碳的气化的制作方法

专利名称:碳的气化的制作方法
本发明是涉及由含碳原料制备其主要成分是CO和H2的热煤气。该原料是粉状的，借助于载气，氧化剂和任选的炉渣生成剂被送入一个气化室中。上述的原料在气化室中部分燃烧和至少是部分气化了。
目前人们能够用几种生产方法去制备其主要成分是CO和H2的还原气或也叫做燃烧气。这些生产方法是根据许多完全不同的原理和设计构成的，但所有的这些方法都存在一定的缺陷。生产过程中所需的能量一般是通过输送到空腔的燃烧室中的含碳原料与氧化剂的燃烧反应所提供的。为了弥补生产过程中所需的能量，一定量生成的CO和H2必须通过燃烧反应，生成CO2和H2O。其结果是造成了生成气中的二氧化碳和水分的含量超过了所需要的含量。
在实施上述的碳的气化方法中，为了使生成气的组分能达到所需要要求，就必然要从生成气中除掉部分二氧化碳的量。这就意味着要把气体在被再次加热之前必须冷却下来。在某些生产方法中由于采用了低温操作，因而生成了焦油和酚。这就又要求把气体先洗涤后再次加热，才能符合后续步骤所需的要求。
与上述的生产技术背景不同，本发明的主要目的是为了能得到一个制备其主要成分是一氧化碳和氢气的热的还原或燃烧气的方法。所说的方法能控制好生成气的组分和温度，同时还提供最佳的热能利用。
据本发明的方法能达到上述的和其他更多的目的。含碳原料在气化室中是部分燃烧并至少是部分气化了，之后，生成的混合物送入装有一层固体块状含碳物质的炉中;从气化室中生成的混合物中的物理热含量能在固体块状含碳物质的床层上被用于降低生成气中的二氧化碳和水分。据这样的煤气发生方法，通过适当的控制能使出炉的气体中的组分和温度适合后继步骤所需的要求。
上述的固体块状物质以焦炭为主。
氧化剂可以是由O2，CO2，H2O，空气或它们的任意混合的气体所组成。
据本发明的其中一个实例，是向气化室送入过量的空气和/或含有最高量大约20%H2O的氧气，在室内它们和部分的含碳原料发生了放热反应或自供热反应，从而生成了所需要的能量。
据本发明的第二实例，是向气化室提供外来的热能。这种外来热能是来自于在等离子发生器中被加热的气体。该气体可选自O2，H2O，空气，含有CO+H2+CO2+H2O的循环气或是由上述的两个或更多的组分所组成的混合气。
据本发明的另一个实例，伴送气体是由氧化剂组成的。
据本发明的另外实例，用来伴送物料的和/或用作载气的和/或用于提供生成煤气中物理热的水蒸气，是部分或全部地由在装置中的水冷却部分的加压冷却系统的冷却水受到加热后生成的。
据本发明的另外实例，由气化室中生成的混合气体中的物理热含量，可用以把送入焦炭层的气体中的二氧化碳和/或水转换成一氧化碳和氢气。
据本发明的另外实例，整个的煤气发生步骤是通过对在装有焦炭的炉子前和/或后的氧势的分析去控制的。
据本发明的另外实例，炉渣分别由气化室和装有焦炭的炉子中排出。换句话说，所有的炉渣全部可以由装有焦炭的炉子中排出。
据本发明的另外实例，用于吸收硫的物质是以粉沫状注入到气化室中和/或以块状送入装有焦炭的炉子中。
据本发明的另外实例，注入到气化室中去的物质是旋转运动的，以形成能保护气化室内壁的炉渣层。
本发明的其他更多的实例、特点和优点将在下列的说明书中详述。
本发明的方法当然不局限于每个炉子只配有一个气化室，而且大多情况下，最好是由几个气化室与一个装有焦炭的炉子组配。
在气化室中进行了大部分的气化反应，然后在装有焦炭的炉中全部完成该反应。这种方法具有明显的优点。
其中一个优点是气化反应可以在高温下进行，一般总是在炉渣熔点以上，大约在1400度(℃)。然后，生成气中的物理热含量可以在后续的装有焦炭的炉中用于进行碳化反应，该反应在约1000度(℃)时中止。
如上所述，生成气中的过量热可有若干用途。例如，可允许在气化室中生成的气体中含有较高的二氧化碳含量。然后在焦炭炉中用该气体中的物理热含量把二氧化碳通过转换反应变成一氧化碳。
在气化步骤中允许提高生成气体中CO2含量的优点是由此而形成的更高的氧势能提高燃料和氧化剂进行反应时的反应速率。与此同时，该方法的反应控制范围也就能更少地受到烟灰沉积的限制了。
另外一个使用过剩热能的方法是把二氧化碳和/或水注入焦炭炉中。例如，通过利用含有高组分二氧化碳和水的已经部分使用过的循环气体去实施该方法。
焦炭层能发挥很多重要的作用，这已如上所述，并将在下文中继续详述。
焦炭层把从气化室中出来的混合气体中夹带的所有焦粒和渣沫截住并且积集。当焦炭层中的焦炭用废了时，这些焦粒就可被回收，重新用于该过程因而能够充分地高效地使用了燃料。
焦炭炉也起储热的作用，能平衡由气化室中提供的热量的变化，它同样也起了储炭的作用，能平衡所供的含碳物质量和所供的氧化剂量的比例关系的变化。这可以反过来又减少了发生爆炸的危险，实际上是完全消除了这个危险，因为即使在没有相当量含碳物质的条件下，把纯氧气送入气化室也不会发生爆炸。大家知道发生爆炸的危险是一个非常严重的问题。
燃料或含碳原料是很均匀地送入装置中。如果它是由粉状固体物质所组成的话，则可以据本发明的最佳实施例，用水蒸汽一起注入。
本发明的含碳原料可选用于油、煤、焦炭、木炭、煤气、泥煤、木屑和它们的混合物。这就比已知的气化方法有更多的经济上的优点，因为所有已知的方法都受到所选用的原料的限制。在某种程度上说焦炭的消耗是低的，因为氧化剂在到达热的有反应性的焦炭之前就已经在气化室中被这与含碳物质发生反应。
如果只有用燃烧热作为反应所需的热量，那么，由于反应的热平衡，就会造成气体中较高的二氧化碳含量。这已如前所述，必须在分离步骤中设法除掉二氧化碳。然而在本发明的方法中是不会存在这个问题的。当作为氧化剂的氧气和H2O一起被用于反应时，若加入大约20%的水，则会进行自供热反应。也就是说反应能够不断进行，但没有生成过剩热能。如果从外部提供热能，则会取得过剩热能了。如上所述，过剩热能就能够在焦炭层中发挥作用。因为我们可以利用电能，即最好是使载气通过等离子发生器内的两个电极之间的电弧加热到相当高的温度上。在最佳实施例中，所用的载气是氧气和水蒸汽。然而，水蒸汽、H2O和氧气的混合气，纯氧气或者空气都可以当作载气。
提供外部热能后，就可以把使用过的含有高组分二氧化碳和水分的还原气当作氧化剂加以利用。
依据最佳实施例，这种方法可以通过测量生成气在离开气化室后，进入焦炭层前和/或离开焦炭层后的出气口上的CO2或O2的气体分压去控制。气化室后的气体分析，可以用于控制含碳原料的加入量和氧化剂之间的比率，也可以用于控制离开气化室气体的温度。而焦炭层后的气体分析，可以用于控制送入焦炭层的CO2和/或H2O的量。由此而生产出其温度和组分均能满足后续步骤要求的最终气体。它可能是一种海绵一铁方法，有多方面的效果。例如，它同时几乎能取得最佳的能量消耗。
鉴于方法中的高温操作，至少是部分的焦炭炉和整个的装有喷嘴的气化室必须用水将其冷却。水冷却系统在加压下操作，最好是约5-6巴(bav)超大气压，以使受热的冷却水能变成可用作载气和/或伴送气的蒸汽。而在冷却系统中的热损失也因此能够被回收加以利用。
气化室应该有坚固的圆环形内壁。因为据本发明，送入气化室的气流和物料是旋转运动的，从而能使渣粒脱离气流，而在气化室内壁上形成了保护性的炉渣层。炉渣层的厚度取决于在传递到冷却装置上的热能和通过对流及辐射传给炉渣表面上的热能之间的热平衡。过剩的炉渣通过炉渣溢流装置逸出，气化室的炉渣溢流装置可以单独安装，也可以和焦炭炉的炉渣溢流装置联装。炉渣生成剂和/或吸收硫的物质破碎后，可以和含碳物质一起注入气化室，或者与这不同，和/或以块状与含碳的固体物质一起送入焦炭炉，和焦炭一起构成床层。
为了使从等离子发生器生成的热气体和所供的含碳燃料之间能出现迅速及有效的混合，就必须通过等离子发生器的孔口往气化室送入热的气体。我们可以通过载气在流过等离子发生器时的旋转运动，粉状燃料在进入气化室前的旋转运动和/或通过把等离子发生器和/或含碳物质的输料管是扩展切线方向引入气化室而达到上述的目的。由此，当热气体一喷进气化室时就会扩散膨胀，造成扰动从而能大大地缩短了混合时间。
本发明将通过对实施本发明的方法，所采用的装置附图的描述得到更加充分的说明。
附图展示了气化室1，装填焦炭3的炉子2。
气化室1有一个用水冷却的外套管4，和耐火砖内衬5，气化室最好是圆柱体，一般是一个焦炭炉和几个气化室组配。
焦炭炉有底部的出渣口6和顶部的出气口7，通过炉顶的气密封供料装置8，向炉中送入块状的焦炭。气化室1直接引入焦炭炉的底部，且与炉相连接。生成气离开气化室后进入焦炭炉底，并向上流过焦炭层，最后由出气口出炉。在所示的实例中，出渣口6是气化室和焦炭炉共用的出渣口。
与气化室配套的是至少要有一个喷嘴的等离子发生器，在所示的实例中，它是由等离子发生器9组成的。等离子发生器是用阀门装置10与气化室相连，氧化剂通过输料管11送入等离子发生器，氧化剂可包括通过等离子发生器的载气，或是单独使用载气。在等离子发生器中生成的扰动的热气体，通过等离子发生器的孔口12送入气化室。含碳燃料，最好是以粉状，借助于伴送气体，通过经输料管13送入同心环绕等离子发生器的环形间隙14，和/或通过喷枪15送入气化室。其中喷枪15也可用来输送任何添加物，例如炉渣生成剂。喷枪16、17是用于输送必要时的附加的氧化剂，例如H2O或CO2，以利用生成气体中的剩余物理热，这也可用来检测气体中的组成和温度。
紧靠焦炭层的气化室的端口处插有第一个测量规管18，而在焦炭炉的出气口7处上插有第二个测量规管19，它们是用来测定温度和/或分析气体的。
这两个测量规管能用于指导调节所供的外来热能和/或改变所供的物料量，从而使生产过程得到很好的控制。
该图只显示了实施本发明的方法所用的装置的一个实例，当然，其他的实例也是可取的。例如，等离子发生器或喷嘴可以安装在气化室的周边，并以切线方向相接，以便能在气化室中形成环流。甚至，为了便于炉渣的脱离，气化室可以垂直方向安装，或气化室和焦炭炉分别有各自的出渣口。
权利要求
1.一个从含碳原料制备含有主要是CO和H2的热煤气的方法，其特征是该含碳原料是以粉沫状和氧化剂以及任选的炉渣生成剂一起，借助于伴送气体送入气化室中，并部分燃烧和至少部分气化；生成混合物被送入装有一层固体块状含碳物质的炉中，并在其中把从气化室中生成的混合物的物理热含量用于降低，通过该块状物质床层的煤气中的一氧化碳和水分；控制该煤气发生过程，以使出炉的煤气中的温度和组成符合后续步骤所需。
2.由权利要求
1的方法，其中氧化剂是O2，H2O，CO2或是空气或是它们的混合气。
3.由权利要求
1或2的方法，其中所需的能量是通过向气化室送入过量的空气和/或含有最大限量约20%水分的氧气，并使其与部分的含碳原料进行放热反应或自供热反应而制取的。
4.由权利要求
1或2的方法，其中向气化室提供外来的热能。
5.由权利要求
4的方法，其中外来的热能是借助于在等离子发生器中加热的载气提供的。
6.由权利要求
5的方法，其中的载气是由O2，H2O，空气，含有CO+H2+CO2+H2O的循环气或由两个或更多的上述组分混合的气体所组成的。
7.由权利要求
1-6中任何一个权利要求
中的方法，其中伴送气体是由氧化剂组成。
8.由权利要求
1-6中任何一个权利要求
中的方法，其中循环气是用以注入粉状含碳原料。
9.由权利要求
1-8中任何一个权利要求
中的方法，其中用以伴送物料和/或作为载气的选用的蒸汽是部分或全部地借助于装置中的水冷却部分的增压冷却系统中的冷却水的加热而生成的。
10.由权利要求
5-9中任何一个权利要求
的方法，其中由等离子发生器生成的热载气在送入气化室以前是旋转运动的，而粉状含碳燃料是同心地围绕该热载气一起送入气化室。
11.由权利要求
1-10中任何一个权利要求
中的方法，其中由气化室中生成的气体中的物理热含量是用以把注入到焦炭层的外来气体中的二氧化碳和/或水分转换成一氧化碳和氢气。
12.由权利要求
1-11中的任何一个权利要求
的方法，其中煤气发生过程是通过对混合煤气焦炭的炉前和/或后的二氧化碳含量或氧势量的分析加以控制的。
13.由权利要求
1-12中任何一个权利要求
中的方法，其中的炉渣是分别由气化室和焦炭炉排出的。
14.由权利要求
1-12中任何一个权利要求
中的方法，其中由气化室排出的炉渣送入焦炭炉，然后由此排出全部的炉渣。
15.由权利要求
1-14中任何一个权利要求
中的方法，其中吸收硫的物质，以粉状注入到气化室和/或以块状送入焦炭炉中。
16.由权利要求
1-15中任何一个权利要求
中的方法，其中的气化室中的原料是旋转运动的，以形成能保护气化炉内壁的炉渣层。
专利摘要
本发明是涉及到从含碳原料制备其主要组分是CO和H
文档编号C10J3/46GK85101040SQ85101040
公开日1987年1月10日 申请日期1985年4月1日
发明者桑顿特律格 申请人:Skf钢铁工程公司