CN1047264A

CN1047264A - 固体可燃物或碳氢化合物的气化方法

Info

Publication number: CN1047264A
Application number: CN 89103362
Authority: CN
Inventors: 钟世江; 彭绍麟; 周尚谱; 孙礼运; 曾祥钦; 王永荣; 冯荣琼
Original assignee: GUIZHOU POLYTECHNICAL COLLEGE
Current assignee: GUIZHOU POLYTECHNICAL COLLEGE
Priority date: 1989-05-15
Filing date: 1989-05-15
Publication date: 1990-11-28

Abstract

本文介绍了一种固体可燃物或碳氢化合物气化的方法及设备，这是一种由高压密闭反应器、电源装置、分离器、净化器几部分组成的气化系统，文中给出了应用液电效应所产生的物理化学综合效应对上述物质进行气化的工艺方法，和这一方法所涉及的电源和反应器。

Description

本文描述了一种用于固体可燃物或碳氢化合物气化的方法及其装置，借用这一方法和方法所涉及的装置，可使煤、沥青、石墨、油渣，工业废油等物质在专门的反应器中不断进行化学物理转化，从而得到合成气化工所需的一定浓度、适合配比、质量较高的原料气，并用于醇类、烃类、酸类等多种化工产品合成。

以上提到的方法和装置是由高压反应器、电源装置、分离器、净化器几部份组成，通过反应器中一对浸于离子性导电液与固体可燃物或碳氢化合物组成的液固混合介质中的放电电极瞬间所作的大电流高电压、脉冲强放电作用产生的强烈爆炸力、声、光、热综合效应和幅值陡峭的高温高压环境下伴随的物理化学反应，达到对上述物质的粉碎、混合及气化的目的。这里谈到的离子性导电液是指包括自来水或其它含有电解质的溶液。文中给出了一种应用液电效应，对固体可燃物质或碳氢化合物进行气化的方法以及这一方法所使用的设备的各种方案。

在本方案提出之前，液电效应的应用和实验装置可见到的有（1）液电效应凿，（2）钻孔装置，（3）切削装置，（4）电水锤破碎装置，（5）喷射器，（6）乳化器，（7）泵，在这些方案以外，人们并设想过将这一效应结果应用于（1）锻压，（2）金属表面冷作硬化，（3）液电锯，（4）饮用水消毒，（5）污水处理，（6）舰船除锈等方面。而在化工行业中对合成化工的原料气制取工艺，可供选择的除以煤干馏为主制气的传统工艺方法外，已有的方案首推温克勒法，德士古法，氧气顶吹炼钢炉气化法。考查上列以移动床、固定式流化床、气流式流化床、溶渣床四种炉型为主要设备的工艺过程，都具有炉子结构复杂、炉内衬和驱动装置易损坏、附属设施多的特点外，尚需配置专门的制氧、氢、蒸汽发生器，而且产生的原料气中氢碳比大多在1以下，用于合成气化工仍需经过一个变换工艺步骤，方使氢碳比达到期望的配比数。在多种方案中一些有希望进入工业实用价值的工艺方法也不断推出，可列出的有催化气化、太阳能气化、核热气化、等离子体气化，这些力图以简化工艺流程、强化生产、降低消耗为主要目的的研究，提高了转化率，降低了成本，改善了气体质量，使氢碳比更趋于合理，其中一种电弧等离子体气化的实验装置中，煤与等离子体载气一起喷入反应器内在等离子体高温下气化，当用氢气作载气将褐煤粉喷入反应器内反应，可得到氢碳化比为2的化工原料气，但这一工艺方法或其它的工艺方法都需专门生产载气或其它气体的装置，这给工业推广应用带来很大的麻烦。

发明的目的在于提供一种单位容积产气量大、气质好，并能给出满足合成反应的适合氢碳比及一定压力的合成原料气的工艺方法，更为重要的是工艺本身无需任何制氧、氢、蒸汽的专用附属设备，流程简单，所得原料气中氧含量极低是一种安全生产方式，发明在选择制气方法之时，首先考虑了为气化各过程的最佳热力学及动力学状况提供较好的反应条件，充分利用了液电效应的物理化学综合效应对过程的作用，在反应器特定的高温高压环境和电水锤效应下，物料处于运动状态并不断增加比表面积，使化学反应的平衡与速度这两个最基本问题得到巧妙地解决。

发明是根据以下条件实现的，使用了一种高压密闭的液电效应反应器、分离器、净化器、高压脉冲大电流发生器，附图1是本发明的原理图，这是一个带有辅助间隙的可调电路，空气开关为辅助间隙，它的极间电阻比反应器中两极之间介质内电阻大，放电前电源电压主要施加在辅助间隙上，当电压升高到击穿辅助间隙的电压时，它首先被击穿放电，于是电源电压突然施加在液固混合介质中放电电极上，致使介质击穿，这时电容器内储存的能量在极短的时间（约10^-3～10^-6秒）内经放电通道释放，巨大的脉冲电流（10³～10⁵安）使通道内形成能量密度很高的等离子体电弧，由此引起高温、压力急剧升高，并以较快的速度迅速向外膨胀和收缩，通道周围的液体介质不可压缩（或可压缩性很小），于是形成很强的前沿陡峭的液波，物料受高温高压放电和冲击力等的作用，产生气化反应。发明中涉及到的电源电路分充电回路和放电回路，这种电源电路应能使较低的变压器输入电压获得较高的电容器充电电压，它的实现包括了调压、升压、整流、充电几部份。这是一种5000伏特以上的可调电源电路。电容在几微法到几拾微法之间，达到这种电压的放电即能满足使固体可燃物或碳氢化合物中如象煤这种物料的最低气化条件。另一必须考虑的问题是在这一电路中只能采用一个辅助间隙。这是保证放电过程中化学能的转化大于机械能的转化，促使反应顺利进行的关键。在电源电路中还设了保护电路，当电容器组充电到预定的电压值，由于某种原因不允许经由放电开关向电极放电，而电容器又不能长期加着电压时、可由接地开关控制，使电能经放电电阻放电并使电容器接地以保证安全，附图2是这一电路的图示。

反应器主体是由顶盖、底盖、筒体、分离器、净化器、电极、压力表、安全阀多种部件组成，盖和筒体均用锻件整体加工制成，为避免焊接以保证强度和装拆方便，盖与筒体间采用锯齿形螺纹联接，筒体开孔处焊接补强圈。反应器的强度至关重要，容器强度需考虑承受放电爆炸冲击与气泡膨胀造成的冲击载荷的迭加。附图3、4给出了多种反应中其中二种反应器的结构。反应器中电极设置有多种组合方式，一般是按成对水平设置或成对垂直设置，也可用上述两种方式混合设置，电极的设置位置在液固混合体的最低点是有利的，这种最低点是要保证电极与反应器壳体之间的液相电阻不被击穿。分离器的上部为园柱，下部为倒园锥，利用动沉降原理对气、液、固混合相进行分离，这就保证了反应生成的气体能顺利排出。沉降筒的锥底下口联接于反应器侧面，两者间用顶杆或阀门封闭，气体由分离器上部进入净化器，净化器上设有钢珠阀取气接口和压力表，用水作封闭液，以对气体进行净化，同时减少固体粉末对压力表的堵塞。在反应器和分离器上部适当部位都分别设有安全阀。电极与反应器壳体、电极与地面、反应器壳体与地面的电阻都需按100兆欧姆以上来考虑，电极与反应器之间的绝缘性是否良好，对设备和操作人员的安全都很重要。电极与反应器之间绝缘材料可供选用的有玻璃钢，夹布胶木、聚四氟乙烯等材料，这类材料的尺寸的确定应考虑不被高压电击穿，且有适当的机械强度为宜。

电极材料必须有很好的强度和抗熔蚀性，能够使用的材料有碳钢、黄铜、铜钨合金，钨铈合金，以钨铈合金和铜钨合金为好。

附图3、4是反应器其中的两种结构，不同容量的反应器所需的放电总能量是不同的，反应输入的总电能与反应生成物的量成正比关系，而反应输出能量与电压和电容之间的数学关系又表现为，反应总能量与电容成正比，与电压的平方成正比。当使用容量为3升的反应器，电压在10000～15000伏电容在5至70微法之间能得到满意的结果。在工业实际应用中的扩大生产按本文介绍可增加反应容积和增大电压电容、加大电极间距，也可采用适当增大上述参数;将多台反应器顶底相接组合成管式连续生产设备，两者中后者由于具有占地少、结构简单和连续生产的特点，更具有实用价值。

附图说明：

附图Ⅰ中，1、交流电源，2、电功变压器，3、直流高压发生器，4、电容器组，5、空气开关，6、反应器，7、控制系统，8、点火脉冲发生器。

附图2中，ZOB-调压器，SYB-升压变压器，GZ-硅整流器，R₂-限流电阻，C₁-充电电容器，C-储能电容器组，KK-放电开关，DJ-放电电极，R_F-放电电阻，JDK-接地开关，R_L-测量电阻。

附图3中，

A、反应器 1、吊环，2、安全塞，3、顶盖，4、阀杆，5、筒体，6、水平电极头，7、垫圈，8、电极杆，9、绝缘套，10、螺母，11、底座，12、堵塞，

B、分离器 13、顶盖，14、筒体，15、接管，16、排气管，

C、净化器 17、进气管，18、压力表，19、顶盖，20、筒体，21、集气管。

附图4中，

A、反应器 1、密封圈，2、螺母，3、锁紧螺母，4、绝缘垫圈，5、锁紧螺母，6、绝缘套，7、衬套，8、密封圈，9、堵塞，10、电极杆，11、密封圈，12、垫圈，13、电极头，14、电极杆，15、电极头，16、螺母，17、堵塞，18、保护套。

B、分离器

C、净化器

按照本发明提供的工艺方法和必要的参数实施，可以实现对固体可燃物或碳氢化合物的气化，文中给出几个实际操作的实例，它将说明这一工艺方法对处理物料有很好的物种适应性，而且是一种获得较高压力的氢、甲烷、一氧化碳气体的方式，以下实例中分别给出了石墨和水的实验数据，这是要说明使用本发明提供的工艺方法对不含有机质的分析纯石墨能产出含氢和含甲烷量很高的气体，而仅用水单独气化实际能得到的氢气量是有限的，实例中给出了在液固混合相中当固相比例加大时产气量将大大增加这一事实。

煤样分析数据如下：

名称	挥发份％	固定碳％	灰份％
				无烟煤	4.07	85.12	6.82
烟煤	24.91	41.80	34.29

实例1

反应器为间歇操作式，各项操作参数如下：

（1）电极径向水平安装于筒体80cm高处，电极头材料铜钨合金。

（2）电极极间距12mm。

（3）放电电压11000伏特，电容24微法。

（4）离子性导电液为自来水，无烟煤。

（5）煤∶水＝400∶1700。

步骤：先将煤粉碎至毫米级颗粒，按煤∶水＝400∶1700比例装入反应器，料浆淹没电极，液面高出电极上沿10cm，密闭反应器，电压增压至11000伏时，放电400次，当反应器容积为3升，平均每次放电产气10.0ml，所得气体分析数据为：

气体组成

气体气份	CO₂	O₂	CO	CH₄	H₂
						百分比％	13.36	0.27	3.40	14.49	67.98

实例2

（1）电极垂直安装。

（2）电极头材料为铜钨合金。

（3）电极极间距12mm。

（4）导电液自来水、烟煤。

（5）煤炭∶水＝100∶700。

（6）放电电压11000伏，电容24微法。

步骤：先将煤粉碎至毫米级颗粒，按100∶700的煤水比配入反应器中，放电400次，所取得气，当反应器为3升时，平均每次放电产气5ml，气体分析数据如下：

气体组成

气体气份	CO₂	O₂	CO	CH₄	H₂
						百分比％	16.40	0.90	14.10	3.04	66.05

实例3

工业品级沥青

（1）电极径向水平安装，电极头材料铜钨合金。

（2）电极极间距为12mm。

（3）导电液自来水。

（4）工业品级沥青∶自来水＝775∶1300。

（5）放电电压14000伏，电容24微法。

步骤：将沥青破碎成厘米级与自来水按775∶1300配入反应器内，当电压为14000伏，连续放电200次，所得气体组成为：

气体气份	CO₂	O₂	CO	CH₄	H₂
						百分比％	11.90	0.45	5.80	18.59	63.27

实例4

分析纯石墨

（1）电极垂直安装，电极头材料铜钨合金。

（2）电极极间距20mm。

（3）导电液为自来水。

（4）放电电压11000伏，电容63微法。

（5）电极材料为铜钨材料。

步骤：将石墨粉与自来水按100∶410比例配入反应器，连续放电200次，所得气体组成如下：

气体气份	CO₂	O₂	CO	CH₄	H₂
						百分比％	17.5	0.80	14.50	5.03	60.18

实例5

工业废柴油

（1）电极水平安装，电极材料为铜钨材料。

（2）电极极间距5mm。

（3）导电液为自来水。

（4）放电电压11000伏，电容24微法。

（5）放电电压13700伏，电容5微法。

步骤：将废柴油与导电液装入反应器内，两次共放电450次，当反应器容积为3升时，平均每次放电产气5.5ml，气体可燃性极强。

Claims

1、一种可使固体可燃物或碳氢化合物气化而得到压力可调的化工原料气的方法，其特征在于，这是一种在液相或液固相中不用载气的液电效应反应气化工艺。

2、按照权利要求（1）所述的方法，其特征在于液电效应是通过高压脉冲电流电路，高压密闭反应器、分离器、净化器组成的气化系统实现的。