本发明涉及煤气化工业领域，具体涉及一种煤的气化方法和气化装置。
背景技术：
煤气化是煤化工产业的“龙头”，在煤化工过程中占有重要地位，水煤浆气化工艺由于具有原料适应性强、生产能力大、碳转化率高等特点而得到广泛应用，是一种较为成熟的煤气化技术，在中国占有较大的市场份额。在水煤浆气化过程中水循环系统发挥着重要作用。所谓水循环系统，是指为了降低水耗，将从气化炉和洗涤塔排出的水，经多级闪蒸、沉降和脱氧处理后，大部分灰水经送入气化单元循环使用，10-20％的排放处理，且在水循环系统中，随着水不断的循环使用，灰水的硬度不断升高，最终会导致管线被堵塞，且闪蒸罐、灰水换热器等设备结垢严重，给装置稳定运行造成严重影响。
现有除盐技术如离子交换、电吸附、电渗析，反渗透对水质要求较高，灰水由于固体悬浮物和COD均较高，需经过多级预处理才能用上述技术处理，处理成本较高。通过添加碳酸钠等化学试剂降低硬度非常有效，但化学品消耗量大，费用较高，急需开发高效低成本的灰水处理回用技术。另一方面，在水煤浆气化过程中，会产生大量的二氧化碳，为了提高合成气中氢气和一氧化碳有效组分的含量，会采用各种方法将二氧化碳脱除，这些方法主要分为两类，第一类为化学吸收法，如醇胺法和热钾碱法，第二类为物理吸收法，如采用聚乙二醇二甲醚溶液的NHD工艺和低温甲醇工艺，无论物理吸收还是化学吸收，都会产生大量的高纯度的二氧化碳。其中低温甲醇洗是一种由于其净化度高、选择性好等特点，在煤化工过程中得到广泛应用，该 工艺会产生纯度在99％(mol)以上的二氧化碳。现在大部分高纯二氧化碳气体都通过排放处理，没有得到充分利用，造成极大的浪费。
技术实现要素：
本发明的目的提供一种成本低的新型的水煤浆气化方法，该方法包括：
1)将煤送入气化炉中进行气化，得到粗合成气和含固激冷水；
2)将步骤1)所得的粗合成气送入洗涤塔中进行洗涤，得到净合成气和洗涤水；
3)将步骤2)所得的净合成气送入脱碳单元进行脱碳处理，得到合成气和二氧化碳气体；
4)将步骤1)所得的含固激冷水和步骤2)所得的洗涤水送入闪蒸塔中进行闪蒸，得到水蒸汽和黑水；将黑水送入到沉降槽中进行沉降，得到沉降的上层清液作为气化灰水；
5)将步骤4)所得的气化灰水的pH值调节至8以上，并与步骤3)所得的二氧化碳气体进行接触以降低所述气化灰水的硬度，从而得到软水；
6)将步骤5)所得的部分的软水送入洗涤塔中和/或气化炉中循环使用。
本发明的煤的气化方法，能够通过采用煤气化过程中产生的CO2来降低该过程中产生的气化灰水的硬度，并将降硬后的部分气化灰水重新用于该方法中的洗涤塔和/或气化炉中，从而大大降低了煤气化方法的成本，也降低了煤气化过程中产生的灰水和二氧化碳气体对环境的危害。并且，由于本发明的方法能够将大部分的气化灰水进行循环使用，而仅由少部分需要进一步净化后排放，因而通过本发明的方法可以减少能耗，降低工艺复杂度。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是根据本发明的一种优选的实施方式的煤的气化装置。
附图标记说明
1——气化炉；2——脱碳单元；3——洗涤塔；4——闪蒸塔；
5——沉降槽；6——除氧器；7——降硬反应器；8——脱盐单元
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明的提供一种水煤浆气化方法，该方法包括：
1)将煤送入气化炉1中进行气化，得到粗合成气和含固激冷水；
2)将步骤1)所得的粗合成气送入洗涤塔3中进行洗涤，得到净合成气和洗涤水；
3)将步骤2)所得的净合成气送入脱碳单元2进行脱碳处理，得到合成气和二氧化碳气体；
4)将步骤1)所得的含固激冷水和步骤2)所得的洗涤水送入闪蒸塔4中进行闪蒸，得到水蒸汽和黑水；将黑水送入到沉降槽5中进行沉降，得到沉降的上层清液作为气化灰水；
