一种灰尘除气装置,所述灰尘来自于通过气化过程产生的合成气中,该装置包括主灰尘分离器(3)、组合容器(5)、气体交换装置(21)、灰尘储存装置(17);产生的合成气通过连接管(1)被导入到主灰尘分离器中,从主灰尘分离器中能获得除尘的合成原气流(2)和灰尘状固体(4),灰尘状固体在灰尘颗粒之间的间隙中尚包含合成原气;灰尘状固体被导入到组合容器中,该组合容器具有用于将灰尘状固体减压到较低压力水平上的装置,使得获得废气(19)并且余下在间隙容积中包含较少合成气体量的固体;设置用于将固体导入气体交换装置(21)中的运输装置(7),该气体交换装置包括气体交换容器(10)、灰尘分离器(13)、交换气体(11)的添加装置;气体交换容器能被减压到大气压力上;气体交换装置具有排出口用于至少部分地释放了合成原气的固体;气体交换装置具有向上定向的输送装置(12),在该输送装置中能调节向上定向的气体和固体流;输送装置具有开放的横截面、下部自由开口和上部自由开口;在输送装置的下端部的下方设置交换气体的、朝向下部自由开口的添加装置;灰尘分离器具有废气流的排出装置(18)和用于将释放了合成原气的固体导入气体交换容器中的、向下定向的连接结构(14)。
1.灰尘除气装置,所述灰尘来自于通过气化过程产生的合成气中,该灰尘除气装置包括主灰尘分离器(3)、组合容器(5)、气体交换装置(21)、灰尘储存装置(17);产生的合成气通过连接管(1)被导入到主灰尘分离器(3)中,从主灰尘分离器中能获得除尘的合成原气流(2)和灰尘状固体(4),灰尘状固体在灰尘颗粒之间的间隙中尚包含合成原气;灰尘状固体(4)被导入到组合容器(5)中,该组合容器具有能将灰尘状固体减压到较低压力水平上的装置,使得获得废气(19)并且余下在间隙容积中包含较少气体量的固体;其特征在于,设置用于将固体导入气体交换装置(21)中的运输装置(7),该运输装置为气动输送管(9),该气体交换装置包括气体交换容器(10)、灰尘分离器(13)、交换气体(11)的添加装置;气体交换容器(10)能被减压到大气压力上;气体交换装置(21)具有排出口用于至少部分地释放了合成原气的固体,气体交换装置(21)的排出口通过排出系统(16)与灰尘储存装置(17)连接;气体交换装置(21)具有向上定向的输送装置(12),在该输送装置中能调节向上定向的气体和固体流;输送装置(12)具有开放的横截面、下部自由开口和上部自由开口;输送装置(12)的下部自由开口位于气体交换容器(10)内、在底部附近;在输送装置(12)的下端部的下方设置交换气体(11)的、朝向下部自由开口的添加装置;灰尘分离器(13)连接成使得该灰尘分离器能从气体交换容器(10)被供给气体-固体流;并且灰尘分离器(13)具有废气流的排出装置(18)和用于将释放了合成原气的固体导入气体交换容器(10)中的、向下定向的连接结构(14)。
2.根据权利要求1的灰尘除气装置,其特征在于,在该灰尘除气装置中在过程流的任意位置上设置换热器,换热器构造为冷却器并且定位成使得其冷却面与灰尘状固体接触。
3.根据权利要求2的灰尘除气装置,其特征在于,在气体交换装置(21)中设置至少一个冷却器(15)。
4.根据权利要求3的灰尘除气装置,其特征在于,在过程流中在灰尘分离器(13)和气体交换容器(10)之间的连接结构(14)中设置至少一个冷却器(15)。
5.根据权利要求3的灰尘除气装置,其特征在于,在气体交换容器(10)中或在该气体交换容器上设置至少一个冷却器(15)。
6.根据权利要求1至5之一的灰尘除气装置,其特征在于,灰尘储存装置(17)具有压力补偿管(20),该压力补偿管与气体交换装置(21)的灰尘分离器(13)连接。
7.根据权利要求1至5之一的灰尘除气装置,其特征在于,气体交换容器(10)和灰尘分离器(13)构成一个结构单元。
8.借助根据权利要求1至7之一的灰尘除气装置用于对灰尘除气的方法,所述灰尘来自于合成原气,该合成原气通过气化过程产生并且通常包含CO、H₂、余烬颗粒以及灰尘颗粒;将产生的合成气通过连接管(1)导入主灰尘分离器(3)中,在主灰尘分离器中将绝大部分灰尘分离出来;在分离灰尘后将固体流(4)在保持压力水平的情况下导入组合容器(5)中,在组合容器中将固体流减压到较低压力上,使得获得废气流(19)并且余下在间隙容积中包含较少气体量的固体;其特征在于,从组合容器(5)中将固体流(7)借助输送气体(8)气动地导入到气体交换装置(21)中;在气体交换装置(21)内借助交换气体(11)产生固体循环流;并且将在此释放的残余气体(18)通过灰尘分离器(13)排出。
9.根据权利要求8的用于对灰尘除气的方法,其特征在于,在过程流中在灰尘分离器(13)和气体交换容器(10)之间的连接结构(14)中冷却灰尘。
10.根据权利要求8的用于对灰尘除气的方法,其特征在于,在气体交换容器(10)中冷却灰尘。
11.根据权利要求8至10之一的用于对灰尘除气的方法,其特征在于,在用于从组合容器(5)中将固体流(7)气动地导入到气体交换装置(21)中的气动输送管(9)中的输送密度小于灰尘状固体的堆积密度的75%。
12.根据权利要求8至10之一的用于对灰尘除气的方法,其特征在于,在气体交换容器(10)中处理一批物料的同时,在组合容器(5)中借助交换气体(6)的添加除去下一批物料的一部分间隙气体。
13.根据权利要求8至10之一的用于对灰尘除气的方法,其特征在于,将输入到组合容器(5)或气体交换容器(10)或两者中的交换气体(6、11)在气体交换过程期间连续地输入。
14.根据权利要求8至10之一的用于对灰尘除气的方法,其特征在于,将输入到组合容器(5)或气体交换容器(10)或两者中的交换气体(6、11)间歇地、周期地或脉冲式地输入。
15.根据权利要求8至10之一的用于对灰尘除气的方法,其特征在于,从气体交换容器(10)中将输入的交换气体(11)与至少一部分处于间隙容积中的合成原气一起间歇地排出。
16.根据权利要求8至10之一的用于对灰尘除气的方法,其特征在于,从组合容器(5)中将输入的交换气体(6)与至少一部分处于间隙容积中的合成原气一起间歇地排出。
17.根据权利要求8至10之一的用于对灰尘除气的方法,其特征在于,从气体交换容器(10)中将输入的交换气体(11)与至少一部分处于间隙容积中的合成原气一起在气体交换过程期间连续地排出。
18.根据权利要求8至10之一的用于对灰尘除气的方法,其特征在于,从组合容器(5)中将输入的交换气体(6)与至少一部分处于间隙容积中的合成原气一起在气体交换过程期间连续地排出。
19.根据权利要求8至10之一的用于对灰尘除气的方法,其特征在于,将输入到气体交换容器(10)中的交换气体(11)与至少一部分处于间隙容积中的合成原气一起在与循环的固体分离之后并且在离开气体交换装置(21)之后,或者将从组合容器(5)释放的气体(19),或者将这两种气体(18、19)输入到回收装置。
20.根据权利要求8至10之一的用于对灰尘除气的方法,其特征在于,将输入的交换气体(11)与至少一部分处于间隙容积中的合成原气一起在与循环的固体分离之后(18)并且在离开气体交换装置(21)之后,或者将从组合容器(5)释放的气体(19),或将这两种气体(18、19)输入到燃烧反应器。
21.根据权利要求8至10之一的用于对灰尘除气的方法,其特征在于,将输入的交换气体(11)与至少一部分处于间隙容积中的合成原气一起在与循环的固体分离之后(18)并且在离开气体交换装置(21)之后,或者将从组合容器(5)释放的气体(19),或者将这两种气体(18、19)首先输入到用于缓冲和均化的气体储存器。技术领域
本发明涉及一种用于灰尘除气装置,例如灰尘常常在煤炭气化反应中制造合成气时出现,在此各种纯度级的气体混合物称为合成气,这些气体混合物用于不同的化学合成并且通常在变化的组分中除了一氧化碳和氢气之外还包含二氧化碳、氮气、硫化氢以及其它成分。在此对灰尘进行完全除气,使得包含在灰尘中的有毒气体不再对环境构成威胁。在此获得的残余气体可以通过该装置来收集并且从系统中排出。通过本发明的装置能够利用尚包含在灰尘中的剩余热量和冷却获得的灰尘。在除气时,灰尘通过该装置从在煤炭气化反应中通常的较高压力水平减压到正常大气压力水平。本发明还涉及一种方法,借助该方法可以将灰尘从合成气中清除并且使灰尘完全或几乎完全除气。
背景技术
固体燃料如各种煤炭、泥炭、氢化残留物、余料、废料、生物物质和飞尘或者上述物质的混合物的热式气化在升高的压力和较高温度下进行,其目标为制造具有较高内能和/或具有有利于后续化学合成的成分的合成原气。合成原气加载有飞尘,飞尘来源于输入的燃料的灰分含量。飞尘为颗粒形式,这些颗粒在后续使用前必须被分离。在干式分离的情况下,例如在旋风分离器或过滤器中固体作为松散物料在从压力室排出之前通常是非常细粒的颗粒。在颗粒松散物料间隙容积中必然有气体,在此为合成原气,该气体与固体一起排出。在最终储存或运走固体之前,必须将固体减压并且除去尚处于间隙容积中的合成原气。US4,838,898A描述了用于净化来自于煤炭气化过程的合成气的相关现有技术。US2007/0084117A1给出了另一种用于合成气的生产过程,该生产过程引导从煤炭气化反应器获得的合成气依次通过用于与较冷的外界气体混合的系统、换热器和灰尘分离器。灰尘分离器可以配备冲扫用气体的输送装置。接着减压单元后面的灰尘分离器可以为多个,以便实现更大的流量。由此冲扫用气体可以在时间上重叠地穿流多批飞尘,以便在排空和填充容器时除去不希望的气体。分离过程被视为确定步骤的时间。已知方法规定穿流飞尘松散物料来排出残余的合成原气组成部分。在已知方法中需要较高时间花费的主要原因之一在于,在逆着重力穿流时由于飞尘很细的颗粒尺寸随着气体速度的增加通常形成被气体贯穿的通道。由于这种不均匀的穿流增加了为交换全部间隙容积中的气体所需的时间。在逆着重力穿流时基于细的颗粒和由此产生的高的流体阻力而存在着松散物料结块的危险,由此在从容器中出料或者运走时会产生问题。
发明内容
因此,本发明的任务在于提供一种装置,该装置将来自于煤炭气化过程的合成气的飞尘逐步降低到大气压力水平并且除去在飞尘中包含的合成气。通过借助该装置实施的方法,在排空过程或填充过程中聚集在减压和除尘容器中的气体也应可以被交换并且导回。本发明通过一种装置解决了对来自于通过气化过程产生的合成气的灰尘除气的任务,所述装置包括主灰尘分离器、组合容器、气体交换装置、灰尘储存装置;产生的合成气通过连接管被导入主灰尘分离器中,从主灰尘分离器中可获得除尘的合成原气流和灰尘状固体,灰尘状固体在灰尘颗粒之间的间隙中尚包含合成原气;灰尘状固体被导入组合容器中,组合容器具有用于将灰尘状固体减压到较低的压力水平上的装置,使得获得废气并且余下在间隙容积中包含较少气体量的固体;设置用于将固体导入气体交换装置中的运输装置,该气体交换装置包括气体交换容器、灰尘分离器、交换气体的添加装置;气体交换容器能被减压到大气压力上;气体交换装置具有排出口用于至少部分释放了合成原气的固体;气体交换装置具有向上定向的输送装置,在输送装置中能调节向上定向的气体和固体流;输送装置具有开放的横截面、下部自由开口和上部自由开口;输送装置的下部自由开口位于气体交换容器内、在底部附近;在输送装置的下端部下方设置交换气体的、朝向下部自由开口的添加装置;灰尘分离器连接成使得该灰尘分离器能从气体交换容器被供给气体-固体流;并且灰尘分离器具有废气流的排出装置和用于将释放了合成原气的固体导入气体交换容器中的、向下定向的连接结构。在该灰尘除气装置的一种方案中规定:在灰尘除气装置中在过程流的任意位置上设置换热器,该换热器构造为冷却器并且这样地定位,使得其冷却面与灰尘状固体接触。优选在气体交换装置中设置至少一个这样的冷却器。在气体交换装置中这种冷却器在过程流中有选择地设置在灰尘分离器和气体交换容器之间的连接结构中或直接设置在气体交换容器上,组合也是可能的。在该灰尘除气装置的其它方案中规定:灰尘储存装置具有压力补偿管,该压力补偿管与气体交换装置的灰尘分离器连接。气体交换容器和灰尘分离器也可构成一个结构单元。此外,本发明通过一种方法解决了对来自于通过气化过程产生的合成气中的灰尘除气的任务,所述合成气通常包含CO、H₂以及余烬颗粒和灰尘颗粒作为主要组成成分,其中,将产生的合成气通过连接管导入主灰尘分离器中,在主灰尘分离器中将绝大部分灰尘分离出来;将固体流在分离灰尘后在保持压力水平的情况下导入组合容器中,在组合容器中将固体流减压到较低压力上,使得获得废气流并且余下在间隙容积中包含较少气体量的固体;从组合容器中将固体流借助输送气体气动地导入到气体交换装置中;在气体交换装置内借助交换气体产生固体循环流;并且将在此释放的残余气体通过灰尘分离器排出。在该方法的其它方案中为了进行冷却而规定:在过程流中在灰尘分离器和气体交换容器之间的连接结构中冷却灰尘。也可以规定:在气体交换容器中冷却灰尘。在该方法的另一种方案中规定:在组合容器和气体交换容器之间的运输管中的输送密度小于灰尘状固体的堆积密度的75%。在该方法的另一种方案中规定:在气体交换容器中处理一批物料的同时,在组合容器中借助交换气体的添加除去下一批物料的一部分间隙气体。在该方法的其它作为替换的方案中规定:压入到组合容器或气体交换容器中或两者之中的交换气体在气体交换过程期间连续地或者间歇地、周期地或脉冲式地输入。在该方法的其它作为替换的方案中规定:输入的交换气体与至少一部分处于间隙容积中的合成原气一起间歇或连续地排出组合容器或气体交换容器。在所有情况下输入和排出彼此无关地既可以连续地又可以间歇地进行,这基于由此实现的运行中的方法灵活性而作为本发明的优点。该方法的其它方案涉及离开该装置的气体。在此可以规定:将输入到气体交换容器中的交换气体与至少一部分处于间隙容积中的合成原气一起在与循环的固体分离之后并且在离开气体交换装置之后输入到回收装置。同样还可以规定:将从组合容器释放的气体输入到回收装置。此外可以规定:将输入的交换气体与至少一部分处于间隙容积中的合成原气一起在与循环的固体分离之后并且在离开气体交换装置之后输入到燃烧反应器并且将从组合容器释放的气体输入到燃烧反应器。此外可以规定:将输入的交换气体与至少一部分处于间隙容积中的合成原气一起在与循环的固体分离之后并且在离开气体交换装置之后或者将从组合容器释放的气体或者将这两种气体首先输入到用于缓冲和均化的气体储存器。所描述的装置和方法的优点在于迅速和彻底地对煤炭气化过程中的飞尘除气。通过所描述的过程可以显著地减少飞尘除气所需时间。
附图说明
借助三个附图来解释本发明的装置,这些附图仅作为本发明装置的结构的例子。图1示出了该装置的设置用于对灰尘除气的整个部分,在合成气出口接管后面。图2示出了具有气体交换容器10和相配的灰尘分离器13的气体交换装置21。图3示出了具有集成的灰尘分离器13的气体交换容器10。
具体实施方式
将包含飞尘的、处于压力之下的合成原气1导入飞尘分离器3中,飞尘分离器可以构造成过滤器或旋风分离器。在此获得除尘的合成气2和飞尘4,将后者导入组合容器5中。在此不可避免,少量的合成原气在颗粒松散物料的间隙容积中一起进入组合容器5中。在组合容器5中,尚处于压力之下的飞尘被减压到较低压力水平。然后通过添加输送气体8将一批固体7经由气动输送管9输送到气体交换装置21的气体交换容器10中。为了对从组合容器5中输送出的固体进行体积补偿并且为了保持在飞尘排出时用作发送容器的组合容器5中的压力,向组合容器5中添加交换气体6。当向气体交换容器10移送该批物料时,在此这样地添加交换气体11,使得产生向上定向的气体-固体流12。该气体-固体流进入分离装置中,在分离装置中固体与气体分离,从而使固体14再次向下进入输出点方向,在那里通过气体添加11产生向上定向的气体-固体流12。由此产生固体循环,其可以通过气体交换容器10的几何形状并且尤其是通过气体添加11来控制。从固体释放的气体以连续或间歇的运行方式离开气体交换容器10。在现实中简单传统的穿流需要大量时间,因为基于极细的灰尘状颗粒仅可实现不理想的穿流。原因例如在于形成通道和形成栓塞。借助本发明的由净化气流和固体循环构成的组合在通过固体运动弄松的物料和输入的净化气体之间实现最好的气体交换。通过固体强烈的上升流使在间隙容积中的气体尽可能好地与交换气体接触并且混合。间隙容积中的合成原气成分的期望或说允许的剩余浓度可以通过固体循环次数与添加的气体量11相关地简单调节。在多数情况下,固体在从合成原气分离出来后具有这样的温度,该温度即使在运输到气体交换容器中之后对于储存或运走来说还是过高的。因此设置热传递装置,其在与循环的固体接触中将热量导走,从而调节出固体的目标温度。这在当前实施例中为热交换器15。从气体交换装置21中获得几乎被除气的飞尘,飞尘通过排出系统16导入到料仓17中。料仓17配备有补偿管20,该补偿管将在装料时排挤的气体导回到灰尘分离器13中。此外,从灰尘分离器13中获得残余气体18,该残余气体如同从组合容器5中获得的除尘的残余气体19一样被回收。图2涉及固体外部循环,在此借助添加交换气体11使向上定向的气体-固体流12从气体交换容器10进入灰尘分离器13中。在那里,固体从气体中分离出来,该气体由输入的交换气体11和颗粒松散物料间隙容积的气体构成的混合物构成。将气体混合物18输入到回收装置。分离的固体在重力方向上向下流向气体交换容器10的方向。在下降流中作为传热面积设置构造为板式传热器的热交换器15,以便导出固体的热量。图3示出了相同原理,只是具有内部循环,也就是说循环的固体流位于气体交换容器10内部。本发明装置的气体交换容器10在此配备了集成的灰尘分离器13。同样设置传热面积,以便冷却固体。为了进行热传递而设置两个构造成双层壁的、以套式冷却装置形式的壁作为热交换器15。在此传热面积在运行期间应沉入循环的固体中。其它例子涉及运行方式。在一种优选的方法方式中,组合容器5用于在气体交换容器10中处理一批物料时将下一批接收的物料首先减压到较低的压力水平上,排出空隙气体,然后在剩下的时间中借助气体输入6再次将其加压到较高压力水平上并且此后紧接着又进行减压。通过加压,在间隙容积中的合成原气份量变稀,通过减压,导走当前存在的一部分气体混合物。根据可使用的时间可多次重复该过程,使得此批固体在输送至气体交换容器10进行处理之前,就已经从间隙容积中排出一部分合成原气。由此减少了气体交换容器10中固体循环的次数,这缩短了循环时间。因此,尽管合成原气是单线路的,但也可以在单位时间内释放和冷却较大量的飞尘。容器在此称作组合容器5,因为它满足多个不同功能。一方面它用作闸门容器,以便在过程压力水平上按批接收固体物料并且将其减压到较低压力水平,此外它用作预净化级,以便借助循环的加压和减压提前从松散物料中去除一部分合成原气,并且,另一方面它用作发送容器用于气动输送至气体交换容器中的主净化级。交换气体6和11和输送气体8可以由惰性气体如氮气构成,但也可使用空气、二氧化碳或类似物。当例如将气体混合物流18输入到后燃装置时,则使用空气作为交换气体11可以是有利的并且附加地有助于减小惰性气体消耗。对于残余气体18和19的下游的、在此未显示的回收来说有利的是,主净化级准连续地运行,即仅在通过气动输送移交下一批物料的时间间隔中被中断。这导致出现残余气体18的气流在量上几乎恒定,其处理比间歇出现的量峰值的情况在工艺方面更加简单。预净化级的另一种有利的方法变型方案在于,不借助交换气体循环地对该批物料加压和紧接着的减压,而是在压力恒定的情况下对其加载连续流。由此减压气流峰值将会消失并且将对从预净化级和主净化级而来的残余气体18和19的气流的回收单元加载连续流。附图标记列表1合成原气2除尘的合成原气3飞尘分离器4飞尘排出端5组合容器6交换气体7被部分除气的飞尘的排出管8输送气体9气动输送管10气体交换容器11交换气体12向上定向的气体-固体流13灰尘分离器14固体15换热器16排出系统17料仓18残余气体19残余气体20补偿气体21气体交换装置