专利名称：气化煤的装置和方法
技术领域：
本发明涉及煤气化技术，尤其是用成浆性不佳的煤制备水煤浆并气化的装置和方法。
背景技术：
煤气化是将一次能源转化为洁净的二次能源的主要途径之一。一些煤气化技术采用水煤浆为原料。一些煤，如褐煤、不粘煤、弱粘煤和长焰煤之类的低阶煤，本身的成浆性不佳，通常不能直接制备满足气化要求的水煤浆。
美国专利第6053954号和第4166802号提及用水热法处理煤后制备气化用的水煤浆。美国专利第6053954号没有具体提及水热法中采用的热源。美国专利第4166802号则涉及在激冷区用合成气加热煤以进行水热处理。采用此法，煤可能会在激冷区和炉渣混合而难以分离，而且，激冷区的温度低于水热处理要求的温度，另外，因为激冷区与气化区连接在一起，激冷区的水热处理可能影响气化区的稳定运行。
另一方面，煤气化过程中使用大量的水激冷、洗涤合成气，激冷、洗涤后产生大量的高温黑水。黑水温度较高且含有从合成气中冲刷下来的细灰、炉渣和未转化的炭等固体杂质，所以通常需要进行处理以降温并与固体杂质分离后作为激冷、洗涤等的供水进行回收利用。中国发明专利申请第20110007341. 8号公开一种低压煤气化系统，在此系统中，激冷水和灰渣共同形成的黑水经过渣池和沉淀单元两步处理后回收用于激冷或/和洗涤合成气。此专利申请没有涉及黑水所带热量的回收利用。
中国专利申请第200810055138. 6号公开了将气化排出的黑水通过多步闪蒸处理并沉降后进行循环利用。此篇专利申请还提及闪蒸后分离出来的气相一部分和灰水直接接触换热，另一部分用作固定床造气气化剂。
由此可见，煤气化过程中有些步骤吸热、有些步骤放热，如果将放热步骤的热用于吸热步骤，而又不对整个煤气化过程中的任何步骤构成不利影响，这样的工艺装置和方法能有效的利用能源。但是，现有的煤气化技术在这方面都还存在改进空间，尤其是使用成浆性不佳的煤制备的水煤浆的气化装置和方法。
因此，需要提供新的或者改进的气化煤的装置和方法。发明内容
一方面，本发明涉及一种气化煤的装置，包括水煤浆制备单元，其利用黑水对煤进行水热处理，并制备包含水热处理后的煤的水煤浆；以及气化单元，其气化水煤浆制备单元制备的水煤浆以生产包含一氧化碳和氢气的合成气，并产生供给水煤浆制备单元的黑水。
另一方面，本发明涉及一种气化煤的方法，包括利用黑水对煤进行水热处理；制备包含水热处理后的煤的水煤浆；气化制备的水煤浆以生产包含一氧化碳和氢气的合成气；以及激冷生产的合成气以产生用于水热处理的黑水。
结合详细说明并参照附图可以更好地理解本发明的特色，组成以及优点，在附图中
图1是本发明所涉及气化煤的装置的一个实施例的示意图2是本发明所涉及气化煤的装置的另一个实施例的示意图。
具体实施方式
说明书中的近似用语用来修饰数量，表示本发明并不限定于该具体数量，还包括与该数量接近的可接受的而不会导致相关基本功能的改变的修正的部分。相应的，用“大约”、“约”等修饰一个数值，意为本发明不限于该精确数值。在某些例子中，近似用语可能对应于测量数值的仪器的精度。
本发明中所提及的数值包括从低到高一个单元一个单元增加的所有数值，此处假设任何较低值与较高值之间间隔至少两个单元。举例来说，如果说了一个组分的数量或一个工艺参数的值，比如，温度，压力，时间等等，是从I到90，20到80较佳，30到70最佳，是想表达15到85，22到68，43到51，30到32等数值都已经明白的列举在此说明书中。对于小于I的数值，O. 0001,0. 001，O. 01或者O.1被认为是比较适当的一个单元。前述只是想要表达的特别示例，所有在列举的最低到最高值之间的数值组合均被视为以类似方式清楚地列在本说明书中。
本发明中涉及的装置/步骤既可能一个装置/步骤包括若干个子装置/子步骤， 也可能若干装置/步骤实际为一个装置/步骤。例如水热处理和水煤浆制备完成既可同步达成，也可分步达成。
本发明涉及的煤可为任何经过水热处理后可以制备符合煤气化原料要求的水煤浆的煤。本发明涉及 的煤的示例包括但不限于褐煤和次(亚)烟煤(如不粘煤、长焰煤、弱粘煤等)等低阶煤。煤水热处理前可视需要进行粉碎以达到需要的粒度，例如小于3毫米。
本发明涉及的水热处理是指将煤在水存在的情况下进行高温高压处理，以使其可以制备符合煤气化原料要求的水煤浆。水热处理进行的温度和气压可随煤的品种和/或组分的变化而变化，例如温度可为约250°C至约350°C，气压可为约40bar到约160bar。
本发明所指的黑水是指水煤浆气化生成的合成气(可含一氧化碳、氢气、细灰、炉渣和未转化的炭等)与水直接接触后产生的高温废水，可为激冷区流出的水，也可为合成气洗涤塔流出的水，温度一般为约200°C至约300°C。
利用黑水对煤进行水热处理，可利用黑水为水热处理提供热量。更进一步，若将黑水不经处理直接与煤混合进行水热处理，不但可以至少部分提供水热处理所需的热量，而且可以至少减少对水热处理的额外供水，还可以至少减少整个气化装置中需要降温、去杂质处理的黑水的总量，从而可以大幅降低成本。
本发明涉及的水热处理可全部采用黑水与煤混合，也可采用部分黑水、部分其他水与煤混合。其他水可以是未利用过的水，也可以是黑水经过沉淀、闪蒸等处理后的回用水。
本发明涉及的水热处理所需热量部分来自黑水，部分来自热源。热源可为任何能够为水热处理补充所需热量的热源，例如温度超过400°C的烟道气或者气化流程中产生的水蒸汽。
水煤浆需要的粒度分布，如通过325目筛网过滤器的煤至少占30%重量百分比、 通过40目筛网过滤器的煤至少占90%重量百分比、以及通过14目筛网过滤器的煤至少占 98%重量百分比，可由干磨煤机在水热处理前加工达到也可水热处理后用水煤浆磨煤机加工达到。
在制备水煤浆时，可加如主要由萘磺酸钠-甲醛缩合物组成的表面活性剂也可不加添加剂。制得的水煤浆供给气化单元气化，可含有30% -40%的水，60% -70%的煤， 0-0. 7%的表面活性剂。
请参考图1，根据本发明的一个实施例，气化煤的装置I包括水煤浆制备单元10和气化单元100。水煤浆制备单元10利用黑水12对煤11进行水热处理。水煤浆制备单元 10制备包含水热处理后的煤的水煤浆13。气化单元100气化水煤浆13以生产包含一氧化碳和氢气的合成气101并产生供给水煤浆制备单元10的黑水12。
水煤浆制备单元10包括磨煤机14和在黑水12存在的情况下对煤11进行水热处理的水热处理装置15。烟道气21为补充水热处理所需的热量的热源。磨煤机14为水煤浆磨煤机。从水热处理装置15中出来的产品16进入闪蒸装置17以降低压力，并产生水蒸汽 18和粗水煤浆19。粗水煤浆19与补充水20在水煤浆磨煤机14中加工成为送往气化单元 100的水煤浆13。
气化单元100包含气化水煤浆13、生产包含一氧化碳和氢气的合成气101的气化区102，以及激冷合成气101、并产生激冷后的合成气(未图示)与供给水煤浆制备单元10 的黑水12的激冷区103。
举例而言，60%重量百分比(干煤基)的水煤浆13通过煤浆泵(未图示)以4170 吨/小时的流速输入气化区102产生212000立方米/小时的合成气101、11371千克/小时的炉渣(未图示)和3790千克/小时的未转化炭和细灰(未图示)。合成气101带着炉渣、未转化炭和细灰进入激冷区103，炉渣、未转化碳和细灰与水混合生成200°C、45. 5bar 的黑水12以77吨/小时流速进入水热处理装置15。煤11以104吨/小时(干基)流速进入水热处理装置15与黑水12混合形成煤水混合物，用400°C的烟道气21加热使水热处理装置15中压力达到85. 5bar、温度达到300°C。烟道气21在水热处理装置15中的管子 (未图示)中流动以提供热量。水热处理装置15中还可视需要设加强热传导的辅助设施 (未图示)。
煤水混合物在300°C保持约10分钟后产生的产品流16进入闪蒸装置17以降低压力至约lbar、降低温度到约90°C，并产生水蒸汽18和粗水煤浆19。粗水煤浆19与补充水20在水煤浆磨煤机(如棒磨机)14中混合、加工获得加入气化区102的60%重量百分比 (干煤基)的水煤浆13。
在这个例子中水热处理的能耗相对于全部加常温的水进行水热处理的能耗降低 80%。通过水热处理，水煤浆中煤的浓度提高5wt% 10wt%以上。黑水全部直接用于水热处理，黑水中未转化的炭也作为水煤浆的组分循环回气化区，简化了工艺过程，提高了煤的转化效率。由于黑水全部用来进行煤的水热处理，不再需要经过闪蒸、沉淀等方法处理， 现有技术中的黑水闪蒸、灰水循环及细灰回收循环等系统都可以省去，而且，水热处理不需额外加水，只需提供黑水所带热量与水热处理所需热量之间的差额热量，因此可节省大量投资。
请参考图2，根据本发明的另一个实施例，气化煤的装置3包括水煤浆制备单元30 和气化单元300。水煤浆制备单元30利用黑水32对煤31进行水热处理。水煤浆制备单元 30制备包含水热处理后的煤的水煤浆33。气化单元300气化水煤浆33以生产包含一氧化碳和氢气的合成气301、并产生供给水煤浆制备单元30的黑水32。
水煤浆制备单元30包括磨煤机34和利用黑水32对煤31进行水热处理的水热处理装置35。热源41补充水热处理所需的热量。磨煤机34为干磨煤机。粉碎后的煤31经过干磨煤机34磨粉后进入水热处理装置35。水热处理装置35出来的产品36即为通过煤浆泵(未图示)送往气化单元300的水煤浆33。
气化单元300包含气化水煤浆33生产包含一氧化碳和氢气的合成气301的气化区302以及激冷合成气301并产生激冷后的合成气(未图示)与供给水煤浆制备单元30 的黑水32的激冷区303。
参照前两个实施例，本发明涉及的气化煤的方法的一个实施例包括利用黑水 12、32对煤11、31进行水热处理；制备包含水热处理后的煤的水煤浆13、33 ;气化制备的水煤浆13、33以生产包含一氧化碳和氢气的合成气101、301 ;以及激冷生产的合成气101、301 以产生用于水热处理的黑水12、32。
在一些实施例中，水热处理前先对煤11进行粉碎以得到适当的粒度，例如小于3 毫米，对水热处理的产品流16进行闪蒸处理后再用水煤浆磨煤机14加工制备供给气化单元的水煤浆13。由此，水热 处理和水煤浆13的制备分步进行。
在一些实施例中，水热处理前粉碎并干磨煤31以达到需要的粒径分布，水热处理后就直接生成供给气化单元的水煤浆33。从而，水煤浆33的制备和水热处理同步进行。
虽然结合特定的实施例对本发明进行了说明，但本领域的技术人员可以对本发明作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书意图覆盖在本发明真正构思范围内的所有这些修改和变型。
权利要求
1.气化煤的装置，包括 水煤浆制备单元，其利用黑水对煤进行水热处理，并制备包含水热处理后的煤的水煤浆；以及 气化单元，其气化水煤浆制备单元制备的水煤浆以生产包含一氧化碳和氢气的合成气，并产生供给水煤浆制备单元的黑水。
2.如权利要求1所述的气化煤的装置，其中水煤浆制备单元包含利用黑水对煤进行水热处理的水热处理装置。
3.如权利要求2所述的气化煤的装置，其中水煤浆制备单元包含闪蒸装置，其降低从水热处理装置出来的产品的压力。
4.如权利要求3所述的气化煤的装置，其中水煤浆制备单元包含制备水煤浆的水煤浆磨煤机，其位于闪蒸装置之后。
5.如权利要求2所述的气化煤的装置，其中水煤浆制备单元包含干磨煤机，其位于水热处理装置前。
6.如权利要求1至5中任一权利要求所述的气化煤的装置，其中气化单元包含气化区和激冷区，气化区气化水煤浆制备单元制备的水煤浆、生产包含一氧化碳和氢气的合成气，激冷区激冷合成气、产生供给水煤浆制备单元的黑水。
7.气化煤的方法，包括 利用黑水对煤进行水热处理； 制备包含水热处理后的煤的水煤浆； 气化制备的水煤衆以生产包含一氧化碳和氢气的合成气；以及 激冷生产的合成气以产生用于水热处理的黑水。
8.如权利要求7所述的气化煤的方法，其进一步包括在水热处理前粉碎煤并使之与黑水混合。
9.如权利要求8所述的气化煤的方法，其中制备包含水热处理后的煤的水煤浆的步骤包括对水热处理的产品进行闪蒸处理。
10.如权利要求9所述的气化煤的方法，其中制备包含水热处理后的煤的水煤浆的步骤包括在闪蒸处理后用水煤浆磨煤机制备水煤浆。
11.如权利要求7所述的气化煤的方法，其中煤在水热处理前粉碎并干磨成粉，水热处理后即得水煤浆。
12.如权利要求7至11中任一权利要求所述的气化煤的方法，其中水热处理中用黑水和热源提供热量。
13.如权利要求12所述的气化煤的方法，其中热源是烟道气或水蒸汽。
全文摘要
本发明公开一种气化煤的装置，包括水煤浆制备单元，其利用黑水对煤进行水热处理，并制备包含水热处理后的煤的水煤浆；以及气化单元，其气化水煤浆制备单元制备的水煤浆以生产包含一氧化碳和氢气的合成气，并产生供给水煤浆制备单元的黑水。本发明也公开了相应的气化煤的方法。
文档编号C10J3/72GK103013572SQ201110294879
公开日2013年4月3日 申请日期2011年9月28日 优先权日2011年9月28日
发明者薛俊利, 毕喜婧, 王明敏 申请人:通用电气公司