專利名稱:生產(chǎn)合成氣的方法和設(shè)備的制作方法
本發(fā)明涉及用含氧氣體部分燃燒含碳燃料以生產(chǎn)含有氫氣和一氧化碳的氣體混合物的方法和設(shè)備。
當(dāng)所用的含氧氣體是空氣或富氧空氣時(shí)，所生成的含有氫氣和一氧化碳的氣體混合物還含有數(shù)量可觀的氮?dú)?。所說的含碳燃料通常指煤油或其它固體燃料，如褐煤、泥煤、木材、焦炭和煙垢等，但液體燃料如油砂或者頁巖油、液體和/或顆粒固體燃料的混合物和烴氣也是可用的。
有時(shí)還將一種調(diào)節(jié)劑引入反應(yīng)器或氣化器使之對(duì)氣化器的溫度產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用，這是由于在調(diào)節(jié)劑和反應(yīng)物和/或含有氫氣和一氧化碳的氣體混合物產(chǎn)品之間存在吸熱反應(yīng)。適用的調(diào)節(jié)劑是蒸汽和二氧化碳。
氣化過程宜在溫度范圍為1200～1700℃和壓力范圍為1～200巴下進(jìn)行。
生產(chǎn)含有氫氣和一氧化碳?xì)怏w混合物所用的氣化器可為球形、圓錐形或圓柱形，其中尤以圓柱形氣化器最為可取。
由德國(guó)專利申請(qǐng)24e，3/06，s20692(F.Sabel 27-10-1950申請(qǐng)，25-10-1951公開)可知一種工藝方法。其中，氣化器中生成的灰分和殘?jiān)畛跬ㄟ^產(chǎn)物通道中的急彎所產(chǎn)生的離心力與氣態(tài)產(chǎn)物分離。這樣灰分和殘?jiān)旧鲜且砸后w形式分離出的，一經(jīng)冷卻便可形成固體材料的附聚。清除這些附聚物是困難的。通過冷卻實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步分離，冷卻是在一個(gè)單獨(dú)的容器中進(jìn)行的。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種解決附聚物形成問題的方法，在該方法中，氣化過程后立即繼之以急冷處理，同時(shí)除去大部分的灰分和殘?jiān)?br>本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種實(shí)施該方法的緊湊設(shè)備。
因此，本發(fā)明提供了一種用含氧氣體部分燃燒含碳燃料以生產(chǎn)含有氫氣和一氧化碳的氣體混合物的方法，所述方法包括下列步驟(1)在適于導(dǎo)致部分燃燒的溫度和壓力下，將所述燃料和含氧氣體送入氣化器;
(2)在氣化器出口附近的急冷段急冷步驟(1)所得產(chǎn)物;
(3)從上所得氣體混合物中分離出灰分和殘?jiān)?
(4)將灰分和殘?jiān)湃牖以?
(5)使所得氣體混合物通過廢熱鍋爐;
其特征在于廢熱鍋爐基本上垂直直接位于氣化器和急冷段的下方，灰分和殘?jiān)?jīng)基本上垂直在廢熱鍋爐內(nèi)部延伸或與之并排的排放器卸出。
本發(fā)明還提供了一種用含氧氣體部分燃燒含碳燃料以生產(chǎn)含有氫氣和一氧化碳的氣體混合物所用的設(shè)備，包括(1)設(shè)有含碳燃料和含氧氣體入口以及產(chǎn)品氣出口的氣化器;
(2)放置在氣化器出口附近的急冷段;
(3)從氣化器排出灰分和殘?jiān)呐欧牌?
