[發明專利]灰分冷卻方法和裝置

有效

• 申請號: 201480023204.5
• 申請日: 2014-03-14
• 公開（公告）號: CN105247018B
• 公開（公告）日: 2018-06-08
• 發明（設計）人: 約翰·D·溫特
• 申請（專利權）人: 綜合能源有限公司
• 主分類號: C10J3/56
• 分類號: C10J3/56;F27B15/08;F28F9/00
• 代理公司: 上海麥其知識產權代理事務所(普通合伙) 31257
• 代理人: 董紅曼

用于分步冷卻含碳材料氣化的氣化爐所排高壓高溫灰分的系統和方法，其中高壓冷卻器冷卻氣化爐工作壓力下的灰分，其可以后接將冷卻后的灰分降為安全處理溫度的減壓器。也可以任選使用低溫灰分冷卻器。同時提供一系統，采用濕式洗滌器清洗氣化爐的合成氣，從洗滌器流出的廢水用于在高溫灰分冷卻器或者低溫灰分冷卻器中冷卻熱灰分。灰分冷卻器里產生的蒸汽返回到氣化爐以降低蒸汽消耗。

相關申請的交叉引用

本申請要求2013年3月15日提交的美國臨時申請61/786,614的全部權利，其在此被全文引用參考。

技術領域

本發明涉及使用流化床反應器的煤氣化技術。更具體地，本發明涉及冷卻和處理流化床氣化反應器排出的高溫高壓灰分的方法和裝置。本發明還涉及在冷卻氣化爐所排熱灰分中使用來自合成氣洗滌塔的廢水的方法和裝置。

背景技術

含碳物或碳質材料的氣化用于生產合成氣，一種一氧化碳、氫氣、二氧化碳、及其他成分的混合物。已知和使用了多種類型的氣化爐，包括移動床氣化爐，氣流床氣化爐，以及流化床氣化爐。

碳質供給材料常常含有可觀的灰分含量，例如高于5wt％。用于轉化這些供給材料的非熔渣氣化爐一般工作溫度稍低于灰分熔點，氣化爐所排灰分的溫度在500℃到1200℃范圍，并有較高壓力(最高達6bar)。這些灰分必須冷卻到常溫，或者至少不高于300℃，以便儲存和后續處理及處置。

此類高壓熱灰分的冷卻在技術上一直存在挑戰，因為能夠處理高壓熱固體的現有裝置非常昂貴，并難于建造和使用，可靠度低，且需要經常維護。例如，傳統的閥門在高溫、高壓流動固體處理中不可靠。

此外，熱灰分的熱能沒有被有效利用或者根本未曾利用，造成系統的凈能量損耗。經常地，灰分直接排進低壓或者常壓水中產生蒸汽，蒸汽不被收集或者因其低壓和雜質而僅具有十分有限的用途和價值；或者熱灰分的熱能一定程度轉移到冷卻水中，或者采用相對昂貴的熱交換裝置來生成同樣低價值的低溫/低壓蒸汽。

因此對改進的熱灰分冷卻方法和裝置仍然有需要。

美國專利申請13/532,769提出了一種以可靠和簡單的方式捕獲和再循環高溫高壓流化床反應器或氣化爐的微小顆粒的裝置和方法。然而，即使經過這樣專門的(deliberate)固體去除步驟，粗合成氣仍然包含大量的固體并且必須經過進一步的清洗程序，以去除殘留固體和不需要的氣相雜質，例如含硫化合物，才能用于發電或化學品生產。濕式洗滌器或者水洗滌器通常用于該目的，生成包含鹽分、溶解的氣體和水蒸氣、以及懸浮固體的廢水蒸汽。在美國專利申請13/532,769中描述的SES工序(“SES工序”)中，固體先由旋風分離器從氣化爐移除和循環，然后由過濾器進一步去除固體，最后用濕洗滌器去除一些氣相雜質，例如鹵化物以及任何由于粒徑小或過濾器元件問題而漏過的固體。為了防止洗滌器水中鹽分和酸或者堿的堆積并為了限制洗滌器中的固體濃度，洗滌液體，一般為水，會持續加到和排出洗滌器，下文稱為“加注(makeup)”和“排放(blowdown)”。

目前，洗滌器排放產生的廢水蒸汽經過處理再排放。廢水處理費用較高，并且排放的廢水成為氣化工序的總體耗水量的一個顯著部分。因此需要更加充分地利用來自洗滌器的廢水蒸汽中的碳含量，并降低耗水量。

發明內容

如上討論的，處理高溫、高壓流動固體不但昂貴而且不可靠。已有一些嘗試改進，但是結果并不令人滿意。另外，這些改進的冷卻方案還會引起熱能和水資源的浪費。本發明的方法和裝置可以解決上述技術問題并且可以提升氣化工序的總效率。