CN1875087A - 用于从粉末去除有毒气体的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种系统和方法，这种系统和方法用于从被有毒气体污染的粉末去除该有毒气体。这种系统包括：被污染粉末的一来源(22、15、7、9)；一洗提组件(36)，该洗提组件用于从一批量被污染粉末去除至少部分有毒气体；连接装置(56)，该连接装置用于把所述来源与洗提组件流体连接，以便把被污染粉末从该来源输送至洗提组件；其中，洗提组件包括两个或多个洗提容器(30A、30B)，且连接装置(56)被设置成把所述来源选择性地连接到一个或多个洗提容器。

Description

用于从粉末去除有毒气体的系统和方法

技术领域

本发明涉及一种用于从被有毒气体污染的粉末去除该有毒气体的系统，还涉及一种对被有毒气体污染的粉末进行去毒的方法。

这样一种系统和方法可用于煤气化设备的干固体去除系统。

背景技术

在煤气化设备中，把被粉碎的含碳燃料例如煤转化成生成气，该生成气主要由合成气所构成。气化设备通常包括气化反应器或气化器，在该气化反应器或气化器中，被粉碎的含碳燃料在高压和高温条件下被气化。离开气化器的合成气可携带飞尘或飞渣或成灰成分，它们可由碱性金属氯化物、硅和/或铝氧化物组成。为了说明的目的，由合成气夹带的所有这些固体微粒均以术语飞尘来称谓。

为了获得澄清的生成气，可以把不需要的飞尘与气化设备的高压和高温侧上的气流分离开，然后，在处理掉之前对该飞尘进行减压并使它冷却。飞尘所夹带的或吸附于飞尘上的少量残留合成气被该飞尘所携带。为了补救这种不良的情形，飞尘在处理掉之前必须被去毒。尤其是，必须把残留的合成气从飞尘除去。

美国专利US 4,838,898中已经提出了一种用于从高温、高压的合成气流去除和处理飞尘的装置和方法。这篇美国专利描述了把飞尘与合成气流分离开，所述的合成气来自高温和高压下的气化器。利用呈旋风分离器形式的分离器来收集一批飞尘。这批飞尘随后在环境压力下被倾泄到一闭锁式漏斗中。这批飞尘从闭锁式漏斗经由连接装置被输送至一洗提容器(stripper vessel)，所述的连接装置呈气动输送管路的形式，该气动输送管路配备有排放阀。

在把这批量的飞尘保留在洗提容器中的同时，使低压氮连续流保持持续流到该洗提容器的底部中并继续向上流经该容器中的这批量飞尘。氮气流从飞尘去除合成气后，这些气体从洗提容器的顶部通过排气管路中的常开阀被排放。以这种方式在洗提容器中对这批飞尘进行处理，直到被排放的气体中的一氧化碳含量下降到低于一预定值。然后，将这批飞尘释放而处理掉。

在上面所描述的装置和方法中，必须把新近的飞尘收集到一新批中，在这期间，正在洗提容器中对前批进行洗提。

这就造成了某些最少量的粉末不得不被收集在每个批量中。为了这个目的，上述装置和方法使用了由蓄积器提供的中间蓄积容量，所述的蓄积器呈一中间收集容器和/或分离器的下部分和/或一闭锁式漏斗的形式，或者呈它们的组合的形式。

发明内容

根据本发明提供一种用于从被有毒气体污染的粉末去除该有毒气体的系统。这种系统包括：

-污染粉末的来源；

-洗提组件，该洗提组件用于从一批量污染粉末去除至少部分有毒气体；

-连接装置，该连接装置用于把来源与洗提组件流体连接，以便把被污染粉末从该来源输送至洗提组件；

其中，洗提组件包括两个或多个洗提容器，且连接装置被设置成把来源选择性地连接到所述洗提容器中的一个或多个。

为了说明的目的，术语“选择性地连接”被理解为意味着从两个或多个洗提容器中选择一个或多个洗提容器，并把被污染粉末的来源连接到所选定的洗提容器。

由于洗提组件包括可与被污染粉末的来源选择性连接的两个或多个洗提容器，因而，现在可以在第一个洗提容器中对第一批量进行洗提的同时，将作为第二批量的更多被污染粉末经过连接装置传送到另一洗提容器。这样，就不再需要用中间蓄积容量来收集第二批量，或者可至少减小该中间蓄积容量。应注意到，考虑到需要较短时间把所述来源与先前连接的洗提容器断开并把该来源连接到新选定的洗提容器，因而，仍需要小蓄积容量。

