專利名稱：從合成氣中去除液態灰和堿的方法
從合成氣中去除液態灰和堿的方法本發明涉及由含碳燃料，如所有種類的煤、焦炭、石油焦炭、生物質，而且還有乳 液、乳化浙青油等制備合成氣的方法。通過根據本發明的方法，合成氣在制備后立即能夠易 于凈化，而無需進一步冷卻。由此，可以更好地利用氣體的熱能。本發明也涉及該方法可以 使用的裝置以及涉及所使用的吸附陶瓷的用途。在由含碳燃料制備合成氣時，使燃料與含水蒸氣或者含水蒸氣且含氧的氣體在對 此合適的反應器中反應。在該過程中，除了合成氣之外還生成通常由氣溶膠或微滴組成的 礦物質液態灰和渣。所述液體灰中的某些種類部分地蒸發并形成堿性蒸汽。大多數情況下， 這些成分對進一步的應用非常具有干擾性，因為它們能夠損害下游的工藝設備的設備部件 或對下游的工藝設備的設備部件產生不良影響。在許多情況下，將合成氣用于制備重要的化學品，例如氨或甲醇。為了實施必要的 方法步驟，必須將在合成氣中所含有的損害性或產生不良影響的組分從合成氣中去除。為 此，通常將合成氣與更冷的外部介質混合以釋放出高內部能量。該工藝也稱作驟冷工藝。通 常使用水作為外部介質。但也可以使用其他物質，例如氮或二氧化碳。在該方法步驟中，將 合成氣急劇地冷卻下來。該驟冷工藝之后通常還有其他的方法步驟，該方法步驟還需要進 一步冷卻合成氣。這例如是用于去除酸性氣體的洗滌工藝。在這些方法步驟中，大部分在合成氣中所含有的熱能的工作能力被無益地損失 了。然而，為了進一步的應用通常需要高溫。所需的合成氣因此必須再度加熱，為此需要許 多能量。更有利的是，如果在無需進一步的冷卻工藝步驟的情況下繼續使用所獲得的合成 氣。因為該氣體在制備之后短時間內還處于高壓狀態，使用渦輪機以獲得旋轉動能也是可 能的。另一方面，渦輪機的旋轉動能又可以用于產生電流或者驅動設備機組。這在經濟上 有利地形成了制備合成氣的工藝。這種工藝可以用于合成氣和電流的聯合生產。然而對此的前提條件是，能夠在無需進一步冷卻步驟的情況下將所獲得的合成氣 用于驅動渦輪機。對此有利的是，如果無需冷卻且無需聚集狀態的改變就可以將合成氣的 有害液態和氣態成分去除。因為微液滴和腐蝕性蒸汽將通過侵蝕和腐蝕導致渦輪機葉片的 損壞。US4，482，358A描述了一種制備合成氣的方法，該方法引導合成氣通過旋流型壓力 容器，在該壓力容器中通過具有各種尺寸的粒度分布的固體床循環。在流過固體床時，所夾 帶的固體部分和渣部分發生凝固并從系統中被排出。通過使用碎渣機可以將所述固體粉碎 并再次使用。不僅可以將氣體而且也可以將經粉碎的渣弓I導通過熱交換器，它們可以用于 驅動用于發電的渦輪機。在通過壓力容器之前，使合成氣經過采用水的冷卻工藝。在這個 系統中不利的是，為了冷卻合成氣必須使用水。此外還不利的是，為了驅動渦輪機必須產生 蒸汽。沒有描述從合成氣中去除金屬化合物。EP 412 591B1描述了從熱氣中分離出堿金屬化合物和重金屬化合物的方法。在燃 燒化石燃料時產生作為燃燒氣體的熱氣，并將該熱氣用于驅動燃氣渦輪機發電。為了防止 由燃燒氣體中所含的金屬鹽造成的燃氣渦輪機的腐蝕，在進入到燃氣輪機中之前采用吸附 劑對燃燒氣體進行處理。使該吸附劑懸浮在該熱氣流中。該懸浮狀態被描述為吸附劑的飛
