專利名稱：：在高溫下且用外部能源的生物質和有機廢物的氣化設備的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及預處理過或未預處理過的生物質、和/或固體和/或液體和/或氣體有機廢物的氣化設備，以產(chǎn)生高質量合成氣體，即具有非常少的雜質且富含氫氣和一氧化碳。
背景技術：
：許多過程涉及生物質和有機廢物能量轉換以產(chǎn)生可轉換氣體。該氣體可以用于供給下游熱電聯(lián)產(chǎn)過程，或如果氣體的質量允許，可用作化學過程的反應劑，例如燃料合成(尤其是費-托(Fischer-Tropsch)型)。許多出版物描述了用于產(chǎn)生合成氣體的各種生物質氣化技術。因而，順流或逆流和增壓或非增壓固定床反應器是已知的。以下專利可以作為示例US4643109、US5645615或US4187672。一定量的可替換方案已特別展望用于增加用于該類型設備的碳裝料的轉換水平。然而，這些技術不能優(yōu)化該轉換，尤其是不能最小化甲烷和較重有機物質的形成，例如焦油。在文獻GB2160219中提供了另一示例。該文獻描述了采用等離子體炬的氣化過程以從諸如煤和泥煤的碳材料產(chǎn)生主要包括C02和H2的熱氣體。該碳材料以粉末形式與氧化劑同時引入燃燒室。碳材料通過圍繞等離子體發(fā)生器設置的環(huán)形導管或通過噴灑器引入氣化室，其中環(huán)形導管對應于與等離子體流同心的裝料的噴射模式，噴灑器對應于相對于等離子體流的裝料的橫向噴射模式。在該文獻中，氣化室具有圓柱形形狀。填充有固體碳材料床的罐具有幾乎垂直于氣化室軸的軸。它用于減少來自氣化室的氣體混合物的C02和H20的含量。專利GB2160219中闡述的設備的缺陷為設備與過程相關的顯著熱慣性。整個設備必須用大量耐火材料隔離，這導致顯著的附加成本，且增加設備的尺寸。該設備也具有顯著的慣性，導致等離子體炬的大的靈活性和反應區(qū)域的非常大的慣性之間的分離。此外，對該類型圓柱形氣化室，等離子體流和材料之間的混合是非常有限的，因為具有非常高粘度的等離子體流不穿透或幾乎不穿透所噴射的材料。由于具有非常高的溫度(和比等離子體平均溫度更高的溫度，即比非轉移弧等離子體炬中的5000K高很多，這由于用在炬內(nèi)部對中的電子弧對氣體加熱引起)且因而具有非常高的粘度的等離子體流的中心軸向部分以先前已知的氣化室形狀保持"不能接近"所噴射的材料，該混合物更加不理想。另外，上述一個或另一個類型的反應器的外推限于一定的尺寸和因而一定的處理容量。具體而言，氣體的熱點或優(yōu)選通道的發(fā)生構成超出一定尺寸的有害限制，這取決于許多參數(shù)，尤其是待處理的裝料的性質。增壓或未增加的、集成再循環(huán)回路或未集成再循環(huán)回路的流化床反應器也是已知的。例如，文獻US2004/0045279提出在氣化區(qū)和燃燒區(qū)之間產(chǎn)生差別的這種系統(tǒng)，其中，碳裝料和/或氣化產(chǎn)生的氣體的部分用于供給吸熱氣化變換所需要的能量。對應于該類技術的大多數(shù)過程具有與床的可能粘聚相關的溫度限制(~1000°C),尤其是根據(jù)待氣化材料的灰分含量。另一問題由于熱栽體流體或流化劑的再循環(huán)的系統(tǒng)腐蝕。因而，由于它們的生物質供應系統(tǒng)，這些過程遭受壓力限制。此外，它們受限的操作溫度不利于氫氣和一氧化碳的最優(yōu)產(chǎn)生。有必要進一步增加溫度，以促進氫氣和一氧化碳的形成。已經(jīng)提出了一些其它技術，例如在專利US6808543中描迷的技術，但在效能方面它們?nèi)韵鄬τ邢?。此外，為了控制使得待處理的料幾乎不可能流化的灰粘聚現(xiàn)象，該類型的反應器操作在適度的溫度，即低于灰的熔化溫度的溫度。在溫度上的該處理條件實際上導致了由該類型反應器產(chǎn)生的合成氣體的有限質量。具有主要由鹽或金屬熔池構成的反應媒介的反應器也是已知的。這些設備，如US6110239中所述的設備，利用這種池將碳裝料轉換成主要由一氧化碳和氫氣構成的氣體的能力。然而，這種過程需要使用通常難以控制且昂貴的耐火材料。此外，這種反應器在起動和停止時具有熱慣性，這導致有時對該過程使用非常有害的使用預防措施。壓力流反應器，例如專利US5620487和US4680035中所述的反應器，具有提供克服使用固定和流化床反應器的局限的方案的益處。這些設備通常需要對待處理的裝料6中溫度的處理和控制以及因而對耐火材料的選擇也必須給予特別的注意.文獻US5968212或DE4446803描述了可以控制雙組分耐火區(qū)和冷卻區(qū)的技術，以考慮熱約束。除了技術之間的該區(qū)別之外，已知的過程可以歸類為兩個主要的類別，即自熱設備(即，使用生物質和/或有機廢物的一些加熱動力以確保吸熱轉換的設備)和所謂的外熱過程(即，在此限定為使用包括生物質的系統(tǒng)外部的能量以確保轉換的過程)。