專利名稱：由固體燃料制造可燃氣體、合成氣體和還原氣體的方法和設備的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及由可再生的和礦物燃料、其他生物量、垃圾或煤泥制造可燃氣體、合成氣體和還原氣體的方法和設備，優(yōu)選地用于由這些按專利DE 4404673生產(chǎn)的裂解產(chǎn)物，在這種情況下，若使用裂解產(chǎn)物，在它們輸入反應器前盡可能將它們分離為固體和氣態(tài)產(chǎn)物，例如低溫干餾氣體和木炭，然后分別輸入反應器。
按本發(fā)明的設備可使用在動力設施、化學工業(yè)和冶金術(shù)中，以高效地制造可燃氣體、合成氣體和還原氣體，用于發(fā)動機、合成過程、礦石還原和生鐵生產(chǎn)。
存在相當多的氣化方法，它們基本上可分為固定床氣化、流化床氣化和引射流氣化三大類。在氣化設備中，在這里尤其是在按本發(fā)明的設備所屬的引射流氣化類的設備中，必須在能量方面和在氣化劑需求方面作出許多妥協(xié)。熔化礦物組分的引射流氣化器大多單級式運行，也就是說，所有參與氣化反應的介質(zhì)均輸入一個反應腔。因此，所有的介質(zhì)提高到高于燃料中礦物組分渣熔點的溫度水平。在具有耐火砌體的反應器壁以及具有冷卻屏砌襯的反應器壁的反應器中便是這種情況。在具有冷卻屏的反應器中，這在GSP引射流反應器中是典型的(見文獻〔1、2〕)，氣化氣體絕大部分顯熱散給冷卻壁。此外，在氣化氣體用水驟冷至水蒸汽飽和溫度的并流反應器中，不管是否有冷卻式反應器壁，均有很多的熱量被降為低的有效能水平。在具有冷卻式放熱器內(nèi)壁的情況下，以及在氣化氣體向上離開反應器和液態(tài)渣向下離開反應器的逆流式反應器的情況下，必須借助附加的熱或其至附加的燃燒器保持渣的排出。這些措施導致需要大量氧氣、降低氣化氣體的熱值并因而導致整個氣化過程低的放熱效率。但若不采取這些預防措施，則會破壞氣化器的工作，因為將不能保持渣的流動。
尤其在用氧作為氣化劑工作的引射流反應器中，反應組分的滯留時間很短。為避免在燃料短缺時氧氣燒穿砌襯，必須付出非常高昂的測量和監(jiān)控費用。
供給單獨裂解的燃料的引射流反應器的缺點是，裂解產(chǎn)物在供入反應器前被冷卻，除了熱損失外，為了氣體的置備和液態(tài)產(chǎn)物的處理需要昂貴的費用。
本發(fā)明要達到的目的在于建議一種方法和一種反應器，與先有技術(shù)相比它們在較低的平均溫度水平和較高的放熱效率下工作，并生成沒有碳氫化合物和氯化碳氫化合物(二噁烯，呋喃)的氣化氣體，它作為可燃氣體可利用來發(fā)電，作為合成氣體或還原氣體可利用于礦石還原的加熱階段中。
按本發(fā)明此目的通過權(quán)利要求1的特征達到。其他權(quán)利要求說明了本發(fā)明的實施例。按這樣的方式實施此解決方案，即，反應器設計為原則上將物理熱在只有最低損失的情況下保持在高的溫度水平以及利用于增加化學化合熱。為此，燃料和/或氣體在燃燒溫度下首先在燃燒器出口或燃燒室進口處使之旋轉(zhuǎn)，其結(jié)果是使熱的小渣滴朝壁離心分離并在壁上流向在燃燒室底部的渣池。與此同時，燃燒室壁保持在這樣一個溫度水平，即在它上面形成一個凝固的溶渣層，后來的渣在此渣層上流過并在其外側(cè)受(反射的)氣化氣體沖刷。
燃燒室底部有一中心孔，從小渣滴釋放的氣體作為浸沒射流從此中心孔排出并進入引射流氣化器。在壁上流下的渣收集在圍繞此孔的池中，渣池最好配備徑向排渣溝渠，以及渣平行于氣體流入引射流氣化器。在這里氣體出口設計為通道，借此使氣化氣體成層。于是達到了兩種目的。一方面使流出的渣朝在氣化器下端的水槽方向加速，另一方面向下排入氣化器內(nèi)的氣體保持較長時間作為射流，在這種情況下射流在水槽上方由于壓縮效應自行減速并向上轉(zhuǎn)向(反射)，以便接著平行于浸沒射流沿氣化器壁上升。含碳的粉狀燃料在還原條件下吹入下降的氣體射流中，起先被帶著下降，然后進入外套狀上升的氣體部分中，在這里設備的尺寸和流速設計為基本上使粉狀燃料氣化。
為了阻止上升的氣體部分與排出的射流反向混合，圍繞著氣體出口設一用耐熱鋼或陶瓷制的外套，粉狀燃料可借助噴管穿過外套供入。
上升氣體例如經(jīng)由導引裝置進入設備外殼與燃燒室外套之間的空隙內(nèi)，在這里造成熱平衡并通過氣化氣體出口離開此設備。
設備設有隔熱內(nèi)襯并優(yōu)選冷卻。
產(chǎn)生的氣體質(zhì)量高并能直接使用。
在上升的氣體進入熱平衡通道前，它例如在不穩(wěn)定工作狀態(tài)下可通過噴水或冷卻氣體驟冷。
下面借助于附圖
參照實施例進一步說明本發(fā)明。
在這里使用組合燃燒器1，它在低溫干餾產(chǎn)物通道4的進口接管處接收熱的氣態(tài)低溫干餾產(chǎn)物，包括霧狀的組分，如焦油、油、水和粉末，并通過扭轉(zhuǎn)器33引入燃燒室9。在組合燃燒器低溫干餾產(chǎn)物通道中設有用于將剩余焦炭、灰和添加物8輸入反應器的管子，以便將在燃燒室1內(nèi)熔化的礦物組分帶著一起扭轉(zhuǎn)、加熱和在燃燒室9內(nèi)以液體狀態(tài)朝壁拋擲。為了在灰熔點以上低于化學計量地燃燒為氣化劑，組合燃燒器1還有氧氣7或空氣3的輸入通道，它們以與低溫干餾產(chǎn)物相同的方向通過扭轉(zhuǎn)器33引入燃燒室9，用于與低溫干餾產(chǎn)物快速轉(zhuǎn)化為氣化劑和用于熔化殘余焦炭、灰和必要時添加物的礦物組分。為了防止在不冷卻的構(gòu)件內(nèi)進入過多的熱量，起動和加熱所需的點火燃料輸入裝置2、點火空氣輸入裝置5以及點火器及點火監(jiān)測器6一起裝在組合燃燒器內(nèi)，在那里這些構(gòu)件在穩(wěn)態(tài)的氣化作業(yè)時用另一些流動介質(zhì)保護。
也可以使用已知的用于燒煤粉的湍流式燒嘴。
燃燒室9在剩余焦炭、灰和添加物的礦物組分的熔點以上運行。燃燒室9的壁是導熱的，所以渣在壁上由于向外散熱凝固成一個保護層，以及基于燃燒室9內(nèi)的溫度在此保護層上流過液態(tài)的渣。反應腔10的底部設計為帶加工在上面的排渣溝渠12的集渣池，以便能構(gòu)成渣槽13，由于渣與氣化劑11直接接觸以及由于即使在穿過氣體出口34時也與氣化劑11并流，所以渣槽能始終保證渣的流動。在燃燒室9內(nèi)在低于化學計量的氣化條件下生成的氣化劑11，由于其調(diào)整為高的CO2及H2O含量，在吸熱的引射流氣化器14內(nèi)用作氣化劑。隨氣化劑11加入的顯熱利用來滿足粉狀燃料與氣化劑之間吸熱的氣化反應的需要。因此設有將粉狀燃料送入反應器的噴管15、17。氣化劑11作為浸沒射流16進入吸熱的引射流氣化器14并使夾帶的小渣滴18加速，使它們進入水槽19內(nèi)，并在那里凝固成能洗提的粒狀體。設有排渣口22、供水口21和水溢流口20，用于排渣和補充蒸發(fā)掉的水。它們與水槽19一起構(gòu)成吸熱的引射流反應器14的下部末端。
浸沒射流可以進一步穩(wěn)定化以及與反射的平行于壁呈外套狀上升氣體的方向混合可以防止，只要在氣體出口34下方設一用耐熱鋼或陶瓷制的外套35，粉狀燃料噴管15穿過此外套。另外的噴管17可位于其下面。
所設計的結(jié)構(gòu)通過在吸熱的引射流反應器14內(nèi)供入無氧的氣化劑11和要氣化的粉狀燃料以及通過500℃以上高的氣化溫度，保證在冷的反應器區(qū)內(nèi)不會發(fā)生氧化燒穿。
熱平衡通道26用于加熱在吸熱氣化過程被冷卻的氣化氣體23，在此通道內(nèi)必要時設有導引裝置24。它們使氣化氣流23產(chǎn)生渦旋，加強從燃燒室9的壁排出對流熱，使燃燒室內(nèi)壁冷卻到低于渣的熔點并由此造成由凝固的渣構(gòu)成的保護層。此外借助于冷卻裝置27加強對燃燒室壁的冷卻，它設有冷卻劑進口和出口28、29。為了將氣化溫度降低到應處于的500-1200℃之間，設置使氣化氣體驟冷的裝置30，在此裝置上安裝驟冷噴嘴31。氣化氣體經(jīng)有耐火襯里的氣化氣體出口25離開反應器。
采用另一種多級反應器的設計，可以顯著擴展反應器的應用范圍。例如，通過更換剩余焦炭/灰和粉狀燃料噴管8、15、17、部分組合燃燒器和驟冷噴嘴31，提供了可能性熔化外來的可能受污染的礦物質(zhì)，但也可以熔化礦石，以及氣化外來的細粒狀燃料，利用本身的可燃氣體或外來的用于計量的輸送氣體，或用不同的介質(zhì)如水、水蒸氣或冷卻氣體驟冷。
也可以提供一種收集從燃燒室9流出處于液態(tài)的熔體的槽的設計，它取代水槽19構(gòu)成吸熱的引射流氣化器14的下部末端。
為了化學及熱防護，反應器設耐火砌襯32。但它也可以用耐熱耐腐材料設計和具有耐壓至10MPa的外隔熱裝置。
為防止燃燒室9燒穿到吸熱的引射流氣化器14內(nèi)，熱平衡通道26的下部設計為圓錐形。
文獻〔1〕CARL/FRITZ“NOELL-KONVERSIONSVERFAHREN”EF-Verlag für Energie-und Umwelttechnik GmbH 1994〔2〕LUCAS u.a.“Ein Vergleich von Kohlevergasungsverfahrenunter Druck in der Flugstaubwolke”Chemische Technik 1988，Heft 7，Seite 277-28權(quán)利要求
1.由可再生的和礦物燃料、其他生物量、垃圾或煤泥通過在燃燒器內(nèi)按低于化學計量比添加氣態(tài)氧和/或含氧氣體在無機成分熔點以上燃燒成含CO2和H2O的氣化劑制造可燃氣體、合成氣體和還原氣體的方法，其特征為-燃料和/或氣體在進入燃燒室內(nèi)時造成自旋，燃燒時產(chǎn)生的液態(tài)擴物組分朝基本上垂直布置的燃燒器壁拋擲并與在這里產(chǎn)生的氣化劑分離；-氣化劑通過燃燒室底部的中心孔引入氣化反應器，以及在此過程形成浸沒射流；-分離的液態(tài)組分通過燃燒室底部的中心孔排出并作為小渣滴被氣化劑浸沒射流夾帶朝反應器底部加速，在那里聚集和從此底部導出；-在氣化器內(nèi)含碳的粉狀燃料供入氣化劑，在隨后的氣化反應過程中，二氧化碳還原為一氧化碳以及水蒸汽還原為氫；-氣體浸沒射流在反應器底部上方轉(zhuǎn)向，產(chǎn)生的氣化氣體在反應器上部排出，并通過后繼的除塵和化學凈化制備成可燃氣體、合成氣體或還原氣體。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征為燃料他熱地或自熱地加熱為300至800℃，在這種情況下產(chǎn)物在供入燃燒室之前分離為氣態(tài)和固體的含碳燃料，如低溫干餾氣和木炭，接著分別輸入此過程。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征為固體含碳燃料磨成粉狀燃料。
4.按照權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其特征為燃燒所需熱量的一部分通過與氣化氣體和/或可燃氣體、合成氣體或還原氣體的熱交換獲得。
5.按照權(quán)利要求4所述的方法，其特征為氣化氣體通過反應器壁與燃燒室外壁之間的空腔導引，并吸收要從燃燒室排出的部分熱量。
6.按照權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征為熱的氣化氣體在進入反應器壁與燃燒室外壁之間的空腔前或在此空腔內(nèi)冷卻。
7.按照權(quán)利要求1至6之一所述的方法，其特征為渣集中在反應器底部的水槽內(nèi)并由此處排出。
8.按照權(quán)利要求6所述的方法，其特征為冷卻直接通過用水、水蒸汽和/或冷卻氣體驟冷或借助于與反應器壁或其內(nèi)襯連接的冷卻面實現(xiàn)。
9.按照權(quán)利要求1至8之一所述的方法，其特征為外加的礦物質(zhì)和/或礦石添加在含碳的固體燃料中并在燃燒時熔化。
10.按照權(quán)利要求3至14之一所述的方法，其特征為外加的細粒燃料添加在粉狀燃料中。
11.按照權(quán)利要求1至10之一所述的方法，其特征為粉狀燃料優(yōu)選直接在燃燒室底部的下面通過一根或多根噴管吹入浸沒射流中。
12.按照權(quán)利要求1至11之一所述的方法，其特征為渣集中在燃燒室底部的一個集渣池內(nèi)，并通過排渣溝渠輸入中心孔。
13.實施按照權(quán)利要求1至12所述方法的設備，包括一個組合燃燒器(1)和一個設在其下面具有燃料和氣體(2、3、4、5、7、8)輸入裝置的燃燒室(9)，其特點在于下列特征a)在燃燒室(9)頭部設扭轉(zhuǎn)器(33)，燃料和氣體從組合燃燒器(1)經(jīng)過扭轉(zhuǎn)器向下引向位于燃燒室底部中央的氣體出口(34)；b)氣體出口(34)上端被一渣池(12)圍繞；c)在氣體出口(34)下方設有一個包括渣池(19)和排渣口(22)的吸熱的引射流氣化器(14)；d)在氣體出口(34)下方設延伸到氣化器(14)內(nèi)的粒狀燃料噴管(15)。
14.按照權(quán)利要求13所述的設備，其特征為在吸熱的引射流氣化器(14)上部區(qū)內(nèi)的氣體出口(34)被耐熱材料制的外套(35)圍繞。
15.按照權(quán)利要求13或14所述的設備，其特征為設上部粉狀燃料噴管(15)和下部粉狀燃料噴管(17)，其中上部粉狀燃燒噴管(15)穿過外套(35)。
16.按照權(quán)利要求13至15之一所述的設備，其特征為吸熱的引射流氣化器(14)被隔熱內(nèi)襯(32)圍繞。
17.按照權(quán)利要求13至16之一所述的設備，其特征為隔熱內(nèi)襯(32)相隔一個距離地圍繞燃燒室(9)，此間距構(gòu)成一個形式上為環(huán)形腔的熱平均通道(26)。
18.按照權(quán)利要求13至17之一所述的設備，其特征為隔熱內(nèi)襯(32)在燃燒室(9)的區(qū)域內(nèi)設冷卻裝置(27)。
19.按照權(quán)利要求13至18之一所述的設備，其特征為在環(huán)形腔或熱平均通道(26)內(nèi)設導引裝置(24)。
20.按照權(quán)利要求13至19之一所述的設備，其特征為在吸熱的引射流氣化器(14)的上部區(qū)內(nèi)和/或在熱平衡通道內(nèi)設驟冷裝置(30)。
21.按照權(quán)利要求13至20之一所述的設備，其特征為；渣池(12)設計成圓錐形并有排渣溝渠。
22.按照權(quán)利要求13至21之一所述的設備，其特征為燃燒室(9)底部設計為錐形以及引射流氣化器(14)有作為防燒穿裝置的反錐體，它相隔距離地圍繞燃燒室底部。
全文摘要
本發(fā)明涉及由可再生的和礦物燃料、其他生物量、垃圾或煤泥制造可燃氣體、合成氣體和還原氣體的方法和設備,其中,在輸入反應器之前它們盡可能分離為氣態(tài)和固體產(chǎn)物,例如低溫干餾氣體和木炭,然后分別輸入反應器,按本發(fā)明,反應器包括組合燃燒器、燃燒室、引射流氣化器、熱平衡通道以及水槽,其中組合燃燒器設有低于化學計量地燃燒氣態(tài)低溫干餾產(chǎn)物的裝置以及有將液態(tài)組分朝燃燒室壁拋投的扭轉(zhuǎn)器。液態(tài)的小渣滴落入水槽。粉狀燃料可與來自燃燒室的氣化劑吸熱反應成氣化氣體,剩余焦炭渦動,使之通過對流吸熱將燃燒室壁的溫度降到低于渣的熔點,在這種情況下,在燃燒室內(nèi)壁形成由固化渣構(gòu)成的保護層。
文檔編號C10J3/46GK1278292SQ98810657
公開日2000年12月27日 申請日期1998年10月6日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月28日
發(fā)明者博多·沃爾夫 申請人:博多·沃爾夫