專(zhuān)利名稱(chēng)：一種固體含碳原料的高溫氣化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉一種固體含碳原料的高溫氣化方法，特別是由可再生燃料、礦物燃料、生物質(zhì)或垃圾等制造可燃?xì)怏w、合成氣體和還原氣體的方法。本發(fā)明可使用在動(dòng)力設(shè)施、化學(xué)工業(yè)和冶金行業(yè)中，以高效的制造可燃?xì)怏w、合成氣體和還原氣體，用于發(fā)動(dòng)機(jī)、合成過(guò)程、礦石還原和生鐵生產(chǎn)等。
背景技術(shù)：
目前存在相當(dāng)多的氣化方法，他們基本上可分為固定床氣化、流化床氣化和氣流床氣化三大類(lèi)。
在移動(dòng)床氣化爐里，氧化劑被吹入氣化爐底部，產(chǎn)生的粗燃料氣通過(guò)固定燃料床向上移動(dòng)，隨著床底部的供料消耗，固體燃料逐漸下移。移動(dòng)床的限定特性是逆向流動(dòng)，在粗燃料氣流經(jīng)床層時(shí)，被進(jìn)來(lái)的給料冷卻，而給料被干燥和脫去揮發(fā)分。因此在氣化爐內(nèi)上下溫度顯著不同，底部溫度為1000℃或更高，頂部溫度大約500℃。燃料在氣化過(guò)程中脫除揮發(fā)分意味著輸出的燃料氣含大量焦油成分和甲烷，使得后續(xù)的處理工序復(fù)雜。
流化床氣化爐的重要特點(diǎn)是不能讓原料灰過(guò)熱，以防灰熔化黏結(jié)在一起導(dǎo)致流化床的流態(tài)化作用停滯，一般用空氣作為氧化劑，保持溫度低于1000℃，適用于灰熔點(diǎn)高的原料氣化。
氣流床氣化爐的主要特性是溫度非常高，且均勻，氣化爐內(nèi)的燃料滯留時(shí)間非常短，由于這一原因，給進(jìn)氣化爐的固體必須被細(xì)分并均化，所以在原料進(jìn)入反應(yīng)器之前一般進(jìn)行低溫干餾分離，氣流床氣化爐內(nèi)的高溫使燃料中的灰溶解，并作為熔溶渣排出。
綜合所述，移動(dòng)床氣化爐和流化床氣化爐的工作環(huán)境相對(duì)溫和，對(duì)材料的性能要求也較低，相應(yīng)的投資也就低，但生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量較差，氣流床氣化爐具有燃料適用范圍寬、單爐生產(chǎn)能力大和合成氣品質(zhì)高等特點(diǎn)，但對(duì)材料的要求高，投資高。如果克服了氣流床氣化爐的這個(gè)缺點(diǎn)，將是氣化工藝的首選。
無(wú)論是含碳顆粒的燃燒還是氣化還原反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，灰越來(lái)越多，反應(yīng)速率越來(lái)越低，但在相同的溫度下，燃燒速度要比氣化還原速度高的多，要提高碳的轉(zhuǎn)化率，有幾個(gè)途徑可選一是提高反應(yīng)溫度，二是提高原料在爐內(nèi)的停留時(shí)間，三是將未完全氣化的含碳灰渣回收進(jìn)入燃燒室將剩余碳燃燒掉。如果提高反應(yīng)的溫度，將極大的縮短耐火材料的壽命，不僅增加了維修費(fèi)用，還使生產(chǎn)不能長(zhǎng)周期連續(xù)運(yùn)行，如果采用水冷管掛渣保護(hù)的方法，可以提高設(shè)備壽命，維持長(zhǎng)周期運(yùn)行，但不得不在能量方面和氣化劑需求方面作出許多妥協(xié)，因?yàn)橐３忠欢ê穸鹊墓虘B(tài)渣層，水冷管要帶走很多有效熱能，同時(shí)必須借助附加的熱保持渣的流動(dòng)和排出，這些措施導(dǎo)致需要大量的氧氣、降低氣化氣體的熱值，并因而導(dǎo)致整個(gè)氣化過(guò)程放熱效率低，對(duì)于灰熔點(diǎn)低的原料，這種妥協(xié)是可以接受的，對(duì)于高灰熔點(diǎn)原料是很難接受的。我國(guó)目前的高硫、高灰分、高灰熔點(diǎn)煤之所以難以氣化，原因就在于此。
在上述各氣化設(shè)備中的一個(gè)共同特點(diǎn)就是氧化和還原反應(yīng)均在同一個(gè)空間內(nèi)進(jìn)行，所以，對(duì)于采用耐火材料砌襯的氣化爐，燃燒區(qū)和還原區(qū)的耐火材料承受幾乎同樣的高溫，每次維修幾乎要更換所有的耐火材料；對(duì)于采用水冷壁掛渣保護(hù)的氣化爐，爐內(nèi)溫度要保證每一部分水冷壁上固態(tài)渣的一定厚度和外層渣的流動(dòng)性，浪費(fèi)很多的有效能，降低了合成氣的熱值；同時(shí)也很難在這樣的氣化爐上采取增加原料行程、在整個(gè)空間內(nèi)使含碳顆粒與氣化劑充分混合的有效措施。即使有的氣化爐將燃燒室和還原室分開(kāi)設(shè)計(jì)，但并沒(méi)有完全分立，并沒(méi)有避免上述缺陷，如中國(guó)專(zhuān)利ZL98810657.4(加德國(guó)專(zhuān)利號(hào))，該專(zhuān)利與目前的氣流床汽化爐一樣還不能真正做到將氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別控溫，特別是燃燒室產(chǎn)生的液態(tài)渣要經(jīng)過(guò)還原室排出，高速氣流必然使部分液態(tài)渣彌漫在還原室，噴入還原室的固體含碳粉狀原料不可避免與彌漫在還原室中的液態(tài)渣滴混合團(tuán)聚掉入下面渣池，降低碳轉(zhuǎn)化率。因此，尋找一種既不增加維修費(fèi)用、又能維持長(zhǎng)周期運(yùn)行，同時(shí)又能提高碳轉(zhuǎn)化率的方法和設(shè)備，使這個(gè)方法和設(shè)備有寬的原料適用范圍和溫度范圍成為當(dāng)務(wù)之急。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的固體含碳原料的高溫氣化方法的目的之一是利用氣流床氣化爐具有燃料適用范圍寬、單爐生產(chǎn)能力大和合成氣品質(zhì)高的優(yōu)點(diǎn)，克服其對(duì)材料的要求高，投資高的缺點(diǎn)，并解決燃燒產(chǎn)生的液態(tài)渣對(duì)還原反應(yīng)的影響，提高碳轉(zhuǎn)化率；目的之二是增加原料反應(yīng)行程、在整個(gè)空間內(nèi)使含碳顆粒與氣化劑充分混合的有效反應(yīng)，提高碳轉(zhuǎn)化率；目的之三是將燃燒室和還原室完全分開(kāi)設(shè)計(jì)，真正作到對(duì)燃燒和還原的溫度分別控制，降低有效能損失，提高原料適用范圍和溫度范圍。
本發(fā)明的技術(shù)方案本發(fā)明的固體含碳原料的高溫氣化方法將燃燒氧化生成氣化劑的反應(yīng)與還原生成合成氣的反應(yīng)分離，高溫氣化劑進(jìn)入還原室前經(jīng)過(guò)液態(tài)排渣處理，并且分別控制反應(yīng)溫度，其具體步驟是1)燃料與氧化劑在單獨(dú)的燃燒室內(nèi)燃燒，燃燒室內(nèi)溫度控制在1300℃～1800℃，且高于灰熔點(diǎn)溫度100℃～200℃，生成包括CO2和H2O的氣化劑，液態(tài)渣分離到燃燒室的渣池，并從燃燒室的渣池直接排除；2)將步驟1)生成的氣化劑進(jìn)一步降溫凝渣，降溫至1100～1400℃，捕捉的液態(tài)渣送入燃燒室的渣池，并從燃燒室的渣池直接排除；3)將經(jīng)步驟2)降溫除渣后的氣化劑送入還原室，同時(shí)將含碳粉狀原料噴入還原室，同時(shí)控制在1000℃～1300℃的平均溫度范圍進(jìn)行還原反應(yīng)，還原生成含CO、H2的合成氣體從還原室出口輸出。
所述的固體含碳原料的高溫氣化方法，將從還原室出口輸出的合成氣體經(jīng)過(guò)降溫處理送入除塵器，經(jīng)除塵后的合成氣輸出，而將除塵器分離出的未完全反應(yīng)的含碳灰渣送回燃燒室，碳燃燒而灰生成液態(tài)渣排出。
所述的固體含碳原料的高溫氣化方法，其含碳粉狀原料從還原室壁的上下不同位置多層噴入還原室。
所述的固體含碳原料的高溫氣化方法，合成氣體從還原室出口輸出前進(jìn)行驟冷處理，將還原室出口的溫度控制在700℃～900℃。
所述的固體含碳原料的高溫氣化方法，合成氣體從還原室出口輸出前進(jìn)行驟冷處理，出口的溫度控制在700℃～900℃。
所述的固體含碳原料的高溫氣化方法，步驟2)降溫最佳溫度范圍是1200～1300℃，步驟3)還原室的最佳溫度范圍是平均溫度控制在1100℃～1200℃。
所述的固體含碳原料的高溫氣化方法，步驟1)還中采用旋流器對(duì)燃燒氧化生成高溫氣化劑和液態(tài)灰渣進(jìn)行分離，旋流器使燃燒室內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)，將大部分液態(tài)渣分離到壁面，并流入燃燒室下面的渣池。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明本著不增加維修費(fèi)用、維持長(zhǎng)周期運(yùn)行、提高碳轉(zhuǎn)化率、提高原料適用范圍和溫度范圍的原則，提出一種簡(jiǎn)化的方法和設(shè)備，克服上述氣化爐的缺陷，尤其對(duì)高灰熔點(diǎn)含碳原料的氣化具有重要意義1.本發(fā)明將燃燒室和還原室完全分開(kāi)，通過(guò)組織強(qiáng)旋流場(chǎng)使燃燒室產(chǎn)生的大部分液態(tài)渣被甩到燃燒室壁上流入燃燒室下面的渣池不再經(jīng)過(guò)還原室而直接排出，連通通道上設(shè)置的凝渣管進(jìn)一步將未被燃燒室完全捕集的液態(tài)渣捕集，避免了燃燒室產(chǎn)生的液態(tài)渣對(duì)還原室內(nèi)還原反應(yīng)的影響，提高了碳轉(zhuǎn)化率。
2.本發(fā)明將燃燒室和還原室完全分開(kāi)，可根據(jù)兩個(gè)反應(yīng)各自的需要分別設(shè)定溫度范圍，分別設(shè)計(jì)燃燒室和還原室，還原室的溫度通過(guò)設(shè)置在連同通道上的降溫控制裝置調(diào)節(jié)，使還原室的環(huán)境相對(duì)溫和，可采用相對(duì)廉價(jià)的材料制造，有利于在滿足工質(zhì)要求的前提下降低設(shè)備造價(jià)，并使有效能損失大大降低；3.本發(fā)明利用燃燒速率比氣化速率高很多的原理，設(shè)計(jì)燃燒和還原的溫度環(huán)境，保證燃燒室溫度高于含碳原料灰熔點(diǎn)溫度100℃～200℃，能夠?qū)⑦€原室回收的剩余碳全部燒掉，能達(dá)到99％以上的碳轉(zhuǎn)化率；4.灰熔點(diǎn)低的原料氣化，燃燒室采用水冷壁掛渣保護(hù)，如果原料種類(lèi)不穩(wěn)定，灰熔點(diǎn)有高有低，則采用耐火砌襯，燃燒室一備一用的設(shè)計(jì)思想保證了系統(tǒng)長(zhǎng)周期運(yùn)行，且能夠使用相對(duì)廉價(jià)的耐火材料；5.單獨(dú)設(shè)立還原室，可以設(shè)計(jì)迂回式結(jié)構(gòu)或旋流結(jié)構(gòu)，提高含碳顆粒反應(yīng)行程以及增強(qiáng)湍流反應(yīng)強(qiáng)度，提高了碳轉(zhuǎn)化率；6.本發(fā)明繼承了傳統(tǒng)氣流床氣化器燃料適用范圍寬、生產(chǎn)能力大和合成氣品質(zhì)高的優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明使用的分體式反應(yīng)裝置結(jié)構(gòu)圖。
