一種不產(chǎn)生碳排放的生產(chǎn)合成氣的新方法
【專利摘要】本發(fā)明“一種不產(chǎn)生碳排放的生產(chǎn)合成氣的新方法”，通過在“氣化爐”的爐外壁上安裝上一定圈數(shù)的感應(yīng)加熱用的線圈，同時在“感應(yīng)加熱氣化爐”內(nèi)增加多圈用鋼板捲成的，直徑尺寸大小不一的圓筒組成圓筒內(nèi)膽，在相鄰二尺寸的圓筒的空間倒入煤炭，通過電磁感應(yīng)就會在鋼板捲成的圓筒上產(chǎn)生閉合的感應(yīng)電流，感應(yīng)電流就會使整個圓筒內(nèi)膽的溫度升高到大于等于1000℃的高溫，足以滿足讓水蒸氣發(fā)生分解反應(yīng)C+H2O=CO+H2所需的熱量，在生產(chǎn)合成氣的過程中，沒有二氧化碳的排放；不會產(chǎn)生二氧化硫、氮氧化合物。大氣污染問題迎刃而解。
【專利說明】一種不產(chǎn)生碳排放的生產(chǎn)合成氣的新方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明“一種不產(chǎn)生碳排放的生產(chǎn)合成氣的新方法”涉及煤化工和冶金領(lǐng)域的氣化爐和感應(yīng)爐技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]我們知道:我們國家的能源結(jié)構(gòu)是“多煤貧油少氣”的國家，我國的煤炭可采儲量約為8000億噸，(國土部重大項目一“全國煤炭資源潛力評價”日前通過評審:中國2000米淺煤炭資源總量近6萬億噸，其中，探獲煤炭資源儲量2.02萬億噸，預(yù)測資源量3.88萬億噸。優(yōu)等預(yù)測資源量9815億噸(2014.1.9東方早報))一次能源以煤炭為主，2012年我們?nèi)珖禾康漠a(chǎn)量就達到36.6億噸、進口了 2.8億噸，而2012年我們?nèi)珖禾康膶嶋H消費總量約為37.2億噸。
[0003]煤炭的大量直接燃燒使用，不僅排放了大量(37.2X2.3=85.56億噸)的溫室氣體一二氧化碳(CO2),還造成了我們必須面對的、大氣環(huán)境被嚴重污染的局面(我們上海，從PM2.5的濃度值來看，2013.12.7，14時前后PM2.5小時濃度一度突破600微克/小時；見2013.12.7新聞晨報)。
[0004]2013年12月10日中國的東部大地很多地方(全國25個省市(包括我們上海)都處于大氣環(huán)境被嚴重污染的現(xiàn)實之中，沿著哈爾濱到南寧畫一條直線的話，基本上整個東部地區(qū)都籠罩在濃濃的霧霾當中。 涉及包括黑龍江、吉林、遼寧、北京市、天津市、山西省、山東省、河南、江蘇省、安徽省、上海、浙江省湖北、江西、福建、湖南、廣東、廣西、寧夏、內(nèi)蒙古自治區(qū)等全國25個省市(包括我們上海)被霧霾的大氣所困。北方的燃煤取暖更是加劇了全國多個省份霧霾的嚴重程度。
[0005]我們上海采取的應(yīng)急措施是:“清潔發(fā)電、綠色調(diào)度”、寶鋼、上海石化、上海焦化、上海吳涇化工有限公司減產(chǎn)、上?；^(qū)漕涇熱電公司應(yīng)急燃煤鍋爐停止運行。
[0006]因為，由于“煤炭”的直接燃燒使用而產(chǎn)生了大量的二氧化碳(CO2)，同時，還產(chǎn)生了二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NO)，以及大量的粉塵。造成了全國性的霧霾的天氣。
[0007]所以，“煤炭”直接燃燒使用的局面必須結(jié)束。
[0008]美國的頁巖氣革命給了我們啟示:天然氣是取代“煤炭”的好辦法，用天然氣來取代“煤炭”作為一次能源來發(fā)電、取暖和工業(yè)、生活用能，將能有效改善我國的大氣質(zhì)量；因為，用天然氣來發(fā)電能減少溫室氣體——二氧化碳(CO2)的排放量，用天然氣來發(fā)電所產(chǎn)生的二氧化碳(CO2)的排放量要比用煤炭來發(fā)電所產(chǎn)生的二氧化碳(CO2)的排放量減少50%。同時，天然氣是清潔的能源，不會產(chǎn)生二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NO)，也不會有粉塵產(chǎn)生，所以也就不需要在發(fā)電廠再安裝脫硫、脫硝和除塵的裝置。
[0009]但是，我們的國家沒有這么多的天然氣。對于我們這樣一個有13億人口的大國來說，完全依賴于進口天然氣來過日子是不可能的。每年上萬億元的進口開支，這樣的代價也是我們很難承受的。
[0010]所以，我們不可能放棄我們國家的9815億噸煤炭，而不去用它，煤炭是我們國家的生命線！我們可以用煤炭氣化技術(shù)把“煤炭”氣化生產(chǎn)出“合成氣”來代替天然氣。
[0011]因為煤炭氣化技術(shù)(合成氣)已經(jīng)深入了我國的國民經(jīng)濟的許多領(lǐng)域。
[0012]1:化工合成原料氣；隨著原料氣合成化工和碳一化學技術(shù)的發(fā)展，以煤氣化制取合成氣，進而直接合成各種化學產(chǎn)品的路線已經(jīng)成為現(xiàn)代煤化工的基礎(chǔ)；中國合成氨產(chǎn)量的60%以上、甲醇產(chǎn)量的50%以上來自煤炭氣化合成工藝。2:工業(yè)燃氣；中國約有4000臺常壓固定床氣化爐在運行，3:民用煤氣；4:冶金還原氣；5:聯(lián)合循環(huán)發(fā)電燃氣；6:燃料油合成原料氣和煤炭液化氣源；7:煤炭氣化制氫；目前世界上90%的氫氣來源于化石燃料轉(zhuǎn)化，煤炭氣化制氫起著很重要的作用。8:煤炭氣化燃料電池。
[0013]但是目前的問題是；今天，我國在煤炭氣化的過程中同樣在排放著大量的二氧化碳(CO2)、產(chǎn)生著氮氧化物(NO)、二氧化硫(SO2)和粉塵，(這是一個世界性的難題，因為目前的煤炭氣化技術(shù)、氣化工藝存在著一個問題，它“采用部分煤炭燃燒的方法來提供必要的熱量來維持吸熱反應(yīng)的進行”。而采用部分煤炭燃燒的方法，它就必然要排放大量的二氧化碳(CO2)、產(chǎn)生氮氧化物(NO)、二氧化硫(SO2)和粉塵)。
[0014]這就是為什么今天中國的中東部地區(qū)很多地方(全國25個省市(包括我們上海)都會處于大氣環(huán)境被嚴重污染的現(xiàn)實之中，因為今天我國國民經(jīng)濟的很多領(lǐng)域還在使用著這種不斷污染著我國大氣環(huán)境的落后的煤氣化工藝。
[0015]我們必須淘汰目前還在使用的落后的煤炭氣化的技術(shù)，用新的“煤炭”氣化技術(shù)來生產(chǎn)“合成氣”來代替天然氣，同時要求在煤氣化生產(chǎn)“合成氣”的過程中不要產(chǎn)生大量的二氧化碳(CO2)、氮氧化物(NO)、二氧化硫(SO2)和粉塵，否則，“煤炭氣化”生產(chǎn)“合成氣”就失去了意義。
[0016]下面我們進一步了解一下目前“煤炭的氣化技術(shù)”所處的現(xiàn)狀。
[0017]教材《煤化工基礎(chǔ)》《化學工業(yè)出版社2010年2月第I版第3次印刷》告訴我們:
[0018]煤的氣化是指利用煤或半焦與氣化劑進行多相反應(yīng)產(chǎn)生碳的氧化物、氫、甲烷的過程，主要是固體燃料中的碳與氣相中的氧、水蒸氣、二氧化碳、氫之間相互作用。
[0019]也可以說，煤氣化過程是將煤中無用固體脫出，轉(zhuǎn)化為工業(yè)燃料、城市煤氣和化工原料氣的過程。
[0020]氣化過程使用不同的氣化劑可制取不同種類的煤氣，主要反應(yīng)都相同。煤炭氣化過程可分為均相和非均相反應(yīng)兩種類型。即非均相的氣-固相反應(yīng)和均相氣-氣相反應(yīng)。生成煤氣的組成取決于這些反應(yīng)的綜合過程。主要反應(yīng)如下。
[0021]一次反應(yīng):
[0022]C+02=C02-394.1kj / mo 1-(I)
[0023]C+H20=C0+H2+135.0kj / mo 1-(2)
[0024]C+(I / 2) O2=CO-110.4k j / mo 1-(3)
[0025]C+2H20=C02+2H2+96.6k j / mo 1-(4)
[0026]C+2H2=CH4-84.3k j / mo 1-(5)
[0027]H2+(I / 2) 02=H20-245.3k j / mo 1-(6)
[0028]二次反應(yīng):
[0029]C+C02=2C0+173.3kj / mo 1-(7)
[0030]2C0+02=2C02-566.6k j / mo 1-(8)[0031]C0+H20=C02+H2-38.4k j / mo 1-(9)
[0032]C0+3H2=CH4+H20-219.3k j / mo 1-(10)
[0033]3C+2H20=CH4+2C0+185.6kj / mol-(11)
[0034]2C+2H20=CH4+C02+12.2kj / mol-(12)
[0035]因為煤炭中有雜質(zhì)硫存在，氣化過程還可能同時發(fā)生以下反應(yīng):
[0036]S+02=S02-(13)；
[0037]S+02+3H2=H2S+2H20 ；S02+2C0=S+2C02 ；
[0038]2H2S+S02=3S+2H20 ；
[0039]C+2S=CS2 ；C0+S=C0S ；N2+3H2=2NH3 ； 2N2+2H20+4C0=4HCN+302 ；
[0040]N2+02 = 2N0-(14)
[0041]在以上反應(yīng)生成物中，反應(yīng)(I)會產(chǎn)生394.1kj / mol的熱量，同時產(chǎn)生大量的二氧化碳；反應(yīng)(13)、(14)會生成二氧化硫及氮氧化合物，它們的存在可能造成對設(shè)備的腐蝕和對環(huán)境的污染；反應(yīng)(2) (7)各需要吸收135.0kj / mol和173.3kj / mol的熱量；反應(yīng)⑴產(chǎn)生的熱量可以滿足反應(yīng)⑵⑵所需要的熱量。但是帶來的問題是:反應(yīng)⑴同時產(chǎn)生了大量的二氧化碳；產(chǎn)生了二氧化硫和氮氧化合物及大量的粉塵。
[0042]煤炭氣化是一個熱化學的過程，是指煤在特定的設(shè)備內(nèi)，在一定溫度及壓力下使煤中的有機質(zhì)與氣化劑(如蒸汽/空氣或氧氣等)發(fā)生一系列化學反應(yīng)，將固體煤轉(zhuǎn)化為以co、h2、ch4等可燃氣體為主要成分的生產(chǎn)過程`。
[0043]煤炭氣化時，必須具備三個條件，即氣化爐、氣化劑、供給熱量，三者缺一不可。
[0044](I)氣化爐的結(jié)構(gòu)簡單，在一個圓筒形的容器內(nèi)安裝一塊多孔水平分布板，將固體(煤炭)放在多孔水平分布板上，形成床層或床。
[0045](2)氣化劑可以是氧氣(空氣、富氧或純氧)、水蒸氣、二氧化碳或氫氣等，
[0046](3)這里所說的供給熱量就是:在氣化過程中，吸熱反應(yīng):碳與二氧化碳(CO2)(C+C02=2C0173.3kj / mol)反應(yīng)方程(7)或碳與水蒸氣(H2O) (C+H20=C0+H2135.0kj / mol)的反應(yīng)方程(2)，以及加熱固體燃料和氣化劑都需要供給的足夠的熱量。
[0047]—般這些熱量在氣化爐內(nèi)產(chǎn)生，即自熱式.[0048]I:自熱式氣化爐內(nèi)的熱量，一般由碳與氧(O2) (C+02=C02-394.1kj / mol)的反應(yīng)所提供。
[0049]1:煤炭氣化過程基本反應(yīng):
[0050](I):碳與水蒸氣的反應(yīng)
[0051]在一定溫度下，碳與水蒸氣之間發(fā)生非均相反應(yīng):
[0052]C+H20=C0+H2+135.0kj / mol-(2)
[0053]C+2H20=C02+2H2+96.6kj / mol-(4)
[0054]這是制造水媒氣的主要反應(yīng)，有時也稱水蒸氣分解反應(yīng)，前一反應(yīng)也稱為水媒氣反應(yīng)，這兩個反應(yīng)均是吸熱反應(yīng)。-
[0055](2):碳與二氧化碳的反應(yīng)
[0056]C+C02=2C0+173.3kj / mol-(7)
[0057]這是非常強烈的吸熱反應(yīng)，必須在高溫下才能進行。
[0058](3):甲烷生成反應(yīng)[0059]C+2H2=CH4-84.3kj / mol-(5)
[0060]C0+3H2=CH4+H20-219.3kj / mol這些生成甲烷的反應(yīng)都是放熱反應(yīng)。
[0061](4):變換反應(yīng)
[0062]C0+H20=C02+H2-38.4kj / mol-(9)
[0063]該反應(yīng)稱為一氧化碳變換反應(yīng),或稱水媒氣平衡反應(yīng)。
[0064]2:燃燒
[0065]目前，經(jīng)氣化后殘留的半焦與氣化劑中的氧進行燃燒。由于上述碳與水蒸氣、二氧化碳之間的反應(yīng)都是強烈的吸熱反應(yīng)，因此，氣化爐內(nèi)要保持高溫才能維持吸熱反應(yīng)的進行。
[0066]通常采用部分煤炭燃燒的方法來提供必要的熱量來維持吸熱反應(yīng)的進行。
[0067]這就決定了需要采用氧氣(空氣、富氧或純氧)作為氣化劑來幫助燃燒，這就會有反應(yīng)方程(I) (13) (14)在采用部分煤炭燃燒的過程中出現(xiàn)；這種用部分煤碳直接燃燒的方法來產(chǎn)生熱量用來維持氣化爐內(nèi)吸熱反應(yīng)(2) (7)的進行，當然與熱電廠用煤炭直接燃燒發(fā)電一樣會產(chǎn)生大量的二氧化碳(CO2),同時還會產(chǎn)生氮氧化物(NO)、和二氧化硫(SO2)和粉塵。這就是我們使用“煤炭”通過“氣化爐”來生產(chǎn)合成氣(CCHH2)所必須解決的難題。
[0068]問題是，采用這樣的方法來實現(xiàn)煤的氣化(C+H20=C0+H2+135.0kj / mol)，碳的轉(zhuǎn)化率很低，只有，據(jù)中科院山西煤化所的一位專家提供的數(shù)據(jù)是:碳轉(zhuǎn)化率一般在40%左右，60%的碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳(CO2)被排放了出去。這就是說:現(xiàn)在我們的煤氣化技術(shù)把60%的煤炭轉(zhuǎn)化為二氧化碳(CO2)而被浪費掉了。
[0069]在高溫下碳和氧發(fā)生如下三個反應(yīng):`[0070]C+02=C022C+02=2C02C0+02=2C03在溫度高于800°C時，碳的燃燒反應(yīng)幾乎不可逆地
自左向右進行。
[0071]I:自熱式氣化爐內(nèi)的熱量，一般由H2與02(2Η2+02=2Η20-490.6kj / mol)或碳與氧
(O2)(C+02=C02-394.1kj / mol)——(I)的反應(yīng)所提供。
[0072]2:外熱式氣化過程所需要的熱量由反應(yīng)器外部產(chǎn)生，并用熱載體或熱交換的方法傳入氣化爐內(nèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0073]通過教材《煤化工基礎(chǔ)》，我們知道了:煤炭氣化時，必須具備三個條件，即氣化爐、
氣化劑、供給熱量，三者缺一不可。
[0074](I)氣化爐的結(jié)構(gòu)簡單，在一個圓筒形的容器內(nèi)安裝一塊多孔水平分布板，將固體(煤炭)放在多孔水平分布板上，形成床層或床。
[0075](2)氣化劑可以是氧氣(空氣、富氧或純氧)、水蒸氣、二氧化碳或氫氣等
[0076](3)在氣化過程中，碳與二氧化碳(CO2) (C+C02=2C0173.3kj / mol)或碳與(水蒸汽)H20(C+H20=C0+H2135.0kj / mol)的反應(yīng)，以及加熱固體燃料和氣化劑都需要供給足夠多的熱量。
[0077]目前，在全世界都一樣，通常都是采用部分煤炭燃燒的方法來提供必要的熱量來維持吸熱反應(yīng)的進行。這部分煤炭的燃燒就會產(chǎn)生大量的二氧化碳(CO2)，同時還會產(chǎn)生二氧化硫、氮氧化物和粉塵，因為煤炭中有雜質(zhì)硫存在，氣化過程還可能同時發(fā)生以下反應(yīng):[0078]S+02=S02-(13)；
[0079]S+02+3H2=H2S+2H20 ；S02+2C0=S+2C02 ；2H2S+S02=3S+2H20 ；
[0080]C+2S=CS2 ；C0+S=C0S ；N2+3H2=2NH3 ； 2N2+2H20+4C0=4HCN+302 ；
[0081]N2+02=2N0-(14)；
[0082]在以上的(13) (14)反應(yīng)方程的生成物中會有二氧化硫、氮氧化物產(chǎn)生.[0083]所以，為了達到通過“煤炭氣化”的方法，把“煤炭”轉(zhuǎn)化成清潔能源合成氣(CCHH2)來使用的目標。所以，
[0084]1:我們不能采用目前在全世界都在使用的這種方法:通常采用部分煤炭燃燒的方法來提供必要的熱量來維持吸熱反應(yīng)的進行。因為這部分煤炭的直接燃燒，同樣會排放出大量的二氧化碳(CO2)、產(chǎn)生二氧化硫、氮氧化物和粉塵。
[0085]2:因為煤中有雜質(zhì)硫存在，所以，我們不采用氧氣(空氣、富氧或純氧)作為氣化齊?，這樣在氣化過程中就不可能生成二氧化硫(SO2)及氮氧化物(NO)，(見上面的反應(yīng)方程式(13) (14))這樣生產(chǎn)出來的合成氣就比較干凈，就可以不再需要進行脫硫、脫硝的工作了。
[0086]3:氣化爐的結(jié)構(gòu)簡單，在一個圓筒形的容器內(nèi)安裝一塊多孔水平分布板，將固體(煤炭)放在多孔水平分布板上，形成床層或床；在容器內(nèi)安裝的一塊多孔水平分布板，孔的直徑尺寸為大于等于5毫米。
[0087]同時，為了用“氣化爐”把“煤炭”轉(zhuǎn)化成清潔的合成氣一C0+H2,來代替天然氣，用清潔的合成氣——CCHH2來完全取代“煤炭”作為一次能源來發(fā)電、取暖和工業(yè)、生活用倉泛。
[0088]我們必須采用新的技術(shù)，來為“氣化爐”內(nèi)的碳與水蒸汽H20(C+H20=C0+H2135.0kj / mol)——⑵的反應(yīng)，以及加熱固體燃料(煤炭)和氣化劑(水
蒸汽)提供所需要的大量的熱量。
[0089]這新的技術(shù)就是教課書《加熱爐》(冶金工業(yè)出版社2008年7月)告訴我們的:
[0090]1:利用電能進行加熱的爐子稱為電加熱爐。
[0091]2:根據(jù)電能轉(zhuǎn)化成熱能原理的不同，“電加熱爐”分為“電阻加熱爐”和“感應(yīng)加熱
爐”兩種類型。
[0092]3:感應(yīng)加熱的工作原理告訴我們:被感應(yīng)爐加熱的工件必須是金屬。這樣，當交變電磁場的磁通穿過被加熱的金屬時，由于電磁感應(yīng)就在被加熱物品內(nèi)產(chǎn)生閉合的感應(yīng)電流，這種電流稱之為渦硫，而當被感應(yīng)加熱的工件不是金屬時，就無法在需要加熱的工件中產(chǎn)生感應(yīng)電流，也就無法把工件加熱。
[0093]而在生產(chǎn)的現(xiàn)實中存在的矛盾是:氣化劑:(水蒸氣)以及固體“煤炭”都是非金屬，常規(guī)的感應(yīng)加熱爐無法讓這些需要加熱的非金屬工件產(chǎn)生感應(yīng)電流，也就無法把工件加熱，也就無法為“氣化爐”內(nèi)的碳與水蒸氣(C+H20=C0+H2+135.0kj / mol))的反應(yīng)，以及加熱固體燃料和氣化劑提供大量的熱量；也就無法完成把“氣化爐”內(nèi)的煤炭轉(zhuǎn)化成合成氣(CCHH2)的氣化反應(yīng)。
[0094]為了解決這樣的難題，所以，本發(fā)明的技術(shù)方案就是:
[0095]采用把冶金領(lǐng)域的“感應(yīng)加熱爐”技術(shù)與煤化工領(lǐng)域的“氣化爐”技術(shù)合并，把“氣化爐”改造成“感應(yīng)加熱氣化爐”。[0096]這里所說的:“感應(yīng)加熱氣化爐”(包括“感應(yīng)加熱加壓固定床氣化爐”、“感應(yīng)加熱加壓流化床氣化爐”、“感應(yīng)加熱加壓氣流床氣化爐”)；它的特征就是:通過在“感應(yīng)加熱氣化爐”的爐外壁上安裝、繞上一定圈數(shù)的感應(yīng)爐感應(yīng)加熱用的線圈；同時在“感應(yīng)加熱氣化爐”的爐內(nèi)，增加安裝多圈(不少于一圈)、用鋼板捲成的圓筒組成的圓筒內(nèi)膽，這些用鋼板捲成的圓筒內(nèi)膽就成了熱量的載體，同時，要讓在爐外壁上安裝、繞上一定圈數(shù)的感應(yīng)爐感應(yīng)加熱用的線圈保證這些線圈疊加后的上下寬度要能夠包住從“感應(yīng)加熱氣化爐”爐內(nèi)的底部的爐板到同時在“感應(yīng)加熱氣化爐”的爐內(nèi)，增加安裝的多圈用鋼板捲成的圓筒組成的圓筒內(nèi)膽的頂部，以保證感應(yīng)線圈感應(yīng)加熱的有效性。
[0097]當交流電源輸入到“感應(yīng)加熱氣化爐”爐外的感應(yīng)加熱用的線圈中，在感應(yīng)線圈中就會形成交變電磁場，交變電磁場的磁通穿過用鋼板捲成的圓筒內(nèi)膽時，通過電磁感應(yīng)就會在被加熱的、用鋼板捲成的圓筒上產(chǎn)生閉合的感應(yīng)電流(這種電流稱之為渦流)，接著，感應(yīng)電流就會在用鋼板捲成的圓筒上產(chǎn)生很大的熱量，使得用鋼板捲成的整個圓筒內(nèi)膽的溫度快速升高到高溫(大于等于1000°c )。這就完成了把外部的熱量引入到“感應(yīng)加熱氣化爐”內(nèi)的關(guān)鍵工作。帶有高溫(大于等于IOO(TC)的圓筒內(nèi)膽通過熱輻射把圓筒內(nèi)膽內(nèi)的煤炭很容易地就被加熱到1000°c的高溫。
[0098]在“感應(yīng)加熱氣化爐”的爐內(nèi)，我們把圓筒內(nèi)膽安裝在一塊多孔水平分布板上，將固體(煤炭)放在板上的孔的直徑尺寸為大于等于5毫米的多孔水平分布板上的圓筒內(nèi)膽內(nèi)，在這一塊多孔水平分布板上，圓筒內(nèi)膽由多圈用鋼板捲成的圓筒組成，把這些直徑尺寸大小不一的圓筒，按直徑尺寸的大小，從小到大、從里套到外，這就組成了一個用圓筒組成的圓筒內(nèi)膽，直徑尺寸最大的圓筒是在圓筒內(nèi)膽的最外圈，然后，在圓筒內(nèi)膽內(nèi)，為了順利地在相鄰二尺寸圓筒的空間倒入煤炭，使煤炭層被從直徑尺寸小到直徑尺寸大的圓筒一圈一圈地隔開，而不會倒到圓筒內(nèi)膽的外面去，也就是不會倒到最外圈的圓筒的外面。所以，對圓筒內(nèi)膽的每一個圓筒的高度作了規(guī)定，最外圈的圓筒的高度最高；直徑尺寸最小的圓筒的高度為第二高，其余 的圓筒，它們的高度都不可以超過圓筒直徑尺寸最小的圓筒的高度(見圖1 ;A——C)(見感應(yīng)加熱加壓固定床氣化爐正視圖(剖視圖))。在多孔水平分布板的底部裝有一只墊圈，墊圈的內(nèi)徑尺寸小于等于圓筒內(nèi)膽的最外圈的圓筒的內(nèi)徑尺寸，墊圈的外徑尺寸與“氣化爐”的爐壁的內(nèi)徑尺寸相同。圓筒內(nèi)膽就擱在這一塊多孔水平分布板上，這一塊多孔水平分布板就擱在墊圈上，墊圈就擱在爐柵上，爐柵同時托住圓筒內(nèi)膽和多孔水平分布板以及墊圈和被大小不一的圓筒一圈一圈地隔開的煤炭，使煤炭不會很快掉下去，在爐柵的下面再安裝二塊每塊鉆有許多大于等于5毫米的小孔的爐板，并且讓上下二塊爐板上的小孔相互間錯開疊放，這樣就可以接住通過爐柵間隙而掉下來的小尺寸煤炭。通過噴嘴把加壓的氣化劑(水蒸氣H2O)從爐板的下面送入爐內(nèi)。
[0099]在這高溫(大于等于1000°C )的環(huán)境下，煤炭中的碳(C)和氣化劑(水蒸汽H2O)發(fā)生水蒸汽分解反應(yīng)(C+H20=C0+H2+135.0kj / mol)。一步就轉(zhuǎn)化成CO和H2氣體，因為，在1000°C，這是一個不可逆的反應(yīng)。CO和H2氣體從出口 2排出，進入儲氣罐。殘渣以熔渣形式從“感應(yīng)加熱加壓固定床氣化爐”爐灰出口 4處排出。
[0100]雖然煤炭中含有少量的硫，但由于本發(fā)明采用的是“感應(yīng)加熱氣化爐”;在“感應(yīng)加熱氣化爐”爐內(nèi)固定地放著的、用鋼板捲成的圓筒內(nèi)膽，圓筒內(nèi)膽上產(chǎn)生的感應(yīng)電流使整個圓筒內(nèi)膽的溫度快速升高到(大于等于1000°c )的高溫，帶有高溫(大于等于1000°c )的圓筒內(nèi)膽通過熱輻射把圓筒內(nèi)膽內(nèi)的煤炭加熱到1000°c的高溫，它提供的熱量足夠滿足完成使煤炭中的碳(C)和氣化劑(水蒸氣H2O)發(fā)生水蒸氣分解反應(yīng)(C+H20=C0+H2+135.0kj /mol)所需要的熱量。不需要再用氧(O2)氣作為氣化劑。所以，也就不會產(chǎn)生二氧化硫、氮氧化合物。同時也就不會產(chǎn)生大量的二氧化碳，所以也就減輕了合成氣(CCHH2)需要凈化的壓力。因為，煤炭中含有少量的硫，它會與合成氣(CCHH2)中的H2發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生硫化氫，我們只要用氧化鐵來脫硫(包含脫硫和再生兩個過程)即可，通過除塵凈化，我們就能夠很容易地生產(chǎn)出干凈的合成氣(CCHH2)。
[0101]在“感應(yīng)加熱氣化爐”的頂部是一真空煤炭加料斗，用真空煤炭加料斗的目的是:是為了防止大氣中的有害氣體(O2)進入“感應(yīng)加熱氣化爐”內(nèi)，產(chǎn)生不必要的干擾反應(yīng)。煤炭自上而下地進入氣化爐內(nèi)。
[0102]真空煤炭加料斗它由頂蓋，閥門，斗體，底板組成。需要加煤炭時,打開真空煤炭加料斗的頂蓋，然后倒入煤炭，蓋上頂蓋，然后抽真空到高真空度，接下去打開真空加煤炭斗與煤炭進口相通的閥門，讓“感應(yīng)加熱氣化爐”內(nèi)的“合成氣”緩慢地進入真空加煤炭斗，最后真空加煤炭斗的氣壓與“感應(yīng)加熱氣化爐”內(nèi)的氣壓平衡時，關(guān)閉真空加煤炭斗與煤炭進口相通的閥門，打開真空加煤炭斗的底板，讓煤炭進入“感應(yīng)加熱氣化爐”內(nèi)，完成后，關(guān)上真空加煤炭斗的底板，然后把真空加煤炭斗內(nèi)的“合成氣”抽干凈。然后打開真空加煤炭斗與大氣相通的閥門讓大氣緩慢地進入真空加煤炭斗，最后真空加煤炭斗的氣壓與大氣的氣壓平衡時，關(guān)閉真空加煤炭斗與大氣相通的閥門，打開真空加煤炭斗的頂蓋，然后倒入煤炭，蓋上頂蓋，重新開始新的循環(huán)。
[0103]而對于“感應(yīng)加熱加壓流化床氣化爐”和“感應(yīng)加熱加壓氣流床氣化爐”因為與“感應(yīng)加熱加壓固定床氣化爐”有區(qū)別，所以，可以在氣化爐的頂部安裝有自動加煤炭的加料斗(見圖2)，煤炭的粒度為小于等于10毫米的小顆粒。
【專利附圖】

【附圖說明】
`[0104]圖1:感應(yīng)加熱加壓固定床氣化爐
[0105]一:A——C，感應(yīng)加熱加壓固定床氣化爐正視圖(剖視圖)
[0106]1:水蒸氣(H2O)進口，2:合成氣(CCHH2)出口，3:加煤炭的進口，4:爐灰的出口，5:爐壁，6:鋼板捲成的圓筒；(6——I ;直徑最小的圓筒；6——2 ;直徑第二小的圓筒；6——3 ；直徑第二大的圓筒；6——4 ;直徑最大的圓筒)；7:真空加煤炭斗，8:感應(yīng)加熱用的線圈，9:煤炭堆放，水蒸氣分解反應(yīng)室，10:爐柵，11:爐板，12-1:閥門(與加煤炭的進口相通)，12-2:閥門(與大氣相通)，13:斗體，14:頂蓋，15:斗體底板，16:墊圈，17:噴嘴，18:多孔水平分布板，R:水蒸氣(H2O)進口，S:合成氣(CCHH2)出口，T:煤炭進口，
[0107]二:A——A, A——A截面俯視圖
[0108]5:爐壁,6:鋼板捲成的圓筒；(6-1 ;直徑最小的圓筒；6-2 ;直徑第二小的圓
筒；6——3 ;直徑第二大的圓筒；6——4 ;直徑最大的圓筒)；8:感應(yīng)加熱用的線圈，9:煤炭堆放，水蒸氣分解反應(yīng)室，16:墊圈，
[0109]圖2:感應(yīng)加熱加壓流化床氣化爐、感應(yīng)加熱加壓氣流床氣化爐
[0110]一:A——C，感應(yīng)加熱加壓流化床氣化爐、感應(yīng)加熱加壓氣流床氣化爐正視圖(剖視圖)[0111]1:水蒸氣(H2O)進口，2:合成氣(CCHH2)出口，3:加煤炭的進口，4:爐灰的出口，5:爐壁，6:鋼板捲成的圓筒；(6——I ;直徑小的圓筒；6——2 ;直徑大的圓筒)；7:自動加煤炭的加料斗，8:感應(yīng)加熱用的線圈，9:小顆粒煤炭與水蒸氣分解反應(yīng)室，10:爐柵，11:爐板，16:墊圈，17:噴嘴，18:多孔水平分布板，
[0112]二:A——A, A——A截面俯視圖
[0113]5:爐壁,6:鋼板捲成的圓筒；(6-1 ;直徑小的圓筒；6-2 ;直徑大的圓筒);
[0114]8:感應(yīng)加熱用的線圈，9:小顆粒煤炭與水蒸氣分解反應(yīng)室，16:墊圈，
【具體實施方式】
[0115]為了要實現(xiàn)本發(fā)明“一種不產(chǎn)生碳排放的生產(chǎn)合成氣的新方法”，以“感應(yīng)加熱加壓固定床氣化爐”為例(見圖1 ;A——C);它的特征就是:通過在“感應(yīng)加熱加壓固定床氣化爐”的爐外壁上安裝、繞上一定圈數(shù)的感應(yīng)爐感應(yīng)加熱用的線圈(8);同時在“感應(yīng)加熱加壓固定床氣化爐”的內(nèi)部，增加安裝多圈用鋼板捲成的圓筒組成的圓筒內(nèi)膽(6)，這些用鋼板捲成的圓筒內(nèi)膽就成了熱量的載體，同時要讓在爐外壁上安裝、繞上一定圈數(shù)的感應(yīng)爐感應(yīng)加熱用的線圈保證這些線圈疊加后的上下寬度要能夠包住從“感應(yīng)加熱氣化爐”爐內(nèi)的底部的爐板到同時在“感應(yīng)加熱氣化爐”的爐內(nèi)，增加安裝的多圈用鋼板捲成的圓筒組成的圓筒內(nèi)膽的頂部， 以保證感應(yīng)線圈感應(yīng)加熱的有效性。
[0116]當交流電源輸入到“感應(yīng)加熱加壓固定床氣化爐”爐外的感應(yīng)加熱用的線圈中，在感應(yīng)線圈中就會形成交變電磁場，交變電磁場的磁通穿過用鋼板捲成的圓筒內(nèi)膽時，通過電磁感應(yīng)就會在被加熱的用鋼板捲成的圓筒上產(chǎn)生閉合的感應(yīng)電流(這種電流稱之為渦流)，接著，感應(yīng)電流就會在用鋼板捲成的圓筒上產(chǎn)生很大的熱量，使得用鋼板捲成的整個圓筒內(nèi)膽的溫度快速升高到高溫(大于等于1000°c )。這就完成了把外部的熱量引入到“感應(yīng)加熱加壓固定床氣化爐”內(nèi)的關(guān)鍵工作。帶有高溫(大于等于1000°c )的圓筒內(nèi)膽通過熱輻射把圓筒內(nèi)膽內(nèi)的煤炭很容易地就被加熱到1000°c的高溫。
[0117]而在“感應(yīng)加熱加壓固定床氣化爐”的內(nèi)部，在一塊多孔水平分布板(18)上，孔的直徑尺寸為大于等于5毫米。在這一塊多孔水平分布板(18)上安裝多圈用鋼板捲成的、
直徑尺寸大小不一的圓筒(見圖1 ;A-A)，按直徑尺寸的大小(6-4直徑尺寸最大；
6—3直徑尺寸第2大；6—2直徑尺寸第2??；6——I直徑尺寸最小；把這些用鋼板捲成的圓筒，從小到大(6—I ；6—2 ；6—3 ；6—4)、從里套到外，這就組成了一個用圓筒組成的圓筒內(nèi)膽，對圓筒內(nèi)膽的每一個圓筒的高度作了規(guī)定(見圖1 ;A——C)，最外圈的圓筒(6——4)的高度最高；然后，從直徑尺寸小的圓筒(6——I)往外數(shù)著看，圓筒(6——I)、圓筒(6——2)、圓筒(6——3)，圓筒(6——I)的高度不會超過圓筒(6——4)的高度，但大于圓筒(6——2)、圓筒(6——3)的高度；圓筒(6——2)的高度大于圓筒(6——3)的高度(見圖1 ;A——C，感應(yīng)加熱加壓固定床氣化爐正視圖(剖視圖))；在多孔水平分布板的底部(18)裝有一只墊圈(16)，墊圈(16)的內(nèi)徑尺寸小于等于圓筒內(nèi)膽的最外圈的圓筒(6——4)的內(nèi)徑尺寸，墊圈(16)的外徑尺寸與“氣化爐”的爐壁(5)的內(nèi)徑尺寸相同。圓筒內(nèi)膽就擱在這一塊多孔水平分布板(18)上，這一塊多孔水平分布板(18)就擱在墊圈
(16)上、墊圈就擱在爐柵(10)上，爐柵(10)同時托住圓筒內(nèi)膽和多孔水平分布板(18)以及墊圈(16)和被大小不一的圓筒一圈一圈地隔開的煤炭，使煤炭不會很快掉下去，在爐柵(10)下再安裝二塊每塊鉆有許多大于等于5毫米的小孔的爐板(11)，并且讓上下二塊爐板上的小孔相互間錯開疊放，這樣就可以接住通過爐柵間隙而掉下來的小尺寸煤炭。通過噴嘴(17)把加壓的氣化劑(水蒸氣氏0)從爐板(11)的下面送入爐內(nèi)。
[0118]在這高溫(大于等于1000°C )的環(huán)境下，煤炭中的碳(C)和氣化劑(水蒸汽H2O)發(fā)生水蒸汽分解反應(yīng)(C+H20=C0+H2+135.0kj / mol)。一步就轉(zhuǎn)化成CO和H2氣體，因為，在1000°C，這是一個不可逆的反應(yīng)。CO和H2氣體從出口 2排出，進入儲氣罐。殘渣以熔渣形式從“感應(yīng)加熱加壓固定床氣化爐”的爐灰出口 4處排出。
[0119]雖然煤炭中含有少量的硫，但由于本發(fā)明采用的是“感應(yīng)加熱加壓固定床氣化爐”;在“感應(yīng)加熱固定床加壓氣化爐”爐內(nèi)固定地放著的、用鋼板捲成的圓筒內(nèi)膽，圓筒內(nèi)膽上產(chǎn)生的感應(yīng)電流使整個圓筒內(nèi)膽的溫度快速升高到(大于等于IOO(TC)的高溫，帶有高溫(大于等于1000°c )的圓筒內(nèi)膽通過熱輻射把圓筒內(nèi)膽內(nèi)的煤炭加熱到1000°C的高溫，它提供的熱量足夠完成使煤炭中的碳(C)和氣化劑(水蒸氣H2O)發(fā)生水蒸氣分解反應(yīng)(C+H20=C0+H2+135.0kj / mol)所需要的熱量，不需要再用氧(O2)氣作為氣化劑。所以，也就不會產(chǎn)生二氧化硫、氮氧化合物。同時也就不會產(chǎn)生大量的二氧化碳，所以也就減輕了合成氣(CCHH2)需要凈化的壓力。因為，煤炭中含有少量的硫，它會與合成氣(CCHH2)中的H2發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生硫化氫，我們只要用氧化鐵來脫硫(包含脫硫和再生兩個過程)即可，通過除塵凈化，我們就能夠很容易地生產(chǎn)出干凈的合成氣(CCHH2)。
[0120] 在“感應(yīng)加熱加壓固定床氣化爐”的頂部是一真空煤炭加料斗，真空煤炭加料斗它由頂蓋，閥門，斗體，底板組成。需要加煤炭時，打開真空煤炭加料斗的頂蓋，然后倒入煤炭，蓋上頂蓋，然后抽真空到高真空度，接下去打開真空加煤炭斗與煤炭進口相通的閥門，讓“感應(yīng)加熱加壓固定床氣化爐”內(nèi)的“合成氣”緩慢地進入真空加煤炭斗，最后真空加煤炭斗的氣壓與“感應(yīng)加熱加壓固定床氣化爐”內(nèi)的氣壓平衡時，關(guān)閉真空加煤炭斗與煤炭進口相通的閥門，打開真空加煤炭斗的底板，讓煤炭進入“感應(yīng)加熱加壓固定床氣化爐”內(nèi)，完成后，關(guān)上真空加煤炭斗的底板，然后把真空加煤炭斗內(nèi)的“合成氣”抽干凈。然后打開真空加煤炭斗與大氣相通的閥門讓大氣緩慢地進入真空加煤炭斗，最后真空加煤炭斗的氣壓與大氣的氣壓平衡時，關(guān)閉真空加煤炭斗與大氣相通的閥門，打開真空加煤炭斗的頂蓋，然后倒入煤炭，蓋上頂蓋，重新開始新的循環(huán)。
【權(quán)利要求】
1.一種不產(chǎn)生碳排放的生產(chǎn)合成氣的新方法，該技術(shù)方案是:采用把冶金領(lǐng)域的“感應(yīng)加熱爐”技術(shù)與煤化工領(lǐng)域的“氣化爐”技術(shù)合并，把“氣化爐”改造成“感應(yīng)加熱氣化爐”;它包括“感應(yīng)加熱加壓固定床氣化爐”、“感應(yīng)加熱加壓流化床氣化爐”、“感應(yīng)加熱加壓氣流床氣化爐”;“感應(yīng)加熱氣化爐”的特征是:通過在“感應(yīng)加熱氣化爐”的爐外壁上安裝、繞上一定圈數(shù)的感應(yīng)爐感應(yīng)加熱用的線圈；同時在“感應(yīng)加熱氣化爐”的爐內(nèi)，增加安裝多圈(不少于一圈)、用鋼板捲成的圓筒組成的圓筒內(nèi)膽，這些用鋼板捲成的圓筒內(nèi)膽就成了熱量的載體，同時要讓在爐外壁上安裝、繞上一定圈數(shù)的感應(yīng)爐感應(yīng)加熱用的線圈保證這些線圈在疊加后的上下寬度要能夠包住從“感應(yīng)加熱氣化爐”爐內(nèi)的底部的爐板到同時在“感應(yīng)加熱氣化爐”的爐內(nèi)，增加安裝的多圈、用鋼板捲成的圓筒組成的圓筒內(nèi)膽的頂部，以保證感應(yīng)線圈感應(yīng)加熱的有效性；同時在“感應(yīng)加熱氣化爐”的內(nèi)部，在一塊板上的孔的直徑為大于等于5毫米的多孔水平分布板上，安裝多圈用鋼板捲成的、直徑尺寸大小不一的圓筒，按直徑尺寸的大小，從小到大、從里套到外，這就組成了一個用圓筒組成的圓筒內(nèi)膽， 直徑尺寸最大的圓筒是圓筒內(nèi)膽的最外圈，它的高度最高；直徑尺寸最小的圓筒的高度不可以超過最外圈的圓筒的高度，為第二高；并且高于其它所有的圓筒的高度；在多孔水平分布板的底部裝有一只墊圈，墊圈的內(nèi)徑尺寸小于等于圓筒內(nèi)膽的最外圈的圓筒的內(nèi)徑尺寸，墊圈的外徑尺寸與“氣化爐”的爐壁的內(nèi)徑尺寸相同，圓筒內(nèi)膽就擱在多孔水平分布板上，多孔水平分布板就擱在墊圈上、墊圈就擱在爐柵上，爐柵同時托住圓筒內(nèi)膽和多孔水平分布板以及墊圈和被大小不一的圓筒一圈一圈地隔開的煤炭，使煤炭不會很快掉下去，在爐柵下面再安裝二塊每塊鉆有許多大于等于5毫米的小孔的爐板，并且讓上下二塊爐板上的小孔相互間錯開疊放，這樣就可以接住通過爐柵間隙而掉下來的小尺寸煤炭，通過噴嘴把加壓的氣化劑(水蒸氣H2O)從爐板的下面送入爐內(nèi)，在“感應(yīng)加熱加壓固定床氣化爐”的頂部是一真空煤炭加料斗，它由頂蓋，閥門，斗體，底板組成，也可以在氣化爐的頂部安裝有自動加煤炭的加料斗，煤炭的粒度為小于等于10毫米的小顆粒。
【文檔編號】C10J3/02GK103756727SQ201410027028
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月21日
【發(fā)明者】劉平清, 陳蓓珠, 劉嵐 申請人:劉平清, 陳蓓珠, 劉嵐