[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

CN101432400B - 气化反应器及其应用 - Google Patents

气化反应器及其应用 Download PDF

Info

Publication number
CN101432400B
CN101432400B CN2007800155763A CN200780015576A CN101432400B CN 101432400 B CN101432400 B CN 101432400B CN 2007800155763 A CN2007800155763 A CN 2007800155763A CN 200780015576 A CN200780015576 A CN 200780015576A CN 101432400 B CN101432400 B CN 101432400B
Authority
CN
China
Prior art keywords
mist
gas
communicated
annular space
pressure shell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN2007800155763A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101432400A (zh
Inventor
R·E·梵登伯格
F·G·梵东恩
T·P·冯科萨克-格洛夫切夫斯基
P·L·苏德维尔德
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Air Products and Chemicals Inc
Original Assignee
Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from PCT/EP2006/061951 external-priority patent/WO2006117355A1/en
Application filed by Shell Internationale Research Maatschappij BV filed Critical Shell Internationale Research Maatschappij BV
Publication of CN101432400A publication Critical patent/CN101432400A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101432400B publication Critical patent/CN101432400B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/46—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
    • C10J3/48—Apparatus; Plants
    • C10J3/485—Entrained flow gasifiers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/46—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
    • C10J3/48—Apparatus; Plants
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/72—Other features
    • C10J3/78—High-pressure apparatus
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/72—Other features
    • C10J3/82—Gas withdrawal means
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/08—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/08—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors
    • C10K1/10—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors with aqueous liquids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/08—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors
    • C10K1/10—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors with aqueous liquids
    • C10K1/101—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors with aqueous liquids with water only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/08—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors
    • C10K1/16—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors with non-aqueous liquids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2200/00—Details of gasification apparatus
    • C10J2200/09—Mechanical details of gasifiers not otherwise provided for, e.g. sealing means
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
    • C10J2300/093—Coal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0953—Gasifying agents
    • C10J2300/0959—Oxygen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/18—Details of the gasification process, e.g. loops, autothermal operation
    • C10J2300/1846—Partial oxidation, i.e. injection of air or oxygen only

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Industrial Gases (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

本发明涉及一种气化反应器及其应用，所述反应器包括：用于保持高于大气压的压力的压力外壳(31)；位于压力外壳下部的渣池；布置在压力外壳(31)内部的界定气化室(33)的气化器壁(32)，在该气化室中在操作期间可以形成合成气，该气化器壁的下部开口部分与渣池流体连通(7)，和该气化器壁(32)的开口上端(34)与骤冷区(35)流体连通；包括管状成型部分(36)的骤冷区(35)，该管状成型部分位于压力外壳(31)内、其下端和上端开口和具有比压力外壳(31)更小的直径，由此界定该管状部分(36)周围的环形空间(37)，其中该管状成型部分(36)的下部开口端与气化器壁(32)的上端流体连通和该管状成型部分的上部开口端与环形空间(37)流体连通；其中在管状部分(36)的下端存在用于注射液态或气态冷却介质的注射装置(39)，和其中在环形空间(37)中存在用于注射薄雾形式的液体的注射装置(40)，及其中在压力外壳(31)的壁中存在与所述环形空间(37)流体连通的合成气出口(41)。

