器主要是氧化反應(yīng)器，立式第二段反應(yīng)器主要是提高燃氣熱值的驟冷反應(yīng)器。二次供給的煤漿固體濃度是30-70%(重量)。立式第二段反應(yīng)器的溫度是1600°F(870℃)-2000°F(1100℃)。在本發(fā)明優(yōu)選的實施方案中，立式第二段不燃燒的反應(yīng)器直接與臥式燃燒反應(yīng)器頂部連接，為了使熱的反應(yīng)物可直接從臥式反應(yīng)器傳送到第二段反應(yīng)器，并使氣態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物和夾帶的固體熱的損失減至最小值。直接連接的另一個優(yōu)點是保持溫度，防止形成的爐渣在第二段反應(yīng)器中冷卻和產(chǎn)生固體沉積物。
從立式第二段不燃燒的反應(yīng)器頂部排出的合成氣和氣態(tài)流出物夾帶的炭在旋風分離器中分離。從旋風分離器排出的炭與形成稀漿的液體載體混合。然后，稀漿在沉淀器濃縮成10-30%(重量)的固體濃縮物。此外，5-20%濃度的炭漿(以加到第一段的固體碳質(zhì)燃料總量為基)最好與一個或多個微粒含碳固體流(包括初次供給臥式燃燒渣化反應(yīng)器的)混合后，再加到臥式第一段燃燒渣化反應(yīng)區(qū)，或再循環(huán)。
從分離器排出的氣體產(chǎn)物進入高溫熱回收系統(tǒng)，通常，該設(shè)備應(yīng)是熱輻射鍋爐或水管鍋爐。但在這種情況下，上述鍋爐的投資費非常高，因此，火管鍋爐應(yīng)具有能滿足熱回收操作要求的，必要的熱交換能力，操作簡便和投資費低，此外，附加蒸汽過熱器可使效力增加。
無論如何，上述輔助設(shè)備僅在氧化燃燒反應(yīng)操作和第二段不燃燒的反應(yīng)的步驟能提供無污結(jié)氣體流和合成氣含有在高溫下回收不成為問題的芳香烴化合物或煤焦油重烴時才有實效。該氣體還含少量熔點較低，有堿性表面，會粘在鍋爐傳熱面上，大小為小于5微米的爐渣微粒。這樣，鍋爐傳熱面會迅速污結(jié)，無效，最后堵塞。因此，實質(zhì)上，本發(fā)明的方法提供無污結(jié)的氣體產(chǎn)物流，并充分冷卻，使粘性熔渣微粒更固化和粘性更小。為此，本發(fā)明應(yīng)將氣體產(chǎn)物流冷卻到低于夾帶的爐渣微粒的初始變形溫度，使粘性熔渣能吸附在微粒含碳物質(zhì)上。
附圖概要表明實施發(fā)明優(yōu)選實施方案的優(yōu)選設(shè)備和工藝流程。
下面舉例說明本發(fā)明應(yīng)用的原理，但在任何情況下，不應(yīng)解釋成限定本發(fā)明的范圍。
更準確地說，圖Ⅰ表明包括氧或含氧氣體(例如空氣或富氧空氣)的一次和二次氣流，和初次供給的微粒碳質(zhì)固體和液體載體的煤漿，分別通過混合噴嘴6和6a進入裝置?；旌蠂娮?和6a相對的分別位于臥式燃燒渣化反應(yīng)器3，并通過10和11端外延。在臥式燃燒渣化反應(yīng)器3內(nèi)，進料流放熱轉(zhuǎn)化成蒸汽，爐渣，炭，液體載體的氣化物，氫，一氧化碳，二氧化碳，少量包括甲烷，氨和硫化氫的其他氣體，和少量夾帶的粘性爐渣微粒。大部分形成的爐渣(可作付產(chǎn)品)從反應(yīng)器3底部通過開孔2排入爐渣驟冷段和連續(xù)減壓系統(tǒng)(沒顯示)。蒸汽，炭，半成氣體和夾帶的付產(chǎn)物離開反應(yīng)器3向上流入第二段不燃燒的反應(yīng)器4，二次供給的微粒碳質(zhì)固體和液體載體通過噴嘴8噴入反應(yīng)器4。反應(yīng)器3產(chǎn)生的并向上傳送的熱可用來完成第二段不燃燒的反應(yīng)器4內(nèi)的吸熱過程。吸熱過程包括蒸發(fā)進料水，碳一蒸汽反應(yīng)和CO和H2O之間的水煤氣反應(yīng)。碳一蒸汽反應(yīng)產(chǎn)生CO和H，因而提高這些有用氣體的產(chǎn)率。
