專(zhuān)利名稱(chēng)：多面體氣化器及相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來(lái)說(shuō)涉及含碳燃料的汽化，本發(fā)明尤其涉及在一個(gè)容器中既包括固定床汽化工藝又包括攜帶流汽化工藝的含碳原料的新的汽化裝置和方法?？蛇x擇的是，流化原理可被用于汽化器。內(nèi)部產(chǎn)生的活性焦碳可被用作用于合成氣的主要吸附劑，所述合成氣被凈化以便產(chǎn)生合乎環(huán)境要求的合成氣。本發(fā)明能夠在固定床部分接收和處理粗燃料，以及在攜帶流部分接收和處理研磨成粉狀的或精細(xì)的固體物、液態(tài)和氣態(tài)原料。
背景技術(shù)：
廣義地說(shuō)，氣化是從含碳燃料產(chǎn)生被稱(chēng)作合成氣的可燃?xì)怏w的過(guò)程。氣化是人們熟知的使用反應(yīng)物如空氣、氧氣和蒸汽將固體、液體和氣體原料轉(zhuǎn)化為氣體如氫、一氧化碳、二氧化碳和甲烷的工業(yè)過(guò)程。所產(chǎn)生的氣體可用于發(fā)電，產(chǎn)生熱量和蒸汽，或作為生產(chǎn)各種化學(xué)和液體燃料的原料，或者上述用途的任何結(jié)合。為了有助于理解本發(fā)明，有必要了解氣化的歷史和現(xiàn)有的商用的氣化技術(shù)的局限性。
自從19世紀(jì)以來(lái)，各種形式的氣化已被用于將固體燃料(初級(jí)燃料)轉(zhuǎn)化為氣體燃料(合成氣)。在天然氣使用和發(fā)展以前，大量的煤炭氣化首先被用作產(chǎn)生城鎮(zhèn)煤氣的方法，通過(guò)管道系統(tǒng)分配到歐洲的大部分地區(qū)。
最早的氣化工藝被稱(chēng)作固定床(或移動(dòng)床)氣化。德國(guó)人最早開(kāi)發(fā)了固定床氣化并隨后開(kāi)發(fā)了第一臺(tái)大規(guī)模固定床煤炭氣化器。另外的工藝如流化床氣化和攜帶床或攜帶流氣化工藝已在最近被其他人開(kāi)發(fā)出來(lái)。這三種工藝全部具有其優(yōu)點(diǎn)和局限性，以下的討論將會(huì)進(jìn)行一般地描述。
固定床氣化需要粗燃料(通常直徑為1/4”到2”)。最有名和使用最廣泛的固定床氣化技術(shù)是魯奇干灰爐氣化器(Lurgi Dry Gasfier)(草木灰被恢復(fù)干燥而不會(huì)變成熔化態(tài)或熔渣)。魯奇干灰爐氣化器目前被南非用于將大量的煤炭?jī)?chǔ)量轉(zhuǎn)化為合成氣，合成氣然后通過(guò)下游合成氣催化劑被轉(zhuǎn)化為液體燃料或化學(xué)品。在南非幾乎一半的運(yùn)輸燃料來(lái)自魯奇式的煤炭氣化廠(chǎng)。當(dāng)前，在美國(guó)安裝有一臺(tái)魯奇式氣化裝置，其將褐煤(高濕度，低等級(jí))轉(zhuǎn)化為合成氣，合成氣隨后被轉(zhuǎn)化為管道品質(zhì)的甲烷并賣(mài)給天然氣管道系統(tǒng)。魯奇式氣化器的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是能夠產(chǎn)生氫和一氧化碳的比率大于2的合成氣。這使得凈化后的合成氣可被用于下游的要求這種高比率的制造液體燃料和化學(xué)品的轉(zhuǎn)化工藝。
固定床氣化使用粗燃料，所述粗燃料首先必須除去揮發(fā)性成份(即除去揮發(fā)性化合物)，然后才能進(jìn)行剩下的固定碳的氣化。在來(lái)自魯奇干灰爐氣化器的合成氣中攜帶焦油和油類(lèi)導(dǎo)致英式氣體魯奇(British GasLurgi(BG/L))固定床造渣氣化器的開(kāi)發(fā)。盡管BG/L在初始的未加工合成氣流出物中，也攜帶焦油和油類(lèi)，但BG/L能夠重新循環(huán)和注射焦油和油類(lèi)到氣化器的下游熱渣(熔化的灰)部分中，在該處焦油和油類(lèi)被轉(zhuǎn)化為合成氣的組份。重新注射焦油和油類(lèi)是在本發(fā)明中被排除的不必要的附加步驟。提供一種防止在未加工合成氣流出物中產(chǎn)生焦油和油類(lèi)的氣化系統(tǒng)是固定床氣化器的技術(shù)改進(jìn)。
固定床氣化的局限性特征包括(1)合成氣中攜帶焦油和油類(lèi)；(2)由于細(xì)小的煤炭/燃料阻塞粗燃料之間的空隙空間，因此難以被使用(因?yàn)檫@一原因，大堆的煤屑堆積在這些廠(chǎng)子的附近或者被運(yùn)離現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)送給可以使用這些碎屑的燃燒設(shè)施，從而導(dǎo)致從煤炭到產(chǎn)品的較低的整體生產(chǎn)效率)；(3)難以使用液態(tài)碳?xì)浠衔镌希?4)難以使用要求機(jī)械攪拌以攪動(dòng)燃料床的粘結(jié)煤(具有低的灰熔點(diǎn)的煤)。
已知一種稱(chēng)作攜帶流或攜帶床氣化的新的氣化工藝。磨成粉的固體燃料和/或粘性液體燃料可供給氣化反應(yīng)器并快速轉(zhuǎn)化為合成氣。攜帶流氣化工藝的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)在于不產(chǎn)生焦油和油類(lèi)，排除了其在流出的合成氣中的存在。
攜帶流氣化工藝的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它能夠氣化液體燃料(即油類(lèi)或來(lái)自精煉廠(chǎng)的重油殘留物)。主要的攜帶流氣化工藝包括那些由Texaco，Shelland Dow Chemical(Destec)公司開(kāi)發(fā)的工藝。攜帶流氣化工藝不能方便地處理粗燃料。這使得它難以處理儲(chǔ)如生物物質(zhì)和分離的市政固體廢物或者廢輪胎(不能被經(jīng)濟(jì)地研磨成粉的燃料)等一些燃料。攜帶流氣化工藝的另一個(gè)局限性是它不能實(shí)現(xiàn)出口合成氣中的氫和一氧化碳比率的廣泛的內(nèi)部控制。為了向有利于氫的方向調(diào)節(jié)該比率，要求附加下游水煤氣變換反應(yīng)器以便增加氫和減少一氧化碳。
攜帶流氣化技術(shù)在技術(shù)和燃料處理方面也有局限性。為了運(yùn)送燃料到氣化器，一些攜帶流氣化器使用通常為水和粉碎固體分別以大約1∶2的比率混合的煤漿加料。其它的商用攜帶流氣化器使用干式加料將粉碎的固體裝入氣化器。所有這些氣化器產(chǎn)生的合成氣中的氫和一氧化碳比率大約為1∶1或更小，并且控制該比率的能力也有限。使用煤漿加料的工藝對(duì)于固體原料來(lái)說(shuō)，限制了其使用高濕度燃料例如褐煤，其原因是太多的水分加入到氣化器系統(tǒng)導(dǎo)致差的氣化性能。
除了上述說(shuō)到的局限性以外，其他現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題包括(a)結(jié)渣、結(jié)塊和/或者在氣化器的燃料輸送途中、燃料床和或/渣排放區(qū)產(chǎn)生不期望的材料堆積；(b)不充分的硫類(lèi)和污染物控制要求氣化器的下游設(shè)立大量合成氣凈化和處理設(shè)備；(c)高的安裝和操作成本；和(d)有限的燃料適應(yīng)性。
被稱(chēng)作流化床工藝的第三種氣化工藝在有限的基礎(chǔ)上使用。流化床氣化器也使用粗燃料，但是所述粗燃料的尺寸稍小于在固定床氣化器中所使用的粗燃料的尺寸。流化床氣化工藝的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它能夠使用具有較高含灰量的燃料。流化床氣化工藝所面臨的挑戰(zhàn)涉及燃料在燃料床中的結(jié)塊。另外，流化床氣化工藝具有一些與固定床氣化工藝類(lèi)似的局限性。
