專利名稱：氣化含碳的燃料、殘余物和廢料的設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及按第一和第二項權利要求所述用于氣化含碳的燃料、殘余物和廢料的設備。
燃料和廢料指的是那些含或不含灰分的物質，如褐煤或煙煤及其焦炭、水/煤懸浮液，但也指油、焦油和淤渣以及來自化學和木材分解過程的殘余物或廢料，例如來自電廠的黑堿液以及來自垃圾和再循環經濟的固體和液態部分如廢油、含PCB的油、塑料和生活垃圾部分或它們的再生制品，來自汽車、電纜和電子產品下腳料處理的易還原物以及被污染的含水的溶液和氣體。本發明不僅可使用于飛粉流氣化器(Flugstromvergaser)，而且可使用于其他氣化系統，如固定床氣化器或流化床氣化器或它們的組合。
在氣化技術方面多年來已知固體、液態和氣態燃料的自熱式飛粉流氣化。在這里，燃料與含氧的氣化劑之比選擇為，考慮到合成氣的質量能將較高原子價的碳化合物完全裂解為合成氣成分如CO和H2，以及無機成分熔融地排出(J.Carl，P.Fritz，NOELL-KONVERSIONSVERFAHREN，EF-Verlag für Energie-und Umwelttechnik GmbH，Berlin，1996，S.33und S.73)。
按照在工程中采用的不同系統，氣化的氣體和熔融的無機組分，例如熔渣，分開或共同地從氣化設備的反應室排出(DE19718131.7)。
氣化設備反應室的內部界壁或設有耐火襯里或采用冷卻系統(DE4446803A1)。
設有耐火襯里的氣化系統的優點是熱損失較少，并因而使所供燃料的能量有效地轉換。顯然它們只能用于無灰分的燃料，因為在飛粉流氣化時在反應室內表面上流過的液態熔渣熔解耐火襯里，所以至昂貴地更換新襯里前只允許很有限的工作時間(Reisezeiten)。
為了在使用含灰分的燃料時克服此缺點，創造了一些按薄膜壁原理的冷卻系統。通過冷卻，在屬于反應室的表面上起先形成了一個固體的渣層，它的厚度逐漸增大，直至在氣化室內繼續產生的液態熔渣在此壁處流過并例如與氣化氣體一起從反應室流出。這些系統有非常可靠和經久的長的工作時間。這種系統的嚴重缺點在于，約達供入能量的5％傳給了冷卻的護罩。
不同的燃料和廢料，例如重金屬或低灰分的油、焦油或焦油-油-固體淤渣，對于在冷卻式反應器壁的情況下形成足以起保護作用的渣層而言含有過少的灰分，從而導致附加的能量損失，另一方面對于有耐火襯里的反應器為避免耐火層熔化或溶解以及至更換新襯里之前達到足夠長的工作時間而言含灰量又過高。
另一個缺點是反應器壁的結構復雜，在生產和運行時可能導致巨大的困難或產生嚴重的問題。例如在J.Carl，P.FritzNOELL-KONVERSIONSVERFAHREN(EF-Verlag für Energie-und UmwelttechnikGmbH，Berlin，1996，S.33 und S.73)中說明的飛粉流氣化器的反應器壁由無壓力的水套、承壓外套和冷卻護罩組成，承壓外套內側通過焦油環氧樹脂混合物防腐并用輕質耐火混凝土襯里，冷卻護罩如在鍋爐結構中常見的薄膜壁那樣由氣密焊接流過水的冷卻管構成，它們用銷子定位并覆蓋薄的SiC層。在冷卻護罩與用耐火混凝土覆蓋的承壓外套之間存在一個冷卻護罩間隙，為了避免倒流和形成冷凝物必須用干燥的無氧氣體沖洗。
從此先有技術出發，本發明的目的是創造一種設備，它能在簡單和可靠工作的條件下使用各種含灰分的燃料和廢料。
此目的通過權利要求1和2的特征達到。
在其余的權利要求中包含按本發明的設備的另一種設計。
按本發明的設備適用于氣化各種含灰分的燃料、廢料和殘余物，以及適用于聯合氣化含碳氫化合物的氣體、液體和固體。
按本發明規定，氣化過程用的反應室輪廓以耐火襯里或由凝固的渣層為界。通過強烈冷卻，在用耐火材料襯里的情況下保護了耐火材料或使液態熔渣凝固，從而形成一個隔熱層。冷卻借助于充水的冷卻間隙達到，其中，工作狀態可調整為沸點以上或之下。
下面借助
圖1和2表示的兩種實施例進一步說明本發明。
圖1在實施例中表示了氣化反應器。在反應室1內進行燃料、殘余物和廢料與含氧的氧化劑轉變為H2和富CO的荒煤氣。氣化媒介物的輸入通過固定在燃燒器法蘭2上的專用燃燒器實現。氣化的荒煤氣必要時與液態熔渣一起經設有特殊裝置的口8離開反應室1并進入在下游所設的冷卻、洗滌和處理系統中。承壓外套3包封住氣化反應器，它承受反應室1與外界大氣之間的壓力差。為了它的熱防護設一冷卻間隙5，冷卻間隙內充水并可在取決于總壓的沸點以上或之下工作。為防止在有損傷的情況下氣化氣體進入冷卻間隙5，它的壓力始終保持為高于反應室1內的壓力。冷卻間隙5對內以冷卻壁4為界。在冷卻間隙5內產生的熱水或蒸汽通過接管9排出。冷卻壁4可加有薄的牢固地結合在其表面上的薄陶瓷護層6。冷卻間隙5內的溫度取決于工藝壓力可在50和350℃之間。在氣化無灰分或灰分極低的裝填料時合乎目的的是，為限制帶入冷卻間隙5內的熱量，冷卻壁4砌有耐火隔熱的磚砌體作為耐火襯里7。在使用含灰分的燃料、殘余物和廢料時，可取消耐火磚砌體7。在反應室1內形成的液態熔渣在冷卻壁4及其護層6冷的表面處被冷卻，使它凝固并以此方式構成一個渣層10作為耐火襯里，渣層10朝反應室1的方向增長，直至溫度達到渣的熔點。之后繼續產生的熔渣作為渣片溢流并與熱的荒煤氣一起經口8排出。
圖2表示作為范例的冷卻壁4的設計。在這里它由氣密地焊接的半管的壁構成，它們用銷子定位并填塞(bestampfen)薄的碳化硅層。在面朝反應室1的一側有陶瓷襯里如同渣層10，如在例1中說明的那樣，它由人工施加或通過自身熔融的灰分自動形成。用例如波紋薄板制的冷卻壁的其他形狀取決于加工技術可以為梯形、三角形或矩形。陶瓷護層6的安置和固定可如圖2所示借助于機械式固定裝置實現，但也可通過化學地結合或例如通過火焰噴射熱涂。
此外易于理解，在例2中表示的有關具有部分3、4、5、6、和7的反應室1界壁的設計，不僅可使用于熱負荷高的飛粉流氣化反應器，而且可使用于其他氣化系統，如固定床氣化器或流化床氣化器或它們的組合。
符號表1 反應室2 燃燒器法蘭3 承壓外套4 冷卻壁5 冷卻間隙6 冷卻壁的陶瓷護層7 反應器的耐火襯里8 氣體和渣排出體排出口9 蒸汽或熱水接頭的接管10 渣層
權利要求
1.氣化設備，用于借助于含氧的氧化劑在溫度高于無機組份的熔點的情況下在一個設計為飛粉流反應器的反應室內壓力在環境壓力與80bar之間最好在環境壓力與30bar之間氣化含碳和含灰分的燃料、殘余物和廢料，其中，反應室輪廓以一冷卻式反應器壁為界，反應器壁從外向里的結構如下—承壓外套(3)—冷卻壁(4)—在承壓外套(3)與冷卻壁(4)之間的水冷式冷卻間隙(5)—冷卻壁(4)的陶瓷護層(6)—渣層(10)以及，在承壓外套(3)與冷卻壁(4)之間的冷卻間隙(5)按這樣的方式調整壓力和溫度，即，它可在冷卻水的沸點以下或以上工作，在這種情況下在冷卻間隙內的壓力高于氣化室內的壓力。
2.氣化設備，用于借助于含氧的氧化劑在溫度高于850℃的情況下在一個設計為飛粉流反應器的反應室內壓力在環境壓力與80bar之間最好在環境壓力與30bar之間氣化含碳的無灰分的燃料、殘余物和廢料，其中，反應室輪廓以一冷卻的反應器壁為界，反應器壁從外向里的結構如下—承壓外套(3)—冷卻壁(4)—在承壓外套(3)與冷卻壁(4)之間的水冷式冷卻間隙(5)—冷卻壁(4)的陶瓷護層(6)—耐火襯里(7)以及，在承壓外套(3)與冷卻壁(4)之間的冷卻間隙(5)充填壓力水可在冷卻水的沸點以下或以上工作，在這種情況下冷卻間隙(5)內的壓力高于氣化室(1)內的壓力。
3.按照權利要求1和2所述的設備，其中，冷卻壁(4)由氣密地焊接的半管組成，它們用銷子定位并覆蓋高熱導率的陶瓷物質薄層。
4.按照權利要求1和2所述的設備，其中，陶瓷物質薄層通過火焰噴射涂敷在冷卻壁(4)上。
5.按照權利要求1至4所述的設備，其中，冷卻壁(4)的幾何形狀可以為梯形、三角形、矩形、波紋形或平滑形。
全文摘要
本發明涉及一種用于氣化含碳和含灰分的燃料、殘余物和廢料的設備,它們借助于含氧的氧化劑在溫度高于無機組分熔點的情況下在一個設計為飛粉流反應器的反應室內壓力在環境壓力與80巴之間最好在環境壓力與30巴之間氣化,其中,反應室輪廓以一冷卻式反應器壁為界,反應器壁從外向里的結構如下:承壓外套3,冷卻壁4,在承壓外套3與冷卻壁4之間的水冷式冷卻間隙5,冷卻壁4的陶瓷護層6,渣層10;以及,在承壓外套與冷卻壁4之間的冷卻間隙5壓力和溫度調整為,使之可在冷卻水沸點以下或之上工作,在這種情況下在冷卻間隙5內的壓力高于氣化室1內的壓力。
文檔編號F28F9/00GK1264418SQ98806776
公開日2000年8月23日 申請日期1998年7月16日 優先權日1998年7月1日
發明者拉爾夫·多納, 迪亞特瑪·德根科爾伯, 曼弗雷德·施尼茨 申請人:諾埃爾－Krc動力及環境技術有限公司