專利名稱:碳的氣化的制作方法
本發(fā)明是涉及由含碳原料制備其主要成分是CO和H2的熱煤氣。該原料是粉狀的，借助于載氣，氧化劑和任選的爐渣生成劑被送入一個(gè)氣化室中。上述的原料在氣化室中部分燃燒和至少是部分氣化了。
目前人們能夠用幾種生產(chǎn)方法去制備其主要成分是CO和H2的還原氣或也叫做燃燒氣。這些生產(chǎn)方法是根據(jù)許多完全不同的原理和設(shè)計(jì)構(gòu)成的，但所有的這些方法都存在一定的缺陷。生產(chǎn)過程中所需的能量一般是通過輸送到空腔的燃燒室中的含碳原料與氧化劑的燃燒反應(yīng)所提供的。為了彌補(bǔ)生產(chǎn)過程中所需的能量，一定量生成的CO和H2必須通過燃燒反應(yīng)，生成CO2和H2O。其結(jié)果是造成了生成氣中的二氧化碳和水分的含量超過了所需要的含量。
在實(shí)施上述的碳的氣化方法中，為了使生成氣的組分能達(dá)到所需要要求，就必然要從生成氣中除掉部分二氧化碳的量。這就意味著要把氣體在被再次加熱之前必須冷卻下來。在某些生產(chǎn)方法中由于采用了低溫操作，因而生成了焦油和酚。這就又要求把氣體先洗滌后再次加熱，才能符合后續(xù)步驟所需的要求。
與上述的生產(chǎn)技術(shù)背景不同，本發(fā)明的主要目的是為了能得到一個(gè)制備其主要成分是一氧化碳和氫氣的熱的還原或燃燒氣的方法。所說的方法能控制好生成氣的組分和溫度，同時(shí)還提供最佳的熱能利用。
據(jù)本發(fā)明的方法能達(dá)到上述的和其他更多的目的。含碳原料在氣化室中是部分燃燒并至少是部分氣化了，之后，生成的混合物送入裝有一層固體塊狀含碳物質(zhì)的爐中;從氣化室中生成的混合物中的物理熱含量能在固體塊狀含碳物質(zhì)的床層上被用于降低生成氣中的二氧化碳和水分。據(jù)這樣的煤氣發(fā)生方法，通過適當(dāng)?shù)目刂颇苁钩鰻t的氣體中的組分和溫度適合后繼步驟所需的要求。
上述的固體塊狀物質(zhì)以焦炭為主。
氧化劑可以是由O2，CO2，H2O，空氣或它們的任意混合的氣體所組成。
據(jù)本發(fā)明的其中一個(gè)實(shí)例，是向氣化室送入過量的空氣和/或含有最高量大約20%H2O的氧氣，在室內(nèi)它們和部分的含碳原料發(fā)生了放熱反應(yīng)或自供熱反應(yīng)，從而生成了所需要的能量。
據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)例，是向氣化室提供外來的熱能。這種外來熱能是來自于在等離子發(fā)生器中被加熱的氣體。該氣體可選自O(shè)2，H2O，空氣，含有CO+H2+CO2+H2O的循環(huán)氣或是由上述的兩個(gè)或更多的組分所組成的混合氣。
據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)例，伴送氣體是由氧化劑組成的。
據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)例，用來伴送物料的和/或用作載氣的和/或用于提供生成煤氣中物理熱的水蒸氣，是部分或全部地由在裝置中的水冷卻部分的加壓冷卻系統(tǒng)的冷卻水受到加熱后生成的。
據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)例，由氣化室中生成的混合氣體中的物理熱含量，可用以把送入焦炭層的氣體中的二氧化碳和/或水轉(zhuǎn)換成一氧化碳和氫氣。
據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)例，整個(gè)的煤氣發(fā)生步驟是通過對(duì)在裝有焦炭的爐子前和/或后的氧勢(shì)的分析去控制的。
據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)例，爐渣分別由氣化室和裝有焦炭的爐子中排出。換句話說，所有的爐渣全部可以由裝有焦炭的爐子中排出。
據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)例，用于吸收硫的物質(zhì)是以粉沫狀注入到氣化室中和/或以塊狀送入裝有焦炭的爐子中。
據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)例，注入到氣化室中去的物質(zhì)是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的，以形成能保護(hù)氣化室內(nèi)壁的爐渣層。
