[发明专利]节水型合成气清洁系统

说明书

背景技术

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。

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

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：

图1是气化系统的示意性框图；并且

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

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。

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。

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)，硒(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。

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℃)，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。

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％。

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(10′s to 100′s)细炉渣颗粒，并且它们固结成团聚体(图2)。