Description

气化反应器及其应用
技术领域
本发明涉及一种改进的用于使用含氧流由烃质流制备包含CO、CO2和H2的合成气的气化反应器。本发明还涉及一种用于制备这类合成气的系统和可以在所述反应器和所述系统中进行的方法。
背景技术
制备合成气的方法从实践中是公知的。制备合成气的方法的例子描述于EP-A-400740中。一般而言，在气化反应器中使用含氧气体例如基本纯的氧气或(任选富含氧的)空气等将烃质流例如煤、褐煤、泥煤、木材、焦炭、煤烟或者其它气态、液态或固态燃料或其混合物部分燃烧，由此得到合成气(CO和H2)、CO2和炉渣。在部分燃烧期间形成的炉渣落下和通过位于反应器底部或附近的出口排出。
EP-A-400740的反应器中的热产品气体向上流动。该热的产品气体即粗合成气通常含有粘稠的颗粒，这些颗粒当冷却时丧失了它们的粘性。粗合成气中的这些粘稠颗粒可能在其中将粗合成气进一步处理的气化反应器的下游造成问题。这是因为例如在壁、阀或出口上的所不希望的粘稠颗粒沉积物可能负面影响所述方法。此外，这些沉积物难以除去。
因此，在骤冷区中将粗合成气骤冷。在该骤冷区中，将骤冷气体注入向上移动的粗合成气中以使其冷却。
EP-A-662506描述了通过在燃烧室和与燃烧室顶部流体连通的管状部分的界面上将冷却气体向下注入所述热的合成气中将合成气冷却的方法。
与EP-A-400740中类似的反应器描述于同一申请人的WO-A-2004/005438中。该出版物描述了气化燃烧室和与所述燃烧室的开口上端流体连通的管状部分。燃烧室和管状部分均位于压力外壳中，其分别界定了所述压力外壳与燃烧室和管状部分之间的环形空间。根据该出版物，需要一些措施来避免在燃烧室中制备的载有灰尘的粗合成气进入环形空间。该出版物还描述了存在于单独压力容器中的具有一个位于另一个之上的三个换热表面的合成气冷却器。
US-A-5803937描述了在一个压力容器中的气化反应器和合成气冷却器。在该反应器中，管状部分与燃烧室的开口上端流体连通，该管状部分和燃烧室均位于压力外壳内。在管状部分的上端，气体偏转180°而向下流动通过管状部分与压力外壳壁之间的环形空间。在所述环形空间中存在换热表面以将热的气体冷却。
上述的气化反应器的共同点是相对于存在于所述反应器中的气化燃烧器，制得的合成气基本向上流动和炉渣基本向下流动。因此，所有这些反应器具有用于炉渣的出口，其与用于合成气的出口分开。这与例如描述于EP-A-926441中的其中炉渣和合成气均向下流动和其中炉渣出口和合成气出口均位于反应器下端的一类气化反应器不同。
本发明涉及一种如例如WO-A-2004/005438和US-A-5803937中的其中炉渣和合成气从所述反应器中单独排放的类型的改进的反应器。WO-A-2004/005438的合成气冷却器以及US-A-5803937的设备的问题在于换热表面将大的复杂性引入所述设备的设计中。WO-A-2004/005438的合成气冷却器以及US-A-5803937的设备的另一个问题在于换热表面更容易被例如具有高碱性含量的原料结垢。因此需要处理高碱性原料以及需要提供更简单的气化反应器。这些及其它目的用下述的反应器实现。
发明内容
气化反应器，其包括：
-用于保持高于大气压的压力的压力外壳；
-位于压力外壳下部的渣池；
-布置在压力外壳内部的界定气化室的气化器壁，在该气化室中在操作期间可以形成合成气，该气化器壁的下部开口部分与渣池流体连通，和该气化器壁的开口上端与骤冷区流体连通；
-包括管状成型部分的骤冷区，该管状成型部分位于压力外壳内、其下端和上端开口和具有比压力外壳更小的直径，由此界定该管状部分周围的环形空间，其中该管状成型部分的下部开口端与气化器壁的上端流体连通和该管状成型部分的上部开口端与环形空间流体连通；
-其中在管状部分的下端存在用于注射液态或气态冷却介质的注射装置，和其中在环形空间中存在用于注射薄雾形式的液体的注射装置，及其中在压力外壳壁中存在与所述环形空间流体连通的合成气出口。
申请人发现，通过使用本发明的反应器，可以避免使用复杂的换热表面和可以处理高碱性和高含氯原料。其它优点和优选的实施方案将在下文中描述。
本发明还涉及以下的包括本发明的气化反应器的用于制备包含一氧化碳和氢气的纯化混合物的系统，其中合成气的出口与湿气洗涤器的入口流体连通和其中湿气洗涤器装有用于包含一氧化碳和氢气的纯化混合物的出口。
以上系统是有利的，因为可以省略干燥固体除去工艺步骤和可以使得整个系统更加简单。
本发明还涉及一种在本发明的气化反应器中或者在本发明的系统中通过固态烃质进料的部分氧化制备包含一氧化碳和氢气的混合物的方法。在该方法中在气化室中用含氧气体将固态烃质进料部分氧化以形成具有1200-1800℃、优选1400-1800℃的温度的向上移动的气体混合物。首先在管状部分中将该混合物冷却至500-900℃的温度，和随后在环形部分中通过将液滴薄雾注入气流中而进一步冷却至500℃以下。
已经发现非常有效地将粗合成气冷却，作为其结果，降低了气化反应器下游的粘稠颗粒沉积的风险。
附图说明
图1示意性地示出了用于制备包含一氧化碳和氢气的纯化混合物的系统的方法方案；和
图2示意性地示出了用于制备包含一氧化碳和氢气的纯化混合物的系统的方法方案。
图3示意性地示出了优选的气化反应器的纵向横截面。
具体实施方式
