專利名稱：固定床煤的氣化的方法與裝置的制作方法
煤、炭、焦炭與熱空氣、氧氣、水蒸汽、或二氧化碳或者它們的混合物發(fā)生反應(yīng)生成氣體產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化過程構(gòu)成了眾所周知煤的氣化工藝方法。煤的氣化產(chǎn)品是混合物，包括氫氣和一氧化碳以及不定量的氮?dú)?、二氧化碳、水蒸汽、硫化氫、有機(jī)硫化合物，并可能含煤焦油及粉塵，這要依采用的氣化方法及反應(yīng)物而定。
在大氣中及高壓下煤氣化方法已研究了近一個(gè)世紀(jì)，但在高效生產(chǎn)氣體方面仍然存在著許多障礙。煤有形成粘性燒結(jié)表面的傾向;煤加熱時(shí)，其中的焦油與瀝青成分形成滲出液的結(jié)果，而且使用自由膨脹系數(shù)高的煤的氣化器受到煤結(jié)塊及粘結(jié)的干擾。
由于常用的氣化器是在逆流裝置，其中，煤在重力作用下向下流動(dòng)，而用于加熱并使煤氣化的空氣和水蒸汽通過煤床向上運(yùn)動(dòng)，原料煤被輸往氣化器上部靠近煤氣及其它揮發(fā)性物質(zhì)離開裝置的相對(duì)較冷的區(qū)域，這樣一來，更加重了煤的膨脹及粘結(jié)特性。
常規(guī)的魯奇(Lurgi)加壓氣化器由一個(gè)壓力容器構(gòu)成，在其上端有一煤閉鎖料斗，篩分過的煤在加壓下通過此進(jìn)料斗導(dǎo)入。攪拌煤床上端以保持脫揮發(fā)分區(qū)的疏松度并使形成的一些燒結(jié)塊破碎。從壓力容器下端加入熱蒸汽及氧氣而將煤加熱到1800°F及2300°F之間，在壓力容器下端以內(nèi)配置一旋轉(zhuǎn)格柵，其中裝載被氣化的煤。魯奇氣化器的主要缺點(diǎn)為粗產(chǎn)氣體出口離煤床頂部太近以至氣化器的外排氣流中夾帶著煤焦油及粒狀粉塵與煤。
摩根湯能源技術(shù)中心(METC)氣化器是基于類似的設(shè)計(jì)原理，煤由頂部引入而空氣/水蒸汽以逆流方式由底部引入。通常，加壓閉鎖料斗向一臺(tái)變速旋轉(zhuǎn)送料器供煤，而旋轉(zhuǎn)送料器再將煤分送給一臺(tái)螺旋送料器。螺旋送料器以勻速運(yùn)轉(zhuǎn)，該速度快得使煤在熱得足以變粘稠而開始阻塞前就被運(yùn)進(jìn)壓力容器體內(nèi)。使用一架水冷、液壓驅(qū)動(dòng)的三葉攪拌器以維持床層的疏松度，并提供使用強(qiáng)烈粘結(jié)性煤的能力，正如魯奇氣化器的情況一樣，產(chǎn)品氣中存在著煤焦油及細(xì)粒，更重要的是，METC的設(shè)計(jì)要求有強(qiáng)床層攪拌功能。這對(duì)軸承產(chǎn)生復(fù)合力作用，并需設(shè)計(jì)水冷軸的加壓密封，水冷軸在貫穿氣化器壓加容器的同時(shí)進(jìn)行緩慢的轉(zhuǎn)動(dòng)及平動(dòng)。
在這些常規(guī)的煤氣化器中使用高度粘結(jié)性煤造成物料通過速度的降低，從而時(shí)常急劇地減少氣化產(chǎn)量到不足負(fù)荷能力的一半，這是粘稠、膨脹的煤迫使氣體經(jīng)煤床中的裂縫通過短路的直接后果。這種短路被稱作“溝流”，由于它破壞高效氣化反應(yīng)所必需的氣煤接觸及相互作用，所以是個(gè)重大問題。
如果煤的加熱可以在溫度高得足以縮短通過氣化裝置的過渡時(shí)間的情況下進(jìn)行，即使對(duì)高粘性的煤，膨脹過程自身也能受到局限，因而，提供這樣一種煤的氣化方法將是有益的，即通過無燒結(jié)因而無溝流的加熱，使煤脫揮發(fā)分。
因而，本發(fā)明的目的之一是提供一種增效的燃料氣化的方法與裝置，以便無生產(chǎn)能力限制地加工較寬范圍的煤。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種不依靠逆流流動(dòng)的煤的氣化方法與裝置，因此將夾帶進(jìn)產(chǎn)品可燃?xì)鈨?nèi)的煤焦油量減至最少。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是將揮發(fā)了的堿金屬鈉與鉀在產(chǎn)品可燃?xì)饫锏膴A帶減至最少。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種將方法與水蒸汽通過煤床的溝流減至最小程度的煤的氣化裝置與方法。
