节水型合成气清洁系统的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]本申请大体涉及将含碳原料例如煤炭、生物质或石油焦转化成合成煤气的气化器。
[0002]将煤炭和石油焦气化为合成煤气(合成气)，例如主要由氢气和一氧化碳组成的气体混合物，是化学和能源工业中采用的有效工业过程。气化单元产生极细的炉渣和水溶性物质(盐酸，等等)，在下游使用前必须将它们从产物合成气流中洗脱。洗涤合成气的工艺可能相对复杂，高耗能并且昂贵。而且，采用现有气化技术的工艺会产生相对大量的废水，因为这些技术不能提供便利、成本高效的方式从洗涤水中分离灰分和水溶性物质。
【附图说明】
[0003]根据下文对所公开的非限制性实施方式的详细描述，各种特征对于本领域技术人员将变为显而易见的。所述详细描述参照的附图可简要描述如下:
[0004]图1是气化系统的示意性框图；并且
[0005]图2是急冷喷射液滴的示意图，所述急冷喷射液滴含有细炉渣颗粒和溶解的盐类(即NaCl)，它们随着液滴在急冷腔室内于蒸发过程中收缩而聚结，从而在水完全蒸发后得到细颗粒的团聚体，而溶解的盐类收集在团聚体中。
【具体实施方式】
[0006]根据一个所公开的非限制性实施方式，图1示意地描述了一种紧凑高效的气化系统20，可用来从含碳物质例如煤炭、生物质或石油焦生产合成气。气化系统20通常包括气化器21，其包括与气化器腔室24偶联的喷射器模块22。喷射器模块22适用于在高压下将含碳燃料流注入气化器腔室24，并且使高压氧化反应物撞击到燃料流上，从而在气化器腔室24内产生气化反应，其将含碳燃料转化为合成气。更具体地，喷射器模块22使含碳物质例如煤炭、生物质或石油焦与输送气，例如氮气N2、二氧化碳CO2或合成煤气如氢气与CO的混合物，混合形成燃料进料流。随后所述喷射器模块22在一定压强下将燃料进料流注入气化器腔室24，并且基本上同时，将其它反应物例如氧气和蒸汽注入气化器腔室24。特别地，喷射器模块22可以使其他反应物撞击到燃料进料流上以引发气化反应，其产生高能含量的合成煤气(合成气)，例如氢气和一氧化碳。
[0007]合成气被传送到颗粒脱除子系统26，例如烛式过滤器和旋风分离器。从颗粒脱除子系统26，合成气可以任选地在热交换器27中冷却，以产生蒸汽和/或再加热工艺物流例如清洁合成气。所述热交换器27可置于颗粒脱除系统的上游或下游。
[0008]来自颗粒脱除子系统26的合成气被传送到涤气器28，在这里与水接触，脱除炉渣颗粒和合成气携带的水溶性物质例如氯(Cl)，砸(Se)，等等。加入氢氧化钠(NaOH)以中和合成气中通常以盐酸(HCl)形式存在的Cl，在洗涤水中生成氯化钠(NaCl)。在洗涤水中允许的Cl上限通常是表征用于在弃置之前从废水中脱除酸气的汽提塔30的废水排放速率大小的参数。
[0009]气化系统20中的急冷子系统36通过洗涤水再循环系统38接收来自涤气器28的再循环洗涤水，以将合成气冷却到约700° F(371°C )，并提供用于细颗粒脱除的干燥的不饱和合成气。在远低于炉渣熔点和大部分盐类的粘附点的温度下，由急冷子系统36提供的部分急冷产生了干燥的气体产物。任何未蒸发的急冷水将与粗炉渣一起落入渣斗32中。来自炉渣脱水输送机34的水可被传送到涤气器28，使得不损失任何水。
[0010]来自涤气器28的洗涤水的一小部分可能会排入汽提塔30，在汽提出酸气(H2S、NH3)后自此排放出废水。在一个所公开的非限制性实施方式中，该废水流为在颗粒脱除子系统26中不脱除Cl的其它技术所要求的废水量的大约1%。
[0011]然而，从涤气器28排出的大部分洗涤水被再循环到急冷子系统36中，并且总是存在一部分细炉渣颗粒得以穿过颗粒脱除子系统26，例如在烛式过滤器设置中为百分之零点几，以及对于旋风分离器而言为百分之几。因此急冷喷射液滴会含有细炉渣颗粒和溶解的盐类(即NaCl)，它们随着急冷液滴在气化系统20的急冷子系统36内于蒸发过程中收缩而开始聚结(图2)。细炉渣颗粒直径通常小于5微米而急冷液滴直径通常大于50微米，从而在每个急冷液滴中包含10-100个(1(V s to 10r s)细炉渣颗粒，并且它们固结成团聚体(图2)。
[0012]由此穿过颗粒脱除子系统26的细炉渣颗粒与洗涤水再循环流38 —起被再循环到气化系统20的急冷子系统36。这有利于引入化学物质以将水溶性物质由挥发性物质转化为非挥发性的水溶性盐类——例如使HCl与NaOH反应生成NaCl。急冷水在急冷子系统36中汽化，留下团聚的颗粒，其中任何溶解的水溶性物质例如盐类均收集在颗粒表面上和孔隙内，其与细炉渣颗粒相比相对较大。在一些情形中，这些颗粒之间的范德华力可足以导致它们发生团聚。在另一些情形中，随着水汽化掉，水溶性盐类会在这些颗粒之间积聚并且可充当促进团聚的“胶水”。在另一个所公开的非限制性实施方式中，可注入促进细颗粒团聚的额外组分例如水溶性盐类，以更进一步促进这种团聚效应。
[0013]团聚效应大幅提高了颗粒脱除子系统26的效率。盐类(NaCl，等等)是非挥发性的，并且在急冷水蒸发之后会留在团聚体上。由此细炉渣颗粒和水溶性物质基本上被完全捕集作为干燥的固体团聚体，这可通过大幅降低废水排放量而允许消除典型的黑水系统。
[0014]这种团聚效应的有利方面是对“单程”而言并不必高效地实现脱除，只要效率足以减低这些材料在洗涤水系统中的积聚即可，从而跟上水溶性物质/极细颗粒的输入量。
[0015]急冷子系统36使气化器系统20排放的废水量降低了 90%以上，并且降低了合成气涤气器和酸水汽提塔装置的固定投资。急冷子系统36还使得能够使用较低成本的细颗粒脱除系统，例如以旋风分离器代替烛式过滤器，而不增加废水排放。
[0016]应当理解，相对位置术语例如“前部”、“后部”、“上部”、“下部”、“上方”、“下方”等等是参照系统的正常操作姿态而言的，而不应理解为以其它方式构成限制。
[0017]尽管不同的非限制性实施方式具有特定的所例示的组件，本发明的实施方式不限于那些特定的组合。可以使用源自任意非限制性实施方式的一些组件或构件与源自任意的另一些非限制性实施方式的构件或组件的组合。
[0018]应当理解，在所有几个附图中，相同的附图标记表示相应或类似的要素。还应当理解，尽管在所例示的实施方式中公开了特定的组件设置，其他设置将从本文受益。
[0019]尽管显示、描述和提出了特定的步骤顺序，应当理解，除非另有说明，这些步骤可以任意顺序、单独地或者组合地实施并且都将从本申请受益。
[0020]前文的描述是示例性的，而不是通过其中的限制条件来进行限定。在本文中公开了各种非限制性的实施方式，然而本领域技术人员会认识到，基于上述教导的各种变型和变体将落入所附权利要求的范围内。因此，应当理解，在所附权利要求的范围内，本申请可以所具体描述的方式之外的其它方式实施。基于该理由，应当研宄所附的权利要求以确定真正的范围和内容。
【主权项】
1.一种气化系统，包括: 急冷子系统； 颗粒脱除子系统；以及 与所述颗粒脱除子系统和所述急冷子系统连通的涤气器。2.根据权利要求1所述的气化系统，其中所述涤气器将洗涤水再循环至所述急冷子系统。3.根据权利要求1所述的气化系统，其中所述颗粒脱除子系统是烛式过滤器。4.根据权利要求1所述的气化系统，其中所述颗粒脱除子系统是旋风分离器。5.根据权利要求1所述的气化系统，其中所述颗粒脱除子系统位于所述急冷子系统的下游以接收合成气。6.根据权利要求1所述的气化系统，进一步包括与颗粒脱除系统连通的热交换器。7.气化系统的操作方法，包括: 将洗涤水再循环至气化器的急冷子系统。8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括:将化学试剂加入到洗涤水中，以将挥发性的水溶性物质转化为非挥发性的水溶性物质或者水不溶性的非挥发性物质。9.根据权利要求7所述的方法，进一步包括:将水溶性盐类和/或其它团聚促进剂加入到再循环的洗涤水中。10.气化系统的操作方法，包括: 通过将洗涤水再循环使细炉渣颗粒团聚。11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括:使细炉渣颗粒在气化腔室的急冷子系统中团聚。12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括:将水溶性盐类或其它团聚促进剂加入到再循环的洗涤水中。13.根据权利要求10所述的方法，进一步包括:使细炉渣颗粒团聚至直径大于约2微米的直径。14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括:使细炉渣颗粒团聚至直径小于约100微米的直径。
【专利摘要】一种气化系统，包括与颗粒脱除子系统和急冷子系统连通的涤气器。
【IPC分类】C10J3/20
【公开号】CN104937080
【申请号】CN201380049839
【发明人】S·P·富塞尔曼
【申请人】特拉华空气喷射火箭达因公司
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2013年1月24日
【公告号】US20150247099, WO2014046714A1