在水煤氣反應(yīng)中，一氧化碳與水或蒸汽反應(yīng)，產(chǎn)生二氧化碳和另外氫。在第二段不燃燒的反應(yīng)器4內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)使氧化燃燒反應(yīng)放出的氣體富集化，產(chǎn)生高品位的合成氣，以此可回收燃燒反應(yīng)放出的熱量，使夾帶爐渣的氣體充分冷卻到低于灰熔化的初始變形溫度，并使夾帶的爐渣吸附在微粒碳質(zhì)物上。由于冷卻到低于初始變形溫度(2000-2100°F或1100-1150℃)，夾帶的爐渣可自身粘合或粘附在微粒物質(zhì)上，而不會粘在傳熱面上。
混合或雙液噴嘴6和6a可供給霧化的微粒碳質(zhì)固體漿料，有助于碳質(zhì)固體的燃燒。優(yōu)選的噴嘴是這種類型的，即有一個供煤漿中心管和一個環(huán)繞中心管，含有霧化氣體的環(huán)形空間。噴嘴在內(nèi)部或在外部通向一共同混合區(qū)，以使煤漿霧化。此外，第二段不燃燒的反應(yīng)器4的噴嘴8也可以是上述類型的噴嘴。雙混合噴嘴6和6a，和噴嘴8可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的內(nèi)部或外部混合型的。這種噴嘴樣式和它們用于與本發(fā)明相似一種方法，是在待審查申請案No.039，493(87年4月16日提出申請)，和US4，679，733(87年7月14日公布)中所描述的噴嘴。
此外，如圖所示，第二段不燃燒的反應(yīng)器4的流出物送往旋風分離器5，在那里，流出物分離成固體流和合成氣體流。氣體流含有氫，一氧化碳，少量甲烷，H2S，氨，水汽或蒸汽，液體載體的氣化物，氮，二氧化碳和少量微粒炭。固體流含固化灰和在第二段不燃燒的反應(yīng)器4中形成的或由臥式反應(yīng)器3帶出的炭。然后，合成氣送往火管鍋爐14，由加水管線15供給的鍋爐水產(chǎn)生蒸汽去蒸汽泡16。鍋爐14產(chǎn)生的蒸汽送往蒸汽過熱器18，從蒸汽過熱器回收附加的熱值。較大幅度冷卻的合成氣通過管線20離開熱回收系統(tǒng)，進一步用作所要求的可燃成份高的燃氣產(chǎn)物。該炭形成低濃度漿，沉淀，和新鮮的碳質(zhì)固體/液體載體的漿混合，并再循環(huán)，再循環(huán)到反應(yīng)器3，下面對此進行更詳盡的描述。
包含炭和灰的固體流(在旋風分離器5中從氣體流分離出來)和液體載體接觸，形成稀漿，進入沉淀器7濃縮。沉淀器7可包含分離和蒸發(fā)裝置(沒有表示出)，以提供更濃的漿，由容器7排出的流出物形成再循環(huán)炭漿流。炭和液體載體的再循環(huán)煤漿，優(yōu)選的固體濃度是20-40%(重量)，更優(yōu)選的固體濃度是30-40%(重量)，炭和液體載體的煤漿可有較高的固體百分比，然而，固體濃度太高，會使臥式燃燒反應(yīng)器3的加料太粘不便于泵送。炭和液體載體的再循環(huán)漿在通過混合噴嘴6和6a送入臥式燃燒反應(yīng)器3前應(yīng)先與微粒含碳固體和液體載體的煤漿在混合器7a中混合。
臥式燃燒渣化反應(yīng)器3和第二段不燃燒的反應(yīng)器4的結(jié)構(gòu)材料不是關(guān)鍵。優(yōu)選的，但不是必然地。容器壁是鋼的，用燒注的絕熱材料或陶瓷纖維或耐火磚作襯里，如在第一段反應(yīng)器內(nèi)，在第二段內(nèi)可用諸如在鼓風爐內(nèi)和無渣操作中用的致密介質(zhì)作襯里，所有這些商業(yè)上都可買到。用這類方式的體系可從用本方法的含碳固體中回收高熱值。臥式燃燒反應(yīng)器3可任意或選擇地不用襯里，用“冷壁墻”方式，第二段不燃燒的反應(yīng)器4也可任意用。這里用的術(shù)語“冷壁墻”是指該壁可用本領(lǐng)域熟知的，先有技術(shù)煤氣化系統(tǒng)的慣用的外部冷夾套來進行冷卻。在上述方式中，爐渣凝固在內(nèi)壁上，并保護冷卻夾套的金屬壁。
本方法的反應(yīng)條件隨要求的加料種類，和轉(zhuǎn)換方式而變化。通常，臥式燃燒渣化反應(yīng)器3的溫度保持在2400°F(1300℃)-3000°F(1650℃)。如果低于上述溫度，爐渣變得更粘并且凝固，引起掛渣，最后使反應(yīng)器堵塞。溫度高于3000°F(1650℃)，反應(yīng)迅速，然而，會產(chǎn)生令人不滿意的燃氣產(chǎn)物，總的熱效率降低，這樣進行操作不經(jīng)濟。在第二段不燃燒的反應(yīng)器4中要求1600°F(870℃)-2000°F(1100℃)的溫度，因為在較低溫度下，含碳物質(zhì)轉(zhuǎn)化為氣體產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率降低，結(jié)果產(chǎn)生大量要重復(fù)制漿和再循環(huán)的炭。第二段不燃燒的反應(yīng)器4中上面的溫度主要取決于臥式燃燒反應(yīng)器3的溫度。熱的氣體產(chǎn)物從臥式燃燒反應(yīng)器3向上流動，為第二段不燃燒的反應(yīng)器4發(fā)生的吸熱反應(yīng)提供熱量，通過火管鍋爐，溫度下降。蒸汽過熱器18取決于進入溫度和有效傳熱面。通常，進口溫度與第二段不燃燒的反應(yīng)器4的出口溫度相似，一般是1600°F-2000°F(810℃-1100℃)。高溫熱回收系統(tǒng)出口溫度一般是450°F-550°F(230℃-290℃)。雖然，該設(shè)備各部份溫度是重要的，但實際上，除了高溫熱回收系統(tǒng)入口溫度必須低于爐渣微粒產(chǎn)生污結(jié)問題的溫度外，在給定范圍內(nèi)特定的反應(yīng)條件對本發(fā)明方法和設(shè)備不是關(guān)鍵。
本發(fā)明工藝過程是在大氣壓或高壓下進行的。通常，在反應(yīng)器3的壓力是從50磅/英寸2(345Kpagage)-600磅/英寸2(4140Kpagage)。在壓力高于600磅/英寸2(4140Kpagage)的情況下，高壓反應(yīng)設(shè)備的投資費使本方法在經(jīng)濟上缺少吸引少;當壓力低于50磅/英寸2(345Kpagage)時，在反應(yīng)器3和第二段不燃燒的反應(yīng)器4的燃氣產(chǎn)物處理量在經(jīng)濟上吸引力降低。該工藝過程最好在從100磅/英寸2(690Kpa.gage)-400磅/英寸2(2760Kpagage)壓力下進行，最優(yōu)選是從250-400磅/英寸2(1725-2760Kpagage)。
該過程適于任何微粒含碳物質(zhì)。此外，在兩段中的含碳物質(zhì)性質(zhì)和濃度不需要同樣。然而，優(yōu)選的微粒含碳物質(zhì)是煤(包括褐煤，煙煤，次煙煤，或它的任何混合物)，但不限定。另外的含碳物質(zhì)是由煤制得的焦炭，煤炭，煤液化的殘余物，顆粒碳，石油焦，從油頁巖衍生的含炭固體，油沙，瀝青，濃縮的淤渣，少量垃圾，橡膠及其混合物。前面列舉的物質(zhì)能以粉狀固體形式在液體載體中成為可泵送的漿料，并可作為優(yōu)質(zhì)處理材料和具有最佳反應(yīng)特性。
適于含碳固體的液體載體可以是任何液體，它在反應(yīng)中能氣化，并能參與反應(yīng)，生成要求的可燃氣產(chǎn)物(特別是一氧化碳和氫)。優(yōu)選考慮的液體載體是水，水在反應(yīng)器3和第二段不燃燒的反應(yīng)器4中形成蒸汽。該蒸汽能與碳反應(yīng)，生成組分為合成氣的氣體產(chǎn)物。此外，除了水，液體也可使含碳物質(zhì)成漿。優(yōu)選的液體是水，但也可以是烴，例如燃料油，殘油，石油，和液態(tài)CO2。當液體載體是烴時，可另外加入水或蒸汽，為進行有效的反應(yīng)提供充足的水和改進反應(yīng)器的溫度。
任何至少含20%氧的氣體都可用作向臥式燃燒反應(yīng)器3的進料含氧氣體。優(yōu)選的含氧氣體包括氧，空氣，和富氧空氣。在反應(yīng)器3內(nèi)，游離元素氧和碳的初始原子之比是1.5∶1-2.5∶1，用氧氣，該比是1.1-2∶1。微粒含碳物質(zhì)在液體載體中作為煤漿的濃度唯一必需的是可用泵送的混合物，通常，固體物質(zhì)濃度范圍高達70%(重量)。在本方法的第一和第二兩段中，微粒含碳物質(zhì)在煤漿中的優(yōu)選濃度范圍是30-70%(重量)。煤在水煤漿中更優(yōu)選的濃度是45-55%(重量)。
當煤是原料時，煤和液體載體混合形成煤漿前，應(yīng)先粉碎。通常，任何適當細粉碎的含碳物質(zhì)都可使用，和任何已知的可用來減少顆粒固體大小的方法都可應(yīng)用。上述方法的例子包括用球磨機，棒磨機和錘磨機。盡管顆粒大小不是關(guān)鍵，但磨成細粉的微粒碳是優(yōu)選的。通常，粉煤可用作動力廠的燃料。上述煤有一個粒度分布，其中90%(重量)的煤可通過200目篩子(Tyler篩子)。
本發(fā)明可用下列實施例進行說明，但在任何情況下，這不應(yīng)認作是限定本發(fā)明的范圍。
實施例1將溫度為80°F(26.7℃)，含52%粉狀煙煤(即西部煤)和48%水(重量)的煤漿，以52加侖/分(195升/分)的速度與溫度為950°F(500℃)，流速為9000磅/小時(41，000公斤/小時)的空氣流一起，從兩個相對燃燒器的每個噴嘴噴入臥式燃燒反應(yīng)器3中。反應(yīng)器3內(nèi)的溫度為2600°F(1430℃)，壓力為120磅/英寸2(830Kpagaga)。反應(yīng)器3產(chǎn)生的蒸汽和熱的可燃氣產(chǎn)物從上面通入第二段不燃燒的反應(yīng)器4中，在那里，它們與二次供給的溫度為80°F(27℃)，含52%粉狀次煙煤和48%水(重量)的煤漿，以及溫度為465°F(240℃)，流速為7000磅/小時(3200公斤/小時)的霧化蒸汽接觸。
在第二段不燃燒的反應(yīng)器4中，反應(yīng)器3產(chǎn)生的熱被二次供給的煤漿吸收，使煤漿轉(zhuǎn)化成大量蒸汽和可燃氣產(chǎn)物。第二段不燃燒的反應(yīng)器4的溫度為1800°F(980℃)，從第二段不燃燒的反應(yīng)器4排出的蒸汽和可燃氣產(chǎn)物流入旋風分離器5，分離成氣體流和固體流。反應(yīng)器3的排出物含有10.4%氫，10.4%一氧化碳，15.0%二氧化碳，0.04%甲烷，和65.0%氮(干荃)。氣體流以100，000磅/小時(45000公斤/小時)的速度從旋風分離器5排出，該氣體流含11.8%氫，8.8%一氧化碳，15.4%二氧化碳，0.5%甲烷，和63.4%氮(體積、干基)。200-300°F(90-150℃)的固體與水混合，以300加侖/分(1100升/分)的流速形成煤漿，該煤漿可濃縮成25%固體(重量)，再循環(huán)入燃燒反應(yīng)器3中，或根據(jù)要求，排入廢物處理處。
