專利名稱:由固體燃料制造含氫和一氧化碳氣體的方法
本發明涉及一種在流態床中提高壓力時使用氣化劑條件下由固體燃料制造含氫和一氧化碳氣體的方法，并且在這情況下流態床的下部設置一由固體氣化殘留物組成的固態床，從中排出固體氣化殘留物，并在流態床的上部設置一再氣化室，產生的合成氣體從再氣化室中排出，并通過一分選機輸出，其中至少有一部分帶入的固體顆粒被分選出來，并通過一回程管道回流到流態床中，這時合成氣體在至少是粗選的狀況下排出分選機。
為實施本方法一般采用一氣化反應器，該氣化反應器有一錐形的下部，在這里將要氣化的燃料通過氣化劑攪拌。在如此形成的流態床中燃料顆粒處于不斷運動中，流態床有一上界和一下界，一般來說形成的界限不清楚。下界限通過固態床形成，固態床由細顆粒和粗顆粒需要時由燃燒的固體氣化殘留物組成。在固態床的下端灰渣從反應器中排出。
燃料顆粒同在流態床中產生的氣體和必要時過剩的氣化劑一起從流態床的劇烈運動的上界面排出。這些顆粒到達反應器的錐形下部，并向上延伸到通常是圓柱形的部分中，再氣化區就處于這部分中。在這再氣化區中同樣輸入氣化劑，以使從流態床中排出的燃料顆粒盡可能繼續氣化。在再氣化區中燃料顆粒和產生的氣體也處于劇烈運動中，而不是所有顆粒沉積在流態床中。更確切地說，一大部分顆粒同反應器上端的氣體產物一起從反應器中排出。這些顆粒必須在一般作為旋分器的分選機中從氣體產物中分選出來。
在旋分器中分選出來的固體顆粒含有許多碳，以致使其值得在反應器中進行再循環。當氣化劑向流態床增加輸送時甚至可達到一種工作狀態，這種工作狀態被稱為“循環的流態層”。因此就不再形成流態床的上界。更確切地說，如果要達到足夠的氣化程度，就要輸送許多氣化劑，以使燃料顆粒過多的流量到達再氣化室中，并從那里到達分選機中而不必回流。
通過回程管道在旋分器分選出來的固體顆粒重新回流到反應器中，回程管道延伸到旋分器，通常是旋分器的下部和反應器之間，其配置是這樣的，在流態床范圍內的回程管道，也就是在反應器下部范圍內的回程管道是與反應器的出口配置的。為了橋接分選機與反應器之間的水平距離，回程管道至少在部分范圍是斜的，也就是同垂直線有一銳角。無論如何反應器的內室、分選機與回程管道組成一個有關聯的系統。
當固體再循環時會產生困難，即在該系統中存在著壓力降，使反應器中的壓力從下向上減少，也就是在流動氣體的方向。另外一種壓力降是在分選機內形成的，此時同分選固體用的回程管道連接范圍內的分選機中的壓力再次低于反應器上部范圍內的壓力。另一方面在回程管道轉向分選機的一端(這一端是回程管道與反應器的下部出口配置的)，存在著支配回程管道的壓力，以使在回程管道的兩端有不同壓力起作用，這樣，不同壓力的兩個范圍通過積聚在回程管道中、回流到反應器中的固體或多或少地起著相互隔離的作用。實際上在回程管道內產生了非一目了然和無法定義的工作狀況，這就導致阻礙了在分選機中分選出來的固體回流到反應器中，至少也受其影響。因此會出現回程管道堵塞，因為位于回程管道中的固體顆粒特別附著在它的斜向流動的管段中。此外，根據所述的工作狀況發生無法檢查和不受影響的壓力平衡過程，該壓力平衡過程同樣導致了工作故障，有時甚至會影響分選機的分選能力。
位于回程管道中的固體附著在其中，其結果在短時間后堵塞在回程管道中的固體到達分選機，這種危險特別歸因于回程管道與它的長度相比有一小的直徑。長度通常由位于分選機和流態層反應器范圍之間必須橋接的距離所確定，再循環的固體應帶到流態層反應器中去。用擴大回程管道的直徑來防止產生堵塞危險是不可能的，因為由此在全部設備中的壓力和流動狀況會不符合愿望地受到影響，而且有時該系統在某一點上不再工作。擴大接入反應器的反應器下部范圍的回程管道的直徑，正如以上所述(在給定反應器直徑的情況下)，可能導致較大部分氣體形狀的流態介質(有時帶有固體顆粒)進入回程管道的下部范圍內，以使與反應器中從下向上、從那里到通向分選機的連接管道和從那里通過回程管道回流到反應器的下部范圍內的流動方向起作用的流動條件同增大回程管道直徑的流動條件有時發生轉換，無論如何也有影響作用。也就是說，回程管道就上述情況而論必須有一個具有相當高流動阻力的小直徑，以作為一種節流閥起作用，這種節流閥阻止了反應器下部與分選機之間的壓力平衡。
由于系統中壓力降的絕對值隨著在反應器內壓力的增加而增加，壓力降對從分選機到反應器中再循環物質的影響在現代氣化反應器中相當大，現代氣化反應器在20巴和更大的超壓下工作。
本發明的任務在于改進上述這種方法，以保證使氣化反應器的良好的持續工作與從分選機回流到反應器中的固體顆粒的流量無關。因此要特別避免固體和/或氣體直接從流態床到達回程管道直至分選機，因為同其他工作的影響無關。由此分選機的分選能力可能受到影響。盡管回程管道的橫截面相對小一些，但在所有的工作狀況下應保證使再循環的固體顆粒取決于當時的情況，也就是在一定情況下取決于氣化壓力、流量和時間，可以在調節下回流到反應器中。
為了解決本發明的任務，至少在一個位置上疏松位于回程管道中的固體顆粒，將氣體以脈沖形式輸入回程管道中。特別適用的是，一種實施方法所得的結果表明，采用這種方法在一些與回程管道的縱向方向按距離分開的位置上將氣體吹入回程管道中，同時這些位置應配置在那個再循環固體顆粒積聚在其中的范圍內。該范圍與反應器以及位于其中的流態床相鄰。
在不同位置吹入回程管道的一部分氣流可以繼續吹入。至少一部分氣流以脈沖形式吹入回程管道中也具有優點，即消耗少量的氣體達到相同的作用。因此這一點也具有意義，因為吹入回程管道中的太大氣體流量至少優先向上流到旋分器，降低了旋分器的分選能力。適用的一種工作方式所得的結果表明，采用這種方式在最下部相鄰的吹氣位置上也就是在回程管道進入反應器的入口處，氣體被連續吹入回程管道中，并在其他所有的按距離相處的位置上氣體以間歇的方式即以脈沖形式吹入回程管道中。
具有特別優點的一種工作方式，氣體至少是短暫地在吹氣位置上按時間變換以脈沖形式吹入，從在回程管道縱向方向有一距離的兩個吹氣位置起，到在當時接近于定位在反應器的吹氣位置，吹氣開始以及結束都比距離反應器位置遠的吹氣位置要早。因此位于回程管道中的固體柱從下向上移動，也就是相對于回程管道中固體的流動方向，達到了疏松目的，同時通過氣體脈沖在一確定位置上的固體柱的疏松范圍下部，固體同樣已經疏松，有時已經流出。另一方面，以這種方式回程管道內的流動過程在流量和時間方面可以受到好的影響，以便對氣體脈沖的調節特別是按它的時間變換來確定速度，該速度就是固體從回程管道到反應器中的流動速度。因此吹入的氣體流量可取決于回程管道中的或在反應器再循環的固體流量。氣體脈沖的數量也可取決于回程管道中的或在反應器中再循環的固體的流量。因此有可能通過提高單位時間內氣體脈沖的數量來增大吹入氣體的流量，盡管這種關系不是強制的，然而將一確定的氣體流量分給較小或較大數量的氣體脈沖毫無疑問這可能性是存在的。這樣每次脈沖所吹入的氣體流量發生變化。
一次脈沖的持續時間可達到0.1～2秒，最好1秒。通常是在兩次連續的脈沖之間有一次休息，持續1秒是合適的，最好持續0.1秒。上述在回程管道縱向方向按距離分開配置的吹氣位置上的以變換時間進行吹氣的脈沖控制能在兩個相鄰吹氣位置的脈沖之間作較大的時間移動，以使脈沖在時間上是前置的吹氣位置中結束以后，在時間順序中第二個吹氣位置上才開始。另一方面也可能使脈沖在時間上或多或少地相互重疊。
吹入氣體流量或氣體脈沖數量的控制可取決于回程管道中的溫度。可采用惰性氣體如CO2或氮或再循環的過程氣體作為吹入氣體。
圖中實施例所示的是在超壓下工作的角度流態床反應器的縱斷面圖。
制造一種首先含H2和CO的氣體產物的氣化過程流過反應器10，在它的下部，從上向下錐形收縮的范圍12是流態床14。在圖中所示的實施例中在錐形范圍上向上連接一圓柱形范圍16，它包括再氣化區18。
在反應器10的下端，反應器10進入一短的井筒20，在井筒20的一端配置一螺旋式和冷卻式輸送機22。通過井筒20和螺旋輸送機22排出固體氣化殘留物，這種固體氣體殘留物含有較多的灰渣，并積聚在流態床14下部的固態床24中。
必須氣化的固體燃料通過一螺旋輸送機26從一貯斗28帶到反應器10中。在圖中所示的實施例中固體燃料最后進入流態床14的上界30下部。使用的燃料例如可以是預干燥的褐煤，它含12～18%的水份，顆粒介于0和5毫米之間。但是也可使用其他含碳的燃料，例如泥煤或煤，它們的碳含量高于褐煤。
反應器10設有若干根用來輸送作為氣化劑的氣體狀介質的輸入管道。位于最下部的輸入管道32進入井筒20中，并用于輸入一種氣體狀的介質以疏松固態床24。使用的這種介質可以是一種吸熱的氣化劑，例如蒸汽或CO2，也可以是一種惰性介質，例如氮。
位于井筒20上部的反應器10的錐形范圍12內裝有配置在以垂直距離分開的平面中的噴嘴，用于輸入氣化劑。通過在下部平面中的輸入管道34、36最好將起作用的氣化劑進行吸熱轉換。在輸入管道40、41中輸入含氧的氣化劑。
其他輸入管道44、45和46進入再反應室18。經過這些輸入管道，一般將對放熱和吸熱轉換起作用的氣化劑輸入再反應室18中。
必須氣化的燃料通過在流態床14范圍內的螺旋式輸送機26輸入反應器10中。在流態床14中燃料顆粒通過氣化劑、脫氣產品、由于燃料內含水蒸發而產生的蒸汽以及轉換產品進行流化。很小的接近于粉塵狀的輸入流態床中的固體燃料較快地通過從流態床30的上界向上流動的氣體帶入再反應室18中，在再反應室中這些固體燃料大部分被轉換。氣化劑通過輸入管道44、45、46輸入再反應室18中的程度取決于在再反應室18中轉換成固體碳的流量。
在流態床14中的重顆粒通過最后部分沉降并到達固態床24中。這些重顆粒可以是粗的含較多碳的顆粒，這些顆粒太大，以致會被從下向上流過流態床的氣體帶走。另一方面，一些與粒度相比顆粒的重量太高的顆粒通過流態床14向下沉降到固態床24上。這里不僅可以是具有高灰渣的含碳顆粒，而且可以是由不可氣化的物質所組成的顆粒。
在反應器10中產生的氣體產物65通過一靠近反應器10上端并從與此相通的管道50排出，并在一旋分器52的后置設備中進行預凈化后，被輸入用于氣體凈化。在旋分器52中分選的一般還含有碳的固體顆粒經過旋分器的下部出口66到達回程管道69中，它的下部斜向流過的管段62的管端60在流態床14的范圍內同反應器10連接。被分選的固體顆粒凈化的氣體65通過一插入管67經過管道68離開旋分器52。
用于在旋分器52中分選固體顆粒的回程管道69以螺旋式輸送機26的大致高度與反應器10相通。固體顆粒從旋分器66的下部范圍向下流入回程管道69中，通向反應器10的出口和大致水平61之間范圍62內的回程管道的橫斷面由固體顆粒充滿。如此在回程管道69中形成的固體顆粒柱，阻塞并阻礙了從反應器10中流出的固體顆粒和氣體通過回程管道69直接到達作為旋分器構成的分選機52的范圍內。
由于回程管道69有一較小的橫斷面，因而在旋分器52范圍內充滿的壓力顯然比在流態床14中的壓力要小，以致于在回程管道69通向反應器10的出口60一邊和另一側旋分器52之間，存在一與重力起反作用的壓力降，因此沒有特別措施是不能保證較長時間在下部的許多固體顆粒從回程管道69進入反應器10中，正如在上部從旋分器52到達回程管道中一樣。與上述壓力降無關，根據回程管道69的小的橫斷面也可以對此進行計算，確定位于回程管道69中的顆粒，以致即使在回程管道69中形成的固體柱，其高度及重量達到足以補償壓力降，也不能保證形成該固體柱的固體顆粒不受阻礙地流出而進入反應器10中。
為了使從回程管道69來的固體顆粒到反應器10中進行必要的再循環，在通到回程管道69中的出口安裝用于一氣體形狀介質的噴嘴81。這些噴嘴81按距離分開安裝在回程管道69的縱向方向。噴嘴81通過中間連接的調節閥70～77由一共用的壓力中心源78供給氣體，這種氣體例如可以是CO2或者也可以是再循環的氣體產物，這些氣體由在合適位置上的氣流65分路。調節閥71～77由一共用的調節器79操縱，調節閥同調節器通過一線路80連接。氣體78的壓力水平比流態床14中的壓力水平略高一些。調節器79調節各個閥71～77，并由此短時釋放一定流量的氣流，氣流通過噴嘴81以脈沖形式到達回程管道69的下部范圍內。因而可以規定閥70～77按順序有一短時的氣體脈沖作用，首先一氣體脈沖通過閥70或配置的噴嘴81進入回程管道69的出口60，然后按時間變換氣體脈沖通過其他閥輸入回程管道69中，這樣從第一閥的時間間隔通過閥70起作用的氣體脈沖，隨著各自閥的距離的增加從第一閥70起增加。由此位于回程管道69中的固體從下向上不斷疏松，使顆粒在其重量的作用下向下流動并到達流態床14中，然而另一方面，回程管道69不是以沖擊形式排空，以使留在下部的固體一直增多，使固體對反應器10的內室起了阻塞作用，并阻礙氣體和固體從反應器10的內室直接通過回程管道69到達旋分器52中。
上述方法的應用可由從旋分器52到回程管道69中的固體流量決定，以致只要氣體脈沖通過位于上部最寬的閥77輸入回程管道69中，則旋分器用通過閥70輸入的氣體脈沖再重新開始。
需要時也可以在操作最后的閥77以后暫時進入較長的休息，即在通過操作閥70開始下一個脈沖循環周期之前。這取決于從旋分器52到達回程管道69中的固體流量，而且取決于固體顆粒從回程管道69輸入到反應器10中的速度。在需要時脈沖循環周期也可以通過全部的閥70～77就結束，例如只通過閥70～77給出氣體脈沖進入回程管道69中。正如詳細處置的那樣，取決于當時的情況，特別取決于在單位時間內積聚于回程管道69中的固體流量。
各個閥70～77的控制可以簡單方式通過調節器79實現，在調節器79上配置用于在回程管道69中側量溫度的溫度探頭57～59，它們配置在回程管道69的每個范圍內，閥70～77的噴嘴81位于該范圍內。當高的固體通過能力通過回程管道69時在回程管道69內調節溫度水平，該溫度水平不明顯地低于流態床14中的溫度水平，通常在800和1000℃之間的范圍內。如果減慢固體的再循環，那末在溫度測量處57～59溫度水平直接下降到較低的值。這種溫度的變化可以測出從管道69進入到流態床14中的固體再循環進行得太慢了。調節器通過由線路64從溫度測量處輸入到調節器79的信號，使脈沖序列加快。在相反情況下，如果少量固體從旋分器52輸入，隨后少量固體在回程管道69的下端排到流態床14中，那么可以減慢脈沖序列。
與上述操作方式不同，也可以使下部的閥70持久地處于開的位置，以使在返固管62進入反應器10的出口前的短距離內有一連續的氣流進入回程管道69中。
代替閥70～77或71～77對溫度的控制，使閥和由閥起作用的氣體脈沖對回程管道在當時位置上充滿的壓力進行控制成為可能。這兩種可能性壓力或溫度，其優點取決于當時的操作情況。噴嘴81由一般耐高溫的材料構成。對于閥70～77可采用商業通用的氣動調節閥。它的配置盡可能適合于回程管道69和沿回程管道69的大的距離，每米可配置1～3個噴嘴。噴嘴81在回程管道的范圍內一般配置得較多，該范圍不是垂直通過的。回程管道69的直徑例如可計20厘米。
吹入回程管道中的氣體流量很小。這樣在要吹入的氣體和由氣化反應器產生的氣體產物之間的流量比約可達到2∶500。
權利要求
1.在一流態床中使用氣化劑在高壓下由固體燃料制造含氫和一氧化碳氣體的方法，這種方法是在流態床的下部設置一由固體氣化殘留物組成的固態床，從中排出固體氣化殘留物，并在流態床的上部設置一再氣化室，產生的氣體從再氣化室中排出，并通過一分選機輸出，其中至少有一部分帶入的固體顆粒被分選出來，并通過一回程管道回流到流態床中，這時氣體產物在至少是粗選的狀況下排出分選機，并至少在一個位置上為了疏松位于回程管道中的固體顆粒，在回程管道中吹入氣體，其特征在于氣體以脈沖形式吹入回程管道中。
2.根據權利要求
1的方法，其特征在于氣體在若干個、回程管道縱向方向按距離分開配置的位置上吹入回程管道中，至少有一部分氣流以脈沖形式吹入回程管道中。
3.根據權利要求
2的方法，其特征在于吹氣位置按時間變換氣體以脈沖形式吹入，從在回程管道縱向方向上設有一距離的兩個吹氣位置起，到接近于反應器位置的吹氣位置，氣體吹氣的開始比距離反應器位置遠的吹氣位置要早。
4.根據權利要求
1的方法，其特征在于吹入氣體流量取決于位于回程管道中的固體流量。
5.根據權利要求
2的方法，其特征在于氣體脈沖的數量取決于位于回程管道中的固體的流量。
6.根據上述權利要求
之一的方法，其特征在于一次脈沖的時間達到0.1～2秒，最好1秒。
7.根據上述權利要求
之一的方法，其特征在于在兩次連續的脈沖之間有一次休息，休息持續1秒，最好0.1秒。
8.根據上述權利要求
之一的方法，其特征在于吹入氣體的速度或流量以及氣體脈沖的數量的控制取決于回程管道中的溫度。
9.根據權利要求
1的方法，其特征在于一種惰性氣體如CO2和/或再循環的氣體產物吹入回程管道中。
10.用于由固體燃料在高壓下使用氣化劑制造含氫和一氧化碳氣體產物的氣化反應器設有一流態床、一位于流態床下部由固體氣化殘留物組成的固體、一用于向反應器中輸入燃料的設備、一配置在流態床上部的再氣化室、一用于分選氣體產物中所含有的至少一部分固體顆粒以及一用于對分選出來的固體顆粒通入反應器中的再循環的管道，其特征在于回程管道69至少在它與反應器10連接的范圍62內至少裝有一個用于一種氣體的吹氣噴嘴81。
11.根據權利要求
10的氣化反應器，其特征在于在回程管道69的縱向方向裝若干個按距離分開的吹氣噴嘴81，并連接有在輸入管道中用于噴嘴81的閥70～77，閥盡可能以脈沖形式將氣流吹入回程管道69中。
12.根據權利要求
10的氣化反應器，其特征在于單個或多個吹氣噴嘴81的控制取決于回程管道69的溫度。
專利摘要
在一流態床14中由固體燃料制造含氫和一氧化碳氣體65的方法，氣體產物65中含有的固體顆粒在一旋分器52中分選出來，并通過一回程管道69回流到流態床中。回程管道69裝有吹氣噴嘴81，通過這些噴嘴可向回程管道以脈沖形式給出氣流78，以便疏松位于回程管道69中的固體顆粒。氣流78的輸入可按時間變換，氣體78從兩個相鄰吹氣位置81通過配置在遠離于反應器10的吹氣位置81的吹入比位于反應器10附近的吹氣位置81要遲。
文檔編號C10J3/54GK87103895SQ87103895
公開日1987年12月16日 申請日期1987年5月27日
發明者約翰內斯·蘭貝茨, 沃爾夫岡·哈·阿德爾霍赫, 阿爾弗雷德·古斯塔夫·米特爾施泰特, 沃爾夫岡·赫爾曼 申請人:萊茵褐煤露天礦股份公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan