專利名稱：具有等離子熔融功能的多段碳轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及含碳原料氣化的領(lǐng)域，特別是涉及多段碳轉(zhuǎn)化器。
背景技術(shù)：
氣化是能夠?qū)⒑荚?例如城市固體廢物(MSW)或煤)轉(zhuǎn)化成可燃?xì)怏w的過 程。氣體可以用來產(chǎn)生電、蒸汽或者用作基本原材料來生產(chǎn)化學(xué)品和液體燃料。氣體的可能用途包括在鍋爐中燃燒以生產(chǎn)用于內(nèi)加工和/或其它外部目的的蒸 汽，或通過蒸汽輪機(jī)發(fā)電；在燃?xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃機(jī)中直接燃燒來發(fā)電；燃料電池；生產(chǎn)甲醇和 其它液體燃料；作為另外的原料以生產(chǎn)化學(xué)品，例如塑料和化肥；提取氫氣和一氧化碳作 為離散的工業(yè)燃?xì)?；和其它的工業(yè)應(yīng)用。通常氣化過程包括向加熱腔室(氣化爐)中加入含碳原料與控制的和/或有限 量的氧氣和可選擇的蒸汽。對比焚燒或者燃燒(其利用多余的氧氣來產(chǎn)生CO2、H2O、sox* NOx)，氣化過程產(chǎn)生包含CO、H2、H2S和NH3的粗氣體組合物。經(jīng)過凈化后，目標(biāo)主要?dú)饣a(chǎn) 物是吐和CO。有用的原料可以包括任何城市廢物、由工業(yè)活動所產(chǎn)生的廢物和生物醫(yī)藥廢物、 污水、污泥、煤、重油、石油焦、煉油廠殘余物、煉油廠廢物、碳?xì)浠衔镂廴镜耐寥?、生物質(zhì)、 和農(nóng)業(yè)廢物、輪胎、和其它的有害廢物。取決于原料的來源，揮發(fā)物可能包括h20、H2、N2、02、 CO2, CO、CH4, H2S, NH3> C2H6、不飽和碳?xì)浠衔?，例如炔烴、烯烴、芳香烴、焦油、碳?xì)浠衔镆?體(油)和焦炭(碳黑和灰)。當(dāng)原料被加熱時，水是首先轉(zhuǎn)化的成分。隨著干原料的溫度增加，開始發(fā)生裂解。 在裂解的過程中，原料熱分解以釋放焦油、酚、和揮發(fā)性碳?xì)浠衔餁怏w，同時原料轉(zhuǎn)化成 焦炭。焦炭包含剩余固體，所述剩余固體包括有機(jī)物和無機(jī)物。在裂解后，焦炭中的碳濃 度比干原料中的高，并且可以起到活性炭來源的作用。在以較高溫度(大于1200°C )運(yùn)行 的氣化爐或有高溫段的系統(tǒng)中，無機(jī)物熔合或玻璃化以形成熔融玻璃樣物質(zhì)，稱為熔渣。由于熔渣處于熔合玻璃化的狀態(tài)，因此通常發(fā)現(xiàn)它是無毒的，并且可以在填埋廠 作為無毒物質(zhì)處理，或者作為煉礦原料、路基材料、或其它的建筑材料出售。由垃圾焚燒來 處理廢物越來越不受歡迎，因為在加熱過程中燃料的特別廢物和處理物質(zhì)的其它廢物(以 剩余廢物的形式)可轉(zhuǎn)化成有用的熔渣和固體物質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種將處理過的原料轉(zhuǎn)化成合成氣和熔渣的多段碳轉(zhuǎn)化器。 按照本發(fā)明的方面，提供一種多段碳轉(zhuǎn)化器，其包括碳轉(zhuǎn)化段，其具有一個或多個處理過 的原料入口、一個或多個合成氣出口和熱空氣入口，所述碳轉(zhuǎn)化段與熔渣段相連以將灰熔 融和/或?qū)⑷墼３譃槿廴跔顟B(tài)，所述熔渣段包括等離子熱源和熔渣出口。碳轉(zhuǎn)化段和熔 渣段由段間區(qū)域(inter-zonal region)或段間(inter-zone)隔開，其包括阻滯體以阻止或限制物質(zhì)在碳轉(zhuǎn)化段和熔渣段之間運(yùn)動。按照本發(fā)明的其它的方面，提供一種將處理過的原料轉(zhuǎn)化成合成氣和熔渣的多段 碳轉(zhuǎn)化器，其包括腔室，包括和熔渣段相連的碳轉(zhuǎn)化段，其中碳轉(zhuǎn)化段和熔渣段由段間區(qū) 域或段間隔開；碳轉(zhuǎn)化段包括用于從來源接收處理過的原料的處理過的原料入口、合成氣 出口和熱空氣入口 ；段間區(qū)域或段間，包括阻滯體以通過部分或間歇性地阻止所述段間區(qū) 域或段間來限制物質(zhì)在所述碳轉(zhuǎn)化段和所述熔渣段之間流動，并且可任選地包括熱傳遞元 件以提供初始灰熔融；熔渣段，包括等離子熱源和熔渣出口 ；其中處理過的原料在碳轉(zhuǎn)化 段中轉(zhuǎn)化成合成氣和灰，所述灰在段間區(qū)域或段間和/或熔渣段通過施加來自等離子熱源 的熱量而轉(zhuǎn)化成熔融的熔渣。


下面將通過參照附圖只以例子的方式來描述本發(fā)明的實施方式，其中圖1是方塊流程圖，示出泛指的多段碳轉(zhuǎn)化器的不同段，即示出和熔渣段相連的 碳轉(zhuǎn)化段，以熔融灰和/或?qū)⑷墼３譃槿廴诘臓顟B(tài)。圖2是方塊流程圖，示出多段碳轉(zhuǎn)化器的入口，所述多段碳轉(zhuǎn)化器包括和熔渣段 相連的碳轉(zhuǎn)化段，以在聯(lián)合含碳原料氣化爐的情況下熔融灰和/或?qū)⑷墼３譃槿廴诘臓?態(tài)。圖3是泛指多段碳轉(zhuǎn)化器的示意圖，即示出碳轉(zhuǎn)化段、段間區(qū)域或段間和熔渣段 的一般特征。圖4示意性示出與主氣化腔室相聯(lián)的多段碳轉(zhuǎn)化器的一個實施方式。圖5描述了多段碳轉(zhuǎn)化器的法蘭式腔室設(shè)計，其促進(jìn)阻滯體的替換，并允許使用 多個阻滯體構(gòu)造。圖6是多段碳轉(zhuǎn)化器一個實施方式的部分縱向截面圖，其中阻滯體包括多個陶瓷 球。圖7示出多段碳轉(zhuǎn)化器的一個實施方式的段間區(qū)域或段間、和熔渣段的縱向截面 圖，其詳細(xì)描述了齒輪形的拱形阻滯體。圖8A是多段碳轉(zhuǎn)化器的一個實施方式的部分縱向截面圖，其詳細(xì)描述了多個處 理空氣的端口、啟動燃燒器的端口、來自高溫氣體發(fā)生器的氣體端口、熔渣排出口和阻滯 體。圖8B是圖8A中實施方式的A-A方向的橫向截面圖。圖8C是阻滯體和支撐楔的俯視 圖。圖9是多段碳轉(zhuǎn)化器的一個實施方式的橫截面圖，其中阻滯體包括一系列相互連 通的磚。圖10描述了包括爐排的阻滯體。圖11示出多段碳轉(zhuǎn)化器的一個實施方式的多段碳轉(zhuǎn)化器的段間區(qū)域或段間、和 熔渣段的縱向截面圖。圖12示出多段碳轉(zhuǎn)化器的一個實施方式的縱向截面圖，其中阻滯體包括移動爐 排。圖12A和12B詳細(xì)描述了移動爐排的設(shè)計。圖13A詳細(xì)示出多段碳轉(zhuǎn)化器的一個實施方式的熔渣段的端口的縱向截面圖，包 括氧氣和/或空氣入口(0)、碳入口(C)、等離子炬端口(P)和燃?xì)馊紵?G)的端口。圖13B是在圖13A中所示的多段碳轉(zhuǎn)化器的實施方式的部分縱向截面圖。圖14是圖13B的放大圖。圖15示出雙段碳轉(zhuǎn)化器的一個實施方式的部分縱向截面圖，其詳細(xì)描述了具有 等離子擋熱板的熔渣段。圖16描述了改進(jìn)的多段碳轉(zhuǎn)化器，其中熔渣段進(jìn)一步包括堰板以形成熔渣池，從 而促進(jìn)熔渣混合。圖17示出多段碳轉(zhuǎn)化器的一個實施方式的部分縱向截面圖，其詳細(xì)描述了熔渣 冷卻系統(tǒng)的一個實施方式，其中包括噴水裝置和拖拉鏈條。圖18示出多段碳轉(zhuǎn)化器的一個實施方式的透視圖，其詳細(xì)描述了處理過的原料 入口和各種端口。圖19示出在圖18中描述的多段碳轉(zhuǎn)化器的實施方式的可替代的透視圖，其詳細(xì) 描述了處理過的原料入口、合成氣出口和等離子炬。圖20示出在圖18和19中所示的多段碳轉(zhuǎn)化器的縱向截面圖，其詳細(xì)描述了在碳 轉(zhuǎn)化段和熔渣段之間的阻滯體。圖21詳細(xì)描述了在圖18到20中的多段碳轉(zhuǎn)化器的碳轉(zhuǎn)化段和熔渣段之間的阻滯體。圖22示出通過在圖18到21中所示多段碳轉(zhuǎn)化器的氣箱的橫截面圖。圖23示出通過在圖18到22中所示的多段碳轉(zhuǎn)化器在等離子炬水平的橫截面圖， 其詳細(xì)描述了以切向設(shè)置的空氣入口和等離子炬。圖M示出在圖18到23中所示的多段碳轉(zhuǎn)化器的在燃燒器水平的橫截面圖。圖25顯示了圖18到23的多段碳轉(zhuǎn)化器的可選擇的視圖。圖沈示出多段碳轉(zhuǎn)化器的一個實施方式的透視圖，其詳細(xì)描述了處理過的原料 入口和包括爐排式阻滯體的各種端口。圖27示出多段碳轉(zhuǎn)化器的一個實施方式，其中阻滯體包括一系列相互連通的磚。圖觀示出多段碳轉(zhuǎn)化器的一個實施方式，其中阻滯體包括垂直取向的爐排。圖四示出多段碳轉(zhuǎn)化器的一個實施方式，其中阻滯體包括齒輪形的拱體。圖30詳細(xì)示出多段碳轉(zhuǎn)化器的可選擇的實施方式。圖31A和31B示出在多段碳轉(zhuǎn)化器的一個實施方式中的空氣流動。圖32詳細(xì)示出多段碳轉(zhuǎn)化器的可選擇的實施方式。圖33詳細(xì)示出多段碳轉(zhuǎn)化器的可選擇的實施方式。
