专利名称：两段煤气化工艺方法
技术领域：
本发明涉及含碳物质气化，更明确地说，本发明涉及将固体的含碳物质转化成燃值高的燃气产物。
对含碳物质(例如煤)来说，业已发展有三种基本的气化方法1)固定床气化，2)流化床气化，和3)悬浮床或夹带床气化，本发明涉及第三类悬浮床或夹带床气化方法。
夹带床气化固有的缺点是产生热煤气，为了充分利用煤的热值，必须从煤气中回收热量。众所周知，按照US2957381，US3000711和US3723345，可用水或蒸汽直接骤冷部分氧化的气化反应，或如US3025149所述，用间接热交换的方法，部分冷却气体流出物。然而，大量高温热在骤冷气体流出物时损失掉，却没有提高产生的合成气的可燃值。
夹带床气化的另一个缺点是它产生的超温煤气需要用普通热辐射水管锅炉来骤冷或冷却，以回收热量。因而，煤气在导入热回收锅炉前必须基本冷却，这样，大量有用的高温热基本上损失，此外，热辐射锅炉投资费相当高，因此，选用另一种适于夹带床气化过程的热回收锅炉是节约的需要。
夹带床气化方法另一个缺点是粘性炉渣微粒通过部分气化反应器，会污结回收装置传热面。
在煤气化器中，有些反应是放热的，有些是吸热的。煤气化过程放热反应产生的热可提供吸热反应所需的热量，这种煤气化方法是非常合乎要求的和能效高的。因此，本发明目的是提供一种放热反应器，使含碳物质与含氧气体部分地氧化，它与不燃烧的第二段反应器相连接，该反应器借助另外的含碳物质和水的反应，使吸热反应有效地进行，并产生高质量的合成气。本目的和其它目的可按照本发明下面所述来实现。
大体上说，本发明提供无催化的两段上升气流含碳燃料气化工艺方法，该方法可生产适于火管废热回收装置的无污结可燃气体。该方法第一段或第一步包括含氧气体流和初次供给的在液体载体中的微粒的含碳固体煤浆，在卧式燃烧成渣反应区，或第一段反应器中燃烧。该煤浆的固体浓度可以是30%-70%(重量)。使用卧式，面对的燃烧器喷嘴，可使卧式反应区内的燃烧温度达到2400°F(1300℃)-3000°F(1650℃)。卧式燃烧器喷嘴最好共轴，但不要求。氧，含碳固体和液体载体转化成蒸气，液体载体的气化物，炉渣，炭和可燃气体产物。反应器内形成的炉渣由于重力流到反应器底部，通过开孔，流出反应器。
在第二段或第二步中，来自卧式燃烧反应器的蒸汽，液体载体气化物，炭和燃气产物在第二段不燃烧的反应器中，与二次供给的液体载体中微粒含碳固体煤浆，进行接触，产生蒸汽，液体载体的气化物，合成气和气体流出物夹带的炭。这里所用的术语“不燃烧的”是指通过加入二次含氧气体流没有引起进一步燃烧，立式第二段反应器中没促进另外的燃烧，和诸如在卧式燃烧反应器中的放热反应。在立式第二段反应器中，吸热反应主要利用卧式燃烧反应器中，燃烧产生的热量。二次供给的液体载体中微粒含碳固体是通过喷嘴喷入立式第二段反应器中，用蒸汽或其他雾化气体可使微粒含碳固体煤浆雾化，并使反应更好地进行。喷射二次煤浆的位置在原喷射位置的下游，这样，可使卧式燃烧反应器排出的气体温度降低，并可更有效利用该过程产生的热量。因此，卧式燃烧反应器主要是氧化反应器，立式第二段反应器主要是提高燃气热值的骤冷反应器。二次供给的煤浆固体浓度是30-70%(重量)。立式第二段反应器的温度是1600°F(870℃)-2000°F(1100℃)。在本发明优选的实施方案中，立式第二段不燃烧的反应器直接与卧式燃烧反应器顶部连接，为了使热的反应物可直接从卧式反应器传送到第二段反应器，并使气态反应产物和夹带的固体热的损失减至最小值。直接连接的另一个优点是保持温度，防止形成的炉渣在第二段反应器中冷却和产生固体沉积物。