通过在本发明的气化反应器中或者在本发明的系统中固态烃质进料的部分氧化，本发明的气化反应器适用于制备包含一氧化碳和氢气的混合物。在该方法中，在气化室中用含氧气体将固态烃质进料部分氧化以形成具有1200-1800℃、优选1400-1800℃的温度的向上移动的气体混合物。在第一冷却步骤中在管状部分中将该混合物冷却至500-900℃的温度，和随后在第二冷却步骤中在环形部分中通过将液滴薄雾注入气体流中而进一步冷却至500℃以下。
固态烃质进料用含氧气体部分氧化。优选的烃质进料是固态高含碳原料，更优选其基本(即>90wt％)由天然形成的煤或者合成的(石油)焦炭组成，最优选煤。合适的煤包括褐煤(lignite)、沥青煤、亚沥青煤、无烟煤和褐煤(brown coal)。
一般而言，该所谓的气化通过在高温下在没有催化剂存在下用有限体积的氧气将烃质进料部分燃烧来进行。为了实现更快速和完全的气化，优选最初将煤粉碎成细的煤颗粒。术语细粒意在包括至少粉碎的颗粒，其粒径分布使得至少约90wt％的材料小于90μm和水含量通常为2-8wt％，和优选小于约5wt％。
气化优选在氧气和任选的一些蒸汽的存在下进行，氧气的纯度优选为至少90体积％，氮气、二氧化碳和氩气可被允许作为杂质。优选例如通过空气分离装置(ASU)制备的基本纯的氧气。
正如可能是当使用煤时的情形那样，如果烃质进料的水含量过高，则优选在使用之前将进料干燥。在与煤接触之前，优选将使用的氧气加热，优选加热至约200-500℃的温度。
部分氧化反应优选通过在存在于本发明的反应器的气化室中的合适燃烧器中用氧气将烃质进料细粒和载气的干燥混合物燃烧来进行。合适的燃烧器的例子描述于US-A-48887962、US-A-4523529和US-A-4510874中。气化室优选装有一对或多对部分氧化燃烧器，其中所述燃烧器装有用于固态烃质进料的供给装置和用于氧气的供给装置。一对燃烧器在这里是指两个燃烧器，其沿径向导入气化室中。这导致在同一水平位置上，一对的两个燃烧器为基本相对的方向。如例如描述于EP-A-400740中那样，燃烧器的燃烧方向可以稍微沿切向方向。
将干燥和固态的进料送到燃烧器的合适载气的例子是蒸汽、氮气、合成气和二氧化碳。当将合成气特别用于发电和作为制备氨的原料时，优选使用氮气。当合成气进行下游的变换反应时，优选使用二氧化碳。变换的合成气可以例如用作费-托合成的进料气体或者用于制备氢气、甲醇和/或二甲醚。
从气化反应器中排出的合成气至少包含H2、CO和CO2。用于甲醇形成反应的合成气组成的适宜性表达为合成气的化学计量数SN，从而按照摩尔含量[H2]、[CO]和[CO2]表示，SN＝([H2]-[CO2])/([CO]+[CO2])。已经发现对于在甲醇形成反应中形成甲醇而言，通过烃质进料的气化制备的合成气的化学计量数比所希望的约2.05的比例更低。通过进行水煤气变换反应和二氧化碳的分离部分，可以提高SN数。优选地，可以将从甲醇合成废气中分离的氢气加入合成气中以提高SN。
在本发明的一个实施方案中，在进行第二冷却步骤之前在第一冷却步骤中在管状部分中将粗合成气冷却至非-气态组分的固化温度以下的温度。对于煤类原料而言，粗合成气中非-气态组分的固化温度将取决于烃质进料和通常为600-1200℃，和更特别为500-1000℃。管状部分中的第一冷却步骤可以通过注射骤冷气体进行。用气体骤冷的冷却是公知的和描述于例如EP-A-416242、EP-A-662506和WO-A-2004/005438中。合适的骤冷气体的例子是再循环合成气和蒸汽。正如将在下面更详细描述的那样，更优选地，该第一冷却通过将液滴薄雾注入气体流中来进行。与气体骤冷相比，使用液体薄雾是有利的，这是因为薄雾具有更大的冷却能力。液体可以是具有合适的粘度以被雾化的任何液体。将被注射的液体的非限定例子是烃液体、废流等。优选地，液体包含至少50％的水。最优选地，液体基本由水组成(即>95vol％)。在一个优选实施方案中，将在可能的下游合成气洗涤器中获得的也被称为黑水的废水用作所述液体。甚至更优选地，将任选的下游水煤气变换反应器的过程冷凝物用作所述液体。
术语‘粗合成气’是指在气化反应器中直接获得的气体混合物。该产品流可以-和通常将-例如在干燥固体除去系统、湿气洗涤器和/或变换器中进一步处理。
术语‘薄雾’是指液体以小液滴的形式注射。如果水被用作所述液体，则优选超过80％、更优选超过90％的水为液态。
优选地，在注射点下主要的压力条件下，注射的薄雾具有低于泡点至多50℃、特别地至多15℃、甚至更优选低于泡点至多10℃的温度。为此，如果注射的液体是水，则其通常具有高于90℃、优选高于150℃、更优选200-230℃的温度。该温度将显然取决于气化反应器的操作压力，即下面进一步说明的粗合成气的压力。由此实现注射的薄雾的快速汽化，同时避免冷点。因此，降低了在气化反应器中的氯化铵沉积和局部吸引灰尘的危险。
进一步地，优选的是薄雾包含具有50-200μm、优选100-150μm直径的液滴。优选地，至少80vol％的注射的液体为具有所述尺寸的液滴形式。
为了增强粗合成气的骤冷，薄雾优选用30-90m/s、优选40-60m/s的流速注射。
还优选的是用高于在气化反应器中存在的粗合成气的压力至少10巴、优选20-60巴、更优选高于粗合成气压力约40巴的注射压力注射薄雾。如果用高于粗合成气压力10巴以下的注射压力注射薄雾，则薄雾的液滴可能变得过大。后者可以至少部分通过使用雾化气体抵销，所述雾化气体可以例如是N2、CO2、蒸汽或合成气，更优选蒸汽或合成气。使用雾化气体具有另外的优点：注射压力与粗合成气压力之间的差值可被降低至5-20巴的压差。
