本发明涉及一种含碳燃料的气化方法。 象煤之类的碳素物的部分燃烧或气化，包括在高温下这种物质与限定体积的氧气反应。在有诸如水蒸汽和二氧化碳或一些其他物质一类附加剂存在时，有利于这种反应的进行。气化产生一种气体，即所谓的合成气，它主要含有一氧化碳和氢气。另外，还产生一些不定量的其他气体（如二氧化碳和甲烷）以及各种液态和固体物质（如细灰粒）。一般来说，通常可以通过旋风集尘器组或分离器组，即采用洗涤冷却器的水洗系统，文丘里涤气器组，即过滤器组或静电除尘器组，或者它们的联合系统，使合成气中夹带的这种固体物从原合成气中除去。
来自气化器或气化区的原合成气，除含有上面提到的物质以外，还含有一些含硫气体（如硫化氢和氧硫化碳）以及少量的氨和氰化氢。在从象煤之类含碳燃料气化得到的合成气中，HCN、NH3和COS（氧硫化碳）的存在，使得如H2S和/或CO2之类的附加杂质的除去复杂化，并且产品质量和污染控制要求也会产生一些问题。虽然，如上所述，HCN、NH3和COS的含量是相当小的，例如，一般三种气体合起来小于总原合成气气流体积的1%，但是在使用此合成气前也必须对其进行处理。
因此，一个实用的和有效的除去这些杂质的方法就具有很大的经济重要性。因此，本发明的目的在于提供一种碳素物的气化方法，此方法能以实用和有效的方式除去这些杂质。
因此，本发明涉及到一种含碳燃料的气化方法，该方法包括以下步骤：
（a）在至少包括一个气化反应器的气化区内，部分燃烧粒状含碳燃料，生产出含合成气、粒状物质以及少量HCN、NH3和COS的气流;
（b）冷却上述气体流，在此除去至少大部分粒状物质，接着用有效量洗涤水溶液洗涤上述的气流，除去上述合成气中的HCN、NH3、COS和残余粒状物质，从而，生产出净化合成气和负荷洗涤液;
（c）在汽提区内，从至少一部分上述负荷洗涤液中汽提出大部分HCN、NH3和COS，生产出一种含HCN、NH3和COS的气体混物和一种汽提液体混合物，从上述汽提液体混合物和上述汽提区中，除去上述气体混合物;以及
（d）至少将一部分上述气体混合物引入到上述气化区中的至少一个气化反应器中。
当这种气体混合物引入到气化区中时，使上面提到的杂质基本转变为可处理的和/或有用的气体物质。在本发明的有利具体工艺中，至少把大部分汽提液体混合物送到洗涤区用作含水洗涤混合物。另外，粒状物质可以在它进入汽提区前与含水混合物分离，或者在它引入洗涤区前与汽提液体混合物分离。
例如用煤之类的含碳物质的部分燃烧来生产合成气，该合成气主要是一氧化碳和氢气，已众所周知，在“Ullmanns Enzyklopadie Der Technischen Chemie”，vol.10（1958），P.360-458中给出了一些已知方法的概括叙述。目前正在开发一些制备含氢气和一氧化碳气体的工艺。因此，在理解本发明必要的情况下，才叙述气化过程的某些细节。
一般来说，碳素物的气化是通过该物质与限定体积的氧气部分燃烧实现的，反应温度一般在800℃～2000℃之间，在1050℃到2000℃之间更有利。如果采用燃烧温度在1050～2000℃之间，所得到的产品就可以含有极少量的气体副产品，如焦油、酚类和可冷凝的烃类。含碳原料可能包括褐煤、烟煤、次烟煤、无烟煤、焦炭、木材和重质石油渣油。褐煤和烟煤是最好的碳素物。为了达到迅速而又完全气化的目的，固体含碳原料的初始粉碎是有利的。可以选择这种原料的粒度，以便使其喂入料的70%能够通过200目的筛子。气化最好是在氧气和水蒸汽存在下进行，氧气的纯度最好是不低于90%（体积），氮气、二氧化碳和氩气为允许杂质。虽然氧气和水蒸汽的体积比例一般可以选择为1∶5～150，但是本发明所采用的氧气和水蒸汽的比例与此大不相同。可以在与含碳物质接触之前将所用氧气加热，例如将其温度加热到约200℃～500℃。
气体反应器系统的诸部件不构成本发明的一部分，有关适用的反应器，叙述于British Patent Specification No.1501284和US Patent Specification No.4，022，591中。在反应器内，碳素物与氧气和水蒸汽快速反应，进行气化，从而获得高温。最佳线速度为10～100米/秒，然而也可以采用更高或更低的速度。对气化有效的压力可以在较宽的范围内变化，例如从1～200巴。停留时间可以在较宽的范围内变化，所叙述的停留时间一般为0.2到20秒，最好为0.5到15秒。
原料转变后，把包括氢气、一氧化碳、二氧化碳、水以及前面提到的杂质的反应产品从反应器中取出。温度通常为1050～1800℃的这种气体可能含有象灰和含碳固体之类的杂质。为了从这种气体中除去这些杂质，首先要冷却反应产品流。冷却气体流的各种完善技术已经发展起来了，这些技术的一般特征为使用废热锅炉以生产水蒸汽。旋风除尘器和其他适用设备可以用来从气体流中除去粒状固体物质。尽管这些设备可能有效的，然而最好是再进一步减少固体物质含量，为此，可以使气流通过洗涤区，在此用洗涤水溶液清洗。这个洗涤区可以包括一个或更多的洗涤段（即“洗涤器组”）。在此所用的“洗涤水溶液”这个术语包括但不限于水、各种过程物流和经过汽提脱除HCN、NH3和COS以后的溶液（即循环溶液）。这种洗涤水溶液中可以含有一些如选择性胺一类的物质，以有助于杂质的清除，并且可以加入氢氧化物调节PH值，从而达到最佳脱除效果。如果需要的话，在一级洗涤中，水可以用来除去HCN和NH3，和可以加入胺溶液用来除去COS。如果采用一级以上的洗涤时，可以将各级溶液在它们进入汽提区之前，相互混合也可以不混合。如果合成气流中的HCN、NH3和COS没有全部被除去，这时熟练的技术人员就可以调节洗涤水溶液的PH值、组成和用量以提供能使其基本上全部除去的有效量溶液。适用的洗涤装置已叙述于UK Patent Specification No826，209中。通过这种清洗处理。可得到一种几乎不含任何固体物质，温度在20～40℃之间的一种气体。
如上所述，这种洗涤水溶液除了可以除去气流中残留的粒状物以外，还可以除去大量的HCN、NH3和COS。本发明是以显著地减少待处理的或待清除的洗涤液中的HCN、NH3和COS为目的，针对污染的，或“负荷的”洗涤液的处理。在此所用的术语“负荷”只表示在洗涤气流后，含有一定量的一种或多种上述气体杂质的洗涤液或溶液。
更具体地说，将含有溶有HCN、NH3和COS的洗涤水溶液送入汽提区或汽提塔中，在此，从溶液中汽提出气体杂质。这个过程的有利完成是通过作为洗涤区排放流的顺流溶液，从洗涤区流到汽提区内，在汽提区内采用适当的设备，以从溶液中汽提出杂质气体。
在汽提塔中，可以通过加热方式、与不反应气体接触的方式或加热与气流相结合的方式对洗涤液进行汽提。汽提产生一种含有HCN、NH3和COS的气流。如上所述，汽提后的溶液可能含有固体物质，即固体粉末，这些固体粉末的含量从微量到约2～5%（重量）。这种固体粉末的含量可能决定溶液的最终处理或溶液的排除。汽提后的液体可以返回到洗涤区再次使用。
如上所述，无论什么情况，都可以通过加热或采用使不反应气流过（或两者结合）的方式对洗涤液进行汽提。若只用加热的方法来汽提洗涤液，就要提供足够的热量以释放溶解的气体。但没有必要在这种气体进入气化反应器前使其加热。实现这种方法的适用设备包括，例如常用的带有重沸器的填充塔和塔盘塔。一般，温度约为100～300℃，最好约为200～300℃，就足以释放出溶解的气体。
如果采用不反应汽提气体，这种气体要有适当的压力（例如3～5大气压），以使溶解的气体从洗涤液中除去。任何适用的汽提设备都可以使用，如填充塔或塔盘塔。各种不同设备（无论是通过加热方式、气流方式或两者结合的方式完成汽提的），都可以采用，在此由固体物质引起的堵塞可能是个问题。在任何情况下，任何适当的不反应气体都可以使用。这里所用的术语“不反应的”是指这种气体不与洗涤液不发生明显反应。在汽提条件下，适用的气体包括空气、水蒸汽、二氧化碳、氧气、氮气和一些惰性气体。其中水蒸汽是最佳的，由于它能为汽提过程提供热量，并且易于冷凝，从而得到一种比较浓的物流。熟练技术人员可以将汽提气的用量和速度调节到适当水平。如上所述，对于汽提而言，提供热量有助于汽提。
将汽提出的杂质气体与洗涤液分离，并将其送入气化反应器。如果在气化区内采用多级气化反应器，那么按需要或适宜可以把来自汽提区的杂质气体随意送入一个或所有的反应器中。若反应器在高压下操作，一般情况下，必须增加杂质气流的压力以便使其进入反应器。在此所用的适用设备已是成熟技术，因此，它不构成本发明的一部分。
现在参照附图通过实例更详细地描述本发明。该附图示意性地表示了本发明的流程，其中省略了象阀门，泵等一类的辅助设备。所有数值只不过是典型的或计算值。
因此，粉煤通过管路（1）进入煤干燥器（2），在此使煤干燥，适宜的温度约为220℃。然后，通过管路（3）将干燥煤排出并送入气化反应器（4），在此煤与氧气在约1500～2000℃和约35个绝对大气压下气化，其中氧气是通过管路（5）通入。气化产生的产品气从反应器的上部（6）排出，炉渣从反应器的下部通过管路（7）排出。气化产品借助导管（8）通过锅炉或热交换器（9）中，在此使气化产品冷却到约200℃。在锅炉（9）中，由管路（10）提供的水通过间接热交换被转变为高压水蒸汽，该水蒸汽通过管路（11）排出。将冷却的气化产品通过管（12）送入初除固体物质的装置，如一系列旋风除尘器（13），在此除去大部分粒状物质（烟灰）。然后进入洗涤塔（14），在此使冷却的气化产品与洗涤水溶液接触。由管路（15a）提供的水和/或循环洗涤水溶液，通过管路（15）供给洗涤塔（14）。在洗涤塔（14）中，洗涤液吸收气体流中的HCN、NH3和COS，并除去烟炱和残余的灰分。纯化的合成气从洗涤塔（14）通过管（16）流到进一步处理工序和/或回收工序，将含有溶解的气体、灰粒和烟炱的洗涤水从洗涤塔（14）的底部排出，并通过管（17）送到选择过滤区（18），在此可以除去烟炱和灰粒。将从过滤区（18）出来的洗涤液通过管路（19）送到汽提区（20）。汽提区（20）由一个塔盘式汽提接触器组成，在此液体进入塔的顶部，而不反应气体通过管路（21）进入塔的底部。在适当温度，如150℃下，可以采用水蒸汽作为汽提气体，以便一离开塔（20）和通过管路（22）时，就在此立即释放出杂质气体和水蒸汽以适应用压缩机（23）压缩，和然后通过管（24）直接送入气化反应器（4）中。气化器上的进料口可以是已有的用于引入其他反应物的口，也可以是专门用于引入含有HCN、NH3和COS气体的口。可以固定这些进料口，以便使上述物质最佳地转变为易于处理的物质。汽提洗涤液可以通过管路（15）返回到洗涤器（14）中，也可以通过管路（15b）排出。
在阅读了本发明对专用设备所作的说明之后，本专业的熟练技术人员将会理解：除特别情况外，可使用其他一些相当的和类似设备。在说明书和权利要求中所用的术语“区”的适用场合，包括为了提高效果或克服尺寸的限制等采用单个设备按系列操作的场合或将一个装置分成的多个单元的场合，例如：对多种不同的水溶液可以采用一系统的洗涤塔，至少将大部分“负荷”溶液送到一个或多个汽提塔中。当然，数单元平行操作也属于本发明的范围之内。
通过前面的描述和附图，本发明的各种改进对于本专业的技术人员将是显而易见的。所以这些改进也在本发明的权利要求范围内。