5)将步骤4)所得的气化灰水的pH值调节至8以上，并与步骤3)所得的二氧化碳气体进行接触以降低所述气化灰水的硬度，从而得到软水；
6)将步骤5)所得的部分的软水送入洗涤塔3中和/或气化炉1中循环使用。
根据本发明，所述煤可以以水煤浆的形式送入至气化炉1中，所述水煤浆是含有大量的煤的煤和水的混合物，例如所述水煤浆中的煤含量为55-70重量％(优选为60-70重量％)。或者所述煤还可以以干煤粉的形式由载气(例如氮气)送入至气化炉1中，更优选所述煤以水煤浆的形式送入至气化炉1中。
根据本发明，对步骤1)中的煤的气化条件并无特别的限定，可以采用本领域常规的煤的气化条件，优选地，步骤1)中，在气化炉1中的气化的条件包括：压力为2-9MPa，温度为1200-1400℃。更优选地，步骤1)中，在气化炉1中的气化的条件包括：压力为2.5-8MPa(表压)，温度为1200-1350℃。
根据本发明，步骤1)的煤气化后将产生粗合成气和含固激冷水。其中，粗合成气是含有一定固体悬浮物和一定含量的二氧化碳的合成气(二氧化碳含量例如可以为10-20重量％)，而含固激冷水也含有一定的固含量(例如0.3-0.7重量％的固含量)。
根据本发明，步骤2)将步骤1)所得的粗合成气送入洗涤塔3中进行洗涤，主要目的便是除去粗合成气中含有的固体悬浮物，这样所得的洗涤水中变含有了一定的固体悬浮物，其中，粗合成气和水的用量通常使得洗涤水中的固含量为1-3重量％。
根据本发明，步骤3)将步骤2)所得的净合成气送入脱碳单元2进行脱碳处理，这样便可除去合成气中的二氧化碳，而该除去的二氧化碳也相对较纯，一般二氧化碳气体的CO2含量为95重量％以上，优选为99重量％以上。本发明对所述脱碳处理并无特别的限定，可以采用本领域常规的脱碳方式，例如低温甲醇洗脱、NHD工艺等。
根据本发，步骤4)将步骤1)所得的含固激冷水和步骤2)所得的洗涤水送入闪蒸塔4进行闪蒸，得到蒸汽和黑水，将黑水送入到沉降槽5中进行 沉降，得到沉降的上层清液作为气化灰水。对所述闪蒸并无特别的限定，可以采用本领域常规的闪蒸方法进行，例如采用三部闪蒸的方式，即依次进行高压闪蒸(压力可以为0.8-1.5MPa，表压，以下同)、低压闪蒸(压力可以为0.5-0.1MPa，表压，以下同)和真空闪蒸(压力可以为0.0.5MPa以下，表压，以下同)。经过闪蒸后，所得黑水的固含量例如为1-2.5重量％，为了能够有效地对气化灰水进行降硬处理，需要先将黑水进行沉降，例如将黑水送入到沉降槽5中，待其上层清液中固含量降低至较低水平(优选为100ppm以下)，将该上层清液作为气化灰水用于后续的降硬处理。
一般地，所述气化灰水中Ca2+的浓度为400-700mg/L，Na+的浓度为400-600mg/L，Cl-的浓度为800-1300mg/L，HCO3-的浓度为400-600mg/L，CO32-的浓度为150-350mg/L，碱度为1000-1400mg/L，总硬度为1000-2000mg/L，总溶解固体为2000-4000mg/L。
根据本发明，步骤5)将步骤4)所得的气化灰水的pH值调节至8以上，并与步骤3)所得的CO2进行接触以降低所述气化灰水的硬度，从而得到降低硬度后的气化灰水，即所述软水。该过程可以在降硬反应器7中进行，一般地降硬反应器脱硬效率在65％以上。为了能够获得更好的降硬效果，优选地，将所述气化灰水的pH值调节至8.5以上，更优选至8.5-10，更进一步优选为9-10。
根据本发明，可以采用本领域常规的pH调节剂来调节气化灰水的pH值，例如可以采用碱金属氢氧化物或其水溶液作为pH调节剂来调节，作为这样的碱金属氢氧化物或其水溶液例如可以为氢氧化钠或其水溶液、氢氧化钾或其水溶液等，优选采用1-3重量％的氢氧化钠水溶液作为所述pH调节剂。
根据本发明，对CO2的用量并无特别的限定，只要可以起到降低所述气化灰水的硬度的效果即可。所述水煤浆气化方法为连续处理方法，优选地， 相对于1m3/h的所述气化灰水的加入流量，二氧化碳气体的体积流量为0.2-0.6Nm3/h(一个标准大气压下的体积流量，即标立方)，更优选为0.4-0.6Nm3/h。
本发明对所述接触的条件并无特别的限定，例如所述接触的温度可以20-60℃，接触的时间可以根据所处理的气化灰水的量确定，例如相对于1m3的气化灰水来说，所述接触的时间可以为0.1-1.5h，优选为1-1.5h。
根据本发明，优选情况下，该方法还包括：步骤6)之前，将步骤5)所得的气化灰水与步骤4)所得的蒸汽在除氧器中进行混合，从而实现将蒸汽的冷凝。
根据本发明，步骤6)将步骤5)所得的部分的软水送入洗涤塔3中和/或气化炉1中循环使用，从而可以低成本地、高环保地完成对水煤浆的气化处理。优选地，在将该降硬处理后，将该部分的软水送入除氧器6中以脱除其中的氧气，得到脱氧水，之后将脱氧水送入洗涤塔3中和/或气化炉1中循环使用。优选地，上述将步骤5)所得的气化灰水与步骤4)所得的蒸汽进行换热的过程可以在脱氧器6中进行，即将步骤4)所得的蒸汽也送入至除氧器6中。
根据本发明，该方法优选还包括：将步骤5)所得的另一部分的软水送入脱盐单元8进行脱盐，该送入脱盐单元8的软水与送入至洗涤塔3和气化炉1中循环使用的软水的体积比优选为5-10：100。将步骤5)所得的另一部分的软水送入脱盐单元8进行脱盐，从而获得可以排放或者其他用于的较为干净的水，即如图1所示的产水。
通过本发明的方法，本发明能够较好地利用煤气化过程产生的二氧化碳气体来有效地降低气化灰水的硬度，优选地，能够将气化灰水的硬度降低率为65％以上，更优选达到75％以上，最优选达到95％以上(该气化灰水的硬度降低率是指处理前的气化灰水的硬度与处理后的气化灰水的硬度的差值 与处理前的气化灰水的硬度的百分比)，从而可以实现将该气化灰水循环利用，从而降低煤气化过程的成本，且该方法更为环保。
本发明还提供了一种煤的气化装置，该装置包括：
气化炉1，用于将煤进行气化，以得到粗合成气和含固激冷水；
洗涤塔3，用于洗涤气化炉1所得的粗合成气，得到净合成气和洗涤水；
脱碳单元2，用于将经洗涤塔3净合成气进行脱碳处理，得到合成气和二氧化碳气体；
闪蒸塔4，用于将气化炉1所得的含固激冷水和洗涤塔3所得的洗涤水进行闪蒸，得到水蒸汽和黑水；
沉降槽5，用于将闪蒸塔4所得的黑水进行沉降，得到沉降的上层清液作为气化灰水；
除硬反应器7，用于将沉降槽5所得的气化灰水与脱碳单元2所得的二氧化碳气体进行接触以降低所述气化灰水的硬度，从而得到软水；
其中，所述除硬反应器7与洗涤塔3中和/或气化炉1连接，以将硬反应器7所得的部分的软水送入洗涤塔3中和/或气化炉1中循环使用。
如图1所示，以及上文中有关方法的描述，可以得知各个单元在煤气化的方法中的应用。
其中，气化炉1的上部设置有粗合成气出口，该出口与洗涤塔3的粗合成气入口相连，以使得粗合成气能够送至洗涤塔3中进行洗涤；气化炉1的下部设置有出水口，该出水口与闪蒸塔4的含固激冷水的入口相连，从而使得通过气化炉1的下部设置的出水口排出的含固激冷水能够送入至闪蒸塔4中进行闪蒸。
其中，所述洗涤塔3顶部设置有排气口，该排气口与脱碳单元2相连通，使得经过洗涤的净合成气能够通过洗涤塔3顶部设置的排气口送入至脱碳单元2中；所述洗涤塔3底部设置有排水口，该排水口与闪蒸塔4相连通，使 得经过洗涤塔3底部设置的排水口排出的洗涤水能够送至闪蒸塔4中进行闪蒸。
其中，所述脱碳单元2设置有合成气排出口和二氧化碳气体排出口，使得经过脱碳的合成气能够通过合成气排出口排出以作为产品气用于其他用途，该二氧化碳气体排出口与降硬反应器7连通，使得经过该排出口排出的二氧化碳气体能够送至降硬反应器7中。
其中，所述闪蒸塔4设置有黑水排水口和水蒸汽排出口，其中，黑水排出口与沉降槽5连通，使得该黑水能够送至沉降槽5中进行沉降。
其中，所述沉降槽5设置有灰水排出口，其该排出口与降硬反应器7连通，以将在沉降槽5中经过沉降处理后的上层清液(即气化灰水)送至降硬反应器7中与二氧化碳气体进行接触。
其中，所述降硬反应器7设置有软水排出口，优选设置有两个以上的软水排出口，其中，至少一个软水排出口直接地或间接地与洗涤塔3和/或气化炉1连通，从而使得软水可送至洗涤塔3和/或气化炉1中进行循环利用。
其中，任选地，所述煤的气化装置还包括除氧器6，除氧器6设置在降硬反应器7与洗涤塔3和/或气化炉1连通的管线上，使得送至洗涤塔3和/或气化炉1中的软水先送至除氧器6中进行除氧。任选地，该除氧器6与闪蒸塔4的水蒸汽排出口连通，从而使得闪蒸塔4的水蒸汽排出口排出的蒸汽在除氧器6中与软水进行换热。
其中，任选地，所述煤的气化装置还包括脱盐单元8，所述脱盐单元8与所述降硬反应器7的至少一个软水排出口连通，从而使得另一部分的软水能够送至脱盐单元8中进行脱盐，从而获得较为干净的水作为煤的气化过程的产水进行排出或留待他用。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例：
采用图1所示的煤的气化装置，其中，该装置包括：气化炉1，洗涤塔3，脱碳单元2(低温甲醇洗脱装置)，闪蒸塔4，沉降槽5，除硬反应器7，脱盐单元8和除氧器6；其中，气化炉1的上部设置有粗合成气出口，该出口与洗涤塔3的粗合成气入口相连；气化炉1的上部设置有粗合成气出口，该出口与洗涤塔3的粗合成气入口相连；所述洗涤塔3顶部设置有排气口，该排气口与脱碳单元2相连通；所述洗涤塔3底部设置有排水口，该排水口与闪蒸塔4相连通；所述脱碳单元2设置有合成气排出口和二氧化碳气体排出口，该二氧化碳气体排出口与降硬反应器7连通；所述闪蒸塔4设置有黑水排水口和水蒸汽排出口，黑水排出口与沉降槽5连通，水蒸汽排出口与除氧器6连通；所述沉降槽5设置有灰水排出口，该排出口与降硬反应器7连通；所述降硬反应器7设置有两个软水排出口，其中一个与除氧器6连通，另一个与脱盐单元8连通；所述除氧器6设置在降硬反应器7与洗涤塔3连通的管线上，且洗涤塔3设置有将由除氧器6排出的脱氧水经过洗涤塔3后送至气化炉1的管线。
实施例1
本实施例用于说明降低气化灰水硬度的方法和装置。
将煤浆浓度60重量％的水煤浆送至气化炉1中并在压力为6.35MPa、温度1250℃进行气化，得到粗合成气(二氧化碳含量为16重量％)和含固激冷水(固含量为0.5重量％)；将粗合成气通入到洗涤塔3中进行洗涤，得到净合成气和洗涤水(固含量为2.2重量％)；将净合成气送至脱碳单元2进行脱碳处理，得到合成气和二氧化碳气体(二氧化碳含量为99重量％)；将所得含固激冷水和洗涤水送入闪蒸塔4依次经过高压闪蒸(1MP)、低压闪蒸(0.27MP)和真空闪蒸(0.03MP)处理后，得到水蒸汽和固含量达到1.2重 量％的黑水，将该黑水送入沉降槽5进行沉降，待其上层清液的固含量降至100ppm后取出上层清液作为气化灰水送入除硬反应器7中进行处理得到软水，其中，该灰水的离子组成和硬度如表1中所示。
将表1中的气化灰水以1m3/h的流量泵入降硬反应器7中，并加入NaOH溶液以控制气化灰水的pH保持在8，同时从降硬反应器7底部以0.224Nm3/h的速率通入上面所得的二氧化碳气体，在室温(约25℃)下接触(气化灰水的相对停留时间为1h)，取样软水，其硬度降低率为75％，其水质见表1所示。将部分软水经除氧器6除氧后脱氧水返回至洗涤塔3中用于洗涤粗合成气以循环使用，并将部分经洗涤塔3后的水送至气化炉1中作为激冷水。
将另一部分的软水送至脱盐单元8中进行脱盐(送至除氧器6中的软水和送至脱盐单元8的软水的体积比为100：7。
相对于传统不对气化灰水做软化处理的方法，该方法将该煤气化工艺循环水的消耗量降低了11％左右。
表1
注：总溶解固体又称溶解性固体总量，它表明1升水中溶有多少毫克溶解性固体。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。