CN1075741A - 从劣质固体燃料生产可燃气体的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

通过在热解炉中热解固体燃料从固体燃料生产 可燃气体同时也产生含碳物质。从热解炉中来的含 碳物质在炉中燃烧从而产生含有热烟道气和灰分颗 粒的燃烧产物。将该燃烧产物分离成多股物流，其中 之一含有烟道气，另一股含有可直接引入热解炉的热 灰分。最后，从炉中来的烟道气物流用于干燥提供给 所说热解炉的燃料。

Description

本发明涉及一种从劣质固体燃料如油页岩等生产可燃气体的方法及其装置。

油页岩已在世界各地发现，并且如果使用可迅速和便宜地将油页岩加工成可燃气体的方法的话，油页岩将构成丰富的，相对便宜的燃料。将油页岩加工成可燃气体的一种方法已在美国专利4，211，606中披露（在此将该专利列为参考文献）。在这个专利中，将油页岩在干燥器中用纯净的、热的烟道气加热，并将产生的热的油页岩加到热解炉中，该热的页岩在热解炉中进一步用热灰分加热从而产生可燃产物，和被加到气化器中的含碳物质。热气体和蒸汽被加到气化器中从而产生可燃气体。将气化器中的残余物萃取并被加到该专利中称之为空气喷射炉的炉子中，其详细描述已在美国专利4，110，064中披露，该专利在也列为参考文献。

空气喷射炉中产生热烟道气形式的燃烧产物，其主要组分是二氧化碳、和灰分颗粒，该灰分颗粒被加到分离器中，将燃烧产物分离器成要加入到热解炉中的热粗灰分物流，和含有细灰分的热气体物流。将该热气体物流和细灰分物流加到分离器中从而产生细灰分物流（其被加入到气化器中）和含残余灰分的气体物流。后一物流被加到另一个分离器中以产生纯净的烟道气，该烟道气用于在干燥器中加热油页岩。

上述装置的不太复杂的一种改型显然已在1990年和1991年在俄罗斯（U.S.S.R）的两个工厂中应用。正如目前已知的那样，其实际设计省去了气化器和干燥器。油页岩被加入到热解炉中，在其中进行热解，炉中的页岩在预滞留时间后产生含碳物料。将该物料加入到空气喷射炉中，在其中进行燃烧从而产生热烟道气和颗粒，该颗粒被加到分离器中，从而将该物流分离成粗灰分物流和含有细灰分如飞灰的热烟道气物流。将含热粗灰分的物流加到热解炉中，从而在超过400℃的温度下产生热解气体。这样的气体含有可燃产物、蒸汽和碳化合物。从热解炉来的含可燃产物的物流与含有细灰分的热烟道气物流一起被加到作为锅炉燃烧室一部分的燃烧器中，从而产生可用于发电的蒸汽。

利用这种技术燃烧油页岩的发电厂的问题是热效率和有效能量的降低，这是由于尽灰进入锅炉，在锅炉热传递表面积垢和碳酸盐分解导致能量消耗增加和从发电厂排放的二氧化碳增加引起的。该空气喷射炉必须在高温下操作才可使过程稳定。这种稳定性是这样实现的，即在炉子出口处的温度必须足够高以便使加入到热解炉中的粗灰分足够热从而既可加热热解炉中的油页岩又可蒸发水的与该油页岩相关的有机物质。据估计，进入锅炉的尽灰的多于约三分之二的量是由从空气喷射炉来的热气体携带的细灰分产生的，少于约三分之一的量是由热解炉产生的可燃气体产生的。

降低炉子的温度将降低其中分解的碳酸盐的量并可改善发电厂的二氧化碳排放，但是这种温度的降低是以增加炉子的循环速率，这种增加使发电厂有附加损失增加的有害影响以及继而降低工厂的总效率为代价的。除此之外，热交换表面结垢的通常问题还存在，需用高压液体周期性机械清洗除去软沉积物，并完全停工以手动刮去硬沉积物。

因此，本发明的目的之一是提供一种新的和改善的从低级固体燃料生产可燃气体的方法和装置，其基本上克服或明显地减少上面提出的缺点。

根据本发明，是通过在热解炉中热解所说燃料从固体燃料生产可燃气体，该热解炉也产生可燃气体和含碳物质。将热解炉中的含碳物质在加热炉中燃烧从而产生含有热烟道气和灰分颗粒的燃烧产物。将该燃烧产物分离成许多物流，其中一股含有烟道气和细灰分，例如飞灰，另一股含有可直接引入热解炉的粗灰分。最后，烟道气和细灰分物流用于干燥为所说热解炉提供的燃料。

由于离开加热炉的飞灰和烟道气并不进入锅炉的燃烧室，所以锅炉的效益不会受到相反的影响，清除热交换表面积垢的停工时间也减少了。此外，由于进到热解炉中的燃料已经加热，因此需从加热炉的灰分中提供较少的热量。所以，该加热炉可在较低的温度下操作，以降低使用本发明的发电厂的二氧化碳排放量。然而，即使如此，加热炉的温度可以调节，从而使足够的碳酸盐在热解炉中分解，以保证在离开热解炉的气体的燃烧过程中用热解炉产生的颗粒吸收硫化物。这种吸收是有效的，因为锅炉的燃烧室中的温度对这样的反应是最佳的，例如，

可发生。此外，如果较好的话，从热解炉到锅炉燃烧室的颗粒可用来促进由在燃烧室中其它富含硫的燃料燃烧产生的硫的氧化物和/或其它硫化物的吸收。最后，从干燥器中排出的降低温度的灰分可使该灰分用常规低温设备例如袋式过滤器、静电沉降器等来处理。

本发明的实施方案用附图举例来说明，其中，

图1是以图解方法表示的从劣质固体燃料如油页岩生产可燃气体的现有发电厂的方块图。

图2是图1所示装置的一种改型的方块图。

图3是本发明的一种实施方案的方块图。

图4是本发明的另一实施方案的方块图，其中磷酸盐中的有机物质被除去从而产生精炼的磷酸盐。

图5是图4实施方案的一种改型的方块图。

现在参见图1，标号10表示从劣质固体燃料如油页岩生产可燃产物和气体的通常装置。研磨过的油页岩通常被加入到具有螺旋进料装置（未显示）的油页岩加料斗12中，该螺旋进料装置将油页岩从加料斗12加到供给纯净烟道气的干燥器13中，以加热并干燥油页岩产生的蒸汽和其它气体。干燥器的出口连接到分离器15上，分离器15分离油页岩固体和气体，并将该固体加到热解炉14中，而气体被排到大气中。热解炉14中的热解是在加到热解炉中的以热的粗灰分形式的热燃烧产物影响下进行的。在反应中，热解炉在超过400℃温度下产生以蒸汽形式和可燃气体形式的热解气体。

在热解炉14中形成的含碳物质用螺旋运输机（未画出）加到流化气化器17中，该气化器接收以细灰分形式的热燃烧产物。该气化器中的物料通过使用热气体和蒸汽来流化;其生成的产物被加到空气喷射炉16中，在其中含碳物质的燃烧在供给该炉的环境空气存在下进行。该炉的出口是含烟道气和颗粒物质的燃烧产物，该产物被加到分离器18中。分离器18可有效地将物流分离成至少2股，其中之一含有热粗灰分，另一股含有热烟道气和热的细灰分。

含热的粗灰分的第一物流被加到热解炉中并提供热量以使热解进行。含热的细灰分的另一物流被加到分离器19中以分离大部分细灰分，该细灰分加到气化器中，并产生相对纯净的气体供给分离器20，在分离器20中可有效地除去残余灰分并产生纯净的热气体，该热气体供给干燥器13。燃烧器（未画出）从气化器17和热解炉14接收燃烧气体，这些气体的燃烧在锅炉的燃烧室中进行，产生用于发电的蒸汽。在锅炉的燃烧室中产生的烟道气被加到细灰分分离器中，由分离器排出的纯净烟道气被放到烟囱中。

在图2中提及的30所表示的装置中，干燥器和气化器被省去了，从而简化该设备的装置和操作。在图3中所示的实施方案40，被认为是完成本发明的最好方式，其说明一个发电厂的情况，一般从加料斗（未显示）将油页岩加到干燥器41中，在此由于将含热的细灰分的热烟气加入到干燥器中从而使该页岩干燥。在这些气体和热灰分放掉它们的热量给页岩后，页岩中的水被蒸发，并与冷却了的气体和冷却了的细灰分通到分离器42中，该分离器是低温设备，例如袋式除尘器或静电沉降器等。这个分离器的出口是排空的冷却气体和冷却的细灰分。

由干燥器41来的加热的和干燥的油页岩被输送到热解炉43中，在其中该页岩在无氧的情况下进一步被加热从而产生可燃气体（其通过输送管44被排出）和被输送到空气喷射炉45的含碳物质，在空气喷射炉45中含碳物质在比实施方案30中空气喷射炉16低的温度下与环境空气燃烧。燃烧的产物通过输送管46排出该炉，这种含有热的烟道气和灰分颗粒的产物被加到分离器47中。该分离器分离出粗灰分加到热解炉43中，分离出一部分在灰分除去系统中处理。由分离器47分离的含热细灰分和热烟道气的物流加到干燥器41中。