本發(fā)明提供了固定床燃料氣化的方法與裝置，甚至高粘結(jié)性物質(zhì)，例如煤，也能有效氣化。
本發(fā)明的裝置是在壓力容器的范圍內(nèi)使用一個(gè)煤的熱解裝置。該熱解裝置包括一個(gè)開口的管狀外套，此套伸進(jìn)壓力容器。該套與固定床煤的氣化壓力容器最好排列成同軸。在熱解裝置與壓力容器之間限定一個(gè)環(huán)狀空間，在些空間內(nèi)圍繞著熱解裝置配置旋轉(zhuǎn)格柵，由管狀熱解器投進(jìn)壓力容器的物料可以沉積在格柵上。熱解裝置將輸入其較低一端的煤加熱到足以使煤成分揮發(fā)的溫度，并于煤表面形成一層防護(hù)殼，而不是形成粘性的煤焦油滲出液。煤熱解的產(chǎn)物從熱解裝置的上端出來直接進(jìn)入煤的氣化壓力容器。將氣化反應(yīng)物輸送給與熱解器出口端相鄰的壓力容器。在壓力容器內(nèi)給物料以足夠長(zhǎng)的停留時(shí)間，使其與氣化反應(yīng)物起反應(yīng)以使脫揮發(fā)煤里的碳成分氧化為一氧化碳。氣化作用在此壓力容器內(nèi)完成而用不著顧慮煤的結(jié)塊及隨后的燒結(jié)。
本發(fā)明的方法包括將燃料引入一開口熱解器管初始端的步驟。燃料在管內(nèi)輸送并通過可燃?xì)饧把趸瘎┡c燃料的混合而使其加熱。這些成分同向流動(dòng)使燃料脫揮發(fā)分。其后，熱解產(chǎn)物在固定床氣化器的壓力容器內(nèi)部分燃燒。脫揮發(fā)分的燃料以氣體及靠重力落在氣化器壓力容器內(nèi)的煤灰的混合物的形式，由熱解器直接分送進(jìn)壓力空器。在壓力容器頂部送入碳的氣化所需的水蒸汽與空氣，以使離開熱解器的氣體與煤灰并流通過壓力容器的熱氣化區(qū)流下，有足夠長(zhǎng)的停留時(shí)間使所有的碳形成一氧化碳。燃料熱解及氣化聯(lián)合的產(chǎn)生的低BTU氣體則由壓力容器放出。


圖1是本發(fā)明氣化裝置的示意圖。
圖2圖解說明本發(fā)明氣化裝置的主要操作特點(diǎn)。
圖3是示于圖1及圖2中的旋轉(zhuǎn)格柵的持寫圖。
在主要方面，本裝置包括至少兩個(gè)組件燃料氣化用的壓力容器及固體燃料熱解用的裝置。兩組件可用各種不同的方式連接。然而重要的是，事實(shí)上所有的燃料在氣化前均被熱解。這就保證了燃料顆粒不會(huì)發(fā)生如下所述的結(jié)塊或燒結(jié)。脫揮發(fā)分和熱解的燃料最好是離開熱解器進(jìn)入氣化器的高溫區(qū)。進(jìn)行氣化的固體物料借重力落到固定床旋轉(zhuǎn)格柵上。在一個(gè)最佳的實(shí)施方案中，熱解組分由下面進(jìn)入壓力容器，雖然其它結(jié)構(gòu)也是可能的。術(shù)語“燃料”意味著包括任何固態(tài)的碳質(zhì)物料。例如包括，但不限于，煤、來自廢物的物料、及木料。盡管本發(fā)明所敘述的裝置與方法適用于煤，但已知上述其它燃料也同樣可以使用。
本發(fā)明煤氣化裝置的一個(gè)實(shí)施方案的示意圖示于圖1，其裝置10包含兩個(gè)組件，一個(gè)夾帶床熱解裝置或稱熱解器12實(shí)際上裝在壓力容器14內(nèi)，并與之同軸。熱解器12使煤、空氣及一種可燃?xì)?6混合，點(diǎn)燃的混合物在高溫下由此向上并流通過熱解器12。從煤中放出焦油的粘性開始揮發(fā)時(shí)便在熱解器產(chǎn)生的高溫下發(fā)生裂解。煤中焦油與瀝青成分的裂化減弱了煤在氣化裝置中形成粘性燒結(jié)表面的趨勢(shì)。煤熱解的產(chǎn)物由熱解裝置12的頂部出來，而固體物料借重力落在壓力容器14的固定床表面18上。從熱解裝置放出的固體物料在熱空氣及水蒸汽存在下發(fā)生氧化，熱空氣及水蒸汽通過壓力容器頂部的管道20導(dǎo)入，產(chǎn)生的含碳?xì)饧捌渌鼩怏w并流流下，而后環(huán)繞內(nèi)凸緣55向上，然后通過管道22離開壓力容器。不燃性固體物料如煤灰通過出口24離開裝置。通過管線57導(dǎo)入足夠的空氣以燒掉煤灰中殘留的碳，以及水蒸汽(當(dāng)需要時(shí))以冷卻格柵。
術(shù)語“熱解”意欲確定一個(gè)煤的加熱通用工藝，它涉及煤的徹底熱分解，以及炭中殘余固體物料的逐步富集。通常，這在溫度高于500-550℃(932°F-1022°F)時(shí)發(fā)生。煤的典型高溫?zé)峤猱a(chǎn)物為(a)包含氣體及焦油的富氫揮發(fā)性成分，以及(b)被稱作炭的富碳固體成分。產(chǎn)自煤的熱解的氣體揮發(fā)分包括，但不限于，甲烷、一氧化碳、二氧化碳、水蒸汽、氫氣、乙烷、以及氮的氧化物。術(shù)語“夾帶床”確定一種熱解方法，即采用煤粒穩(wěn)定懸浮在上升氣流中。這些煤粒由初始?xì)饬鲾y帶著通過一臺(tái)噴射器進(jìn)入熱的立式爐。
參照?qǐng)D2，該夾帶床熱解器26為常規(guī)設(shè)計(jì)。該熱解器為一開口的管或圓筒28，該圓筒可加熱到至少1037℃(1900°F)。用惰性物料在夾帶床內(nèi)包圍著受熱煤粒，熱解器克服了煤熱解的主要難點(diǎn)，即煤在加熱過程中的結(jié)塊。優(yōu)選的惰性物料有炭、石灰石、或沙。惰性物料的主要用途有三。第一，沙或炭的劇烈攪動(dòng)極快地將熱傳遞給正在摩擦及磨蝕的碳質(zhì)燃料粒。這種磨蝕持續(xù)地暴露出新鮮的活性固體表面，同時(shí)也減弱反應(yīng)燃料燒結(jié)的趨勢(shì)。因此，煤粒被惰性炭或沙稀釋得足以避免結(jié)塊。第二，惰性物料床象一個(gè)大型熱潭一樣來緩沖溫度波動(dòng)。第三，石灰石煅燒并以硫化鈣(CaS)的形式除去部分硫。
熱解器用大約1/10英寸的碎煤進(jìn)行操作。在熱解器中使用的煤的優(yōu)選的平均粒徑介于約0.015-0.0250英寸之間。這種大小的碎煤是有足夠大的表面積，當(dāng)加熱到870℃(1600°F)以上時(shí)，能迅速地脫揮發(fā)分。
再次參照?qǐng)D2，本發(fā)明的夾帶床熱解器有三段區(qū)域。在熱底腔30中，一種可燃性起動(dòng)氣，例如天然氣(90%以上甲烷)，在氧化劑存在下燃燒。該氧化劑，例如空氣，通過氣體進(jìn)口32被導(dǎo)入。熱的燃燒氣體經(jīng)混合通過熱解器的其它區(qū)域、篩板34，以及反應(yīng)床36。與熱解器下端同軸安裝一根347型合金的小管道38。此小管運(yùn)送靠壓縮空氣送進(jìn)熱解器26的煤。熱解器下端的空壓煤進(jìn)料速率可以變化，但通常介于大約250-1500lbs./hr-ft2之間。熱燃燒氣體的混合導(dǎo)致在上升的氣流中形成一穩(wěn)定的煤粒懸浮體。從空氣進(jìn)口管道33另加空氣，可在有限的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)燃燒氣體的組成，以形成特定的組成比。
在氣體燃燒腔區(qū)域30與反應(yīng)床區(qū)域36之間是任選的篩板34。此板為氣體分布板，可由310型不銹鋼制造，但事實(shí)上也可使用其它成分。氣體分布板具有多個(gè)遍及整個(gè)板的孔洞，所有這些均用于混合燃燒氣體并使熱氣體均勻地分配到反應(yīng)床區(qū)域36。
大約在熱解器的上2/3區(qū)域擁有反應(yīng)床區(qū)域36，該區(qū)域封閉在壓力容器40以內(nèi)，反應(yīng)器區(qū)域包括含有惰性顆粒，最好為炭、及燃燒的煤粒的夾帶床。含夾帶床的反應(yīng)器區(qū)域由耐火合金構(gòu)成。保溫襯里可以是耐火磚及澆灌耐火材料，但其它耐熱制品和/或焊接的水冷管也同樣可以使用。在反應(yīng)器床層區(qū)域36上方，反應(yīng)器直徑通常是不變的，但也可以展寬成一個(gè)較大的腔。熱解器的上部區(qū)域用與反應(yīng)器床層區(qū)同樣方式加上襯里。
