具有殘留物排出裝置的氣化設備的制作方法

專利名稱：具有殘留物排出裝置的氣化設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于對微粒的至灰塵狀的燃料或者液體的燃料進行氣化以產生 合成氣的方法，所述合成氣也就是包含作為主要組分的CO和H2的氣體，其中，殘留物在熔 融液態的狀態下從氣化反應器中排出并且通過借助水的冷卻而凝固
背景技術：
在對精細粉碎的燃料(例如由煤、石油焦炭、生物廢棄物或者生物燃料等組成的 灰塵狀的燃料)或者對液態的廢料(例如油、焦油、提煉殘留物以及其他的液體殘留物)進 行氣化的情況下，在超過所使用的燃料的灰熔點的溫度下，殘留物以液體形式出現。熔融液 態的殘留物聚集在氣化反應器的下面的端部并且通過排出口排出。在此，常見的是，熔化的 殘留物落入到水浴槽中，其在水浴槽中驟冷并且形成顆粒。其中，形成玻璃狀的材料。與在 增高壓力下的氣化相關聯，由DE23 42 079 C3和US 4 328 006 A公知，能夠將氣化反應器 和位于其下方的水浴槽設置在共同的壓力容器中。在該裝置中，壓力容器壁包圍在殘留物 出口與水浴槽之間的間隙。此外公知，壓力容器既沒有被加內襯也沒有被冷卻。在所描述 的裝置中，因此要采取保護措施，即從反應器出來的熱的殘留物、氣體或者其他顆粒不導 致壓力容器壁的加熱或者損壞。在Future Energy公司的專利US 2007 0062 117中，合成氣連同殘留物通過殘留 物排出口向下排出。壓力容器在此通過以下方式被保護而防止高溫，即直接在排出口的下 方通過注入水而實現合成氣和殘留物的冷卻。除了注入水之外，為了防止壓力外罩的腐蝕 和侵蝕設有一個耐磨外罩。在Texaco公司的專利EP 0 377 930中，合成氣同樣連同殘留物從殘留物排出口 中排出。在EP 0 377 930中合成氣的冷卻通過如下方式實現，即其連同殘留物通過浸入 豎管導入到水浴槽中。浸入豎管在此同時用于壓力容器的保護。浸入豎管自身通過水膜進 行冷卻并且被保護以防止固體物質的沉積。在US 2007 0062 117和EP 0 377 930中所描述的方法具有下述的缺點，S卩其只 能用于下述的氣化過程，在所述氣化過程中，合成氣連同殘留物通過殘留物排出口排出。在具有合成氣和殘留物的分開的排出裝置的氣化爐中，此外必須要注意的是，不 發生殘留物排出部的冷卻。殘留物排出部的冷卻可能導致殘留物的過早凝固(也就是導致 堵塞殘留物排出部)并且因此導致運行干擾直至導致整個設備停止運轉。在US 2007 0062 117和EP 0377 930中所描述的方法中，連同殘留物出現的合成氣確保在殘留物出口處的 持續足夠高的溫度。這在具有用于粗煤氣和殘留物的分開的排出裝置的氣化爐中是不可行 的，因為在殘留物排出口下面不存在受迫氣流。前述方法因此不能用于具有合成氣和殘留 物的分開的排出裝置的氣化爐。對于殘留物排出部的設計的方法技術性的要求在于，將進 入周圍環境的熱損失最小化并且因此防止殘留物的提前冷卻/凝結。而在緊挨殘留物排出 部的附近設置強化冷卻的(“冷的”)環繞壁將導致排出區域的不期望的冷卻。當殘留物顆 粒化(凝固)的情況下產生水汽并且在所述水汽上升至下降豎管的區域中的情況下發生進一步的熱量減少。水汽僅可 以通過殘留物排出部從上述豎管中離開并且在此同樣使排出的 殘留物冷卻。在具有合成氣和殘留物的分開的排出裝置的氣化裝置中，殘留物排出豎管得以實 現，如在US 5 441 547,US 5 803 937或者EP 0 318 071中所看到的那樣。殘留物排出豎 管將殘留物排出裝置與水浴槽連接并且因此保護壓力容器壁而免受過高的溫度。殘留物排 出豎管在此能夠伸入水浴槽中或者終止于稍微高于水浴槽處，從而建立在殘留物排出豎管 和壓力容器壁與殘留物出口之間的環形室之間的壓力平衡。在EP 0 318 071中已知一種殘留物排出豎管，其延伸直至水浴槽的上方不遠處。 此外，在殘留物排出豎管的下面的端部設置有具有用于潤濕殘留物的噴淋裝置的環。由EP 0 318 071的附圖已知，殘留物排出豎管的壁不設置有冷卻裝置。這種實施方式的缺點在于，所述豎管的壁承受很高的溫度，這會導致壁的損壞并 且因此導致運行干擾。此外，在殘留物排出豎管的下面的區域中可能在壁上形成沉積物，因 為其可能與來自噴嘴環的水相接觸。在此，在噴淋錐的邊緣區域形成過渡區域，在該過渡區 域中，所述壁時間上交替地處于“干燥”或者“濕潤”狀態。在這樣的區域中，根據經驗存在 用于形成積垢的固體沉積的明顯趨勢。即使在所述壁以耐熱材料實施有附加的內襯的情況 下，殘留物排出豎管也承受較高的溫度，因為所述壁在環形室的上方沒有經歷足夠的冷卻。 除了在使用耐熱材料的情況下增大沉積的危險之外，由于與噴淋水的接觸耐熱的內襯會開 裂并且剝落。于是內襯的落下的部分可能導致在水浴槽中的阻塞或者在后續的殘留物排出 系統中的阻塞。在WO 2006 053 905中描述的殘留物排出豎管中涉及具有施加耐熱的內襯的隔 膜壁的豎管。所述隔膜壁由冷卻介質穿流過，從而確保所述壁的充分冷卻。殘留物出口的 冷卻通過耐熱的內襯而得以避免。然而，所述壁的位于噴嘴上方的部分沒有隔熱物質，從而 避免隔熱物質的部分的剝落。在殘留物排出豎管的下方具有用于水浴槽的容器，在其上棱 邊處具有用于對殘留物進行潤濕的噴嘴環。在噴嘴環和殘留物排出豎管之間設置有間隙， 以便在反應器和環形室之間建立壓力平衡。噴嘴環的水噴嘴除了對殘留物進行潤濕外此外 還保證對不處于水浴槽中的容器壁進行冷卻和潤濕。容器壁的不處于水浴槽中的部分在此 必須以如下方式選擇，即水平面在水位波動的情況下不上升至噴嘴環或者環形間隙。在WO 2006 053 905中描述的結構的缺點在于交替地干燥和濕潤的壁。屬于上述 壁的是殘留物排出豎管的不實施有內襯的區域以及水浴槽的容器壁的不被水所覆蓋的部 分。在這些表面上，在上述情況下根據經驗會形成被烘烤而成的(verbackene)固體沉積 物，其最終會導致運行干擾。此外，在將水注入到殘留物排出豎管中的情況下，由于形成了 水氣而存在對殘留物排出開口進行冷卻的增加的風險。此外，水的注入以及殘留物排出豎 管的未加襯隔膜壁引起對殘留物排出口的附加的冷卻效果，所述冷卻效果在上述實施方式 中僅通過在較冷的表面與水注入裝置之間的足夠的距離而得以被降低。

發明內容
本發明的目的因此在于，提供用于在溫度高于燃料的灰熔點并且壓力為0. 3至 SMPa的情況下對液態的或者精細粉碎的固體燃料進行氣化的殘留物排出裝置，其沒有上述 的缺點。
本發明通過下述裝置來實現上述目的，在所述裝置中， 氣化反應器和水浴槽設置在壓力容器中， 水浴槽設置在氣化反應器的下方，
氣化反應器以如下方式構造，即〇所產生的合成氣在反應器的上面的區域中排出，〇在反應室的壁上凝聚液態的殘留物，所述液態的殘留物能夠自由流下，而殘留 物的表面不凝固，〇在所述反應室的下側上具有帶滴落棱的開口，液態流下的殘留物在所述滴落棱 處能夠滴落， 在所述開口的下方連接有殘留物排出豎管，所述殘留物排出豎管伸入到水浴槽 中，其中，〇所述殘留物排出豎管的壁的上部部分由冷卻介質穿流過并且在豎管內側上完 全涂覆有耐熱的隔熱物質，〇所述殘留物排出豎管的壁的一直伸入到所述水浴槽中的下部部分在內側上覆 有水膜并且氣密地與所述上部部分連接，〇殘留物排出豎管的所述下部部分和所述上部部分以如下方式彼此連接，即下 部的壁的水膜不與由冷卻介質穿流過的壁或者所述隔熱物質相接觸。氣化在此優選在懸浮物中在小于50kg/m3的微小的顆粒裝載量 (Partikelbeladung)情況下(不在流化床中)借助含氧的氣化劑并且在溫度高于殘留物熔 點的情況下在增高的壓力下進行，其中，在壁上析出的殘留物通過在底部上的開口離開氣 化器并且所產生的合成氣通過頂部排出。在本發明的構造方式中設置為，作為固體燃料使用煤、石油焦炭、生物廢棄物、生 物燃料或者粉碎形式的塑料。固體燃料的直徑不應超過0.5mm。首先，固體物質在一個或 者多個并列的閘斗倉裝置中借助不可液化的氣體如N2或者CO2加壓，所述壓力比氣化壓力 高2bar至lObar。然后，固體物質氣動地從一個或者多個存儲容器輸送到氣化器中，優選以 高密度氣流輸送的方式。作為液體的燃料可以使用油、焦油、提煉-殘留物以及類似水的懸 浮物。大多數液態的燃料可以泵入到氣化器中，僅在磨粒性的液體的情況下優選通過壓縮 氣體進行帶入以及升高壓力。將固體的和液態的燃料進行混合同樣也是可能的。可燃的或 者含有污染物的氣體會輸入到氣化器中。在較高的氣化溫度下，污染物被熱分解，其中，固 體反應產物夾雜在氣態的殘留物中并且氣態的產物作為簡單的分子，如H2、C0、N2、HC1或者 H2S離開所述氣化器。在本發明的另外的構造方式中設置為，氣化反應在塵霧或者液霧中進行。燃料和 氣化劑到氣化器中的輸入可以通過至少兩個在氣化反應器的側壁上通過單獨固定而安裝 的燃燒器而進行。氣化劑可以在進入反應器之前通過燃燒器的導向板或者專門的構造而具 有渦流運動。在本發明的另外的構造方式中設置為，將水注入環形室中，以用于水膜。環形室在 此安裝在殘留物排出豎管的上部部分后面。所述環形室將殘留物排出豎管的上部部分和下 部部分氣密地連接。注入到環形室中的水通過彎曲的滴落棱從環形室中流出并且在殘留物 排出豎管的下面的壁上形成完全覆蓋的水膜。所述水膜在此不與所述壁的上部部分的接觸，從而該部分能夠完全以耐熱的隔熱物質加內襯。
在此設置為，液膜借助環形的溢流杯形座形成，液體在圓周方向上沿切向輸送到 所述溢流杯形座。在有利的構造方式中設置為，液膜在溢流杯形座的溢流元件上形成，該溢 流元件的垂直剖面是至少45°的圓弧，該圓弧連續地并且平滑地過渡到所述壁的向下伸入 到水浴槽中的部分中。在此“平滑”是作為數學曲線可區分的一種曲線形狀。實踐中溢流 元件可以構成為溢流堰部。在此，特別有利的是，溢流元件是至少90°的圓弧，所述圓弧連 續地且平滑地過渡到所述壁的向下伸入到水浴槽中的部分中。沒有水滴從完全覆蓋的水膜逸出并且水膜的表面積要比由噴嘴產生的水滴譜小 多個數量級，由此，主要通過氣化產生的冷卻效果是微弱的。殘留物滴落棱邊的周圍因此保 持無水滴的并且保持熱的，從而能夠排除殘留物直接在滴落棱邊處的凝固，這是本發明的 一個優點。因為氣體在殘留物排出豎管中以這種方式保持干燥，同樣在那里沒有通過水氣 化在壁上形成沉積物。與通過對殘留物排出豎管的上部的壁完全加內襯而實現的降低的冷 卻效果一起，也使殘留物排出豎管的小的結構高度成為可能。在本發明的其他構造方案中設置為，在反應器的下方設置的水浴槽中產生循環 流。


下面借助一個實施例詳細闡述本發明。圖1以縱剖面圖示意示出氣化設備的根據本發明的殘留物排出裝置。但本發明并 不限于該實施例。
具體實施例方式燃料的氣化通過含氧的氣化劑在壓力為(0.3-8MPa)并且在高于溫度為 1200-2500°C的灰熔點的情況下在反應室4中實現。燃料、反應劑和選擇性地待清除的廢料 通過至少兩個在側面設置的燃燒器輸送。液態的、在反應室4的壁上沉積的殘留物沿著所述壁流向流出口 11，并且從滴落 棱12落下并且作為液滴或者射流落入到水浴槽10中。所產生的含灰塵的氣體通過頂部從 所述反應室4中排出。在反應室4的下部上連接有隔膜壁2。該隔膜壁2為了避免殘留物流出口 11的冷 卻完全設有耐熱的隔熱物質3。在隔膜壁2上又連接有通過環形夾6連接的浸入豎管5，該 浸入豎管5 —直伸入到水浴槽10中。該浸入豎管5在該實施例中實施為簡單的金屬板材 壁。隔膜壁2和浸入豎管5將壓力容器壁1和殘留物排出裝置彼此分離，從而在壓力容器 壁和去除豎管之間形成環形室13。在反應室4和環形室13之間的壓力平衡在該實施例中 通過水浴槽10來實現，該水浴槽與反應室4和環形室13相關聯。其他的壓力平衡通過未 示出的在反應室4上方的氣體驟冷裝置實現。為了冷卻并且避免形成沉積物，浸入豎管5的未處于水浴槽中的部分由全覆蓋式 的水膜8穿流過。水膜8在環形室6中生成，該環形室設置在浸入豎管5的上棱邊和隔膜 壁2的背側上。環形室6以這種方式氣密地將隔膜壁2和浸入豎管5彼此連接。水通過供 水裝置7被引入到環形室6中。供水優選沿周向方向(切向)進行，以避免固體物質的沉淀。水接著通過優選設計為彎 曲的滴落棱的溢流堰部9從環形室6中流出，并且于是在浸 入豎管5的壁上形成全覆蓋式的水膜8。在此，溢流和水膜8以如下方式構成，S卩在水膜8 和隔膜壁2或者內襯3之間不存在接觸。附圖標記列表1.壓力容器壁2.隔膜壁3.隔熱物質4.反應室5.浸入豎管6.用于水注入的環形室7.用于水膜的水輸入管線8.水膜9.用于水膜的溢流堰部10.水浴槽11.流出口12.滴落棱(Ablaufkante)13.環形室
權利要求
用于將殘留物從反應器中排出的裝置，所述反應器用于在溫度高于燃料的灰熔點并且壓力為0.3MPa至8MPa的情況下將液態的或者精細粉碎的固體燃料進行氣流床氣化，其中，●氣化反應器和水浴槽設置在壓力容器中，●所述水浴槽設置在所述氣化反應器的下方，●所述氣化反應器以如下方式構造，即○所產生的合成氣在反應器的上面的區域中排出，○在反應室的壁上凝聚液態的殘留物，所述液態的殘留物能夠自由流下，而殘留物的表面不凝固，○在所述反應室的下側上具有帶滴落棱的開口，液態流下的殘留物在所述滴落棱處能夠滴落，其特征在于，●在所述開口的下方連接有殘留物排出豎管，所述殘留物排出豎管一直伸入到所述水浴槽中，其中，○所述殘留物排出豎管的壁的上部部分由冷卻介質穿流過并且在豎管內側上完全涂覆有耐熱的隔熱物質，○所述殘留物排出豎管的壁的一直伸入到所述水浴槽中的下部部分在內側上覆有水膜并且氣密地與所述上部部分連接，○殘留物排出豎管的所述下部部分和所述上部部分以如下方式彼此連接，即下部的壁的水膜不與由冷卻介質穿流過的壁或者所述隔熱物質相接觸。
2.按權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述壁的伸入到所述水浴槽中的下部部分 向下伸入所述水浴槽的最低允許水位之下至少0. 5m。
3.按權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述壁的伸入到所述水浴槽中的部分比所 述上部部分具有更大的直徑。
4.按權利要求1所述的裝置，其特征在于，在所述上部部分和所述下部部分之間的氣 密的連接設置在所述上部部分的背側上。
5.按權利要求1所述的裝置，其特征在于，對所述下面部分的內側進行潤濕的液膜在 所述上部部分和所述下部部分的重疊區域中形成。
6.按權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述液膜借助環形的溢流杯形座生成，液體 在圓周方向上沿切向被輸送給溢流杯形座。
7.按權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述液膜在所述溢流杯形座的溢流元件上 生成，所述溢流元件的垂直剖面是至少45°的圓弧，所述圓弧連續地并且平滑地過渡到所 述壁的向下伸入到所述水浴槽中的部分中。
8.按權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述溢流元件構造為溢流堰部。
9.按權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述溢流元件是至少90°的圓弧，所述圓弧 連續地且平滑地過渡到所述壁的向下伸入到所述水浴槽中的部分中。
全文摘要
用于將殘留物從反應器中排出的裝置，所述反應器用于在溫度高于燃料的灰熔點并且壓力為0.3MPa至8MPa的情況下將液體的或者精細粉碎的固體燃料進行氣流床氣化，其中，氣化反應器和水浴槽設置在壓力容器中；所述水浴槽設置在所述氣化反應器的下方；所述氣化反應器以如下方式構造，即所產生的合成氣在反應器的上面的區域中排出，在反應室的壁上凝聚液態的殘留物，所述液態的殘留物能夠自由流下，而殘留物的表面不發生凝固，在所述反應室的下側上具有帶滴落棱的開口，液態流下的殘留物在所述滴落棱處能夠滴落；其中，在所述開口的下方連接有殘留物排出豎管，所述殘留物排出豎管一直伸入到所述水浴槽中，所述殘留物排出豎管的壁的上部部分由冷卻介質穿流過并且在豎管內側上完全涂覆有耐熱的隔熱物質，所述殘留物排出豎管的壁的一直伸入到所述水浴槽中的下部部分在內側上覆有水膜并且氣密地與所述上部部分連接，殘留物排出豎管的下部部分和上部部分以如下方式彼此連接，即下部的壁的水膜不與由冷卻介質穿流過的壁或者所述隔熱物質相接觸。
文檔編號C10J3/52GK101959997SQ200980107561
公開日2011年1月26日 申請日期2009年2月13日 優先權日2008年3月5日
發明者C·漢羅特, E·庫斯克 申請人:猶德有限公司