(4)廢熱鍋爐;
其特征在于廢熱鍋爐基本上垂直直接位于氣化器的下方，灰分和殘?jiān)?jīng)基本上垂直在廢熱鍋爐內(nèi)部延伸或與之并排的排放器卸出。
有利的是，本發(fā)明的方法采用下流式氣化器，將含碳燃料和含氧氣體同時(shí)注入其上部。可以采用一個(gè)噴頭或多個(gè)噴頭將各組分注入，噴頭的方向?yàn)樗降幕虼怪毕蛳碌幕騼A斜向下的。
所形成的燃燒產(chǎn)物進(jìn)入位于氣化器下方的急冷段，經(jīng)一股或多股冷卻介質(zhì)冷卻，使燃燒產(chǎn)物的溫度降低到這樣的水平，既可使灰分和殘?jiān)腆w化，但又要保持足夠高，以便能在下游回收燃燒產(chǎn)物大部分的熱量。
下面參照附圖通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。附圖表示本發(fā)明的用含氧氣體部分燃燒含碳燃料以生產(chǎn)含有氫氣和一氧化碳的氣體混合物所用設(shè)備的縱剖面示意圖。附圖中介紹了氣化器1。含碳燃料、含氧氣體和任選的調(diào)節(jié)劑經(jīng)氣化器1頂部的供料口2被注入氣化器。在適當(dāng)條件下部分燃燒，產(chǎn)生含有氫氣和一氧化碳以及灰分和殘?jiān)臍怏w混合物，氣體混合物經(jīng)氣化器底部的出口3離開氣化器。在出口3處產(chǎn)品氣體被冷卻介質(zhì)急冷，冷卻介質(zhì)是經(jīng)入口4進(jìn)入急冷段的。大部分的灰分和殘?jiān)鋮s后落入灰渣排放器5，排放器5最好是由廢熱鍋爐6的外殼環(huán)繞，灰渣排入灰渣槽7。該灰渣槽可以是一水槽。廢熱鍋爐內(nèi)裝有冷卻設(shè)施如盤管或柵板，由于清晰度的關(guān)系，此部分未示出?；以鼜牟?排入適當(dāng)?shù)呐判堆b置，如密封式灰渣料斗(未示出)。所獲得的氣體混合物可能還含有一些灰分和殘?jiān)廴疚?，在廢熱鍋爐6中冷卻后經(jīng)出口8導(dǎo)出，必要時(shí)做進(jìn)一步處理，例如脫除其中的污染物。
灰渣排放器5可直接位于氣化器出口的下方，其上端在急冷段中。有利的是，也可使灰渣排放器5與廢熱鍋爐并列延伸。
氣化器、廢熱鍋爐和灰渣排放裝置中的壓力應(yīng)能防止從氣化器排出的產(chǎn)品氣體進(jìn)入灰分渣排放器5，并使之幾乎全部進(jìn)入廢熱鍋爐。這些工藝特征以及結(jié)構(gòu)特征不是本發(fā)明的部分，這里將不再描述，同時(shí)由于清晰度的關(guān)系也未在附圖中示出。
本發(fā)明的方法和設(shè)備的操作如下所述離開氣化器的產(chǎn)物在急冷段中迅速冷卻，下降至大約700～900℃。因此，所使用的冷卻介質(zhì)可以是氣體(如冷的循環(huán)產(chǎn)品氣體)和/或通過注入由液體水原地產(chǎn)生的蒸汽。但是更為經(jīng)濟(jì)的方法是，至少部分冷卻介質(zhì)可以由在加工中施行各種冷卻處理時(shí)所產(chǎn)生的蒸汽組成。例如，下面所述的水槽冷卻灰分和殘?jiān)鼤r(shí)所生成的蒸汽可用于此目的。后面將要討論的，是在本發(fā)明的一特殊實(shí)施方案中的另一個(gè)適用的蒸汽來源。
反應(yīng)產(chǎn)物從氣化器向急冷段轉(zhuǎn)移是經(jīng)氣化器底部的出口實(shí)現(xiàn)的。該出口最好為錐形，這樣有利于收集灰分和殘?jiān)Ｔ摮隹谏烊牖以欧牌?。灰渣排放器最好是一垂直管，其頂部開口，灰分和殘?jiān)蛳屡湃胨?，在此作進(jìn)一步冷卻。
灰渣排放器最好放置在廢熱鍋爐內(nèi)部，這樣可以回收灰分和殘?jiān)妮^大部分的熱，以提高本方法的效率。
除其它因素外，氣化器內(nèi)的溫度會(huì)影響所生成的氣體混合物的組成。該溫度可以用各種方法控制，其中的一種方法是，使反應(yīng)物在注入氣化器前預(yù)加熱到一定程度。
在本發(fā)明的一個(gè)特殊實(shí)施方案中，氣化器用一水套包圍。如果水套內(nèi)產(chǎn)生蒸汽，可用做為急冷的冷卻介質(zhì)或至少做為所需要的部分冷卻介質(zhì)。
進(jìn)入廢熱鍋爐的含有氫氣和一氧化碳的氣體混合物的溫度為700～900℃。在廢熱鍋爐中，發(fā)生間接傳遞，熱量從氣體傳遞到例如冷卻柵板，使氣體的溫度降至大約200～250℃。水通常被用做冷卻介質(zhì)，部分或全部轉(zhuǎn)化為蒸汽，可將其用于本工藝或另做它用。
灰渣排放器和廢熱鍋爐之間的壁可以根據(jù)需要選用任何適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)，例如圓筒型冷卻柵板(焊接于金屬板上的排管)，為避免堵塞，該柵板可以敲擊。所用管子的直徑可為1～4厘米。
氣體混合物夾帶呈微粒形的部分灰分和殘?jiān)遣豢杀苊獾?。因此在氣體混合物離開廢熱鍋爐后，應(yīng)將這些污染物從氣體混合物中除去。為此，夾帶了污染物的氣體混合物要經(jīng)過旋風(fēng)分離器或其它適宜的設(shè)備。
在此處理階段，氣體混合物的溫度仍然有200～250℃。進(jìn)一步將其冷卻的適宜方法是向氣體混合物中注入水或蒸汽。這會(huì)使氣體的水含量增加，如果將氣體混合物用做CO轉(zhuǎn)化的原材料，這是有利的。此外，當(dāng)氣體混合物燃燒時(shí)水的存在對(duì)控制NOx的排放量也是有用的。
參照下列實(shí)施例的數(shù)據(jù)，可進(jìn)一步說明本發(fā)明的規(guī)模和設(shè)備尺寸。
裝置容量1000噸/天(伊利諾斯州6號(hào)煤);
氣化器操作條件5.4立方米/秒，25巴，1450℃;
用做急冷介質(zhì)的循環(huán)氣體的操作條件1.75立方米/秒，26巴，200℃氣化器直徑2.5～3.0米;
氣化器長(zhǎng)度5～8米;
氣化器出口直徑0.8～1.2米;
灰渣排放裝置直徑0.8～1.2米;
廢熱鍋爐直徑1.5～1.8米;
廢熱鍋爐長(zhǎng)度15～25米。
通過以上說明和附圖，很明顯，本專業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改型或變更。這些改型或變更預(yù)計(jì)會(huì)包括在本發(fā)明權(quán)利要求
的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用含氧氣體部分燃燒含碳燃料以生產(chǎn)含有氫氣和一氧化碳的氣體混合物的方法，所述方法包括下述步驟(1)在適于導(dǎo)致部分燃燒的溫度和壓力下，將所述燃料和含氧氣體送入氣化器；(2)在氣化器出口附近的急冷段急冷步驟(1)所得產(chǎn)物；(3)從所得氣體混合物中分離出灰分和殘?jiān)?4)將灰分和殘?jiān)湃牖以郏?5)使所得氣體混合物通過廢熱鍋爐；其特征在于廢熱鍋爐基本上垂直直接位于氣化器和急冷段的下方，灰分和殘?jiān)?jīng)基本上垂直在廢熱鍋爐內(nèi)部延伸，或與之并排的排放器卸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于使用蒸汽做急冷介質(zhì)，該蒸汽由環(huán)繞在氣化器四周的水套所產(chǎn)生。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1～2中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所得氣體混合物除在廢熱鍋爐中冷卻外，還要通過直接注入水或蒸汽作進(jìn)一步冷卻。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1～3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于在所述氣體混合物離開廢熱鍋爐時(shí)從中脫除污染物。
5.一種用含氧氣體部分燃燒含碳燃料以生產(chǎn)含有氫氣和一氧化碳的氣體混合物所用的設(shè)備，包括(1)設(shè)有含碳燃料和含氧氣體入口，以及產(chǎn)品氣出口的氣化器;(2)放置在氣化器出口附近的急冷段;(3)從氣化器排出灰分和殘?jiān)幕以欧牌?(4)廢熱鍋爐;其特征在于廢熱鍋爐基本上垂直直接位于氣化器的下方，灰分和殘?jiān)?jīng)基本上垂直在廢熱鍋爐內(nèi)部延伸或與之并排的排放器卸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的設(shè)備，其特征在于圍繞氣化器裝設(shè)水套。
7.根據(jù)權(quán)利要求
5或6所述的設(shè)備，其特征在于通過某種方法從離開廢熱鍋爐的氣體混合物中脫除污染物。
8.根據(jù)權(quán)利要求
5～7中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于基本上垂直的灰渣排放器位于氣化器出口的下方，其上端在急冷段中。
9.用權(quán)利要求
1～4中任一項(xiàng)所述的方法所生產(chǎn)的產(chǎn)品氣。
專利摘要
用含氧氣體在反應(yīng)器中部分燃燒含碳燃料以生產(chǎn)含有氫氣和一氧化碳的氣體混合物的方法和所用設(shè)備。在該方法中，產(chǎn)物經(jīng)急冷，氣體產(chǎn)品與灰分和殘?jiān)蛛x后通過廢熱鍋爐，廢熱鍋爐垂直直接位于反應(yīng)器的下方。灰分和殘?jiān)?jīng)垂直排放器進(jìn)入灰渣槽，該排放裝置在廢熱鍋爐內(nèi)部延伸或與之并排。
文檔編號(hào)C01B3/32GK87105845SQ87105845
公開日1988年3月9日 申請(qǐng)日期1987年8月27日
發(fā)明者馬坦·約翰尼斯·萬·德·布格特 申請(qǐng)人:國(guó)際殼牌研究有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan