專利名稱：從劣質固體燃料生產可燃氣體的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種從如油質頁巖或其類似物這樣的劣質固體燃料中生產可燃氣體的方法和裝置。
油頁巖遍及全世界，如果能用快速、兼價方法將油頁巖加工成可燃氣體，則它將成為一種豐富并且相對便宜的燃料。一種將油頁巖加工成可燃氣體的方法揭示在美國專利NO，4，211，606中(其公開內容在此列入了參考文獻)。在此專利中，油頁巖在一個干燥器中使用清潔、熱的煙道氣體加熱，產生出的熱的油頁巖加入到熱解爐中。在熱解爐中加熱的油頁巖與來自熱煙道氣體中的灰燼相接觸并進一步加熱，以便產生出燃燒產物和加到氣化器中的含碳物質。熱氣、灰燼和蒸氣都加入到氣化器中，這樣含碳物質就進一步產生可燃氣體。將氣化器中的殘渣排出并加入到該專利所謂的空氣噴射爐中。其詳情揭示在美國專利NO，4，110，064中，該專利也列入了參考文獻。
空氣噴射爐生產出的產物是熱的煙道氣體，其主要成份是二氧化碳和被加入到分離器中灰燼顆粒，分離器將產物分離成一股由熱氣體和較粗的灰燼組成的流體。以及一股由熱氣體和較細的灰燼組成的流體。一部分相對細小的灰燼被加入到生氣化中，而由熱氣和細灰燼組成的流體被加入到另一個分離器中，產生出用于加熱干燥器中油頁巖的干凈的煙道氣體。
在1990和1991年，蘇聯的兩個工廠明顯地使用了上述設備的一個變型。正如目前已知的那樣其實際的設計省去了氣化器。油頁巖被加入熱解爐，油頁巖在熱解爐中經過一段預先確定的滯留時間之后發生熱解反應，產生被排出的可燃產物和含碳物質。該物質被加入到空氣噴射爐中，爐內發生燃燒產出熱煙道氣體和顆粒，該流體被送入分離器中分成兩股氣流，一股包含相對粗的灰燼而另一股包含煙道氣體和相對細的灰燼。相對粗的灰燼被送入熱解爐中在溫度超過400℃下產生熱解氣體。該氣體包括可燃產物、蒸氣和碳的化合物。包含相對細的灰燼和煙道氣體的氣流被送到另一個分離器，產生出相對干凈但仍含有較多灰燼的煙道氣體。這樣生產出來的氣體和熱解氣體一道被送進是鍋爐燃燒室一部分的燃燒器內并在此燃燒，鍋爐產生的蒸氣可用于發電。
甚至當將熱解爐制造成為一個旋轉的筒體時，油頁巖在熱解中完全熱解所需的滯留時間還是比較長的，這樣就使設備的實際尺寸過大，設備很復雜并且費用也高。因此本發明的目的之一就是對于從劣質固體燃料中生產可燃氣體提供一種新的，改進的設計，通過減少劣質燃料在熱解爐中的滯留時間來減小熱解爐的尺寸。
本發明通過在熱解爐中熱解燃料從該固體燃料中生產出可燃氣體以產生可燃氣體和含碳素物質。含碳素物質在爐內燃燒產生出包括熱煙道氣體和顆粒物質的燃燒產物。該燃燒產物被分成多股氣流，其中包含較粗的灰燼的一股被導入熱解爐中。反應氣流被送入熱解爐中，其送入的方式是使反應氣體流在熱解爐中沸騰地經過含碳物質而不使物質流化。另一種方法是用反應氣體使含碳物質流化。然而，最好是沸騰狀態，因為包含在離開熱解爐的可燃氣體中的顆粒數量相對較少。在這兩者中任何一種情況下，反應氣體使熱解爐中的空閑部分發揮了作用從而減少了物質在熱解爐中的滯留時間。
在本發明的一個實施方案中，由熱解爐產生出的可燃氣體在鍋爐的燃燒室內燃燒，例如，產生出組成反應氣體的鍋爐煙道氣送入熱解爐中。在另一個實施方案中，至少有一部分包含煙道氣體和較細灰燼的氣流由爐中產出的燃燒產物中分離出來構成反應氣體。