實施例2將溫度為80°F(27℃)，含52%粉狀次煙煤和50%水(重量)的煤漿，以52加侖/分(195升/分)的速度與溫度為950°F(500℃)，流速為90000磅/小時(41000公斤/小時)的空氣流一起，噴入臥式燃燒反應(yīng)器3中。反應(yīng)器3的溫度為2650°F(1450℃)，壓力為110磅/英寸2(758Kpagage)。反應(yīng)器3產(chǎn)生的蒸汽和熱的氣體產(chǎn)物從上面通入第二段不燃燒的反應(yīng)器4中，與二次供給的溫度為80°F(27℃)，流速為28加侖/分(106升/分)，含40%粉狀次煙煤和60%水(重量)的煤漿，以及溫度為465°F(240℃)，流速為7000磅/小時(3200公斤/小時)的霧化蒸汽接觸。在第二段不燃燒的反應(yīng)器4中，反應(yīng)器3產(chǎn)生的熱被二次供給的煤漿吸收，使煤漿轉(zhuǎn)化成更多蒸汽和可燃氣產(chǎn)物。第二段不燃燒的反應(yīng)器4的溫度為1800°F(980℃)。蒸汽和可燃氣產(chǎn)物從第二段不燃燒的反應(yīng)器4排出進入旋風分離器5，在那里，該混合物分離成氣體產(chǎn)物流和固體流。從反應(yīng)器3上面排出的氣體產(chǎn)物包含9.5%氫，10.2%一氧化碳，16.5%二氧化碳，0.07%甲烷，和63.6%氮(干基)。從旋風分離器5上面，以112，000磅/小時(51，000公斤/小時)速度排出的氣體產(chǎn)物含12%氫，10.0%一氧化碳，11.0%二氧化碳，0.5%甲烷和66.4%氮(干基)。該固體在200-300°F(90-150℃)下與以300加侖/分(1100升/分)的流速的水混合形成煤漿，然后該煤漿濃縮成含25%固體(重量)，再循環(huán)入燃燒反應(yīng)器3，或根據(jù)要求，排入廢物處理處。
實施例3
在本實施例中，將粉狀褐煤和水的煤漿作原料加到與

圖1的裝置類似的已敘述的反應(yīng)器中，用純度為99.6%的氧代替空氣作含氧氣體。
將含44.5%干褐煤(重量)，75°F(24℃)的煤漿，以2930磅/小時(1330公斤/小時)的速度，與流速為1621磅/小時(740公斤/小時)，63°F(17℃)的氧一起，噴入臥式燃燒反應(yīng)器3中。反應(yīng)器3內(nèi)的溫度為2500°F(1370℃)，壓力為240磅/英寸2(1655Kpagage)。100磅/小時(45公斤/小時)的氮氣經(jīng)由吹掃裝置進入臥式燃燒反應(yīng)器3。臥式燃燒反應(yīng)器3產(chǎn)生的蒸汽和熱的燃氣產(chǎn)物從上面通入第二段不燃燒的反應(yīng)器4中，與二次供給的流速為874磅/小時，含44.5%干褐煤(重量)，75°F(24℃)的煤漿，以及流速為161磅/小時(73公斤/小時)，465°F(240℃)的霧化蒸汽接觸。在第二段不燃燒的反應(yīng)器4中，在臥式燃燒反應(yīng)器3中產(chǎn)生的熱被二次供給的煤漿吸收，使煤漿轉(zhuǎn)化為更多蒸汽和燃氣產(chǎn)物。第二段不燃燒的反應(yīng)器4的溫度為1840°F(1000℃)。從第二段不燃燒的反應(yīng)器4排出的蒸汽和燃氣產(chǎn)物進入旋風分離器5，在分離器中，該混合物分離成氣體流和固體流。該固體流加到水中，并被排出。反應(yīng)器3的排出物包含43.3%氫，26.6%一氧化碳，23.3%二氧化碳，0.8%甲烷，和5.9%氮(干基體積)。從旋風分離器排出的氣體流含有48.8%氫，22.4%一氧化碳，23.3%二氧化碳，2.2%甲烷，和3.5%氮(干基體積)。
