專利名稱：黑水閃蒸和蒸汽回收系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及由洗滌合成氣體獲得黑水的冷卻和除氣。
合成氣體是固體或液體的含碳燃料與空氣、富氧空氣或氧氣等氣體在任選的蒸汽或水的參與下在氣化反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)生成。所獲合成氣體由氣化反應(yīng)器排出和經(jīng)過數(shù)次清洗工序以清除在氣化過程中由固體或液體的含碳燃料形成或釋放出的各種雜質(zhì)。如果在氣化過程中未經(jīng)正確處理，則這些雜質(zhì)很容易變成環(huán)境污染物。
例如，在合成氣體中常見的物質(zhì)包括硫化氫、氨氣、氰化物、酚、各種鹵素以及碳、灰份和煤的顆粒及微量金屬。這些污染物的處理和控制必須謹(jǐn)慎地進(jìn)行，以便使氣化成為有生存力的過程，而不附帶產(chǎn)生環(huán)境污染問題。
當(dāng)合成氣體由氣化器排出時(shí)，它通常要經(jīng)過多次冷卻和清洗工序，包括洗滌工藝，其中氣體被吸入至少一個(gè)洗滌器內(nèi)與噴水流接觸，使氣體冷卻和冷凝可冷凝物，如焦油、油脂及有機(jī)物。洗滌工序使用的水變?yōu)橥ǔＫQ“黑水”，因?yàn)樗惶嘉廴?。黑水也可含有可溶氣體。黑水可經(jīng)一系列工序處理，包括含碳固體的傾濾，料漿內(nèi)固體的局部冷凝，硫化氫、氨等氣體的分離，以及溶劑萃取工序以清除碳及溶解的含碳化合物如酚及氰化物。
顆粒固體，即由個(gè)別的氧化氣體發(fā)生器的原料氣流吸入的碳、碳黑和煙灰的清除方法是將熱氣流直接引入驟冷桶的水內(nèi)驟冷和在氣體洗滌區(qū)用水洗滌。使用這些方法分別產(chǎn)出清潔的氣流和彌散的顆粒固體，即碳和灰份。按上述程序清除顆粒固體和氣體雜質(zhì)以回收上述彌散物中的水是經(jīng)濟(jì)的。然而，回收工序在系統(tǒng)中形成難以泵送的水懸浮液需要清除。隨后回收的水可再循環(huán)至氣體驟冷和洗滌區(qū)。
現(xiàn)有技術(shù)使用內(nèi)蒸柱回收灰水?；宜疄榇蟛糠痔技捌渌腆w已被清除的水。這些系統(tǒng)不能清除大量的有害氣體以便在大氣中處理已除氣的黑水。
本發(fā)明為熱黑水料漿的除氣和冷卻方法。熱黑水料漿是由合成氣體洗滌器獲得的。黑水料漿的冷卻以及除氣是將其暴露在真空條件下足以由黑水料漿分離出溶解的氣體。然后從黑水料漿中清除這些氣體。這些氣體在氣化過程中可回收利用。
這里使用的術(shù)語“真空”系指小于大氣壓的壓力，即小于約101KPa絕對壓力。這里確定的真空度是按絕對壓力計(jì)，即壓力0KPa為完全真空。
這里使用的術(shù)語“氣體”系指在存在點(diǎn)壓力和溫度條件下呈氣態(tài)的分子，以及可以包括在室溫或甚至高溫可冷凝的蒸汽。水蒸汽也是這里使用的術(shù)語氣體之一。
在產(chǎn)生含有氫氣和一氧化碳?xì)怏w混合物的局部氧化過程中，泵料氣體流含有吸入的顆粒固體，即碳和灰份。氣體還含有氣體雜質(zhì)，特別是二氧化碳，氨氣及硫化氫。氣體還可能含有鈉鹽和鈣鹽。顆粒固體和大部分雜質(zhì)氣體可以借助水中驟冷或洗滌，或兩者共用來清除。在合成氣體洗滌過程中(它是在氣化反應(yīng)器中產(chǎn)生的)會產(chǎn)生含有顆粒碳和灰份的熱黑水料漿，其中含有二氧化碳、硫化氫和可能其它氣體，還可能含有可溶鹽，特別是鈣鹽。
包括硫化氫的硫化物可以用添加鐵鹽，即硫酸鐵再生為固體和隨后作為黑水內(nèi)的固體處理。代替的方法是硫化物可以作為揮發(fā)氣體處理。
熱黑水料漿含有約0.3至約10％(重量)的懸浮固體。熱黑水料漿通常為約150℃至約300℃，而該溫度不是臨界的。
黑水料漿通入真空內(nèi)閃蒸以清除溶解的氣體、揮發(fā)物及水蒸汽。真空閃蒸包括將熱黑水料漿暴露于真空下，其條件使氣體和蒸汽可脫離熱黑水料漿。通常，攪拌或充分的氣體液體接觸是借助閃蒸塔內(nèi)的塔板或由氣體液體接觸面上方引入液體來實(shí)現(xiàn)。包括水蒸汽等蒸汽的閃蒸氣體隨后在真空桶的靜區(qū)由于重力作用而與料漿分離，當(dāng)冷卻的除氣料漿從桶的下部排出時(shí)，這些氣體從桶的上部排出。
上述閃蒸也需要清除水蒸汽，以及冷卻氣體流。冷卻量取決于產(chǎn)生的真空量以及清除的水蒸汽量。壓力約52KPa料漿應(yīng)冷卻至約82℃。
真空度愈高，氣體和水蒸汽清除越完全。然而，黑水料漿含有的氣體是在高壓下溶解，即常常在壓力15000KPa絕對壓力或更高。因此，壓力從約50至約100KPa絕對壓力一般能清除大部分溶解的氣體。壓力由約35至約50KPa絕對壓力一般能清除更大部分溶解的氣體，以及真空度從約10至約35KPa絕對壓力實(shí)質(zhì)上能清除全部溶解的氣體。
在氣體-水充分接觸和真空度保持在約35至約75KPa絕對壓力的過程中，最終的黑水料漿可以含有少于約10ppm的硫化氫以及少于約10ppm的游離氨(即不與酸離子結(jié)合的)。在氣體-水充分接觸和真空度保持在約10至約35KPa絕對壓力的過程中，最終的黑水料漿可以含有少于約1ppm的硫化氫以及少于約1ppm的游離氨。當(dāng)然，有可能達(dá)到更高的真空度，即5KPa，但達(dá)到上述真空度的費(fèi)用不能正常地用清除更多氣體量來證明合理。
在閃蒸時(shí)，黑水料漿冷卻。黑水不容易用普通的熱交換器冷卻，因?yàn)槠浔砻鏁瓷瞎腆w和鈣鹽。本發(fā)明沒有熱交換器那樣的易沾固體和鈣鹽的冷卻表面。冷卻和除氣的黑水料漿可進(jìn)一步在大氣條件下處理以便使固體與水分離。低水平的其他有害氣體，特別是硫化氫，在黑水內(nèi)不會造成安全隱患。
真空桶的設(shè)計(jì)成處理帶磨料固體的料漿。真空桶的底和連接管子具有足夠的傾斜角，即與水平面不少于約10°以防止固體堆集。熱黑水料漿至真空桶的入口與內(nèi)壁齊平以防止噴口腐蝕。
將水蒸汽冷凝用于再循環(huán)至合成氣體洗滌器常常是有利的。冷凝器或熱交換器和液體排出容器可用于冷凝水蒸汽。最好冷凝在真空下進(jìn)行以降低冷凝水中溶解的氨氣、二氧化碳和硫化氫的含量。在冷凝器內(nèi)短的滯留時(shí)間也有助于降低冷凝水中溶解的氣體量。最好冷凝器將氣體冷卻至低于約40℃。
水蒸汽冷凝器排出的冷卻氣體含有吸收的氨氣、二氧化碳、硫化氫以及一氧化碳、氫氣和氮?dú)庵惖亩栊詺怏w。在冷卻的堿性水中吸收氨、二氧化碳和硫化氫是有利的。堿性水可以含有堿性物質(zhì)如氫氧化鈉或?yàn)楦话钡乃?。?yōu)選地水的pH值大于9，優(yōu)選地大于11，更優(yōu)選地大于12。吸收的水和氣體在氣體洗滌裝置內(nèi)直接接觸。洗滌裝置可為任何類型的，包括噴射洗滌器，塔盤、塔柱、文氏管或工業(yè)中使用的其他氣體洗滌器。最好使用可計(jì)數(shù)流量的密封的氣體洗滌塔。溫度控制是重要的，由塔底排出的富氫氧化物或氨的水在循環(huán)返回塔頂之前應(yīng)通過熱交換器冷卻。含氫氧化物水的溫度在0至40℃之間，優(yōu)選地在約5至約30℃之間。
由于這些氣體的吸收與溫度有關(guān)，希望氨、二氧化碳和硫化氫在真空下被吸收入冷卻的富氫氧化物或氨氣的水中。如果可能，特別是使用機(jī)械泵時(shí)，使這些氣體在大氣壓力下，甚至在高溫通過真空泵及吸收這些氣體。
產(chǎn)生真空的方法并不重要。普通的裝置包括噴嘴和機(jī)械泵。
富氫氧化物或氨氣的水最好再循環(huán)至氣化反應(yīng)器，這些氣體可以中和某些有機(jī)酸，特別是甲酸來幫助調(diào)節(jié)氣化反應(yīng)器的pH值。


圖1為本方法的示意圖。原料熱黑水來自氣體洗滌容器(圖中未示出)通過連接管30進(jìn)入真空閃蒸桶10。黑水在真空中閃蒸，釋放出溶解的氣體和水蒸汽以及冷卻黑水。黑水由真空閃蒸桶10排出通過連接管22進(jìn)入下一步處理裝置(圖中未示出)。氣體和蒸汽由真空閃蒸桶排出和通過冷凝器，此處為熱交換器12和液體排放容器14。冷凝水蒸汽通過泵24至洗滌容器(圖中未示出)。氣體由液體排放容器14排出和進(jìn)入吸收器(16)。含氫氧化物和氨的水通過循環(huán)泵20由吸收器16底部排出。由循環(huán)泵20排出的部分水通過高壓泵28流至氣化器。由循環(huán)泵20排出的部分水通過冷卻器26反饋至吸收器的頂部。如果需要，可添加新鮮的含氫氧化物的水。剩余的氣體包括氫氣、一氧化碳和氮之類的惰性氣體流經(jīng)連接管18通過真空發(fā)生器(圖中未示出)流至擴(kuò)口裝置(圖中未示出)。
權(quán)利要求
1.一種對由合成氣體洗滌器獲得的黑水料漿除氣和冷卻的方法，包括將黑水料漿暴露于真空下，其條件足以從黑水料漿中分離出溶解的氣體以及從黑水料漿中清除這些氣體。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括將這些氣體傳送至冷凝器和冷凝水蒸汽。
3.按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于還包括傳送冷凝水至合成氣體洗滌器。
4.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括在足以吸收氨、二氧化碳和硫化氫的條件下將氣體暴露于冷卻的堿性水。
5.按照權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于在冷卻的富氫氧化物或氨的水中吸收氨、二氧化碳和硫化氫步驟是在真空中進(jìn)行的。
6.按照權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于在冷卻的富氫氧化物或氨的水中吸收氨、二氧化碳和硫化氫步驟是在壓力大于或等于101KPa壓力下進(jìn)行的。
7.按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于還包括將富氫氧化物或氨的水再循環(huán)至氣化反應(yīng)器的步驟。
8.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括在大氣條件下進(jìn)一步處理黑水以便由水中分離固體的步驟。
9.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于壓力為約10至約75KPa絕對壓力。
10.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于壓力為約10至約50KPa絕對壓力。
11.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于壓力為約35至約50KPa絕對壓力。
12.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于壓力為約10至約35KPa絕對壓力。
13.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于最終的黑水含有少于約10ppm的硫化氫以及少于約10ppm的游離氨。
14.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于最終的黑水料漿含有少于約1ppm的硫化氫以及少于約1ppm的游離氨氣。
15.一種在真空閃蒸黑水和回收水及釋放氣體的裝置，該裝置具有一個(gè)真空閃蒸桶，一個(gè)水蒸汽冷凝器，一個(gè)具有含氫氧化物或氨水的吸收器，一個(gè)真空發(fā)生器，其中黑水進(jìn)入真空閃蒸器，閃蒸的蒸汽順序地從真空閃蒸桶通過水蒸汽冷凝器，吸收器和真空發(fā)生器。
16.按照權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于真空桶的底部和連接管子與水平面傾斜角不小于10°以防止固體堆集。
17.按照權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于真空桶的黑水入口與內(nèi)壁齊平以防止噴口腐蝕。
全文摘要
本發(fā)明為熱黑水料漿的除氣和冷卻方法。熱黑水料漿是由合成氣體洗滌器獲得的。將黑水料漿暴露在真空下進(jìn)行冷卻和除氣,其條件足以從黑水料漿中分離溶解的氣體。這些氣體隨后從黑水料漿中清除掉。這些氣體還可以在氣化過程中再循環(huán)利用。
文檔編號C10K1/10GK1264316SQ98807311
公開日2000年8月23日 申請日期1998年6月5日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月6日
發(fā)明者保羅·S·華萊士, 凱·A·約翰遜, 德龍姆·D·費(fèi)爾 申請人:德士古發(fā)展公司