从立式第二段不燃烧的反应器顶部排出的合成气和气态流出物夹带的炭在旋风分离器中分离。从旋风分离器排出的炭与形成稀浆的液体载体混合。然后，稀浆在沉淀器浓缩成10-30%(重量)的固体浓缩物。此外，5-20%浓度的炭浆(以加到第一段的固体碳质燃料总量为基)最好与一个或多个微粒含碳固体流(包括初次供给卧式燃烧渣化反应器的)混合后，再加到卧式第一段燃烧渣化反应区，或再循环。
从分离器排出的气体产物进入高温热回收系统，通常，该设备应是热辐射锅炉或水管锅炉。但在这种情况下，上述锅炉的投资费非常高，因此，火管锅炉应具有能满足热回收操作要求的，必要的热交换能力，操作简便和投资费低，此外，附加蒸汽过热器可使效力增加。
无论如何，上述辅助设备仅在氧化燃烧反应操作和第二段不燃烧的反应的步骤能提供无污结气体流和合成气含有在高温下回收不成为问题的芳香烃化合物或煤焦油重烃时才有实效。该气体还含少量熔点较低，有碱性表面，会粘在锅炉传热面上，大小为小于5微米的炉渣微粒。这样，锅炉传热面会迅速污结，无效，最后堵塞。因此，实质上，本发明的方法提供无污结的气体产物流，并充分冷却，使粘性熔渣微粒更固化和粘性更小。为此，本发明应将气体产物流冷却到低于夹带的炉渣微粒的初始变形温度，使粘性熔渣能吸附在微粒含碳物质上。
附图概要表明实施发明优选实施方案的优选设备和工艺流程。
下面举例说明本发明应用的原理，但在任何情况下，不应解释成限定本发明的范围。
更准确地说，图Ⅰ表明包括氧或含氧气体(例如空气或富氧空气)的一次和二次气流，和初次供给的微粒碳质固体和液体载体的煤浆，分别通过混合喷嘴6和6a进入装置。混合喷嘴6和6a相对的分别位于卧式燃烧渣化反应器3，并通过10和11端外延。在卧式燃烧渣化反应器3内，进料流放热转化成蒸汽，炉渣，炭，液体载体的气化物，氢，一氧化碳，二氧化碳，少量包括甲烷，氨和硫化氢的其他气体，和少量夹带的粘性炉渣微粒。大部分形成的炉渣(可作付产品)从反应器3底部通过开孔2排入炉渣骤冷段和连续减压系统(没显示)。蒸汽，炭，半成气体和夹带的付产物离开反应器3向上流入第二段不燃烧的反应器4，二次供给的微粒碳质固体和液体载体通过喷嘴8喷入反应器4。反应器3产生的并向上传送的热可用来完成第二段不燃烧的反应器4内的吸热过程。吸热过程包括蒸发进料水，碳一蒸汽反应和CO和H2O之间的水煤气反应。碳一蒸汽反应产生CO和H，因而提高这些有用气体的产率。
在水煤气反应中，一氧化碳与水或蒸汽反应，产生二氧化碳和另外氢。在第二段不燃烧的反应器4内发生的反应使氧化燃烧反应放出的气体富集化，产生高品位的合成气，以此可回收燃烧反应放出的热量，使夹带炉渣的气体充分冷却到低于灰熔化的初始变形温度，并使夹带的炉渣吸附在微粒碳质物上。由于冷却到低于初始变形温度(2000-2100°F或1100-1150℃)，夹带的炉渣可自身粘合或粘附在微粒物质上，而不会粘在传热面上。
