用於從煤產生合成氣體和熱解產物的設備的製作方法

2023-06-24 10:17:36

本實用新型涉及一種用於從煤產生合成氣體和熱解產物的設備。

背景技術：

這樣的工藝是已知的。該工藝原理上在Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry,Sixth Edition,Vol.15,Gas Production,Chapter 4.4中描述。用於將焦油和石油與氣體冷凝物機械地分離的、用專家術語稱為「焦油分離器」的設備區段在Ullmannsder technischen Chemie,4th Edition,Vol.14,Kohle,Gaserzeugung,Chapter 6.1.1中描述。

工藝的無故障功能的先決條件是，固定床壓力氣化反應器的床能夠被達到足夠程度且均勻分布的工藝氣體氧和蒸汽橫越。為了實現這樣，細晶粒組分在反應器中必須在使用之前從煤分離。在許多情形中，煤的分離的細晶粒組分被用作用於產生工藝蒸汽的可燃燒材料。然而，出現了煤的細晶粒組分如此之大以致其總計達到50wt-％，使得其超過用於產生工藝蒸汽的煤需求並且難以經濟地使用過量的細晶粒煤用於其它目的。作為可燃燒材料的該用途的進一步的缺點在於，不能從煤的該部分獲得有價值的產物，諸如焦油和石油。

技術實現要素：

本實用新型提供一種用於從煤產生合成氣體和熱解產物的設備，包括以下設備區段：

用於將煤機械分離成粗晶粒組分和細晶粒組分的第一裝置，

用於將煤的所述粗晶粒組分固定床壓力氣化成粗合成氣體並伴隨有灰分的形成的第二裝置，

用於冷卻和洗滌所述粗合成氣體並伴隨有氣體冷凝物的形成的第 三裝置，

用於將主要地包含焦油的產物流、主要地包含石油的產物流、以及包含粉塵和包含焦油的產物流與載有焦油和石油的氣體冷凝物機械分離的焦油分離器，所述主要地包含石油的產物流也包含石腦油，

用於熱解煤的所述細晶粒組分的第四裝置，

用於生成蒸汽的第五裝置，用於生成蒸汽的所述第五裝置利用在用於熱解的所述第四裝置中產生的焦炭操作以生成蒸汽，

並且包括傳輸裝置，所述傳輸裝置用於在所述所述第一裝置、所述第二裝置、所述第三裝置、所述第四裝置、所述第五裝置和所述焦油分離器之間傳輸所述粗晶粒組分和細晶粒組分、所述粗合成氣體、所生成的蒸汽、所述焦炭、碳化產物以及所述氣體冷凝物，

其特徵在於，用於熱解的所述第四裝置通過用於碳化產物的傳輸裝置與所述焦油分離器連接，並且用於生成蒸汽的所述第五裝置通過用於蒸氣的傳輸裝置與用於固定床壓力氣化的所述第二裝置連接。

本實用新型提供一種用於將煤轉化成合成氣體、焦油、石油、石腦油、氣體冷凝物和灰分的工藝和設備，包括以下工藝步驟：

a)提供煤，

b)通過應用機械分離過程將煤分離成粗晶粒部分和細晶粒部分，

c)在設備中將煤的粗晶粒部分轉化成合成氣體、焦油、石油、氣體冷凝物和灰分，該設備包括：第一設備區段，該第一設備區段帶有固定床壓力氣化反應器，在該固定床壓力氣化反應器中，煤通過使用氧和蒸汽被氣化為主要地包括一氧化碳和氫的粗合成氣體，並且其中灰分被產生；第二設備區段，該第二設備區段包括連接到反應器以用於冷卻和洗滌粗合成氣體的單元，該粗合成氣體產生冷卻的合成氣體和載有焦油和石油的氣體冷凝物；以及第三設備區段，該第三設備區段用於將焦油和石油與氣體冷凝物機械地分離，其中主要地包含焦油的產物流、主要地包含石油的產物流、主要地包含粉塵和焦油的產物流以及焦油和石油貧化的氣體冷凝物流從第三設備區段排出，以用於進一步處理。

在根據如下面詳細所述的本實用新型的工藝中，現有技術的缺點被克服，這在於，煤的細晶粒組分的至少一部分通過熱解被轉化成焦炭以及焦油蒸氣、石油蒸氣和石腦油蒸氣，其中焦炭被供給進一步的用途且焦油蒸氣和石油蒸氣被冷凝，並且焦油被摻合到來自步驟c)的主要地包含焦油的產物流，並且石油被摻合到來自步驟c)的主要地包含石油的產物流，而石腦油蒸氣作為一部分被供應給另外的用途且作為另一部分被冷凝，且由此獲得的液體石腦油被摻合到來自步驟c)的主要地包含石油的產物流。

這樣，來自煤的有價值產物諸如焦油和石油的產量增加，因為煤的細晶粒組分不再僅僅被燃燒或廢棄，如根據現有技術的通常實踐那樣。通過從對本領域的技術人已知的熱解工藝(在文獻中偶爾也稱為碳化工藝)有目的的選擇，以及通過對本領域的技術人員眾所周知的有目的的工藝管理，能夠影響熱解產物焦油、石油和石腦油的質量。通過混合根據本實用新型從氣化和從熱解產生的焦油和石油，由根據本實用新型的工藝產生的焦油和石油的質量因此也能夠被選擇性地影響。

所適合於本實用新型的是例如LURGI-RUHRGAS carbonization process,cf.Ullmannsder technischen Chemie,4th Edition,Vol.3,p.463。

在本實用新型的意義上，碳化被理解為熱解。熱解條件被理解為在主要地非氧化條件下提供有機化合物的熱化學分解的物理-化學條件。它們本身從現有技術是已知的並且包括高溫的設定和主要地缺乏氧化劑，即，例如在排除空氣的情況下進行加熱。本領域的技術人員將依賴於待處理的原料合適地選擇熱解條件。

本實用新型的優選方面

本實用新型的特定方面的特徵在於，在權利要求1的步驟b)中提到的煤的細晶粒部分由低於5mm的顆粒尺寸所限定。顆粒尺寸通過用具有5mm的網眼寬度的篩子進行篩分來調節。在被熱解的細晶粒煤部分和在固定床壓力氣化反應器中處理的粗晶粒部分之間的該邊界處，利用多種煤類型給出了在氣化反應器中固定床的良好貫通流。

本實用新型的另一個特定方面的特徵在於，通過熱解獲得的焦油蒸氣、石油蒸氣和石腦油蒸氣被冷卻，使得焦油蒸氣和石油蒸氣被完全地冷凝而石腦油蒸氣被部分地冷凝，並且其中由此獲得的液體焦油相、液體石油相和液體石腦油相被引入在步驟c)中提到的第三設備區段內，並且在所述第三設備區段中被引入載有焦油和石油的氣體冷凝物內，並且其中石腦油蒸氣的未被冷凝部分被供應給另一個用途。該方面的優點在於，熱解產物的冷凝能夠靠近熱解裝置被實現，由此避免了蒸氣穿過導管在較大距離上進行輸送。

本實用新型的另一個特定方面的特徵在於，在步驟c)中提到的第三設備區段中熱解期間獲得的焦油蒸氣、石油蒸氣和石腦油蒸氣被引入在其中包含的氣體冷凝物相內，該氣體冷凝物相載有焦油和石油，其中焦油蒸氣和石油蒸氣被完全冷凝並且與在步驟c)中獲得的焦油和石油一起從氣體冷凝物分離，並且其中石腦油蒸氣被部分地冷凝並且與石油一起從氣體冷凝物分離並，而石腦油蒸氣的未被冷凝部分被供應給另一用途。該方面的優點在於，不需要分離的單元來用於蒸氣的冷凝。

本實用新型的另一個特定方面的特徵在於，在根據權利要求1的步驟d)的熱解中產生的焦炭至少部分地用作熱載體，用於在根據權利要求1的步驟c)的固定床壓力氣化反應器中執行的氣化使用的蒸汽的生成。由於在設備內的焦炭的使用，避免了出售和輸送到更遙遠的使用地點的成本。

本實用新型的另一個特定方面的特徵在於，石腦油蒸氣的未被冷凝部分用作在煤的細晶粒部分的熱解中的熱載體。該措施增加工藝的能量效率。

示例性實施方式

本實用新型的進一步的特徵、優點和可能的應用也能夠從示例性實施例和用數字表示的實施例以及附圖的以下說明中獲得。所描述的和/或示出的所有特徵本身或以任何組合形成本實用新型的主題，而與它們在權利要求書中的包括或它們的反向引用無關。

附圖說明

在僅有的附圖中

圖1示出了根據本實用新型的工藝的示意性框圖。

具體實施方式

下面參考附圖的圖1解釋根據本實用新型的工藝。

在機械分離裝置2中，例如在篩分機中，提供的煤1被分離成粗晶粒組分3和細晶粒組分4。在第一設備區段5中，煤的粗晶粒組分3通過使用氧6和蒸汽7而被氣化成粗合成氣體8，其中灰分9被產生。粗合成氣體8被從第一設備區段5傳輸到第二設備區段10內並且在那裡被冷卻和洗滌並作為合成氣體11被供應給進一步的處理。在第二設備區段10中的處理期間，獲得了載有焦油、石油和粉塵的氣體冷凝物12。

煤1的細晶粒組分4作為一個部分4a被供應給熱解(pyrolysis)處理18並且作為另一部分4b被供應給另一個用途，例如作為可燃燒材料的用途。在熱解處理18中，煤通過空氣19的劑量添加而被轉化成焦炭20、碳化產物21和廢氣22。產生的焦炭20被供應到用於生成蒸汽的設備23，其被饋給有水24。產生的蒸汽7被引入第一設備區段 5內。在熱解18中產生的廢氣22(其也包含石腦油)被供應給進一步的處理。在熱解處理期間，此外獲得了主要地由焦油、石油和石腦油組成的碳化產物21，並且依賴於在熱解和冷卻處理期間應用的工藝條件的碳化產物21以氣態或液體形式存在。

加載的氣態冷凝物12和通過冷卻而液化的碳化產物21被傳輸到第三設備區段13內並且在其中進行混合。在該第三設備區段13中，主要地包含焦油的產物流14、主要地包含石油的產物流15(其也包含石腦油)、以及包含粉塵和包含焦油的產物流16以機械方式例如藉助於沉澱池(settling tank)與氣體冷凝物分離，該沉澱池通常被稱為焦油分離器。淨化的氣體冷凝物17被供應給進一步的處理。

工業適用性

本實用新型提供了用於將煤轉化成合成氣體和有價值的副產物諸如焦油的工藝，其中煤的細組分也有效地用於副產物的生產。

附圖標記列表

1 煤

2 分離裝置

3 煤的粗晶粒組分

4 煤的細晶粒組分，a用於熱解，b用於其它目的

5 第一設備區段，例如固定床壓力氣化

6 氧

7 蒸汽

8 粗合成氣體

9 灰分

10 第二設備區段，冷卻和洗滌

11 粗合成氣體

12 加載的氣體冷凝物

13 第三設備區段，例如焦油分離器

14 包含焦油的產物流

15 包含石油和石腦油的產物流

16 包含粉塵和焦油的產物流

17 氣體冷凝物

18 熱解

19 空氣

20 焦炭

21 碳化產物

22 廢氣，也包含石腦油

23 蒸汽生成

24 水。