CN101903501A - 高碳物质连续气化的自热方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在竖立处理室(100)中用于连续气化高碳物质(14)的自热方法，该处理室具有煅烧区(C)和氧化区(D)，在该氧化区中被煅烧过的高碳物质利用含氧的气体实现氧化，其中气态的反应产物在竖立处理室(100)的上侧(G)被抽走。这种竖立处理室设计成竖窑炉(100)的形式，该竖窑炉被一种本身不被氧化的、循环地被导引的散料(13)连续地从上向下流过。高碳物质(14)在进入竖窑炉入口(3)之前被添加到散料(13)中，所述含氧的气体至少部分地在氧化区(D)下方和/或中导入，由此促成上升的气流。含氧的气体至少部分地在竖窑炉(100)的下端(4)引入，从而形成再冷却区(F)，在其中将散料冷却到低于100℃的特征温度。

Description

高碳物质连续气化的自热方法
技术领域
本发明涉及一种用于在竖立处理室中用于连续气化高碳物质的自热方法，该处理室具有煅烧区和氧化区，在该氧化区中被煅烧过的高碳物质利用含氧的气体实现氧化，其中气态的反应产物在竖立处理室的上侧被抽走，这种竖立处理室设计成竖窑炉的形式，该竖窑炉被一种本身不被氧化的、循环地被导引的散料连续地从上向下流过，高碳物质在进入竖窑炉入口之前被添加到散料中。
背景技术
这类方法早已熟知，例如在对流式气化器中就采用了这些方法。按这些方法，朝向气化器底部移动的碳产物或者还有一种生物体被逆流的所产生的过程气体绕流而过。所产生的过程气体可以直接被燃烧或者用于合成法。上述这种方法的缺点在于：通过所供给的高碳物质固然可以自供热地执行该方法，但过程气体在很大程度上依赖于所供给的高碳物质，从而相应地很难控制该方法。该方法完全不适合于被污染的高碳物质的处理，例如含氟和含氯的塑料、被污染的废弃物、药物等。
已知在电低身竖炉中使用废弃物，于此在很高温度下，在能源上比较有利地进行电石、硅铁、铬铁等的生产。这样一种方法当然不是自供热地工作的，而是需利用自燃的或自烧结的空心电极投入可观的能源以产生所需的高温。这种方法例如在DE 10 2006 023 259A1中做了介绍，它直接地与上述物质的生产相关联。
开头述及的那种方法原则上也可用于煤碳气化，其中在采用煤碳时通常可省去煅烧区的设置。
从原则上说，为了实现高碳物质的气化，也知道他热式的方法，这些方法如在之前提到的专利文件中述及的，需有外部的能源供给。为了实施他热式的气化方法，往往须使用流化床反应器，例如在DE 3635 215中所公开的。其缺点是：为了保持流化床稳定，为了独立于该方法产生所需的二次能源，技术上是很复杂的，同时要掌握对所用物质的特定物理性要求例如密度、输送状况、扬尘状况和颗粒度，也是很困难的。已知在采用他热式方法时，也可采用转筒式反应器，如在专利文件DE 2844741中所介绍的。由于反应气体在转筒式反应器中的停留时间短，所以不能调定最佳的气体平衡，从而会产生大量的低值气体。
从原则上说，自热式气化方法是有利的，这类方法可提供富含一氧化碳的气体，这些气体的氢含量可以通过所使用的碳载体的氢含量和必要时通过向气化过程中添加水的方法加以确定和加以调节。其中为气化所需的热能可以所用原料的部分氧化中获取。
即使采用自热式气化方法，也可以采用流化床反应器，例如在专利文件DE 44 27 860中所介绍的。在该专利中力图将碳载体尽可能变细，并在气相中加以氧化，以便在短的停留时间内使之完全转化为一氧化碳。为此需要一个很费事的碳载体粉碎处理，其中不可能使用含塑料的物料流，因为这类物料流在气相中有粘结或形成小滴的倾向。
在自热式气化方法中采用转筒式反应器工艺，由于气体的停留时间短，所以是很困难的，而且要求复杂的反应器结构，如在DE 32 16836 C2中所介绍的。