具體實施例方式定義除非另有規(guī)定，本文所使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語和本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員通常意義上的理解相同。如本文所使用的，術(shù)語“處理過的原料”包括焦炭，具有固定碳和灰分的低和非常 低揮發(fā)性原料，含碳原料氣化或裂解過程的副產(chǎn)品，含碳原料的未完全燃燒的產(chǎn)物，或者是 從帶有等離子炬熱源輸入的氣體處理/凈化系統(tǒng)收集到固體。如本文所使用的，術(shù)語“合成氣”是指氣體的混合物，其含有不同量的通過含碳燃料氣化成具有熱值的氣體產(chǎn)物而產(chǎn)生的一氧化碳和氫氣。合成氣主要包括一氧化碳、二氧 化碳和氫氣，能量密度不到天然氣的一半。合成氣是可燃的，而且往往用作燃料源，或作為 加工其它化學(xué)品的原料?！凹庸み^合成氣”是指精制合成氣或重新組合的，經(jīng)過等離子體熱氣體精煉/或重 組系統(tǒng)處理過的氣體。如本文所使用的，術(shù)語“感應(yīng)元件”是指任何設(shè)計系統(tǒng)中的元件，能夠感知到過程 的特性，工藝裝置，工藝的輸入和輸出，其中這些特性可以由一些特征值來代表，用來監(jiān)視， 調(diào)節(jié)和/或控制一個或多個本地，區(qū)域性的和/或整體性的工藝系統(tǒng)。在此種情況下考慮到 的感應(yīng)元件，包括但不限于，傳感器，探測器，監(jiān)測器，分析儀，或是以上的各種組合，來感應(yīng) 工藝過程，像流體和/或材料的溫度，壓力，流量，成分和/或其它的特征參數(shù)，以及材料的 位置和/或性質(zhì)在所給定的系統(tǒng)中的任何點和在系統(tǒng)中的任何工藝設(shè)備的所有運(yùn)行狀態(tài)。 在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員也能領(lǐng)會到以上所述的感應(yīng)元件的例子，雖然每個元件和所述系統(tǒng) 相關(guān)，但是可能不會和現(xiàn)在的專利公開有具體的關(guān)聯(lián)，就此，對所列舉的作為感應(yīng)元件的元 件不應(yīng)該局限于和/或作出不適當(dāng)?shù)慕忉?。如本文所使用的，術(shù)語“響應(yīng)元件”是指任何在系統(tǒng)中的元件被設(shè)計成能夠響應(yīng)感 應(yīng)特征而去操作工藝設(shè)備，并且按照事先設(shè)定好的，計算機(jī)化的，固定和/或可調(diào)節(jié)的控制 參數(shù)來運(yùn)作，從而，單個或多個控制參數(shù)就被定義下來提供所想要的工藝結(jié)果。在系統(tǒng)內(nèi)的 相應(yīng)元件可以包括但不限于靜態(tài)的，預(yù)設(shè)定的和/或動態(tài)變量的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，電源，和任何其 它的可組態(tài)的元件，基于一個或多個控制參數(shù)來作用到設(shè)備，可以是機(jī)械的，電力的，磁力 的，氣動的，液壓的或是它們的組合。在這個系統(tǒng)中考慮到的工藝設(shè)備，對它一個或多個響 應(yīng)元件可以耦合在一起操作，可以包括但不限于，物料和/或原料的給料裝置，熱源，例如 等離子的熱量，添加原料的給料裝置，各種氣體風(fēng)機(jī)和/或其它的氣體循環(huán)設(shè)備，各種氣體 流量和/或壓力的調(diào)節(jié)閥，和其它的工藝設(shè)備用來影響系統(tǒng)中本地，局部和/或整體工藝過 程。在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員也能領(lǐng)會到以上所述的響應(yīng)元件的例子，雖然每個元件和所述 系統(tǒng)相關(guān)，但是可能不會和現(xiàn)在的專利公開有具體的關(guān)聯(lián)，就此，所列舉的作為響應(yīng)元件的 元件不應(yīng)該局限于和/或作出不適當(dāng)?shù)慕忉?。系統(tǒng)概述以圖1為參考，提供用于將處理過的原料轉(zhuǎn)化成合成氣和惰性熔渣產(chǎn)物的多段碳 轉(zhuǎn)化器。多段碳轉(zhuǎn)化器包括多段的以耐火材料為內(nèi)襯的腔室，具有一個或多個接收經(jīng)過處 理過的物料的入口，一個或多個氣體出口，熔渣出口，加熱的空氣入口用來促進(jìn)經(jīng)過處理物 料轉(zhuǎn)化成合成氣和灰，和等離子熱源用來提供所需的熱量把灰熔融成熔渣，和可任選的蒸 汽或工藝添加劑的入口?？蛇x擇地，處理過的物料在被送到轉(zhuǎn)化器之前被預(yù)處理(被均勻 調(diào)和、壓碎、切碎和/或磨成粉)。應(yīng)特別指出的是，多段的碳轉(zhuǎn)化器包括一個第一級區(qū)域或 者碳轉(zhuǎn)化段和第二級熔渣段相連，第二級熔渣段用來熔融基本上不含碳的固體殘余物而形 成熔融態(tài)的熔渣和/或來維持其熔融狀態(tài)。碳轉(zhuǎn)化段和熔渣段由段間區(qū)域或段間隔開，在 這個區(qū)域里含有阻滯體，用來阻止或是限制物質(zhì)在兩個區(qū)域之間的流動，在一些實施方式 中，也可以把不含碳的物質(zhì)(即，灰)初始熔融成熔渣。本發(fā)明的多段碳轉(zhuǎn)化器可選性地和從含碳原料產(chǎn)生處理過的原料的系統(tǒng)聯(lián)合使 用。例如，多段碳轉(zhuǎn)化器10可以接收來自經(jīng)低溫氣化爐15處理過的原料(參看圖2和圖4)。在這些組合中，多段碳轉(zhuǎn)化器可以被考慮成氣化爐的進(jìn)一步拓展，因為第三級的氣化過 程(即，碳轉(zhuǎn)化)實質(zhì)上已經(jīng)在多級碳轉(zhuǎn)化器中完成。通常含碳原料的氣化過程可以被分化為三個階段，即干燥，揮發(fā)和焦炭到灰(或 碳)的轉(zhuǎn)化過程。第一級物料的干燥氣化過程的第一個階段是干燥，主要發(fā)生在25°C到400°C之間。一些揮發(fā)過程和 一些碳到灰的轉(zhuǎn)化過程也有可能在這些低溫范圍發(fā)生。第二級物料的揮發(fā)氣化過程的第二個階段是揮發(fā)過程，主要發(fā)生在400°C到700°C之間。少量的(剩 下的被干燥物料)干燥和碳轉(zhuǎn)化過程(焦炭到合成氣)也有可能在這個溫度下發(fā)生。第三級焦炭到灰的轉(zhuǎn)化氣化過程的第三個階段是碳轉(zhuǎn)化過程，發(fā)生在600°C到1000°C之間。少量的(剩 余的揮發(fā)過得物料)揮發(fā)過程也在這個溫度下發(fā)生。在經(jīng)過此階段后，主要的產(chǎn)物是基本 上不含碳的固體殘余物(灰)和合成氣。為了避免灰的結(jié)塊，在此階段的最高溫度應(yīng)不超 過約950 0C ο在氣化過程中，為了增加想要的合成氣的產(chǎn)量，需要使含碳物料的轉(zhuǎn)化最大化，來 產(chǎn)生所需要的氣體產(chǎn)品。多段碳轉(zhuǎn)化器提供系統(tǒng)，它能夠確保把經(jīng)過處理物料中殘余的碳 徹底轉(zhuǎn)化成合成氣，同時也能夠回收合成氣和熔渣。多段碳轉(zhuǎn)化器也能提供熱空氣，和可任 選的工藝添加劑，例如蒸汽和/和含碳量高的氣體/或碳，來促進(jìn)碳的轉(zhuǎn)化過程而得到所要 的合成氣。多段碳轉(zhuǎn)化器也可提供等離子熱量，來促進(jìn)把殘余的無機(jī)物(灰)徹底轉(zhuǎn)化成 玻璃狀物體或熔渣。這個多段碳轉(zhuǎn)化器包括多段的以耐火材料為內(nèi)襯的腔室，具有一個或多個接收經(jīng) 過處理過的物料的入口，氣體出口，加熱的空氣入口，熔渣出口，和等離子熱源，例如等離子 炬，和可任選的一個或多個工藝添加劑的入口或端口。多段碳轉(zhuǎn)化器也能夠可選性的包括 控制子系統(tǒng)來檢測運(yùn)行參數(shù)和調(diào)節(jié)運(yùn)行工況，優(yōu)化在轉(zhuǎn)化器中的轉(zhuǎn)化反應(yīng)。感應(yīng)和響應(yīng)元 件和轉(zhuǎn)化器緊密相聯(lián)，響應(yīng)元件根據(jù)由感應(yīng)元件得到的數(shù)據(jù)來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化器的運(yùn)行工況。多段的碳物質(zhì)轉(zhuǎn)化器包括第一級區(qū)域或者碳轉(zhuǎn)化段并和第二級熔渣段相連，第二 級熔渣段用來熔融基本上不含碳的固體殘余物(灰)而形成熔融態(tài)的熔渣和/或來維持其 熔融狀態(tài)。碳轉(zhuǎn)化段和熔渣段由段間區(qū)域或段間隔開，在這個區(qū)域里含有阻滯體以引導(dǎo)或 是限制物質(zhì)在兩個區(qū)域之間的流動。這個區(qū)域也可以把不含碳的物質(zhì)(即，灰)初始熔融 成熔渣和/或促進(jìn)空氣的擴(kuò)散和/或混合。圖3是多段碳轉(zhuǎn)化器10的實施方式的示意圖。多段碳轉(zhuǎn)化器10包括處理后原料 的入口 20到在以耐火材料作內(nèi)襯的腔室15中的碳轉(zhuǎn)化段11，其中輸入的熱空氣35把處理 后的原料中的未反應(yīng)的碳轉(zhuǎn)化成合成氣。剩余的幾乎不含碳的固體(灰)隨即便在段間區(qū) 域或段間被轉(zhuǎn)化成熔渣，所需熱量直接或間接地(即通過傳熱元件)由等離子熱來提供?？?選擇地，段間區(qū)域或段間的阻滯體可以作為傳熱元件把來自等離子的熱量傳送給剩余固體 材料(即灰)而影響它的初始熔融。段間區(qū)域或段間還可以包括其它的傳熱元件來有效的 傳輸?shù)入x子熱量。熔融狀的渣來自多段碳轉(zhuǎn)化器的熔渣段，并被輸送到可任選的熔渣冷卻 子系統(tǒng)來冷卻。合成氣是轉(zhuǎn)化器的輸出并且被可選擇性的回流到主氣化腔室，在那里和在主腔室氣化過程產(chǎn)生的氣體混合，或者進(jìn)一步接受在下游的處理和/或在儲藏罐中儲藏。被送進(jìn)多段碳轉(zhuǎn)化器的經(jīng)處理的原料可以有不同的來源，包括氣化后或裂解后含 有碳原料的副產(chǎn)品，含碳原料的未完全燃燒的產(chǎn)物，或者是從帶有等離子炬熱源的氣體處 理/凈化系統(tǒng)收集到固體。通過提高碳的轉(zhuǎn)化和不含碳的剩余物(即灰)的熔融，多段碳轉(zhuǎn)化器則能促進(jìn)合 成氣和熔渣的生產(chǎn)。實現(xiàn)的方法是在灰進(jìn)入更高溫度區(qū)域之前，讓碳的轉(zhuǎn)化發(fā)生在一定的 溫度范圍內(nèi)。多段碳轉(zhuǎn)化器使殘留在熔渣中的碳量最少或者使其為零。特別的是，碳的轉(zhuǎn)化過程是這樣完成的，即通過設(shè)定合適的氧量給處理過的原料， 把原料的溫度提高到碳轉(zhuǎn)化所需的水平來產(chǎn)生合成氣，并把原料暴露給特定的碳轉(zhuǎn)化段。 在轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生的合成氣由氣體出口排出腔室。所產(chǎn)生的合成氣可能含有重金屬和顆粒污染物。所以，在一個實施方式中，多段碳 轉(zhuǎn)化器有選擇性的進(jìn)一步包括氣體凈化子系統(tǒng)來冷卻和凈化殘余氣體以滿足下游應(yīng)用的 需要。另外，多段碳轉(zhuǎn)化器還可以和下游的氣體凈化和/或氣體儲藏系統(tǒng)相連。經(jīng)處理的原料來源可以是但不限于低溫的或高溫的氣化爐或裂解反應(yīng)器，儲藏在 漏斗中的殘余物，來自氣體凈化系統(tǒng)中的固體顆粒分離器，例如，袋式除塵器或旋風(fēng)分離 器。多段碳轉(zhuǎn)化器可以直接或間接的和處理過的原料相連。經(jīng)處理的原料被連續(xù)地或間斷 性地傳輸，可以通過合適的出口和/或傳輸方式輸送到腔室的原料入口，并按照系統(tǒng)和清 除副產(chǎn)品的種類要求，這些為技術(shù)人員所熟知?？蛇x擇地，經(jīng)處理的原料在進(jìn)入腔室之前可 以預(yù)處理。預(yù)處理可以包括但不限于均勻調(diào)和，壓碎，磨成粉，切碎，分類或磁鐵分離去除。熔融的渣在例如1200°C到1800°C的溫度下可以連續(xù)地從多段碳轉(zhuǎn)化器排出，然 后冷卻形成固體的熔渣材料。這種熔渣可以作填埋處理或可以進(jìn)一步的被破碎成具有常規(guī) 用途的碎塊。另外，熔渣可倒入容器，形成塊、磚頭瓦片或類似的建筑材料。由此產(chǎn)生的爐渣材 料也可以用來作為補(bǔ)充膠凝材料在混凝土中，用在生產(chǎn)輕質(zhì)骨料或礦棉生產(chǎn)中，用在泡沫 玻璃中，或用在包裝材料的開發(fā)生產(chǎn)中。因此，多段碳轉(zhuǎn)化器還可包括冷卻熔渣而形成固體的子系統(tǒng)。渣冷卻子系統(tǒng)提供 適當(dāng)?shù)睦鋮s負(fù)荷而得到所需形式的產(chǎn)品。多段碳轉(zhuǎn)化器還包括可任選的控制系統(tǒng)來管理碳轉(zhuǎn)化和熔融過程。特別是，多段 碳化換器包括的控制系統(tǒng)，其中含有具有感應(yīng)元件的控制子系統(tǒng)來檢測系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)， 和響應(yīng)元件來調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的運(yùn)行條件，從而管理轉(zhuǎn)化過程，其中響應(yīng)元件根據(jù)由感應(yīng)元件 得到的數(shù)據(jù)來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化器的運(yùn)行工況，從而促進(jìn)有效的和徹底的碳轉(zhuǎn)化和熔融?？烧{(diào)的運(yùn) 行參數(shù)包括，例如，等離子的熱量輸入率(電能)和位置，處理過的物料的流量，和空氣和/ 或蒸汽和/或含碳量高的氣體和/或含碳?xì)怏w的輸入和/或碳輸入。多段碳轉(zhuǎn)化器現(xiàn)在參照圖3，多段碳轉(zhuǎn)化器10包括耐磨材料內(nèi)襯的腔室15，其具有第一端或稱 處理過的物料的輸入端，和第二端或稱熔渣的輸出端。轉(zhuǎn)化器還包括經(jīng)處理的物料的入口 20，合成氣出口 25和熔渣出口 30，等離子熱源40，熱空氣入口 35，一個或多個添加劑入口 (未顯示)和可任選的控制系統(tǒng)?，F(xiàn)在參照圖4，它是典型的多段碳轉(zhuǎn)化器的示意圖，其與主氣化腔室相連接。多段碳轉(zhuǎn)化器10包括經(jīng)處理的物料的入口 20到碳的轉(zhuǎn)化區(qū)11，在此輸入的熱空氣35將處理過 的物料轉(zhuǎn)化成合成氣和幾乎不含碳的剩余固體(即灰)。合成氣經(jīng)由合成氣出口 25輸出。 剩余的固體(即灰)在段間12或熔渣段13被間接(即經(jīng)由熱傳遞元件)或直接的等離子 熱熔融成熔渣。熔融狀的渣來自多段碳轉(zhuǎn)化器的熔渣段，并被輸送到可任選的熔渣冷卻子 系統(tǒng)來冷卻。合成氣是氣化腔室的輸出并且被可選擇性的回流到主氣化腔室，在那里和在 主氣化過程產(chǎn)生的氣體混合，或者在下游凈化處理和/或到儲藏系統(tǒng)。腔室的設(shè)計考虎多段碳轉(zhuǎn)化器的腔室的設(shè)計要求提供密封、絕熱的空間，來作為加工處理過的物 料而產(chǎn)生合成氣，并使其輸送到下游的冷卻和精煉或其它的工藝，還要把灰轉(zhuǎn)化成熔渣。該 室的設(shè)計促進(jìn)了兩個區(qū)域的形成，反映了這些區(qū)域各自的具體要求。該設(shè)計選擇性地考慮 到了對多段碳轉(zhuǎn)化器內(nèi)部的檢查，保養(yǎng)和維修。參考圖5，此腔室是可任選的法蘭室，以方便 更換單個區(qū)域或段間區(qū)域或部分區(qū)域。多段碳轉(zhuǎn)化器包括碳轉(zhuǎn)化段，段間區(qū)域和熔渣段。碳轉(zhuǎn)化段被改進(jìn)從而(一)輸 入處理過的原料來進(jìn)一步的加工，(二)輸入熱空氣來把處理過的原料中的未反應(yīng)的碳轉(zhuǎn) 化成具有熱值的合成氣，和幾乎不含碳的灰，(三)輸入可任選的工藝添加劑，如蒸汽和/或 富碳的氣體，(四)輸出合成氣和固體殘余物。段間區(qū)域或段間的設(shè)計是用來隔開碳轉(zhuǎn)化 段和熔渣段，從而調(diào)節(jié)物質(zhì)在兩個區(qū)域之間的流動，并可選性的提供把固體殘余物熔融成 熔渣的初始熱量，其熱量可以從改變等離子傳遞到固體殘余物熱量而得到。熔渣段是用輸 入熱量把來自碳轉(zhuǎn)化段的基本上不含碳的固體殘余物變成熔融狀的熔渣(和可選性的把 殘余的碳轉(zhuǎn)化為氣體)或者來維持熔渣的熔融狀態(tài)，并輸出熔渣和相應(yīng)的氣體產(chǎn)物。可任 選地，熔渣段還可以包括或連接熔渣冷卻子系統(tǒng)來加速熔渣的固化過程。所以，有兩個區(qū)域 的碳轉(zhuǎn)化器的主腔室是以耐火材料作內(nèi)襯，一般是垂直安放的腔室，并帶有處理過的物料 的入口，熱空氣入口，氣體出口，熔渣出口，和等離子的熱源，和可任選的一個或多個工藝添 加劑入口。在決定單個區(qū)域的尺寸時，要考慮到單個區(qū)域的功能。在碳的轉(zhuǎn)化區(qū)，應(yīng)把碳盡可 能多的轉(zhuǎn)化成氣體。熔渣段把灰徹底熔融。碳轉(zhuǎn)化段的尺寸由空氣的流量來決定，以獲得 最多的碳轉(zhuǎn)化率，同時又要保持在理論的當(dāng)量配比之下，并盡可能的選擇最高的運(yùn)行溫度。 橫截面的選取是基于表面流速的大小，以滿足固定床的運(yùn)行調(diào)節(jié)，而避免流化狀態(tài)。熔渣段 的尺寸是基于熱量平衡的計算而得，來維持高溫水平并保證等離子的熱量能夠熔融灰。多段碳轉(zhuǎn)化腔室的設(shè)計主要是確保碳的轉(zhuǎn)化過程能夠有效和徹底的進(jìn)行，以最低 的能量消耗來有效地完成這些過程。因此，設(shè)計因素，例如，有效的熱傳遞，足夠高的溫度， 停留時間，熔渣的流量，輸入物料的體積和成分，和腔室的尺寸和絕熱，都是在設(shè)計腔室時 要考慮的因素。腔室在設(shè)計時也要確保過程能夠安全地進(jìn)行。因此，多段的碳轉(zhuǎn)化段設(shè)計 應(yīng)能夠把過程氛圍和外部氛圍隔離開來。通常，腔室位于上游端，設(shè)計在接近處理過原料的 入口，是經(jīng)過具體的改進(jìn)來滿足碳的轉(zhuǎn)化過程，并且靠近熔渣的出口也是對熔融過程具體 情況所做的改進(jìn)?；蛘?，腔室的設(shè)計也考慮到了讓碳轉(zhuǎn)化段位于中心區(qū)域，而熔渣段則環(huán)繞碳轉(zhuǎn)化 段。在這些實施方式中，碳轉(zhuǎn)化段和熔渣段的隔離可以通過升高碳轉(zhuǎn)化段相對與熔渣的高 度，例如用帶斜坡的底層。
可任選地，腔室要有合適的形狀來促進(jìn)或加速碳轉(zhuǎn)化段和熔渣段之間的分離。因 此，在一個實施方式中，段間區(qū)域或中間區(qū)域就形成了緊縮的腔室(參考圖20)。MM多段碳轉(zhuǎn)化器腔室是以耐磨材料內(nèi)襯的腔室，其體積的大小正好和合適量的物料 所需停留時間相匹配。腔室通常有多層的材料按照需要制造而成。例如，腔室的外層或者外殼通常為鋼。 進(jìn)一步說，在內(nèi)耐火材料層和外層鋼殼之間還有一層或多層的絕熱材料是對降低鑄造鋼的 溫度有益的。在熔渣池的外表面環(huán)繞絕熱的板也會幫助降低鑄鋼的溫度?？扇芜x地，陶瓷 材料層也可以作為絕熱材料。為防止耐火材料膨脹而引起破裂，就需要一些間隙，可壓縮的 材料，像陶瓷材料墊層就可以和鋼殼直接相連放置在一起。絕熱材料的選擇要讓外殼的溫 度高到酸性氣體不凝結(jié)，如果有可能發(fā)生，但又不能太高而損壞外殼的完整性。耐火材料對腔室進(jìn)行對高溫和有腐蝕氣體的保護(hù)，并使在過程中不必要的熱損失 最小化。這些耐火材料可以為傳統(tǒng)的耐火材料，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟知，適合于溫 度范圍在1100°C到1800°c之間，非高壓的化學(xué)反應(yīng)。當(dāng)選擇耐火材料系統(tǒng)時，有如下因素 要考慮，包括內(nèi)部溫度，磨損；侵蝕和腐蝕；所要的熱容量/外部容器的溫度限制；耐火材 料的壽命。適當(dāng)?shù)哪突鸩牧峡梢园ǜ邷責(zé)捴频奶沾刹牧?，即，氧化鋁，氮化鋁，氮化鋁硼 硅酸鹽，磷酸鋯，玻璃陶瓷，和主要含有硅，氧化鋁，氧化鉻和二氧化鈦的高鋁磚。為了進(jìn) 一步的保護(hù)腔室不受到腐蝕氣體的侵蝕，腔室可任選地，部分或全部由保護(hù)膜作內(nèi)襯。這 些保護(hù)膜皆為業(yè)內(nèi)的技術(shù)人員所熟知，可以很快按照系統(tǒng)的要求選定合適的保護(hù)膜，例如 Sauereisen 高溫 49 號膜。在一個實施方式中，耐火材料是多層的設(shè)計，其具有高密度的內(nèi)層來抵御高溫，磨 損，腐蝕和腐蝕。在高密度材料的外面有抵抗性較低的輕質(zhì)材料，但具有較高的絕熱效果。 可任選地，在這層的外層可以應(yīng)用密度非常低的泡沫板材，但具有非常高的絕熱效果，因為 它不必要被暴露給腐蝕磨損的環(huán)境。適當(dāng)?shù)亩鄬幽突鸩牧系倪x用在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所 熟知。在一個實施方式中，多層耐火材料包括內(nèi)向氧化鉻層；氧化鋁中間層和外部保溫層?？扇芜x地，在各個區(qū)域或范圍的耐火材料可以根據(jù)某一個腔室的具體環(huán)境而定。 例如，考慮到高溫的運(yùn)行條件，在腔室底部可以選取密度較高的耐火材料。以及在熔渣段， 耐火材料可以被改進(jìn)來抵抗高溫和限制熔渣滲透到耐火材料里面，從而減少對耐火材料的 腐蝕。腔室的墻可以可選性的和耐火材料的內(nèi)襯或耐火材料的支撐連接相合為一體。適 當(dāng)?shù)哪突鸩牧系闹魏瓦B接在行業(yè)里眾所周知。由于非常嚴(yán)苛的運(yùn)行條件，可以預(yù)測到保溫材料可能需要定期的維護(hù)。因此，在一 個實施方式中，腔室被像法蘭式的隔成可以分開的上部和下部，在腔室下部(為儲存池所 在)可以從腔室上部被移去。在一個實施方式中，腔室被懸掛在支撐結(jié)構(gòu)上面，使得腔室的下部可以從上部掉 下來，從而加速檢修維護(hù)。這個實施方式提供了移去腔室下部而不干擾上部腔室和上游或 下游的系統(tǒng)元件的連接。
碳轉(zhuǎn)化段碳轉(zhuǎn)化過程是這樣完成的，即通過設(shè)定合適的氧量給處理過的原料，把原料的溫 度提高到碳轉(zhuǎn)化所需的水平來產(chǎn)生合成氣，并把原料暴露給特定的碳轉(zhuǎn)化段。在轉(zhuǎn)化過程 中產(chǎn)生的合成氣由氣體出口排出腔室。在一個實施方式中，合成氣被送回氣化腔室，在那里 與在主氣化過程產(chǎn)生的氣體相混合。參考圖4，碳轉(zhuǎn)化段11包括一個或多個入口 20來接收處理過的物料，一個或多個 合成氣出口 25并通過段間區(qū)域/段間12和熔渣段13相連接。碳轉(zhuǎn)化段11具有熱空氣入口 35來提供把任何剩余揮發(fā)物和碳轉(zhuǎn)化成合成氣所需 要的溫度。腔室的設(shè)計也會確保熱空氣和剩余物高效的接觸以使合成氣的顯熱損失最小。 所以，熱空氣入口的位置和方向是在碳轉(zhuǎn)化段設(shè)計中應(yīng)考慮的另外因素。處理過原料的入口多段碳轉(zhuǎn)化段包括和轉(zhuǎn)化腔室相連的處理過原料的入口。處理過原料的入口是經(jīng) 過改進(jìn)從而接收來自碳轉(zhuǎn)化段的處理過的原料。處理過的原料到腔室的入口可以是被動式 的(即依靠重力)或主動的?？扇芜x地，處理過的原料入口可以把處理過的原料主動的輸送 到轉(zhuǎn)化室的入口。適當(dāng)?shù)闹鲃觽魉蜋C(jī)理在行業(yè)里眾所周知，包括雙鎖式料斗，螺旋輸送機(jī)， 拖鏈，氣動推動裝置及其它已知的技術(shù)手段。到腔室的經(jīng)處理的原料可以有一個或多個來源。經(jīng)處理的原料來源可以是但不限 于低溫的或高溫的氣化爐，儲藏在料斗中的殘余物，來自上游氣體凈化系統(tǒng)中的固體顆粒 分離器，例如，袋式除塵器或旋風(fēng)分離器。在處理過的原料有多于一個的輸入，或有多個來源時，不同的物料可以通過專門 入口而進(jìn)入腔室，或者在進(jìn)入腔室之前以混合。后者，處理過的物料由入口而提供。因此， 腔室可以具有共同的或多個入口。處理過的原料的來源可以直接與多段碳轉(zhuǎn)化器的腔室連通，即每一個物料來源可 以直接從來源送到腔室?；蛘撸系膩碓纯梢蚤g接的和腔室相連，固體剩余物可以由傳送 裝置的系統(tǒng)來把原料從來源處送到腔室。多段碳轉(zhuǎn)化器的腔室和處理過的物料來源間接相連時，物料的入口包括一個或多 個把物料從物料來源傳送到腔室的裝置。例如，經(jīng)處理的物料可以采用單螺桿輸送機(jī)或螺 旋輸送機(jī)，傳送帶，移動桿，犁狀物，旋轉(zhuǎn)臂，旋轉(zhuǎn)鏈，移動鏈條及推桿。多段碳轉(zhuǎn)化器腔室可任選的具有氣體密封裝置，并和處理過的原料入口相連?？?任選的氣體密封裝置可以在原料來源和腔室內(nèi)部之間提供阻滯體(通過周圍空氣來防止 大量的空氣漏入)。處理過的原料輸入可選擇的包括控制機(jī)理，其可以控制處理過的原料的投入率， 以確保最佳的碳轉(zhuǎn)化率和剩余材料的融化和同質(zhì)化。處理過的原料可選擇的包括輸入或可選擇的接到預(yù)處理模塊。預(yù)處理包括例如均 質(zhì)或減少顆粒大小，還包括研磨，粉碎，均質(zhì)。合適的研磨機(jī)，粉碎機(jī)和均質(zhì)器都是為人熟知 的裝置。碳轉(zhuǎn)化段的加熱系統(tǒng)碳轉(zhuǎn)化過程需要熱量。熱量的加入，可以直接由加工過原料的部分氧化提供(即 碳加工過原料中的碳，揮發(fā)份和空氣中的氧進(jìn)行放熱反應(yīng))，或由一個或更多的通常的熱源來間接提供。轉(zhuǎn)化處理過的原料中的碳所需要的熱量可以由熱空氣來提供(至少部分)。熱空氣可以來自，例如，氣箱，空氣加熱器或換熱器，皆為本領(lǐng)域內(nèi)為人熟知的技 術(shù)。在一個實施方式中，熱空氣由空氣輸入和傳輸系統(tǒng)來加入到碳轉(zhuǎn)化段，入口和段 間區(qū)域或內(nèi)部區(qū)相接近。合適的空氣輸入方法和傳輸系統(tǒng)為大家所熟知，包括空氣氣箱，在 不同的階段，熱空氣可以由它而通過腔室墻壁上的小孔到達(dá)腔室，或者通過空氣噴嘴或噴 射器來實現(xiàn)。其它的或輔助的熱源可以是一個或多個在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員熟知的裝置，但不 限于燃?xì)獾娜紵?。在一個實施方式中，外加熱源可以是循環(huán)的熱沙。在一個實施方式中，外加熱源可以是電加熱器或電加熱元件。為了加速多段碳轉(zhuǎn)化器的起始階段的啟動，腔室包括了各種大小的端口以適合不 同的傳統(tǒng)型燃燒器，例如天然氣，油/氣或丙烷燃燒器，來預(yù)加熱腔室。并且，木材/生物質(zhì)， 內(nèi)燃機(jī)排氣，電加熱器也可以被用來預(yù)加熱腔室。過稈的添加劑輸入過程添加劑可以有選擇性的被加入到碳轉(zhuǎn)化段從而提高原料轉(zhuǎn)化成合成氣的效 率。蒸汽可以用來確保有足夠的自由氧和氫，從而使分解后的元素轉(zhuǎn)化成合成氣或無毒害 成分的過程最大化?？諝獾募尤肟梢詭椭_(dá)到化學(xué)平衡而得到最大的碳變成合成氣的轉(zhuǎn)化 率(盡可能減少自由碳)和保持最優(yōu)化的過程溫度來使輸入的熱量花費(fèi)最小。另外，氧氣 和/或臭氧也可以通過添加劑端口加入到碳轉(zhuǎn)化段。或者，其它添加劑也可用于優(yōu)化碳轉(zhuǎn)化過程，從而改善其排放?；蛘?，富碳的氣體可以用作過程添加劑。碳轉(zhuǎn)化段，因此，可以包含一個或多個添加劑輸入。這些措施包括蒸汽噴射和輸入 和/或空氣噴射和/或富碳的氣體。蒸汽輸入位置可以有策略地把蒸汽引到入高溫區(qū)，和 引入到合成氣區(qū)，在其從轉(zhuǎn)化器排出之前?？諝廨斎肟梢杂胁呗缘姆植荚谇皇覂?nèi)部或環(huán)繞 腔室，以確保將添加劑區(qū)全面覆蓋到整個碳轉(zhuǎn)化段。在一個實施方式中，過程添加劑輸入的位置和段間區(qū)域或內(nèi)區(qū)域相接近。在一個實施方式中，過程添加劑的輸入具有擴(kuò)散的，低速的輸入。在以熱空氣加熱腔室的實施方式中，也可以包括額外的空氣/氧氣的射入。段間區(qū)域或跨區(qū)域段間區(qū)域的功能是把碳轉(zhuǎn)化段和熔渣段在空間上分隔開，通過有效的傳遞等離子 的熱量，也可以初步熔融固體殘余物(灰)。段間區(qū)域給兩個區(qū)域之間提供了通道/連接。 段間區(qū)域里含有阻滯體，通過部分或間歇性的阻斷段間區(qū)域，用來阻止或是限制物質(zhì)在兩 個區(qū)域之間的流動，并阻止大量的未反應(yīng)的碳進(jìn)入熔融區(qū)，可選擇地，也可以具有一些傳熱 元件。參看圖6，在一個實施方式中，段間區(qū)域可以和熔渣段非常接近。阻滯體阻滯體部分或間歇性地阻止或限制物質(zhì)在碳轉(zhuǎn)化段和熔渣段之間的流動，也可以具有提供熱傳遞的功能。阻滯體安裝在跨區(qū)域內(nèi)，可以又不同的形狀或設(shè)計，包括但不限于拱體形，錐體 形，爐排，移動爐排，爐排磚，陶瓷球?qū)?，多排管道，齒輪形等。阻滯體帶的形狀和大小部分取 決于腔室的形狀和方位。阻滯體和其它的任何安裝元件都應(yīng)能夠在多段碳轉(zhuǎn)化器的苛刻環(huán)境下有效運(yùn)行， 特別是在高溫在運(yùn)行。因此，阻滯體是由耐高溫的材料構(gòu)成。可選擇地，阻滯體可以是以耐 火材料為內(nèi)襯或由固體的耐火材料制造而成。參考圖6到10，詳細(xì)描述了各種其它的無限制的阻滯體。在圖6展示的實施方式中，阻滯體由多個陶瓷球構(gòu)成。在圖7展示的實施方式中，阻滯體由齒輪狀的耐熱材料的拱體構(gòu)成。在圖8展示的實施方式中，阻滯體由固體的耐火材料拱體145構(gòu)成，在段間區(qū)域， 其上面安裝了契形的磚塊150。固體的耐火材料拱頂?shù)拇笮〉倪x取考慮到了拱體外邊緣和 腔室內(nèi)腔之間的間隙155?？蛇x擇地，耐火材料的拱體可具有多個孔160。在展示的實施方式中，可選擇性的多個氧化鋁或陶瓷球165具有20mm到IOOmm的 直徑，坐落在耐火材料拱體的上面，形成了床體，從而使得熱空氣得到擴(kuò)散并促進(jìn)等離子的 熱量向灰傳遞，把灰初始熔融成熔渣。在這個實施方式中，灰在過段間區(qū)域熔融并通過拱體 145外墻和腔室內(nèi)壁的間隙160流到熔渣段。參看圖9，阻滯體具有固體的耐火磚爐排。耐火磚爐排245在單個磚體之間形成間 隙255，從而使得碳轉(zhuǎn)化段和熔渣段通過段間區(qū)域相連。參考圖10，阻滯體包括了爐排式的結(jié)構(gòu)，由以耐火材料為內(nèi)襯的管子345制成，安 裝在圓環(huán)內(nèi)350。參考圖12，阻滯體由移動的爐排構(gòu)成。傳熱元件和擴(kuò)散元件可選擇地，段間區(qū)域可以包括熱傳遞或擴(kuò)散元件來促進(jìn)從等離子到灰的熱量傳 遞。熱傳遞的元件皆為業(yè)內(nèi)所熟知，包括陶瓷球、碎石、磚塊。在一個實施方式中，傳熱元件包括多個氧化鋁或陶瓷球165具有20mm到IOOmm的 直徑，坐落在耐火材料拱體的上面，形成了床體，從而使得熱空氣得到擴(kuò)散并促進(jìn)等離子的 熱量向灰傳遞，把灰初始熔融成熔渣?？蛇x擇地，阻滯體可以是或包括熱傳遞的元件?？蛇x擇的加熱元件可選擇地，段間區(qū)域或跨區(qū)域可以備有熱源。合適的熱源可以包括空氣加熱風(fēng)口、 電加熱器或加熱元件、燃燒器或等離子熱源，還包括等離子炬?？蛇x取的等離子炬可以被放置在段間區(qū)域和/或在碳轉(zhuǎn)化段/跨區(qū)域端口和/或 段間區(qū)域/熔渣段界面?？蛇x擇地，任何在灰中殘余的碳，通過在段間區(qū)域的等離子熱量，都可以被轉(zhuǎn)化成 合成氣。因此，段間區(qū)域的腔室內(nèi)壁可以含有不同尺寸的端口以便接受不同的熱量來源。熔渣段熔融過程是通過把基本上不含碳的物料(灰)加熱到熔融所需要的溫度水平，并在段間區(qū)域和/或熔渣段發(fā)生。熔融所需要的熱量可以來自一個或多個等離子熱源。這個 熱源可以直接或間接的通過熱傳遞元件來完成。在經(jīng)過熱空氣作用下的碳轉(zhuǎn)化后，等離子 的熱也會把殘余在灰中的任何少量的碳轉(zhuǎn)化。其它的或輔助的熱源可以是一個或多個在本 領(lǐng)域普通技術(shù)人員熟知的裝置，但不限于熱傳導(dǎo)式的加熱或焦耳加熱。熔渣段具有等離子熱源，其能夠滿足加熱和促進(jìn)熔融灰所需要溫度水平(直接或 間接地)，并能夠使剩余固體均勻化，讓熔渣在足夠高的溫度下流出多段碳轉(zhuǎn)化器。可選擇 地，任何殘留在灰里的碳皆被轉(zhuǎn)化成合成氣。熔渣段的設(shè)計確保等離子氣體和剩余物或熔 渣之間的高效熱傳遞，來使顯熱的損失最小。所以，使用的等離子熱源的種類，以及等離子 加熱裝置的位置和方位，是在設(shè)計熔渣段時要考慮的附加因素。熔渣段的設(shè)計確保剩余物具有足夠的停留時間，從而把剩余物加熱到足夠的溫度 來徹底地熔融和均勻化殘留的無機(jī)物。參考圖13和16，可選擇地，熔渣段具有存儲區(qū)，在那里殘余物累積起來的同時并 被等離子熱源加熱。存儲區(qū)也使得在處理時固體和熔融狀的物體相混合。足夠的停留時間 和充分的混合確保了處理過程徹底地完成，并且所得到的熔渣也具有所想要的成分。熔渣段可以向熔渣出口傾斜或者擁有帶有斜坡的底層來促進(jìn)熔融狀的渣的排出。熔渣段可以設(shè)計成連續(xù)排出熔渣的方式。連續(xù)的渣去除方式使得加工過程得以連 續(xù)地進(jìn)行，而剩余物的輸入可以是連續(xù)地并被等離子熱量處理，熔渣的去除不需要定期的 被打斷。在一個實施方式中，連續(xù)的熔渣排出由在一邊與堰板33相連的儲存池來完成，這 使得熔渣池積蓄熔渣，直到它超過一定水平，熔融狀的渣便會溢出堰板體而流出腔室。對于含有大量金屬的處理過的物料，熔渣段包括和堰板體相連的儲存池，由于它 具有較高的熔點和密度，金屬通常會沉積于儲存池中直到被移去。因此，在多段轉(zhuǎn)化器的實 施方式中，儲存池可選擇的具有金屬排出孔，這個孔被軟質(zhì)的耐火材料泥堵塞，定期的用氧 槍的熱量來疏通排出。當(dāng)熔渣排出孔和腔室的溫度達(dá)到足夠的水平而熔融積存的金屬，則 熔融的金屬就會從儲存池的底部流出。出口可以用耐火材料或其它合適的材料再次密封起 來。由于工作在要求把灰熔融成渣，并把金屬也熔融的非常高的溫度下，腔室的墻和 熔渣段的底層可以有選擇的使用耐火材料來抵御這些非?？量痰臈l件。熔渣段的材料的選 取在設(shè)計中考慮到一些因素，例如通常的剩余物的處理溫度，對熱應(yīng)力的抵抗，在熔融過程 中，對熔渣和/或熱氣體帶來的磨損和腐蝕/腐蝕的抵抗。在熔渣段的材料選取時也應(yīng)該 考慮到材料的疏松度。熔渣段也可以包括一個或多個端口來容納更多的結(jié)構(gòu)性的元件或測量裝置。在一 個實施方式中，端口可以是觀察口，并安裝封閉回路的監(jiān)控器來使運(yùn)行人員全面地觀看到 灰的加工過程，包括監(jiān)測在熔渣的出口結(jié)塊的形成。腔室還具有一些檢修和維護(hù)的端口以 供進(jìn)入或靠近腔室。這些端口為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟知，還包括可以封閉的各種尺寸 的孔洞。等離子熱熔渣段利用了一個或多個等離子的熱源來把從碳轉(zhuǎn)化過程來的灰轉(zhuǎn)化成渣。等離 子的熱源可以是可移動的，固定的或它們的組合。
等離子熱源包括各種在市場上可以購買到的等離子炬，在要求的時間內(nèi)和應(yīng)用地 點提供合適的高溫氣體。通常，這些等離子炬具有IOOkW到6MW的功率。等離子炬可以使 用一個或多種工作氣體的混合體。這些例子包括但不限于空氣、氬氣、氦氣、氖氣、氫氣、甲 烷、氨氣、一氧化碳、氧氣、氮?dú)夂投趸?。在本發(fā)明的一個實施方式中，等離子的加熱裝 置是以連續(xù)的運(yùn)行方式來產(chǎn)生900°C到1800°C非常高溫的氣體，以滿足把剩余物轉(zhuǎn)化成惰 性熔渣的要求。在這方面，也有一些其它合適的等離子技術(shù)可以應(yīng)用到熔渣段。例如，可以理解 的，如果選擇合適的電極材料，也可以使用轉(zhuǎn)移弧形和非轉(zhuǎn)移弧形火炬(AC和DC)。傳導(dǎo)性 的耦合等離子炬(ICP)也可以被采用。選擇合適的等離子熱源為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟 知。采用可轉(zhuǎn)移弧式的火炬而不使用非轉(zhuǎn)移弧式的火炬主要是考慮到，可轉(zhuǎn)移弧式火 炬具有較高的電熱效率，以及熱等離子氣體和所要熔融物質(zhì)之間較高的熱傳遞效率，因為 電弧直接通過熔渣。當(dāng)使用可轉(zhuǎn)移弧式的火炬時，要保證熔渣段是電絕緣的，因為熔渣段的 外殼是和電源直接連在一起的。在一個實施方式中，等離子熱源是直流的非轉(zhuǎn)移弧式的火炬。在一個實施方式中，等離子炬是以石墨為電極的火炬。在一個多段碳轉(zhuǎn)化器的實施方式中，一個或多個等離子熱源被安裝用來優(yōu)化從剩 余物到惰性熔渣的轉(zhuǎn)化。等離子熱源的安裝位置是按照剩余物處理腔室的設(shè)計要求來選擇 的。例如，在使用單個等離子熱源時，等離子熱源可以安裝到腔室的頂部，并和在腔室底部 的熔渣池相對應(yīng)，以確保足夠的熱量傳遞到剩余物并使其熔融，而且使熔渣排出。在一個實 施方式中，等離子熱源是一個垂直安裝在腔室頂部的等離子炬。所有等離子熱源的功率是可控的，可選擇地，其位置(可移動的熱源被采用)也是 如此。在一個實施方式中，等離子熱源的出力是根據(jù)剩余物的輸入量的不同而變化的。等 離子熱源的出力也可以根據(jù)剩余物熔融溫度的特性的不同而變化。等離子熱源的出力可以是基于連續(xù)或非連續(xù)的方式運(yùn)行，由操作人員根據(jù)變化的 剩余物輸入量和熔融溫度特性來謹(jǐn)慎判斷。可選擇地，熔融區(qū)也可以裝反射器61來反射或引導(dǎo)等離子熱量(參考圖15和 16)。過程的添加劑過程添加劑可以有選擇性的被加入到熔渣段，其中包括蒸汽、空氣、碳黑和/或富 碳的氣體和/或富氧的氣體和/或由袋式除塵器收集的灰。因此，熔渣段可以配備有各種 輸入和/或在熔渣段的腔室還可以包括數(shù)個這樣輸入的端口。熔渣輸出熔渣段具有熔渣出口。熔渣的輸出包括熔渣被排出腔室的出口。出口通常位于或 接近于腔室的底部，以便加速熔融態(tài)的渣由于重力作用而從熔渣池流出腔室。熔渣的出口 可選擇性的安裝熔渣冷卻系統(tǒng)來加速熔融狀態(tài)的渣的固化。這樣的冷卻系統(tǒng)可以包括例如 水池或噴水。在整個過程中，熔融的渣可以以連續(xù)的方式被排出。熔融的渣可以被不同的方式 冷卻并收集起來，并制成密實的，非滲漏的，固體熔渣，這些都是為業(yè)內(nèi)認(rèn)識所熟知。
另外，當(dāng)灰被等離子熱量處理時，所產(chǎn)生的熔渣在儲存池里積累起來。所產(chǎn)生的熔 渣被以連續(xù)的方式排出，即，當(dāng)熔渣的體積在儲存池里增加時，它會溢流過堰板體而通過出 口流出加工腔室。連續(xù)的排渣方式的實施方式特別適合需要連續(xù)運(yùn)行的系統(tǒng)。在一個實施方式中，熔渣的排出裝置也包括熔渣的冷卻子系統(tǒng)，用于把熔渣冷卻 成固體的熔渣產(chǎn)品。在另一個實施方式中，熔融狀的渣被倒入驟冷水池78。水池提供了有 效的系統(tǒng)來冷卻熔渣并使其破碎成小顆粒，適合于銷售，例如用作制造水泥或鋪路的材料。 水池也可以提供密封的環(huán)境，就像罩子從熔渣腔室底部延伸到水池下，從而提供了阻礙物， 防止氣體進(jìn)入剩余物的加工腔室。固體熔渣產(chǎn)物可以從水池中用傳送帶系統(tǒng)來移去。另外， 熔渣冷卻系統(tǒng)也可以包括噴水器。在熔渣冷卻的實施方式中，熔渣被扔進(jìn)帶有厚墻壁的鋼容器內(nèi)冷卻。在另一個實 施方式中，熔渣被接收到密封的裝有石英沙的床體上或鑄造模具里來提供固體的熔渣，這 適合于小型的加工過程或用于檢驗一些特定的參數(shù)。小型的模具可以提前在爐中加熱。在熔渣冷卻子系統(tǒng)的實施方式中，熔渣被轉(zhuǎn)化成可售的產(chǎn)品，例如玻璃棉?？刂圃诙喽翁嫁D(zhuǎn)化器的一個實施方式中，控制系統(tǒng)可以被提供以在多段碳轉(zhuǎn)化器中和 /或通過多段碳轉(zhuǎn)化器控制一個或多個過程。通常，控制系統(tǒng)會檢測和調(diào)節(jié)不同的過程來確 保有效和徹底的把處理過的物料變成合成氣，并有效的把剩余固體(即灰)轉(zhuǎn)化成熔渣?？刂葡到y(tǒng)包括了一個或多個感應(yīng)元件來實時檢測系統(tǒng)運(yùn)行的參數(shù)；和一個或多個 響應(yīng)元件來調(diào)節(jié)運(yùn)行參數(shù)從而優(yōu)化轉(zhuǎn)化反應(yīng)，感應(yīng)和響應(yīng)元件和轉(zhuǎn)化器緊密相聯(lián)，響應(yīng)元 件根據(jù)由感應(yīng)元件所得到的數(shù)據(jù)來調(diào)節(jié)運(yùn)行工況?？刂圃诂F(xiàn)有狀況下考慮到的感應(yīng)元件，可以包括但不限于檢測運(yùn)行參數(shù)的裝置，例如 在系統(tǒng)內(nèi)不同地點的氣體流量，溫度和壓力，還有一些分析合成氣化學(xué)成分的裝置。從感應(yīng)元件得到的數(shù)據(jù)可以用來決定是否要調(diào)整在多段碳轉(zhuǎn)化器中的任何條件 和運(yùn)行參數(shù)，以便優(yōu)化過程轉(zhuǎn)化效率和合成氣的成分。對反應(yīng)物所做的調(diào)整(例如，物料的 加入流量，熱空氣和/或蒸汽的輸入)，還有對某些運(yùn)行條件的調(diào)節(jié)，例如在系統(tǒng)里各個部 分的壓力，這樣就可使得工藝過程在連續(xù)一致的條件生產(chǎn)合成氣。控制系統(tǒng)的設(shè)計和組合可以考慮到對轉(zhuǎn)化過程的效率優(yōu)化和減輕由過程帶來的 對環(huán)境的影響。控制系統(tǒng)的設(shè)計還考慮到要滿足多段碳轉(zhuǎn)化器連續(xù)運(yùn)行的需要。下面提到的運(yùn)行參數(shù)可以間歇性地或連續(xù)地被感應(yīng)元件來檢測，采集的數(shù)據(jù)可以 用來判斷系統(tǒng)是否運(yùn)行在最佳的點，和是否，例如需要更多的火炬電力，更多的空氣或蒸汽 射入到系統(tǒng)，或者處理過原料的輸入率應(yīng)該被調(diào)節(jié)。MiS在一個實施方式中，控制系統(tǒng)包括各種方式去檢測在多段碳轉(zhuǎn)化器中的各個地點 所需要測量的溫度，例如，在碳轉(zhuǎn)化段內(nèi)，段間區(qū)域，或熔渣段。檢測溫度的裝置可以按照系 統(tǒng)各個地點的需要安裝熱電偶或光感測溫儀。檢測熱合成氣溫度的裝置可以安裝在多段碳轉(zhuǎn)化段的合成氣出口。系統(tǒng)壓力
在一個實施方式中，控制系統(tǒng)具有一些監(jiān)測在多段碳轉(zhuǎn)化器各個部位的壓力的裝 置。這些壓力監(jiān)測裝置可以包括壓力變送器例如壓力轉(zhuǎn)化器，壓力傳感器，或者在系統(tǒng)任何 位置的壓力接頭，例如安裝在垂直腔室墻壁上。氣體流量在一個實施方式中，控制系統(tǒng)包括監(jiān)測合成氣流量的裝置。氣體流量的波動可能 是由于不均勻的條件所致(即火炬故障或物料輸入中斷)，所以如果這種氣體流量波動持 續(xù)進(jìn)行，系統(tǒng)則不得不被迫停止知道問題得到解決。氣體的成分在一個實施方式中，控制系統(tǒng)含有監(jiān)測合成氣的成分的裝置。在轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生 的氣體采樣并分析的裝置為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知。在一個實施方式中，合成氣的成分用氣體監(jiān)測器來測量，以便用來決定合成氣的 化學(xué)成分，例如，在合成氣中的氫氣，一氧化碳和二氧化碳。在一個實施方式中，合成氣的成 分用氣體色譜分析儀來測量。分析取樣點可以布置到系統(tǒng)的各個部位。在一個實施方式中， 氣體的成分是通過傅立葉變換紅外光譜分析儀來測量，其中氣體的紅外光譜受到測量。雖然存在高溫氣體的成分分析的裝置，但是熟練技術(shù)人員可能會意識到在分析氣 體成分之前，取決于氣體分析系統(tǒng)的種類，氣體還是要先被冷卻后才可分析。響應(yīng)元件在現(xiàn)有狀況下考慮到的響應(yīng)元件，可以包括但不限于各種和過程有關(guān)的裝置相耦 合的控制元件，這些過程可以通過給定的控制參數(shù)來調(diào)節(jié)。例如，通過一個或多個響應(yīng)元件 來操作的現(xiàn)有狀況下的裝置，可以包括但不限于，調(diào)節(jié)各種運(yùn)行參數(shù)的裝置，例如調(diào)節(jié)處理 過的物料的給料量，空氣和/或蒸汽，還有運(yùn)行條件，例如火炬的功率和位置。等離子熱源本發(fā)明的碳轉(zhuǎn)化器采用等離子熱源的可控性來確?；彝耆廴诤筒ＡЩ癁槿墼?。在發(fā)明的實施方式中，控制系統(tǒng)包括調(diào)節(jié)等離子熱源功率，并可選擇的調(diào)節(jié)其位 置的各種裝置。例如，當(dāng)熔融溫度太低時，控制系統(tǒng)會發(fā)出增加電功率的指令；相反的，當(dāng)腔 室溫度太高時，控制系統(tǒng)可以發(fā)出降低等離子熱源電功率的指令。在一個實施方式中，火炬的電功率水平是維持在和剩余物的輸入量成比例，即剩 余物的加入量的增加便會增加火炬的功率?；鹁娴墓β室部梢愿鶕?jù)剩余物的特性和成分而 定，例如，考慮到物料的熔融溫度，熱比容，和熔融熱。在一個實施方式中，等離子的位置是可以調(diào)節(jié)的，來確保對熔融池的全面覆蓋，并 防止出現(xiàn)未完全反應(yīng)物料的區(qū)域。處理過物料的輸入率在本發(fā)明的一個實施方式中，控制系統(tǒng)包括調(diào)節(jié)處理后物料向碳轉(zhuǎn)化段的輸入 率。處理過的物料可以連續(xù)地被加入，例如，用旋轉(zhuǎn)桿或螺旋輸送裝置，或以不連續(xù)的方式 輸入。對于每一種情況，例如處理過物料的輸入裝置包括一系列的推進(jìn)桿，控制系統(tǒng)可 以有選擇的采用極限開關(guān)或其它移動控制裝置，例如用計算機(jī)控制的變速馬達(dá)來控制移動 的長度，速度和/或推進(jìn)桿的移動頻率，以便控制在每一個推進(jìn)運(yùn)動后，傳送到各個腔室物 料的輸入率。當(dāng)輸入裝置包括一個或多個螺旋輸送裝置時，物料到碳轉(zhuǎn)化段的輸入率可以通過調(diào)節(jié)輸送器變速馬達(dá)的頻率來改變。物料輸入率的調(diào)節(jié)要確保對處理過物料的轉(zhuǎn)化步驟的可控性，以避免未完全轉(zhuǎn)化 的物料從碳轉(zhuǎn)化段中流出。過稈添加劑的輸入在一個發(fā)明的實施方式中，控制系統(tǒng)包括了調(diào)節(jié)到碳轉(zhuǎn)化段和/或熔渣段的空氣 輸入率和輸入量的裝置，還包括其它的添加劑例如碳黑和蒸汽。加熱過的空氣可以用來維持最佳的處理過物料的轉(zhuǎn)化溫度。在一個實施方式中，控制系統(tǒng)包括過程控制的裝置，并根據(jù)對合成氣成分的監(jiān)測 和分析所得到的數(shù)據(jù)來調(diào)節(jié)過程添加劑。得到氣體成分?jǐn)?shù)據(jù)的方式可以是連續(xù)的，這樣使 得對添加劑的輸入的控制，例如空氣和蒸汽，實現(xiàn)實時調(diào)節(jié)。對處理過物料的種類和質(zhì)量的 選取是要非常仔細(xì)的，以便優(yōu)化合成氣的化學(xué)成分，同時維持對排放要求和法規(guī)的遵守，并 使運(yùn)行成本最低。實施方式說明#ll 1參考圖8，11，18到25，多段碳轉(zhuǎn)化器110被區(qū)域性地由段間區(qū)域112分隔成上部 碳轉(zhuǎn)化段111和下部熔渣段113。碳轉(zhuǎn)化段111的溫度維持在大概950°C到1100°C之間，熔 渣段的溫度維持在1350°C到1600°C之間。參考圖8，11，18，到25，在所描述的實施方式中，多段碳轉(zhuǎn)化器110包括了由耐火 材料作內(nèi)襯的垂直取向的腔室115，它具有處理后的物料入口 120，氣體出口 125，熔渣出口 130，和劃分為不同區(qū)域的加熱系統(tǒng)(即具有兩個溫度區(qū)域的系統(tǒng))，其中包括氣箱135和等 離子炬140。如有需要，處理過的物料的輸入可以選擇性的配備磨碎機(jī)(未顯示)來使得輸 入材料的尺寸均勻化。腔室115是由耐火材料作內(nèi)襯的鋼焊接體，它有基本上是圓筒形的形狀，并帶有 頂部，在最寬點長度和直徑的比大約為3. 6比1。腔室的直徑在段間區(qū)域喉部逐漸變窄，并 繼續(xù)向熔渣出口延伸。腔室有不同的部分構(gòu)筑而成，這樣可以便利于元件的替換，也包括跨 區(qū)域中的元件。耐火材料包括三層，內(nèi)層是氧化鉻和氧化鋁型的可鑄材料，以抵御高溫，中間層和 外層分別是絕熱并可鑄的耐火填料和板塊。對于腔室的下半部分，由于高溫的要求，應(yīng)使用 比較厚的耐火材料，如190mm的Siamrock 493，115mm厚的LWH8填料，和76mm厚的絕熱板 2300HD，和25mm的絕熱板。在頂部的耐火材料是由190mm的Hymor觀00填料，114mm IFB 和100mm Legrit特輕CD構(gòu)成。參考圖22，加熱空氣經(jīng)由靠近這個區(qū)域下游的氣箱135被引入到碳轉(zhuǎn)化段?？諝?的輸入量是可調(diào)的，使得轉(zhuǎn)化過程得到控制?？諝獾牧髁渴歉鶕?jù)原料/空氣比和運(yùn)行溫度 范圍來控制?？蛇x擇地，蒸汽可以通過蒸汽射入口 136被注入碳的轉(zhuǎn)化區(qū)域。參考圖21，碳轉(zhuǎn)化段111逐漸向狹窄的段間區(qū)域112延伸。段間區(qū)域包括阻滯實 體145用來引導(dǎo)物料從碳轉(zhuǎn)化段流到熔渣段。參考圖8和11，阻滯體包括了固體的預(yù)鑄耐 火材料拱體145，通過四個楔形的耐火磚150被固定到段間區(qū)域。耐火材料拱體的尺寸大小 使得多段碳轉(zhuǎn)化器的內(nèi)壁和拱體之間形成了間隙，并允許物料在區(qū)域之間傳遞。空隙的大 小正好適合熔渣的通過。可選擇地，耐火材料拱體也可具有多個孔洞151。
多個氧化鋁或陶瓷球165具有20mm到IOOmm的直徑，坐落在耐火材料拱體的上 面，形成了床體，從而使得熱空氣得到擴(kuò)散并促進(jìn)等離子的熱量向灰傳遞，把灰初始熔融成 熔渣。在這個實施方式中，灰通過段間區(qū)域熔融并通過拱體外墻和腔室內(nèi)壁之間的間隙155 流到熔渣段。熔渣段113位于段間區(qū)域的下游。熔渣段113是以耐火材料為內(nèi)襯的圓筒形容器， 并具有單一的錐形熔渣出口 130。熔渣段包括各種端口，如等離子炬的端口，容納用來預(yù)熱腔室的燃燒器139的端 口，和各種過程添加劑的端口，包括熱空氣和碳黑和/或從布袋收集的灰。參考圖23，渣的 熔融區(qū)配備等離子炬140和以切向安裝的空氣噴口 141，還配有氣動傳輸氣體和熱空氣噴 口。熱空氣，碳黑和/或由布袋收集到的灰，以及等離子炬，構(gòu)成了熱氣發(fā)生器(HGG)來產(chǎn)生 高溫氣體(> 1600°C )并增強(qiáng)灰的熔融。等離子炬的功率選定為300kW，水冷卻、銅電極、 NTAT、直流電等離子。可選擇地，碳黑和/或從布袋收集到的灰可以由碳入口或通過空氣噴 嘴加入。參考圖對，腔室還包括一個端口來容納用來促進(jìn)啟動的燃燒器139。參考圖25，熔融的渣流出熔渣段并通過噴水器113立即固化成小塊。渣塊經(jīng)由鏈 條被拖出移去。等離子炬140安裝在滑軌上，以便把火炬140插進(jìn)和拔出熔渣段?？扇芜x地，火炬 位置可以非常貼近從而增加熱強(qiáng)度?；鹁?40通過一個密封壓蓋和腔室密封在一起。這個 壓蓋和門閥緊密結(jié)合在一起，門閥側(cè)安裝密封在容器之上。如需要移去火炬140，則可以把 火炬從腔室115由滑軌抽出。為了安全起見，當(dāng)滑軌有初始移動時，高壓電源則被中斷。當(dāng) 火炬140抽出并經(jīng)過閥門和冷卻劑循環(huán)停止時，門閥會自動關(guān)閉。冷卻水管和電纜等和火 炬140斷開，壓蓋從門閥釋放，火炬140被一個起重設(shè)備提起?；鹁?40的替換可以采用和以上步驟相反的方法來實現(xiàn)；滑軌可以用來調(diào)節(jié)并允 許火炬140有不同的插入深度。門閥被機(jī)械的操作以便實現(xiàn)自動化。氣動的執(zhí)行器用來把火炬抽出來一旦冷卻系 統(tǒng)發(fā)生故障。用來操作執(zhí)行器的壓縮空氣來自專門的空氣儲存罐，以確保需要的動力，即使 在出現(xiàn)電力故障的情況下。門閥的氣動空氣具有同樣的空氣儲存罐。電動互鎖蓋被用來作 為進(jìn)一步的安全措施，以避免和高壓火炬連接的接觸。在碳轉(zhuǎn)化段的各個部位布滿了熱電偶以便監(jiān)測在各個區(qū)域的溫度都維持在預(yù)先 設(shè)定的溫度范圍，如果它低于設(shè)定值，則增加火炬的功率或空氣的輸入。例 2以上描述的多段碳轉(zhuǎn)化器的整體結(jié)構(gòu)和設(shè)計，和例子1中的碳轉(zhuǎn)化段和熔渣段基 本上一樣。參考圖10和沈，在所展示的多段碳轉(zhuǎn)化器310包括耐火材料為內(nèi)襯的垂直取向 的腔室315，它具有處理后的物料入口(未顯示)，氣體出口 325，熔渣出口 315，和劃分為不 同區(qū)域的加熱系統(tǒng)(即具有兩個溫度區(qū)域的系統(tǒng))，其包括空氣入口(未顯示)和等離子炬 340。參考圖10和沈，段間區(qū)域包括實體阻滯體來控制從碳轉(zhuǎn)化段到熔渣段的物料流 動。在這個實施方式里，阻滯體包括一系列的基本上平行的以耐火材料為內(nèi)襯的管子345 安裝在固定的環(huán)體350上。管子之間留有一定的間隙355?？蛇x擇地，多個氧化鋁或陶瓷球 具有20mm到IOOmm的直徑，坐落在耐火材料拱體的上面，形成了床體，從而使得熱空氣得到擴(kuò)散并促進(jìn)等離子的熱量向灰傳遞，把灰初始熔融成熔渣。通過基本上平行的，以耐火材料為內(nèi)襯的管子345上表面的小孔，熱空氣被加入 碳轉(zhuǎn)化段。例 3以上描述的多段碳轉(zhuǎn)化器的整體結(jié)構(gòu)和設(shè)計，和例子1中的碳轉(zhuǎn)化段和熔渣段基 本上一樣。參考圖27，在所展示的多段碳轉(zhuǎn)化器210包括耐火材料為內(nèi)襯的垂直取向的腔 室315，它具有處理后的物料入口(未顯示)，氣體出口(未顯示)，熔渣出口 230，和劃分為 不同區(qū)域的加熱系統(tǒng)(即具有兩個溫度區(qū)域的系統(tǒng))，其包括空氣入口(未顯示)和等離子 炬 240。參考圖27，段間區(qū)域包括實體阻滯體來控制從碳轉(zhuǎn)化段到熔渣段的物料流動。在 這個實施方式里，阻滯體包括了一系列的相互連接的磚塊對5。這些磚塊被安裝在裝配元件 上，并使得相鄰的磚塊之間有一定的間隙。例 4參考圖觀，在所展示的多段碳轉(zhuǎn)化器(部分顯示)包括耐火材料為內(nèi)襯的垂直取 向的腔室415，它具有處理后的物料入口(未顯示)，氣體出口(未顯示)，熔渣出口 430，和 劃分為不同區(qū)域的加熱系統(tǒng)(即具有兩個溫度區(qū)域的系統(tǒng))，其包括空氣入口 435和等離子 炬440和可選擇的出渣小口 446。參考圖觀，多段碳轉(zhuǎn)化段被放置在中心，熔渣段則指向腔室周邊。腔室的低層具有 一定的坡度，使得碳轉(zhuǎn)化段在熔渣段的上游，并促進(jìn)物料在這兩個區(qū)域之間的單向流動。兩 個區(qū)域被段間區(qū)域所隔開。段間區(qū)域包括實體阻滯體來控制從碳轉(zhuǎn)化段到熔渣段的物料流 動。在這個實施方式里，阻滯體包括一系列垂直并基本上平行的以耐火材料為內(nèi)襯的管子 445。加熱的空氣通過管子上面的小孔進(jìn)入碳轉(zhuǎn)化段，并接觸到處理過物料的堆積的中心， 從而轉(zhuǎn)化和加熱處理過物料中的碳。當(dāng)空氣從底部上升時，被稍微加熱，來冷卻管排。通過 在熔渣段的空氣入口 441空氣被噴射到管排的外面來保持管子的外表面的熱度從而避免 熔渣凝固。熔渣段底部的斜坡有使得剩余物向腔室方向流動的作用，在腔室里裝配有等離子 炬并把剩余物熔融成熔渣。當(dāng)熔渣排出時，它經(jīng)過噴水器然后落入在下面的漏斗。例 5以上描述的多段碳轉(zhuǎn)化器的整體結(jié)構(gòu)和設(shè)計，和例子1中的碳轉(zhuǎn)化段和熔渣段基 本上一樣。參考圖四，在所展示的多段碳轉(zhuǎn)化器510包括耐火材料為內(nèi)襯的垂直取向的腔 室515，它具有處理后的物料入口(未顯示)，氣體出口(未顯示)，熔渣出口(未顯示)，和 劃分為不同區(qū)域的加熱系統(tǒng)(即具有兩個溫度區(qū)域的系統(tǒng))，其包括空氣入口(未顯示)和 等離子炬M0。參考圖四，段間區(qū)域包括實體阻滯體來控制從碳轉(zhuǎn)化段到熔渣段的物料流動。在 這個實施方式里，阻滯體包括了齒輪狀的拱形拱體M5。例 6以上描述的多段碳轉(zhuǎn)化器的整體結(jié)構(gòu)和設(shè)計，除了熔渣段的設(shè)計，和例子1中的 碳轉(zhuǎn)化段和熔渣段基本上一樣。參照圖30 (描述了部分碳轉(zhuǎn)化段，段間區(qū)域和熔渣段)，在 熔渣段的腔室包括了分枝或者熱氣發(fā)生器622，由等離子炬640，碳黑和/或布袋收集的灰的入口 642和熱空氣入口 641構(gòu)成。例 7參考圖6，以上描述的多段碳轉(zhuǎn)化器的整體結(jié)構(gòu)和設(shè)計，和例子1中的碳轉(zhuǎn)化段和 熔渣段基本上一樣。參考圖6，其描述了部分的碳轉(zhuǎn)化段，段間區(qū)域和熔渣段，多段碳轉(zhuǎn)化器 610中包括耐火材料為內(nèi)襯的垂直取向的腔室615，它具有處理后的物料入口(未顯示)，氣 體出口(未顯示)，熔渣出口 630，和劃分為不同區(qū)域的加熱系統(tǒng)(即具有兩個溫度區(qū)域的 系統(tǒng))，其包括空氣入口(未顯示)和等離子炬640。參考圖6，段間區(qū)域(接近熔渣段)包括實體阻滯體來控制從碳轉(zhuǎn)化段到熔渣段的 物料流動。在這個實施方式里，阻滯體包括了多個陶瓷球645。#1) 8參考圖32，以上描述的多段碳轉(zhuǎn)化器的整體結(jié)構(gòu)和設(shè)計，和例子1中的碳轉(zhuǎn)化段 和熔渣段基本上一樣。熔渣段的底部包括了旋轉(zhuǎn)的并傾斜的耐火材料桌面。桌面頂部的旋 轉(zhuǎn)可以加速熔融狀態(tài)渣的排出?？扇芜x地，桌面也可以包括多個陶瓷球來促進(jìn)等離子熱量 的傳遞。熔渣段的底部可以被抬起并從加工區(qū)域抽出。參考圖32，其描述了部分的碳轉(zhuǎn)化段，段間區(qū)域和熔渣段，多段碳轉(zhuǎn)化器810中包 括耐火材料為內(nèi)襯的垂直取向的腔室815，它具有處理后的物料入口(未顯示)、氣體出口 (未顯示)、熔渣出口 830和劃分為不同區(qū)域的加熱系統(tǒng)(即具有兩個溫度區(qū)域的系統(tǒng))，其 包括空氣入口(未顯示)、等離子炬640和阻滯體845。由耐火材料作內(nèi)襯的桌面頂部安裝在驅(qū)動轉(zhuǎn)軸上846，其與外裝的電動馬達(dá)847 相連接。熔渣底部的裝置可以方便的從段間區(qū)域和碳轉(zhuǎn)化段分開，并安裝在可以提升的桌 面上，此桌面安裝在軌道上來加速清理過程。大量的陶瓷球848可以促進(jìn)等離子熱量的傳 遞?？扇芜x地，熔渣在流出熔渣出口 830后即被用水噴淋冷卻，固化后的渣落在拖鏈 上被清除。例 9參考圖33，其描述了部分的碳轉(zhuǎn)化段，段間區(qū)域和熔渣段，多段碳轉(zhuǎn)化器910中包 括耐火材料為內(nèi)襯的垂直取向的腔室915，它具有處理后的物料入口(未顯示)，氣體出口 (未顯示)，熔渣出口 930，和劃分為不同區(qū)域的加熱系統(tǒng)(即具有兩個溫度區(qū)域的系統(tǒng))， 其包括空氣入口(未顯示)、等離子炬940、丙烷或天然氣燃燒器937和阻滯體945。阻滯體包括旋轉(zhuǎn)耐火材料錐形體921，安裝在驅(qū)動基座上，其與以外裝馬達(dá)942為 驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)軸933相連。旋轉(zhuǎn)的耐火材料錐形體的下部有井978，熔渣在從腔室排出之前可 以在井內(nèi)積聚。段間區(qū)域/熔渣底部的裝置可以方便的從段間區(qū)域和碳轉(zhuǎn)化段分開，并安 裝在可以提升的桌面上，此桌面安裝在軌道上來加速清理過程。可任選地，熔渣在流出熔渣出口 930后即被用水噴淋冷卻，固化后的渣落在拖鏈 上被清除。例 10參考圖12，其描述了多段碳轉(zhuǎn)化器1010的實施方式，其包括耐火材料為內(nèi)襯的垂 直取向的腔室1015，它具有處理后的物料入口 1020，和和等離子重整腔室1066相連的合成 氣出口 1025，熔渣出口 1030，和外裝馬達(dá)裝置相連的攪拌器1031和劃分為不同區(qū)域的加熱系統(tǒng)(即具有兩個溫度區(qū)域的系統(tǒng))，其包括空氣入口 1041，和等離子炬1040。
段間區(qū)域包括實體阻滯體來控制從碳轉(zhuǎn)化段到熔渣段的物料流動。在這個實施方 式里，阻滯體包括了旋轉(zhuǎn)爐排1045，安裝在段間區(qū)域。剩余固體物料經(jīng)過段間區(qū)域在熔渣段 里熔融。圖12A和B舉例說明了爐排的設(shè)計。
權(quán)利要求
1.一種將處理過的原料轉(zhuǎn)化成合成氣和熔渣的多段碳轉(zhuǎn)化器，其包括腔室，包括和熔渣段連通的碳轉(zhuǎn)化段，其中所述碳轉(zhuǎn)化段和所述熔渣段由段間區(qū)域隔開；所述碳轉(zhuǎn)化段包括用于從來源接收處理過的原料的處理過的原料入口、合成氣出口和 空氣入口 ；所述段間區(qū)域包括阻滯體，以通過部分或間歇性地阻止所述段間區(qū)域來限制物質(zhì)在所 述碳轉(zhuǎn)化段和所述熔渣段之間流動；所述熔渣段包括等離子熱源和熔渣出口；其中，所述處理過的原料在所述碳轉(zhuǎn)化段中轉(zhuǎn)化成所述合成氣和灰，所述灰在所述段 間區(qū)域和/或所述熔渣段中通過從所述等離子熱源施加的熱量而轉(zhuǎn)化成熔融的熔渣。
2.權(quán)利要求1所述的多段碳轉(zhuǎn)化器，其中所述空氣入口是熱空氣入口。
3.權(quán)利要求1所述的多段碳轉(zhuǎn)化器，其中所述空氣入口是一個或多個氣箱。
4.權(quán)利要求1、2或3所述的多段碳轉(zhuǎn)化器，其中所述阻滯體是通過四個楔形耐火磚設(shè) 置到所述段間區(qū)域中的固體預(yù)鑄耐火材料拱體，并且尺寸設(shè)置成在所述多段碳轉(zhuǎn)化器的內(nèi) 壁和所述拱體之間提供空隙或間隔。
5.權(quán)利要求4所述的多段碳轉(zhuǎn)化器，其中所述腔室是基本上垂直取向的圓筒狀腔室， 并且所述段間區(qū)域形成所述腔室的頸縮。
6.權(quán)利要求5所述的多段碳轉(zhuǎn)化器，其中所述熔渣段向錐形熔渣出口錐形化。
7.權(quán)利要求1、2或3所述的多段碳轉(zhuǎn)化器，其中所述阻滯體是爐排。
8.權(quán)利要求1至7中任一項所述的多段碳轉(zhuǎn)化器，其中所述段間區(qū)域還包括將等離子 熱量從所述熔渣段傳送到所述段間區(qū)域的熱傳遞元件。
9.權(quán)利要求1至8中任一項所述的多段碳轉(zhuǎn)化器，還包括控制系統(tǒng)。
10.權(quán)利要求1至9中任一項所述的多段碳轉(zhuǎn)化器，還包括處理過原料的預(yù)處理模塊。
11.權(quán)利要求1至10中任一項所述的多段碳轉(zhuǎn)化器，還包括熔渣冷卻模塊。
12.權(quán)利要求1至11中任一項所述的多段碳轉(zhuǎn)化器，其中所述等離子熱源是等離子炬。
全文摘要
提供一種將處理過的原料轉(zhuǎn)化成合成氣和熔渣的多段碳轉(zhuǎn)化器，其包括腔室，包括和熔渣段連通的碳轉(zhuǎn)化段，以通過施加等離子熱量來將灰熔融成熔融的熔渣/或者用于將熔渣保持為熔融狀態(tài)。所述碳轉(zhuǎn)化段和所述熔渣段由段間區(qū)域隔開，所述段間區(qū)域包括阻滯體以阻止或限制物質(zhì)在兩個段之間的運(yùn)動。所述段間區(qū)域也可以提供通過影響來自熔渣段的等離子熱量的傳遞來將灰初始熔融為熔融的熔渣。
文檔編號C10J3/00GK102144126SQ200880128847
公開日2011年8月3日 申請日期2008年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月27日
發(fā)明者安德烈亞斯·昌加里斯, 馬克·培根 申請人:普拉斯科能源Ip控股公司畢爾巴鄂-沙夫豪森分公司