本發(fā)明的其他更多的實(shí)例、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將在下列的說明書中詳述。
本發(fā)明的方法當(dāng)然不局限于每個(gè)爐子只配有一個(gè)氣化室，而且大多情況下，最好是由幾個(gè)氣化室與一個(gè)裝有焦炭的爐子組配。
在氣化室中進(jìn)行了大部分的氣化反應(yīng)，然后在裝有焦炭的爐中全部完成該反應(yīng)。這種方法具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。
其中一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是氣化反應(yīng)可以在高溫下進(jìn)行，一般總是在爐渣熔點(diǎn)以上，大約在1400度(℃)。然后，生成氣中的物理熱含量可以在后續(xù)的裝有焦炭的爐中用于進(jìn)行碳化反應(yīng)，該反應(yīng)在約1000度(℃)時(shí)中止。
如上所述，生成氣中的過量熱可有若干用途。例如，可允許在氣化室中生成的氣體中含有較高的二氧化碳含量。然后在焦炭爐中用該氣體中的物理熱含量把二氧化碳通過轉(zhuǎn)換反應(yīng)變成一氧化碳。
在氣化步驟中允許提高生成氣體中CO2含量的優(yōu)點(diǎn)是由此而形成的更高的氧勢(shì)能提高燃料和氧化劑進(jìn)行反應(yīng)時(shí)的反應(yīng)速率。與此同時(shí)，該方法的反應(yīng)控制范圍也就能更少地受到煙灰沉積的限制了。
另外一個(gè)使用過剩熱能的方法是把二氧化碳和/或水注入焦炭爐中。例如，通過利用含有高組分二氧化碳和水的已經(jīng)部分使用過的循環(huán)氣體去實(shí)施該方法。
焦炭層能發(fā)揮很多重要的作用，這已如上所述，并將在下文中繼續(xù)詳述。
焦炭層把從氣化室中出來的混合氣體中夾帶的所有焦粒和渣沫截住并且積集。當(dāng)焦炭層中的焦炭用廢了時(shí)，這些焦粒就可被回收，重新用于該過程因而能夠充分地高效地使用了燃料。
焦炭爐也起儲(chǔ)熱的作用，能平衡由氣化室中提供的熱量的變化，它同樣也起了儲(chǔ)炭的作用，能平衡所供的含碳物質(zhì)量和所供的氧化劑量的比例關(guān)系的變化。這可以反過來又減少了發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)，實(shí)際上是完全消除了這個(gè)危險(xiǎn)，因?yàn)榧词乖跊]有相當(dāng)量含碳物質(zhì)的條件下，把純氧氣送入氣化室也不會(huì)發(fā)生爆炸。大家知道發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)是一個(gè)非常嚴(yán)重的問題。
燃料或含碳原料是很均勻地送入裝置中。如果它是由粉狀固體物質(zhì)所組成的話，則可以據(jù)本發(fā)明的最佳實(shí)施例，用水蒸汽一起注入。
本發(fā)明的含碳原料可選用于油、煤、焦炭、木炭、煤氣、泥煤、木屑和它們的混合物。這就比已知的氣化方法有更多的經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗幸阎姆椒ǘ际艿剿x用的原料的限制。在某種程度上說焦炭的消耗是低的，因?yàn)檠趸瘎┰诘竭_(dá)熱的有反應(yīng)性的焦炭之前就已經(jīng)在氣化室中被這與含碳物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。
如果只有用燃燒熱作為反應(yīng)所需的熱量，那么，由于反應(yīng)的熱平衡，就會(huì)造成氣體中較高的二氧化碳含量。這已如前所述，必須在分離步驟中設(shè)法除掉二氧化碳。然而在本發(fā)明的方法中是不會(huì)存在這個(gè)問題的。當(dāng)作為氧化劑的氧氣和H2O一起被用于反應(yīng)時(shí)，若加入大約20%的水，則會(huì)進(jìn)行自供熱反應(yīng)。也就是說反應(yīng)能夠不斷進(jìn)行，但沒有生成過剩熱能。如果從外部提供熱能，則會(huì)取得過剩熱能了。如上所述，過剩熱能就能夠在焦炭層中發(fā)揮作用。因?yàn)槲覀兛梢岳秒娔埽醋詈檬鞘馆d氣通過等離子發(fā)生器內(nèi)的兩個(gè)電極之間的電弧加熱到相當(dāng)高的溫度上。在最佳實(shí)施例中，所用的載氣是氧氣和水蒸汽。然而，水蒸汽、H2O和氧氣的混合氣，純氧氣或者空氣都可以當(dāng)作載氣。
