依托固體氧化物電化學池的液態(tài)金屬碳氣化裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于液態(tài)金屬碳氣化【技術領域】，特別涉及一種依托固體氧化物電化學池的液態(tài)金屬碳氣化裝置及方法。本發(fā)明液態(tài)金屬碳氣化裝置由進料系統(tǒng)、液態(tài)金屬循環(huán)回路、管式固體氧化物電化學池供氧系統(tǒng)、氣化劑處理系統(tǒng)、產(chǎn)品氣體凈化系統(tǒng)、排渣裝置、金屬熔池等部分組成；使用金屬循環(huán)泵提供動力，驅(qū)動液態(tài)金屬攜帶碳原料進入金屬熔池，簡化碳原料的前處理過程；工作過程中固體氧化物電化學池形成液態(tài)金屬內(nèi)部氧源，提高碳原料氧化速率；氣化過程中形成的熔渣帶隨流動的液態(tài)金屬排出爐外；產(chǎn)品氣體經(jīng)液態(tài)金屬噴淋凈化后送往用戶。該設備將內(nèi)源式供氧與液態(tài)金屬固體碳燃料氣化結合來，依托低質(zhì)量碳原料，提供清潔、高質(zhì)量的合成氣。
【專利說明】依托固體氧化物電化學池的液態(tài)金屬碳氣化裝置及方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于液態(tài)金屬碳氣化【技術領域】，特別涉及一種依托固體氧化物電化學池的液態(tài)金屬碳氣化裝置及方法。
【背景技術】
[0002]我國油氣資源匱乏而煤炭資源相對豐富，把以煤、生物質(zhì)為代表的固體碳燃料轉(zhuǎn)化為合成氣直接作為燃料或作為費-托合成液體燃料的原料是一條適合我國國情、的能源技術路徑。碳氣化爐的固體碳原料來源廣泛，易于獲取，不僅可以利用儲量相對豐富的煤炭，還可以通過對生物質(zhì)(如秸桿、谷殼、木屑)甚至有機垃圾等進行加工處理而得到。
[0003]采用液態(tài)金屬作為煤氣化爐內(nèi)部介質(zhì)主要存在四個方面的優(yōu)勢:
[0004]1.溫度均一:液態(tài)金屬是熱的良導體，可以保證氣化爐內(nèi)溫度相對均勻，對爐溫的控制較現(xiàn)有的氣固流化床、氣流床氣化爐容易，進而能夠有效地控制氣化反應進程、氣體產(chǎn)率與產(chǎn)品氣成分。
[0005]2.進料簡便:液態(tài)金屬可將經(jīng)過簡單破碎處理的含碳原料攜帶至爐內(nèi)，在入爐前通過液態(tài)金屬完成對原料的干燥。相比于現(xiàn)有的氣力輸送進料系統(tǒng)省去了復雜的磨煤系統(tǒng)和送風裝置，放寬了對原料粒度的要求；相比于水煤漿進料系統(tǒng)，省去了水氣化所需的大量熱能，提高了原料的氣化效率。特別適合于質(zhì)地柔韌難于破碎、含水量大的生物質(zhì)氣化。
[0006]3.排渣容易:現(xiàn)有氣化爐氣化溫度較高，排渣為液態(tài)排渣。爐渣在排出過程中逐漸冷卻凝固，因煤種變化和操作條件波動引起的爐渣意外凝固可能堵塞氣化爐渣管，阻礙氣化爐的工作。采用液態(tài)金屬作為爐內(nèi)介質(zhì)，液態(tài)爐渣在重力與表面張力的作用下浮于液態(tài)金屬上方，形成熔渣帶，并在排出過程中逐漸冷卻凝固。由于熔渣凝固溫度高于金屬凝固溫度，因此可采用浮法玻璃工業(yè)中的常用工藝，利用液態(tài)金屬排出凝固后的固態(tài)渣層。
[0007]4.氣體凈化:液態(tài)金屬與煤中硫、磷、砷等非金屬兀素能夠形成較為穩(wěn)定的化合物，與鉛、汞等重金屬元素能夠形成較為均一的合金。使得煤中主要的雜質(zhì)富集于金屬內(nèi)部或熔渣中，便于集中處理和資源化利用。提高了產(chǎn)品氣體的品質(zhì)，降低了產(chǎn)品氣凈化的成本。
[0008]美國的Ze-gen公司目前已近實現(xiàn)了基于家具/地毯工業(yè)廢料的液態(tài)銅氣化爐，功率達到500kW，Hydromax公司則提出了鐵催化碳原料氣化的理論，給出了中型(20-80MW)液態(tài)鐵氣化爐的設計概念。英國伯明翰大學的N.A.Warner研究了鉛、錫、鋅、鉍等多種金屬運用于碳燃料氣化的功能特性以及氣體凈化性能，其研究成果將運用于英國CRE集團公司2020年建成的500MW整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)電站中。
[0009]目前的氣化爐主要采用空氣和純氧作為氣化劑與含碳原料反應產(chǎn)生產(chǎn)品氣并為氣化爐提供熱量。直接輸入空氣的氣化爐，其產(chǎn)品氣由于含有大量的氮氣而熱值偏低，也難以直接作為下一步化工過程的原料；供給純氧雖然能夠保證產(chǎn)品氣的產(chǎn)率和質(zhì)量，但是常規(guī)的氧氣供應需要能耗高昂的空分系統(tǒng)，增加系統(tǒng)的能耗與復雜度。依托固體氧化物電化學池則可以有效地為氣化爐內(nèi)金屬提供氧離子以及溶解氧，以完成原料的氣化。其供氧量主要依靠外界負載以及電能供給調(diào)控，能夠定量地保證供氧量。
[0010]目前固體氧化物電化學池根據(jù)幾何結構的不同常分為管式、板式和瓦楞式三種。其中管式固體氧化物電化學池密封可靠，結構緊湊，發(fā)展較為成熟。早在2004年，SiemensWestinghouse公司就已經(jīng)依托管式固體氧化物電化學池建成了 330kW的管式固體氧化物燃料電池電站系統(tǒng)。美國國家航空航天局(NASA)也開展了利用固體氧化物電解池在火星上制氧，發(fā)展人類星際基地的研究。
[0011]本申請擬將管式固體氧化物電化學池置于液態(tài)金屬熔池中為碳原料的氣化供氧，形成內(nèi)源式供氧機制。使得氣化原料與氧接觸更為均勻充分，進而促進反應的發(fā)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明申請旨在設計一種依托固體氧化物電化學池的液態(tài)金屬碳氣化裝置，提供一種固體碳原料的連續(xù)給料氣化技術路線，解決氣化爐的排渣問題。裝置依托內(nèi)源供氧機制加快碳原料的氣化，保證產(chǎn)品氣體的產(chǎn)率和質(zhì)量，并利用液態(tài)金屬完成氣體凈化。滿足我國依托低品位碳原料提供高質(zhì)量燃氣、原料氣的需求。[0013]針對現(xiàn)有技術不足，本發(fā)明提供了一種依托固體氧化物電化學池的液態(tài)金屬碳氣
化裝置及方法。
[0014]一種依托固體氧化物電化學池的液態(tài)金屬碳氣化裝置，所述液態(tài)金屬碳氣化裝置由進料系統(tǒng)、液態(tài)金屬循環(huán)回路、管式固體氧化物電化學池供氧系統(tǒng)、氣化劑處理系統(tǒng)、產(chǎn)品氣體凈化系統(tǒng)、排渣裝置和金屬熔池構成；
[0015]其中，物料鎖斗通過換熱器與金屬熔池相連；在金屬熔池頂部設置粗產(chǎn)品引出管；所述粗產(chǎn)品引出管通過管路，經(jīng)換熱器與氣體凈化器相連；所述氣體凈化器上部設置產(chǎn)品氣出口管；氣體凈化器、金屬凈化器和金屬循環(huán)泵通過管路順次相連；所述金屬循環(huán)泵通過液態(tài)金屬循環(huán)管路與物料鎖斗相連；
[0016]所述金屬熔池內(nèi)底部設置多個管式固體氧化物電化學池單體，每個管式固體氧化物電化學池單體分別通過固體氧化物電化學池連接線與設置在金屬熔池外部的固體氧化物電化學池外部電路密封相連；所述金屬熔池底部與固體氧化物電化學池外部電路密封相連；所述金屬熔池頂部外側(cè)分別設置氣化劑引入管和氣化劑分布設備，所述氣化劑引入管和氣化劑分布設備分別通過管路與設置在金屬熔池內(nèi)部的氣化劑預熱器相連；
[0017]所述金屬熔池底部通過管路與氣體凈化器頂部相連；所述金屬熔池上設置渣口。
[0018]所述多個管式固體氧化物電化學池單體采用盲管管材，埋入金屬熔池形成埋管結構，以減少密封工序。
[0019]所述多個管式固體氧化物電化學池單體采用盲管管材，豎直插入金屬熔池，即為固體氧化物電化學池的立式布置，以方便維護，減少液態(tài)金屬外泄。多個管式固體氧化物電化學池單體構成固體氧化物電化學池。
[0020]一種依托固體氧化物電化學池的液態(tài)金屬碳氣化裝置的液態(tài)金屬碳氣化方法，其具體方法如下:
[0021]在實際操作過程中，金屬熔池內(nèi)部注入液態(tài)金屬作為碳燃料氣化的主要介質(zhì)，以簡化對碳原料的處理工序；通過金屬循環(huán)泵為液態(tài)金屬循環(huán)提供動力，將碳原料攜帶進入金屬熔池；在給料的同時完成液態(tài)金屬內(nèi)部物質(zhì)的攪拌；給料過程中，碳原料經(jīng)液態(tài)金屬以及產(chǎn)品氣的預熱，完成干燥和初步裂解過程；
[0022]氣化劑經(jīng)金屬熔池內(nèi)氣化劑預熱器預熱后通入氣化爐參與固體碳原料的氣化反應；
[0023]運行過程中形成的固態(tài)熔渣帶浮于液態(tài)金屬上表面隨液態(tài)金屬流動從渣口排出；
[0024]所述管式固體氧化物電化學池單體內(nèi)部通入空氣，在固體氧化物電化學池外部電路連通的情況下完成對氣化爐的內(nèi)源式連續(xù)供氧；通過對固體氧化物電化學池外部電路的調(diào)節(jié)，優(yōu)化供氧過程，也為氣化爐提供部分電能；根據(jù)氣化爐規(guī)模安排管式固體氧化物電化學池單體的數(shù)量與安裝位置、方式；
[0025]在氣體凈化器中采用噴淋液態(tài)金屬的方式完成產(chǎn)品氣體的凈化，保證產(chǎn)品氣的質(zhì)量，并使產(chǎn)品氣的溫度達到后續(xù)燃燒、合成環(huán)節(jié)的溫度需求。
[0026]所述液態(tài)金屬為堿金屬、過渡金屬和其他主族金屬中的一種或多種。
[0027]所述堿金屬為L1、Na和K中的一種或多種。
[0028]所述過渡金屬為Fe、N1、Cu和Ag中的一種或多種。
[0029]所述其他主族金屬為Pb、B1、Sn和Sb中的一種或多種。
[0030]所述氣化劑為C02、H2O和O2中的一種或多種。
[0031]所述碳原料為石墨、裂解炭黑、焦炭、石油焦、煤、生物質(zhì)炭和成型生物質(zhì)中的一種或多種。
[0032]在實際操作過程中，金屬熔池內(nèi)部注入液態(tài)金屬作為碳燃料氣化的主要介質(zhì)。管式固體氧化物電化學池單體可采用通管管材和盲管管材，管式固體氧化物電化學池單體既可以豎直方向插入液態(tài)金屬熔池中便于密封、更換與維護，又可以水平方向埋入金屬熔池以擴大碳氣化的反應界面。組裝后需對金屬熔池和管式固體氧化物電化學池單體結合處進行密封；進料系統(tǒng)由物料鎖斗、給料管等部分組成；使用金屬循環(huán)泵將液態(tài)金屬通入鎖斗將固體碳燃料經(jīng)給料管攜帶至液態(tài)金屬內(nèi)部，同時干燥碳原料，攪動熔池內(nèi)部物質(zhì)，使得碳原料均勻地分布在液態(tài)金屬內(nèi)部。給料系統(tǒng)除連續(xù)供給碳原料外，還可以補入金屬，對損失的液態(tài)金屬進行補充。在氣化劑處理系統(tǒng)中，氣化劑經(jīng)預熱器預熱后通入氣化爐內(nèi)，所述氣化劑為C02、H20、02、按照實際運行需要以一定比例混合而成，其中H2O占0%~100%，C02占0%~100%，O2占0%~100%。碳原料進入氣化爐內(nèi)后與固體氧化物電化學池產(chǎn)生的溶解氧發(fā)生部分氧化反應，并隨后與氣化劑發(fā)生水氣變換反應產(chǎn)生合成氣。粗氣引出后與進料管通過換熱器進行換熱，降低氣體溫度，預熱金屬，干燥碳原料。隨后進入氣體凈化器，與噴淋的金屬逆流接觸，去除粉塵以及其他雜質(zhì)氣體，形成產(chǎn)品氣供給下游用戶。碳燃料氣化完成后殘余的熔渣在重力以及表面張力的作用下形成浮于金屬表面的熔渣帶，并在氣化爐內(nèi)逐漸冷卻凝固，隨流動的液態(tài)金屬排出氣化爐外，這種工藝在浮法玻璃生產(chǎn)領域已經(jīng)大量應用。液態(tài)金屬流出氣化爐后進入氣體凈化器，噴淋凈化氣體，并使氣體溫度達到后續(xù)燃燒或合成環(huán)節(jié)的需求。隨后液態(tài)金屬進入金屬凈化池，出去金屬內(nèi)的雜質(zhì)。再由金屬循環(huán)泵提供動力完成循環(huán)。
[0033] 在氣化爐工作過程中，向管式固體氧化物電化學池單體內(nèi)部通入空氣。當外電路形成回路時，陰極(管內(nèi)側(cè))空氣中的氧氣從外部電路得到電子生成O2—，02—在濃度差驅(qū)動下穿過電解質(zhì)層到達氣化爐內(nèi)，形成游離態(tài)的氧，同時向外電路放出電子。固體氧化物電化學池位于液態(tài)金屬內(nèi)部，形成內(nèi)源供氧，促進液態(tài)金屬中碳原料的部分氧化。由于空氣中的氧分壓遠高于液態(tài)金屬內(nèi)部的氧分壓，在外電路形成回路的情況下，內(nèi)源供氧的過程可以自發(fā)進行。根據(jù)運行工況的需要，該過程可以為氣化爐提供一定的電能，也可以通過外加電源促進該過程的進行提高氧產(chǎn)率。
[0034]本發(fā)明的有益效果為:
[0035]1、液態(tài)金屬溫度較為均一穩(wěn)定，有利于氣化爐爐溫的控制，便于產(chǎn)氣率、氣體組分的調(diào)控；
[0036]2、液態(tài)金屬氣化爐碳原料適應性好,可用于各種含碳原料的氣化；對原料粒度、水分等指標的要求低，降低了氣化裝置中碳原料前處理系統(tǒng)的復雜度；
[0037]3、液態(tài)金屬能夠凈化產(chǎn)品氣體，富集氣體中的雜質(zhì)與粉塵；不僅保證了產(chǎn)品氣的質(zhì)量，還可能帶來原料中雜質(zhì)元素的資源化利用；
[0038]4、采用成熟的浮法玻璃工藝排渣，工藝可靠簡便；[0039]5、采用固體氧化物電化學池，形成內(nèi)源供氧機制，使得碳原料與液態(tài)金屬中的游離氧充分接觸，提高氣化速率，保證產(chǎn)品氣質(zhì)量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0040]圖1是本發(fā)明液態(tài)金屬碳氣化裝置的裝置結構示意圖；
[0041]圖2是管式固體氧化物電化學池單體在供氧的同時為固體氧化物電化學池外電路供電的工作示意圖；
[0042]圖3是管式固體氧化物電化學池單體在供氧與外部電源搭配強化供氧過程的工作示意圖；
[0043]圖4是本發(fā)明實施例1采用盲管管材構建埋管結構示意圖；
[0044]圖5是本發(fā)明實施例2采用盲管管材構建固體氧化物電化學池的立式布置結構示意圖；
[0045]圖中標號:1-碳原料，2-物料鎖斗,3-液態(tài)金屬循環(huán)管路,4-換熱器,5-金屬循環(huán)泵，6-固體氧化物電化學池連接線，7-固體氧化物電化學池外部電路，8-管式固體氧化物電化學池單體，9-金屬凈化器,10-氣體凈化器,11-產(chǎn)品氣出口管，12-液態(tài)金屬，13-洛口，14-熔渣帶，15-金屬熔池，16-氣化劑預熱器，17-粗產(chǎn)品氣引出管，18-氣化劑引入管，19-氣化劑分布設備。
【具體實施方式】
[0046]本發(fā)明提供了一種依托固體氧化物電化學池的液態(tài)金屬碳氣化裝置及方法，下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步說明。
[0047]一種依托固體氧化物電化學池的液態(tài)金屬碳氣化裝置，所述液態(tài)金屬碳氣化裝置由進料系統(tǒng)、液態(tài)金屬循環(huán)回路、管式固體氧化物電化學池供氧系統(tǒng)、氣化劑處理系統(tǒng)、產(chǎn)品氣體凈化系統(tǒng)、排渣裝置和金屬熔池構成；
[0048]其中，物料鎖斗2通過換熱器4與金屬熔池15相連；在金屬熔池15頂部設置粗產(chǎn)品氣引出管17 ;所述粗產(chǎn)品氣引出管17通過管路，經(jīng)換熱器4與氣體凈化器10相連；所述氣體凈化器10上部設置產(chǎn)品氣出口管11 ;氣體凈化器10、金屬凈化器9和金屬循環(huán)泵5通過管路順次相連；所述金屬循環(huán)泵5通過液態(tài)金屬循環(huán)管路3與物料鎖斗2相連；
[0049]所述金屬熔池15內(nèi)底部設置多個管式固體氧化物電化學池單體8，每個管式固體氧化物電化學池單體8分別通過固體氧化物電化學池連接線6與設置在金屬熔池15外部的固體氧化物電化學池外部電路7相連；所述金屬熔池15底部與管式固體氧化物電化學池單體8密封相連；所述金屬熔池15頂部外側(cè)分別設置氣化劑引入管18和氣化劑分布設備19，所述氣化劑引入管18和氣化劑分布設備19分別通過管路與設置在金屬熔池15內(nèi)部的氣化劑預熱器16相連；
[0050] 所述金屬熔池15底部通過管路與氣體凈化器10頂部相連；所述金屬熔池15上設置渣口 13。
[0051]所述多個管式固體氧化物電化學池單體8采用盲管管材，埋入金屬熔池15形成埋管結構，以減少密封工序。
[0052]所述多個管式固體氧化物電化學池單體8采用盲管管材，豎直插入金屬熔池15，即為固體氧化物電化學池的立式布置，以方便維護，減少液態(tài)金屬外泄。多個管式固體氧化物電化學池單體8構成固體氧化物電化學池供氧系統(tǒng)。
[0053]實施例1
[0054]一種依托固體氧化物電化學池的液態(tài)金屬碳氣化裝置，該裝置包括由物料鎖斗2、換熱器4、以及鎖斗下方給料管組成的進料系統(tǒng)，由液態(tài)金屬循環(huán)管路3、金屬循環(huán)泵5、金屬凈化器9組成的液態(tài)金屬循環(huán)回路，由固體氧化物電化學池連接線6、固體氧化物電化學池外部電路7、管式固體氧化物電化學池單體8組成的管式固體氧化物電化學池供氧系統(tǒng)，由氣化劑預熱器16、氣化劑引入管18、氣化劑分布設備19組成的氣化劑處理系統(tǒng)，由氣體凈化器10組成的氣體凈化系統(tǒng)，以及渣口 13、金屬熔池15等重要部件。
[0055]管式固體氧化物電化學池單體8除采用圖1所示通管管材外還可以采用盲管管材，減少密封數(shù)量，提高密封可靠性。管式固體氧化物電化學池單體8內(nèi)部通入空氣，當固體氧化物電化學池外部電路7形成回路時，陰極(管式固體氧化物電化學池單體8內(nèi)側(cè))空氣中的氧氣從固體氧化物電化學池外部電路7得到電子生成02 —，O2 —在濃度差驅(qū)動下穿過電解質(zhì)層到達氣化爐內(nèi)，以金屬熔池15內(nèi)液態(tài)金屬12為陽極，02_失電子形成游離態(tài)的氧，同時向固體氧化物電化學池外部電路7放出電子。固體氧化物電化學池位于液態(tài)金屬內(nèi)部，形成內(nèi)源供氧，促進液態(tài)金屬12中碳原料I的部分氧化。由于液態(tài)金屬12中的氧分壓遠遠低于空氣中氧分壓，這種內(nèi)源供氧機制可以自發(fā)進行，可為氣化爐提供一定的電能，必要時還可以通過外接電源輸入能量促進供氧進程。
[0056]實施例2
[0057]—種依托固體氧化物電化學池的液態(tài)金屬碳氣化裝置，該裝置包括由物料鎖斗2、換熱器4、以及鎖斗下方給料管組成的進料系統(tǒng)，由液態(tài)金屬循環(huán)管路3、金屬循環(huán)泵5、金屬凈化器9組成的液態(tài)金屬循環(huán)回路，由固體氧化物電化學池連接線6、固體氧化物電化學池外部電路7、管式固體氧化物電化學池單體8組成的管式固體氧化物電化學池供氧系統(tǒng)，由氣化劑預熱器16、氣化劑引入管18、氣化劑分布設備19組成的氣化劑處理系統(tǒng)，由氣體凈化器10組成的氣體凈化系統(tǒng)，以及渣口 13、金屬熔池15等重要部件。
[0058]管式固體氧化物電化學池單體8除采用圖1所示埋管布置外還可以采用盲管管材立式布置，提高固體氧化物電化學池的維護性能，減少液態(tài)金屬外泄的可能性。管式固體氧化物電化學池單體8內(nèi)部通入空氣，當固體氧化物電化學池外部電路7形成回路時，陰極(管式固體氧化物電化學池單體8內(nèi)側(cè))空氣中的氧氣從固體氧化物電化學池外部電路7得到電子生成02 —，02—在濃度差驅(qū)動下穿過電解質(zhì)層到達氣化爐內(nèi)，以金屬熔池15內(nèi)液態(tài)金屬12為陽極，02_失電子形成游離態(tài)的氧，同時向固體氧化物電化學池外部電路7放出電子。固體氧化物電化學池位于液態(tài)金屬12內(nèi)部，形成內(nèi)源供氧，促進液態(tài)金屬中碳原料I的部分氧化。由于液態(tài)金屬12中的氧分壓遠遠低于空氣中氧分壓，這種內(nèi)源供氧機制可以自發(fā)進行，可為氣化裝置提供一定的電能，必要時還可以通過外接電源輸入能量促進供氧進程 。
【權利要求】
1.一種依托固體氧化物電化學池的液態(tài)金屬碳氣化裝置，其特征在于:所述液態(tài)金屬碳氣化裝置由進料系統(tǒng)、液態(tài)金屬循環(huán)回路、管式固體氧化物電化學池供氧系統(tǒng)、氣化劑處理系統(tǒng)、產(chǎn)品氣體凈化系統(tǒng)、排渣裝置和金屬熔池構成； 其中，物料鎖斗(2)通過換熱器(4)與金屬熔池(15)相連；在金屬熔池(15)頂部設置粗產(chǎn)品引出管(17);所述粗產(chǎn)品引出管(17)通過管路，經(jīng)換熱器(4)與氣體凈化器(10)相連；所述氣體凈化器(10)上部設置產(chǎn)品氣出口管(11);氣體凈化器(10)、金屬凈化器(9)和金屬循環(huán)泵(5)通過管路順次相連；所述金屬循環(huán)泵(5)通過液態(tài)金屬循環(huán)管路(3)與物料鎖斗(2)相連； 所述金屬熔池(15)內(nèi)底部設置多個管式固體氧化物電化學池單體(8)，每個管式固體氧化物電化學池單體(8)分別通過固體氧化物電化學池連接線(6)與設置在金屬熔池(15)外部的固體氧化物電化學池外部電路(7)密封相連；所述金屬熔池(15)底部與固體氧化物電化學池外部電路(7)密封相連；所述金屬熔池(15)頂部外側(cè)分別設置氣化劑引入管(18)和氣化劑分布設備(19)，所述氣化劑引入管(18)和氣化劑分布設備(19)分別通過管路與設置在金屬熔池(15)內(nèi)部的氣化劑預熱器(16)相連； 所述金屬熔池(15)底部通過管路與氣體凈化器(10)頂部相連；所述金屬熔池(15)上設置渣口(13)。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種依托固體氧化物電化學池的液態(tài)金屬碳氣化裝置，其特征在于:所述多個管式固體氧化物電化學池單體(8)采用盲管管材，埋入金屬熔池(15)形成埋管結構，以減少密封工序。
3.根據(jù)權利要求1所 述的一種依托固體氧化物電化學池的液態(tài)金屬碳氣化裝置，其特征在于:所述多個管式固體氧化物電化學池單體(8)采用盲管管材，豎直插入金屬熔池(15)，即為固體氧化物電化學池的立式布置，以方便維護，減少液態(tài)金屬外泄。
4.利用權利要求1所述的一種依托固體氧化物電化學池的液態(tài)金屬碳氣化裝置的液態(tài)金屬碳氣化方法，具體操作方法如下: 在實際操作過程中，金屬熔池(15)內(nèi)部注入液態(tài)金屬(12)作為碳燃料氣化的主要介質(zhì)，以簡化對碳原料(I)的處理工序；通過金屬循環(huán)泵(5)為液態(tài)金屬(12)循環(huán)提供動力，將碳原料(I)攜帶進入金屬熔池(15);在給料的同時完成液態(tài)金屬(12)內(nèi)部物質(zhì)的攪拌；給料過程中，碳原料(I)經(jīng)液態(tài)金屬(12)以及產(chǎn)品氣的預熱，完成干燥和初步裂解過程； 氣化劑經(jīng)金屬熔池(15)內(nèi)氣化劑預熱器(16)預熱后通入氣化爐參與固體碳原料(I)的氣化反應； 運行過程中形成的固態(tài)熔渣帶(14)浮于液態(tài)金屬(12)上表面隨液態(tài)金屬(12)流動從渣口 (13)排出； 所述管式固體氧化物電化學池單體(8)內(nèi)部通入空氣，在固體氧化物電化學池外部電路(7)連通的情況下完成對氣化爐的內(nèi)源式連續(xù)供氧；通過對固體氧化物電化學池外部電路(7)的調(diào)節(jié)，優(yōu)化供氧過程，也為氣化爐提供部分電能；根據(jù)氣化爐規(guī)模安排管式固體氧化物電化學池單體(8)的數(shù)量與安裝位置、方式； 在氣體凈化器(10)中采用噴淋液態(tài)金屬(12)的方式完成產(chǎn)品氣體的凈化，保證產(chǎn)品氣的質(zhì)量，并使產(chǎn)品氣的溫度達到后續(xù)燃燒、合成環(huán)節(jié)的溫度需求。
5.根據(jù)權利要求4所述的液態(tài)金屬碳氣化方法，其特征在于:所述液態(tài)金屬(12)為堿金屬、過渡金屬和其他主族金屬中的一種或多種。
6.根據(jù)權利要求5所述的液態(tài)金屬碳氣化方法，其特征在于:所述堿金屬為L1、Na和K中的一種或多種。
7.根據(jù)權利要求5所述的液態(tài)金屬碳氣化方法，其特征在于:所述過渡金屬為Fe、N1、Cu和Ag中的一種或多種。
8.根據(jù)權利要求5所述的液態(tài)金屬碳氣化方法，其特征在于:所述其他主族金屬為Pb、B1、Sn和Sb中的一種或多種。
9.根據(jù)權利要求4所述的液態(tài)金屬碳氣化方法，其特征在于:所述氣化劑為C02、H20和O2中的一種或多種。
10.根據(jù)權利要求4 所述的液態(tài)金屬碳氣化方法，其特征在于:所述碳原料(I)為石墨、裂解炭黑、焦炭、石油焦、煤、生物質(zhì)炭和成型生物質(zhì)中的一種或多種。
【文檔編號】C10J3/72GK103937547SQ201410166005
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月23日 優(yōu)先權日:2014年4月23日
【發(fā)明者】史翊翔, 曹天宇, 蔡寧生, 王洪建 申請人:清華大學