另外，已经发现当薄雾以远离气化反应器的方向注射时，或者换句话说当薄雾沿粗合成气的流动方向注射时，是尤其合适的。因此，优选地，薄雾当用于管状部分中时以部分向上的方向注射或者当用于环形空间中时以向下的方向注射。由此没有或较少出现可能导致在骤冷区的环形空间和管状成型部分的壁上局部沉积的死区。优选地，相对于与管状部分的纵轴垂直的平面，在30-60°、更优选约45°的角度下注射薄雾。在环形部分中，优选以垂直向下的方向引导薄雾。
根据另一个优选的实施方案，注射的薄雾至少部分被屏蔽液包围。由此降低形成局部沉积的风险。屏蔽液可以是任何合适的流体，但优选选自惰性气体例如N2和CO2、合成气、蒸汽及它们的组合。
根据一个尤其优选的实施方案，选择注射的薄雾的量，使得离开骤冷区的粗合成气包含至少40vol％的H2O，优选40-60vol％的H2O，更优选45-55vol％的H2O。
在另一个优选实施方案中，如果选择进行所谓的过冷骤冷，则相对于粗合成气加入的水量甚至比上面的优选范围更高。在过冷骤冷型方法中加入的水量、优选在环形空间中加入的水量使得并非全部液态水都将蒸发和一些液态水将保留在冷却的粗合成气中。该方法是有利的，因为可以省略下游的干燥固体除去系统。在该方法中，离开气化反应器的粗合成气被水饱和。粗合成气与注射水的重量比可以为1：1-1：4。
已经发现由此可以显著降低资金成本，因为在任选的下游水煤气变换转化步骤中不需要进一步加入蒸汽或者加入蒸汽显著更少。资金成本在这里是指用于被需要产生注入到水煤气变换转化步骤的进料中所需的蒸汽的蒸汽锅炉的资金成本。进一步发现，通过省略干燥固体除去系统，同样可以显著降低资金成本。在过冷骤冷操作中可以省略干燥固体除去系统。在其中在反应器下游的环形空间的出口合成气温度低于500℃的方法实施方案中，也可以省略干燥固体除去系统。
在本发明的一种优选方法中，优选将离开骤冷区的粗合成气和尤其是用水饱和的合成气变换转化，其中至少一部分水与CO反应制得CO2和H2，由此获得变换转化的合成气流。由于本领域技术人员将容易地理解什么是变换器，因此不再进一步论述。优选地，在将粗合成气变换转化之前，在换热器中利用变换转化的合成气流将粗合成气加热。由此进一步降低该方法的能量消耗。在这方面，在本发明的方法中还优选在使用所述液体将其作为薄雾注射之前将所述液体加热。优选地，该液体的加热通过利用变换转化的合成气流间接换热来进行。
通过将一部分合成气进行水煤气变换反应得到贫含CO的物流，和用另一部分合成气旁通过水煤气变换装置和将贫含CO的物流和旁通物流组合，可以获得任何所希望的H2/CO摩尔比。通过选择旁通和变换进料的比例，可以获得最希望的用于优选的下游方法的比例。
附图详述
现在将参照附随的非限定附图通过例子更详细地描述本发明。下面使用相同的参考标记指相似的结构元件。
参考图1。图1示意性地示出了用于制备合成气的系统1。在气化反应器(2)中，烃质流和含氧流可以分别通过管道(3)、(4)送入气化反应器(2)。在气化反应器(2)中获得粗合成气和炉渣。为此，在气化反应器(2)中通常存在几个燃烧器(未示出)。通常，在气化反应器(2)中在1200-1800℃、优选1400-1800℃的温度下和在1-200巴、优选20-100巴、更优选40-70巴的压力下进行部分氧化。
在这些温度下，在大多数优选进料中存在的灰分组分将形成所谓的液态炉渣。炉渣将优选在反应器(2)的壁的内侧上形成层，由此生成隔离层。选择温度条件，使得炉渣一方面将生成保护层和另一方面仍然能够流到下部设置的炉渣出口(7)用于任选的进一步处理。
制得的粗合成气通过管道(5)送入骤冷区(6)；在其中通常将粗合成气冷却至500℃以下，例如冷却至约400℃。正如将在下面在图3中进一步论述的，通过管道17向骤冷区(6)中注射薄雾形式的液态水。
将注入骤冷区(6)中的薄雾的量将取决于各种条件，包括所希望的离开骤冷区(6)的粗合成气的温度。根据本发明的一个优选实施方案，选择注射的薄雾的量，使得离开骤冷区(6)的粗合成气具有45-55vol％的H2O含量。
如图1的实施方案中所示，将离开骤冷区(6)的粗合成气进一步处理。为此，通过管道(8)将其送入干燥固体除去设备(9)以至少部分除去粗合成气中的干燥灰尘。优选的干燥固体除去设备(9)是如例如描述于EP-A-551951和EP-A-1499418中的旋风分离器或过滤器装置。干燥灰尘通过管道18从干燥固体除去设备中除去。
在干燥固体除去设备(9)之后，可以通过管道(10)将粗合成气送入湿气洗涤器(11)和随后通过管道(12)送入变换器(13)以使至少一部分水与CO反应制得CO2和H2，由此在管道(14)中获得变换转化的气流。由于湿气洗涤器(11)和变换器(13)本身是已知的，因此在这里不再进一步详细论述它们。来自气体洗涤器(11)的废水通过管道(22)除去和任选地通过管道(23)部分再循环到气体洗涤器(11)中。来自气体洗涤器(11)的部分废水-黑水可被优选用作通过管道(17)注射的液态水。这是有利的，因为存在于黑水中的任何固态化合物将通过干燥固体除去设备(9)从过程中除去。
当在换热器(15)中将管道(12)中的粗合成气利用离开变换器(13)的管道(14)中的变换转化的合成气加热时，实现了进一步的改进。
另外，根据本发明优选的是使用管道(16)中的离开换热器(15)的物流中的能量以将管道(17)中待注入骤冷区(6)中的水加热。为此，可以将管道(16)中的物流送入间接换热器(19)，用于与管道(17)中的物流间接换热。
如图1中的实施方案中所示，在通过管道(16)进入间接换热器(19)之前，首先将管道(14)中的物流送入换热器(15)。然而，本领域技术人员将容易地理解，如果需要，可以省略换热器(15)，或者在换热器(15)中换热之前首先将管道(14)中的物流送入间接换热器(19)。
如果需要，可以将管道(20)中离开间接换热器(19)的气流进一步处理用于进一步的热回收和气体处理。
如果需要，管道(17)中的热物流也可以部分用作气体洗涤器(11)的进料(管道(21))。
参考图2。图2示意性地示出了类似于图1的系统1的制备合成气的系统(101)。为了避免重复，将仅仅详细论述图1与2之间的差别。大多数工艺条件以及物流和工艺设备的功能如图1。
烃质流和含氧流分别通过管道(103)、(104)送入燃烧室(102)中，由此得到合成气和炉渣。
如图1中那样通过管道(105)将制得的粗合成气送入骤冷区(106)中。正如将在下面在图3中进一步论述的，通过管道(17)向骤冷区(6)中注射薄雾形式的液态水。
相对于粗合成气在骤冷区(6)中注入的薄雾量比图1的过程中更高。在该过冷骤冷型方法中，加入的水量使得并非全部液态水都将蒸发和一些液态水将保留在冷却的粗合成气中。该方法是有利的，因为可以省略如图2中所示的下游的干燥固体除去系统。粗合成气与注射水的重量比可以为1：1-1：4。
如图2的实施方案中所示，离开骤冷区(106)的粗合成气在湿气洗涤器(111)中进一步处理和随后通过管道(112)送入变换器(113)。来自气体洗涤器(111)的废水通过管道(122)除去和任选地通过管道(123)部分再循环到气体洗涤器111。来自气体洗涤器(111)的部分废水-黑水可以优选用作通过管道(117)注射的液态水。在换热器(115)中将管道(112)中的粗合成气利用离开变换器(113)的管道(114)中的变换转化的合成气加热。将管道(116)中的物流送入间接换热器(119)中用于与管道(117)中的物流间接换热。如图2中的实施方案中所示，在通过管道(116)进入间接换热器(119)之前，首先将管道(114)中的物流送入换热器(115)。如果需要，可以将管道(120)中离开间接换热器(119)的物流进一步处理用于进一步热回收和气体处理。如果需要，管道(117)中的热物流也可部分用作气体洗涤器(111)的进料(管道(121))。
图3示出了可在图1的系统1或图2的系统(101)中使用的气化反应器的纵向横截面。
图3阐述了包括以下元件的优选气化反应器：
-用于保持高于大气压的压力的压力外壳(31)；
-位于压力外壳(31)下部的优选借助于所谓的渣池除去炉渣的出口(25)。反应器的下端可以适宜地如WO-A-2005/052095中所述设计。可以通过如例如US-B-6755980中所述的炉渣冲泄设备通过渣池(25)从压力外壳(31)中除去炉渣。
-布置在压力外壳(31)内部的界定气化室(33)的气化器壁(32)，在该气化室中在操作期间可以形成合成气，该气化器壁(32)的下部开口部分与用于除去炉渣的出口(25)流体连通。该气化器壁(32)的开口上端(34)与骤冷区(35)流体连通。气化器壁(32)通过多个管道冷却，其中水和更优选蒸发的水流过所述管道中。这类冷却壁(32)的合适设计是所谓的隔膜壁。隔膜壁包含多个平行和相互连接的管，这些管一起形成气密体。这些管优选以垂直方向设置以使得蒸发的水可以更容易地用作冷却介质。
-包括管状成型部分(36)的骤冷区(35)，该管状成型部分位于压力外壳(31)内、其下端和上端开口和具有比压力外壳(31)更小的直径，由此界定该管状部分(36)周围的环形空间(37)。管状部分(36)的壁优选通过多个管道冷却，其中水和更优选蒸发的水流过所述管道中。这类冷却壁的合适设计是如上所述的隔膜壁。环形空间(37)沿着所述空间上的垂直长度可以具有变化的宽度。适宜地，所述宽度随着在所述空间(37)中气体流动的方向而增加。该管状成型部分(36)的下部开口端与气化器壁(32)的上端流体连通。该管状成型部分(36)的上部开口端通过偏转档板空间(38)与环形空间(37)流体连通。
在管状部分(36)的下端存在用于注射液态或气态冷却介质的注射装置(39)。优选地，所述注射的方向与前面采用液体薄雾注射的情形中所述。在环形空间(37)中存在当合成气流过所述环形空间(37)时优选以向下方向将薄雾形式的液体注入合成气中的注射装置(40)。图2进一步示出了在压力外壳(31)的壁中存在与所述环形空间(37)的下端流体连通的合成气出口(41)。如果如图2中所示那样将反应器(31)用于制备水饱和的合成气，则在环形空间(37)的下端可以存在水浴(未示出)。作为选择，水饱和的合成气从环形空间(37)中直接排出。
优选地，骤冷区装有清洗装置(42)和/或(43)，其优选为机械敲击器，其借助于振动而避免和/或除去分别聚集在管状部分和/或环形空间的表面上的固体。
图3的反应器的优点是其与简单设计组合的紧凑性。通过在环形空间中用薄雾形式的液体冷却，可以省略所述反应器部分中另外的冷却装置，这使得反应器更加简单。根据本发明的方法，优选地通过注射器(39)和注射器(40)将液体、优选水以薄雾形式注射。
本领域技术人员将容易地理解本发明可以各种方式改进，只要不偏离权利要求中定义的范围。