提供外部熱能后，就可以把使用過的含有高組分二氧化碳和水分的還原氣當(dāng)作氧化劑加以利用。
依據(jù)最佳實(shí)施例，這種方法可以通過測(cè)量生成氣在離開氣化室后，進(jìn)入焦炭層前和/或離開焦炭層后的出氣口上的CO2或O2的氣體分壓去控制。氣化室后的氣體分析，可以用于控制含碳原料的加入量和氧化劑之間的比率，也可以用于控制離開氣化室氣體的溫度。而焦炭層后的氣體分析，可以用于控制送入焦炭層的CO2和/或H2O的量。由此而生產(chǎn)出其溫度和組分均能滿足后續(xù)步驟要求的最終氣體。它可能是一種海綿一鐵方法，有多方面的效果。例如，它同時(shí)幾乎能取得最佳的能量消耗。
鑒于方法中的高溫操作，至少是部分的焦炭爐和整個(gè)的裝有噴嘴的氣化室必須用水將其冷卻。水冷卻系統(tǒng)在加壓下操作，最好是約5-6巴(bav)超大氣壓，以使受熱的冷卻水能變成可用作載氣和/或伴送氣的蒸汽。而在冷卻系統(tǒng)中的熱損失也因此能夠被回收加以利用。
氣化室應(yīng)該有堅(jiān)固的圓環(huán)形內(nèi)壁。因?yàn)閾?jù)本發(fā)明，送入氣化室的氣流和物料是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的，從而能使渣粒脫離氣流，而在氣化室內(nèi)壁上形成了保護(hù)性的爐渣層。爐渣層的厚度取決于在傳遞到冷卻裝置上的熱能和通過對(duì)流及輻射傳給爐渣表面上的熱能之間的熱平衡。過剩的爐渣通過爐渣溢流裝置逸出，氣化室的爐渣溢流裝置可以單獨(dú)安裝，也可以和焦炭爐的爐渣溢流裝置聯(lián)裝。爐渣生成劑和/或吸收硫的物質(zhì)破碎后，可以和含碳物質(zhì)一起注入氣化室，或者與這不同，和/或以塊狀與含碳的固體物質(zhì)一起送入焦炭爐，和焦炭一起構(gòu)成床層。
為了使從等離子發(fā)生器生成的熱氣體和所供的含碳燃料之間能出現(xiàn)迅速及有效的混合，就必須通過等離子發(fā)生器的孔口往氣化室送入熱的氣體。我們可以通過載氣在流過等離子發(fā)生器時(shí)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，粉狀燃料在進(jìn)入氣化室前的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和/或通過把等離子發(fā)生器和/或含碳物質(zhì)的輸料管是擴(kuò)展切線方向引入氣化室而達(dá)到上述的目的。由此，當(dāng)熱氣體一噴進(jìn)氣化室時(shí)就會(huì)擴(kuò)散膨脹，造成擾動(dòng)從而能大大地縮短了混合時(shí)間。
本發(fā)明將通過對(duì)實(shí)施本發(fā)明的方法，所采用的裝置附圖的描述得到更加充分的說明。
附圖展示了氣化室1，裝填焦炭3的爐子2。
氣化室1有一個(gè)用水冷卻的外套管4，和耐火磚內(nèi)襯5，氣化室最好是圓柱體，一般是一個(gè)焦炭爐和幾個(gè)氣化室組配。
焦炭爐有底部的出渣口6和頂部的出氣口7，通過爐頂?shù)臍饷芊夤┝涎b置8，向爐中送入塊狀的焦炭。氣化室1直接引入焦炭爐的底部，且與爐相連接。生成氣離開氣化室后進(jìn)入焦炭爐底，并向上流過焦炭層，最后由出氣口出爐。在所示的實(shí)例中，出渣口6是氣化室和焦炭爐共用的出渣口。
與氣化室配套的是至少要有一個(gè)噴嘴的等離子發(fā)生器，在所示的實(shí)例中，它是由等離子發(fā)生器9組成的。等離子發(fā)生器是用閥門裝置10與氣化室相連，氧化劑通過輸料管11送入等離子發(fā)生器，氧化劑可包括通過等離子發(fā)生器的載氣，或是單獨(dú)使用載氣。在等離子發(fā)生器中生成的擾動(dòng)的熱氣體，通過等離子發(fā)生器的孔口12送入氣化室。含碳燃料，最好是以粉狀，借助于伴送氣體，通過經(jīng)輸料管13送入同心環(huán)繞等離子發(fā)生器的環(huán)形間隙14，和/或通過噴槍15送入氣化室。其中噴槍15也可用來輸送任何添加物，例如爐渣生成劑。噴槍16、17是用于輸送必要時(shí)的附加的氧化劑，例如H2O或CO2，以利用生成氣體中的剩余物理熱，這也可用來檢測(cè)氣體中的組成和溫度。
緊靠焦炭層的氣化室的端口處插有第一個(gè)測(cè)量規(guī)管18，而在焦炭爐的出氣口7處上插有第二個(gè)測(cè)量規(guī)管19，它們是用來測(cè)定溫度和/或分析氣體的。