自热式煤碳气化所用的设备例如在DE 32 41 169C2中公开介绍了，但通常不许使用例如含塑料的废弃物。为了能够实现后一要求，例如由DE 196 09 721和DE 43 26 484提出了不同的方法，但是这也导致产生许多问题：在向反应器中供给塑料方面的问题，由于熔接而引起反应器移位的问题，不可气化的残留物、已产生的气体中油和焦油沉积、长的清理停工时间、二氧化物和呋喃的形成，以及由于氯或氯化氢造成的腐蚀等问题。
在依次连接的反应器中分多级进行的有机物气化，例如在专利文件DE 199 45 771 C1或DE 197 55 693 C1中公开过，使用一种热载体介质。这种多级的气化方法要求一个复杂的换热系统，与方法相关联的废气排放限制了针对重金属含量的物料品质的使用和其它与排放相关的有害物质的物料品质的使用。最后还有一点是都知道的，就是含碳物质须在一个固定床式反应器中进行气化，以便随后在高压下在一个烟道流反应器中进行再气化。这样，还能够对含氯的烟道流例如含有高PVC-成份(聚氯乙烯成份)的烟道流以及对含有高污染物成份如重金属或其它有害物质的碳载体进行处理。这种气化方法例如在DE100 31 501A1中做了介绍，其缺点也在于对物料的很费事的预处理，这种处理例如在DE 101 42 290 A1中单独做了说明。高度的技术复杂性例如也是通过特定的解决方案加以阐明的，这些方案涉及到物料供给，防止原气体波动(亦可参考DE 10 2004 001 708A1)或避免原气体区域内的沉积(例如可以参考DE 103 30 512 A1)。
为了实现氯化氢的中和。过去通常需要一种复杂的急冷系统，为此可参考DE 43 09 493C2，以便避免对设备的腐蚀损害。
开头述及的那一种方法已在AT 387 786 B中公开了。在该专利中，将一种惰性散料循环地引导通过竖窑炉。物料被有意地有高温度地被导回，以便能够在分开的干燥装置中进行干燥。从竖窑炉中取出的散料的高余热不允许使用某些高碳含量的物质，例如某种塑料，这是因为这些物质在入炉之前会粘合散料，从而会中断散料流。还有可能发生不可控制的预反应和相应的有害物质形成。这种方法是在多个在空间上分开的区域中开始执行的，所以需要相应的运输装置来运送散料，而且要控制气态的副产物也是有困难的。
发明内容
本发明的任务在于如此改进开头述及的那种方法，使得它对使用不同质量的高碳物质反应不敏感，而又不明显提高费用。
根据本发明，上述任务是通过开头述及连续的方法加以解决的，其中所述含氧的气体至少部分地在氧化区下方导入，由此促成上升的气流，其中在氧化区的下方通过上升的气体将散料和灰份产物在余热区中冷却到直至450℃，并且此外含氧的气体至少部分地在竖窑炉的下端引入且在位于余热区下方的再冷却区中以逆流的形式将散料在从竖窑炉中取出以用于能量回收之前一直冷却到低于100℃的特征温度(Eigentemperatur)。
事实已证明：通过含碳物质与一种基本上为惰性的散料的混合，并且通过将这一种由散料和含碳物质形成的混合物在一个竖窑炉中在逆流的上升气体的情况下引导，高碳含量的物质便可自热地气化，在此情况下不存在对所用的含碳物质的质量的特殊要求。只须注意的是：所供给的含碳物质的量应是足够的，借以在竖窑炉中严格保持自热平衡。事实已证明：可以添加其边长直至40cm的高碳物质，而不会妨碍工艺过程。
对工艺过程具有特别意义的是散料，这种散料一方面具有一种热载体介质的功能，另一方面它也起着运输介质的作用，运输介质将高碳物质输送到氧化区以实现其最终气化，然后将作为灰份的气化残余物送到竖窑炉的下端的出口处。其中另一项重要的事是：一种散料是透气的，因此可以让上升的气流通过，从而可以在各个反应区中实现作为热载体介质的散料和上升的气体流之间的热交换。
为了达到氧化区下方的散料和灰份的能量回收和冷却的目的，在一个余热区中，通过利用含氧气体的直接冷却将散料流冷却到一个约为450℃的特征温度，其中针对为本方法供给水的情况而言，优选是在余热区的范围内进行，这时产生的水蒸气上升，并在氧化区的范围内参与合成气体反应。
为了改善能量平衡和为了简化在竖窑炉的下部区域中须取出的散料的处理，将含氧气体至少部分地在竖窑炉的下端供给，从而在余热区下方的一个再冷却区中以逆流的方式将散料在从竖窑炉中取出之前一直冷却到一个100℃以下的特征温度。这样，完全可能的是，在散料重新进入竖窑炉之前向散料供给对温度敏感的塑料、沥青、沾染了油的土、纤维质碎片(Shredderleichtfraktion)等，而不会使上述之物不可控制地反应或者通过粘结而妨碍散料流。
最后，散料的纯机械性质也起着一定作用，其中其颗粒度优选不大于20cm，特别是优选在1至8cm的范围内。散料的粒度通过机械性的剪切分离亦可防止含塑料物质的粘结，从而可以实现在氧化区中所有被供给的含碳物质的完全气化。
作为散料，至少可以部分地使用具有上述颗粒度的矿物材料、陶瓷材料或金属材料，和/或使用矿物性的煅烧产物如CaO，但也可使用煅烧产物的前体如石灰石。CaO的优点在于它也适合于化合在物料流中所含的卤素，这些卤素与钙起反应并作为无害的氯化物或氟化物出现。为此，特别有利的做法是，将散料的一部分设计为其粒度小于2mm的细料，其中这些细小的颗粒至少部分地可随着气体流上升，并必要时可以在竖窑炉的上侧加以滤出。所产生的粉尘也可以完全地或部分地引回到散料循环中。在使用石灰石作为散料的情况下，优选将氧化区中的温度调到如此的低，使石灰石不发生完全焙烧，而仅在石灰石原体上形成一个薄的CaO层，从而保持其对卤素的化合能力，不致于产生大量CaO。石灰石本身比CaO具有更高的机械承载能力。
有可能进入工艺过程中作为物料流污染物的重金属，通常可能保留在散料的循环中，但在滤尘中积聚很多时可从该工艺方法中将部分流提取出来或加以消除。
利用CaO(即使作为石灰石上的薄层)与卤素相结合的能力以及有控制地利用物料分离重金属的能力，也允许设计出一个特定方法作为有关塑料例如PVC的废料处理方法，也可以作为受到污染的木材、沥青、沾染有油的泥土、薄膜片、作为汽车回收物残余的纤维碎杂物等等的废料处理方法。
视所用的高碳物质的类型而定，根据本方法的进一步设计，在煅烧区上方散料流可利用逆流的上升气体在加热到20℃～100℃的特征温度的同时在一个干燥区中首先加以干燥，然后直至到达煅烧区之前在被进一步加热到100-450℃的特征温度的同时在一个预除气区中加以预除气。
如所述及的，上升的气体流为干燥和预除气提供所需的能量，该逆流的气体流被冷却到较低的温度，然后才在竖窑炉的上侧加以排除。
在煅烧区的范围内，随后将由散料和高碳物质组成的物料流进行加热，达到一个1200℃的特征温度。
根据所供给的高碳物质和所希求的气态反应产物的成分，也可有意地直接向氧化区中添加水。
按本发明的一个特别优选的实施形式，所产生的气体在其在竖窑炉的上侧被排除之后，在一个烟道流(Flugstrom)-再气化区中在水蒸汽的伴随下被再处理。
所排出的气体是一种气体混合物，包含在氧化区中产生的气体(至少有CO和H2)和从预除气区中来的气体，其中除了气态的碳氢化合物之外还可能有与该气体相混合的烟灰。在采用空气作为氧化气体的情况下，所产生的气体也含有相应的氮成份。这种烟灰是由此引起的，即在预除气区中在一个比较低的温度下业已发生碳氢化合物的分解，但在该处存在的温度及停留时间都不足以使之能完全分解成合乎理想的反应气体CO、H2和其链长小于C4的碳氢化合物。通过烟道流再气化器，于是可使仍然存在的长链的碳氢化合物分解，从而随后产生一种理想的由CO、H2和其链长小于C4的碳氢化合物组成的合成气体作为本方法的最终产物。这种合成气体可以有许多已知的用途。举例来说，用于燃烧室中的燃烧，其中所产生的热气体可用于热气透平机和/或蒸汽透平机的驱动，用于发电；和/或水蒸汽可用在热处理过程中作为加热介质。这种合成气体可以通过过滤和/或气体冷却加以净化，和作为加热气体用在热处理过程中，例如用于燃烧竖窑炉的燃烧和/或用于煤气发动机中的发电。在此一个大的优点在于：这种合成气体也可以从生物体中制取，从而例如在石灰制造过程中可以显著改善CO2-平衡，而在这些过程中迄今只能限于使用具有某些性质的生物体。
经过净化处理的合成气体也适合于通过部分液化而分解成其成分，其中也可以通过使用压力-转换-吸附工艺来获取纯的包含在该合成气体中的成分。最后，经过净化处理的合成气体或者其成份中的一个也可完全地或部分地用于合成化学的基本产物或中间产物，这与开始时为处理过程供给何种原料作为含碳物质没有关系。
为了在烟道流-再气化区中达到所要求的水蒸汽存在，可以通过添加水或水蒸汽或通过在干燥区中逸出的水蒸汽来达到此目的。
本方法可以毫无问题地在接近环境压力的压力条件下执行，其中在-200mbar至1000mbar(ü)范围内的压力范围已被证明是特别合适的。特别有利的做法是：在本方法的范围内，在竖窑炉中产生一个负压，这种负压可以防止：气态的最终产物或中间产物在没有严格的密封情况下，例如在供给导管或调节机构的范围内，也可能从竖窑炉中逸出的现象。这种负压例如可以通过一种抽吸装置来加以建立，该抽吸装置也可用于吸除气态反应产物。
优选将全部工艺区从干燥到再冷却都安排在唯一的一个室中，从而不需要在各区之间配置运输装置。为原料供给，优选采用一种安置在竖窑炉的上侧上的水冷却的重力滑槽，其没有配件和活动的部件。可省去附加的排放点，如按其它方法为了调节在工艺中作为散料、反应物或涉及的物料可能是需要的。
为了避免在采用CaO作为散料的情况下在氧化级中形成碳化物，已证明该方法的一种温度导控是有利的，在这个区中该温度导控在1800℃以下。
优选在氧化区中有目地供给含氧的气体和/或燃料。这一点可以在点火的时候即本方法起动的时候执行，但也可以为了控制竖窑炉中各个区的位置、大小和温度而执行。这样就可防止产生下述现象：各个区移位；工艺所用的温度水平达到不利的值；或边缘区过热，从而消散，使工艺方法中断。在理想的情况下燃料供给不是必须的。
附图说明
下面将参照附图就本发明的一个实施例做详细说明。附图表示：
图1一种用于气化高碳物质的竖窑炉的示意图；
图2图1所示竖窑炉的示意图，具有在下游的对处理气体的利用。
具体实施方式
图1表示一种竖窑炉100的示意图，该竖窑炉就其结构类型基本上相当于一种煅烧竖窑炉，如在烧结工艺中大型技术上所用的。该竖窑炉在执行本发明时用作为气化反应器。为此，竖窑炉100被连续地供给一种由高碳物质和耐火散料组成的混合物。该气化反应器的运行是如此加以调节的，使得本方法通过所用的高碳物质的氧化而自供热地顺利执行，这种氧化可以通过一种恒载燃烧器5、6、7得到支持，尤其是对于本方法的起动而言。
按所示的实施例，竖窑炉或气化反应器100是如此加以控制的，使得气化在七个不同的工艺区中进行。在经过一个散料柱1进入竖窑炉100中之后，与散料相混合的高碳物质首先进入到一个干燥区A，在此干燥区中在20至100℃的特征温度下得以干燥。随后，它们进入到一个预除气区B，在此除气区中它们在100至500℃的特征温度下通过除气而脱去挥发性成份。被预除气的高碳物质然后在也用作为热介质和运输介质的、向下运动的散料的作用下，进入一个煅烧区C，在此煅烧区中实现加热到直至1200℃的特征温度，然后在后继的氧化区D中通过供给含氧气体，在低于1800℃的温度条件下，将仍然存在的碳加以气化。在离开氧化区之后，含有灰份的耐火的散料在一个余热区E中通过利用含氧气体的直接冷却和/或必要时通过水的引入在产生水蒸汽的情况下被冷却到大约450℃，其中，原先在余热区下方在一个再冷却区F中的含氧气体作为散料的逆流被加热，另一方面该散料通过与在竖窑炉底部中导入的逆流的含氧气体而被冷却到100℃以下，以实现能量回收的目的。在竖窑炉100的底部上的含氧气体的输入管道8也代表气态逆流的开始，该气态逆流延伸通过前面所述及的所有工艺区。
如已述及的，在此在再冷却区F中和在沿气体运动方向后继的余热区E中，含氧气体首先被加热到450℃以上，之后在氧化区中(在可能继续直接供给含氧气体的情况下)实现碳化物或者以纯形式存在的碳的氧化。相应于氧化区D中的温度，反应气体进一步上升，并在煅烧区C中确保该处所需的温度水平。随后反应气体流过预除气区B，并在进一步冷却的情况下流过干燥区A，其中该反应气体在散料柱的上端出来之后是作为由来自氧化阶段的合成气体CO和H2、水蒸汽和碳氧化合物(特别来自预除气阶段B)所组成的混合物而存在的，在不利的情况下它除了含有粉尘之外，还会含有烟灰，这种烟灰是预除气区B中的分解过程的结果。为了提高反应气体的质量，因此在上反应器部分中配置了一个烟道流后气化区G，在该气化区中在500-1000℃温度条件下，通过供给氧气在水蒸气的伴随下热学再处理含粉尘和烟灰的气体，从而使之作为在质量上为高值的原始合成气体以用于材料性和/或热性用途。
通过高碳物质和耐火的散料的混合，业已证明在连续穿过竖窑炉100的情况下形成七个所述的区，这些区使得在一个适当的压力范围-200mbar至1000mbar(ü)的条件下能够实现一种极宽范围的不同碳载体的气化。迄今只有高纯度的碳载体如焦炭、煤、石油焦炭、无烟煤或废油能用于气化过程，而使用散料作为特别热载体和运输载体则也允许使用有机材料，其熔点和软化点在高于20℃和低于500℃的范围内。属于这一类材料的还有那些具有聚合结构的碳化合物，其中新的方法通过有目的地控制该材料或裂变产物的特征温度就能极大程度地减小含油或焦油类型的裂变产物的形成。通过利用部分氧化的自热方法，也就不会产生排放源，从而也可使用例如具有被较高重金属含量(如其油漆过的木料上产生)污染的高碳物质。
如所述及的，特别适合于作散料的是CaO，这种散料的粒度最高为20cm，其中已证明其粒度范围在1至8cm之间为特别有利。具有这种粒度的散料不仅可用作为热介质和运输介质，而且以其机械性质在竖窑炉100运行的过程中也可以有助于使高碳物质不发生结团或结块现象。经常处于彼此相对运动中的颗粒的机械摩擦确保这一点。
在采用CaO作为散料时还有另一个优点：它作为反应组分例如可用于卤素，而且在一定程度上抑制二氧化物、呋喃等的形成。这些有毒物质的形成还可通过以下措施抑制：在对这些物质的形成很要紧的温度范围内没有氧气作为反应组分。在此特别有利的做法是向散料添加一种细料成分，其粒度在毫米范围内和以下，例如其粒度为大约小于2mm至微米范围。这种细料具有一个很大的反应表面，部分地作为粉尘而存在于反应气体中，可以很容易将之从反应气体中过滤出来。
此外，散料在竖窑炉100的底部被取出，并利用一个循环导引装置13在供给新的高碳物质14的同时再次被送回到竖窑炉100。在这一区域中也可通过过滤例如将细粒过滤出来。
在气化聚合物特别是被污染的聚合物时，迄今是一个大问题，因为在高压下需要配件有特别仔细的密封；而所述的方法则可以有利地利用轻微的负压加以执行，优选在一个至-200mbar的范围内执行，在超压情况下理想地不超过1000mbar。在负压情况下，单单采用下述方式便可达到密封的目的：反应器的加料通过散料柱1来进行，该散料柱由于静态自重之故而加荷在反应器填料(Schüttung)上，从而不要其它配件便可与反应器加料装置2联通。在按已述及的将高碳物质掺合到散料中之后，该散料首先被送到一个散料接受器3。因为在反应器底4上连续地移走耐火的散料，散料连续穿过反应器底。这样，由耐火的散料和高碳物质组成的混合物便自动地从散料接受器3中向下滑入到反应器中，为此不需要配件或其它工艺控制装置。散料柱的高度是如此选择的，使它能够通过经填料而产生的其自身的压力损失而保证反应器气相对大气的密封。其中反应器在负压下的运转是特别有利的，因为反应气体的逸出现象被排除了。
热能的输入基本上是在氧化区D中进行的，其中所论及的基本功率是通过氧气5和燃料6如燃油、天然气或依照本方法的提纯的合成气体的配给，经过作为直接燃烧装置的燃烧器喷枪7而输入到填料中予以实现的。但主要的能量输入则是通过散料中原先已煅烧过的高碳物质的部分燃烧和通过经过反应器底8供给氧气或者还有单一空气予以实现的。恒载燃烧器7的任务在于确保在氧化区D中的反应组份的安全可靠的点火。
所产生的热气体基本上都是一氧化碳，但也含有氢，这些热气体流过反应器装料区从氧化区D向上流动，并用作为能源载体，以用于加热在氧化区D上方所设计的工艺区。
如已述及的，在干燥区A中，实际上大多含有水份的高碳物质在所含水份汽化的条件下被加热到一个达100℃的特征温度；与此同时，在后继的预除气区B中实现聚合的及有机的组份的热裂变。基于裂变所需的能量，在这里将该原料的特征温度的提高限制在约450℃。在这个区中，来自居于下方的各区中的热气体与由热裂变所产生的气体在此相混合。
氧化区D中的氧化是如此加以控制的，使得确保尚存在的未气化的碳完全氧化成一氧化碳。这种控制首先是通过有目的地调节流量经由连续移走在反应器底4上的散料来执行的，但必要时也可通过调节恒载燃烧器7或通过改变散料接受器3中高碳物质的份量来执行。
若希望供给水，则优选在余热区E的范围中，配置一个水供给装置9，水在450℃以上的温度条件下转化为热蒸汽，通过向上流动而被输送给氧化区D。来自氧化区D的处于逆流的热散料流被冷却。
代替新鲜水的供给，也可以供给在气体冷却装置10中聚积的冷凝液混合物，该冷凝液混合物基本上是由水和少量的高分子有机化合物组成的。这类化合物不影响本方法的过程，但会使该冷凝液混合物的清除处理困难一些。
经过余热区E和再冷却区F，可实现所述的有效的能量回收，其中耐火的散料被冷却到如此程度，使得灰份和细料可以经过一个过滤装置12或其它分离装置加以分离。粗的散料的已述及的在13处的循环导引可以在经过散料接受器3与新的高碳物质14相混合的情况下予以实现。粗散料的损耗例如是由机械磨损所造成的，可以通过新鲜的粗散料的配给15加以补偿。
在竖式煅烧炉的上部中，从氧化区D中出来的气体和从预除气区B中出来的气体混合成一种含有粉尘和烟灰的气体混合物，这种气体混合物在烟道流再气化区中于500-1000℃的温度条件下在水蒸汽的伴随下进行热再处理。所需的水蒸汽可经过一个供给装置16按要求引入，但也可以通过使用在干燥区A中的含水分的高碳物质产生，并通过向上流动而在烟道流再气化区G中加以利用。
为了恒定地调定在该区域中的最佳温度范围，配置了一个气体燃烧器17。该气体燃烧器可以利用含氧气体18相对于燃烧器17中的燃烧气体成份19的过量而运转，以便保证烟灰微粒和合成气体中的其它有机微粒的再气化。
按照所设定的对合成气体的利用而定，可以采用不同的工艺步骤来进一步处理离开烟道流气化区之后的气体。从应该使用经过净化处理的合成气体例如作为可市场销售的气体用作为以后的化工或类似用途的物质基础，则需要有效的粉尘和冷凝物分离。粉尘的分离是通过热合成气体在20处的过滤在300-600℃的温度条件下予以实现的，其中该气体/粉尘混合物利用一个气体鼓风机21从烟道流气化区G中经过一个耐高温的过滤系统20加以抽吸掉。利用该气体鼓风机21还可以本设备中产生前面所述的负压。
被过滤出来的过滤粉尘可能仍就含有未气化的烟灰成分，这些未气化的烟灰成分可以通过在22处将过滤粉尘的部分返回到氧化区D中加以利用。在过滤粉尘中，由于工艺条件引起地仍结合有许多杂质，这些杂质是从所用的高碳物质中通过吸附(例如重金属)和/或通过反应(例如卤化物)而产生的，所以在本发明提出的方法中，这种过滤粉尘也起到一种所希望的降低有害物质的作用。因此，在使用相关含碳物质的情况下，必须在23处排除本方法中的过滤粉尘的部分流，这一部分过滤粉尘是必须清除的。
紧接在热气体过滤之后，合成气体在其用于其它目的(在24处)之前，优选立即通过冷却到50℃以下的温度而与冷凝物如水和少量的微量高分子有机裂变产物相分离。在此所产生的冷凝物基本上都是水，这种水来源于所用的高碳物质的残余水份和来源于氢的部分燃烧。此外，这些冷凝物还含有微量的高分子有机化合物(热解油)。这种冷凝物混合物必须要么当废物清除，或者如前面已述及的优选当作反应水和碳载体(在11处)重新返回到工艺过程中。另一个有利的方法可通过下述措施加以实现：将来自气体冷却器中的冷凝物混合物的一部分连续地作为急冷介质返回到气体冷却器的头部(在25的条件下)，从而达到有效气体冷却的目的，同时避免气体冷却器上壁垢的形成。
经过如此净化处理的合成气体原则上也可利用空气分解设备或压力变换吸附工艺被分解成它的组份，和/或作为燃料用于煤气机中的燃烧。
如果所用的高碳物质的质量允许所产生的合成气体直接燃烧而不要气体过滤和冷却的话，则在烟道流气化区中所产生的合成气体也可以用于直接发电和/或用于生产蒸汽。这种方法见图2中所示，其中合成气体不需其它处理便可从烟道流气化区G中直接导入燃烧室H中，而且不需任何预处理即可进行燃烧。所产生的热气体的内能被加以热利用以在蒸汽发生器I中产生高压蒸汽。蒸汽经过一个蒸汽透平机J加以减压，并将之转换为电流26。在蒸汽透平机的低压侧，可将剩余蒸汽继续作为加热介质进一步加以热利用。
从蒸汽发生器出来的废气仍含有一定的粉尘成分，这些粉尘成分可经过一个废气过滤装置K加以分离。根据所用的高碳物质的污染程度或质量，废气此后必要时还须经过一个废气净化装置L和/或脱氧装置M加以处理，借以满足对大气排放的法定环境保护条件。
以下面的实施例来说明本发明，但不局限于此。
实例
总共介绍6个实例，这些实例通过使用不同的高碳物质而彼此各异，这些实例是标准化实施的。这些不同的应用材料、其质量及由此获得的结果都详细地记录在后面的表1至4中。
一座石灰竖窑炉(其净直径为2.2m，竖井高度为14.1m)使用重燃油，经过作为氧化区中的基本燃烧系统的燃烧器喷枪进行运转。煅烧过的其颗粒度为0.5至6cm的石灰石用作为耐火的散料，按连续的料流(见表1，栏c)，经过该石灰竖窑炉从上向下循环地被导引；与此同时，高碳物质(见表1，栏a)在进入到上部窑区之前以连续的料流(见表1，栏b)被掺混到该循环的散料中。基本燃烧系统(见表1，栏d和e)如此加以调节，使得石灰竖窑炉的气体出口处的气体温度达到600～700℃。在继续定量供料的过程中，经过反应器底连续定量供给如此多的空气(见1，栏g)，直到在反应器出口恒定地获得一种几乎没有碳的灰份。所产生的气体在一个450℃的气体温度条件下被引导通过一个热气过滤系统，随后经过一个气体冷却器而被冷却到30℃。
在气体冷却器中所产生的冷凝物混合物(基本上是水和少量有机油)被临时寄存。
根据所用的高碳物质的成分，连续地向氧化区配给如此多的水，使得能保证实现最初碳输入量的完全气化。为此，使用经过临时寄存的冷凝物混合物和附加的新鲜水(见表1，栏f)。
表1
使用量(连续配料)
Figure BPA00001160933300141
实例1至6中所用的高碳物质的成分和质量见表2中栏a至e所载。
表2
在这些实施例中所产生的气体在气体冷却器之后经过一个气体量测量装置加以测定，并经过一个在线热值分析装置加以分析。平均的气体流量见表3栏a中所示，下限热值见表3栏b。此外，还求出了从气体冷却产生的含水冷凝物相的流量(表3、栏c)和从气体冷却产生的油相的流量(表3，栏d)。所产生的灰份连续地从反应器出来后的粗的散料中筛出，测定细的粗料成份(颗粒度＜3mm)。所求得的流量见表3栏e。
表3
Figure BPA00001160933300152
在这些实施例中所产生的气体在经过气体冷却之后经过一个在线分析装置对其成份加以分析。其气体成分见表4栏a至e。
表4
产生的气体成分
Figure BPA00001160933300162

Claims (21)

1.一种用于在竖立处理室(100)中用于连续气化高碳物质(14)的自热方法，该处理室具有煅烧区(C)和氧化区(D)，在该氧化区中被煅烧过的高碳物质利用含氧的气体实现氧化，其中气态的反应产物在竖立处理室(100)的上侧(G)被抽走，这种竖立处理室设计成竖窑炉(100)的形式，该竖窑炉被一种本身不被氧化的、循环地被导引的散料(13)连续地从上向下流过，高碳物质(14)在进入竖窑炉入口(3)之前被添加到散料(13)中，其特征在于：所述含氧的气体至少部分地在氧化区(D)下方导入，由此促成上升的气流，其中在氧化区(D)的下方通过上升的气体将散料和灰份产物在余热区(E)中冷却到直至450℃，并且此外含氧的气体至少部分地在竖窑炉(100)的下端(4)引入且在位于余热区(E)下方的再冷却区(F)中以逆流的形式将散料在从竖窑炉中取出以用于能量回收之前一直冷却到低于100℃的特征温度。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于：在煅烧区(C)的上方利用上升的气体以逆流的形式将所加入的散料(3)连同含碳物质(14)在加热到一个20℃-100℃的特征温度的同时在干燥区(A)中首先干燥并且然后在继续加热到一个100℃-450℃的特征温度的同时在预除气区(B)中加以预除气。
3.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于：在余热区(E)中供给水，该水在汽化时促进冷却，其中所产生的水蒸汽随同气流上升到氧化区(D)中。
4.按以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于：向氧化区(D)供给水。
5.按以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于：所产生的反应气体在竖窑炉(100)的上侧抽出并且在一个烟道流再气化区(G)中在500℃至1000℃温度条件下，优选在600℃至800℃的温度条件下，在水蒸汽的伴随下进行再处理。
6.按权利要求5所述的方法，其特征在于：烟道流再气化区(G)中的热能是通过所供给的由燃料(17)和按化学计量的或超化学计量的含氧气体组成的混合物的燃烧所提供的。
7.按权利要求6或7所述的方法，其特征在于：烟道流再气化区(G)中的水蒸汽是通过水(16)、水蒸汽的供给或通过在干燥区(A)中逸出的水蒸汽所提供的。
8.按以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于：散料至少部分地是由惰性的矿物、陶瓷材料或金属材料组成的，它们的粒度直至20cm，优选在1～8cm之间。
9.按以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于：作为散料至少可部分地使用碱性的煅烧产物例如CaO或煅烧产物的前体，它们的粒度最大为20cm，优选在1～8cm之间。
10.按权利要求9所述的方法，其特征在于：作为散料可使用由粗料和细料组成的混合物，粗料的粒度直至20cm，细料的粒度小于2mm。
11.按权利要求10所述的方法，其特征在于：将抽出来的气体加以过滤，其中滤出作为粉尘被包含在被抽出来的气体中的细料。
12.按权利要求10或11所述的方法，其特征在于：将散料过滤，以便将细料从散料流中分离出来。
13.按权利要求11或12所述的方法，其特征在于：将过滤出来的粉尘全部或部分地返回到散料循环中。
14.按以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于：该方法在一个从-200mbar至1000mbar(ü)的压力范围内执行的。
15.按权利要求14所述的方法，其特征在于：在竖窑炉(100)中产生轻微的负压。
16.按以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于：氧化区中的温度保持在1800℃以下。
17.按以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于：竖窑炉具有唯一的一个室，在该室中建立各个工艺区。
18.按以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于：散料借助于其重力移动通过竖窑炉。
19.按以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于：在氧化区(D)中添加含氧气体和/或燃料，借以启动该方法和/或控制竖窑炉(100)中的各工艺区(A，B，C，D，E，F)的位置、温度和大小。
20.按以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于：使用塑料余料、沥青、纤维质碎片、被脏污的木材余料、油污的泥土或这一类的特种废料作为高碳物质，并且该方法相应地设计成用于含碳的特种废料的废料处理方法。
21.按权利要求20所述的方法，其特征在于：使用其边长直至40cm的物料作为高碳物质。
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