根據本發明，如果使用，可以控制沸騰或流化的速度，以便使得從熱解爐到達鍋爐燃燒室的顆粒數量足以吸收存在于熱解爐的燃燒氣體中的硫的氧化物和/或其它的硫的化合物。上這吸收是充分的，因為鍋爐燃燒室中的溫度最適合于進行像如下這樣的反應
本發明的實施方案用附圖表示作為實施例
圖1是方框圖，它以示意的方式描述了從如油頁巖這樣的劣質固體燃料中生產可燃氣體的現有發電廠圖2是本發明的第一個實施方案的方框圖。
圖3是本發明的第二個實施方案的方框圖。
圖4是本發明的除掉磷酸鹽中的有機物質的第三個實施方案的方框圖。
圖5是第三個實施方案的改進型的方框圖。
圖6是一個本發明的油頁巖和磷酸鹽的綜合工廠的方框圖。
圖7是一個示意圖，它表示了本發明中可以使用的各種類型燃料和應用產生的氣體的各種方法。
那末標記10的圖1表示一個用于從如油頁巖這樣的劣質固體燃料中生產可燃氣體的設備。碾碎的油頁巖通常都送入油頁巖料斗12，料斗12有一個螺旋供料設備(沒顯示出來)以便從料斗12向熱解爐14提供油頁巖，在熱灰燼和送入熱解爐的燃料的作用下，熱解爐中發生熱解反應。通常熱解爐在400-600℃的范圍內工作。因此熱解爐在400℃以上產生出的熱解氣體是的蒸氣和可燃氣體。
在熱解爐14中形成的含碳物質通過一個螺旋輸送器(沒有顯示出)送入空氣噴射爐16中并在存在送入爐內的外界空氣的情況下在爐內燃燒。該爐輸出的是由送入分離器18的煙道氣體和顆粒物質所組成的燃燒產物。分離器18能有效地把物流至少分成兩股氣流，一般包含較粗的熱灰燼，而另一股則包含熱煙道氣體和相對細的灰燼。
來自第一股流體的灰燼被送入熱解爐并為熱解反應的發生提供熱量。另一股包含熱煙道氣體和較細灰燼的流體被送入另一個分離器以便在將煙道氣體送入燃燒器20之前除去多余的灰燼。盡管如此，還是有較多的灰燼留在氣體中。
燃燒器是用示意圖表示的單體，它是用來完成產自熱解爐14的熱解氣體與送入燃燒器的包含有二氧化碳的煙道氣體的燃燒。其結果是在鍋爐22的燃燒室內發生燃燒，該鍋爐通常是用來產生用于發電蒸汽的蒸氣鍋爐。由鍋爐的燃燒室產生的煙道氣體被送入一個細灰燼分離器以分離出較細的灰燼，而離開分離器的干凈的煙道氣體則送向排氣管。
標記為30的圖2中表示的本發明的實施方案是目前認為實施本發明的最好方式，其中一些在鍋爐的細灰燼分離器出口處的相對干凈的煙道氣體被送入熱解爐14A(本實施方案的其它部分基本上與實施方案10的相應部分相同)。這些氣體“沸騰”通過熱解爐中的含碳物質而不使該物質流化。換句話說，送入熱解爐14A的煙道氣體沒有足夠的體積和壓力將熱解爐轉變成一個流體化床。相反送入熱解爐的煙道氣體使熱解爐的空閑部分發揮了作用并加速了其中的熱解反應。其結果是減少了在實質的熱解爐中的滯留時間。一般認為，與圖1所示的熱解爐相比，滯留時間可以減至原量的1/5。在該實施方案中，閥19用來變換離開分離器17的氣體的方向以便將轉向的氣體用于其它的目的，例如，用分離出來的氣體中的灰燼另作它用。
在圖3顯示的本發明的實施方案40中，一些由分離器18產生出的燃燒產物不到燃燒器20而轉向進入熱解爐14B。如前面所示，這些燃燒產物沸騰地通過熱解爐中的含碳素物質而不將該物質流化。如上所述，燃燒產物使熱解爐的空閑部分發揮了作用從而導致物質的滯留時間減少。同樣在本實施方案中，閥19可以像上面指出的那樣用來轉換離開分離器17的氣體的方向以便將其另作它用。
雖然對本發明的描述是與對像油頁巖這樣的劣質固體燃料的利用有關的，本發明也適應于其它類型的劣質燃料，比如說泥煤。
另外，雖然在實施方案30和40中的氣體成“沸騰”通過熱解爐中的含碳物質，碳素物質也可以由氣體來將其流化。沸騰通常優選，因為離開熱解爐的可燃氣體中的顆粒數量相對來說較少。然而，根據本發明，沸騰或流化的速度可以控制，這樣如果在使用情況下，從熱解爐到達鍋爐燃燒室的顆粒數量足以吸收來自熱解爐的在氣體燃燒期間存在的硫氧化物和/或其它的硫化合物。這種吸收是充分的，因為鍋爐22的燃燒室內的溫度最適合進行像以下這樣的反應
此外，如果優選，可控制從熱解爐到達燃燒室的顆粒數量，以便利于吸收與熱解爐氣體在同一個燃燒室同時燃燒的含硫豐富的其他燃料燃燒所產生的硫的化合物。
另外，當說明書本中提及的油頁巖或其它劣質燃料進入熱解爐中進行熱解時，如果優選，油頁巖或其它劣質燃料還可以與另一種富硫燃料混合或一同輸入熱解爐。在這種情況下，與氣體一道離開熱解爐的顆粒對在熱解氣體燃燒期間的硫氧化物和/或其它的硫化合物的吸收將會是有效的。此外，如果優選，除了將以上提及的富硫燃料以混合物的形式或與油頁巖或其它劣質燃料一起輸入熱解爐之外，還可以將其輸入爐或空氣噴射爐中。此外，如果優選，還可以將富硫燃料輸入爐子或空氣噴射爐中而不輸入熱解爐中。以上提到的其它的含硫豐富的燃料可以是固體、液體或氣體。不過，當這種燃料要與沿頁巖混合或要與油頁巖一起直接輸入熱解爐中時，只能使用固體或液體燃料。
如果油頁巖的質量不足以提供空氣噴射爐內所需的溫度(現在，大約700℃被認為是最適合的)，則可以將煤或其它燃料加入到空氣噴射爐中以確保它在所需的溫度下工作。要不然或另外，還可以用離開空氣爐的廢灰來預熱進入空氣噴射爐的空氣或氣體。
本發明還提供了一種通過基本上除去所有的有機物質以精煉粗磷酸鹽(即在世界上很多地方發現的含有機質多于總重1-1.5%的磷酸鹽)的方法和裝置。根據本發明，可以使用本申請中揭示的裝置或美國專利4，211，606號揭示的裝置。此外，還可以使用美國專利4，700，639號所揭示的裝置，該專利已列為本文的參考文獻。目前，本發明的精煉粗磷酸鹽的最佳方式是本申請所揭示的裝置，其中熱解爐將包含在磷酸鹽中的大部分的有機物轉化成氣體。
普通的精煉磷酸鹽的方法所能處理的磷酸鹽的有機物含量僅達1-1.5%(重量)。通過將磷酸鹽在大約900℃的溫度下烘焙可以獲得較好的結果。這樣消耗大部分的有機物。不過，這樣的烘焙不足以處理有較高有機物含量的磷酸鹽。
根據本發明，精煉具有高有機物含量的粗磷酸鹽的最佳方法是采用至少一個2級工藝過程(1)熱解和(2)烘焙。根據本發明，首先對粗磷酸鹽進行熱解以便將含在磷酸鹽中的有機物質轉化成可燃燒的氣體，該可燃燒的氣體從熱解爐中排出并進行如圖4和圖5所示的燃燒。此外，可燃氣體還可以用于其它如圖7所示的目的。熱解完成后，留在熱解爐中的磷酸鹽取出并在一個氣體噴射爐內烘焙，該爐最好是在較高的溫度、大約為900℃下運行，這樣任何留在磷酸鹽中的有機物質燒掉，和/或者在精煉粗磷酸鹽的工藝過程中可能出現任何其它要求上述高溫的工藝過程。所以，離開空氣噴射爐的磷酸鹽僅含有較少量的有機物從而使它得到了精煉。
一部分離開空氣爐的精煉的磷酸鹽作為工藝過程中的產物排出，而另一部分則被送入熱解爐以便在熱解過程中加熱磷酸鹽。換句話說，一部分離開空氣爐的精煉的磷酸鹽顆粒送入熱解爐，送入方式類似于本發明前面的實施方案中將排出空氣爐的灰燼送入熱解爐的方式，或者以美國專利NO，4，211，606所揭示的設備為熱解過程提供熱量的方式。
圖4和圖5表示了本發明生產精煉的磷酸鹽和用于發電廠燃燒器中的可燃氣體的變型。可燃氣體的其它應用如圖7所示。這些其它的應用包括讓該氣體在可以驅動發電機發電的燃氣輪機或內燃機(如柴油發動機)的燃燒室內燃燒。或者將該氣體用作為化工生產線上的原材料。圖4和5中所示的分離器17是任選的，其使用取決于可燃氣體的最終應用。
如果從熱解爐到達空氣爐的磷酸鹽中的有機物數量不足以使空氣噴射爐在要求的高溫下運行，則可將煤或者任何其它的燃料加入空氣噴射爐以保證空氣爐內達到要求的高溫。此外，將一部分離開熱解爐的氣體加入到空氣噴射爐中以保證空氣爐內達到要求的高溫。
以類似于美國專利4，211，606所示的方式使用干燥器來改善離開熱解爐的氣體的熱值并節省整個系統的能耗。此外，可以用離開空氣爐的磷酸鹽將進入空氣噴射爐的空氣或氣體進行預熱。
在本發明的另一個實施方案中，很多設備都可以用來為諸如是發電廠燃燒室的應用設備供氣，或者為其它圖7所示的其他應用設備供氣。當氣體用來為發電廠提供燃料時，則一個或多個類似于本發明上述的實施方案中給定的或美國專利NO，4，211，606或NO，4，700，639中所述的那種油頁巖加工設備可以與一個或多個上述圖6示意圖所示的粗磷酸鹽加工設備一道使用。在上述方法中，可處理通常具有變化熱值的粗磷酸鹽，這樣使得從粗磷酸鹽加工設備排出的可燃氣體可以供給燃燒室燃燒，此外，離開油頁巖加工設備進入燃燒室的氣體通常具有相當穩定熱值。如果優選，可將由磷酸鹽加工設備生產的氣體和油頁巖加工設備生產的氣體送入各自的燃燒室。
此外，如果一些粗磷酸鹽具有相當穩定的熱值，這些磷酸鹽也可以在一個單獨的設備或多個設備中進行加工，那些熱值變化的磷酸鹽在別的設備進行加工。從這些加工設備生產出來的氣體可以送入一個共同的燃燒室中，如果愿意也可以送入各別的燃燒室。
另外，從同一個或相鄰的地層開采出來的(油頁巖通常在磷酸鹽層的上面或下面)粗磷酸鹽和油頁巖可以用單一的輸送機將油頁巖和/或磷酸鹽運到適當的加工工廠，這樣可取消各別的輸送機系統。
從上述對本發明的優選實施方案的描述中，可明顯看出本發明的方法和設備所提供的優點和改進結果，可以作出各種變化和變型而不脫離附加的權利要求中所述的本發明的精神和范圍。
權利要求
1.一種從固體燃料生產可燃氣體的方法包括(a)在熱解爐中熱解所說燃料以生產所說的可燃氣體和含碳物質；(b)在一個爐中燃燒來自所說熱解爐的所說含碳物質以產生包括熱煙道氣體和灰燼顆粒的燃燒產物；(c)將所說的燃燒產物分離成幾股流體，其中一般包含較粗的灰燼，而另一股包含氣體和細灰燼；(d)將所說的較粗的灰燼導入所說的熱解爐；(e)將一股反應氣體流送入所說熱解爐中，其方法是使所說的反應氣流沸騰通過在所說熱解爐中的含碳物質而不使該物質流化，以便使熱解爐中的空閑部分發揮作用從而減少物質在熱解爐中的滯留時間。
2.一種根據權利要求1的方法，其中所說的可燃氣體在鍋爐的燃燒室中燃燒，該鍋爐產生出的煙道氣體組成送入所說熱解爐的所說反應氣體。
3.一種根據權利要求1的方法，其中至少有一些所說的其它流體組成送入所說熱解爐的所說反應氣體。
4.一種根據權利要求3的方法，其中至少一些所說的另外一股流體可用于加入所說可燃氣體在其中燃燒的鍋爐燃燒室。
5.從固體燃料中生產可燃氣體的裝置包括(a)用于熱解所說燃料以產生可燃氣體和含碳物質的熱解爐;(b)用于接受來自所說熱解爐的含碳物質并產生出包括熱煙道氣體和灰燼顆粒的熱產物的空氣爐;(c)用來將所說熱產物分離成幾股流體的分離器，其中一股包含較粗的灰燼，而另一股包含煙道氣體和較細的灰燼;d)將從所說分離器中產出的所說較粗灰燼導入所說熱解爐的設備;(e)反應氣體源;和(f)將所說的反應氣流送入所說熱解爐的設備，所說氣流沸騰通過在所說熱解爐中的含碳物質而不使該物質流化，從而使熱解爐的空閑部分發揮作用并減少了物質在熱解爐中的滯留時間。
6.根據權利要求5的裝置，包括燃燒所說的可燃氣體以產生煙道氣體的燃燒室，該煙道氣體組成所說的反應氣體源。
7.根據權利要求5的裝置，其中至少一部分所說的另一股流體組成所說的反應氣體源。
8.根據權利要求7的裝置包括將至少一部分所說的另一股流體送到所說的可燃氣體在其中燃燒的燃燒室的裝置。
9.根據權利要求5的裝置包括使用所說可燃氣體的應用裝置。
10.根據權利要求5的裝置其中所說的應用裝置是燃氣輪機的燃燒室。
11.根據權利要求5的裝置其中所說的應用設備是內燃機。
12.根據權利要求5的裝置其中所說的應用設備是化工生產線。
13.根據權利要求5的裝置其中所說的燃料是油頁巖。
14.根據權利要求5的裝置其中所說的燃料是廢料衍生的燃料(RDF)。
15.根據權利要求5的裝置其中所說燃料是未分離的廢料。
16.根據權利要求5的裝置其中所說燃料是泥煤。
17.根據權利要求1的方法包括在內燃機的燃燒室內燃燒所說可燃氣體的步驟。
18.根據權利要求1的方法包括在燃氣輪機的燃燒室內燃燒所說可燃氣體的步驟。
19.根據權利要求1的方法包括在化工生產線中利用所說燃氣的步驟。
20.一種精煉含有機物質的磷酸鹽的方法，其步驟包括將粗磷酸鹽導入熱解爐熱解粗磷酸鹽所含的有機物質并產生可燃氣體，在爐內加熱從熱解爐中排出的物質以產生熱的精煉的磷酸鹽，并將一部分所說的熱磷酸鹽加到所說的熱解爐中。
全文摘要
從固體燃料生產可燃氣體的方法是熱解熱解爐中的劣質固體燃料產生可燃氣體和含碳物質，和將該碳素物質在爐中燃燒以便產生包括熱煙道氣體和顆粒物質的熱產物。該熱產物被分離成幾股流體，其中包含較粗的灰燼的一股被導入熱解爐以實現燃料的熱解。一股反應氣流被加入到熱解爐中，其方法是使反應氣流沸騰通過熱解爐中的含碳物質并且不使該物質流化。反應氣體使熱解爐的空閑部分有效發揮了作用，從而減少了物質在熱解爐中的滯留時間。
文檔編號C10J1/213GK1078992SQ9310207
公開日1993年12月1日 申請日期1993年1月29日 優先權日1992年1月29日
發明者B·多龍, D·戈德曼, E·雅菲 申請人:奧馬特有限公司