用于使含碳固体气化的设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于使含碳固体气化的方法和设备，其中在第一方法步骤中固体 在气化期间至少部分地转化为CO和H 2，在第二方法步骤中分离含水流，并且在第三方法步 骤中将在第二方法步骤中获得的含水流经历水净化。
【背景技术】
[0002] 气化称为化学-物理过程，在该化学-物理过程中固体物质的至少一部分转移至 气态最终产物中。气态的最终产物是主要由一氧化碳（CO)和氢（H 2)组成的混合物。许多 迄今为止仅不完全地了解的反应同时进行。实际的气化由固体的放热燃烧实现。该反应的 产物可与固体和另外引导的蒸汽进一步反应或彼此之间进行反应。除燃烧反应外，所有基 本反应为平衡反应，使得转化也能够以逆向进行。在煤气化反应中比较高的温度（600至 1600°C)下，产物气体的组分通常非常接近平衡。
[0003] 原则上，已知三种不同类型的用于固体气化的方法：在流化床中的气化、在由固体 构成的固定床中的气化和最后在气流床反应器中的气化。
[0004] 不管如何实现气化反应，随后都必须净化所述方法中获得的合成气体CO和H2。由 于在反应期间需要蒸汽作为离析物并且水为可能的反应产物之一，所以尤其必须从气体流 除去水。
[0005] 在分离的水流中含有诸如固体、氨、酚类化合物等其它杂质，使得水流必须被净 化。
[0006] 例如从DE 41 07 109Cl中已知这种方法。使用含有氧和蒸汽的气化介质在10 至100巴的范围内的压力下使固体燃料气化以产生粗煤气（raw gas)。来自气化器的粗 煤气冷却到20至200°C的温度，由此获得富含水的冷凝物。使冷凝物分离并至少部分地蒸 发，其中分别取出冷凝物蒸汽和含盐的卤水。燃烧含盐的卤水，将冷凝物蒸汽部分地加入至 经净化的粗煤气。
[0007] DE 35 15 484描述了在充有循环水的洗涤器-冷却器中冷却在产物气体的逐步 冷却时获得冷凝物，由此将大部分卤素洗出。具有在120至220°C的温度的用过的洗涤水膨 胀至较低压力，由此获得闪蒸蒸汽和液相。排出几乎没有卤素的闪蒸蒸汽，使大部分液相再 次进入洗涤器-冷却器，并且将残留液相供给到处置装置。
[0008] DE 32 07 779 Al描述了使从合成气体获得的冷凝物膨胀并且供给到分离机件， 从该分离机件取出主要由水组成的冷凝相。在冷凝相用于冷却粗煤气流之前，冷凝相与较 冷的气体直接接触而冷却。受热的、含有蒸汽的冷却气体供给至燃烧器且例如用于加热反 应器。
[0009] DD 147679描述了大体由水组成的流的再循环，所述流源于水流旋流器，在该水 流旋流器中从固体含量低的流分离固体含量高的流。固体含量低的溢流流（overflow stream)与气化器的离析物流混合并用作反应中所需的蒸汽的源。固体含量高的底流流 (underflow stream)在大气压力下蒸馏以进一步净化。
[0010] 最后，GB 2 198 744 A描述了固定床中的煤气化，在所述固定床中，在气体分离之 后废水流引导至蒸发机件中。气态成分从所述蒸发机件再循环至作为气化介质的反应器 中。
[0011] 另外，从完全不同的方法中已知部分地含有大部分固体的水流的再循环。例如，US 5, 586, 510描述在回转炉中生产水泥，在回转炉中在水泥生产时所获得的淤泥再循环至回 转炉中，在回转炉中雾化/原子化并且燃烧。
[0012] 所有所述方法的共同之处是大量废水不能在方法中进一步利用。因此，需要昂贵 和高成本的废水后处理装置以便处理一个或多个流，使得在处置期间遵守环境标准。
【发明内容】
[0013] 因此，本发明的目的是减少固体气化时产生的废水。
[0014] 根据本发明，通过具有权利要求1的特征的方法实现该目的。含碳固体物质在存 在氧和蒸汽的情况下气化并至少部分地转化为一氧化碳和氢。然后，所产生的气体混合物 供给至分离装置，在分离装置中从气态部分分离液态部分，由此获得所谓的粗煤气流和含 水流。最后含水液体流经历水净化。
[0015] 根据本发明，实现水净化以获得不同纯度的三个流。第一流的纯度最高，几乎仅由 水组成，并具有以下组分：
[0016] 表1 :第一流中包含的物质
[0017]
[0018] 因此，该流适合用于蒸汽发生。当该流未达到这些极限值时，第一流可用作设备内 部的冷却水。
[0019] 第二流具有中等纯度。
[0020] 表2:第二流中包含的物质
[0021]
[0025] 根据本发明的方法提供了这三个流中的每个流的再循环。将具有最高纯度的水流 供给至蒸汽发生器的进水口；将具有中等纯度的水流供给至气化反应器中所获得的灰烬的 另外的处理装置；和/或具有最低纯度的并且固体含量高的水流引导回气化反应器中。
[0026] 特别有利的是，所有三个流在气化单元本身的内部再循环。在该方法中所获得的 废水的量不仅可大大减小，而是实际上可完全地降至零。
[0027] 同时，具有中等纯度和最低纯度的流也能共同地再循环至气化区中，由此可实现 所包含的有机成分的特别高的利用率。
[0028] 在某种程度上，第一流的纯度未达到蒸汽发生所需的纯度。在pH值相同的情况 下，它的组分与表1所示的浓度相比，各个成分的浓度为三倍，个别甚至为六倍。具有该组 分的流可在工艺的任意位置用作冷却水流而所述冷却水不会蒸发或可加入至气化设备的 冷却塔。
[0029] 在本发明的一个有利的方面，通过在第一步骤中具有最低纯度的流由倾析来分 离。可以例如通过蒸发进一步地降低含水量。在第二步骤中，随后剩余流供给至反渗透装 置。反渗透是用于浓缩溶解在液体中的物质的物理过程，在反渗透中利用压力将自然渗透 过程反向。特定物质的浓度应该降低的介质由半渗透膜与所述浓度应该提高的介质分离。 在本实例的情况下，进入的水流中固体的浓度应该降低且在具有最低纯度的离开流中应该 提高。浓度应该提高的介质暴露于必须比由浓度均衡所需的渗透而获得的压力高的压力。 这导致颗粒与传播方向相反地迀移。在本发明的方法中，优选得到的经净化的第一流再次 经历第二次反渗透，以便获得具有最高纯度的流和具有中等纯度的流。
[0030] 也可通过位于反渗透装置上游的离子交换器来获得具有中等纯度的流的一部分。 随后将来自离子交换器和反渗透装置的具有中等纯度的两个部分流混合。
[0031] 在分离三个流之前和/或在分离具有最低纯度的流一一其含水量低于89wt_%、 优选低于50wt_%且特别优选低于30wt_% -一与反渗透装置之间，可提供更多净化步骤， 例如脱氮、硝化和/或有机化合物的除去。
[0032] 脱氮应理解为通过粘附于膜的特定非自养细菌和一些自养细菌将硝酸盐（NO3 ) 中的氮转化为氮分子（N2)。在利用细菌来产生能量的该过程中，在不存在氧分子（O2)的情 况下（缺氧状况）使用硝酸盐作为氧化剂（氧化剂）来使诸如有机物质、硫化氢（H 2S)和 氢分子（H2)的各种可氧化物质（电子施主）氧化。
[0033] 硝化表示氨（NH3)细菌氧化为硝酸盐（NO3)。它由两个连结的局部过程组成：在第 一局部过程中，使氨氧化为亚硝酸盐，该亚硝酸盐在第二局部过程中氧化为硝酸盐。
[0034] 优选通过在无氧环境中使用细菌进行的厌氧处理来实现有机化合物的除去。
[0035] 此外，发现有利的是将用于气化过程的蒸汽供给系统内的蒸汽发生器产生的蒸 汽例如用于预热例如蒸馏过程中的离析物和/或将蒸汽用于产生例如用于运转涡轮机的 电能。因而，可以降低所述方法对水的需求。有利地，蒸汽发生器经由将所产生的蒸汽引导 至下游涡轮机的管道连接至下游涡轮机。
[0036] 特别地，当在固定床反应器中实现气化时，应该冲掉在固定床反应器中获得的灰 烬。为此，根据本发明的一个方案，使用具有中等纯度的水流。
[0037] 在固定床气化中，该灰烬通过诸如煤或生物质之类的含碳固体的反应获得并且经 设置在固定床的底部区域内的格栅落下。为了进一步输送灰烬，引入水并因此冲掉灰烬。
[0038] 在于流化床中执行的气化过程中，发现特别有利的是还使中等纯度的流再循环至 反应器中。
[0039] 在气流床气化中，推荐的是使具有中等纯度的流与作为浆状物引导至反应器中的 离析物混合和/或在急冷后与渣/废水流混合。
[0040] 此外，可能有必要使具有最高纯度的水流和/或中等纯度的水流在再循环至蒸汽 发生器或另一灰烬处理装置中之前经历进一步净化。这种进一步净化提供用于即使在大量 污物由所使用的固体起始材料引导至该过程中时仍可大量地使废水流再循环。
[0041] 用于进一步净化的可能的过程可以是诸如芬顿反应（使用通过铁盐催化的酸性 介质中的过氧化氢使有机基质氧化）、臭氧化（通过引导入臭氧消毒）、使用活性炭（作为 吸附剂）和/或添加氢氧化钙（用于通过离子交换降低水硬度）的化学过程。也可设想使 用其它沉淀剂或凝结剂。此外，还可使用分离器和/或污水处理设备。
[0042] 此外，本发明的一个有利的方面提供了固体在固定床中气化。
[0043] 在固定床气化中，发现有利的是将具有最低纯度的水流引导至固定床上方，其中 尽可能精细分布地喷射该流。
[0044] 当使用气流床反应器时，可设想将具有最低纯度的水流经由供给管道直接进给至 燃烧器火焰中。在流化床反应器中，还应该考虑流化床上方的雾化。当燃料在气流床气化 中作为浆状物供给时，推荐的是流在进入反应器区域之前与该浆状物混合。
[0045] 作为固体物质，一方面可使用煤。煤气化过程已实施数十年。另一方面，生物质也 可用作原始材料，由此可将可再生的原材料转化为合成气体。特别地，在生物质气化时上述 过程很重要，因为大部分不可燃烧的材料通过水流排出。
[0046] 本发明还包括一种具有权利要求9的特征的用于使含碳固体物质气化的设备。相 应地，该设备包括气化反应器、分离装置和水净化装置，在所述气化反应器中固体至少部分 地转化为一氧化碳和氢，在所述分离装置中从液态水流分离粗煤气，在所述水净化装置中 净化在分离装置中获得的液态水流。在水净化时，水分离成具有不同