這兩個(gè)測(cè)量規(guī)管能用于指導(dǎo)調(diào)節(jié)所供的外來熱能和/或改變所供的物料量，從而使生產(chǎn)過程得到很好的控制。
該圖只顯示了實(shí)施本發(fā)明的方法所用的裝置的一個(gè)實(shí)例，當(dāng)然，其他的實(shí)例也是可取的。例如，等離子發(fā)生器或噴嘴可以安裝在氣化室的周邊，并以切線方向相接，以便能在氣化室中形成環(huán)流。甚至，為了便于爐渣的脫離，氣化室可以垂直方向安裝，或氣化室和焦炭爐分別有各自的出渣口。
權(quán)利要求
1.一個(gè)從含碳原料制備含有主要是CO和H2的熱煤氣的方法，其特征是該含碳原料是以粉沫狀和氧化劑以及任選的爐渣生成劑一起，借助于伴送氣體送入氣化室中，并部分燃燒和至少部分氣化；生成混合物被送入裝有一層固體塊狀含碳物質(zhì)的爐中，并在其中把從氣化室中生成的混合物的物理熱含量用于降低，通過該塊狀物質(zhì)床層的煤氣中的一氧化碳和水分；控制該煤氣發(fā)生過程，以使出爐的煤氣中的溫度和組成符合后續(xù)步驟所需。
2.由權(quán)利要求
1的方法，其中氧化劑是O2，H2O，CO2或是空氣或是它們的混合氣。
3.由權(quán)利要求
1或2的方法，其中所需的能量是通過向氣化室送入過量的空氣和/或含有最大限量約20%水分的氧氣，并使其與部分的含碳原料進(jìn)行放熱反應(yīng)或自供熱反應(yīng)而制取的。
4.由權(quán)利要求
1或2的方法，其中向氣化室提供外來的熱能。
5.由權(quán)利要求
4的方法，其中外來的熱能是借助于在等離子發(fā)生器中加熱的載氣提供的。
6.由權(quán)利要求
5的方法，其中的載氣是由O2，H2O，空氣，含有CO+H2+CO2+H2O的循環(huán)氣或由兩個(gè)或更多的上述組分混合的氣體所組成的。
7.由權(quán)利要求
1-6中任何一個(gè)權(quán)利要求
中的方法，其中伴送氣體是由氧化劑組成。
8.由權(quán)利要求
1-6中任何一個(gè)權(quán)利要求
中的方法，其中循環(huán)氣是用以注入粉狀含碳原料。
9.由權(quán)利要求
1-8中任何一個(gè)權(quán)利要求
中的方法，其中用以伴送物料和/或作為載氣的選用的蒸汽是部分或全部地借助于裝置中的水冷卻部分的增壓冷卻系統(tǒng)中的冷卻水的加熱而生成的。
10.由權(quán)利要求
5-9中任何一個(gè)權(quán)利要求
的方法，其中由等離子發(fā)生器生成的熱載氣在送入氣化室以前是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的，而粉狀含碳燃料是同心地圍繞該熱載氣一起送入氣化室。
11.由權(quán)利要求
1-10中任何一個(gè)權(quán)利要求
中的方法，其中由氣化室中生成的氣體中的物理熱含量是用以把注入到焦炭層的外來氣體中的二氧化碳和/或水分轉(zhuǎn)換成一氧化碳和氫氣。
12.由權(quán)利要求
1-11中的任何一個(gè)權(quán)利要求
的方法，其中煤氣發(fā)生過程是通過對(duì)混合煤氣焦炭的爐前和/或后的二氧化碳含量或氧勢(shì)量的分析加以控制的。
13.由權(quán)利要求
1-12中任何一個(gè)權(quán)利要求
中的方法，其中的爐渣是分別由氣化室和焦炭爐排出的。
14.由權(quán)利要求
1-12中任何一個(gè)權(quán)利要求
中的方法，其中由氣化室排出的爐渣送入焦炭爐，然后由此排出全部的爐渣。
15.由權(quán)利要求
1-14中任何一個(gè)權(quán)利要求
中的方法，其中吸收硫的物質(zhì)，以粉狀注入到氣化室和/或以塊狀送入焦炭爐中。
16.由權(quán)利要求
1-15中任何一個(gè)權(quán)利要求
中的方法，其中的氣化室中的原料是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的，以形成能保護(hù)氣化爐內(nèi)壁的爐渣層。
專利摘要
本發(fā)明是涉及到從含碳原料制備其主要組分是CO和H
文檔編號(hào)C10J3/46GK85101040SQ85101040
公開日1987年1月10日 申請(qǐng)日期1985年4月1日
發(fā)明者桑頓特律格 申請(qǐng)人:Skf鋼鐵工程公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan