CN101959997B - 具有残留物排出装置的气化设备 - Google Patents
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Abstract
用于将残留物从反应器中排出的装置，所述反应器用于在温度高于燃料的灰熔点并且压力为0.3MPa至8MPa的情况下将液体的或者精细粉碎的固体燃料进行气流床气化，其中，气化反应器和水浴槽设置在压力容器中；所述水浴槽设置在所述气化反应器的下方；所述气化反应器以如下方式构造，即：所产生的合成气在反应器的上面的区域中排出，在反应室的壁上凝聚液态的残留物，所述液态的残留物能够自由流下，而残留物的表面不发生凝固，在所述反应室的下侧上具有带滴落棱的开口，液态流下的残留物在所述滴落棱处能够滴落；其中，在所述开口的下方连接有残留物排出竖管，所述残留物排出竖管一直伸入到所述水浴槽中，所述残留物排出竖管的壁的上部部分由冷却介质穿流过并且在竖管内侧上完全涂覆有耐热的隔热物质，所述残留物排出竖管的壁的一直伸入到所述水浴槽中的下部部分在内侧上覆有水膜并且气密地与所述上部部分连接，残留物排出竖管的下部部分和上部部分以如下方式彼此连接，即：下部的壁的水膜不与由冷却介质穿流过的壁或者所述隔热物质相接触。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于对微粒的至灰尘状的燃料或者液体的燃料进行气化以产生合成气的方法，所述合成气也就是包含作为主要组分的CO和H2的气体，其中，残留物在熔融液态的状态下从气化反应器中排出并且通过借助水的冷却而凝固。
背景技术
在对精细粉碎的燃料(例如由煤、石油焦炭、生物废弃物或者生物燃料等组成的灰尘状的燃料)或者对液态的废料(例如油、焦油、提炼残留物以及其他的液体残留物)进行气化的情况下，在超过所使用的燃料的灰熔点的温度下，残留物以液体形式出现。熔融液态的残留物聚集在气化反应器的下面的端部并且通过排出口排出。在此，常见的是，熔化的残留物落入到水浴槽中，其在水浴槽中骤冷并且形成颗粒。其中，形成玻璃状的材料。与在增高压力下的气化相关联，由DE23 42 079 C3和US 4 328 006 A公知，能够将气化反应器和位于其下方的水浴槽设置在共同的压力容器中。在该装置中，压力容器壁包围在残留物出口与水浴槽之间的间隙。此外公知，压力容器既没有被加内衬也没有被冷却。在所描述的装置中，因此要采取保护措施，即：从反应器出来的热的残留物、气体或者其他颗粒不导致压力容器壁的加热或者损坏。
在Future Energy公司的专利US 2007 0062 117中，合成气连同残留物通过残留物排出口向下排出。压力容器在此通过以下方式被保护而防止高温，即：直接在排出口的下方通过注入水而实现合成气和残留物的冷却。除了注入水之外，为了防止压力外罩的腐蚀和侵蚀设有一个耐磨外罩。
在Texaco公司的专利EP 0 377 930中，合成气同样连同残留物从残留物排出口中排出。在EP 0 377 930中合成气的冷却通过如下方式实现，即：其连同残留物通过浸入竖管导入到水浴槽中。浸入竖管在此同时用于压力容器的保护。浸入竖管自身通过水膜进行冷却并且被保护以防止固体物质的沉积。
在US 2007 0062 117和EP 0 377 930中所描述的方法具有下述的缺点，即：其只能用于下述的气化过程，在所述气化过程中，合成气连同残留物通过残留物排出口排出。
在具有合成气和残留物的分开的排出装置的气化炉中，此外必须要注意的是，不发生残留物排出部的冷却。残留物排出部的冷却可能导致残留物的过早凝固(也就是导致堵塞残留物排出部)并且因此导致运行干扰直至导致整个设备停止运转。在US 2007 0062 117和EP 0377 930中所描述的方法中，连同残留物出现的合成气确保在残留物出口处的持续足够高的温度。这在具有用于粗煤气和残留物的分开的排出装置的气化炉中是不可行的，因为在残留物排出口下面不存在受迫气流。前述方法因此不能用于具有合成气和残留物的分开的排出装置的气化炉。对于残留物排出部的设计的方法技术性的要求在于，将进入周围环境的热损失最小化并且因此防止残留物的提前冷却/凝结。而在紧挨残留物排出部的附近设置强化冷却的(“冷的”)环绕壁将导致排出区域的不期望的冷却。当残留物颗粒化(凝固)的情况下产生水汽并且在所述水汽上升至下降竖管的区域中的情况下发生进一步的热量减少。水汽仅可以通过残留物排出部从上述竖管中离开并且在此同样使排出的残留物冷却。
在具有合成气和残留物的分开的排出装置的气化装置中，残留物排出竖管得以实现，如在US 5 441 547、US 5 803 937或者EP 0 318 071中所看到的那样。残留物排出竖管将残留物排出装置与水浴槽连接并且因此保护压力容器壁而免受过高的温度。残留物排出竖管在此能够伸入水浴槽中或者终止于稍微高于水浴槽处，从而建立在残留物排出竖管和压力容器壁与残留物出口之间的环形室之间的压力平衡。
在EP 0 318 071中已知一种残留物排出竖管，其延伸直至水浴槽的上方不远处。此外，在残留物排出竖管的下面的端部设置有具有用于润湿残留物的喷淋装置的环。由EP 0 318 071的附图已知，残留物排出竖管的壁不设置有冷却装置。
这种实施方式的缺点在于，所述竖管的壁承受很高的温度，这会导致壁的损坏并且因此导致运行干扰。此外，在残留物排出竖管的下面的区域中可能在壁上形成沉积物，因为其可能与来自喷嘴环的水相接触。在此，在喷淋锥的边缘区域形成过渡区域，在该过渡区域中，所述壁时间上交替地处于“干燥”或者“湿润”状态。在这样的区域中，根据经验存在用于形成积垢的固体沉积的明显趋势。即使在所述壁以耐热材料实施有附加的内衬的情况下，残留物排出竖管也承受较高的温度，因为所述壁在环形室的上方没有经历足够的冷却。除了在使用耐热材料的情况下增大沉积的危险之外，由于与喷淋水的接触耐热的内衬会开裂并且剥落。于是内衬的落下的部分可能导致在水浴槽中的阻塞或者在后续的残留物排出系统中的阻塞。
在WO 2006 053 905中描述的残留物排出竖管中涉及具有施加耐热的内衬的隔膜壁的竖管。所述隔膜壁由冷却介质穿流过，从而确保所述壁的充分冷却。残留物出口的冷却通过耐热的内衬而得以避免。然而，所述壁的位于喷嘴上方的部分没有隔热物质，从而避免隔热物质的部分的剥落。在残留物排出竖管的下方具有用于水浴槽的容器，在其上棱边处具有用于对残留物进行润湿的喷嘴环。在喷嘴环和残留物排出竖管之间设置有间隙，以便在反应器和环形室之间建立压力平衡。喷嘴环的水喷嘴除了对残留物进行润湿外此外还保证对不处于水浴槽中的容器壁进行冷却和润湿。容器壁的不处于水浴槽中的部分在此必须以如下方式选择，即：水平面在水位波动的情况下不上升至喷嘴环或者环形间隙。
在WO 2006 053 905中描述的结构的缺点在于交替地干燥和湿润的壁。属于上述壁的是残留物排出竖管的不实施有内衬的区域以及水浴槽的容器壁的不被水所覆盖的部分。在这些表面上，在上述情况下根据经验会形成被烘烤而成的(verbackene)固体沉积物，其最终会导致运行干扰。此外，在将水注入到残留物排出竖管中的情况下，由于形成了水气而存在对残留物排出开口进行冷却的增加的风险。此外，水的注入以及残留物排出竖管的未加衬隔膜壁引起对残留物排出口的附加的冷却效果，所述冷却效果在上述实施方式中仅通过在较冷的表面与水注入装置之间的足够的距离而得以被降低。
发明内容
本发明的目的因此在于，提供用于在温度高于燃料的灰熔点并且压力为0.3至8MPa的情况下对液态的或者精细粉碎的固体燃料进行气化的残留物排出装置，其没有上述的缺点。
本发明通过下述装置来实现上述目的，在所述装置中，
●气化反应器和水浴槽设置在压力容器中，
●水浴槽设置在气化反应器的下方，
●气化反应器以如下方式构造，即
○所产生的合成气在反应器的上面的区域中排出，
○在反应室的壁上凝聚液态的残留物，所述液态的残留物能够自由流下，而残留物的表面不凝固，
○在所述反应室的下侧上具有带滴落棱的开口，液态流下的残留物在所述滴落棱处能够滴落，
●在所述开口的下方连接有残留物排出竖管，所述残留物排出竖管伸入到水浴槽中，其中，
○所述残留物排出竖管的壁的上部部分由冷却介质穿流过并且在竖管内侧上完全涂覆有耐热的隔热物质，
○所述残留物排出竖管的壁的一直伸入到所述水浴槽中的下部部分在内侧上覆有水膜并且气密地与所述上部部分连接，
○残留物排出竖管的所述下部部分和所述上部部分以如下方式彼此连接，即：下部的壁的水膜不与由冷却介质穿流过的壁或者所述隔热物质相接触。
气化在此优选在悬浮物中在小于50kg/m3的微小的颗粒装载量(Partikelbeladung)情况下(不在流化床中)借助含氧的气化剂并且在温度高于残留物熔点的情况下在增高的压力下进行，其中，在壁上析出的残留物通过在底部上的开口离开气化器并且所产生的合成气通过顶部排出。
在本发明的构造方式中设置为，作为固体燃料使用煤、石油焦炭、生物废弃物、生物燃料或者粉碎形式的塑料。固体燃料的直径不应超过0.5mm。首先，固体物质在一个或者多个并列的闸斗仓装置中借助不可液化的气体如N2或者CO2加压，所述压力比气化压力高2bar至10bar。然后，固体物质气动地从一个或者多个存储容器输送到气化器中，优选以高密度气流输送的方式。作为液体的燃料可以使用油、焦油、提炼-残留物以及类似水的悬浮物。大多数液态的燃料可以泵入到气化器中，仅在磨粒性的液体的情况下优选通过压缩气体进行带入以及升高压力。将固体的和液态的燃料进行混合同样也是可能的。可燃的或者含有污染物的气体会输入到气化器中。在较高的气化温度下，污染物被热分解，其中，固体反应产物夹杂在气态的残留物中并且气态的产物作为简单的分子，如H2、CO、N2、HCl或者H2S离开所述气化器。
在本发明的另外的构造方式中设置为，气化反应在尘雾或者液雾中进行。燃料和气化剂到气化器中的输入可以通过至少两个在气化反应器的侧壁上通过单独固定而安装的燃烧器而进行。气化剂可以在进入反应器之前通过燃烧器的导向板或者专门的构造而具有涡流运动。
在本发明的另外的构造方式中设置为，将水注入环形室中，以用于水膜。环形室在此安装在残留物排出竖管的上部部分后面。所述环形室将残留物排出竖管的上部部分和下部部分气密地连接。注入到环形室中的水通过弯曲的滴落棱从环形室中流出并且在残留物排出竖管的下面的壁上形成完全覆盖的水膜。所述水膜在此不与所述壁的上部部分的接触，从而该部分能够完全以耐热的隔热物质加内衬。
在此设置为，液膜借助环形的溢流杯形座形成，液体在圆周方向上沿切向输送到所述溢流杯形座。在有利的构造方式中设置为，液膜在溢流杯形座的溢流元件上形成，该溢流元件的垂直剖面是至少45°的圆弧，该圆弧连续地并且平滑地过渡到所述壁的向下伸入到水浴槽中的部分中。在此“平滑”是作为数学曲线可区分的一种曲线形状。实践中溢流元件可以构成为溢流堰部。在此，特别有利的是，溢流元件是至少90°的圆弧，所述圆弧连续地且平滑地过渡到所述壁的向下伸入到水浴槽中的部分中。
没有水滴从完全覆盖的水膜逸出并且水膜的表面积要比由喷嘴产生的水滴谱小多个数量级，由此，主要通过气化产生的冷却效果是微弱的。残留物滴落棱边的周围因此保持无水滴的并且保持热的，从而能够排除残留物直接在滴落棱边处的凝固，这是本发明的一个优点。因为气体在残留物排出竖管中以这种方式保持干燥，同样在那里没有通过水气化在壁上形成沉积物。与通过对残留物排出竖管的上部的壁完全加内衬而实现的降低的冷却效果一起，也使残留物排出竖管的小的结构高度成为可能。
在本发明的其他构造方案中设置为，在反应器的下方设置的水浴槽中产生循环流。
附图说明
下面借助一个实施例详细阐述本发明。
图1以纵剖面图示意示出气化设备的根据本发明的残留物排出装置。但本发明并不限于该实施例。
具体实施方式
燃料的气化通过含氧的气化剂在压力为(0.3-8MPa)并且在高于温度为1200-2500℃的灰熔点的情况下在反应室4中实现。燃料、反应剂和选择性地待清除的废料通过至少两个在侧面设置的燃烧器输送。
液态的、在反应室4的壁上沉积的残留物沿着所述壁流向流出口11，并且从滴落棱12落下并且作为液滴或者射流落入到水浴槽10中。所产生的含灰尘的气体通过顶部从所述反应室4中排出。
在反应室4的下部上连接有隔膜壁2。该隔膜壁2为了避免残留物流出口11的冷却完全设有耐热的隔热物质3。在隔膜壁2上又连接有通过环形夹6连接的浸入竖管5，该浸入竖管5一直伸入到水浴槽10中。该浸入竖管5在该实施例中实施为简单的金属板材壁。隔膜壁2和浸入竖管5将压力容器壁1和残留物排出装置彼此分离，从而在压力容器壁和去除竖管之间形成环形室13。在反应室4和环形室13之间的压力平衡在该实施例中通过水浴槽10来实现，该水浴槽与反应室4和环形室13相关联。其他的压力平衡通过未示出的在反应室4上方的气体骤冷装置实现。
为了冷却并且避免形成沉积物，浸入竖管5的未处于水浴槽中的部分由全覆盖式的水膜8穿流过。水膜8在环形室6中生成，该环形室设置在浸入竖管5的上棱边和隔膜壁2的背侧上。环形室6以这种方式气密地将隔膜壁2和浸入竖管5彼此连接。水通过供水装置7被引入到环形室6中。供水优选沿周向方向(切向)进行，以避免固体物质的沉淀。水接着通过优选设计为弯曲的滴落棱的溢流堰部9从环形室6中流出，并且于是在浸入竖管5的壁上形成全覆盖式的水膜8。在此，溢流和水膜8以如下方式构成，即：在水膜8和隔膜壁2或者内衬3之间不存在接触。
附图标记列表
1.压力容器壁
2.隔膜壁
3.隔热物质
4.反应室
5.浸入竖管
6.用于水注入的环形室
7.用于水膜的水输入管线
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.环形室
Claims (9)
1.用于将残留物从反应器中排出的装置，所述反应器用于在温度高于燃料的灰熔点并且压力为0.3MPa至8MPa的情况下将液态的或者精细粉碎的固体燃料进行气流床气化，其中，
●气化反应器和水浴槽设置在压力容器中，
●所述水浴槽设置在所述气化反应器的下方，
●所述气化反应器以如下方式构造，即：
○所产生的合成气在反应器的上面的区域中排出，
○在反应室的壁上凝聚液态的残留物，所述液态的残留物能够自由流下，而残留物的表面不凝固，
○在所述反应室的下侧上具有带滴落棱的开口，液态流下的残留物在所述滴落棱处能够滴落，
其特征在于，
●在所述开口的下方连接有残留物排出竖管，所述残留物排出竖管一直伸入到所述水浴槽中，其中，
○所述残留物排出竖管的壁的上部部分由冷却介质穿流过并且在竖管内侧上完全涂覆有耐热的隔热物质，
○所述残留物排出竖管的壁的一直伸入到所述水浴槽中的下部部分在内侧上覆有水膜并且气密地与所述上部部分连接，
○残留物排出竖管的所述下部部分和所述上部部分以如下方式彼此连接，即：下部的壁的水膜不与由冷却介质穿流过的壁或者所述隔热物质相接触。
2.按权利要求1所述的装置，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许水位之下至少0.5m。
3.按权利要求1所述的装置，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径。
4.按权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述上部部分和所述下部部分之间的气密的连接设置在所述上部部分的背侧上。
5.按权利要求1所述的装置，其特征在于，对所述下部部分的内侧进行润湿的水膜在所述上部部分和所述下部部分的重叠区域中形成。
6.按权利要求5所述的装置，其特征在于，所述水膜借助环形的溢流杯形座生成，液体在圆周方向上沿切向被输送给溢流杯形座。
7.按权利要求6所述的装置，其特征在于，所述水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°的圆弧，所述圆弧连续地并且平滑地过渡到所述壁的向下伸入到所述水浴槽中的部分中。
8.按权利要求7所述的装置，其特征在于，所述溢流元件构造为溢流堰部。
9.按权利要求7所述的装置，其特征在于，所述溢流元件是至少90°的圆弧，所述圆弧连续地且平滑地过渡到所述壁的向下伸入到所述水浴槽中的部分中。
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