實施例4將含49.5%粉狀次煙煤和再循環(huán)炭，50.5%水(凈重)，200°F(93℃)的煤漿，以86加侖/分(325升/分)的速度，與流速為29，200磅/小時(13，000公斤/小時)5的氧氣流一起，噴入臥式燃燒反應(yīng)器3。該煤漿是0.926(體積分數(shù))次煙煤漿(51%固體)和0.074(體積分數(shù))炭漿(30%固體)的混合物。反應(yīng)器3內(nèi)的溫度為2840°F(1560℃)，壓力為120磅/英寸2(827Kpagage)。在反應(yīng)器3中產(chǎn)生的蒸汽和熱的燃氣產(chǎn)物從上面通入第二段不燃燒的反應(yīng)器4中，與二次供給的流速為25加侖/分(95升/分)，含50%粉狀次煙煤和50%水(重量)，90°F(32℃)的煤漿以及流速為7，000磅/小時(3180公斤/小時)，465°F(240℃)的霧化蒸汽接觸。
在第二段不燃燒的反應(yīng)器4中，反應(yīng)器3產(chǎn)生的熱被二次供給的煤漿吸收，使煤漿轉(zhuǎn)化成更多的蒸汽和可燃氣體產(chǎn)物。在熱回收裝置4內(nèi)的溫度為1920°F(1050℃)。從第二段不燃燒的反應(yīng)器4排出的蒸汽和可燃氣體產(chǎn)物進入旋風分離器5，在那里，該混合物分離成氣體流和固體流。從反應(yīng)器3上面排出的氣體產(chǎn)物含32.7%氫，31.5%一氧化碳，30.5%二氧化碳，0%甲烷，和5.3%氮(干基)。從旋風分離器5上面以50，504磅/小時(23000公斤/小時)速度排出的氣體產(chǎn)物含36.1%氫，26.7%一氧化碳，31.8%二氧化碳，0.5%甲烷和4.9%氮(干基)。從旋風分離器底部排出的200-300°F(93-149℃)的固體與水混合，以300加侖/分(1135升/分)的流速形成漿，然后，該漿濃縮成25%固體，再循環(huán)進入反應(yīng)器3中。
實施例5下面實施例說明，如果在本發(fā)明工藝過程中不使用第二段不燃燒的反應(yīng)器4，圖1所示的火管鍋爐會堵塞。
將以230加侖/分(1050升/分)速度供給的，含48.7%水和51.3%(美國)懷俄明州次煙煤(元素分析68.5%的碳，4.7%氫，0.8%氮，0.35%硫，19.05%氧和6.6%灰)，75°F(24℃)的煤漿，以每3磅固體1.11磅氧(1.11公斤氧/公斤固體)加到2650°F(1450℃)和270磅/英寸2(1860Kpagage)下操作的，如圖1所示的臥式夾帶床反應(yīng)器中。該過程產(chǎn)生的187400磅/英寸(85，000公斤/英寸)的合成氣，它含39%氫，30%二氧化碳，28%一氧化碳，和3%氮(體積百分數(shù))。離開反應(yīng)器的合成氣用水驟冷，降溫。然后，該氣體產(chǎn)物導(dǎo)入旋風分離器，除去炭和飛灰(除小的之外，即除小于5微米的爐渣和焦油微粒之外)。然后，該氣體產(chǎn)物通過一個延長的，擴大的管式導(dǎo)管增加滯留時間，然后，在約1670°F(910℃)下，進入火管鍋爐，在火管鍋爐中熱回收后，合成氣導(dǎo)入文丘里洗滌器，低溫熱回收和慣用的洗滌裝置，產(chǎn)生適于透平機和化學(xué)合成的凈化氣體。
在上述條件下進行操作期間，火管鍋爐在運行37小時后因堵塞無法操作，堵塞物是由粘在一起的飛灰微粒(≤5微米)形成較大的阻流的沉積物構(gòu)成。
實施例6本實施例舉例說明在兩段氣化器(圖1所示)中，第二段不燃燒的反應(yīng)器的操作可產(chǎn)生無污結(jié)的合成氣，有助于火管鍋爐的運行。
將含49.5%水和50.5%(美國)懷俄明州次煙煤(元素分析與實施例5相似)的漿，用1.12磅氧/磅固體(1.12公斤氧/公斤固體)的比率，以340.3加侖/分(1290升/分)的速度，加到與實施例5一樣的臥式夾帶床燃燒渣化反應(yīng)器中，該反應(yīng)器在2617°F(1400℃)和343磅/英寸2(約236.5Kpagage)下操作，產(chǎn)生244，900磅/小時(11，000公斤/小時)合成氣(分析29.4%一氧化碳，1.9%甲烷，28.1%二氧化碳，38.8%氫，1.8%氮)。用噴入第二段不燃燒的反應(yīng)器4的，速度為33加侖/分(125升/分)的煤漿，驟冷該氣流。該漿也是(美國)懷俄明州次煙煤，含46.9%水和53.1%煤。氣體產(chǎn)物用水進一步驟冷，然后通過較大直徑的管式反應(yīng)器，在1751°F(105℃)下，以12英尺/秒(39米/秒)的管速進到火管鍋爐。離開鍋爐的氣體然后通過文丘里洗滌器，低溫熱回收和慣用的氣體洗滌器，產(chǎn)生純凈的合成氣。即使運行幾百小時，該氣體也不會使火管鍋爐堵塞。
實施例7本實施例進一步說明了使用第二段不燃燒的反應(yīng)器4來驟冷燃燒器3的氣體產(chǎn)物，提高可燃氣體含量，和防止火管堵塞的效能。
將含52.1%水和47.9%(美國)懷俄明州次煙煤(分析結(jié)果與實施例5相同)的煤漿，以373加侖/分(1400升/分)的速度與氧一起，以每磅固體1.14磅氧的比率，加到臥式夾帶床燃燒渣化反應(yīng)器中。該氣體器在2467°F(1300℃)和400磅/英寸2(2760Kpagage)下，進行操作，產(chǎn)生266，110磅/小時(121，000公斤/小時)合成氣，(分析28%一氧化碳，1.3%甲烷，30%二氧化碳，和40%氫和2%氮(干摩爾百分數(shù))，該氣體進入第二段不燃燒的反應(yīng)器4，并被含49%水和51%(美國)懷俄明州次煙煤(分析結(jié)果與上述相似)的，以53.8%加侖/分)(20.5升/分)噴入的煤漿驟冷，然后，該驟冷的合成氣以108.36英尺/秒(33.0米/秒)的表觀速度通過火管鍋爐，沒有污結(jié)火管鍋爐。
另一方面，本發(fā)明提供一兩段反應(yīng)器(包括含氧氣體部分氧化微粒含碳物質(zhì)煤漿裝置)，該裝置包括(a)臥式園柱形絕熱的燃燒渣化反應(yīng)器(兩端，并且有基本上與所述燃燒反應(yīng)器中心縱軸成一直線的相對的燃燒噴嘴，有一個位于上述封閉端之間中心的底部渣孔和上部氣體排出口，(b)是截頭園錐體絕熱區(qū)的過渡段(有一個上部出口和一個較寬且較低的對準，并環(huán)繞所述上部出口的下部入口)，和(c)立式園柱形絕熱的第二段不燃燒的反應(yīng)器(與上述過渡段緊密相通，并有一個環(huán)繞的并與過渡段上部出口相通的較低的入口，一個適于驟冷上述燃燒反應(yīng)器氣體產(chǎn)物的噴嘴，和一個上部氣體產(chǎn)物出口)。
雖然，為了說明本發(fā)明的目的列舉了若干有代表性的實施方案，并進行了詳細說明，但其中所能做的各種對熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的改變和改良，都屬于本發(fā)明的范疇。
權(quán)利要求
1.非催化的兩段上升氣流含碳物氣化工藝方法包括a)含氧氣流和初次供給的微粒含碳物質(zhì)在液體載體中的煤漿在臥式燃燒渣化反應(yīng)器中燃燒，產(chǎn)生爐渣，可燃氣產(chǎn)物，夾帶的粘性爐渣微粒副產(chǎn)物，芳香烴化合物的氣化物和微粒炭；b)分離上述爐渣，c)在立式第二段中，來自臥式反應(yīng)器的蒸汽，上述液體載體的氣化物，微粒炭和來自臥式燃燒反應(yīng)器的可燃氣產(chǎn)物，在1600°F(870℃)和2000°F(1100℃)之間的溫度下，與二次供給的液體載體中含碳物質(zhì)煤漿接觸，因此，反應(yīng)器放出的大部分熱被回收，且將含碳物質(zhì)和上述液體載體轉(zhuǎn)化成蒸汽，液體載體氣化物，合成氣和炭，并使上述氣體產(chǎn)物夾帶的粘性熔渣冷卻到初始變形溫度之下，吸附在微粒炭上，防止堵塞，d)在高溫熱回收系統(tǒng)中，可回收上述燃氣產(chǎn)物的另一部分熱值，并使合成氣冷卻到約450-550°F(230-290℃)。
2.權(quán)利要求1的方法進一步包括e)將上述步驟(c)的炭作為液體中的懸浮物(固體濃度為20-40%(重量))，再循環(huán)回步驟(a)，
3.權(quán)利要求2的方法，其中步驟(e)進一步包括步驟(e1)從合成氣中分離出炭，(e2)將炭與上述液體接觸，形成炭在上述液體中的懸浮液，和(e3)將炭懸浮液再循環(huán)回上述燃燒反應(yīng)器，
4.權(quán)利要求1的方法，其中液體載體是水。
5.權(quán)利要求1的方法，其中步驟(a)和步驟(b)的固體濃度是30-70%(重量)。
6.權(quán)利要求1的方法，其中含氧氣體是空氣，富氧空氣，或氧。
7.權(quán)利要求1的方法，其中含氧氣體是空氣，在反應(yīng)器中，游離元素氧和碳的初始原子之比是1.5∶1-2.5∶1。
8.權(quán)利要求1的方法，其中上述含碳物質(zhì)是煤或褐煤。
9.權(quán)利要求1的方法，其中上述不燃燒的熱回收裝置與上述臥式燃燒反應(yīng)器的頂部連接。
10.權(quán)利要求5的方法，其中步驟(a)和步驟(b)中的固體含量約45-約65%(重量)。
11.與含氧氣體部分氧化的微粒含碳物質(zhì)煤漿的設(shè)備，包括(a)臥式園柱形絕熱的燃燒渣化反應(yīng)器(其兩端封閉)并有基本上與所述燃燒器的中心縱軸成一直線的相對燃燒噴嘴，有一個位于上述封閉端之間中心的底部渣孔和上部氣體排出口)，(b)是截頭圓錐體絕熱區(qū)的過渡段(有一個上部出口和一個較寬且較低的對準，并環(huán)繞所述上部出口的下部出口)，(c)立式圓柱形絕熱的第二段不燃燒的反應(yīng)器(與上述過渡段緊密連通，并有一個環(huán)繞的并與上述過渡段上部出口相通的較低入口，一個適于驟冷上述燃燒反應(yīng)器氣體產(chǎn)物的噴嘴，和一個上部氣體產(chǎn)物出口)。
全文摘要
兩段上升氣流煤氣化方法及其的設(shè)備。借助燃燒器噴嘴使含氧氣體和初次供給的水煤漿在臥式燃燒反應(yīng)器中燃燒生成蒸汽，可燃氣產(chǎn)物，排出物，在熱回收裝置內(nèi)與二次供給的水煤漿接觸。反應(yīng)器放出的熱可用來使二次供給的水煤漿轉(zhuǎn)化成大量蒸汽、炭和合成氣。將氣體流出物和固體炭分開，將合成氣通入火管鍋爐，回收熱量。冷卻的燃氣產(chǎn)物可回收作為所要求的可燃成分高的產(chǎn)品，將固體炭重復(fù)制漿，再循環(huán)到燃燒反應(yīng)器3中進一步燃燒。
文檔編號C10J3/46GK1051055SQ8910893
公開日1991年5月1日 申請日期1989年10月20日 優(yōu)先權(quán)日1985年11月29日
發(fā)明者約翰·P·享利, 斯坦利·R·帕爾松, 布魯斯·C·帕特斯, 拉瑞·L·拉非特 申請人:陶氏化學(xué)公司