因此，如果来源配备有收集装置，该收集装置用于在收集的被污染粉末经由连接装置排放到洗提组件之前收集一定量的被污染粉末，那么，根据本发明的系统是有利的，因为在这种情况下，，与仅仅包含一个洗提容器的系统相比，减小了用于中间收集容器的所需蓄积容量。

该内容以下列方式被阐明。在操作过程中，可以在第一个洗提容器中对第一批量进行洗提，与此同时：

-把第二批量收集在收集容器中，并输送到洗提组件中的另一洗提容器；且随后

-把第三批量收集在收集容器中，以便以后输送到所述的第一个洗提容器。

例如，当使用两个洗提容器时，第一个洗提容器中的一批量可获得的停滞时间或停留时间(不考虑建立新连接所需的时间)大约两倍于收集新一批所需的时间。假定充分洗提一批量所需的停滞时间不受本发明影响，那么，这批的规模大小会是只使用一个洗提容器情况下的大约一半。

因此，可减小蓄积容量，或者可减小所提供的收集装置的尺寸大小。

这种收集装置可被设置成收集容器或收集漏斗的形式。优选地是，把收集装置设置成一闸容器(sluice vessel)的形式，以便从第一压力至不同于该第一压力的第二压力倾泄所述的批量。

在一优选的实施例中，连接装置被设置成从所述来源至洗提组件重力驱动输送所述批量，或者如果设置有收集装置的话，从该收集装置至洗提组件重力驱动输送所述批量。用此方法，不依赖气动输送管路的存在来实现所述批量的输送。

清楚地是，重力驱动输送的这种优点也在这样一个系统中被实现，在该系统中，洗提组件仅仅由一个洗提容器组成，且连接装置被设置成把所述来源连接至那个洗提容器，或者如果设置有收集装置的话，把该连接装置连接至那个洗提容器。

实际上，可通过把被污染粉末的来源设置成重力(gravitationally)高于洗提组件，来实现从所述来源至洗提组件重力驱动输送所述批量。当将该技术内容与上述系统相结合时，可以把竖直结构制造得较低和较轻，这是由于要被处理的批量小于具有单个洗提容器的那个例子中的批量的缘故。

根据本发明还提供一种对被有毒气体污染的粉末进行去毒的方法，其中，去毒包括从被污染粉末中至少部分地去除有毒气体，且这种方法包括以下步骤：

-提供洗提组件；

-把被污染粉末从来源输送至洗提组件；

-在洗提组件中从批量的污染粉末去除至少部分有毒气体；

其中，所提供的洗提组件包括两个或多个洗提容器，其中，把被污染粉末从来源输送至洗提组件的这个步骤包括：

-选定所述洗提容器中的一个或多个；并且

-把被污染粉末输送至所选定的一个或多个洗提容器。

与这些步骤同时进行地是，可在一未选定的洗提容器中去除前批量的被污染粉末的有毒气体。

附图说明

下文中，将通过举例的方式并参照附图对本发明作更为详细的描述，在这些附图中：

图1示意性地显示出了基于重力驱动输送飞尘的部分气化设备；

图2示意性地显示出了用于从飞尘去除合成气的系统，该系统包含一些平行的洗提容器。

在这些附图中，相同的附图标记涉及相同的部件。

具体实施方式

虽然根据本发明的系统能够应用于其它技术领域，但是，该系统和其操作通过例子被描述为部分气化设备。

参照图1，图中示意性地显示出了煤气化设备中的一飞尘分离段，该飞尘分离段包括一重力驱动输送飞尘的结构布置，以便通过处理系统来去除有毒气体。

呈气化器3形式的反应器被提供来产生合成气。在煤气化设备中，这种合成气通常通过以在1000摄氏度至3000摄氏度范围内的相当高的温度，并且以大约1-70巴压力范围优选为7-70巴，在煤气化反应器中存在氧气或含氧气体的情况下部分燃烧诸如煤的含碳燃料而产生。气化器3可以是一立式长圆形容器，优选地是在燃烧器区域中呈圆筒形，且具有大致呈圆锥形或凸形的上端和下端，并且该气化器由用于循环冷却流体的一外层膜壁结构(图中未示)所限定。通常，气化器具有在径向相对位置中的燃烧器2，但是，这并不是本发明的必要条件。

在操作过程中，氧气经由管路5被引入到燃烧器2中，并且粉煤经由管路1被引入到燃烧器2中。在气化器3底部的一渣池中收集和冷却熔渣，并且经由管路9排出。热的原合成气以大约1250℃至大约1750℃之间的温度离开气化器3且通过一选择长度的笔直细长的骤冷管路8。骤冷管路8的内部形成一骤冷腔室，因此，原合成气和飞尘以及所携带的杂质在该骤冷腔室中被骤然冷却，优选地是在加工过程中从任何适当位置经过管路6把较冷的合成气引入到骤冷管路中。骤冷气体可以是从150℃至大约550℃。然后，骤冷气体经过一冷却器7或换热器7。换热器7优选地是多区段的交换器，经骤冷的合成气由管子中的流体进行冷却，并且该换热器在大致与气化器相同的压力下进行操作。

原合成气，现在在换热器7的低温段中被冷却到大约400℃至大约200℃这样一个温度，经由管路14到达一气体微粒分离器15，该气体微粒分离器优选地是呈用于去除飞尘微粒的一高温高压过滤器的形式，例如呈旋风分离器、烛形过滤器、或者依次为其中的一个或多个的形式。

合成气通过气体微粒分离器15，于是，留下合成气流中先前所夹带的飞尘而净化气作为生成气经由管路17排出。

在连续气化过程中，期望地是，在分离器15中使相当可观连续流的干固体飞尘微粒与合成气相分离。气体微粒分离器15的底部24可以被设计成一蓄积器，该蓄积器由此充当收集容器，用于收集一批量的被污染的飞尘粉末。也可以设置一单独的中间收集容器，该中间收集容器偏离气体微粒分离器15，与合成气相分离的干固体飞尘被排放到该中间收集容器。

当已经把中间批飞尘微粒收集在蓄积器和/或收集容器中时，该中间批飞尘微粒就通过管路20、通过常开阀21排放到一闸容器中，该闸容器呈一可压力隔离的闭锁式漏斗22的形式。

闸容器22可以被用作收集容器，以便收集一个批量的飞尘微粒。闸容器22也可以起唯一收集容器的作用，并担任用于接收来自分离器的相当可观连续流飞尘的蓄积器。

闸容器22被用作本飞尘处理系统的高压侧与低压侧之间的减压腔室，所述的低压侧是指闸容器22的下游。在正常操作过程中，当排放管路20中的阀21被打开时，预选量的飞尘就能够落到或被输送到闸容器22的顶部中，所述的顶部充满了气体例如氮，以便与本系统高压侧的压力大致相同。

在填充闸容器22期间，通过管路25和阀26来提供所充入的气体例如氮。把气体注入蓄积器24的底部中以及系统的其余容器中，这有助于抖松容器中的飞尘并且有助于把该飞尘从容器的锥形底部打松。这在本领域中被称作充气。

闸容器22通过连接装置与一洗提组件36相连接，所述的连接装置包括具有排放阀31的一排放或传送管路27，来自闸容器22的批量飞尘通过该连接装置被输送到一洗提容器30的顶部，所述的洗提容器30是洗提组件36的部分。

为了说明的目的，把上述气化设备和连接装置上游的部分认为是被污染粉末的来源。可以对被污染粉末的所述来源作出一些变型。

在图1所示的系统中，洗提组件36包含一单个洗提容器30。闸容器22还配备有排气管路32和阀33，借助于排气管路32和阀33，闸容器能够从它的高压状态被减压至它的基本为大气压的低压状态。此外，闸容器还配备有供氮管路34，在该供氮管路中具有阀35，并且该供氮管路与一氮供给源相连接，以便进行充气。此外，通过管路34和阀35来供给氮气流，从而，使得闸容器22中的装载物尽可能地保持松散。

在闸容器22的操作过程中，在供氮管路51中的阀52打开之前，随着该闸容器被倒空，阀21、31、33、35和52就被关闭。打开阀52，并把空的闸容器22增压至与供给管路20的压力大致相等的压力。然后，关闭阀52并打开飞尘供给阀21，于是，一定量的飞尘落到闸容器22中。可选地是，当飞尘降落时，打开供氮管路51中的阀35，以便使飞尘尽可能地保持松散。

如果此时闸容器22中的飞尘不足以构成用于输送到洗提组件36的一批量，那么，管路20中的阀21就会一直敞开着直到闸容器22中已经收集了足够的飞尘。

为了使现在容纳了一批量飞尘的闸容器22从它的高压状态减压至它的低压状态，将关闭供给管路阀21并打开排气阀33，以便通过管路32排放气体直到闸容器中的压力基本上处于大气压下。来自管路32的这种气体或一些气体能够传递至一张开部(图中未示)。在这个时候，打开飞尘排放阀31，从而使这批量飞尘落到洗提容器30中。为了这个目的，把闸容器22设置成重力高于洗提容器30。

随着全部的飞尘料从闸容器22被传送到洗提组件36，阀21、31、33和35被关闭，且供氮管路51中的阀52向一高压氮源敞开，从而使闸容器22再次处于它的高压状态。随着闸容器22中的压力与气体微粒分离器15中的压力大致相等，重复闸容器的操作过程，以便后继填充飞尘。

仍然参照图1，当一批飞尘从气体微粒分离器15移至闸容器22，并由此移至洗提组件36上时，少量合成气被飞尘主体携带、由飞尘主体夹带或被吸附于飞尘主体上。为了补救这种不良状态并且为了使飞尘主体去毒，洗提组件配备有净化装置，该净化装置被设置来向批量飞尘供给净化流体。在图1的系统中，这种净化流体被具体表现为连续流动的低压氮的形式，该低压氮通过管路40和敞开阀41流到洗提容器的底部中，并且向上经过存在于洗提容器中的批量的飞尘。在这个时候，关闭入口阀31，并且关闭与排放管路43流体连接的飞尘排放阀28。

向上经过洗提容器30中的批量飞尘的氮流从该飞尘去除合成气，然后把这些气体从洗提容器顶部通过排气管路45中的常开阀44排出。优选地是，利用本领域中已知的任何类型的一氧化碳分析器和记录器46对通过管路45排出的这些气体的一氧化碳含量进行测量和监测。当排放到一张开部的气体中的一氧化碳下降到一预定值例如10ppmv之下时，就关闭除氮管路40中的阀41。称重单元47和它的记录器48可被设置在洗提容器上，以便在洗提容器稳定之后测量和记录总重量。

然后，通过关闭阀44把洗提容器30与张开管路隔离开。然后，就打开飞尘排放阀28，此时，经洗提的负载被排放，以便进行任何种类的后续处理，这种后续处理可包括暂时存储在一存储筒仓中。在这个时候，飞尘的温度可低于100℃。可以对飞尘进行任何处理或进行所期望的利用。

如上所述，图1中所示的系统具有一洗提组件36，该洗提组件配备有一单个洗提容器30。然而，优选地是，洗提组件配备有两个或多个洗提容器，以便进行并行操作，这将参照图2作更详细地说明。

图2表示出了用于从飞尘去除合成气的优选系统。这个系统的特征在于包含两个或多个洗提容器30A和30B的洗提组件36，该洗提组件考虑到了并行去除飞尘。这个洗提组件可取代图1中所示的洗提组件。

以与图1相同的方式，把收集容器设置成闸容器22的形式，该闸容器22与具有阀21的飞尘供给管路20相连接。以与图1相同的方式，设置具有阀33的排气管路32，并设置具有阀35的供氮管路34和具有阀52的供氮管路51。在一下端部上，闸容器22配备有连接装置56，该连接装置使闸容器22与洗提组件36流体连接。

连接装置56包括其中具有阀31的排放管路27，该排放管路与分支单元55流体连接，从而形成从该分支单元55重力向上伸展的主臂导管(arm conduit)。从分支单元55重力向下被设置了两个分配器臂导管23A和23B，这两分配器臂导管23A和23B分别与洗提容器30A和30B相连接。分配器臂导管23A和23B配备有阀31A和31B。类似于图1，洗提容器30A和30B经由排放管路可排放至输送管路43，并且通过设置在排放管路中的阀28A和28B来控制排放。输送管路43可以通向一存储筒仓或任何可选的处理设备。

按照上面参考图1所描述的那样对闸容器22进行操作。在把所述批量排放至洗提组件36中以前，选定其中一个洗提容器30A或30B。然后，不仅打开阀31，而且根据选择打开设置在分配器臂导管中的阀31A或31B，以便把所述批量输送到被选的洗提容器30A或30B中。

除了它们的尺寸大小之外，洗提容器30A、30B在功能上可类似于洗提容器30。尤其是，洗提容器30A、30B的每一个被设置了一个或多个供氮管路(40A、40B)、阀(41A、41B)、称重单元(47A、47B)和它的记录器(48A、48B)。排气管路45A和45B被设置在洗提容器30A和30B的各自的顶部中，并且可以从洗提容器排放气体至一张开部(图中未示)。优选地是，以与参照图1所述的相同方式，利用一氧化碳分析器和记录器对通过管路45A和45B排出的这些气体的一氧化碳含量进行测量和监测。

一个完整的循环可以是如下所述。把第一批收集在闸容器22中，并在该闸容器22中进行减压。选定洗提容器30A，并打开阀31和31A，以便把所述批量的受污染的飞尘输送至洗提容器30A。然后，关闭阀31和31A，并把受污染的飞尘从合成气除去，例如，通过以与上述相同的方式进行净化。

在此期间，如上所述，使闸容器22进入它的高压状态，并准备把第二批输送至洗提组件36。在闸容器22中进行减压之后，选定洗提容器30B，并打开阀31和31B，以便把第二批量受污染的飞尘输送至洗提容器30B。然后，关闭阀31和31B，并把受污染的飞尘从合成气除去，例如，通过以与上述相同的方式进行净化。

仍旧在此期间，使闸容器22再次进入它的高压状态，并准备把第三批量输送至洗提组件36。在把该第三批量输送至洗提组件以前，必须终止对洗提容器30A中的第一批量进行除气，并且释放洗提容器30A中的第一批量，这可以以与参照图1所述的相同方式来进行。然后，再次选定洗提容器30A，并重复这个循环。

与图1的系统相比，闸容器的循环频率大约为两倍高(不考虑由于把来源与新的洗提容器断开和连接和/或对闸容器进行加压/减压所引起的“停滞时间”)。由于原则上含有生成气体的飞尘的产生不受这种干固体去除管路的影响，因而，可以把闸容器22的负载容量大致减半。此外，也可以把洗提容器30A和30B的负载容量大致减半。尤其当在闸容器22与洗提组件36之间利用重力驱动进行输送时，这是非常有利的，由于所要支撑的负荷显著低，因而只需较小高度的并且可以是很轻的竖直结构。

在一可选的实施例中，提供了两个并行的洗提容器，这样可基本允许省略掉与洗提组件相连设置的收集容器。在这种情况下，其中，当洗提容器30A或30B中的一个在洗提前批量时，其中的另一个承担收集一新批量被污染粉末的功能。如果洗提容器30A和30B也被用于从一个压力状态至另一压力状态排放所述批量，那么，就不得不对这两洗提容器作出一些小的修改。

由于操作的复杂性以及大量必须执行的步骤，这些步骤有些同时进行，有些则快速连续地进行，因而，采用一自动控制系统来执行本发明的飞尘收集和洗提工序。一可编程序逻辑控制器确认闸容器22何时已被倒空并且已与洗提组件36相隔离。

为了并排设置洗提容器30A和30B，两个分配器臂导管中的至少一个(23A和/或23B)包括倾斜段，该倾斜段在一非竖直的轨道(trajectory)上延伸。就任何非竖直的角度而言，阻碍了重力驱动输送的效率。为了防止在分配器臂中压紧飞尘，并且为了提高飞尘重力驱动输送通过分配器臂，可设置充气装置对倾斜段进行充气。这可以通过保持氮净化流流入分配器臂中来实现。

优选地是，倾斜段以与竖向成1度和30度之间的一角度延伸。当这个角度大于30度时，对有效的重力驱动输送而言，作用在飞尘上的重力拉力的竖直分量就变得太小。然而，当这个角度太小时，在闸容器22和洗提组件39之间就需要大的间隔。当这个角度对于每分配器臂而言，与竖向所成的角度在12度和20度之间时，这些效果就被良好地平衡。在图2所示实施例中，对于两个分配器臂而言，这个角度为15度。

优选地是，上述系统中的用于对干固体飞尘微粒的通过进行控制的任何一个阀被设置成一球阀的形式。

如果需要的话，可在闸容器被减压之后，利用氮流在该闸容器中进行一些洗提操作。

Claims (13)

1、一种用于从被有毒气体污染的粉末去除该有毒气体的系统，这种系统包括：

-被污染粉末的来源；

-洗提组件，该洗提组件用于从一批量被污染粉末去除至少部分有毒气体；

-连接装置，该连接装置用于把所述来源与洗提组件流体连接，以便把被污染粉末从该来源输送至洗提组件；

其中，洗提组件包括两个或多个洗提容器，且连接装置被设置成把所述来源选择性地连接到所述洗提容器中的一个或多个。

2、根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的来源包括收集装置，该收集装置用于在把所收集的被污染粉末经由连接装置排放至洗提组件之前，收集起所述的被污染粉末。

3、根据权利要求2所述的系统，其特征在于，收集装置被设置来收集批量的被污染粉末。

4、根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于，收集装置被设置成收集容器或收集漏斗的形式。

5、根据权利要求2、3或4所述的系统，其特征在于，收集装置被设置成闸容器的形式，该闸容器用于从第一压力至不同于该第一压力的第二压力倾泄所述的批量。

6、根据前述权利要求之一所述的系统，其特征在于，洗提组件配备有净化装置，该净化装置被设置来把净化流体供给到所述批量。

7、根据前述权利要求之一所述的系统，其特征在于，连接装置被设置成从所述来源至洗提组件重力驱动输送所述批量。

8、根据前述权利要求之一所述的系统，其特征在于，连接装置包括一分支单元，该分支单元包括一主臂导管和至少两个分配器臂导管，所述的主臂导管可与所述来源流体连接，所述的至少两个分配器臂导管中的每一个导管可与洗提容器中的一个容器流体连接。

9、根据权利要求8所述的系统，其特征在于，两个分配器臂导管中的至少第一个包括倾斜段，该倾斜段在一非竖直的轨道上延伸，优选地是以与竖向成1度和30度之间的角度延伸。

10、根据权利要求8或9所述的系统，其特征在于，所述的分配器臂导管的每一个配备有阀，优选为球阀，以便对粉末输送通过各自的分配器臂导管进行选择性地控制。

11、一种对被有毒气体污染的粉末进行去毒的方法，其中，去毒包括从被污染粉末中至少部分地去除有毒气体，且这种方法包括以下步骤：

-提供洗提组件；

-把被污染粉末从来源输送至洗提组件；

-在洗提组件中从批量的被污染粉末去除至少部分有毒气体；

其中，所提供的洗提组件包括两个或多个洗提容器，其中，把污被染粉末从所述来源输送至洗提组件的步骤包括：

-选定洗提容器中的一个或多个；并且

-把被污染粉末输送至所选定的一个或多个洗提容器。

12、根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在把被污染粉末从所述来源输送至洗提组件的这个步骤之前，把批量的被污染粉末收集在收集容器中，其中，把被污染粉末从所述来源输送至洗提组件的步骤包括把被污染粉末从收集容器输送至洗提组件。

13、根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，与所述的步骤同时进行的是，在未选定的洗提容器中对前批量的被污染粉末进行去毒。

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