熱解器的床層高度，亦即裝有煤及惰性物料的管子的垂直長(zhǎng)度，可以改變但一般是介于9至31英尺長(zhǎng)度之間。因此，熱解器組件的相對(duì)尺寸可在很寬的范圍內(nèi)改變，依其周長(zhǎng)而定。例如，熱解器下端的外徑可小到大約4英寸，管子38的外徑大約為1英寸。有了這些尺寸，包含著夾帶床的反應(yīng)器區(qū)外徑可以為8英寸?？梢杂帽绢I(lǐng)域所熟知的設(shè)計(jì)及施工方法依此按比例放大這些尺寸。
熱解器產(chǎn)生足夠的熱以驅(qū)除煤中的揮發(fā)性物質(zhì)，產(chǎn)生兩種產(chǎn)物，低BTU可燃?xì)怏w與額外的炭(未反應(yīng)的碳及煤灰)。本發(fā)明的熱解器組件不因煤結(jié)塊及燒結(jié)而遭損害，因?yàn)槊号c空氣向上并流在足夠的高溫下在煤的表面形成一層防護(hù)殼而不產(chǎn)生粘性的煤焦油滲出液。在熱解器的更高溫度下，(大約870℃約1600°F)，煤焦油滲出物裂解變成炭。
然而，熱解器不消耗煤中很多的固定碳。因此，為使在氣化過程中生成的灰易于處理，作為快速熱解的結(jié)果而產(chǎn)生的炭并不充分氣化。
為了進(jìn)一步使煤無燒結(jié)地部分氧化，熱解器26直接離開在壓力容器40范圍內(nèi)，含瀝青焦油及熱解固體產(chǎn)物(煤、煤灰、及炭)的揮發(fā)外排氣被迫由熱解管的上出口端經(jīng)過壓力容器42的高溫區(qū)，在該處焦油進(jìn)一步裂解為碳與氣態(tài)烴。
壓力容器40或固定床煤氣化器，氧化了煤中大多數(shù)的固定碳成分。煤的氣化產(chǎn)物是低BTU氣體，其中含有比產(chǎn)自熱解過程更多的一氧化碳，因?yàn)樵诿旱臍饣^程中用了較多的碳。內(nèi)含少量未反應(yīng)的碳的煤灰是剩余的產(chǎn)物。
參照?qǐng)D2，氣化反應(yīng)器壓力容器40包含一個(gè)有限厚度的反應(yīng)器罩44，該厚度限定著壁46。該氣化器壁46可以用絕熱的，高溫耐火材料48作襯里。盡管已有報(bào)道，在用耐火材料襯里的常規(guī)氣化器中熔結(jié)有顯著增加的趨勢(shì)，但此處實(shí)施的裝置可以避免此類問題，因?yàn)闊峤夤苡行У貙⒚旱膿]發(fā)性組成分減少到難以發(fā)生熔結(jié)的程度。因而，壓力容器可用耐火材料作襯而不會(huì)有不良作用。另一方面，可以沿反應(yīng)器壁。整體或局部用水冷卻。
氣化反應(yīng)器40可以設(shè)計(jì)為耐壓1大氣壓至40大氣壓(6-7MPa)。壓力容器里的溫度通常在925-1050℃(1697°-1922°F)的范圍內(nèi)。在這些溫度及壓力下有利于碳的氫化，以致當(dāng)用氧氣作氣化劑時(shí)產(chǎn)品氣中通常會(huì)含50%氫氣、35%一氧化碳及15%甲烷。當(dāng)用空氣作氣化劑時(shí)，產(chǎn)品氣通常會(huì)含15%氫氣、20%一氧化碳、以及3%甲烷。罩44上接著很多管50，用于導(dǎo)入氣化劑如熱空氣、水蒸汽、氧氣和/或二氧化碳。這些管50位于或接近壓力容器的頂端，以便使所述氣化劑與任何脫揮發(fā)分的煤以及由熱解器反應(yīng)床36引出作為外排物含有氣體及含煤灰的炭的上升氣流起反應(yīng)。因此，壓力容器40要專門設(shè)計(jì)，以使碳的氣化所需的氣化劑在壓力容器頂部導(dǎo)入，為的是讓并流的氣與炭通過壓力容器40的高溫區(qū)或氣化區(qū)42流下。
氣化區(qū)42的位置靠近熱解器的上端并由該處向下延伸一段距離。它包含一段溫度介于982℃(1800°F)至1260℃(2300°F)之間的氣化區(qū)域。在此氣化區(qū)域的主要反應(yīng)為碳的放熱燃燒;
碳與水蒸汽及二氧化碳的吸熱反應(yīng);
水煤氣變換放熱反應(yīng);
甲烷可由碳的氧化以及由碳在壓力容器中遇高壓熱裂解而生產(chǎn)。