Claims (19)

1.气化反应器，其包括：
-用于保持高于大气压的压力的压力外壳；
-位于压力外壳下部的渣池；
-布置在压力外壳内部的界定气化室的气化器壁，在该气化室中在操作期间可以形成合成气，该气化器壁的下部开口部分与渣池流体连通，和该气化器壁的上部开口端与骤冷区流体连通；
-包括管状成型部分的骤冷区，该管状成型部分位于压力外壳内、其下端和上端开口、和具有比压力外壳更小的直径，由此界定该管状部分周围的环形空间，其中该管状成型部分的下部开口端与气化器壁的上端流体连通，和该管状成型部分的上部开口端与环形空间流体连通；
-其中在管状部分的下端存在用于注射液态或气态冷却介质的注射装置，和其中在环形空间中存在用于注射薄雾形式的液体的注射装置，及其中在压力外壳壁中存在与所述环形空间流体连通的合成气出口。
2.权利要求1的气化反应器，其中在管状部分的下端存在用于注射薄雾形式的液态冷却介质的注射装置。
3.权利要求1或2的气化反应器，其中在环形空间中存在向下引导的用于注射薄雾形式液体的注射装置，和其中在压力外壳壁中存在与环形空间的下端流体连通的合成气出口。
4.权利要求1或2的气化反应器，其中气化室装有一对或多对部分氧化燃烧器，其中所述燃烧器装有用于固态烃质进料的供给装置和用于氧气的供给装置。
5.包括权利要求1-4任一项的气化反应器的用于制备包含一氧化碳和氢气的纯化混合物的系统，其中合成气的出口与干燥固体除去设备的入口流体连通，其中湿气洗涤器的入口与干燥固体除去设备的气体出口流体连通，及其中湿气洗涤器装有用于包含一氧化碳和氢气的纯化混合物的出口。
6.包括权利要求1-4任一项的气化反应器的用于制备包含一氧化碳和氢气的纯化混合物的系统，其中合成气的出口与湿气洗涤器的入口流体连通，和其中湿气洗涤器装有用于包含一氧化碳和氢气的纯化混合物的出口。
7.权利要求5或6的系统，其中湿气洗涤器的用于包含一氧化碳和氢气的纯化混合物的出口与变换器的入口流体连通，所述变换器还装有变换气体的出口。
8.权利要求7的系统，其中存在换热器，在该换热器中来自湿气洗涤器的气体利用在变换器中得到的变换气体升高温度。
9.在权利要求1-4任一项的气化反应器中或者在权利要求5-8任一项的系统中通过固态烃质进料的部分氧化制备包含一氧化碳和氢气的混合物的方法，其中在气化室中用含氧气体将固态烃质进料部分氧化以形成具有1200-1800℃的温度和20-100巴的压力的向上移动的气体混合物，在管状部分中将所述气体混合物冷却至500-900℃的温度，和随后在环形部分中通过将水滴薄雾注入气体流中将所述气体进一步冷却至500℃以下。
10.权利要求9的方法，其中管状部分中的所述冷却通过将水滴薄雾注入气体流中进行。
11.权利要求10的方法，其中注射的水薄雾具有高于150℃的温度。
12.权利要求11的方法，其中在向上移动的气体混合物的压力下，注射的水薄雾具有低于水的泡点至多50℃的温度。
13.权利要求9-12任一项的方法，其中所述薄雾包含直径为50-200μm的液滴。
14.权利要求9-12任一项的方法，其中采用30-100m/s的流速注射水薄雾。
15.权利要求14的方法，其中用40-60m/s的流速注射水薄雾。
16.权利要求9-12任一项的方法，其中用高于粗合成气压力5-20巴的注射压力使用雾化气注射水薄雾。
17.权利要求10-12任一项的方法，其中在相对于与管状部分的纵轴垂直的平面为30-60°的角度下注射所述薄雾。
18.权利要求10-12任一项的方法，其中注射的薄雾至少部分被屏蔽液包围。
19.权利要求18的方法，其中屏蔽液选自惰性气体、合成气、蒸汽及它们的组合。
CN2007800155763A 2006-05-01 2007-04-20 气化反应器及其应用 Active CN101432400B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2006/061951 WO2006117355A1 (en) 2005-05-02 2006-05-01 Method and system for producing synthesis gas
EPPCT/EP2006/061951 2006-05-01
EP06123312.8 2006-11-01
EP06123313 2006-11-01

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101432400A CN101432400A (zh) 2009-05-13
CN101432400B true CN101432400B (zh) 2012-11-14

Family

ID=39924874

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2007800155763A Active CN101432400B (zh) 2006-05-01 2007-04-20 气化反应器及其应用
CN200780015735XA Active CN101432401B (zh) 2006-05-01 2007-04-27 气化系统及其应用

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200780015735XA Active CN101432401B (zh) 2006-05-01 2007-04-27 气化系统及其应用

Country Status (9)

Country Link
EP (1) EP2013317A1 (zh)
JP (1) JP5559532B2 (zh)
KR (1) KR101367691B1 (zh)
CN (2) CN101432400B (zh)
AU (1) AU2007245731B2 (zh)
BR (1) BRPI0710627A2 (zh)
CA (1) CA2650604C (zh)
RU (1) RU2441900C2 (zh)
WO (1) WO2007125046A1 (zh)

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9051522B2 (en) 2006-12-01 2015-06-09 Shell Oil Company Gasification reactor
WO2010023306A2 (en) * 2008-09-01 2010-03-04 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Self cleaning arrangement
DE102008046820A1 (de) * 2008-09-11 2010-03-25 Uhde Gmbh Anlage zur Synthesegasherstellung
CA2738661C (en) * 2008-10-01 2014-07-15 Fluor Technologies Corporation Configurations and methods of gas-assisted spray nozzles
EP2334765A2 (en) * 2008-10-08 2011-06-22 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Process to prepare a gas mixture of hydrogen and carbon monoxide
JP4898759B2 (ja) 2008-10-22 2012-03-21 三菱重工業株式会社 石炭ガス化炉
US8960651B2 (en) 2008-12-04 2015-02-24 Shell Oil Company Vessel for cooling syngas
US8475546B2 (en) 2008-12-04 2013-07-02 Shell Oil Company Reactor for preparing syngas
EP2226376A1 (en) 2009-03-04 2010-09-08 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Configuration for gasification and quenching
CN105238443B (zh) * 2009-06-30 2018-02-06 国际壳牌研究有限公司 制备富氢气体混合物的方法
CN103339236B (zh) * 2011-01-28 2016-07-13 国际壳牌研究有限公司 气化反应器
CN103384715B (zh) * 2011-02-24 2015-06-24 国际壳牌研究有限公司 气化反应器及相关监测方法
CN102358850B (zh) * 2011-09-13 2013-11-13 中南大学 低热值固体燃料弥散气化器
CN102585916B (zh) * 2011-12-29 2014-11-26 武汉凯迪工程技术研究总院有限公司 用于制油的生物质合成气负压净化工艺方法和系统配置
CN102604685B (zh) * 2011-12-29 2014-11-26 武汉凯迪工程技术研究总院有限公司 用于制油的生物质合成气正压净化工艺方法和系统配置
CN102559289B (zh) * 2011-12-29 2014-01-15 武汉凯迪工程技术研究总院有限公司 生物质合成气冷却、洗涤工艺及系统
UY34832A (es) * 2012-05-31 2013-12-31 Phenex Pharmaceuticals Ag TIAZOLES SUSTITUIDOS POR CARBOXAMIDA O SULFONAMIDA Y DERIVADOS RELACIONADOS COMO MODULADORES PARA EL RECEPTOR NUCLEAR HUÉRFANO RORy (lambda)
US9127222B2 (en) * 2012-07-13 2015-09-08 General Electric Company System and method for protecting gasifier quench ring
AU2012397141A1 (en) * 2012-12-18 2015-06-25 Linde Aktiengesellschaft Improved coal gasification
KR101687912B1 (ko) * 2015-07-16 2016-12-19 한국서부발전 주식회사 가스화기 통풍장치
RU2624694C1 (ru) * 2016-02-03 2017-07-05 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Система получения очищенного горючего газа из твердого топлива
CN107488469A (zh) * 2016-06-12 2017-12-19 国际壳牌研究有限公司 气化系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1044117A (zh) * 1989-01-09 1990-07-25 德士古发展公司 气化器骤冷圈的改进
US5755838A (en) * 1994-04-11 1998-05-26 Hitachi, Ltd. Coal gasifier and using method thereof
DE10004138A1 (de) * 2000-01-31 2001-08-09 Thermoselect Ag Vaduz 2-stufige Synthesegaskühlung
WO2004005438A1 (en) * 2002-07-02 2004-01-15 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Method for gasification of a solid carbonaceous feed and a reactor for use in such a method

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL178134C (nl) * 1974-06-17 1986-02-03 Shell Int Research Werkwijze en inrichting voor het behandelen van een heet produktgas.
DE3809313A1 (de) * 1988-03-19 1989-10-05 Krupp Koppers Gmbh Verfahren und vorrichtung zum kuehlen von partialoxidationsgas
DE3816340A1 (de) * 1988-05-13 1989-11-23 Krupp Koppers Gmbh Verfahren und vorrichtung zum kuehlen eines heissen produktgases, das klebrige bzw. schmelzfluessige partikel enthaelt
US4804493A (en) * 1988-05-24 1989-02-14 E. I. Du Pont De Nemours And Company Stabilized azeotrope or azeotrope-like composition of 1,1,2-trichloro-1,2,2-trifluoroethane and trans-1,2-dichloroethylene
ES2149199T3 (es) * 1992-03-04 2000-11-01 Commw Scient Ind Res Org Procesado de materiales.
WO1998010225A1 (fr) * 1996-09-04 1998-03-12 Ebara Corporation Procede de gazeification de dechets utilisant un four de fusion rotatif
ITMI20021663A1 (it) 2002-07-26 2004-01-26 Snam Progetti Procedimento per la produzione di gas di sintesi da cariche pesanti quali i greggi pesanti e i residui di distillazione mediante ossidazione

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1044117A (zh) * 1989-01-09 1990-07-25 德士古发展公司 气化器骤冷圈的改进
US5755838A (en) * 1994-04-11 1998-05-26 Hitachi, Ltd. Coal gasifier and using method thereof
DE10004138A1 (de) * 2000-01-31 2001-08-09 Thermoselect Ag Vaduz 2-stufige Synthesegaskühlung
WO2004005438A1 (en) * 2002-07-02 2004-01-15 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Method for gasification of a solid carbonaceous feed and a reactor for use in such a method

Also Published As

Publication number Publication date
CN101432400A (zh) 2009-05-13
CN101432401B (zh) 2012-11-14
CA2650604A1 (en) 2007-11-08
CN101432401A (zh) 2009-05-13
EP2013317A1 (en) 2009-01-14
AU2007245731A1 (en) 2007-11-08
RU2441900C2 (ru) 2012-02-10
KR20090012255A (ko) 2009-02-02
WO2007125046A1 (en) 2007-11-08
JP2009543890A (ja) 2009-12-10
AU2007245731B2 (en) 2010-08-12
RU2008147138A (ru) 2010-06-10
KR101367691B1 (ko) 2014-02-27
JP5559532B2 (ja) 2014-07-23
CA2650604C (en) 2015-04-07
BRPI0710627A2 (pt) 2011-08-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101432400B (zh) 气化反应器及其应用
AU2007245732B2 (en) Gasification reactor and its use
AU2008300900B2 (en) Gasification reactor and method for entrained-flow gasification
CN1944593B (zh) 用于高功率飞流气化器的方法和设备
JP5107903B2 (ja) 合成ガスの製造方法及びシステム
KR101633951B1 (ko) 재생연료를 추가 및 후-가스화하여 합성가스의 엔탈피를 이용하기 위한 방법 및 장치
CN1923975A (zh) 生产合成气的气化方法和设备
AU2008294832A1 (en) Spray nozzle manifold and process for quenching a hot gas using such an arrangement
CN1928027A (zh) 通过部分氧化由含灰分的燃料制备的淤浆以及完全骤冷粗制气而生产合成气的方法和设备
US20070294943A1 (en) Gasification reactor and its use
US20080000155A1 (en) Gasification system and its use
CN1919980B (zh) 通过在加压下部分氧化含灰的燃料并且骤冷粗制气而生产合成气的气化方法和设备
CN110591745A (zh) 一种热解-气化一体化装置及工艺
CA1128315A (en) Gas-gas quench cooling and solids separation
EP3366753B1 (en) Methanation system and method for the conversion of carbonaceous material into methane
CN204311033U (zh) 多级的原始气体洗涤系统
CN111349464B (zh) 干煤粉的气流床气化系统及方法
CN111349463B (zh) 干煤粉的气流床气化系统及方法
US9464247B2 (en) Device for the treatment of crude synthesis gas
US9339753B2 (en) Treatment of crude synthesis gas
RU2497799C2 (ru) Распределительное устройство для диспергирования углеводородных соединений во флюидизированном потоке катализатора

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20180815

Address after: American Pennsylvania

Patentee after: Air Products and Chemicals, Inc.

Address before: Holland Hague

Patentee before: Shell Internationale Research Maatschappij B. V.