圖2是還原室導(dǎo)流結(jié)構(gòu)暨圖1的A-A剖視圖。
圖3是本發(fā)明方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1本發(fā)明利用分體式反應(yīng)裝置包括燃燒室9及與其結(jié)合的組合式燃燒器1，還原室13與燃燒室9分離，還原室13的壁周?chē)植忌舷露鄬臃蹱钊剂系膰娚涔?7、18、19。燃燒室與還原室之間有將氣化劑送入還原室的連通通道25，連通通道25上有凝渣降溫控制裝置11，燃燒室的底部有渣池10及除渣口22，給水口23和溢水口24，還原室的底部有事故渣池12及除渣口22.1，給水口23.1和溢水口24.1。還原室出口16處設(shè)有聚冷裝置15。圖中組合式燃燒器1包括空氣進(jìn)口3、燃料進(jìn)口4、氧氣口7、含碳灰渣和添加物等入口8、點(diǎn)火燃料2、點(diǎn)火用空氣5，火焰監(jiān)測(cè)器6。
還原室內(nèi)有引導(dǎo)氣體迂回的導(dǎo)流結(jié)構(gòu)。
如圖1、圖2導(dǎo)流結(jié)構(gòu)包括與連通通道氣化劑入口連通的中央豎直開(kāi)口管26和直徑大于豎直開(kāi)口管的鐘罩狀殼體14與豎直開(kāi)口管26的開(kāi)口有一定距離對(duì)著開(kāi)口，同軸罩著豎直開(kāi)口管26的開(kāi)口，將還原室分隔成內(nèi)外多層。還原室壁上的粉狀燃料噴射管出口分布在還原室內(nèi)外多層空間。圖2中黑點(diǎn)表示氣流向上，圈中加十字表示氣流向下。
還原室內(nèi)的導(dǎo)流結(jié)構(gòu)其目的是提高含碳顆粒反應(yīng)行程以及增強(qiáng)湍流反應(yīng)強(qiáng)度，提高碳轉(zhuǎn)化率。因此，為達(dá)到上述目的的導(dǎo)流結(jié)構(gòu)可以有很多形式，不限于上述實(shí)施例。
一個(gè)還原室配置兩個(gè)燃燒室。一備一用。為了減少熱損失，燃燒室壁設(shè)有耐火砌襯20，也可設(shè)水冷管21，調(diào)節(jié)燃燒室溫度，同時(shí)制造水蒸氣；這里使用組合式燃燒器1，燃?xì)馔ㄟ^(guò)口4進(jìn)入燃燒室，燃燒用氧化劑可通過(guò)空氣口3或氧氣口7進(jìn)入燃燒室，含碳灰渣和添加物等從口8進(jìn)入，點(diǎn)火用燃料和空氣分別從口2、5進(jìn)入，6為火焰監(jiān)測(cè)器。組合燃燒器頭部采用耐熱鋼，并用流動(dòng)介質(zhì)如空氣等冷卻保護(hù)。
圖3是本發(fā)明方法的流程圖燃料與氧化劑分別從口4、5通過(guò)燃燒器1進(jìn)入燃燒室9內(nèi)燃燒生成主要成分為CO2和H2O的氣化劑，并形成液態(tài)渣，掉入下部渣池10，氣化劑進(jìn)入凝渣降溫連通通道25進(jìn)一步捕集未被燃燒室完全捕捉的液態(tài)渣并進(jìn)行降溫處理，冷凝捕集的灰渣送回燃燒室渣池10，除渣降溫的氣化劑進(jìn)入還原室13與噴射管17噴入還原室13的含碳粉狀原料進(jìn)行還原反應(yīng)，CO2還原為CO，水蒸氣還原為H2，合成氣攜帶未完全轉(zhuǎn)化的灰渣離開(kāi)反應(yīng)器還原室的出口16經(jīng)過(guò)換熱器29降溫，在后續(xù)除塵設(shè)備27中捕集，凈化的含CO、H2的合成氣體從除塵設(shè)備27的出口輸出。除塵器分離出的未完全反應(yīng)的含碳灰渣由管道8送回燃燒室9將剩余碳燒掉。
除塵器分離出的未完全反應(yīng)的含碳灰渣由管道8送回燃燒室9將剩余碳燒掉，相同溫度和同樣的灰含量下，燃燒速度比氣化速度大的多，使在燃燒室內(nèi)快速燒掉剩余碳成為可能。
燃燒室內(nèi)溫度控制在1300℃～1800℃，高于灰熔點(diǎn)溫度100℃～200℃，要保證能夠?qū)⑦€原室回收的剩余碳充分燃燒并使灰熔化，正因?yàn)楹碱w粒在相同溫度和相同的灰含量下，燃燒速度比氣化速度大的多，才使我們有機(jī)會(huì)將還原室的剩余碳全部燒掉，燃燒室是采用耐火砌襯還是采用水冷壁掛渣保護(hù)，則根據(jù)所要求的溫度以及經(jīng)濟(jì)分析來(lái)決定，采用水冷壁掛渣保護(hù)，保證長(zhǎng)周期運(yùn)行，但要浪費(fèi)很多有效能，溫度太高時(shí)，會(huì)使冷氣效率變的很低，但相對(duì)燃燒和還原在同一空間進(jìn)行的氣化爐來(lái)說(shuō)，浪費(fèi)掉的有效能要少的多。如選用耐火砌襯，可設(shè)計(jì)兩個(gè)燃燒室，一備一用，可在保證整個(gè)系統(tǒng)的長(zhǎng)周期運(yùn)行的前提下，選用較經(jīng)濟(jì)的耐火材料，但也要考慮維修費(fèi)用。
在氣化劑送入還原室前由凝渣降溫度控制裝置11進(jìn)行除渣降溫，降溫到1100℃～1400℃。
還原室選擇較低的溫度范圍，還原室平均溫度控制在1000℃～1300℃，可保證一定的碳轉(zhuǎn)化率前提下，使還原室能夠采用相對(duì)廉價(jià)的材料，以節(jié)約投資。還原室采用抗侵蝕耐熱不粘渣材料進(jìn)行迂回式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或旋流結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，含碳粉狀原料可分級(jí)供入，充分利用還原室空間，使每部分反應(yīng)物都是充分混合的，使反應(yīng)更加充分，也使溫度分布更加緩和，在反應(yīng)器出口下部可設(shè)置驟冷裝置15，調(diào)節(jié)合成氣出口溫度，也可在外層適當(dāng)位置噴入含碳粉狀原料來(lái)冷卻合成氣，并進(jìn)一步產(chǎn)生部分合成氣。
本發(fā)明使燃料的適用范圍和溫度范圍極大擴(kuò)充，燃燒室的溫度可控制在1300℃～1800℃，還原室的平均溫度可控制在1000℃～1300℃，灰熔點(diǎn)在1000℃～1650℃的含碳原料均適用。
本發(fā)明針對(duì)高溫氣化反應(yīng)器提出了一種分體式設(shè)計(jì)方法，提高了原料適用范圍和溫度范圍，尤其對(duì)高灰熔點(diǎn)含碳原料的氣化具有重要意義。以下列舉三個(gè)實(shí)施例，以具體說(shuō)明本發(fā)明。
實(shí)施例1本實(shí)施例采用灰熔點(diǎn)為1650℃的可再生燃料和礦物燃料、生物質(zhì)或垃圾等制作的含碳原料。它的具體實(shí)施方式
如圖3所示燃?xì)馀c氧化劑分別經(jīng)過(guò)4、7口進(jìn)入單獨(dú)的燃燒室內(nèi)，在低于化學(xué)計(jì)量比的情況下燃燒，同時(shí)也燃燒從除塵設(shè)備27回收的含碳灰渣，將剩余碳燃燒完全，燃燒室溫度控制在1750℃～1800℃，確保將灰熔化形成液態(tài)渣即可，如果使用更高的燃燒溫度，將浪費(fèi)更多有效能，降低設(shè)備壽命。燃燒器要求帶有強(qiáng)旋流裝置，將液態(tài)渣甩到器壁上，并流入下部的渣池10，燃燒生成的主要成分為CO2和H2O的氣化劑，氣化劑經(jīng)過(guò)凝渣連通通道25，凝渣降溫控制裝置11將未被燃燒室完全捕集的液態(tài)渣冷凝捕捉送回燃燒室渣池10，同時(shí)將氣化劑溫度調(diào)節(jié)到1300℃左右。將除渣降溫的氣化劑送入還原室13，與分級(jí)噴入還原室含碳粉狀原料在1100℃～1200℃的平均溫度下進(jìn)行還原反應(yīng)，還原生成含CO、H2的合成氣體。在這一溫度范圍內(nèi)，CO、H2的總生成速率變化不大，但還原溫度的高低影響CO和H2的比例，所以選擇哪一個(gè)具體的還原溫度，要根據(jù)合成氣的用途來(lái)定，當(dāng)然溫度越低，設(shè)備壽命越長(zhǎng)。
還原室13采用特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用抗侵蝕、耐熱不粘渣材料，將還原室制成迂回式結(jié)構(gòu)，燃料可分級(jí)供入，充分利用反應(yīng)空間并加大粉狀燃料的行程提高碳轉(zhuǎn)化率，在還原室出口16處設(shè)置驟冷裝置15，將出口溫度調(diào)節(jié)到700℃～900℃，驟冷劑可以是水蒸汽、冷的合成氣，甚至是含碳粉狀原料(可生成部分合成氣)。然后，合成氣帶著未完全轉(zhuǎn)化的灰渣離開(kāi)還原室13，被送入高溫除塵器27，凈化的合成氣從出口28進(jìn)入下一流程，收集的灰渣由管道8送入燃燒室9，將剩余碳完部燒掉，形成液態(tài)渣進(jìn)入燃燒室9下部的渣池10。
實(shí)施例2本實(shí)施例采用灰熔點(diǎn)為1350℃的可再生燃料和礦物燃料、生物質(zhì)或垃圾等制作的含碳原料。它的具體實(shí)施方式
如圖3所示燃?xì)馀c氧化劑分別經(jīng)過(guò)4、7口進(jìn)入單獨(dú)的燃燒室內(nèi)，在低于化學(xué)計(jì)量比的情況下燃燒，同時(shí)也燃燒從除塵設(shè)備27回收的含碳粉狀原料，將剩余碳燃燒完全，燃燒室溫度控制在1450℃～1550℃，確保將灰熔化形成液態(tài)渣即可，如果使用更高的燃燒溫度，將浪費(fèi)更多有效能，降低設(shè)備壽命。燃燒器要求帶有強(qiáng)旋流裝置，將液態(tài)渣甩到器壁上，并流入下部的渣池10，燃燒生成的主要成分為CO2和H2O的氣化劑，氣化劑經(jīng)過(guò)連通通道25，凝渣降溫控制裝置11將未被燃燒室完全捕集的液態(tài)渣冷凝捕捉送回燃燒室渣池10，同時(shí)將氣化劑溫度調(diào)節(jié)到1300℃左右。將降溫的氣化劑送入還原室13，與分級(jí)噴入還原室的含碳粉狀原料在1100℃～1200℃的平均溫度下進(jìn)行還原反應(yīng)，還原生成含CO、H2的合成氣體。在這一溫度范圍內(nèi)，CO、H2的總生成速率變化不大，但還原溫度的高低影響CO和H2的比例，所以選擇哪一個(gè)具體的還原溫度，要根據(jù)合成氣的用途來(lái)定，當(dāng)然溫度越低，設(shè)備壽命越長(zhǎng)。
還原室13采用特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用抗侵蝕、耐熱不粘渣材料，將還原室制成迂回式結(jié)構(gòu)，燃料可分級(jí)供入，充分利用反應(yīng)空間并加大粉狀燃料的行程提高碳轉(zhuǎn)化率，在還原室出口16下部設(shè)置驟冷裝置15，將出口溫度調(diào)節(jié)到700℃～900℃，驟冷劑可以是水蒸汽、冷的合成氣，甚至是含碳粉狀原料(可生成部分合成氣)。然后，合成氣帶著未完全轉(zhuǎn)化的灰渣離開(kāi)還原室13，被送入高溫除塵器27，凈化的合成氣從出口28進(jìn)入下一流程，收集的灰渣由管道8送入燃燒室9，將剩余碳完部燒掉，形成液態(tài)渣進(jìn)入燃燒室9下部的渣池10。
實(shí)施例3本實(shí)施例采用灰熔點(diǎn)為1000℃的可再生燃料和礦物燃料、生物質(zhì)或垃圾等制作的含碳原料。它的具體實(shí)施方式
如圖3所示燃?xì)馀c氧化劑分別經(jīng)過(guò)4、7口進(jìn)入單獨(dú)的燃燒室內(nèi)，在低于化學(xué)計(jì)量比的情況下燃燒，同時(shí)也燃燒從除塵設(shè)備27回收的含碳粉狀原料，將剩余碳燃燒完全，燃燒溫度控制在1300℃左右，確保將灰熔化形成液態(tài)渣，如果使用更高的燃燒溫度，將浪費(fèi)更多有效能，降低設(shè)備壽命。燃燒器要求帶有強(qiáng)旋流裝置，將液態(tài)渣甩到器壁上，并流入下部的渣池10，燃燒生成的主要成分為CO2和H2O的氣化劑，由于灰熔點(diǎn)較低，燃燒溫度控制的較低，所以連通通道25內(nèi)不進(jìn)行換熱降溫，氣化劑通過(guò)連通通道進(jìn)入還原室與分級(jí)噴入還原室的含碳粉狀燃料在1100℃～1200℃的平均溫度下進(jìn)行還原反應(yīng)，還原生成含CO、H2的合成氣體。在這一溫度范圍內(nèi)，CO、H2的總生成速率變化不大，但還原溫度的高低影響CO和H2的比例，所以選擇哪一個(gè)具體的還原溫度，要根據(jù)合成氣的用途來(lái)定，當(dāng)然溫度越低，設(shè)備壽命越長(zhǎng)。這樣會(huì)有部分燃燒室產(chǎn)生的液態(tài)渣進(jìn)入還原室，影響碳粉的還原反應(yīng)還原室13采用特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用抗侵蝕、耐熱不粘渣材料，將還原室制成迂回式結(jié)構(gòu)，燃料可分級(jí)供入，充分利用反應(yīng)空間并加大粉狀燃料的行程提高碳轉(zhuǎn)化率，合成氣攜帶灰渣一起流動(dòng)，在還原室出口16下部設(shè)置驟冷裝置15，將出口溫度調(diào)節(jié)到700℃～900℃，驟冷劑可以是水蒸汽、冷的合成氣，甚至是含碳粉狀原料(可生成部分合成氣)。然后，合成氣帶著未完全轉(zhuǎn)化的灰渣離開(kāi)還原室13，被送入高溫除塵器27，凈化的合成氣從出口28進(jìn)入下一流程，收集的灰渣由管道8送入燃燒室9，將剩余碳完部燒掉，形成液態(tài)渣進(jìn)入燃燒室9下部的渣池10。
從上述實(shí)施例可見(jiàn)，因?yàn)榭紤]爐體的適應(yīng)范圍，其燃燒溫度控制在高于灰熔點(diǎn)溫度100℃～200℃以確?；以劢鉃闇?zhǔn)，低于該溫度范圍，灰渣不能完全熔解，高于該溫度范圍，影響氣化爐壽命；而其還原反應(yīng)平均溫度最佳是1100℃～1200℃，也就是說(shuō)這個(gè)范圍還原效率較高，低于這個(gè)范圍，還原效率要低些，高于這個(gè)范圍效率增加不多，但是勢(shì)必增加熱損失。
綜上所述，本發(fā)明的核心是將燃燒室與還原室完全分開(kāi)，將燃燒室內(nèi)形成的液態(tài)渣不經(jīng)過(guò)還原室而直接從燃燒室的渣池排出，并根據(jù)燃燒和還原兩個(gè)反應(yīng)各自的需要分別設(shè)定溫度范圍。