自熱解器26導(dǎo)出的煤與空氣(或氧氣)及水蒸汽(或水)一起從管50，并流而下流經(jīng)壓力容器40。導(dǎo)出熱解器26的揮發(fā)氣體被迫通過碳的氣化容器的高溫區(qū)域42在該區(qū)煤焦油裂解為碳及氣態(tài)烴。這種外排氣的內(nèi)部再循環(huán)將產(chǎn)出可燃?xì)饫飱A帶的煤焦油量減至最少。并流流動(dòng)方式還另有優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樵跓峤膺^程及在氣化器高溫區(qū)42內(nèi)形成的揮發(fā)性堿金屬鈉與鉀將在氣化反應(yīng)器的較冷區(qū)域52內(nèi)冷到870℃(1600°F)以下時(shí)發(fā)生冷凝并沉積到煤灰上。
無堿氣體經(jīng)過位于壓力容器40頂端附近的一根或多根出口管線54離開壓力容器40。出口管線54最好是位于內(nèi)邊緣或稱內(nèi)凸緣55的外面，該凸緣配置在壓力容器40的內(nèi)部并大體上與壓力容器壁平行。此凸緣在壓力容器40的器壁46與凸緣55之間限定一個(gè)空間59，用于迫使出自熱解器圓筒26頂部的氣體向下經(jīng)過氣化壓力容器的高溫區(qū)42。出口管線54與被凸緣55及壓力容器40所限定的空間59相結(jié)合。凸緣保證了更有效的并流流動(dòng)而使外排氣的內(nèi)部再循環(huán)增至最大，因?yàn)闊峤馄髋懦龅臍怏w被迫沿迂回的路徑穿行才能離開壓力容器40。
當(dāng)熱解出口氣、炭與氣化劑的并流流體向下流經(jīng)氣化區(qū)的較冷區(qū)域52時(shí)，它們遇到低于大約870℃(1600°F)的溫度，殘留的未燃碳及煤灰則在該區(qū)沉降到格柵56上。在與格柵56相鄰的壓力容器底部配置有額外的空氣與蒸汽管線57。這些額外的空氣與蒸汽管線有雙重目的。它們冷卻格柵，也提供額外的氣化劑給已沉積在格柵56上的一些碳使其完成最終的燃燒。
此格柵56可以為任意型號(hào)的機(jī)械格柵，只要加以修改適合于熱解器圓筒26就行。格柵56的功能是給床體以機(jī)械支撐。它還以可控速度移走床層固體的最下層部分。理論上，床層底部以與氣化器內(nèi)燃燒區(qū)上移的相同速率移去，使燃燒區(qū)保持垂直固定。固體的體積移去速率由格柵的旋轉(zhuǎn)確定。
格柵56最好是由一旋轉(zhuǎn)元件58帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，使煤在大致沿格柵表面下落到排出口60。示于圖2的格柵設(shè)計(jì)為魯奇型格柵，但其它類型的設(shè)計(jì)同樣可以采用。
旋轉(zhuǎn)格柵的另一實(shí)施方案為修改過的METC型格柵，它具有互連的多重平行水平板62，如圖3所示。每塊水平板具有一延伸貫穿整塊板的腔室64。板62靠多個(gè)連接元件63將它們的水平表面互相連接起來，以使它們相應(yīng)的腔室形成一環(huán)狀空間，熱解器管26可裝配在此空間內(nèi)。熱解器管不必與板腔密封嚙合，而寧可說是，實(shí)際上該管的直徑較腔室為小，因而在管26及腔64的外緣66之間限定一厚度有限的空間。多重平行水平板62中的幾塊板與熱解器的中心線偏心，該中心線是格柵旋轉(zhuǎn)軸(圖3中僅顯示了些排列結(jié)構(gòu)中最上面的一塊板)。某些板上帶著刮板68、70來控制煤灰的徑向流動(dòng)。該裝置在強(qiáng)耐磨軸環(huán)或軸承(未示出)以內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。在優(yōu)選操作中，格柵以壓力容器頂部俯視時(shí)的順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，而且兩塊頂板62中的至少一塊是與熱解器26的中心線偏心的。由于熱解器26也與壓力容器的中心線同軸，兩塊頂板62中至少一塊同樣是與氣化器中心線偏心的。煤灰被位于中間板62上的移去刮板70從氣化器壁區(qū)鏟起，并且被迫沿徑向向內(nèi)經(jīng)過中間板62，通過中間及底部板中央的大洞64落到排出口60中。移去刮板70裝配在一固定于板外圍周邊處的外伸部71上，該外伸部71由板的外周邊徑向外伸。偏轉(zhuǎn)刮板68使停在頂板62上的煤灰發(fā)生偏轉(zhuǎn)落向較低的水平面，在那里它由移去刮板70收集起來。當(dāng)部分煤灰經(jīng)過底板周邊落入排出口60時(shí)，煤灰的絕大部分經(jīng)過底板62的中心孔64離開格柵56區(qū)域。任何大得通不過板間隙的燒結(jié)塊翻滾過刮板而在偏心安裝的板及周圍的軸承間被擠碎，因?yàn)槠陌惭b的板間近乎無空隙。
排出口60可以是簡(jiǎn)單的管道，煤灰通過它離開裝置。
此格柵設(shè)計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)是它能有效地控制幾乎任何形式的，從粉末狀到小熔結(jié)塊的煤灰的流動(dòng)。能適用的熔結(jié)塊的大小由連結(jié)元件63之長(zhǎng)度確定的板與板之空隙所確定。該空隙最好為6英寸。
在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，可以借助間歇噴水注入擊碎燒結(jié)形成物的方法，從壓力容器中除去燒結(jié)塊。參照?qǐng)D1及圖2，通過裝配在壓力容器底端的水管72將水導(dǎo)入壓力容器40的側(cè)壁。噴水裝置可以縮回并能間歇作用。在如此操作導(dǎo)致產(chǎn)生大于旋轉(zhuǎn)格柵允許通過的燒結(jié)塊時(shí)，一般的煤灰化器會(huì)發(fā)生停車。倘若不良的操作使溫度偏差很寬足以引發(fā)燒結(jié)的產(chǎn)生，采用了冷卻及用噴水進(jìn)料管粉碎燒結(jié)塊以后，可以避免壓力容器停車。燒結(jié)形成物對(duì)氣體質(zhì)量沒有直接的影響，但它降低或消除氣化器排放煤灰的能力。這會(huì)使氣化器里的反應(yīng)區(qū)上移，從而逐漸地破壞產(chǎn)品氣的熱值。
本發(fā)明的另一實(shí)施方案還向固定床氣化器操作提供了關(guān)鍵的測(cè)量結(jié)果。這些參數(shù)包括較低區(qū)域的溫度、產(chǎn)品氣溫度、反應(yīng)物的輸入流量及溫度、煤床的實(shí)際位置、以及產(chǎn)品氣的熱值。
觀測(cè)氣化器較低部位的溫度范圍可以知道，確定燃燒區(qū)的位置、范圍及強(qiáng)度的最可行的方法，這可通過將水冷溫度分布探測(cè)器插到壓力容器的高溫區(qū)42測(cè)得。
盡管氣化器的控制實(shí)際上并不需要知道產(chǎn)品氣溫度，但若床層中的燃燒太強(qiáng)烈而使氣化器操作確實(shí)不正常時(shí)，產(chǎn)品氣溫度就變得很有用。可用一簡(jiǎn)單的、市場(chǎng)上買得到的氣體水蒸汽探測(cè)器容易地獲得此溫度值。
從進(jìn)料管50進(jìn)入氣化器的水蒸汽及空氣的溫度與流量的測(cè)量屬于本技術(shù)現(xiàn)行水平，可用常規(guī)流量計(jì)獲得。
煤床實(shí)際表面的位置對(duì)保持產(chǎn)品氣性質(zhì)的相對(duì)穩(wěn)定來說很重要。這一測(cè)量有各種不同方法，都可以在本發(fā)明中采用。這些方法包括電阻/電容探測(cè)器及核子計(jì)數(shù)器。最可靠的技術(shù)是采用核子計(jì)數(shù)器來測(cè)量經(jīng)過煤床的一束核幅射的衰減。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，這種放射劑量測(cè)定法根據(jù)的是一個(gè)外部安裝的鈷60源發(fā)出的γ射線產(chǎn)量，用一組位于壓力容器側(cè)面與鈷60源相對(duì)的電離室進(jìn)行檢測(cè)。鈷60源在市場(chǎng)上可以買到，費(fèi)用較低能供給1.17至1.33MeV的γ射線。
已經(jīng)敘述了煤的氣化的裝置，下面將具體參照?qǐng)D2敘述一下方法。設(shè)計(jì)熱解器26由煤產(chǎn)生氣體，通過驅(qū)除煤中的揮發(fā)性物質(zhì)而產(chǎn)生可燃?xì)饧疤俊ＴO(shè)計(jì)壓力容器固定床氣化器除去剩余煤的大多數(shù)固定碳成分及其揮發(fā)性成分，從而產(chǎn)出BTU氣及煤灰。
為操作夾帶床熱解器26，用惰性物料填充反應(yīng)器床層區(qū)36直到預(yù)定的床層高度。由進(jìn)口32、33供應(yīng)的通過床層的氣體流速保持在某一范圍以保證炭的迅速攪動(dòng)。然后借助在反應(yīng)器的底段30內(nèi)燃燒這些氣體將床層加熱到預(yù)選的溫度，大約在760℃(1400°F)至1037℃(1900°F)之間。
床層36達(dá)到預(yù)期的溫度以后，調(diào)節(jié)氣體流量以給出由具體條件所確定的適宜的參數(shù)。然后根據(jù)，例如，不變的床層溫度判斷讓夾帶床熱解器達(dá)到大致穩(wěn)定的狀態(tài)條件，碳質(zhì)燃料通過，例如，壓縮空氣輸送而導(dǎo)入熱解器。通常，床層溫度將立即下降，因?yàn)樾枰@熱把煤加熱到反應(yīng)溫度外加熱解需要熱量?？梢哉{(diào)節(jié)煤的空氣壓縮輸送以及氣體的流量，以使夾帶床層溫度不下降到約760℃(1400°F)以下，加熱熱解器管使燃料中足夠高的溫度下脫揮發(fā)分而在煤表面上形成一層防護(hù)殼。溫度最好是在870℃(1600°F)至1037℃(1900°F)的范圍以內(nèi)，脫揮發(fā)分的燃料與炭在加壓下從熱解器管的頂端排出直接進(jìn)入壓力容器40的頂端。經(jīng)位于壓力容器頂部的管道50導(dǎo)入碳脫氣所需的水蒸汽與空氣，以使氣體與炭?jī)烧卟⒘鞫峦ㄟ^壓力容器的熱氣化區(qū)42。此區(qū)域的最佳溫度介于980℃(1800°F)與1660℃(2300°F)之間，由碳的熔化特性所容許。
讓未反應(yīng)的燃料及氣化過程中所產(chǎn)生的煤灰冷卻。包括殘留煤灰的未反應(yīng)燃料沉降在旋轉(zhuǎn)格柵56上，而后通過排出口60被清除出壓力容器。
本方法的一個(gè)重要特點(diǎn)是，從熱解器管26排出的熱氣流必須在額外的水蒸汽及空氣存在下穿過熱的碳?xì)饣瘏^(qū)42，以使一些煤焦油裂解并在離開煤灰床層以前提供足夠的煤灰表面給堿金屬，令其剛一冷卻就發(fā)生沉積。這點(diǎn)在此鼓風(fēng)氣化系統(tǒng)中特別有利，因?yàn)榭梢员３譄釟饬饕宦飞系饺細(xì)廨啓C(jī)而無需顧慮揮發(fā)的堿金屬或含硫焦油沉積到管道上。
本行業(yè)的人會(huì)懂得，或能確定使用不超出常規(guī)實(shí)驗(yàn)法的，與此處所術(shù)發(fā)明的具體實(shí)施方案等效的方法。這些及其它所有等效方法均為由下列權(quán)利要求書所包括。
權(quán)利要求
1.一種固體燃料的氣化裝置，包含；具有一閉合上端及一開口下端的受熱壓力容器；具有一上出口端及一下進(jìn)口端的管狀套，所述套與壓力容器的開口端相連接并往其中伸進(jìn)，設(shè)套與壓力容器同軸安放而在其間限定出一環(huán)狀空間用以裝入碳質(zhì)燃料的固定床；向管狀套下進(jìn)口端導(dǎo)入燃料、一種可燃?xì)?、及一種氧化劑的多根管道；向壓力容器上端供應(yīng)氣化反應(yīng)物以使所述反應(yīng)物與一些從管狀套上端排出的固體及氣態(tài)物料混合的多根管道；從壓力容器上端移去氣態(tài)揮發(fā)分的多根排出管道；以及從壓力容器下端輸送固體物料的一個(gè)排出口。
2.權(quán)利要求1的裝置，另外包含一裝配在壓力容器內(nèi)部在其上端的內(nèi)部凸緣，所述凸緣實(shí)際上與壓力容器平行并在其間限定一個(gè)空間，所述空間與排出管道相結(jié)合。
3.權(quán)利要求1的裝置，另外包含一個(gè)與管狀套伸進(jìn)壓力容器的部分相距有限距離的軸向裝配的旋轉(zhuǎn)格柵，所述格柵是有多塊互連的、水平向的平行板，從管狀套排出的固體物料可以沉積在上面。
4.權(quán)利要求3的裝置，其中至少一塊所述板偏心裝配在管狀套周圍。
5.權(quán)利要求3的裝置，另外包含多根向壓力容器注水的水管，這些管道沿壓力容器的外表面配置并伸入其內(nèi)，所述管道與旋轉(zhuǎn)格柵相鄰。
6.權(quán)利要求3的裝置，另外包含一個(gè)測(cè)量煤床實(shí)際表面的設(shè)備
7.一種燃燒固體碳質(zhì)燃料的方法，包含下列步驟(a)在加壓下，將固體碳質(zhì)燃料、一種氧化劑、以及一種可燃?xì)怏w導(dǎo)入一開口的熱解器管的初始端，所述管安裝在固定床壓力容器內(nèi);(b)點(diǎn)燃該可燃?xì)怏w以使燃料在熱解器管內(nèi)脫揮發(fā)分而形成煤灰、炭，以及揮發(fā)性物質(zhì);(c)從熱解器管的另一端將脫揮發(fā)分的燃料排出直接送入壓力容器;(d)在與熱解器管另一端相鄰的一點(diǎn)向壓力容器內(nèi)導(dǎo)入氣化劑;(e)讓所述壓力容器加熱到一個(gè)足以氧化煤灰及炭成為含碳?xì)怏w的溫度;(f)讓未反應(yīng)的煤灰、炭冷卻;(g)從壓力容器中除去煤灰、炭、揮發(fā)性物質(zhì)以及未反應(yīng)的燃料。
8.一種煤的氣化方法，包含下列步驟(a)向一開口的夾帶床熱解器管的一端導(dǎo)入煤、一種可燃?xì)?，以及氧化?(b)燃燒可燃?xì)庵链蠹s1600°F以使煤脫揮發(fā)分;(c)從熱解管的另一端將脫揮發(fā)分的煤、氣態(tài)揮發(fā)性物質(zhì)及炭排出，直接送入一固定床煤的氣化器;(d)將氣化劑導(dǎo)入熱解器附近的固定床煤的氣化器，以裂解煤中的焦油及瀝青成分;(e)借重力輸送炭，煤灰、及未反應(yīng)的煤進(jìn)入固定床氣化器的加熱區(qū);(f)讓氣化器熱至大約1900°F以便由炭、煤灰及未反應(yīng)的煤來產(chǎn)生含碳?xì)怏w;(g)從氣化器移去氣體;(h)讓煤灰冷卻并沉積到旋轉(zhuǎn)格柵上;(i)使格柵旋轉(zhuǎn)而從氣化器清除煤灰、炭及未反應(yīng)的燃料。
9.一種固體燃料的氣化裝置，包含一個(gè)可使固體燃料在其中氣化的壓力容器，以及借助燃料與一種可燃?xì)饧耙环N氧化劑的燃燒，及將燃料導(dǎo)入所述容器以使燃料氣化過程中的燒結(jié)減至最少的固體燃料熱解設(shè)備。
10.權(quán)利要求9的裝置，其中的燃料、氣體及氧化劑同時(shí)而連續(xù)地由壓力容器下方導(dǎo)入。
11.一個(gè)固體碳質(zhì)燃料的氣化方法，包含以相同的方向輸送一含固體碳質(zhì)燃料，一種可燃?xì)怏w及一種氣態(tài)氧化劑的流體;當(dāng)所述燃料在運(yùn)動(dòng)時(shí)，使所述燃料發(fā)生熱解;當(dāng)所述同向輸送的燃料、可燃?xì)?、及氧化劑因運(yùn)動(dòng)而分散時(shí)，將所述燃料暴露給氣化劑。
全文摘要
描述了固定床煤氣體的一種裝置，其中通過煤與可燃?xì)饧把趸瘎┑娜紵M(jìn)行煤(如粘結(jié)性煤)的抑制成塊的連續(xù)熱解，然后在加壓及高溫下將熱解煤連續(xù)進(jìn)壓力容器的氣化區(qū)。使壓力容器里的物料與氣化劑進(jìn)行反應(yīng)以使熱解煤中的碳成分完全氧化。產(chǎn)生煤熱解及氣化產(chǎn)生的氣體的燃燒涉及，在熱解腔內(nèi)混合一可燃?xì)?、煤及氧化劑，并加熱該成分到至?600的溫度。煤熱解產(chǎn)物從熱解器直接進(jìn)入壓力容器的高溫氣化區(qū)。
文檔編號(hào)C10J3/58GK1058801SQ9110543
公開日1992年2月19日 申請(qǐng)日期1991年8月8日 優(yōu)先權(quán)日1990年8月9日
發(fā)明者R·S·薩多斯基 申請(qǐng)人:Crs西林工程師公司