總而言之，現(xiàn)有的氣化技術(shù)的主要局限性包括有限的同時(shí)處理或氣化粗的固體燃料和細(xì)的固體燃料的能力，或者同時(shí)處理或氣化粗原料或液態(tài)烴原料的能力，導(dǎo)致在任何一個(gè)系統(tǒng)中總的來(lái)說(shuō)缺乏燃料適應(yīng)性。盡管氣化廠(chǎng)一般能夠滿(mǎn)足極高的排放物限制要求，其資金成本保持較高?？刂莆廴疚锏某杀颈仨殰p少以便能夠廣泛使用于能源或電力發(fā)電廠(chǎng)。本發(fā)明指明要解決這些難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)合乎環(huán)境要求的合成氣的連續(xù)氣化工藝，所述工藝具有在其內(nèi)部產(chǎn)生作為吸收眾所周知的在合成氣氣流中發(fā)現(xiàn)的污染物的媒介的活性焦碳的能力。并且，該工藝在單個(gè)容器中既具有固定床氣化工藝又具有攜帶流氣化工藝，因而能夠使用寬泛的含碳燃料類(lèi)型。再者，本發(fā)明還能夠利用流化特征來(lái)攪動(dòng)固定床燃料和/或灰渣以便可選擇地增加排出的合成氣流攜帶的焦碳微粒的攜帶量。本發(fā)明優(yōu)選作為結(jié)渣氣化器工作。
優(yōu)選的是，本發(fā)明使用干式進(jìn)料器燃燒器用于攜帶流進(jìn)料口部分，以避免使用含水漿料加料工藝的需要。由于具有將燃料采用干式加料送入與固定燃料床連接的攜帶流部分的能力，本發(fā)明能夠方便地控制蒸汽與氧的比率，因此具有從氣化器內(nèi)部的部分水煤氣變換反應(yīng)中增加氫產(chǎn)品的能力。如果需要，進(jìn)一步使用蒸汽的溫度適度化可促進(jìn)隨后的甲烷化反應(yīng)以便增加合成氣中的甲烷的含量。具有控制氫到一氧化碳的比率的能力排除或減小了設(shè)置附加的水煤氣變換反應(yīng)器和/或在主氣化器下游設(shè)立二次氣化器的的需要。當(dāng)借助各種催化劑和下游工藝?yán)煤铣蓺馍a(chǎn)要求高比率的產(chǎn)品如甲醇、氨、甲烷或液體燃料時(shí)，這可改提高整個(gè)的工廠(chǎng)經(jīng)濟(jì)性。
粗燃料被送入氣化器的頂部，在該處通過(guò)料床直徑的三次階躍變化自動(dòng)調(diào)節(jié)燃料床的高度。第一次階躍變化接近氣化器的頂部，在該處粗燃料進(jìn)入并滑到燃料休止角。該上部部分代表氣化器固定床部分的下降氣流氣化部分，下文中稱(chēng)作罩蓋。在罩蓋中，粗燃料在罩蓋底部附近轉(zhuǎn)化為活性焦炭之前被脫去揮發(fā)成分，在所述罩蓋底部附近溫度被升至剛好在粗燃料的灰熔點(diǎn)以下的溫度。注入補(bǔ)助空氣或氧氣和蒸汽可充分地排除焦油和油類(lèi)。在主氣化器容器中包括罩蓋裝置形成包圍罩蓋外部的上部壓力通風(fēng)系統(tǒng)，在罩蓋中合成氣具有排出端口。全部上部固定床氣化氣必須以下降氣流模式或者與燃料一起同時(shí)經(jīng)過(guò)罩蓋下部凸緣的周?chē)?，然后進(jìn)入上部壓力通風(fēng)系統(tǒng)并在排出端口排出氣化器。
罩蓋可以是鋼制的圓筒嵌入物，并具有支撐下部向內(nèi)收斂的邊緣，所述邊緣固定在其內(nèi)部用作內(nèi)襯的陶瓷材料。為了確保罩蓋中的鋼的適當(dāng)冷卻和溫度控制，可在罩蓋外部使用裝有循環(huán)水的卡口管。
固定焦炭經(jīng)過(guò)罩蓋底部凸緣下方后，粗燃料接著又向外流動(dòng)，形成另外一個(gè)朝向具有陶磁內(nèi)襯的主氣化器外殼內(nèi)壁的休止角。
在同一區(qū)域開(kāi)始的另一次內(nèi)部階躍變化迫使粗燃料在朝著氣化器的下部固定床部分向下移動(dòng)時(shí)進(jìn)行會(huì)聚。陶磁內(nèi)襯的直徑向下收斂的目的是制造圍繞下部固定床燃料的下部環(huán)形壓力通風(fēng)系統(tǒng)，以便其接受來(lái)自使用切向加料燃燒器(tangentially fired burners)的攜帶流氣化部分的氣體。當(dāng)粗糙固定焦炭燃料向下移動(dòng)至罩蓋下方時(shí)，氣體逆燃料流方向以上升氣流模式流動(dòng)。燃料繼續(xù)向下朝著灰渣結(jié)渣區(qū)移動(dòng)，在該區(qū)熔化的灰渣通過(guò)底部的放渣口被除去。無(wú)論粗燃料在哪里接觸氣化器的陶磁內(nèi)襯部分，可利用多個(gè)小孔來(lái)流化或者攪動(dòng)粗燃料或灰渣。
攜帶流氣化部分可輸送細(xì)的或粉化的固體燃料、液體或氣體燃料或者其任意混合物。攜帶流氣化部分大約可處理兩倍的輸入固定床部分的燃料。來(lái)自攜帶流部分的氣體通過(guò)下部固定床向上移動(dòng)，首先與從下部固定床得到的氣體混合，接著繼續(xù)向上移動(dòng)最終與從罩蓋部分出來(lái)的氣體混合。全部氣體在上部壓力通風(fēng)系統(tǒng)中混合，然后從氣化器中排出。上部壓力通風(fēng)系統(tǒng)也用作控制氣體排出前的滯留時(shí)間和溫度的手段以確保裂化焦油和油類(lèi)。
另外，所述氣化器可以?xún)煞N方式從氣化器中分離活性焦炭。一種是在合成氣排出物中有意攜帶碳微粒，所述微粒接著被一微粒去除系統(tǒng)進(jìn)行分離。第二種是設(shè)有一分離端口，來(lái)自氣化器中部的粗燃料在其中被分離。后一種方法僅在作為懸浮微粒攜帶出的材料的量不能向下游的污染物吸收系統(tǒng)提供足夠的活性焦碳以滿(mǎn)足所期望的污染吸收率和吸收效率時(shí)才使用。
總之，本發(fā)明克服或基本上減輕了在此之前存在于現(xiàn)有的氣化技術(shù)中的問(wèn)題。本發(fā)明既包括新的裝置又包括獨(dú)特的方法，將固定床氣化過(guò)程和攜帶流氣化過(guò)程結(jié)合在一個(gè)容器中，用于氣化含碳原料以生產(chǎn)合乎環(huán)境要求的合成氣。可選擇的是，利用流化原理脈動(dòng)燃料床中的粗燃料和/或灰渣。另外，氣化器的固定床部件同時(shí)具有下降氣流氣化和上升氣流氣化。在氣化器中獲得的優(yōu)良的操作特征增加了化學(xué)和熱效率，同時(shí)降低了合成氣的生產(chǎn)成本。本發(fā)明所描述的氣化工藝具有高的燃料適應(yīng)性，既能夠利用粗糙的固體燃料，又能夠利用粉化的固體燃料，以及液體和氣體原料或者其任意的組合物。合成氣中的氫與一氧化碳的比率易于控制在0.5∶1到3.3∶1的范圍內(nèi)。內(nèi)部產(chǎn)生的活性焦碳制造出用于從合成氣中除去污染物的吸附介質(zhì)，所述污染物包括但不局限于硫類(lèi)、汞、氯化物及其它。減少了堵塞和結(jié)塊，焦油和油類(lèi)在氣化器內(nèi)被除去而不被原料合成氣攜帶出去，獲得了高的工藝效率，導(dǎo)致低的設(shè)備成本、安裝和操作成本。本發(fā)明的這些目的和特征通過(guò)參照附圖的具體描述將會(huì)更加明顯。


圖1是在本發(fā)明范圍內(nèi)的氣化器的橫截面圖示；圖2是具有補(bǔ)充數(shù)字的氣化器的橫截面圖示；圖3也是具有補(bǔ)充數(shù)字的氣化器的橫截面圖示；圖4和4A是表示在氣化器上部固定床部分中的內(nèi)部罩蓋的橫截面圖；圖5是氣化器的平面圖，其中示出了切向加料燃燒器(tangentially firedburners)；圖6是可能使用的典型的燃燒器的橫截面圖；圖7是加工流程圖，示出了活性焦炭如何從氣化器中被收集用作合成氣凈化吸附劑；圖8是氣化器的橫截面圖，示出了脈動(dòng)裝置如何放置在氣化器中；圖9是脈動(dòng)控制中心的圖示。
具體實(shí)施例方式
下文將參考附圖描述本發(fā)明當(dāng)前的優(yōu)選實(shí)施例。在圖示的優(yōu)選實(shí)施例中，圖1示出了氣化器1的橫截面圖。粗糙的含碳原料通過(guò)粗進(jìn)料口2進(jìn)入氣化器的頂部，并向下移動(dòng)通過(guò)氣化器1直至其在底部3處變?yōu)槿廴诨摇４植谠峡砂ǖ⒉幌抻谝韵略厦禾?、油?lèi)焦炭、城市固體廢物、生物物質(zhì)或它們的組合物。在進(jìn)料口2下方，燃料進(jìn)入高溫分解區(qū)，標(biāo)號(hào)4在這一區(qū)域的頂部，標(biāo)號(hào)5在這一區(qū)域的底部。在高溫分解區(qū)粗燃料被燃燒和氣化的結(jié)合加熱，并引起粗燃料脫揮發(fā)分作用。高溫分解所需要的燃燒氧氣或空氣和蒸汽通過(guò)由管子7分流的若干端口6進(jìn)入。在端口6加入的氧氣或空氣的量被設(shè)定為保持點(diǎn)4處的溫度在5000°F至15000°F之間并優(yōu)選在7000°F以上，保持點(diǎn)5處的溫度在8000°F至15000°F之間并優(yōu)選為大約12000°F。在端口6周?chē)狞c(diǎn)處，當(dāng)氧氣或空氣與來(lái)自燃料的高溫分解的氣體一起燃燒時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)燃燒熱焰。當(dāng)氣體布滿(mǎn)整個(gè)高溫分解區(qū)4到5時(shí)，氣體溫度變得適中。
類(lèi)似于其它的下降氣流固定床氣化工藝，燃料和高溫分解的氣體都向下移動(dòng)。這種向下氣體移動(dòng)引起高溫分解氣體經(jīng)過(guò)點(diǎn)8和點(diǎn)9之間的氧化氣化區(qū)。在入口10，更多的氧氣或空氣和蒸汽進(jìn)入氣化器以提高氣體的溫度，使得在喉部11處的溫度達(dá)到接近燃料的灰熔溫度并在該溫度以下。若干管子12可向端口10輸送氧氣或空氣和蒸汽。對(duì)于典型的煤炭，灰熔點(diǎn)的范圍在19000°F至大約24000°F。在操作中，喉部區(qū)11的最大峰值溫度維持在灰熔點(diǎn)溫度以下至少500°F，在正常的最大條件下為1000°F以下。
當(dāng)高溫分解的氣體在喉部11處經(jīng)過(guò)燃燒區(qū)并在點(diǎn)9處移出到燃料床出口時(shí)，大多數(shù)(如果不是全部的話(huà))焦油和油類(lèi)被裂化并轉(zhuǎn)化為合成氣。合成氣的主要化學(xué)成份為氫、一氧化碳、甲烷和二氧化碳。從燃料入口2到指定點(diǎn)13之間的氣化器部分被稱(chēng)作罩蓋部分或上部固定床部分。來(lái)自罩蓋部分的氣體在點(diǎn)9處留下粗燃料。
氣體離開(kāi)上部燃料床時(shí)向上經(jīng)過(guò)環(huán)形壓力通風(fēng)系統(tǒng)14。設(shè)定壓力通風(fēng)系統(tǒng)14的體積以提供充足的氣體滯留時(shí)間以便在任何殘留的焦油和油類(lèi)通過(guò)出口管15出來(lái)之前將它們轉(zhuǎn)化為合成氣。對(duì)即使是最輕水平的焦油或油類(lèi)也不允許的應(yīng)用，典型的滯留時(shí)間為至少兩秒。并且，在為了使從氣化器攜帶的焦油和油類(lèi)量接近零的操作中，調(diào)節(jié)蒸汽對(duì)氧氣或空氣的比率和流量以保持燃料床出口處的溫度在10000F到16000°F的范圍內(nèi)，優(yōu)選為大約15500°F。這種高溫和滯留2秒或更多秒時(shí)間的結(jié)合已經(jīng)在試驗(yàn)程序中顯示以便徹底裂化全部焦油和油類(lèi)。
罩蓋部分的一個(gè)重要特征是能夠控制引入端口6和端口10的氧氣或空氣和蒸汽的量。這使得粗燃料的溫度被升至足夠高以確保徹底的燃料脫揮發(fā)分作用以及在位置13處從罩蓋部分出去之前裂化全部的焦油和油類(lèi)。在點(diǎn)2和13之間的罩蓋部分代表在氣化器內(nèi)的兩階段固定床中的第一階段。當(dāng)粗燃料到達(dá)罩蓋部分的底部時(shí)，由于在罩蓋端部附近的點(diǎn)8，11，13處的高溫，基本上所有的揮發(fā)物都已經(jīng)被餾出并且焦油和油類(lèi)已經(jīng)被消耗。
在燃料被脫去揮發(fā)成份之后，殘留的固定碳已變?yōu)榛钚越固亢突以腆w，并繼續(xù)朝著燃料床的下部部分向下移動(dòng)。主要的內(nèi)部氣化器壁16可收斂以形成第二下部壓力通風(fēng)系統(tǒng)17。該下部壓力通風(fēng)系統(tǒng)17是攜帶流精細(xì)或微粒燃料從燃燒氣化圓筒室18進(jìn)入的區(qū)域。細(xì)燃料、液體和/或氣體燃料可用一個(gè)或更多切向加料燃燒器19送入該下部區(qū)域。細(xì)原料、液體和/或氣體原料在圍繞下部粗燃料床的下部壓力通風(fēng)系統(tǒng)17中幾乎立即發(fā)生氣化。用于攜帶流部分的原料可包括但不局限于粉煤、粉化的油類(lèi)焦炭、液烴、天然氣、其它細(xì)燃料，或者其任意組合。來(lái)自攜帶流部分的氣體通過(guò)下部固定床向上移動(dòng)，從點(diǎn)17向點(diǎn)9移動(dòng)。來(lái)自上部固定床和下部固定床的氣體在上部壓力通風(fēng)系統(tǒng)14中與從攜帶流部分獲得的氣體混合，然后在氣化器出口15處從氣化器中排出。
這樣，粗燃料送入到形成固定床氣化區(qū)的氣化器的頂部，而細(xì)燃料、液體和/或氣體燃料被輸送到氣化器的下部攜帶流部分中。這兩種類(lèi)型的氣化工藝的結(jié)合允許攜帶流部分接收未被水漿運(yùn)載的干式加料的細(xì)燃料或粉化燃料。通過(guò)采取這種作法，氣化器能夠?qū)饣髦械恼羝麑?duì)氧氣的比率具有較寬的控制，這反過(guò)來(lái)又賦予氣化器有利地控制合成氣排出氣體中的氫對(duì)一氧化碳的比率的能力。
另外，氣化器的兩階段固定床部分消耗了幾乎所有的焦油和油類(lèi)，同時(shí)在氣化器中將一些固定碳轉(zhuǎn)化為活性碳。這些活性碳中的一部分可作為多種不期望的氣態(tài)種類(lèi)的污染物的吸附劑用于凈化系統(tǒng)。
圖1和2所示的氣化器1包括ASME編碼的壓力容器，在圖2中統(tǒng)一以20標(biāo)明。壓力容器20為可提供所有功能的復(fù)雜幾何形狀。容器20的外部通過(guò)提供冷卻保持為編碼的可接受溫度。兩種標(biāo)準(zhǔn)的冷卻方法為空氣冷卻和水冷卻。通過(guò)容器壁將熱輻射到環(huán)境中的空氣冷卻方法是最簡(jiǎn)單且最省錢(qián)的方法。容器的內(nèi)部?jī)?yōu)選包括用于主容器的陶瓷內(nèi)襯21和用于容器罩蓋部分的陶瓷內(nèi)襯22。陶瓷包裹著存在過(guò)高溫度的所有區(qū)域。利用適當(dāng)設(shè)計(jì)的陶瓷內(nèi)襯21和22，輻射到環(huán)境中的冷卻是可接受的。利用空氣強(qiáng)制通風(fēng)冷卻是次簡(jiǎn)單和最經(jīng)濟(jì)的冷卻方法。為此，在容器周?chē)ㄔ焐嵴稚w，并且空氣被強(qiáng)制通過(guò)散熱罩蓋。對(duì)于希望略微提高效率的應(yīng)用，代表第三種冷卻方法，所述容器可裝以水套以便制造蒸汽用于氣化器或工廠(chǎng)的其它地方。
在氣化器1的內(nèi)部，陶磁內(nèi)襯的21和22的內(nèi)部形狀對(duì)氣化器的成功很重要。在圖3中，示出了陶磁底面23的內(nèi)部橫截面。表面23提供了一圓錐形斜面以便熔融灰向著熔融灰渣分離孔24移動(dòng)。設(shè)置氧氣端口25和氣體燃料端口26(其中每個(gè)端口可為多個(gè))以便產(chǎn)生熱焰從而通過(guò)所需要的加熱使灰渣在分離孔24中保持為熔化狀態(tài)。氣態(tài)燃料可以是包括回收合成氣、丙烷或天然氣中的任何任意一種。在一些應(yīng)用中，甚至可以使用油類(lèi)。熔融灰通過(guò)孔24在陶磁盤(pán)形板27上滑動(dòng)。板27傾斜從而使得熔融灰從板27側(cè)面滑落。熔融灰從板27上掉下后落入水槽28中并在水槽中固化。當(dāng)固化的熔融灰通過(guò)水槽28掉落時(shí)，其必須通過(guò)研磨器29，研磨器29粉碎灰渣使其大小能夠適于通過(guò)液力輸送到灰儲(chǔ)存箱中。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)理解，在此可使用各種各樣的替換灰渣收集和處理系統(tǒng)。
在容器側(cè)部的蒸汽出口30除去由灰渣形成的蒸汽并防止蒸汽過(guò)多地通過(guò)熔融灰渣離孔24流動(dòng)，這種情況將導(dǎo)致灰渣在孔24中固化。來(lái)自出口30的蒸汽被用于氣化器所要求的蒸汽的一部分。在陶磁板27和孔24底部之間的間距是可調(diào)的。也可將熔融灰收集到干燥無(wú)水的槽容器中，但在此不討論。
上述陶磁內(nèi)襯21的圓錐形陶磁部分23的形狀可設(shè)置為形成節(jié)流區(qū)31。這將在陶磁內(nèi)襯的下方在點(diǎn)32處產(chǎn)生空腔，形成圍繞下部粗燃料固定床的下部環(huán)形壓力通風(fēng)系統(tǒng)。來(lái)自切向加料燃燒器19的氣體在開(kāi)口18處進(jìn)入環(huán)形袋。所述氣體環(huán)繞下部壓力通風(fēng)系統(tǒng)32并進(jìn)入燃料床。
在節(jié)流區(qū)31上方，陶磁表面33最好也具有圓錐形狀。從罩蓋底部開(kāi)口13開(kāi)始的粗燃料床的面積小于陶磁表面31下方的面積。這在陶磁表面33和罩蓋出口區(qū)13之間產(chǎn)生天然床自由表面。在自由表面的點(diǎn)9處，全部氣體從罩蓋部分和下部固定床部分離開(kāi)燃料床。氣體經(jīng)過(guò)上部壓力通風(fēng)區(qū)14，然后在排氣管15處排出氣化器。
在表面33、32、31和23處以及罩蓋內(nèi)使用的陶磁優(yōu)選為高溫、高品質(zhì)陶磁，如由Saint-Gobain Industrial Ceramics公司生產(chǎn)的Zirchrom 90。Zirchrom 90具有超過(guò)28000°F的操作溫度，由86％的Cr203和7％的Zr02組成。所述陶磁由規(guī)塊組成，用于裝配在容器中。陶磁內(nèi)襯由容器壁20和半球形的容器底部34支撐。優(yōu)選便宜的耐熱差的陶磁用于容器20和形成內(nèi)表面的高溫陶磁之間的內(nèi)襯材料。對(duì)于陶磁表面35和36，可用較便宜的陶磁如AL100，其為A1203。在罩蓋部分中，在點(diǎn)37和38標(biāo)明的高溫表面區(qū)，可使用高品質(zhì)的陶磁如Zirchrom 90，而在低溫陶磁表面39處可使用如AL100的陶磁。
圖4示出了氣化器1的罩蓋部分40。鋼制圓錐形部分41支撐著陶磁內(nèi)襯22。圖4A是底部左側(cè)角部分的放大圖，更好地示出了罩蓋部分40。圓錐形部分41形成罩蓋40的底部，優(yōu)選焊接到豎直鋼制圓筒體42上。圓筒體42優(yōu)選焊接到罩蓋容器頂部43上。許多豎直軸線(xiàn)的卡口管44可焊接在圓筒體42周?chē)??？诠艽┩赴肭蛐稳萜黜敳?3。小直徑管64優(yōu)選位于每個(gè)卡口管的中心以便允許煮沸的水沿著管流動(dòng)?？谕獠抗?4可在其底部彎曲并焊接到圓錐部分41上。內(nèi)管64在彎曲點(diǎn)終止。通常進(jìn)入卡口管的內(nèi)管64的水對(duì)于所使用的水壓接近水的沸點(diǎn)。當(dāng)水向上流經(jīng)外部卡口管44時(shí)，熱交換引起水沸騰，形成水和蒸汽的兩相混合物。這些卡口管44冷卻鋼制圓錐部分41和鋼制圓筒體42，使他們保持在其ASME編碼的材料強(qiáng)度范圍內(nèi)。蒸汽可用于氣化器入口需要的蒸汽或用于工廠(chǎng)的其它用途。
在管12中氧氣或空氣與蒸汽混合后可被加入鋼制圓筒體42中。圍繞圓筒體42的環(huán)面可具有許多管12，以便向罩蓋40提供進(jìn)入氣體。
陶磁表面45形成氣化器的喉部。所述喉部是所形成的氣體流通截面的節(jié)流部分，其引起溫度在節(jié)流區(qū)11增加。該節(jié)流區(qū)和增加的操作溫度被設(shè)計(jì)用于防止在粗燃料脫揮發(fā)分作用中形成的焦油和油類(lèi)從罩蓋40中排出。經(jīng)過(guò)喉部11的排出氣體被暴露在足夠高的溫度下，結(jié)合氣化作用和燃燒反應(yīng)，以便瓦解焦油和油類(lèi)并將其轉(zhuǎn)化為主要的合成氣混合物，主要是氫、一氧化碳、甲烷和二氧化碳。陶磁表面46是一倒轉(zhuǎn)的圓錐形表面，該表面足夠陡以便保持緊靠著它的燃料床材料，并允許氣體擴(kuò)散和限制相關(guān)的壓力下降。在入口10到喉部45之間的區(qū)域是罩蓋部分的主要燃燒區(qū)。
圖5示出了氣化器1的俯視圖。所示的兩個(gè)切向加料燃燒器19連接到主容器20上。這兩個(gè)燃燒器19部分氧化和氣化精細(xì)和霧化的固體燃料、液體燃料或氣體燃料如天然氣。燃燒器通常具有環(huán)形橫截面，其外壁為鋼管。管的內(nèi)部?jī)?yōu)選以圖6所示的高溫陶瓷46作內(nèi)襯。通常精細(xì)或粉碎的固體燃料通過(guò)螺旋進(jìn)料器47送進(jìn)燃燒器。入口氣體、氧氣或空氣和蒸汽在端口48處進(jìn)入燃燒器。在此可使用若干已知的燃燒器設(shè)計(jì)。圖6示出了一種典型的燃燒器。該燃燒器具有環(huán)形部分49和葉片50。燃燒器中主要的磨損區(qū)域?yàn)樘沾杀砻?1。葉片50引起燃料和入口氣體在區(qū)域52中混合并氧化和氣化。燃料朝著燃燒器的中心部分地快速氧化和氣化，同時(shí)，部分入口氣體繼續(xù)沿著壁移動(dòng)，為陶瓷提供冷卻保護(hù)層。在燃燒器18的端部，氣體和剩余燃料進(jìn)入氣化器的壓力通風(fēng)區(qū)17。在這一點(diǎn)，攜帶流氣體通過(guò)氣化器的下部固定床并在區(qū)域9處離開(kāi)該床進(jìn)入壓力通風(fēng)系統(tǒng)14，然后在排出管15處離開(kāi)氣化器。
攜帶流氣體混合到下部固定床中，為攜帶流產(chǎn)品提供必要的碳以達(dá)到氣化平衡。附加蒸氣可在圖1所示的端口53處提供，附加蒸氣排放到標(biāo)號(hào)為54的區(qū)域，以便控制點(diǎn)9處的氣化條件和所希望的溫度。蒸氣管55提供所需要的蒸汽。在端口53處使用蒸汽可對(duì)區(qū)域9處的燃料床出口溫度提供重要的控制，這將促進(jìn)部分水煤氣變換反應(yīng)，以便產(chǎn)生高質(zhì)量的氫氣。氫氣與一氧化碳的比率就是這樣控制的。當(dāng)加入蒸汽使燃料床具有適當(dāng)溫度時(shí)，氫的生產(chǎn)可達(dá)到最大化并且可提高氣化器的熱效率。如果需要，可將附加的蒸汽添加到相同的區(qū)域中，以便有利于冷卻和由甲烷化反應(yīng)產(chǎn)生甲烷氣體。
當(dāng)溫度降低并到達(dá)大約1300°F以下時(shí)，通常氣化反應(yīng)減速和停止。當(dāng)使用蒸汽將區(qū)域9處的燃料床溫度控制在1700°F至1400°F的范圍內(nèi)時(shí)，可優(yōu)化在壓力通風(fēng)系統(tǒng)14中的焦油和油類(lèi)的裂化。若上部燃料床的喉部11適當(dāng)執(zhí)行功能，就不必在上部壓力通風(fēng)系統(tǒng)中使用附加的高溫來(lái)裂化焦油和油類(lèi)。本專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員將會(huì)理解，根據(jù)燃料供給和所期望的合成氣輸出，可在各種溫度分布下和不同量的氧氣、空氣和蒸氣下操作氣化器。
圖7描繪了本發(fā)明范圍內(nèi)的重要新穎性。圖7示出了活性焦碳粒從排出合成氣蒸汽中捕獲的過(guò)程或者直接從合成氣中分離用于下游袋濾室的過(guò)程。圖7示出了帶有合成氣凈化系統(tǒng)主要部件的氣化器1。在該圖中，氣化器1具有排出管56，所述排出管56將載有粒子的熱合成氣排出至粒子清除系統(tǒng)57中。合成氣接著進(jìn)入余熱回收蒸汽發(fā)生器58中。離開(kāi)余熱回收蒸汽發(fā)生器58的合成氣的溫度約為300°F。合成氣接著通過(guò)具有雙重作用的袋濾室59，袋濾室59不但除去了所有的剩余粒子，而且還除去了絕大部分來(lái)自合成氣的氣相污染物，污染物包括但不限于硫類(lèi)、汞、氯化物、重金屬和其他污染物。
分級(jí)的活性焦碳和輸入的合成氣在袋濾室59緊上游的混合室60中進(jìn)行混合。合成氣和活性焦碳的混合將活性焦碳運(yùn)載到袋濾室中并襯在袋中。在袋濾室59中將活性碳收集在袋中。在275°F至350°F這一低溫范圍內(nèi)，上述活性碳在吸收各種污染物方面很有效。商用的活性碳很昂貴，往往超過(guò)$1000/每噸，因此，不常用于大規(guī)模氣體燃料的凈化。但是在本發(fā)明中，活性焦碳是氣化器的副產(chǎn)品，與其來(lái)源燃料相比，它不再昂貴。
在氣化器中生產(chǎn)活性焦碳有二種方式。第一種是在氣化器的點(diǎn)13周?chē)纳喜抗潭ù膊糠帧５诙€(gè)區(qū)域在攜帶流部分中。通過(guò)有目的地將精細(xì)固體制成一定尺寸，在該尺寸下，部分微粒未充分氣化，而是作為粒子與合成氣一起被運(yùn)載出去，上述粒子將被暴露在很高的溫度中，以確?；罨?br> 活性焦碳可以以?xún)煞N方式離開(kāi)氣化器，或者被排出氣體攜帶出去，或者直接從固定床上除去。在上述的攜帶流部分產(chǎn)生的細(xì)小粒子或來(lái)自于固定床燃料區(qū)域的大顆粒燃料破裂后的微粒的細(xì)小粒子被排出的合成氣攜帶。獲得活性碳的第二種方式是借助抽吸管61。抽吸管是傾斜的套管，其在點(diǎn)9處的燃料床表面的緊下方穿過(guò)氣化器燃料床。通過(guò)在外側(cè)端產(chǎn)生略低的壓力，所述抽吸管起到抽真空的作用從而吸出活性碳。所述抽吸管為雙壁管，在兩個(gè)管之間帶有水套以便冷卻抽吸管61。如果氣化器產(chǎn)生由排出合成氣攜帶的足夠的活性焦碳以滿(mǎn)足污染控制的需要，則不需要第二種方式。
所分離的部分冷卻的活性焦碳接著被粉化62，然后移動(dòng)到粒子冷卻器63中，在冷卻器63中活性焦碳與粒子去除系統(tǒng)所收集的物質(zhì)集合在一起?；钚越固冀又邳c(diǎn)62處研磨成所希望的細(xì)度。粉化的活性焦碳接著注入混合器60，混合器60將活性焦碳運(yùn)載到袋濾室59中。
通過(guò)使用新方法利用內(nèi)部產(chǎn)生的活性焦碳作為下游合成氣凈化的產(chǎn)品，與其它氣化器系統(tǒng)相比，本發(fā)明提供了改進(jìn)的總工廠(chǎng)操作效率。通常，通過(guò)將燃料原料的總能量分為所產(chǎn)生的氣體燃料輸出物中的能量來(lái)測(cè)量熱效率。由于本發(fā)明可分離一些進(jìn)入氣化器的碳作為副產(chǎn)品，其由常規(guī)方法所測(cè)量的總的熱效率將低于其它比較系統(tǒng)。當(dāng)將燃料(煤或其它燃料)部分看作燃料和部分看作吸收劑產(chǎn)品而不是都看作燃料時(shí)，就會(huì)得出不同的結(jié)果。當(dāng)度量輸入燃料時(shí)，減去分離的用作吸附劑的未轉(zhuǎn)換的碳，本發(fā)明的熱效率將會(huì)更高。而且，當(dāng)從總工廠(chǎng)(包括所需要的用于凈化合成氣的下游設(shè)備的操作成本)的角度而不是其他的商業(yè)過(guò)程的角度來(lái)度量效率時(shí)，本發(fā)明顯示出了優(yōu)越的總工廠(chǎng)效率。
在圖3的氣化器的點(diǎn)9處的燃料床中的燃料部分，是灰和充分活化的焦碳的混合物。本發(fā)明所產(chǎn)生的活性焦碳不會(huì)被焦油和和油料所隱蔽，而焦油和和油料通常存在于其它固定床或某些流化床氣化系統(tǒng)中。不同的粗燃料轉(zhuǎn)化為活性碳的能力不同。具有較低揮發(fā)物與固定碳比率的燃料不如具有較高揮發(fā)物與固定碳比率的燃料適合。
經(jīng)驗(yàn)表明，在特定溫度范圍內(nèi)的特定固體燃料具有結(jié)塊性，會(huì)阻礙它們?cè)诠潭ù箔h(huán)境中的適當(dāng)流動(dòng)。利用本發(fā)明，通過(guò)在選擇的位置設(shè)置小端口，引起短暫的氣體噴射或脈動(dòng)以攪動(dòng)粗燃料和/或灰渣，可大大提高粗燃料向下移動(dòng)的能力。所選擇的用于脈動(dòng)的氣體可以是蒸汽、回收合成氣、氧氣、氮?dú)?、空氣或其它氣體。通過(guò)在任意給定的區(qū)域使用若干脈動(dòng)口，可破碎大塊結(jié)塊燃料，以確保連續(xù)的適當(dāng)氣化率。氣體脈動(dòng)的氣流速度優(yōu)選足夠高以破碎燃料。設(shè)計(jì)端口65以便氣體脈動(dòng)達(dá)到音速。在實(shí)際應(yīng)用中，氣體速度可以低得多。圖8示出了一些典型的脈動(dòng)端口65。端口的數(shù)量和位置可根據(jù)所選擇的燃料而有所不同。例如，在喉部區(qū)域11示出了一圈脈動(dòng)口65，在燃料床氣體出口區(qū)域9附近示出了第二圈脈動(dòng)口。脈動(dòng)口可設(shè)置在任何地方以便適當(dāng)?shù)財(cái)噭?dòng)燃料。上述的區(qū)域?yàn)闅饣鲀?nèi)燃料可能結(jié)塊的區(qū)域。
脈動(dòng)口由附加到脈動(dòng)管67上的陶瓷管組成。管67優(yōu)選附加到容器壁20上或附加到罩蓋圓筒體壁42上。對(duì)于罩蓋圓筒體壁的情況，脈動(dòng)管通過(guò)罩蓋頂部43進(jìn)入氣化器。對(duì)于容器，若干脈動(dòng)管可通過(guò)容器20側(cè)壁的管口66進(jìn)入。容器20可具有若干管口66。脈動(dòng)管優(yōu)選附加到容器壁上以便于支撐。
使用脈動(dòng)攪動(dòng)燃料床排除了在某些現(xiàn)有固定床氣化器中使用的機(jī)械攪拌器的需要。每一脈動(dòng)口可具有不同程度的脈動(dòng)時(shí)間和頻率。
圖9的曲線(xiàn)示出了控制管67的脈動(dòng)的過(guò)程。每一管67具有快速作用閥68，如電磁閥。每一區(qū)域中的閥門(mén)連接到共用氣體源69上，所述共用氣體源69保持為設(shè)定的壓力。計(jì)算機(jī)控制器70確定何時(shí)打開(kāi)每一個(gè)閥門(mén)68及其打開(kāi)的時(shí)間。利用這種方法可在整個(gè)氣化器1中調(diào)節(jié)脈動(dòng)。到脈動(dòng)口65的氣體源69在氣化器1的不同區(qū)域可有不同的氣體成份和壓力。
此外，下表描述了在圖1和圖6中所示的氣化器在不同區(qū)域中可能的期望操作溫度。
表氣化器的的溫度分布最大值 標(biāo)準(zhǔn)值 最小值Point溫度F溫度F 溫度F2500 200 1004 solids1200 300 2004 gases 1500 1000 50011 2200 1800160013 1800 150013009 1600 1300100015 1550 1200 80054 2200 1600130018 2800 180016003 2900 2600220048 1200 800 20012 1200 800 2007 1200 800 200下面描述了當(dāng)前優(yōu)選的氣化器1的啟動(dòng)模式。首先粗炭燃料或已去除揮發(fā)物的燃料被裝入氣化器。粗炭填充到氣化器1中從點(diǎn)3至點(diǎn)2上方兩英尺的位置。在點(diǎn)2上方標(biāo)準(zhǔn)燃料可添加到粗燃料加料系統(tǒng)中。大氣溫度和壓力的氮?dú)庠谌肟?、10、19和25處進(jìn)入氣化器循環(huán)。所述氣體通過(guò)氣化器、經(jīng)排出管15排出、進(jìn)入分離器57，接著通過(guò)熱交換器58。熱交換器58的過(guò)熱器部分保持與鍋爐貫通、鍋爐用鍋爐用水填充至適當(dāng)水位。氮?dú)獗痪徛砑又敝吝_(dá)到操作壓力。離開(kāi)熱交換器的氮?dú)馔ㄟ^(guò)小型啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)，所述鼓風(fēng)機(jī)將氣體循環(huán)回氣化器1的入口6、10、19和25中。在啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)下游，燃燒器燃燒混合氮?dú)獾难鯕夂吞烊粴饣虮橐员阍谘h(huán)過(guò)程中緩慢加熱氣化器(約100°F)。當(dāng)鍋爐中的水達(dá)到操作壓力時(shí)，過(guò)熱器出口閥通過(guò)將過(guò)多的蒸氣排泄到冷凝器中而保持壓力。對(duì)于集成氣化結(jié)合循環(huán)(IGCC)廠(chǎng)，其生產(chǎn)作為主要產(chǎn)品的電，此為蒸汽輪機(jī)的主冷凝器。當(dāng)氣化器燃料床到達(dá)約1000°F的溫度時(shí)，溫度保持約2小時(shí)，以便適當(dāng)建立穿過(guò)陶瓷壁的溫度。在熱氮?dú)饫^續(xù)循環(huán)的狀態(tài)下，將小量氧氣注入端口6和10，及將丙烷和氧氣注入小型點(diǎn)火燃燒器型燃燒器19。在26處注入丙烷或天然氣，在25處注入氧氣。過(guò)量的氣體通過(guò)熱交換器后在排氣管中爆發(fā)燃燒。燃燒緩慢增加超過(guò)大約六小時(shí)到達(dá)操作溫度。當(dāng)氣體質(zhì)量達(dá)到可接受的成份時(shí)，氣體通過(guò)袋濾室59被過(guò)濾(is rooted)，其被熱的排出氣體加熱到操作溫度。這時(shí)，氣化器處于聯(lián)機(jī)最大負(fù)載。氣化器可被緩慢升高到上述的標(biāo)準(zhǔn)滿(mǎn)操作條件。
權(quán)利要求
1.一種氣化器，包括間隔開(kāi)的粗燃料和細(xì)燃料入口；固定床氣化部分，在該部分粗燃料被氣化；攜帶流氣化部分，在該部分細(xì)燃料被氣化；和氣體排出端口，在該處從粗燃料和細(xì)燃料產(chǎn)生的氣體被集中排放。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣化器，其特征在于，固定床氣化部分包括上部固定床部分，其從粗燃料入口接收粗燃料，其中，粗燃料被脫去揮發(fā)成分以形成向下流動(dòng)的揮發(fā)氣體；和下部固定床部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣化器，其特征在于，還包括在上部固定床部分的內(nèi)部截面收縮；和設(shè)置在鄰近所述收縮截面位置的上部壓力通風(fēng)系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣化器，其特征在于，從固定床氣化部分和攜帶流氣化部分排出的氣體在上部壓力通風(fēng)系統(tǒng)中集合，其中，氣體排出場(chǎng)所設(shè)置在靠近上部壓力通風(fēng)系統(tǒng)的地方。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氣化器，其特征在于，構(gòu)造上部壓力通風(fēng)系統(tǒng)以提供足以裂化包含在排出氣體中的焦油和油類(lèi)的排出氣體滯留時(shí)間和操作溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣化器，其特征在于，上部固定床部分被構(gòu)造為在一定溫度下操作，以便將一部分粗燃料轉(zhuǎn)化為活性碳。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氣化器，其特征在于，活性碳被排出氣體所攜帶。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氣化器，其特征在于，所述氣化器還包括活性碳收集器以捕獲和除去排出氣體所攜帶的活性碳。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氣化器，其特征在于，還包括活性碳去除端口以便允許從固定床部分除去活性碳。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的氣化器，其特征在于，還包括與活性碳去除端口相接合的螺旋設(shè)備，以允許除去活性碳。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣化器，其特征在于，攜帶流氣化部分設(shè)置在下部壓力通風(fēng)系統(tǒng)中鄰近揮發(fā)細(xì)燃料的下部固定床部分的位置。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣化器，其特征在于，細(xì)燃料通過(guò)至少一個(gè)切向加料燃燒器加入攜帶流氣化部分。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的氣化器，其特征在于，細(xì)燃料從脫去揮發(fā)成分的固體燃料、液體燃料、氣體燃料及其組合物中選擇。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣化器，其特征在于，設(shè)定一部分細(xì)燃料的尺寸以確保細(xì)燃料的不充分的碳燃燒，導(dǎo)致產(chǎn)生被排出氣體攜帶的活性碳粒子。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的氣化器，其特征在于，還包括活性碳收集器用于捕獲和除去攜帶在排出氣體中的活性碳。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣化器，其特征在于，其產(chǎn)生攜帶在排出氣體中的活性碳，還包括用于從排出氣體中捕獲和除去活性碳的活性碳收集器，還包括污染物控制裝置，其以所述活性碳接觸排出氣體以便從排出氣體中捕獲和除去污染物。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的氣化器，其特征在于，所述污染物選自硫化物，鹵化物和重金屬。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣化器，其特征在于，還包括多個(gè)注入端口，它們用于將氧氣、蒸氣或空氣引入氣化器的不同區(qū)域。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的氣化器，其特征在于，構(gòu)造注入端口以便于氣化器內(nèi)的溫度控制。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的氣化器，其特征在于，構(gòu)造注入端口以便控制氣化器內(nèi)的蒸氣與氧氣的比率。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的氣化器，其特征在于，構(gòu)造注入端口以便控制氣化器內(nèi)的氫氣與一氧化碳的比率。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的氣化器，其特征在于，構(gòu)造注入端口以便控制氣化器不同部分的氧氣、蒸氣或空氣的量，以便促進(jìn)部分水煤氣變換反應(yīng)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的氣化器，其特征在于，構(gòu)造注入端口以便控制氣化器不同部分的氧氣、蒸氣或空氣的量，以便控制溫度和促進(jìn)甲烷化反應(yīng)。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣化器，其特征在于，所述氣化器被構(gòu)造為同時(shí)在固定床氣化部分加工粗燃料和在攜帶流氣化部分加工細(xì)燃料。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣化器，其特征在于，細(xì)燃料選自粉化的固體燃料、液體燃料、氣體燃料及其組合物。
26.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣化器，其特征在于，還包括設(shè)置在下部固定床部分附近的多個(gè)脈動(dòng)噴嘴，所述脈動(dòng)噴嘴攪動(dòng)固定床部分中的粗燃料或灰渣。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的氣化器，其特征在于，脈動(dòng)噴嘴噴射加壓的氣體脈動(dòng)。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的氣化器，其特征在于，氣體脈動(dòng)包括空氣、氧氣、蒸汽、二氧化碳、氣態(tài)燃料或回收排出氣體的脈動(dòng)。
29.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣化器，其特征在于，所述氣化器構(gòu)造為在固定床部分僅使用粗燃料操作。
30.一種具有兩級(jí)固定床氣化部分和攜帶流氣化部分的氣化器，包括粗燃料入口；兩級(jí)固定床氣化部分，該部分從粗燃料入口接收粗燃料，所述固定床氣化部分包括上部固定床部分，其中粗燃料被脫去揮發(fā)性成分以形成向下流動(dòng)的揮發(fā)氣體；在上部固定床部分的內(nèi)部截面收縮；下部固定床部分；和設(shè)置在鄰近內(nèi)部截面收縮處的上部壓力通風(fēng)系統(tǒng)；攜帶流氣化部分，其設(shè)置在下部壓力通風(fēng)系統(tǒng)中鄰近于蒸發(fā)細(xì)燃料的下部固定床部分，其中細(xì)燃料被至少一個(gè)切向加料燃燒器送入攜帶流氣化部分；多個(gè)注入端口，它們構(gòu)造用于將氧氣、蒸汽或空氣引入氣化器的不同部分；多個(gè)脈動(dòng)噴嘴，設(shè)置在下部固定床部分附近，其攪動(dòng)在固定床部分中的粗燃料或灰渣；和氣體排出場(chǎng)所，來(lái)自粗燃料和細(xì)燃料的氣體從該排出場(chǎng)所被集中排出，其中從固定床氣化部分和攜帶流氣化部分排出的氣體在上部壓力通風(fēng)系統(tǒng)中收集，其中，氣體排出場(chǎng)所位于鄰近上部壓力通風(fēng)系統(tǒng)的位置。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的氣化器，其特征在于，細(xì)燃料選自粉化的固體燃料、液體燃料、氣體燃料及其組合物。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的氣化器，其特征在于，構(gòu)造注入端口以便于控制氣化器內(nèi)的溫度。
33.根據(jù)權(quán)利要求30所述的氣化器，其特征在于，構(gòu)造注入端口以便控制氣化器內(nèi)的蒸氣與氧氣的比率。
34.根據(jù)權(quán)利要求30所述的氣化器，其特征在于，構(gòu)造注入端口以便控制氣化器內(nèi)的氫氣與一氧化碳的比率。
35.根據(jù)權(quán)利要求30所述的氣化器，其特征在于，構(gòu)造注入端口以便控制氣化器不同部分的氧氣、蒸氣或空氣的量，以便促進(jìn)部分水煤氣變換反應(yīng)。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的氣化器，其特征在于，構(gòu)造注入端口以控制氣化器不同部分的氧氣、蒸氣或空氣的量，以便控制溫度和促進(jìn)甲烷化反應(yīng)。
37.根據(jù)權(quán)利要求30所述的氣化器，其特征在于，上部固定床部分被構(gòu)造為在一定溫度下操作以便將一部分粗燃料被轉(zhuǎn)化為活性碳。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的氣化器，其特征在于，活性碳被排出氣體所攜帶。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的氣化器，其特征在于，所述氣化器還包括活性碳收集器以捕獲和除去排出氣體中的活性碳。
40.根據(jù)權(quán)利要求37所述的氣化器，其特征在于，還包括活性碳去除端口以便允許從固定床氣化部分除去活性碳。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的氣化器，其特征在于，還包括與活性碳去除端口相接合的螺旋設(shè)備，以允許除去活性碳。
42.根據(jù)權(quán)利要求30所述的氣化器，其特征在于，設(shè)定一部分細(xì)燃料的尺寸以確保細(xì)燃料的不充分的碳燃燒，導(dǎo)致產(chǎn)生被排出氣體攜帶的活性碳粒子。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的氣化器，其特征在于，還包括活性碳收集器用于捕獲和除去攜帶在排出氣體中的活性碳。
44.根據(jù)權(quán)利要求30所述的氣化器，其特征在于，其產(chǎn)生攜帶在排出氣體中的活性碳，還包括用于從排出氣體中捕獲和除去活性碳的活性碳收集器，還包括污染物控制裝置，其以所述活性碳接觸排出氣體以便從排出氣體中捕獲和除去污染物。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的氣化器，其特征在于，所述污染物選自硫化物，鹵化物和重金屬。
46.根據(jù)權(quán)利要求30所述的氣化器，其特征在于，脈動(dòng)噴嘴噴射加壓的氣體脈動(dòng)。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述的氣化器，其特征在于，氣體脈動(dòng)包括空氣、氧氣、蒸汽、二氧化碳、氣態(tài)燃料或回收排出氣體的脈動(dòng)。
48.根據(jù)權(quán)利要求30所述的氣化器，其特征在于，所述氣化器被構(gòu)造為同時(shí)在固定床氣化部分加工粗燃料和在攜帶流氣化部分加工細(xì)燃料。
49.根據(jù)權(quán)利要求30所述的氣化器，其特征在于，所述氣化器構(gòu)造為在固定床氣化部分僅使用粗燃料操作。
50.根據(jù)權(quán)利要求30所述的氣化器，其特征在于，構(gòu)造上部壓力通風(fēng)系統(tǒng)以提供足以裂化包含在排出氣體中的焦油和油類(lèi)的排出氣體滯留時(shí)間和操作溫度。
51.一種氣化器，包括粗燃料入口；兩級(jí)固定床氣化部分，該部分從粗燃料入口接收粗燃料，所述固定床氣化部分包括上部固定床部分，其中粗燃料被脫去揮發(fā)性成分以形成向下流動(dòng)的揮發(fā)氣體；在上部固定床部分的內(nèi)部截面收縮；下部固定床部分；和設(shè)置在鄰近內(nèi)部截面收縮處的上部壓力通風(fēng)系統(tǒng)；多個(gè)注入端口，它們構(gòu)造用于將氧氣、蒸汽或空氣引入氣化器的不同部分；其中部分端口鄰近于粗燃料入口；和氣體排出場(chǎng)所，來(lái)自粗燃料的氣體從該位置被排出，其中從固定床氣化部分排出的氣體在上部壓力通風(fēng)系統(tǒng)中收集，其中，氣體排出場(chǎng)所位于鄰近上部壓力通風(fēng)系統(tǒng)的位置。
52.根據(jù)權(quán)利要求51所述的氣化器，其特征在于，構(gòu)造上部壓力通風(fēng)系統(tǒng)以提供足以裂化包含在排出氣體中的焦油和油類(lèi)的排出氣體滯留時(shí)間和操作溫度。
53.根據(jù)權(quán)利要求51所述的氣化器，其特征在于，上部固定床部分被構(gòu)造為在一定溫度下操作以便將一部分粗燃料被轉(zhuǎn)化為活性碳。
54.根據(jù)權(quán)利要求53所述的氣化器，其特征在于，活性碳被排出氣體所攜帶。
55.根據(jù)權(quán)利要求54所述的氣化器，其特征在于，還包括活性碳收集器用于捕獲和除去攜帶在排出氣體中的活性碳。
56.根據(jù)權(quán)利要求53所述的氣化器，其特征在于，還包括活性碳去除端口，以便允許從固定床氣化部分除去活性碳。
57.根據(jù)權(quán)利要求56所述的氣化器，其特征在于，還包括與活性碳去除端口相接合的螺旋設(shè)備，以允許除去活性碳。
58.根據(jù)權(quán)利要求51所述的氣化器，其特征在于，其產(chǎn)生攜帶在排出氣體中的活性碳，還包括用于從排出氣體中捕獲和除去活性碳的活性碳收集器，還包括污染物控制裝置，其以所述活性碳接觸排出氣體以便從排出氣體中捕獲和除去污染物。
59.根據(jù)權(quán)利要求58所述的氣化器，其特征在于，所述污染物選自硫化物，鹵化物和重金屬。
60.根據(jù)權(quán)利要求51所述的氣化器，其特征在于，還包括多個(gè)注入端口，它們構(gòu)造用于將氧氣、蒸氣或空氣引入氣化器的不同區(qū)域。
61.根據(jù)權(quán)利要求60所述的氣化器，其特征在于，構(gòu)造注入端口以便于氣化器內(nèi)的溫度控制。
62.根據(jù)權(quán)利要求60所述的氣化器，其特征在于，構(gòu)造注入端口以便控制氣化器內(nèi)的蒸氣與氧氣的比率。
63.根據(jù)權(quán)利要求60所述的氣化器，其特征在于，構(gòu)造注入端口以便控制氣化器內(nèi)的氫氣與一氧化碳的比率。
64.根據(jù)權(quán)利要求60所述的氣化器，其特征在于，構(gòu)造注入端口以便控制氣化器不同部分的氧氣、蒸氣或空氣的量，以便促進(jìn)部分水煤氣變換反應(yīng)。
65.根據(jù)權(quán)利要求64所述的氣化器，其特征在于，構(gòu)造注入端口以便控制氣化器不同部分的氧氣、蒸氣或空氣的量，以便控制溫度和促進(jìn)甲烷化反應(yīng)。
67.根據(jù)權(quán)利要求51所述的氣化器，其特征在于，還包括設(shè)置在下部固定床部分附近的多個(gè)脈動(dòng)噴嘴，所述脈動(dòng)噴嘴攪動(dòng)固定床部分中的粗燃料或灰渣。
68.根據(jù)權(quán)利要求67所述的氣化器，其特征在于，脈動(dòng)噴嘴噴射加壓的氣體脈動(dòng)。
69.根據(jù)權(quán)利要求68所述的氣化器，其特征在于，氣體脈動(dòng)包括空氣、氧氣、蒸汽、二氧化碳、氣態(tài)燃料或回收排出氣體的脈動(dòng)。
70.一種氣化含碳燃料的方法，包括以下步驟將粗燃料加入具有兩級(jí)固定床氣化部分的氣化器，所述兩級(jí)固定床氣化部分包括接收粗燃料的上部固定床部分，其中上部固定床部分在一定溫度下操作，在該溫度下操作足以脫去粗燃料中的揮發(fā)性成分并形成向下流動(dòng)的揮發(fā)氣體；在上部固定床部分的內(nèi)部截面收縮；下部固定床部分；和設(shè)置在鄰近所述收縮截面處的上部壓力通風(fēng)系統(tǒng)；將氧氣、蒸汽、或空氣引入上部固定床部分和下部固定床部分以控制氣化器中的溫度；和從氣化器中抽出排出氣體。
71.根據(jù)權(quán)利要求70所述的氣化含碳燃料的方法，其特征在于，改變引入固定床氣化部分的氧氣、蒸汽、或空氣的量以控制氣化室內(nèi)的蒸汽和氧氣的比率。
72.根據(jù)權(quán)利要求70所述的氣化含碳燃料的方法，其特征在于，改變引入固定床氣化部分的氧氣、蒸汽、或空氣的量以控制氣化室內(nèi)的氫氣和一氧化碳的比率。
73.根據(jù)權(quán)利要求70所述的氣化含碳燃料的方法，其特征在于，改變引入固定床氣化部分的氧氣、蒸汽、或空氣的量以促進(jìn)部分水煤氣變換反應(yīng)。
74.根據(jù)權(quán)利要求73所述的氣化含碳燃料的方法，其特征在于，改變引入固定床氣化部分的氧氣、蒸汽、或空氣的量以控制溫度和促進(jìn)甲烷化反應(yīng)。
75.根據(jù)權(quán)利要求70所述的氣化含碳燃料的方法，其特征在于，還包括將細(xì)燃料加進(jìn)攜帶流氣化部分的步驟，在該部分細(xì)燃料被氣化。
76.根據(jù)權(quán)利要求75所述的氣化含碳燃料的方法，其特征在于，將攜帶流氣化部分設(shè)置在下部壓力通風(fēng)系統(tǒng)中靠近下部固定床部分的位置。
77.根據(jù)權(quán)利要求75所述的氣化含碳燃料的方法，其特征在于，細(xì)燃料通過(guò)至少一個(gè)切向加料燃燒器加進(jìn)攜帶流氣化部分。
78.根據(jù)權(quán)利要求70所述的氣化含碳燃料的方法，其特征在于，從固定床氣化部分排出的氣體在上部壓力通風(fēng)系統(tǒng)中收集，其中，排出氣體被從上部壓力通風(fēng)系統(tǒng)中抽出。
79.根據(jù)權(quán)利要求78所述的氣化含碳燃料的方法，其特征在于，還包括將排出氣體在上部壓力通風(fēng)系統(tǒng)中保持充足的氣體滯留時(shí)間和操作溫度以裂化包含在排出氣體中的焦油和油類(lèi)的步驟。
80.根據(jù)權(quán)利要求70所述的氣化含碳燃料的方法，其特征在于，在一定溫度下操作上部固定床部分，以便將一部分粗燃料轉(zhuǎn)化為活性碳。
81.根據(jù)權(quán)利要求80所述的氣化含碳燃料的方法，其特征在于，活性碳被排出氣體所攜帶。
82.根據(jù)權(quán)利要求81所述的氣化含碳燃料的方法，其特征在于，還包括捕獲和除去攜帶在排出氣體中的活性碳的步驟。
83.根據(jù)權(quán)利要求80所述的氣化含碳燃料的方法，其特征在于，還包括從固定床氣化部分除去活性碳的步驟。
84.根據(jù)權(quán)利要求75所述的氣化含碳燃料的方法，其特征在于，設(shè)定一部分細(xì)燃料的尺寸以確保細(xì)燃料的不充分的碳燃燒，導(dǎo)致產(chǎn)生被排出氣體攜帶的活性碳粒子。
85.根據(jù)權(quán)利要求84所述的氣化含碳燃料的方法，其特征在于，還包括捕獲和除去攜帶在排出氣體中的活性碳的步驟。
86.根據(jù)權(quán)利要求70所述的氣化含碳燃料的方法，其特征在于，還包括以下步驟產(chǎn)生活性碳從排出氣體或下部固定床部分捕獲和除去活性碳；將活性碳和排出氣體引入污染物控制裝置，在該裝置中活性碳接觸排出氣體并捕獲和除去排出氣體中的污染物。
87.根據(jù)權(quán)利要求86所述的氣化含碳燃料的方法，其特征在于，所述污染物選自硫化物，鹵化物和重金屬。
88.根據(jù)權(quán)利要求86所述的氣化含碳燃料的方法，其特征在于，污染物控制裝置包括袋濾室。
89.一種在氣化器設(shè)備中產(chǎn)生活性碳的方法，包括以下步驟將粗燃料加入具有固定床氣化部分的氣化器，所述固定床氣化部分包括接收粗燃料的上部固定床部分，其中上部固定床部分在一定溫度下操作，在該溫度下操作足以脫去粗燃料中的揮發(fā)性成分并形成向下流動(dòng)的揮發(fā)氣體；在上部固定床部分的內(nèi)部截面收縮；和下部固定床部分，揮發(fā)氣體通過(guò)該部分向上流動(dòng)；將氧氣、蒸汽、或空氣引入上部固定床部分和下部固定床部分以控制氣化器中的溫度，其中上部固定床部分在一定溫度下操作以將一部分粗燃料轉(zhuǎn)化為活性碳。
90.根據(jù)權(quán)利要求89所述的產(chǎn)生活性碳的方法，其特征在于，還包括從氣化器中抽出排出氣體的步驟，其中活性碳被排出氣體所攜帶。
91.根據(jù)權(quán)利要求90所述的產(chǎn)生活性碳的方法，其特征在于，還包括捕獲和除去攜帶在排出氣體中的活性碳的步驟。
92.根據(jù)權(quán)利要求89所述的產(chǎn)生活性碳的方法，其特征在于，還包括從固定床氣化部分除去活性碳的步驟。
93.根據(jù)權(quán)利要求89所述的產(chǎn)生活性碳的方法，其特征在于，還包括將細(xì)燃料加入攜帶流氣化部分的步驟，細(xì)燃料在該部分氣化，其中，設(shè)定一部分細(xì)燃料的尺寸以確保細(xì)燃料的不充分的碳燃燒，導(dǎo)致產(chǎn)生被排出氣體攜帶的活性碳粒子。
94.根據(jù)權(quán)利要求93所述的產(chǎn)生活性碳的方法，其特征在于，還包括捕獲和除去攜帶在排出氣體中的活性碳的步驟。
95.根據(jù)權(quán)利要求93所述的產(chǎn)生活性碳的方法，其特征在于，攜帶流氣化部分設(shè)置在下部壓力通風(fēng)系統(tǒng)中靠近下部固定床部分的位置。
96.一種從氣化含碳燃料產(chǎn)生的排出氣體中除去蒸汽相污染物的方法，其中含碳燃料的氣化同時(shí)產(chǎn)生作為副產(chǎn)品的活性碳，所述方法包括以下步驟向具有過(guò)濾袋的袋濾室供應(yīng)活性碳吸附劑直到過(guò)濾袋被涂上一層吸附劑；和將排出氣體引入袋濾室，其中足夠量的活性碳被供應(yīng)到袋濾室中以便涂在過(guò)濾袋上并便于活性碳吸附劑和蒸汽相污染物密切接觸，從而從排出氣體中除去蒸汽相污染物。
97.一種產(chǎn)生活性碳的氣化器，包括粗燃料入口；固定床氣化部分，在該部分，粗燃料被氣化，并且該固定床氣化部分被構(gòu)造為在一定溫度下操作以脫去粗燃料中的揮發(fā)性成分并形成揮發(fā)氣體；所述固定床部分還包括碳活化區(qū)，其被構(gòu)造用于在一定溫度下操作以裂化和破碎在揮發(fā)氣體和粗燃料中殘留的焦油和油類(lèi)，從而將粗燃料轉(zhuǎn)化為活性碳；多個(gè)注入端口，它們構(gòu)造用于將氧氣、蒸汽或空氣引入氣化器的不同部分以便控制氣化器中的操作條件；氣體排出端口，在該處從粗燃料產(chǎn)生的氣體被排出。
98.根據(jù)權(quán)利要求97所述的產(chǎn)生活性碳的氣化器，其特征在于，排出氣體包括攜帶的活性碳，還包括用于捕獲和除去攜帶在排出氣體中的活性碳的活性碳收集器。
99.根據(jù)權(quán)利要求97所述的產(chǎn)生活性碳的氣化器，其特征在于，還包括活性碳除去端口以允許從固定床氣化部分除去活性碳。
100.一種產(chǎn)生活性碳的氣化器，包括細(xì)燃料入口；攜帶流氣化部分，在該部分細(xì)燃料被氣化，其中一部分細(xì)燃料的尺寸被設(shè)定以保證細(xì)燃料的不充分碳燃燒，導(dǎo)致產(chǎn)生被排出氣體所攜帶的活性碳；和氣體排出端口，在該處從細(xì)燃料產(chǎn)生的氣體被排出，其中所排出的氣體包括攜帶的活性碳。
全文摘要
一種氣化器(1)，包括固定床氣化部分(4，5，8，11，13)，粗燃料從入口加入該部分并被氣化；和攜帶流氣化部分(17)，在該部分細(xì)燃料通過(guò)一個(gè)或多個(gè)切向加料燃燒器或從燃燒氣化圓筒室加入并被氣化。固定床部分包括上部和下部部分。粗燃料在上部固定床部分被脫去揮發(fā)性成分并受到足以破壞和破裂排出氣體中的焦油和油類(lèi)的高溫作用。攜帶流氣化部分設(shè)置在下部壓力通風(fēng)系統(tǒng)中鄰近下部固定床部分的位置。構(gòu)造多個(gè)注入口(6，10)以在氣化器的不同部分引入氧氣、蒸汽或空氣以控制溫度和操作條件?；钚蕴伎稍谏喜抗潭ù膊糠趾蛿y帶流部分形成?；钚蕴靠捎米魑絼┮猿ヅ懦鰵怏w中的污染物。氣化器可使用各種粗燃料和細(xì)燃料原料。
文檔編號(hào)C10J3/52GK1483068SQ01821105
公開(kāi)日2004年3月17日 申請(qǐng)日期2001年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月4日
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