外熱過程可以增加一氧化碳和氬氣的產(chǎn)量。所謂的外熱氣化過程可以使用例如天然氣的燃料或電。如果更適當?shù)刂辽俨糠质褂秒娮鳛槟茉?除了成本因素之外，溫室氣體的排放最小可以為決定因素)，尤其可以設想兩個加熱工具，即電弧，和帶有轉移或非轉移弧的等離子體炬。因而，已經(jīng)提出基于使用這些加熱工具的一些設備。例如，對電弧和等離子體炬可以分別引用專利US6173002和US5544597。這些設備的主要不利之一在于在氣化反應器出口處的普通氣體質量的持續(xù)性至少對于使用合成氣體作為實際反應劑供給化學過程是不能令人滿意的。該局限性主要由于難以確保生物質和/或有機廢物與以弧或炬水平產(chǎn)生的等離子體媒介的滿意的接觸。更具體而言，該接觸并不包括待轉換的整個流，且不構成與等離子體氣體媒介的充分混合物以完全有效。所有現(xiàn)有技術在使用和/或潛在能力局限性方面具有一定限制?？偠灾瑢γ總€當前已知的設備，遇到以下問題的至少一個，通常更多低材料產(chǎn)出(氫氣和一氧化碳)，需要使用昂貴的反應劑，例如氧氣，以防止所產(chǎn)生的合成氣體的任何稀釋(氮氣)，(焦油，等)的大量存在。于是，該氣體混合物的質量對用作下游化學過程(例如費-托過程)的合成反應劑來說太差，關于H2/CO比的控制的小的范圍，難以實施，尤其是在起動和停止階段，用過(磨損)的耐火材料對合成氣體的可能的污染，復雜控制，需要大量耐火元件以保護氣化反應器，關于耐火材料選擇的約束，以實現(xiàn)滿意的壽命/成本比，該選擇通常取決于灰分組分和反應器控制模式(熱周期的頻率)，在壓力下工作的難度，和轉換需要的高的反應媒介體積，這導致有害的反應器尺寸(就熱平衡和/或用于包裝反應器必要的耐火材料量而言)，和轉換凝固相(固體或液體)以及氣體的可能小的靈活性(這可能潛在地由于生物質和/或有機廢物的預處理引起)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提出可以克服現(xiàn)有技術設備遇到的所有或一些問題的設備。根據(jù)本發(fā)明的笫一方面，它涉及通過熱等離子體氣化材料的設備以產(chǎn)生高質量合成氣體，所述設備包括混合室或裝置，混合室或裝置允許至少一個等離子體噴流與待處理的裝料的均勻混合。為了考慮產(chǎn)生等離子體/材料混合物的難度(實際上，尤其是等離子體噴流的高粘度)，本發(fā)明采用用于確保待處理材料在等離子體媒介中的穿透和最長路徑的裝置。材料的噴射在趨于與等離子體媒介均勻化的區(qū)域中進行(待均勻化的是等離子體和待處理材料的混合物)。該噴射相對于等離子體噴流進行，從而穿透等離子體流或多個等離子體流(在多個炬的情況下)。例如，待處理材料的整個流以等離子體噴流的"水平，，噴射。此外，在噴射器(或數(shù)個噴射器)出口處的一個或更多的噴射軌道可以為線性或渦流(或二者的組合)，從而控制材料的停留時間。述的、尤其是專利GB2160219中所述的過程。如上所述，混合或氣化室優(yōu)選為球形或卵形，以實現(xiàn)等離子體和待處理材料在該室的有效均勻化且最小化熱損失。該形狀允許比用圓柱形形狀明顯更好的均勻性。通過與現(xiàn)有技術的結構相比，根據(jù)本發(fā)明的設備優(yōu)化等離子體反應媒介且減少轉換碳裝料必要的停留時間。因而，混合區(qū)中在壁處的損失可以在等離子體噴流的反應性(其中局部溫度水平非常高，存在不相關的或離子化分子)最佳地用于轉換的情況下是可接受的。在該技術水平，相對于現(xiàn)有技術設備，根據(jù)本發(fā)明的設備提出具有減少的尺寸和耐火材料的數(shù)量的反應區(qū)。本發(fā)明的設備的其它益處之一在于由該設備產(chǎn)生的殘余物體積等于或小于現(xiàn)有技術所述設備產(chǎn)生的殘余物體積。此外，由于它在原處玻璃化，殘余物是惰性的，因而使得能夠二次使用或較便宜的處置。本發(fā)明也提出兩個主要子組件的組合，即混合子組件或裝置(也部分確保裝料的預處理或至少裝料的預熱)和反應子組件或裝置?；旌涎b置包括用于定位用于噴射材料流的裝置和用于定位至少一個等離子體源以形成至少一個等離子體噴流的裝置，且形成所迷材料流和至少一個等離子體噴流的均勻混合區(qū)。以所述混合物流動方向在混合區(qū)下游設置的裝置形成所述材料和等離子體混合物的反應區(qū)。因而，反應器包括混合室和反應區(qū)或室。操作中，等離子體占據(jù)混合室體積的大部分，且在轉換期間，等離子體/熱氣體/熱顆粒的混合物行進到限定的反應區(qū)，從而防止可能引起不希望物質(例如甲烷或焦油)形成的密集溫度梯度的出現(xiàn)。根椐具體實施例，裝置可以感測或監(jiān)測反應區(qū)中的溫度，且溫度的該測量值可以用于在混合區(qū)中控制產(chǎn)品的噴射，以根據(jù)反應區(qū)的溫度形成對混合區(qū)和反應區(qū)內(nèi)壁的保護層。本發(fā)明也涉及通過熱等離子體氣化材料的設備，以產(chǎn)生高質量合成氣體，所述設備包括用于混合等離子體和待處理材料的室，包括用于定位噴射所述材料流的裝置和用于定位至少一個等離子體源的開口，且形成用于混合所迷材料流和至少一個等離子體噴流的區(qū)，用于所迷材料和等離子體的混合物的反應的區(qū)，所述區(qū)與所述室的開口連通且/人該開口軸向延伸，用于測量反應區(qū)中溫度的裝置，用于控制混合區(qū)中至少一種產(chǎn)品的噴射的裝置，使得可以根椐反應區(qū)中測量的溫度形成對混合區(qū)和反應區(qū)內(nèi)壁的保護層。本發(fā)明可以產(chǎn)生最小化或避免用于混合區(qū)和反應區(qū)的壁的常規(guī)和昂貴的耐火材料的使用的設備。實際上，適當?shù)暮褪芸氐谋Ｗo層的形成使得可以減少壁處的熱損失和壁的腐蝕現(xiàn)象，而不使用具體的耐火材料。反應區(qū)優(yōu)選地具有給予待處理裝料足夠的停留時間以完成化學反應的形狀和體積。該反應區(qū)也考慮由于這些轉換引起的氣體流的增加。混合區(qū)和反應區(qū)優(yōu)選為具有減少尺寸的物體。冷卻的壁也可以確保過程中非常低的慣性且因而改進的安全條件。反應區(qū)和/或混合區(qū)的壁可以包括或由金屬耐火材料構成。如前所述，混合區(qū)可以包括帶有具體形狀的室，尤其是球形或卵形，尤其適于最小化混合區(qū)的體積且因而最小化與外部的熱交換。反應區(qū)的出口可以配備有產(chǎn)生壓力釋放的裝置，例如噴嘴，以固定合成氣體。根據(jù)本發(fā)明的設備有利地包括至少一個或兩個等離子體源，等離子體源設置為將待處理材料和等離子體的混合物流朝反應區(qū)引導。根據(jù)上述實施例之一的設備也可以包括至少部分地用從氣化操作獲得的至少一種氣體供給至少一個等離子體源的裝置(氣體的再循環(huán))?？梢栽O置用于冷卻混合區(qū)和/或反應區(qū)的裝置?；旌蠀^(qū)和/或反應區(qū)也可以用構成保護層的材料涂層，例如耐火材料。用于凈化和/或清潔合成氣體的裝置可以設置在反應區(qū)的出口處。凈化和/或清潔裝置可以包括預浸區(qū)。這些裝置可以包括用于捕獲可冷凝材料的裝置。根據(jù)實施例，根據(jù)本發(fā)明用于材料氣化的設備可以包括分級設置的第一和至少一個第二氣化設備，其中這些設備中的至少一個是根據(jù)本發(fā)明的設備。本發(fā)明也涉及用于材料氣化的方法，所述方法包括將所述材料和至少一個等離子體噴流噴入混合區(qū)，其中所述材料和所述等離子體噴流相遇且混合，形成所述材料和等離子體的反應，然后在位于混合區(qū)下游的反應區(qū)中維持該反應?？梢栽诜磻獏^(qū)中測量溫度。才艮據(jù)反應區(qū)中的該溫度，可以控制產(chǎn)品在混合區(qū)中的噴入，以形成混合和反應區(qū)內(nèi)壁的保護層。待處理材料可以為至少部分固體和/或液體和/或氣體。例如，其為固體生物質和/或有機廢物和/或液體殘余物和/或氣體。該材料可以至少部分來自熱解和/或例如根據(jù)本發(fā)明的氣化處理，或來自其它已知類型過程。等離子體噴流可以通過至少一個非轉移弧炬形成。至少一個等離子體炬可以至少部分地由通過從氣化過程獲得的至少一種氣體供應，例如根據(jù)本發(fā)明的方法。用于形成混合區(qū)內(nèi)壁保護層的產(chǎn)品包括例如氧化物或碳化物。反應在混合區(qū)中起動且通過等離子體氣體分解促進。可以使用至少兩個等離子體噴流，從而將材料和等離子體的混合物朝反應區(qū)引導?；旌蠀^(qū)出口處的平均溫度可以在1000。C和2000。C之間，其中噴流的局部溫度可以在例如3000K和8000K之間。反應區(qū)中的溫度也在1000。C和2000。C之間。根據(jù)本發(fā)明的氣化操作可以添加反應劑氣體進行，反應劑氣體包括空氣和/或氧氣和/或蒸汽和/或一氧化碳和/或甲烷或這些不同物質的組合。因而，對根據(jù)本發(fā)明的設備的各種操作;f莫式可以進行各種調(diào)節(jié)。由于外部電源系統(tǒng)，根據(jù)本發(fā)明的設備和方法可以使氯氣和一氧化碳的產(chǎn)量加倍(與常規(guī)FICFB過程相比)。該技術也防止與氧氣氣化相關的二氧化碳和蒸汽的形成。本發(fā)明能夠從生物質和/或有機廢物生產(chǎn)氣體產(chǎn)物，該產(chǎn)物具有低于lmg/Nm3、甚至低于0.5mg/Nm3或0.1mg/Nm3的有機污染物(尤其是焦油)濃度。該純度水平使得它可用于合成，尤其是燃料合成。圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的設備。圖2A和2B顯示了根據(jù)本發(fā)明的設備的反應區(qū)的替換方案。圖3顯示了以非對稱結構的根據(jù)本發(fā)明的另一設備。圖4顯示了以分級結構的根據(jù)本發(fā)明的另一設備。具體實施方式結合圖1描述本發(fā)明的第一實施例。根據(jù)本發(fā)明的設備包括第一子組件1，或第一裝置，第一子組件1形成用于將待處理材料3、3，與一個或更多的等離子體產(chǎn)生設備2、2，的流(或噴流200、200，)混合的區(qū)。待處理材料可以為固體、液體或氣體。例如，它可以是細分的固體(尤其是:^體的情況1^)可以至少部-地來自待處理^料的處理或是待處理材料處理的副產(chǎn)物。當氣體再循環(huán)供給等離子體發(fā)生器2和2，就是如此，圖1的箭頭210和210，表示。氣體的再循環(huán)也可以來自本過程下游的步驟(例如，從費-托操作頭部氣體(headgas)再循環(huán)的情況下)。開口13、13，可以使用噴射裝置130、130，將待處理材料流噴射。在適于施加在該設備上的狀況的壓力時，將考慮它們的溫度性能和它們輸送受控流的能力。例如，在液體供應的情況下，這些噴射裝置可以包括噴霧器或能夠增壓的直噴嘴端。作為另一示例，在待轉換的固體情況下，可以使用增壓氣動輸運裝置。噴射裝置可以產(chǎn)生用于噴射待處理材料的軌道，該軌道是線性的、或渴流、或螺旋式；或從線性和旋轉運動的組合獲得的該材料噴射的軌道。優(yōu)選地帶有非轉移弧的一個或更多的等離子體炬2、2'設置在室周圍，以便能夠將等離子體噴入室中。和/或再處理之后)和/或從與它組合的下游過程獲得的氣體(再循環(huán))操作。也可以使用選定的反應劑(尤其是H20和/或C02和/或02和/或空氣)，可選地與先前氣體組合，以便在關于由本發(fā)明產(chǎn)生的氣體組分的可接受性(IVCO比、再循環(huán)氣體體積)和過程的收益性(尤其是關于材料平衡和能量平衡)的各種標準之間尋找滿意的折衷。例如，具體地，至少一個炬的供應可以用合成氣體流的小部分提供，合成氣體流在設備的出口處從根據(jù)本發(fā)明的處理獲得(由箭頭210和210，用虛線表示)，或通過從費-托反應獲得的所謂的"頭部"氣體(尤其是甲烷)獲得。根據(jù)炬的可接受性，也可以選擇以蒸汽形式或直接以12液體形式的水。優(yōu)選地，炬2、2'為非轉移弧類型。這種炬實際上不需要炬外部的反電極，且因而可以更換而不干涉混合子組件內(nèi)部。等離子體噴流水平處的溫度在幾千攝氏度量級(2000。C到3000。C或更多)。等離子體源和一個或更多噴射器可以設置為將待處理材料和等離子體混合物流向反應區(qū)引導。合區(qū)下游的反應區(qū)5a、5b的XX，軸線的對稱性。該反應區(qū)可以提供對裝料轉換來說足夠的停留時間，以便實現(xiàn)希望的轉換水平。這種對稱可以控制混合現(xiàn)象的復雜性且最小化壁上等離子體流的熱沖擊?？蛇x地，可以筒化導致等離子體氣體和待處理流的混合優(yōu)化的進口參數(shù)。然而，系統(tǒng)的非對稱性不應當禁止，因為它利于流的均勻性。裝置1和等離子體源的設置也可以將由炬輸送的等離子體流改向，以便等離子體氣體和待處理材料的混合物大體上在噴射子組件的出口處跟隨反應區(qū)5a、5b的縱軸線XX'。對稱也可以限制磨損的不對稱性，即區(qū)1內(nèi)壁遭受等離子體氣體流的腐蝕和/或磨損現(xiàn)象的不均勻分布。為了實現(xiàn)連續(xù)的優(yōu)化操作，可以提供能夠接收多個炬的設備、和可以隔熱進口12、12，之一的隔熱裝置。該結構可以維持炬，且同時允許導入混合子組件1的其它炬的操作?；旌蠀^(qū)1向下游通向反應區(qū)的第一部分5a?；旌蠀^(qū)的出口15通向該反應區(qū)5a，該反應區(qū)5a具有可以為例如來自炬的等離子體噴流200、200，匯合(在使用多個炬的情況下)獲得的共同等離子體流的軸線XX，。在其它實施例中，該軸線XX，可以從供應待處理流動的設備的軸線移開在僅使用一個等離子體炬的結構中尤其如此，例如圖2所示。例如，高溫計類型的裝置50可以感測或測量該反應區(qū)5a中的溫度。使用該溫度測量，例如在為此進行編程的電子設備或微型計算機52的控制下，以控制在混合區(qū)1中用于噴射產(chǎn)品4的裝置140，例如氧化物(例如特定地，MgO和/或FeO和/或CaO和/或A1203和/或Si02),以根據(jù)反應區(qū)5a中的溫度形成對混合區(qū)1和反應區(qū)5a的內(nèi)壁的保護層。箭頭55表示該控制。尤其是在待處理裝料的流率或性質波動情況下，或在構成待轉換裝用該控制。、應用于該設備的電力的調(diào)節(jié)可以為另一控制裝k?！?、在沒有該噴射時，自然沉積物將在設備的內(nèi)壁上形成，尤其是在含有灰分的裝料的情況下。該區(qū)5a中的溫度降低引起子組件1和5a、5b(而且60)的內(nèi)壁上的沉積物厚度的增加。形成的沉積物因而將引起壁處熱損失的降低。倘若沉積物的熔化溫度對相同的組分固定，該降低將繼而引起沉積物厚度的降低。為了消除該相關性，有利地根據(jù)上述模式和控制噴射產(chǎn)品，以調(diào)節(jié)沉積物的熔化溫度。該沉積物可以增加區(qū)或室1和區(qū)5a、5b的隔熱且防止熱損失。區(qū)l和5a、5b的內(nèi)壁的保護層也可以提供對腐蝕的保護。如圖l所示，裝置1可以具有配備有接口或開口或孔12、12，、13、13，、14的室的形狀，該形狀可以限制待處理材料和由一個或更多炬2、2'輸送的一個或更多等離子體流200、200，的流量。為了均勻化材料3、3，的供應，裝置或室1可以實現(xiàn)待處理材料流和等離子體噴流200、200，之間的最優(yōu)接觸。具體而言，室的形狀可以在由等離子體炬產(chǎn)生的噴流200、200，的體積中提供待處理和/或待轉換材料3、3'最親密的接觸。該親密接觸尤其由于引向或引入等離子體噴流200、200，的待處理材料的強制噴射。因而，在混合室中提供噴射，將材料軌道施加在由炬產(chǎn)生的離子化媒介中(溫度和組分的特性、和熱傳導性(軸向和徑向非均勻)使得它為非?；钚缘拿浇?。由于由等離子體氣體流動通過待處理材料的懸浮和由等離子體噴流200、200，與該材料的匯合產(chǎn)生的紊流，裝置l也可以均勻化等離子體氣體和待處理材料的混合物。此外，該均勻化通過通道截面(炬的截面和噴射子組件的截面之間)增加而增強，使得等離子體氣體的流速梯度均勻。待處理材料3、3'的流和等離子體噴流200、200，的流在相同的匯合區(qū)300中相遇，以便促使這兩個流的混合。在產(chǎn)生的混合物進入位于下游的反應區(qū)或子組件5a、5b之前，這也導致等離子體室1中反應的起動。等離子體媒介的分解的動力性質可以通過光學裝置確定或監(jiān)測。例如，該裝置可以考慮等離子體媒介中顆粒的密度。優(yōu)選地，該室也可以支持熱流中的可能的變化。這種變化可以在室內(nèi)壁上出現(xiàn)，且可能由于待處理材料流動供應中的可能的非均勻性和/或不連續(xù)性或由于系統(tǒng)的主動停止或由于系統(tǒng)的再起動。該主動停止應當具有相對快的動力性質，以便最小化整個設備不可利用的時間(年不可利用時間優(yōu)選為低于10%)。一個或更多等離子體炬2、2，的停止也可能發(fā)生，例如在加熱系統(tǒng)的旋轉維護的情況下。因而，該室優(yōu)選為支持內(nèi)表面100上預期的熱流變化的材料制成。例如，由金屬耐火材料制成，例如冷卻的耐火鋼。由常規(guī)耐火材料制成的室，例如磚塊或混凝土，將具有過高的制造成本(由于需要周期性更換)和過高的熱慣性，且將不可能快速地停止或再起動系統(tǒng)。室l可以配備有冷卻裝置。這些裝置優(yōu)選地圍繞室設置。例如，它們包括具有冷卻流體41循環(huán)的雙層外殼，例如增壓水。如下所述，這些冷卻裝置也可以用于冷卻反應區(qū)，尤其是該區(qū)的部分5a。必要時，該結構可以有利地用補充耐火材料(例如，碳化硅SiC)覆蓋，但由于在系統(tǒng)操作時保護壁的沉積物的存在而具有有限的厚度該補充覆蓋物可以吸收任何顯著的和突然的熱變化。室內(nèi)部和周圍環(huán)境之間的交換表面(與熱損失成比例的表面)優(yōu)選地盡可能小或至少選擇為使得設備的熱損失(包括室1的水平處的損失)不大于噴入功率的15%(且甚至10%)。從這點來說，球形形狀(在圖1的情況下)或卵形形狀是最優(yōu)的。如下結合圖3所述，該球形或該卵形形狀的直徑或最大尺度可以為例如幾百毫米量級，例如對幾兆瓦量級的功率在200mm和400mm或500mm之間。本發(fā)明可以在壓力下操作。這可以減少室1的體積(工業(yè)使用可獲得的或相容的體積可以基于上述提供的直徑指標計算)，且因而減少熱損失，且在與在下游采用增壓合成氣體的過程(例如，對操作在30bar左右壓力處的費托合成過程)組合的情況下可以節(jié)省可能的壓縮步驟。該供應裝置優(yōu)選地植入室的各個噴射孔12、12，、13、13，、14上，以便待處理流動與由炬輸送的等離子體流(或使用多個炬得到的總體流)的入射角可以最大化子組件的性能。特定地，例如，圖l顯示了可行的結構供應設備和炬位于相同的平面中，且供應系統(tǒng)和炬之間的角均為大約30。。也通向混合子組件1的開口14可以定位裝置140，使得化合物(或化合物的混合物)能夠與待處理裝料結合，該化合物具有確保在噴射子組件的內(nèi)壁上和反應子組件(部分5a和/或5b)內(nèi)壁上形成保護膜(或層)的物理化學屬性。如上所述，這些裝置40可以用直接基于子組件或反應媒介5a的溫度的反饋控制來控制。該化合物的添加尤其適于裝料的特性不能夠在滿意情況下被處理的情況，例如構成待處理流動的灰分不具有足夠靠近氣化反應器中必須使用的溫度的熔化溫度。反應裝置5a、5b或反應區(qū)緊鄰混合區(qū)1?；旌蠀^(qū)1的出口15直接終止于如圖1所示的所述反應區(qū)5a的進口處。如上所述，反應可以已經(jīng)在區(qū)1中起動。但材料和等離子體之間的反應的基本部分在第二區(qū)5a、5b中發(fā)生，其中材料比在相同區(qū)1中保持較長的時間。換句話說，該區(qū)可以主要改善在混合子組件1中開始的待處理流的轉換。為此，第二反應體積5b,優(yōu)選為顯著大于第一反應區(qū)5a的體積(例如，大10n倍量級，其中n大于或等于l),可以附接到第一體積5a。該第二體積可以延長反應區(qū)且因而延長希望的停留時間。取決于待處理或轉換材料流的性質，該反應子組件或該反應區(qū)5a、5b可以具有多個形狀。例如，它可以包才舌壓力流反應器，或自動坩堝式反應器，或旋風式反應器。優(yōu)選地，最少的常規(guī)耐火材料用于該反應子組件，且優(yōu)選為金屬耐火材料。該反應區(qū)可以被冷卻，以便允許從待處理裝料的處理形成殘余沉積物且保存受保護的金屬耐火材料。從這些沉積物獲得的固體硬皮或層形成熱保護且也形成腐蝕保護厚度。該冷卻可以用雙層外殼40、41和流體42的循環(huán)實現(xiàn)，如上對區(qū)1所述。有趣地注意到，反應區(qū)5a、5b的冷卻原理上應當導致顯著的熱損失。實際上，冷卻首先用作從待處理材料通量形成保護層或硬皮的裝置，保護層或硬皮提供隔熱和腐蝕保護，如上所述。該機制大致上限制了耐火材料的使用，在不使用該沉積現(xiàn)象時，耐火材料的數(shù)量將更大。反應區(qū)的部分5a可以具有發(fā)散形狀，如圖2A和2B所示。發(fā)散部分可以考慮待處理裝料的轉換產(chǎn)生的氣體體積的增加?？蛇x地，根據(jù)待處理流動的目的和性質，浸漬裝置可以從合成氣體凈化無機部分且固定其組分。這些浸漬裝置或子系統(tǒng)60位于補充本發(fā)明的元件70上游，使得能夠凈化和/或清潔由本發(fā)明設備產(chǎn)生的氣體。例如，裝置60包括發(fā)散噴嘴式元件61或具體的"淬火"系統(tǒng)(例如專利US6613127中所述的系統(tǒng))，其可以包含或可以不包含霧化系統(tǒng)，從而捕獲可冷凝材料(尤其是灰分)。慣性分離器70允許所產(chǎn)生氣體的凈化和/或清潔。以簡化的非對稱結構、帶有一個炬的本發(fā)明的替換方案在圖3中顯示。使用與圖l相同的附圖標記表示與圖l相同或類似的元件。在該圖3中，圖1的其它元件(用于供應待處理材料的裝置130、130，；用于供應可以形成保護膜的化合物的裝置140;回路210、210，；溫度測量裝置50;反饋回路55等)未示出，但也是該實施例的部分。在該圖中表示的尺寸作為500kW量級產(chǎn)生功率的指標提供如下山在150和200mm之間，d2在300和400mm之間，L！在500和3000mm之間，L2在1000和5000mm之間。炬的體積流率優(yōu)選為盡可能低(還是為了確保足夠的加熱功率同時限制使用大量的氣體)。作為指標，例如，該流率為低于100Nm3/h的目標值量級。如上文所述，該流率可以有利地由設備產(chǎn)生的氣體構成(再循環(huán))。對于該功率，該設備能夠轉換200kg/h量級的生物質流率(基于干標準)。對于幾MW的炬功率，例如大于2MW或5MW或甚至10MW,可以每小時處理幾噸材料，例如5噸/小時或更高，例如10噸每小時或更高。該設備的尺寸基于上文提供的指標調(diào)節(jié)。對于從第一常規(guī)氣化級(常規(guī)FICFB自熱過程)得到的氣體的后處理，施加的功率為1MW每噸待處理氣體量級。作為指標，對于具有大約5000K到7000K溫度的等離子體噴流，功能子組件中的平均溫度可以為大約1300。C到1500°C。17如圖1所示，作為指標，具有兩個炬的對稱設備的尺寸可以為對非對稱型式(圖3)提到的這些量級。炬的數(shù)量主要影響設備產(chǎn)生的功率，在該情況下，單個附加的炬配備混合子組件。更具體而言，炬的數(shù)量可以才艮椐過程要求(待產(chǎn)生的功率、容積管理(bulkmanagement)和維護等)調(diào)節(jié)。對大于實施例示例中提到的炬數(shù)，前述系統(tǒng)的大小量級應當考慮炬的單位功率和質量和熱流約束重新計算。其它可替換方案和結構是可行的。例如，根據(jù)該過程有關的具體約束，可以有利地產(chǎn)生單個或多個炬疊層，單級或多級供應，具有兩或三或大于三級。圖4顯示了具有多級供應的單炬組件。該組件實際上包括各根據(jù)本發(fā)明實施例之一產(chǎn)生的兩級230、250。組;可以增加待處理材料的處理容量。此外，第二級250可以完成第上級230可能未完成的轉換或處理。每一級包括待處理材料的開口13、13，、131、131，。圖1或3的其它元件未在該圖4中顯示，但每一級230、250具有圖1或3的結構。此外，每個混合子組件的炬數(shù)主要僅由子組件水平處的容積限定，因而可以實現(xiàn)相對高的功率。作為指標，可以使用各具有大約2MW或以上功率的炬(例如10或15MW量級)。本發(fā)明可以在高溫條件(例如在設備或氣化區(qū)5的核心處平均為1200。C到1500。C之間)下轉換生物質和/或有機廢物，從而最小化相對于熱動力平衡的偏差。該轉換用氣化劑(也稱為反應劑)進行，氣化劑通過開口3和/或3，和/或4引導或作為等離子體氣體通過炬2、2，引導。該劑可以為空氣、氧氣、蒸汽、二氧化碳或這些不同物質的組合，優(yōu)選為以可以在氣化設備中提供總體上減少的大氣的比例?？梢怨烙嫺鶕?jù)本發(fā)明的外熱過程相對于常規(guī)自熱過程的益處，尤其是在為了經(jīng)由費-托過程產(chǎn)生合成燃料的生物質氣化的情況下。取決于氫氣是否在下游設備的水平處增加(以便調(diào)節(jié)H2/CO摩爾比)，可以考慮兩個外熱結構。表I表示根據(jù)所使用的轉換過程獲得的材料產(chǎn)量(柴油燃料質量對為了產(chǎn)生該燃料需要的干生物質的比)。它對各種生物質氣化過程結構的大小量級比較材料平衡(相對于用于該過程的干生物質的量產(chǎn)生的石油等價物)。該表顯示根據(jù)本發(fā)明的外熱過程提供的益處。在表I中提到的用于比較的各個過程[1]到[4]如下[l]:FICFB或Choren過程，[2]:與第一步驟中產(chǎn)生的氣體合作、由根據(jù)本發(fā)明的后處理級完成的過程[l〗，[3]:根據(jù)本發(fā)明的過程，且其中輸入直接從生物質獲得，[4]:過程[3],其中引入補充氫氣流，以對大約2的H2/CO摩爾比優(yōu)化H2+CO的數(shù)量。對表I的情況[3]，表I的值基于CO和H2氣化反應器的生物質的LHV(低熱值，例如15到20MJ/kg)的三分之一平均需要量提供，其中該能量來自生物質本身(相應地折衷材料產(chǎn)出)或來自外部源(外熱過程)。為了能夠進行燃料合成，H2/CO摩爾比大約為2,這通過"氣體變換"或初始系統(tǒng)外部的氫氣供應引起調(diào)節(jié)。表I<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>本發(fā)明可以產(chǎn)生具有低于lmg/Nm3、甚至低于0.5mg/Nm3或0.1mg/Nm3的有機污染物(尤其是焦油)濃度的氣體產(chǎn)物。該最終純度水平使得它可用于合成，尤其是燃料或甲烷合成。最后，本發(fā)明可以高溫工作，這防止二惡英的形成，尤其是在廢物處理情況下。根據(jù)本發(fā)明的設備可以以非常少的耐火材料工作，但具有少的損失(小于20%或15%或10%)。特定地，本發(fā)明可以產(chǎn)生包含非常少的雜質且富含氫氣和一氧化碳的高質量合成氣體。權利要求1.一種設備，通過熱等離子體氣化材料以產(chǎn)生高質量合成氣體，其特征在于，所述設備包括用于混合等離子體和待處理材料的室(1)，室(1)包括用于定位噴射所述材料流的裝置且用于定位至少一個等離子體源的開口(12、12’、13、13’、14)，并形成用于所述材料流和至少一個等離子體噴流(200、200’)的均勻混合的區(qū)(300)，用于所述材料和等離子體的混合物的反應的區(qū)(5a、5b)，所述區(qū)與所述室的開口連通且軸向延伸。2.根據(jù)權利要求1所述的設備，其特征在于，它也包括用于測量反應區(qū)中溫度的裝置(50)，用于控制混合區(qū)(1)中至少一種產(chǎn)品(4)的噴入的裝置(52、140),使得可以根據(jù)反應區(qū)測量的溫度形成混合區(qū)(1)和反應區(qū)(5a、5b)內(nèi)壁的保護層。3.根據(jù)權利要求1或2所述的設備，其特征在于，反應區(qū)具有可以控制從混合區(qū)流出的材料和等離子體的混合物的壓力和溫度的形狀。4.根據(jù)權利要求1到3中任一項所述的設備，其特征在于，反應區(qū)在出口處可以配備有產(chǎn)生壓力釋放的裝置(60、61),以固定合成氣體。5.根據(jù)權利要求4所述的設備，其特征在于，固定裝置(60、61)包括預浸區(qū)。6.根據(jù)權利要求1到5中任一項所述的設備，其特征在于，反應區(qū)的內(nèi)壁由金屬耐火材料制成，有利地用保護層涂覆。7.根據(jù)權利要求1到6中任一項所述的設備，其特征在于，混合區(qū)(1)的內(nèi)壁(100)由金屬耐火材料制成，用保護層涂覆。8.根據(jù)權利要求1到7中任一項所述的設備，其特征在于，混合區(qū)(1)包括帶有球形或卯形形狀的室。9.根據(jù)權利要求1到8中任一項所述的設備，其特征在于，它也包括用于噴射待處理材料的裝置(130、130，)，使得可以形成待處理材料的噴射軌道，該軌道是線性的、或渦流的、或螺旋式；或從線性和旋轉運動的組合獲得的材料噴射軌道。10.根椐權利要求1到9中任一項所述的設備，其特征在于，它也包括至少一個等離子體源(2、2，)。11.根據(jù)權利要求IO所述的設備，其特征在于，至少一個等離子體源具有非轉移或轉移弧。12.根據(jù)權利要求10或11所述的設備，其特征在于，它也包括至少兩個等離子體源，至少兩個等離子體源設置為將待處理材料和等離子體的混合物流朝反應區(qū)引導。13.根據(jù)權利要求10或11或12所述的設備，其特征在于，它包括一個或更多的等離子體源和一個或更多的相應地設置的噴射器，以便將待處理材料和等離子體的混合物流朝反應區(qū)引導。14.根據(jù)權利要求1到13中任一項所述的設備，其特征在于，它也包括至少部分地用從氣化操作獲得的至少一種氣體供應至少一個等離子體源的裝置(210、210，)。15.根據(jù)權利要求1到14中任一項所述的設備，其特征在于，它還包括用于冷卻混合區(qū)和/或反應區(qū)的裝置(40、41)。16.根據(jù)權利要求1到15中任一項所述的設備，其特征在于，混合區(qū)和/或反應區(qū)也用耐火材料覆蓋。17.根據(jù)權利要求1到16中任一項所述的設備，其特征在于，它也包括在反應區(qū)的出口處凈化和/或清潔或分離有機和無機相的裝置(70)。18.根據(jù)權利要求17所述的設備，其特征在于，所述凈化和/或清潔裝置(70)包括用于捕獲可冷凝材料的裝置。19.一種用于材料氣化的設備，其特征在于，它包括分級設置的第一和至少一個第二氣化設備(230、250),其中這些設備中的至少一個是根據(jù)權利要求1到18中任一項所述的設備。20.—種用于材料(3)氣化的方法，其特征在于所迷方法包括將所述材料(3)和至少一個等離子體噴流(200、200，)噴入混合區(qū)(1)，其中所述材料和所述等離子體噴流相遇且均勻地混合，起動所述材料和等離子體的反應，然后在位于混合區(qū)下游的反應區(qū)(5a、5b)中實際維持該反應。21.根據(jù)權利要求20所述的方法，其特征在于，它也包括測量反應區(qū)中的溫度，根據(jù)反應區(qū)中的該溫度，控制產(chǎn)品在混合區(qū)中的噴射，以形成混合區(qū)內(nèi)壁的保護層。22.根據(jù)權利要求21所述的方法，其特征在于，待處理材料至少部分為固體和/或液體和/或氣體。23.根據(jù)權利要求20到22中任一項所述的方法，其特征在于，待24.根據(jù)權利要求20到23中任一項所述的方法，其特征在于，該材料至少部分來自待處理材料的處理。25.根據(jù)權利要求20到24中任一項所述的方法，其特征在于，等離子體噴流通過至少一個非轉移弧炬(2、2，)形成。26.根據(jù)權利要求20到25中任一項所述的方法，其特征在于，等離子體噴流由至少一個等離子體炬形成，所述至少一個等離子體炬至少部分地或全部通過從根據(jù)權利要求20到25中任一項所述的氣化方法獲得的至少一種氣體供應。27.根據(jù)權利要求20到26中任一項所述的方法，其特征在于，用于形成混合區(qū)內(nèi)壁保護層的產(chǎn)品包括氧化物。28.根據(jù)權利要求20到27中任一項所述的方法，其特征在于，反應區(qū)在混合區(qū)中起動。29.根據(jù)權利要求20到28中任一項所述的方法，其特征在于，它包括噴射至少兩個等離子體噴流，從而將材料和等離子體的混合物朝反應區(qū)引導。30.根據(jù)權利要求20到29中任一項所述的方法，其特征在于，混合區(qū)的溫度在1000°C和2000。C之間。31.根據(jù)權利要求20到30中任一項所述的方法，其特征在于，反應區(qū)中的溫度在1000。C和2000°C之間。32.根據(jù)權利要求20到31中任一項所述的方法，其特征在于，氣化操作借助于反應劑進行，反應劑包括空氣和/或氧氣和/或蒸汽和/或二氧化碳或這些不同物質的組合。全文摘要本發(fā)明涉及一種用于材料氣化的設備，所述設備包括用于混合等離子體和待處理材料的室(1)，室(1)包括用于定位噴射所述材料流的裝置且用于定位至少一個等離子體源的開口(12、12’、13、13’、14)，并形成用于所述材料流和至少一個等離子體流(200、200’)的均勻混合的區(qū)(300)；用于所述材料和等離子體的混合物的反應的區(qū)(5a、5b)，所述區(qū)與所述室的開口連通且軸向延伸。文檔編號C10J3/48GK101326268SQ200680046445公開日2008年12月17日申請日期2006年10月12日優(yōu)先權日2005年10月14日發(fā)明者J·-M·塞勒,M·布羅蒂爾,M·拉布羅特,P·格拉蒙迪,S·羅格,U·米尚申請人:法國原子能委員會;歐洲等離子公司