混合或双液喷嘴6和6a可供给雾化的微粒碳质固体浆料，有助于碳质固体的燃烧。优选的喷嘴是这种类型的，即有一个供煤浆中心管和一个环绕中心管，含有雾化气体的环形空间。喷嘴在内部或在外部通向一共同混合区，以使煤浆雾化。此外，第二段不燃烧的反应器4的喷嘴8也可以是上述类型的喷嘴。双混合喷嘴6和6a，和喷嘴8可以是本领域技术人员熟知的内部或外部混合型的。这种喷嘴样式和它们用于与本发明相似一种方法，是在待审查申请案No.039，493(87年4月16日提出申请)，和US4，679，733(87年7月14日公布)中所描述的喷嘴。
此外，如图所示，第二段不燃烧的反应器4的流出物送往旋风分离器5，在那里，流出物分离成固体流和合成气体流。气体流含有氢，一氧化碳，少量甲烷，H2S，氨，水汽或蒸汽，液体载体的气化物，氮，二氧化碳和少量微粒炭。固体流含固化灰和在第二段不燃烧的反应器4中形成的或由卧式反应器3带出的炭。然后，合成气送往火管锅炉14，由加水管线15供给的锅炉水产生蒸汽去蒸汽泡16。锅炉14产生的蒸汽送往蒸汽过热器18，从蒸汽过热器回收附加的热值。较大幅度冷却的合成气通过管线20离开热回收系统，进一步用作所要求的可燃成份高的燃气产物。该炭形成低浓度浆，沉淀，和新鲜的碳质固体/液体载体的浆混合，并再循环，再循环到反应器3，下面对此进行更详尽的描述。
包含炭和灰的固体流(在旋风分离器5中从气体流分离出来)和液体载体接触，形成稀浆，进入沉淀器7浓缩。沉淀器7可包含分离和蒸发装置(没有表示出)，以提供更浓的浆，由容器7排出的流出物形成再循环炭浆流。炭和液体载体的再循环煤浆，优选的固体浓度是20-40%(重量)，更优选的固体浓度是30-40%(重量)，炭和液体载体的煤浆可有较高的固体百分比，然而，固体浓度太高，会使卧式燃烧反应器3的加料太粘不便于泵送。炭和液体载体的再循环浆在通过混合喷嘴6和6a送入卧式燃烧反应器3前应先与微粒含碳固体和液体载体的煤浆在混合器7a中混合。
卧式燃烧渣化反应器3和第二段不燃烧的反应器4的结构材料不是关键。优选的，但不是必然地。容器壁是钢的，用烧注的绝热材料或陶瓷纤维或耐火砖作衬里，如在第一段反应器内，在第二段内可用诸如在鼓风炉内和无渣操作中用的致密介质作衬里，所有这些商业上都可买到。用这类方式的体系可从用本方法的含碳固体中回收高热值。卧式燃烧反应器3可任意或选择地不用衬里，用“冷壁墙”方式，第二段不燃烧的反应器4也可任意用。这里用的术语“冷壁墙”是指该壁可用本领域熟知的，先有技术煤气化系统的惯用的外部冷夹套来进行冷却。在上述方式中，炉渣凝固在内壁上，并保护冷却夹套的金属壁。
本方法的反应条件随要求的加料种类，和转换方式而变化。通常，卧式燃烧渣化反应器3的温度保持在2400°F(1300℃)-3000°F(1650℃)。如果低于上述温度，炉渣变得更粘并且凝固，引起挂渣，最后使反应器堵塞。温度高于3000°F(1650℃)，反应迅速，然而，会产生令人不满意的燃气产物，总的热效率降低，这样进行操作不经济。在第二段不燃烧的反应器4中要求1600°F(870℃)-2000°F(1100℃)的温度，因为在较低温度下，含碳物质转化为气体产物的转化率降低，结果产生大量要重复制浆和再循环的炭。第二段不燃烧的反应器4中上面的温度主要取决于卧式燃烧反应器3的温度。热的气体产物从卧式燃烧反应器3向上流动，为第二段不燃烧的反应器4发生的吸热反应提供热量，通过火管锅炉，温度下降。蒸汽过热器18取决于进入温度和有效传热面。通常，进口温度与第二段不燃烧的反应器4的出口温度相似，一般是1600°F-2000°F(810℃-1100℃)。高温热回收系统出口温度一般是450°F-550°F(230℃-290℃)。虽然，该设备各部份温度是重要的，但实际上，除了高温热回收系统入口温度必须低于炉渣微粒产生污结问题的温度外，在给定范围内特定的反应条件对本发明方法和设备不是关键。
本发明工艺过程是在大气压或高压下进行的。通常，在反应器3的压力是从50磅/英寸2(345Kpagage)-600磅/英寸2(4140Kpagage)。在压力高于600磅/英寸2(4140Kpagage)的情况下，高压反应设备的投资费使本方法在经济上缺少吸引少;当压力低于50磅/英寸2(345Kpagage)时，在反应器3和第二段不燃烧的反应器4的燃气产物处理量在经济上吸引力降低。该工艺过程最好在从100磅/英寸2(690Kpa.gage)-400磅/英寸2(2760Kpagage)压力下进行，最优选是从250-400磅/英寸2(1725-2760Kpagage)。
该过程适于任何微粒含碳物质。此外，在两段中的含碳物质性质和浓度不需要同样。然而，优选的微粒含碳物质是煤(包括褐煤，烟煤，次烟煤，或它的任何混合物)，但不限定。另外的含碳物质是由煤制得的焦炭，煤炭，煤液化的残余物，颗粒碳，石油焦，从油页岩衍生的含炭固体，油沙，沥青，浓缩的淤渣，少量垃圾，橡胶及其混合物。前面列举的物质能以粉状固体形式在液体载体中成为可泵送的浆料，并可作为优质处理材料和具有最佳反应特性。
适于含碳固体的液体载体可以是任何液体，它在反应中能气化，并能参与反应，生成要求的可燃气产物(特别是一氧化碳和氢)。优选考虑的液体载体是水，水在反应器3和第二段不燃烧的反应器4中形成蒸汽。该蒸汽能与碳反应，生成组分为合成气的气体产物。此外，除了水，液体也可使含碳物质成浆。优选的液体是水，但也可以是烃，例如燃料油，残油，石油，和液态CO2。当液体载体是烃时，可另外加入水或蒸汽，为进行有效的反应提供充足的水和改进反应器的温度。
任何至少含20%氧的气体都可用作向卧式燃烧反应器3的进料含氧气体。优选的含氧气体包括氧，空气，和富氧空气。在反应器3内，游离元素氧和碳的初始原子之比是1.5∶1-2.5∶1，用氧气，该比是1.1-2∶1。微粒含碳物质在液体载体中作为煤浆的浓度唯一必需的是可用泵送的混合物，通常，固体物质浓度范围高达70%(重量)。在本方法的第一和第二两段中，微粒含碳物质在煤浆中的优选浓度范围是30-70%(重量)。煤在水煤浆中更优选的浓度是45-55%(重量)。
当煤是原料时，煤和液体载体混合形成煤浆前，应先粉碎。通常，任何适当细粉碎的含碳物质都可使用，和任何已知的可用来减少颗粒固体大小的方法都可应用。上述方法的例子包括用球磨机，棒磨机和锤磨机。尽管颗粒大小不是关键，但磨成细粉的微粒碳是优选的。通常，粉煤可用作动力厂的燃料。上述煤有一个粒度分布，其中90%(重量)的煤可通过200目筛子(Tyler筛子)。
本发明可用下列实施例进行说明，但在任何情况下，这不应认作是限定本发明的范围。
实施例1将温度为80°F(26.7℃)，含52%粉状烟煤(即西部煤)和48%水(重量)的煤浆，以52加仑/分(195升/分)的速度与温度为950°F(500℃)，流速为9000磅/小时(41，000公斤/小时)的空气流一起，从两个相对燃烧器的每个喷嘴喷入卧式燃烧反应器3中。反应器3内的温度为2600°F(1430℃)，压力为120磅/英寸2(830Kpagaga)。反应器3产生的蒸汽和热的可燃气产物从上面通入第二段不燃烧的反应器4中，在那里，它们与二次供给的温度为80°F(27℃)，含52%粉状次烟煤和48%水(重量)的煤浆，以及温度为465°F(240℃)，流速为7000磅/小时(3200公斤/小时)的雾化蒸汽接触。
在第二段不燃烧的反应器4中，反应器3产生的热被二次供给的煤浆吸收，使煤浆转化成大量蒸汽和可燃气产物。第二段不燃烧的反应器4的温度为1800°F(980℃)，从第二段不燃烧的反应器4排出的蒸汽和可燃气产物流入旋风分离器5，分离成气体流和固体流。反应器3的排出物含有10.4%氢，10.4%一氧化碳，15.0%二氧化碳，0.04%甲烷，和65.0%氮(干荃)。气体流以100，000磅/小时(45000公斤/小时)的速度从旋风分离器5排出，该气体流含11.8%氢，8.8%一氧化碳，15.4%二氧化碳，0.5%甲烷，和63.4%氮(体积、干基)。200-300°F(90-150℃)的固体与水混合，以300加仑/分(1100升/分)的流速形成煤浆，该煤浆可浓缩成25%固体(重量)，再循环入燃烧反应器3中，或根据要求，排入废物处理处。
实施例2将温度为80°F(27℃)，含52%粉状次烟煤和50%水(重量)的煤浆，以52加仑/分(195升/分)的速度与温度为950°F(500℃)，流速为90000磅/小时(41000公斤/小时)的空气流一起，喷入卧式燃烧反应器3中。反应器3的温度为2650°F(1450℃)，压力为110磅/英寸2(758Kpagage)。反应器3产生的蒸汽和热的气体产物从上面通入第二段不燃烧的反应器4中，与二次供给的温度为80°F(27℃)，流速为28加仑/分(106升/分)，含40%粉状次烟煤和60%水(重量)的煤浆，以及温度为465°F(240℃)，流速为7000磅/小时(3200公斤/小时)的雾化蒸汽接触。在第二段不燃烧的反应器4中，反应器3产生的热被二次供给的煤浆吸收，使煤浆转化成更多蒸汽和可燃气产物。第二段不燃烧的反应器4的温度为1800°F(980℃)。蒸汽和可燃气产物从第二段不燃烧的反应器4排出进入旋风分离器5，在那里，该混合物分离成气体产物流和固体流。从反应器3上面排出的气体产物包含9.5%氢，10.2%一氧化碳，16.5%二氧化碳，0.07%甲烷，和63.6%氮(干基)。从旋风分离器5上面，以112，000磅/小时(51，000公斤/小时)速度排出的气体产物含12%氢，10.0%一氧化碳，11.0%二氧化碳，0.5%甲烷和66.4%氮(干基)。该固体在200-300°F(90-150℃)下与以300加仑/分(1100升/分)的流速的水混合形成煤浆，然后该煤浆浓缩成含25%固体(重量)，再循环入燃烧反应器3，或根据要求，排入废物处理处。
实施例3
在本实施例中，将粉状褐煤和水的煤浆作原料加到与
图1的装置类似的已叙述的反应器中，用纯度为99.6%的氧代替空气作含氧气体。
将含44.5%干褐煤(重量)，75°F(24℃)的煤浆，以2930磅/小时(1330公斤/小时)的速度，与流速为1621磅/小时(740公斤/小时)，63°F(17℃)的氧一起，喷入卧式燃烧反应器3中。反应器3内的温度为2500°F(1370℃)，压力为240磅/英寸2(1655Kpagage)。100磅/小时(45公斤/小时)的氮气经由吹扫装置进入卧式燃烧反应器3。卧式燃烧反应器3产生的蒸汽和热的燃气产物从上面通入第二段不燃烧的反应器4中，与二次供给的流速为874磅/小时，含44.5%干褐煤(重量)，75°F(24℃)的煤浆，以及流速为161磅/小时(73公斤/小时)，465°F(240℃)的雾化蒸汽接触。在第二段不燃烧的反应器4中，在卧式燃烧反应器3中产生的热被二次供给的煤浆吸收，使煤浆转化为更多蒸汽和燃气产物。第二段不燃烧的反应器4的温度为1840°F(1000℃)。从第二段不燃烧的反应器4排出的蒸汽和燃气产物进入旋风分离器5，在分离器中，该混合物分离成气体流和固体流。该固体流加到水中，并被排出。反应器3的排出物包含43.3%氢，26.6%一氧化碳，23.3%二氧化碳，0.8%甲烷，和5.9%氮(干基体积)。从旋风分离器排出的气体流含有48.8%氢，22.4%一氧化碳，23.3%二氧化碳，2.2%甲烷，和3.5%氮(干基体积)。
实施例4将含49.5%粉状次烟煤和再循环炭，50.5%水(净重)，200°F(93℃)的煤浆，以86加仑/分(325升/分)的速度，与流速为29，200磅/小时(13，000公斤/小时)5的氧气流一起，喷入卧式燃烧反应器3。该煤浆是0.926(体积分数)次烟煤浆(51%固体)和0.074(体积分数)炭浆(30%固体)的混合物。反应器3内的温度为2840°F(1560℃)，压力为120磅/英寸2(827Kpagage)。在反应器3中产生的蒸汽和热的燃气产物从上面通入第二段不燃烧的反应器4中，与二次供给的流速为25加仑/分(95升/分)，含50%粉状次烟煤和50%水(重量)，90°F(32℃)的煤浆以及流速为7，000磅/小时(3180公斤/小时)，465°F(240℃)的雾化蒸汽接触。
在第二段不燃烧的反应器4中，反应器3产生的热被二次供给的煤浆吸收，使煤浆转化成更多的蒸汽和可燃气体产物。在热回收装置4内的温度为1920°F(1050℃)。从第二段不燃烧的反应器4排出的蒸汽和可燃气体产物进入旋风分离器5，在那里，该混合物分离成气体流和固体流。从反应器3上面排出的气体产物含32.7%氢，31.5%一氧化碳，30.5%二氧化碳，0%甲烷，和5.3%氮(干基)。从旋风分离器5上面以50，504磅/小时(23000公斤/小时)速度排出的气体产物含36.1%氢，26.7%一氧化碳，31.8%二氧化碳，0.5%甲烷和4.9%氮(干基)。从旋风分离器底部排出的200-300°F(93-149℃)的固体与水混合，以300加仑/分(1135升/分)的流速形成浆，然后，该浆浓缩成25%固体，再循环进入反应器3中。
实施例5下面实施例说明，如果在本发明工艺过程中不使用第二段不燃烧的反应器4，图1所示的火管锅炉会堵塞。
将以230加仑/分(1050升/分)速度供给的，含48.7%水和51.3%(美国)怀俄明州次烟煤(元素分析68.5%的碳，4.7%氢，0.8%氮，0.35%硫，19.05%氧和6.6%灰)，75°F(24℃)的煤浆，以每3磅固体1.11磅氧(1.11公斤氧/公斤固体)加到2650°F(1450℃)和270磅/英寸2(1860Kpagage)下操作的，如图1所示的卧式夹带床反应器中。该过程产生的187400磅/英寸(85，000公斤/英寸)的合成气，它含39%氢，30%二氧化碳，28%一氧化碳，和3%氮(体积百分数)。离开反应器的合成气用水骤冷，降温。然后，该气体产物导入旋风分离器，除去炭和飞灰(除小的之外，即除小于5微米的炉渣和焦油微粒之外)。然后，该气体产物通过一个延长的，扩大的管式导管增加滞留时间，然后，在约1670°F(910℃)下，进入火管锅炉，在火管锅炉中热回收后，合成气导入文丘里洗涤器，低温热回收和惯用的洗涤装置，产生适于透平机和化学合成的净化气体。
在上述条件下进行操作期间，火管锅炉在运行37小时后因堵塞无法操作，堵塞物是由粘在一起的飞灰微粒(≤5微米)形成较大的阻流的沉积物构成。
实施例6本实施例举例说明在两段气化器(图1所示)中，第二段不燃烧的反应器的操作可产生无污结的合成气，有助于火管锅炉的运行。
将含49.5%水和50.5%(美国)怀俄明州次烟煤(元素分析与实施例5相似)的浆，用1.12磅氧/磅固体(1.12公斤氧/公斤固体)的比率，以340.3加仑/分(1290升/分)的速度，加到与实施例5一样的卧式夹带床燃烧渣化反应器中，该反应器在2617°F(1400℃)和343磅/英寸2(约236.5Kpagage)下操作，产生244，900磅/小时(11，000公斤/小时)合成气(分析29.4%一氧化碳，1.9%甲烷，28.1%二氧化碳，38.8%氢，1.8%氮)。用喷入第二段不燃烧的反应器4的，速度为33加仑/分(125升/分)的煤浆，骤冷该气流。该浆也是(美国)怀俄明州次烟煤，含46.9%水和53.1%煤。气体产物用水进一步骤冷，然后通过较大直径的管式反应器，在1751°F(105℃)下，以12英尺/秒(39米/秒)的管速进到火管锅炉。离开锅炉的气体然后通过文丘里洗涤器，低温热回收和惯用的气体洗涤器，产生纯净的合成气。即使运行几百小时，该气体也不会使火管锅炉堵塞。
实施例7本实施例进一步说明了使用第二段不燃烧的反应器4来骤冷燃烧器3的气体产物，提高可燃气体含量，和防止火管堵塞的效能。
将含52.1%水和47.9%(美国)怀俄明州次烟煤(分析结果与实施例5相同)的煤浆，以373加仑/分(1400升/分)的速度与氧一起，以每磅固体1.14磅氧的比率，加到卧式夹带床燃烧渣化反应器中。该气体器在2467°F(1300℃)和400磅/英寸2(2760Kpagage)下，进行操作，产生266，110磅/小时(121，000公斤/小时)合成气，(分析28%一氧化碳，1.3%甲烷，30%二氧化碳，和40%氢和2%氮(干摩尔百分数)，该气体进入第二段不燃烧的反应器4，并被含49%水和51%(美国)怀俄明州次烟煤(分析结果与上述相似)的，以53.8%加仑/分)(20.5升/分)喷入的煤浆骤冷，然后，该骤冷的合成气以108.36英尺/秒(33.0米/秒)的表观速度通过火管锅炉，没有污结火管锅炉。
另一方面，本发明提供一两段反应器(包括含氧气体部分氧化微粒含碳物质煤浆装置)，该装置包括(a)卧式园柱形绝热的燃烧渣化反应器(两端，并且有基本上与所述燃烧反应器中心纵轴成一直线的相对的燃烧喷嘴，有一个位于上述封闭端之间中心的底部渣孔和上部气体排出口，(b)是截头园锥体绝热区的过渡段(有一个上部出口和一个较宽且较低的对准，并环绕所述上部出口的下部入口)，和(c)立式园柱形绝热的第二段不燃烧的反应器(与上述过渡段紧密相通，并有一个环绕的并与过渡段上部出口相通的较低的入口，一个适于骤冷上述燃烧反应器气体产物的喷嘴，和一个上部气体产物出口)。
虽然，为了说明本发明的目的列举了若干有代表性的实施方案，并进行了详细说明，但其中所能做的各种对熟悉本领域的技术人员来说是显而易见的改变和改良，都属于本发明的范畴。
权利要求
1.非催化的两段上升气流含碳物气化工艺方法包括a)含氧气流和初次供给的微粒含碳物质在液体载体中的煤浆在卧式燃烧渣化反应器中燃烧，产生炉渣，可燃气产物，夹带的粘性炉渣微粒副产物，芳香烃化合物的气化物和微粒炭；b)分离上述炉渣，c)在立式第二段中，来自卧式反应器的蒸汽，上述液体载体的气化物，微粒炭和来自卧式燃烧反应器的可燃气产物，在1600°F(870℃)和2000°F(1100℃)之间的温度下，与二次供给的液体载体中含碳物质煤浆接触，因此，反应器放出的大部分热被回收，且将含碳物质和上述液体载体转化成蒸汽，液体载体气化物，合成气和炭，并使上述气体产物夹带的粘性熔渣冷却到初始变形温度之下，吸附在微粒炭上，防止堵塞，d)在高温热回收系统中，可回收上述燃气产物的另一部分热值，并使合成气冷却到约450-550°F(230-290℃)。
2.权利要求1的方法进一步包括e)将上述步骤(c)的炭作为液体中的悬浮物(固体浓度为20-40%(重量))，再循环回步骤(a)，
3.权利要求2的方法，其中步骤(e)进一步包括步骤(e1)从合成气中分离出炭，(e2)将炭与上述液体接触，形成炭在上述液体中的悬浮液，和(e3)将炭悬浮液再循环回上述燃烧反应器，
4.权利要求1的方法，其中液体载体是水。
5.权利要求1的方法，其中步骤(a)和步骤(b)的固体浓度是30-70%(重量)。
6.权利要求1的方法，其中含氧气体是空气，富氧空气，或氧。
7.权利要求1的方法，其中含氧气体是空气，在反应器中，游离元素氧和碳的初始原子之比是1.5∶1-2.5∶1。
8.权利要求1的方法，其中上述含碳物质是煤或褐煤。
9.权利要求1的方法，其中上述不燃烧的热回收装置与上述卧式燃烧反应器的顶部连接。
10.权利要求5的方法，其中步骤(a)和步骤(b)中的固体含量约45-约65%(重量)。
11.与含氧气体部分氧化的微粒含碳物质煤浆的设备，包括(a)卧式园柱形绝热的燃烧渣化反应器(其两端封闭)并有基本上与所述燃烧器的中心纵轴成一直线的相对燃烧喷嘴，有一个位于上述封闭端之间中心的底部渣孔和上部气体排出口)，(b)是截头圆锥体绝热区的过渡段(有一个上部出口和一个较宽且较低的对准，并环绕所述上部出口的下部出口)，(c)立式圆柱形绝热的第二段不燃烧的反应器(与上述过渡段紧密连通，并有一个环绕的并与上述过渡段上部出口相通的较低入口，一个适于骤冷上述燃烧反应器气体产物的喷嘴，和一个上部气体产物出口)。
全文摘要
两段上升气流煤气化方法及其的设备。借助燃烧器喷嘴使含氧气体和初次供给的水煤浆在卧式燃烧反应器中燃烧生成蒸汽，可燃气产物，排出物，在热回收装置内与二次供给的水煤浆接触。反应器放出的热可用来使二次供给的水煤浆转化成大量蒸汽、炭和合成气。将气体流出物和固体炭分开，将合成气通入火管锅炉，回收热量。冷却的燃气产物可回收作为所要求的可燃成分高的产品，将固体炭重复制浆，再循环到燃烧反应器3中进一步燃烧。
文档编号C10J3/46GK1051055SQ8910893
公开日1991年5月1日 申请日期1989年10月20日 优先权日1985年11月29日
发明者约翰·P·享利, 斯坦利·R·帕尔松, 布鲁斯·C·帕特斯, 拉瑞·L·拉非特 申请人:陶氏化学公司