4塵云狀態或膨脹的渦流層狀態。該吸附劑可以由二氧化硅、氧化鋁、鋁酸鎂、硅鋁酸鎂或硅 鋁酸鈣組成。沒有描述堿分離過程與合成氣的制備過程的結合。也沒有描述從熱氣中去除 飛灰或液化的渣。因此，本發明的目的在于提供方法和裝置，它們從來自氣化工藝的合成氣中脫除 液態渣和堿，而不必進行氣體的冷卻或減壓。在使用渦輪機產生旋轉能時，該渦輪機不會積 垢且不會由于熱的合成氣的作用而受到腐蝕或材料侵蝕。該目的通過使用空氣或氧氣或富氧空氣以及水蒸氣進行氣化來制備合成氣的方 法而得以實現，其中·將固態或液態含碳燃料加入到反應器中，在所述反應器中該燃料與空氣或氧氣 或富氧空氣以及與水蒸氣在升高的溫度下反應生成合成氣，該合成氣主要由氫氣、二氧化 碳和一氧化碳組成，以及·在所述反應中產生礦物渣微滴，將所述礦物渣微滴與所獲得的合成氣分開地從 所述反應器中排出，以及·將所獲得的合成氣以任意方向從所述反應器中排出，·通過與吸附陶瓷接觸將在所述合成氣中所含有的蒸汽狀堿從所述合成氣中去 除，以及·在無需事先冷卻的情況下將所述合成氣引入到渣分離裝置中，在所述渣分離裝 置中將所述渣微滴以液態渣的形式抽出。優選在使用之前將所述燃料輸送到合適的用于粉碎的裝置中。所述用于粉碎的裝 置可以例如是球磨機或立式碾磨機。但所述用于粉碎的裝置也可以是碎草機或銑削裝置。 由此調節出對于氣化工藝所必需的粒徑。作為燃燒氣體尤其使用含水蒸氣的空氣，其與燃 料中的碳反應主要生成一氧化碳和氫氣。但燃燒氣體也可以是富含氧氣的。所述燃燒氣體 尤其在升高的壓力下輸入。優選以氣動方式將所述燃料引導到所述氣化反應器中。但也可 能的是，通過螺旋輸送器或輸送帶將燃料輸送到所述氣化反應器中。如果將燃料以懸浮液 或乳液的形式添加到反應器中，則也可將所述燃料泵送到反應器中。將合成氣在另一個位置上從反應器中排出。這優選在側面實現。但是，合成氣的 排出也可以在反應器上在任意位置實現。緊接著必須進行液態組分的分離。因此，在本發 明的一個具體實施方式
中設計，渣分離裝置是旋流型裝置，在所述渣分離裝置中熱氣進行 圓周狀運動，使得通過離心力將大部分在所述氣體中所含的渣分離到壁上。另選地或額外 地設計，所述渣分離裝置包含堆料層，在該堆料層中渣從氣體中分離出來。該堆料可以整合 到旋流器中，在DE 43 36 100 Cl中描述了相應的裝置。本發明的其他具體實施方式
涉及蒸汽狀的堿的分離。為此可以設計，將吸附陶瓷 以粉狀混入到燃料中，所述吸附陶瓷在氣化室中與產生的合成氣接觸，并且堿從合成氣中 去除的過程在氣化室中進行。對此還可以另選地或額外地設計，所述吸附陶瓷作為堆料在 所述渣分離裝置下游的裝置中與所述合成氣接觸，并且堿從所述合成氣中去除的過程在該 下游的裝置中進行。此外，吸附材料的混入也可以在氣化之后進行。吸附材料的加入可以 通過噴入或類似的方式進行。本發明的其他具體實施方式
涉及氣化的工藝參數。作為燃料可以使用含有固態含 碳材料的、適于采用含水蒸汽且含氧氣的氣體進行氣化并發生轉化的所有材料。這尤其是具有典型粒徑的精細磨碎的煤。此處所有煤種類都是適合的。因此，例如可以使用粉碎的 石煤或褐煤。但是，也可以使用粉碎的塑料、石油焦炭、生物燃料如粉碎的木材或浙青或其 他生物質。所述燃料也可以以液體形式添加。例如，這可以是細分散物質的懸浮液或乳液， 也可以是乳化浙青油。原則上粘性燃料也是合適的。最后，在升高溫度下可以轉化成主要 由一氧化碳和氫氣組成的合成氣的所有物質都是合適的。氣化溫度應當是800-1800°C，壓 力選自 0. I-IOMPa0本發明的其他具體實施方式
涉及所獲得的合成氣的其他處理可能性。因此可以設 計，使通過氣化獲得的合成氣在渣分離和堿分離之后經過氣體洗滌以去除酸性氣體，如借 助化學吸附劑去除含硫組分。本發明的其他具體實施方式
涉及所獲得的合成氣的其他應用可能性。因此可以設 計，在渣分離和堿分離之后弓I導通過氣化獲得的合成氣通過熱燃氣輪機。熱燃氣輪機可以 與發電機相連，采用該發電機產生電流，或者與用于壓縮用于氣化的燃燒氣體的壓縮機相 連。通過熱氣做功，該熱氣就冷卻下來。在進一步能量輸出之后，如用于產生蒸汽，所生成的 合成氣可以用于合成化學產品，用于通過直接還原制備金屬，或用于在汽輪機中產生能量。本發明還包含通過相應于上述方法的氣化制備合成氣的裝置，該裝置具有反應 器，該反應器適于在高溫下氣化含碳燃料，該反應器具有用于輸入空氣或氧氣或富氧空氣 以及水蒸氣的裝置，并且具有用于含碳燃料轉化的反應室，其中直接與反應器相連地布置 至少一級的熱氣旋流器，該熱氣旋流器具有用于液態渣的排出裝置，或者設置具有堆料的 裝置，該裝置具有用于液態渣的排出裝置，或者兩者皆有，其中順序是可選的。在本發明裝置的具體實施方式
中，可以直接與渣分離裝置相連地設置具有吸附陶 瓷堆料的裝置，并在其下游安裝熱燃氣輪機。本發明也包含吸附陶瓷的應用。鑒于所要使用的材料，為此設計，該吸附陶瓷或者 含有二氧化硅或硅酸鹽或鋁酸鹽或氧化鋁或它們的復合物或它們的混合物，或者含有任意 的由氧化物和非氧化物陶瓷構成的復合物。此外，所述吸附陶瓷可以包含含過渡金屬的化 合物。在優選的具體實施方式
中，該吸附陶瓷由硅鋁酸鹽形成，其中尤其優選高嶺土、酸性 白土、膨潤土和蒙脫石。其他用途涉及吸附陶瓷的形式。只要將吸附陶瓷混入到燃料混合中，則所述吸附 陶瓷是粉末狀的，否則，將所述吸附陶瓷以高度多孔性固體顆粒的形式以堆料層的形式引 入堿分離器中。這些高度多孔性固體顆粒為球狀物、鞍狀體、拉西環、鮑爾環或圓柱體或其 他任意的形狀。粒徑通常是2mm-100mm，優選20_40mm，最好是30mm。借助于附圖詳細說明本發明的裝置，其中具體實施形式不局限于該附圖。
圖1簡要示出了本發明的氣化和制備合成氣的方法的工藝流程，該方法將合成氣 的內部能量用于發電。將燃料1輸送到氣化發生器2中，并在那里與壓縮的、富氧空氣3和 水蒸氣4反應生成負載有渣微滴和堿的合成氣5。該氣化器可以設有渣出口。添加劑可以 在所述氣化器下游加入。將合成氣5導入旋流器6，在那里將所述合成氣脫除渣微滴并任選 地脫除堿。渣7以液體形式排出。如此脫渣的合成氣8到達具有吸附陶瓷堆料10的容器 9中。在那里脫除所夾帶的堿蒸汽。如此凈化的熱氣11到達熱燃氣輪機12中并在那里將 其減壓。將經減壓并由此經冷卻的合成氣13引向其他用途。該熱燃氣輪機12的軸功率用 于驅動壓縮機14以及發電機15。將壓縮機14用于壓縮富氧空氣16。所述富氧空氣被導
6入氣化反應器2。以下多個數字例子用于描述發明的效果。在煤的氣化過程中，8_40g/m3(以標準 狀態計)的液態灰顆粒和最高至200mg/m3(以標準狀態計)的堿蒸汽被釋放到原料氣中。 在進入旋流器6時，在合成氣5中還有4-20g/m3(以標準狀態計)的液態灰顆粒和最高至 90mg/m3(以標準狀態計)的堿蒸汽。在進入熱燃氣輪機12時，在熱氣11中存在低于5mg/ m3(以標準狀態計)的液態灰顆粒和低于0.013mg/m3(以標準狀態計)的堿蒸汽。附圖標記列表1 燃料2氣化反應器3壓縮、富氧空氣4水蒸氣5合成氣6旋流器7渣排放8經除渣的合成氣9 容器10吸附陶瓷堆料11 熱氣12熱燃氣輪機13冷卻的合成氣14壓縮機15發電機16富氧空氣17添加劑輸入18漁排出任選地，附圖標記1是指具有用于堿分離的添加劑的燃料，附圖標記6是指堆料或 具有堆料的旋流器。
權利要求
通過使用空氣或氧氣或富氧空氣以及水蒸氣進行氣化來制備合成氣的方法，其中，·將固態或液態含碳燃料加入到反應器中，在所述反應器中該燃料與空氣或氧氣或富氧空氣以及與水蒸氣在升高的溫度下反應生成合成氣，該合成氣主要由氫氣、二氧化碳和一氧化碳組成，以及·在所述反應中產生礦物渣微滴，將所述礦物渣微滴與所獲得的合成氣分開地從所述反應器中排出，以及·將所獲得的合成氣以任意方向從所述反應器中排出，其特征在于，·通過與吸附陶瓷接觸將在所述合成氣中所含有的蒸汽狀堿從所述合成氣中去除，以及·在無需事先冷卻的情況下將所述合成氣引入到渣分離裝置中，在所述渣分離裝置中將所述渣微滴以液態渣的形式抽出。
2.根據權利要求1的方法，其特征在于，所述渣分離裝置是旋流型裝置，所述渣分離裝 置還可以包含堆料，在所述渣分離裝置中熱氣進行圓周狀運動，使得通過離心力將大部分 在所述氣體中所含的渣分離到壁上。
3.根據權利要求1的方法，其特征在于，所述渣分離裝置包含堆料層，在該堆料層中渣 從氣體中分離出來。
4.根據權利要求1-3任一項的方法，其特征在于，將所述吸附陶瓷以粉末或添加劑的 形式混入到所述燃料中，所述吸附陶瓷在氣化室中與產生的合成氣接觸，并且堿從合成氣 中去除的過程在氣化室中進行。
5.根據權利要求1-3任一項的方法，其特征在于，所述吸附陶瓷作為堆料在所述渣分 離裝置下游的裝置中與所述合成氣接觸，并且堿從所述合成氣的去除過程在該下游的裝置 中進行。
6.根據權利要求1-5任一項的方法，其特征在于，使用煤、煤乳液、煤懸浮液、石油焦 炭、生物燃料或粉碎形式的塑料作為燃料。
7.根據權利要求1-6任一項的方法，其特征在于，在800-1800°C的溫度下進行氣化。
8.根據權利要求1-7任一項的方法，其特征在于，在0.I-IOMPa的壓力下進行氣化。
9.根據權利要求1-8任一項的方法，其特征在于，在渣分離和堿分離之后，向通過氣化 獲得的合成氣中添加化學吸附劑以去除含硫組分。
10.根據權利要求1-9任一項的方法，其特征在于，在將渣、堿和任選地含硫物質清除 之后，引導熱合成氣通過熱燃氣輪機。
11.根據權利要求10的方法，其特征在于，將發電機與該熱燃氣輪機連接，通過該發電 機產生電流。
12.根據權利要求10或11任一項的方法，其特征在于，采用熱燃氣輪機驅動用于壓縮 燃燒用空氣的壓縮機，所述燃燒用空氣用于氣化。
13.根據權利要求1-12任一項的方法，其特征在于，所獲得的合成氣用于合成化學產 品，用于通過直接還原制備金屬，或用于產生能量。
14.根據權利要求2的方法通過氣化制備合成氣的裝置，該裝置具有反應器，該反應器 適于在高溫下氣化含碳燃料，該反應器具有用于輸入空氣或氧氣或富氧空氣以及水蒸氣的裝置，并且具有用于含碳燃料與含水蒸氣的氣體或者含水蒸氣且含氧的氣體進行反應的反 應室，其特征在于，直接與反應器相連地布置至少一級的熱氣旋流器，該熱氣旋流器具有用 于液態渣的排出裝置。
15.根據權利要求2的方法通過氣化制備合成氣的裝置，該裝置具有反應器，該反應器 適于在高溫下氣化含碳燃料，該反應器具有用于輸入空氣或氧氣或富氧空氣以及水蒸氣的 裝置，并且具有用于使含碳燃料與含水蒸氣的氣體或者含水蒸氣且含氧的氣體進行反應的 反應室，其特征在于，直接與反應器相連地布置至少一級的熱氣旋流器，在該熱氣漩流器中 含有堆料，并且該熱氣旋流器具有用于液態渣的排出裝置。
16.根據權利要求3的方法通過氣化制備合成氣的裝置，該裝置具有反應器，該反應器 適于在高溫下氣化含碳燃料，該反應器具有用于輸入空氣或氧氣或富氧空氣以及水蒸氣的 裝置，并且具有用于使含碳燃料與含水蒸氣的氣體或者含水蒸氣且含氧的氣體進行反應的 反應室，其特征在于，直接與反應器相連地布置具有堆料的裝置，所述具有堆料的裝置具有 用于液態渣的排出裝置。
17.根據權利要求14-16任一項的裝置，其特征在于，直接與反應器相連地不僅布置至 少一級的熱氣旋流器，而且布置具有堆料的裝置，所述裝置均具有用于液態渣的排出裝置。
18.用于實施根據權利要求5的方法的根據權利要求14-17任一項的裝置，其特征在 于，直接與渣分離裝置相連地設置具有吸附陶瓷堆料的裝置。
19.根據權利要求14-18任一項的裝置，其特征在于，所述熱燃氣輪機位于用于清除合 成氣流中的渣和堿的裝置的下游。
20.吸附陶瓷用于實施根據權利要求1的方法的用途，其特征在于，該吸附陶瓷或者含 有二氧化硅或硅酸鹽或鋁酸鹽或氧化鋁或它們的復合物或它們的混合物，或者含有任意的 由氧化物和非氧化物陶瓷構成的復合物。
21.根據權利要求19的用途，其特征在于，該吸附陶瓷包含含有過渡金屬的化合物。
22.根據權利要求19或20任一項的用途，其特征在于，該吸附陶瓷由硅鋁酸鹽形成，其 中優選高嶺土、酸性白土、膨潤土和蒙脫石。
23.根據權利要求19-21任一項的用途，其特征在于，該吸附陶瓷以高度多孔性固體顆 粒的形式以堆料層的形式安放在堿分離器中。
24.根據權利要求22的用途，其特征在于，該高度多孔性固體顆粒為球狀物、鞍狀體、 拉西環、鮑爾環或圓柱體。
25.根據權利要求22或23任一項的用途，其特征在于，該吸附陶瓷以高度多孔性陶瓷 體的形式安放或懸掛在堿分離器中。
26.根據權利要求24的用途，其特征在于，該吸附陶瓷的粒徑是2mm-100mm。
27.根據權利要求25的用途，其特征在于，該吸附陶瓷的粒徑是20-40mm。
全文摘要
本發明涉及使用空氣或氧氣或富氧空氣以及水蒸氣通過氣化制備合成氣的方法，其中，將固態或液態含碳燃料加入到反應器中，在所述反應器中該燃料與空氣或氧氣或富氧空氣以及與水蒸氣在升高的溫度下反應生成合成氣，該合成氣主要由氫氣、二氧化碳和一氧化碳組成，在所述反應中產生礦物渣微滴，將所述礦物渣微滴與所獲得的合成氣分開地從所述反應器中排出，并將所獲得的合成氣以任意方向從所述反應器中排出，通過與吸附陶瓷接觸將在所述合成氣中所含有的蒸汽狀堿從所述合成氣中去除，以及在無需事先冷卻的情況下將所述合成氣引入到渣分離裝置中，在所述渣分離裝置中將所述渣微滴以液態渣的形式抽出。
文檔編號C10K1/02GK101910376SQ200880122332
公開日2010年12月8日 申請日期2008年12月22日 優先權日2007年12月22日
發明者D·帕沃內, M·里格爾, R·亞伯拉罕 申請人:猶德有限公司