通过输送管44从热解炉中排出的可燃气体基本上是干净的灰分;因此，这些气体可在燃烧器48中彻底地燃烧。极小的灰分积聚出现在燃烧室和锅炉49的热交换表面上。由于这个原因，锅炉的效力不受相反的影响，用于清除热交换表面积垢的停工时间也降低了。

由于进入热解炉反应器43的页岩已经在干燥器中干燥和加热，仅需较少的热量通过分离器47来的粗灰分提供。从而，加热炉可在较低的温度下操作，因此使用本发明的发电厂排放的二氧化碳减少了。然而，既使如此，该加热炉的温度也可以调节，以使足够的碳酸盐在热解炉中分解，以保证用从热解炉产生的颗粒对在离开热解炉的可燃气体的燃烧过程中的硫的吸收。这种吸收是有效的，因为锅炉49的燃烧室中的温度对这样的反应是最佳的，例如，发生CaCO₃+1/2O₂+SO₂→CaSO₄+CO₂反应。此外，如果较好的话，从热解炉到锅炉49的燃烧室的颗粒可用来促进由在燃烧室中富含硫的其它燃料燃烧产生的硫的氧化物和/或其它硫化物的吸收。

尽管本发明在利用劣质燃料如油页岩方面进行了描述，但是本发明也可适用于其它类型的劣质燃料如泥煤。此外，当本发明涉及油页岩或其它劣质固体燃料用热解炉的物料时，应当明白，该油页岩或其它劣质燃料可与其它富含硫的燃料（如残渣油）混合或直接加到热解炉中。在这种情况下，从热解炉来的颗粒可有效地用于吸收在热解气燃烧过程中的硫的氧化物和/或其它化合物。上面提到的其它富含硫的燃料可以是固体、液体或气体。然而，当该燃料与油页岩混合或引入到热解炉中时，只有固体或液体燃料是合适的。

如果所用的油页岩没有足够的量以提供空气喷射炉中所需的温度（目前，大约700℃被认为是最佳的），煤或其它燃料可加到空气喷射炉中以保证在需要的温度下操作。另一方面，或另外，进到空气喷射炉中的空气或气体可用从该空气炉中排出的废灰分预热。

除上面提到的燃料之外，其它的燃料也可使用。例如，废物衍生的燃料（RDF）以及未分离的废料也可使用。泥煤是另一种燃料的来源。

本发明也提供一种通过基本上脱除所有有机物质精炼粗磷酸盐（即在世界许多地方发现的含有大于约1-1.5%（重量）的有机物质的磷酸盐）的方法和装置。根据本发明，本发明说明书中披露的装置或美国专利4，211，606中披露的装置都可以使用。另外，在美国专利4，700，639中披露的装置（在此该专利中的内容作为参考文献）也可使用。目前，精炼粗磷酸盐的本发明的最佳型式是本发明中所披露的装置，其中热解炉将磷酸盐中所含的大多数有机物质转化成气体。

精炼粗磷酸盐的一般方法可处理有机物质含量仅到1-1.5%（重量）的磷酸盐。精炼结果可通过在约900℃温度下烘焙得到，从而使多数有机物质消耗掉。然而这种烘焙并不足以处理具有较高有机物质含量的磷酸盐。

根据本发明，精炼具有较高有机物含量的粗酸盐的较好方法是至少使用热解（1）和烘焙（2）两步法。根据本发明，首先对粗磷酸盐进行热解以将磷酸盐中含的有机物质转化成可燃气体，再从热解炉中排出可燃气体并使可用于燃烧，如图4和5所示。另外，该可燃气体也可供给非发电厂的燃烧室的使用装置。

在热解完成后，除去残留在热解炉中的磷酸盐，并在空气喷射炉中烘焙，较好地是该烘焙在约900℃温度的较高温度下操作，这样残留在磷酸盐中的任何有机物质都被烧掉，和/或在粗磷酸盐精炼过程中需要的这样高的温度的任何其它过程都可进行。因此，从空气喷射炉排出的磷酸盐将仅含有相对少量的有机物质，从而被精炼。

从空气喷射炉中排出的精炼的磷酸盐的一部分作为过程的产物抽出，而另一部分被加到热解炉中以便在热解过程中加热其中的磷酸盐。换句话说，从空气喷射炉中排出的已精炼的磷酸盐的一部分颗粒被加到热解炉中，该方法类似于本发明的上述实施方案中的将从空气喷射炉排出的灰分加到热解炉中的方法，或在美国专利4，211，606披露的装置为热解过程提供热量的方法。

图5表示的是本发明用于生产精炼磷酸盐和在应用设备中（可以是发电厂的燃烧室）使用的可燃气体的方块图。可燃气体的其它用途可以包括在可驱动发电机和产生动力的燃气轮机或内燃机如柴油机的燃烧室中燃烧的气体，或在化工生产线中利用该气体作为原料。

如果从热解炉到空气喷射炉的磷酸盐中的有机物质的量不足以使空气喷射炉在所需的高温度下操作，煤或任何其它燃料可以加入到空气喷射炉中从而保证该空气炉达到所需的高温。另外，从热解炉排出的一部分气体可加入到该空气喷射炉中以保证达到所需的高温。

在本发明的另一个实施方案中，许多工厂都可用来为应用设备如发电厂的燃烧室提供气体，或将该气体用于上述其它用途。当该气体用来为发电厂提供燃料时，一个或多个类似于在上述本发明的实施方案中的或在美国专利4，211，606中或美国专利4，700，639中所述的具体的油页岩加工装置可和一个或多个上面图5中用示意图描述的粗磷酸盐加工装置一起使用。在这种方法中，通常具有变化热值的粗磷酸盐可以被加工，使从粗磷酸盐加工装置排出的可燃气体加入到燃烧室中燃烧，在此一般具有合适稳定热值的从油页岩加工装置排出的气体也被加入其中。如果优选，可将由磷酸盐加工装置产生的气体或由油页岩加工装置产生的气体加入到分别的燃烧室中。

另一方面，如果某些粗磷酸盐具有合适的稳定的热值，那么这些磷酸盐也可在一个单独的或多个加工装置中加工，而具有变化热值的磷酸盐可在其它加工装置中加工。由这些加工装置中产生的气体可被加到共同的燃烧室中，或优选加到单独的燃烧室中。

另外，在粗磷酸盐和油页岩从相同或相邻层（通常页岩层在磷酸盐层的上面或下面）排出的时候，可用单一的传送带将油页岩和/或磷酸盐输送到适当的加工装置。在这种方法中，单独的传送带系统被取消。

本发明的方法和装置提供的优点和改善的结果，从上述本发明的优选方案中可明显地看出。各种变化和变型都没有脱离附加的权利要求书中所述的本发明的精神和范围。

Claims (15)

1、一种从固体燃料生产可燃气体的方法包括：

a)在热解炉中热解所说的燃料以生产所说的可燃气体和含碳物质；

b)在炉中燃烧从所说热解炉来的所说含碳物质以产生含有热烟道气和灰分颗粒的燃烧产物；

c)将所说燃烧产物分离成多股物流，其中一股含有粗灰分而另一股含有烟道气和细灰分；

d)直接将从所说的烟道气和灰分物流来的灰分加到所说热解炉中；和

e)用所说烟道气和细灰分干燥所说燃料以产生供给所说热解炉的干燥燃料，和冷却的灰分以及冷却的烟道气。

2、根据权利要求1所述的方法，还包括在所说燃料干燥后从烟道气中分离细灰分的步骤。

3、从固体燃料生产可燃气体的装置包括：

a）用于热解所说燃料以生产所说可燃气体和含碳物质的热解炉;

b）用于接受从所说热解炉中来的含碳物质并产生含有热烟气和灰分颗粒的燃烧产物的空气炉;

c）将所说燃烧产物分离成多股物流即其中之一含有粗灰分而另一股含有烟道气和细灰分的分离器;

d）直接将灰分从所说粗灰分物流送到所说热解炉的装置;

e）用所说烟道气和所说细灰分干燥所说燃料以产生供给所说热解炉的干燥燃料、冷却的细灰分和冷却的烟道气的装置。

4、根据权利要求3所说的装置，还包括用于从所说冷却的烟道气中分离所说冷却的细灰分的分离器。

5、根据权利要求3所说的装置包括利用所说可燃气体的应用设备。

6、根据权利要求3所说的装置，其中所说的应用设备是燃气轮机的燃烧室。

7、根据权利要求3所说的装置，其中所说的应用设备是内燃机。

8、根据权利要求3所说的装置，其中所说的应用设备是化工生产线。

9、根据权利要求3所说的装置，其中所说的燃料是油页岩。

10、根据权利要求3所说的装置，其中所说的燃料是废料衍生的燃料（RDF）。

11、根据权利要求3所说的装置，其中所说的燃料是未分离的废料。

12、根据权利要求3所说的装置，其中所说的燃料是泥煤。

13、根据权利要求1所说的方法，包括在内燃机燃烧室中燃烧所说可燃气体的步骤。

14、根据权利要求1所说的方法，包括在化工生产线中利用所说可燃气体的步骤。

15、一种精炼含有有机物质的粗磷酸盐的方法包括如下步骤：将粗磷酸盐引入到热解炉中使粗磷酸中的有机物质变的无效并产生可燃气体，将从热解炉中排出的物质在炉中加热从而产生热的精炼的磷酸盐和热烟道气，将所说的热磷酸盐的一部分加入到所说热解炉中，以及在粗磷酸盐引入到所说热解炉前用所说的热烟道气将其干燥。

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