因此，凡是將燃燒室與還原室完全分開(kāi)，不經(jīng)過(guò)還原室而直接從燃燒室排渣，并根據(jù)兩個(gè)反應(yīng)分別控制溫度的，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種固體含碳原料的高溫氣化方法，包括氣化劑生成、氣化劑與含碳粉狀原料進(jìn)行還原反應(yīng)生成含CO、H2的合成氣體，其特征在于本高溫氣化方法將燃燒氧化生成氣化劑的反應(yīng)與還原生成合成氣的反應(yīng)分離，高溫氣化劑進(jìn)入還原室前經(jīng)過(guò)液態(tài)排渣處理，并且分別控制反應(yīng)溫度，其具體步驟是1)燃料與氧化劑在單獨(dú)的燃燒室內(nèi)燃燒，燃燒室內(nèi)溫度控制在1300℃～1800℃，且高于灰熔點(diǎn)溫度100℃～200℃，生成包括CO2和H2O的氣化劑，液態(tài)渣分離到燃燒室的渣池，并從燃燒室的渣池直接排除；2)將步驟1)生成的氣化劑進(jìn)一步降溫凝渣，降溫至1100～1400℃，捕捉的液態(tài)渣送入燃燒室的渣池，并從燃燒室的渣池直接排除；3)將經(jīng)步驟2)降溫除渣后的氣化劑送入還原室，同時(shí)將含碳粉狀原料噴入還原室，同時(shí)控制在1000℃～1300℃的平均溫度范圍進(jìn)行還原反應(yīng)，還原生成含CO、H2的合成氣體從還原室出口輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體含碳原料的高溫氣化方法，其特征在于將從還原室出口輸出的合成氣體經(jīng)過(guò)降溫處理送入除塵器，經(jīng)除塵后的合成氣輸出，而將除塵器分離出的未完全反應(yīng)的含碳灰渣送回燃燒室，碳燃燒而灰生成液態(tài)渣排出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的固體含碳原料的高溫氣化方法，其特征在于含碳粉狀原料從還原室壁的上下不同位置多層噴入還原室。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的固體含碳原料的高溫氣化方法，其特征在于合成氣體從還原室出口輸出前進(jìn)行驟冷處理，將還原室出口的溫度控制在700℃～900℃。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固體含碳原料的高溫氣化方法，其特征在于合成氣體從還原室出口輸出前進(jìn)行驟冷處理，出口的溫度控制在700℃～900℃。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體含碳原料的高溫氣化方法，其特征在于步驟2)降溫至1200～1300℃，步驟3)還原室的平均溫度控制在1100℃～1200℃。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體含碳原料的高溫氣化方法，其特征在于步驟1)中采用旋流器對(duì)燃燒氧化生成高溫氣化劑和液態(tài)灰渣進(jìn)行分離，旋流器使燃燒室內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)，將大部分液態(tài)渣分離到壁面，并流入燃燒室下面的渣池。
全文摘要
本發(fā)明提供一種固體含碳原料的高溫氣化方法，將燃燒生成氣化劑的反應(yīng)與還原生成合成氣的反應(yīng)分離，將高溫氣化劑在進(jìn)入還原室前經(jīng)過(guò)液態(tài)排渣處理，且液態(tài)渣不流經(jīng)還原室而直接排掉，使碳粉與高溫氣化劑在還原室進(jìn)行還原反應(yīng)生成CO、H
文檔編號(hào)C10J3/00GK1935950SQ200610124570
公開(kāi)日2007年3月28日 申請(qǐng)日期2006年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月21日
發(fā)明者楊占春, 張澤, 林沖, 張超, 呂鋒杰, 金沙楊, 宋侃, 李宏 申請(qǐng)人:武漢凱迪科技發(fā)展研究院有限公司