CN105176595A - 气化炉和对含碳原料进行气化处理的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了气化炉和对含碳原料进行气化处理的方法。其中，气化炉包括：壳体，壳体限定出熔炼空间；熔池，熔池设置在熔炼空间的底部，用于对金属原料进行冶炼，以便得到熔融态金属；空气管路，空气管路设置在壳体上，并且伸入至熔池内，用于向熔池提供空气，以便利用空气对熔融态金属进行氧化处理，并且得到熔融态金属氧化物；以及喷枪，喷枪设置在壳体上，并且伸入至熔炼空间内，用于向熔炼空间提供含碳原料和气化剂，以便含碳原料与气化剂、熔融态金属氧化物和熔融态金属接触，并且获得包括氢气和一氧化碳的合成气。该气化炉利用金属和金属氧化物的密度差作为驱动力，无需价格昂贵的高温金属循环泵，即可实现气化炉内床层物料的自然循环。

Description

气化炉和对含碳原料进行气化处理的方法

技术领域

本发明涉及化工领域，具体地，涉及气化炉和对含碳原料进行气化处理的方法。

背景技术

我国本土油气资源相对匮乏，而煤炭资源较为丰富。把以煤、生物质为代表的固体碳燃料转化为清洁的气体燃料或化工合成燃料是符合我国国情的能源利用技术路线：既符合我国的实际自然情况，又能够有效缓解解决经济发展进程中日益突出的环境问题。

液态金属气化炉采用液态金属作为炉内介质，这种气化炉主要如下几个方面的优势：

温度便于控制，液态金属是热的良导体，能够将碳原料氧化、金属氧化等放热过程放出的热量供给碳原料热解、热解产物(焦油、酚类等)重整等吸热过程，将碳原料、金属转化过程中释放的热能重新转化为产品气中的化学能，较现有的气固流化床、气流床气化炉提高了能量利用率。而且液态金属自身密度较大、拥有巨大的体积热容，能够保证在燃料特性发生变化或气化炉负载产生突变的情况下炉内温度相对稳定或平稳变化，进而保证产品气的质量和气化炉的寿命。

炉内介质与碳原料充分接触，由于炉内金属在工作过程中为液态，炉内介质与碳原料接触充分。相较于气态炉内介质，炉内单位体积液态介质具有更高的分子数密度，能够更好地与固体碳原料进行反应并发挥金属自身的催化作用。因此液态金属气化炉能够在相对温和的运行条件下处理更为复杂的气化原料，简化了系统复杂度，提高了气化炉运行稳定性。液态金属介质与碳原料充分的接触也便于固定煤中硫、磷、砷、铅、汞、镉等有害元素，实现气体生产、净化过程的一体化，直接为下游用户提供洁净的产品气。

原料准备简化，由于液态金属气化炉转化能力强，碳原料经粗破碎之后即可加入气化炉。省去了现有气流床气化炉的制粉、制水煤浆步骤。

排渣简便，可通过向炉内投入白云石等造渣剂将煤中有害元素富集于泡渣之中，随后渣层渣可在重力与表面张力的作用下浮于液态金属上方，形成熔渣带排除。以上技术在钢铁、玻璃等领域已经发展成熟并广泛应用，克服了现有气流床气化炉排渣难、易结焦的问题。

目前国外已经出现了基于液态金属的碳气化设备：美国的Ze-gen公司采用铜基气化炉处理废旧建材，该设备已经进入中试阶段；加拿大Diversified-Energy公司则采用铁基气化炉处理生活垃圾以及褐煤，验证了产品气体生产-净化过程一体化的可行性。但是作为采用高温熔融态金属作为炉内介质的气化炉，炉内介质的流动与传递特性和气化炉运行过程中的安全性是液态金属气化炉面临的主要问题，限制了气化炉的应用。

由此，气化炉有待于研究。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种利用金属和金属氧化物的密度差作为驱动力，实现炉内床层物料的自然循环的气化炉。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种气化炉。根据本发明的实施例，该气化炉包括：壳体，所述壳体限定出熔炼空间；熔池，所述熔池设置在所述熔炼空间的底部，用于对金属原料进行冶炼，以便得到熔融态金属；空气管路，所述空气管路设置在所述壳体上，并且伸入至所述熔池内，用于向所述熔池提供空气，以便利用所述空气对所述熔融态金属进行氧化处理，并且得到熔融态金属氧化物；以及喷枪，所述喷枪设置在所述壳体上，并且伸入至所述熔炼空间内，用于向所述熔炼空间提供含碳原料和气化剂，以便所述含碳原料与所述气化剂、所述熔融态金属氧化物和所述熔融态金属接触，并且获得包括氢气和一氧化碳的合成气。

根据本发明实施例的气化炉，利用金属和金属氧化物的密度差作为驱动力，无需价格昂贵的高温金属循环泵，即可实现气化炉内床层物料的自然循环，并且，该气化炉的结构简单，物质传递特性好，系统稳定性和产气性能高，气化炉的生产成本低。

另外，根据本发明上述实施例的气化炉，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的实施例，该气化炉进一步包括：隔板，所述隔板设置在所述熔池中，其中，所述隔板的底部与所述熔炼空间的底部之间形成有适于所述熔融态金属通过的缝隙，所述隔板的侧壁上设置有适于所述熔融态金属氧化物通过的通孔。由此，整个反应过程中空气不与含碳原料以及合成气直接接触，在提高产品气的热值的同时保证了气化炉运行的安全性，省去了现有气化装置昂贵复杂的空气分离系统。

根据本发明的实施例，所述喷枪为自由式喷枪或固定式喷枪。由此，喷枪在喷射过程中会进行摆动，实现含碳原料连续进给的同时搅拌炉内反应物，原料转化速率更快。

根据本发明的实施例，该气化炉进一步包括：进料口，用于提供金属原料和造渣剂；排气管，用于排出所述合成气；预热单元，所述预热单元与所述喷枪相连，用于在所述气化剂进入所述喷枪前，对所述气化剂进行预热处理，以便得到预热后的气化剂。由此，造渣-排渣工艺主动排渣，保证液态金属熔池的洁净性，实现气化炉连续，稳定运行。此外，对气化剂进行预热，促进气化剂与含碳原料进行反应，生产合成气。

根据本发明的实施例，该气化炉包括：两个相对设置的所述隔板，所述两个相对设置的所述隔板将所述熔池分隔为气化区、氧化区和造渣区，其中，所述进料口向所述造渣区中供给所述金属原料和所述造渣剂，所述空气管路伸入至所述氧化区中，所述喷枪伸入至所述气化区中。由此，气化过程主要在气化区进行，金属氧化主要在氧化区进行，熔渣及炉内杂质的造渣过程主要在造渣区进行，使上述各反应空间相互隔离，保证反应过程中空气不与含碳原料以及合成气直接接触，在提高产品气的热值的同时保证了气化炉运行的安全性，省去了现有气化装置昂贵复杂的空气分离系统。

根据本发明的另一方面，本发明提供了一种对含碳原料进行气化处理的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：对金属进行冶炼，以便得到熔融态金属；利用空气对所述熔融态金属进行氧化处理，以便得到熔融态金属氧化物；以及将含碳原料与所述熔融态金属氧化物和气化剂反应，以便获得包括氢气和一氧化碳的合成气。

根据本发明实施例的方法，利用金属和金属氧化物的密度差作为驱动力，无需价格昂贵的高温金属循环泵，即可实现床层物料的自然循环，并且，该方法操作简单，物质传递特性好，稳定性和产气性能高。

根据本发明的实施例，所述含碳原料为选自石墨、裂解炭黑、焦炭、石油焦、煤、生物质炭和成型生物质的至少一种。由此，以价格低廉的含碳原料即可气化制备合成气，生产成本低。

根据本发明的实施例，该方法进一步包括：对所述气化剂进行预热处理，以便得到预热后的气化剂；利用造渣剂富集所述熔渣和所述含碳原料中的杂质，以便得到泡渣。由此，造渣-排渣工艺主动排渣，保证液态金属熔池的洁净性，实现气化炉连续，稳定运行。此外，对气化剂进行预热，促进气化剂与含碳原料进行反应，生产合成气。

根据本发明的实施例，所述造渣剂为选自石灰石、白云石、铝矾土、粗铝和粗锡的至少一种。由此，造渣效果好。

根据本发明的再一方法，本发明提供了一种利用气化炉对含碳原料进行气化处理的方法。根据本发明的实施例，所述气化炉包括：壳体，所述壳体限定出熔炼空间；熔池，所述熔池设置在所述熔炼空间的底部；空气管路，所述空气管路设置在所述壳体上，并且伸入至所述熔池内；两个相对设置的隔板，所述隔板设置在所述熔池中，所述隔板的底部与所述熔炼空间的底部之间形成有适于所述熔融态金属通过的缝隙，所述隔板的侧壁上设置有适于所述熔融态金属氧化物通过的通孔，所述两个相对设置的所述隔板将所述熔池分隔为气化区、氧化区和造渣区，其中，所述空气管路伸入至所述氧化区中；以及喷枪，所述喷枪设置在所述壳体上，并且伸入至所述气化区内，用于向所述气化区提供含碳原料和气化剂；以及进料口，所述进料口设置在所述壳体上，并且伸入至所述造渣区内，用于向所述造渣区提供金属原料和造渣剂，所述方法包括：通过进料口，将所述金属原料供给至所述熔池，并对所述金属原料进行冶炼，以便获得熔融态金属，利用所述空气管路向所述氧化区提供空气，以便通过所述空气在所述氧化区对所述熔融态金属进行氧化处理，并且得到熔融态金属氧化物，其中，所述熔融态金属氧化物从所述氧化区经所述通孔进入所述气化区和所述造渣区，所述熔融态金属从所述气化区和所述造渣区经所述缝隙进入所述氧化区，以便使所述熔融态金属氧化物和所述熔融态金属在所述熔池内循环流动；利用所述喷枪向所述气化区提供含碳原料和气化剂，以便使所述含碳原料与所述气化剂、所述熔融态金属氧化物和所述熔融态金属接触，并且获得包括氢气和一氧化碳的合成气和熔渣；以及利用所述进料口向所述造渣区提供所述造渣剂，通过所述造渣剂富集所述熔渣和所述含碳原料中的杂质，以便得到泡渣以及净化后的所述熔融态金属氧化物和所述熔融态金属。由此，本发明采用以金属氧化物和金属之间的密度差异为驱动力实现熔池内部的物质循环流动的气化炉进行气化处理，该方法操作简单，物质传递特性好，稳定性和产气性能高。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1显示了根据本发明一个实施例的气化炉的结构示意图；

图2显示了根据本发明一个实施例的气化炉的结构示意图；

图3显示了根据本发明一个实施例的对含碳原料进行气化处理的流程示意图；

图4显示了根据本发明一个实施例的对含碳原料进行气化处理的流程示意图；

图5显示了根据本发明一个实施例的对含碳原料进行气化处理的流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。进一步地，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

气化炉

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种气化炉。参考图1，根据本发明的实施例，对该气化炉1000进行解释说明，该气化炉1000包括：壳体100、熔池200、空气管路300和喷枪400，其中，壳体100限定出熔炼空间；熔池200设置在熔炼空间的底部，用于对金属原料进行冶炼，得到熔融态金属；空气管路300设置在壳体100上，并且伸入至熔池200内，用于向熔池200提供空气，利用所述空气对熔融态金属进行氧化处理，并且得到熔融态金属氧化物；喷枪400设置在壳体100上，并且伸入至熔炼空间内，用于向熔炼空间提供含碳原料和气化剂，使含碳原料与气化剂、熔融态金属氧化物和熔融态金属接触，并且获得包括氢气和一氧化碳的合成气。

根据本发明实施例的气化炉1000，以熔池200内部的熔融态金属作为含碳原料气化的主要介质，进行气化反应，空气经空气管路300鼓入熔池200中，空气中的氧气在高温下与熔融态金属充分接触进行反应，生成金属氧化物。剩余氮气则取流动阻力最小的路径排出，从而，合成气中基本不含氮气，具有较高的热值和化学纯度。生成的金属氧化物由于密度较液态金属小，熔融态金属向下运动，熔融态金属氧化物向上运动，熔池内的物料形成自然循环，并进行物质传递。根据本发明的实施例，利用喷枪400将含碳原料输送进入炉内，与熔融态金属氧化物发生部分氧化反应，并随后与气化剂发生水气变换反应产生合成气。在本发明的制备合成气的过程中，以熔融态金属作为含碳原料气化的主要介质，无需现有技术中的纯氧，只需要普通空气就可以实现气化过程，并且，含碳原料与液态床料充分接触，原料中的硫、磷、砷等非金属元素与金属氧化物生成对应的金属盐，而铅、汞、镉等重金属元素则与熔融态金属床料生成合金，实现了燃气生产和燃气净化的同时进行。金属氧化物经碳原料还原后生成密度较大的单质金属，形成富金属液流下沉至熔池底部，循环流动，再次与空气接触形成金属氧化物，从而，无需价格昂贵的高温金属循环泵，即可实现以熔融态金属氧化物和熔融态金属密度差为驱动力的气化炉内部物质自然循环，进而简化了气化炉的结构，提高了并且系统稳定性，气化炉的生产成本低，并且，该气化炉物质传递特性好，产气性能高。

参考图2，根据本发明的一些实施例，气化炉1000进一步包括：隔板300，该隔板300设置在熔池200中，其中，隔板300的底部与熔炼空间的底部之间形成有适于熔融态金属通过的缝隙510，隔板300的侧壁上设置有适于熔融态金属氧化物通过的通孔520。由此，通过隔板300将熔池200分隔为相对独立的两个腔室。液态金属在一个腔室实现氧的富集形成金属氧化物，由于金属氧化物密度较液态金属小，熔融态金属氧化物向上运动，经通孔320在两个腔室间流动，而熔融态金属则经缝隙510在两个腔室间流动，使含碳原料的气化和液态金属的氧化在独立的腔室中完成，从而，气化过程中空气不与含碳原料以及合成气直接接触，在提高产品气的热值的同时保证了气化炉运行的安全性，省去了现有气化装置昂贵复杂的空气分离系统。

根据本发明的实施例，喷枪400的种类不受特别的限制，只要能够向熔池中提供含碳原料和气化剂即可。根据本发明的实施例，喷枪400利用气化剂的气力将含碳原料输送至气化炉内。根据本发明的一些实施例，喷枪可以采用廉价的固定式喷枪，也可以采用目前钢铁行业广泛使用的自由喷枪。喷枪在工作过程中因喷射物的反冲作用在一定范围内做低频摆动，以获得额外的熔池搅拌效应，实现含碳原料连续进给的同时搅拌炉内反应物，原料转化速率加快，其中，相对于固定喷枪，自由喷枪的摆动效果更好，从而，对于褐煤、生物质炭等易气化原料，可采用价格相对便宜的固定式喷枪，而对于难气化的含碳原料，可以采用搅拌效果更好的自由喷枪，促进含碳原料的转化。

根据本发明的一些实施例，该气化炉进一步包括：进料口600，用于提供金属原料和造渣剂。当碳原料气化生成的熔渣或炉内杂质积累至一定程度后投入造渣剂，形成密度小于熔融态金属及金属氧化物的泡渣，并将硫、磷、砷、铅、汞、镉等有害杂质富集于泡渣内部，随金属流动排出炉外，保证液态金属熔池的洁净性，并且，在排渣的同时完成了炉内介质金属的再生，实现气化炉连续，稳定运行。

根据本发明的一些实施例，该气化炉1000进一步包括：排气管800，用于排出合成气。由此，生成的合成气有排气管800排出，保证炉内的压力稳定，并且，避免合成气与含碳原料接触，气化炉的安全性和稳定性好。

根据本发明的一些实施例，该气化炉1000进一步包括：预热单元700，该预热单元700与喷枪400相连，用于在气化剂进入喷枪400前，对气化剂进行预热处理，得到预热后的气化剂。由此，利用高温合成气产生的热量对气化剂进行预热，不仅实现热量的有效利用，而且促进气化剂与含碳原料进行反应，生产合成气。

参考图2，根据本发明的实施例，该气化炉包括：两个相对设置的隔板，两个相对设置的隔板将所述熔池分隔为气化区、氧化区和造渣区，其中，进料口向造渣区中供给金属原料和造渣剂，空气管路伸入至氧化区中，喷枪伸入至气化区中。由此，气化过程主要在气化区进行，金属氧化主要在氧化区进行，熔渣及炉内杂质的造渣过程主要在造渣区进行，使上述各反应空间相互隔离，保证反应过程中空气不与含碳原料以及合成气直接接触，在提高产品气的热值的同时保证了气化炉运行的安全性，省去了现有气化装置昂贵复杂的空气分离系统。

对含碳原料进行气化处理的方法

根据本发明的另一方面，本发明提供了一种对含碳原料进行气化处理的方法。参考图3，根据本发明的实施例，对该方法进行解释说明，该方法包括：

S100金属冶炼

根据本发明的实施例，对金属进行冶炼，得到熔融态金属。根据本发明实施例的方法，以熔融态金属作为含碳原料气化的主要介质，无需纯氧，即可进行气化反应，气化反应的过程简单，成本低。

根据本发明的实施例，金属的种类不受特别的限制，只要高温条件下易于氧化，且金属氧化物与金属的密度差能够推动熔融态的金属氧化物和熔融态金属在熔池中进行自然循环即可。根据本发明的优选实施例，金属为选自铜(Cu)、铁(Fe)、锌(Zn)、锡(Sn)、锑(Sb)、铋(Bi)、铅(Pb)和银(Ag)的至少一种。

S200氧化处理

根据本发明的实施例，利用空气对熔融态金属进行氧化处理，得到熔融态金属氧化物。由此，空气中的氧气在高温下与熔融态金属充分接触进行反应，生成金属氧化物。剩余氮气则取流动阻力最小的路径排出，从而，合成气中基本不含氮气，具有较高的热值和化学纯度。同时，生成的金属氧化物由于密度较液态金属小，熔融态金属向下运动，熔融态金属氧化物向上运动，利用金属和金属氧化物的密度差作为驱动力，无需价格昂贵的高温金属循环泵，即可实现床层物料的自然循环，进行物质传递。

S300气化反应

根据本发明的实施例，将含碳原料与熔融态金属氧化物和气化剂反应，获得包括氢气和一氧化碳的合成气。含碳原料与熔融态金属氧化物发生部分氧化反应，并随后与气化剂发生水气变换反应产生合成气。在本发明的制备合成气的过程中，以熔融态金属作为含碳原料气化的主要介质，无需现有技术中的纯氧，只需要普通空气就可以实现气化过程，并且，含碳原料与液态床料充分接触，原料中的硫、磷、砷等非金属元素与金属氧化物生成对应的金属盐，而铅、汞、镉等重金属元素则与熔融态金属床料生成合金，实现了燃气生产和燃气净化的同时进行。

根据本发明的实施例，含碳原料的种类不受特别地限制，只要与金属氧化物和气化剂反应能生成合成气即可。根据本发明的一些实施例，含碳原料为选自石墨、裂解炭黑、焦炭、石油焦、煤、生物质炭和成型生物质的至少一种。由此，含碳原料价格低廉，易于气化，无需制粉、制水煤浆和制氧等工艺环节即可进行气化反应，并且得到的合成气热值和纯度高。

参考图4，根据本发明的实施例，对含碳原料进行气化处理的方法进一步包括：

S400预热处理

根据本发明的实施例，对气化剂进行预热处理，得到预热后的气化剂。根据本发明的具体实施例，利用合成气产生的热量进行预热处理。由此，利用高温合成气产生的热量对气化剂进行预热，不仅实现热量的有效利用，而且促进气化剂与含碳原料进行反应，生产合成气。

参考图5，根据本发明的实施例，对含碳原料进行气化处理的方法进一步包括：

S500造渣处理

根据本发明的实施例，利用造渣剂富集熔渣和含碳原料中的杂质，得到泡渣。由此，当碳原料气化生成的熔渣或炉内杂质积累至一定程度后投入造渣剂，形成密度小于熔融态金属及金属氧化物的泡渣，并将硫、磷、砷、铅、汞、镉等有害杂质富集于泡渣内部，随金属流动排出炉外，保证液态金属熔池的洁净性，并且，在排渣的同时完成了炉内介质金属的再生，实现气化炉连续，稳定运行。

根据本发明的一些实施例，造渣剂为选自石灰石、白云石、铝矾土、粗铝和粗锡的至少一种。由此，造渣剂对泡渣和杂质的吸附能力强，造渣效果好。

根据本发明的再一方面，本发明提供了一种利用气化炉对含碳原料进行气化处理的方法。根据本发明的一些实施例，气化炉的结构如图2所示，该气化炉包括：壳体100、熔池200、空气管路300、两个相对设置的隔板500、喷枪400和进料口600，其中，壳体100限定出熔炼空间；熔池200设置在熔炼空间的底部；空气管路300设置在壳体100上，并且伸入至熔池200内；隔板500设置在熔池200中，该隔板200的底部与熔炼空间的底部之间形成有适于熔融态金属通过的缝隙510，该隔板500的侧壁上设置有适于熔融态金属氧化物通过的通孔520，两个相对设置的隔板500将熔池分隔为气化区、氧化区和造渣区，其中，空气管路300伸入至氧化区中；喷枪400设置在壳体上，并且伸入至气化区内，用于向气化区提供含碳原料和气化剂；进料口600设置在壳体100上，并且伸入至造渣区内，用于向造渣区提供金属原料和造渣剂。

接下来，参考图5，对利用上述气化炉对含碳原料进行气化处理方法进行说明，该方法包括：

S100金属冶炼

根据本发明的实施例，通过进料口600，将金属原料供给至熔池200，并对金属原料进行冶炼，以便获得熔融态金属。

S200氧化处理

根据本发明的实施例，利用空气管路300向氧化区提供空气，通过空气在氧化区对熔融态金属进行氧化处理，并且得到熔融态金属氧化物；熔融态金属氧化物从氧化区经通孔进入气化区和造渣区，熔融态金属从气化区和造渣区经缝隙进入氧化区，使熔融态金属氧化物和熔融态金属在熔池内循环流动。

S300气化反应

根据本发明的实施例，利用喷枪向气化区提供含碳原料和气化剂，使含碳原料与气化剂、熔融态金属氧化物和熔融态金属接触，并且获得包括氢气和一氧化碳的合成气和熔渣。

S500造渣处理

根据本发明的实施例，利用进料口向造渣区提供造渣剂，通过造渣剂富集熔渣和含碳原料中的杂质，得到泡渣以及净化后的熔融态金属氧化物和熔融态金属。

根据本发明实施例的方法，利用气化炉以熔池200内部的熔融态金属作为含碳原料气化的主要介质，进行气化反应。并且利用隔板500将熔池200分隔为气化区、氧化区和造渣区，其中，气化过程主要在气化区进行，金属氧化主要在氧化区进行，熔渣及炉内杂质的造渣过程主要在造渣区进行，使上述各反应空间相互隔离，保证反应过程中空气不与含碳原料以及合成气直接接触，在提高产品气的热值的同时保证了气化炉运行的安全性，省去了现有气化装置昂贵复杂的空气分离系统。氧化过程中，空气经空气管路300鼓入熔池200的氧化区中，空气中的氧气在高温下与熔融态金属充分接触进行反应，生成金属氧化物。剩余氮气则取流动阻力最小的路径排出，从而，合成气中基本不含氮气，具有较高的热值和化学纯度。生成的金属氧化物由于密度较液态金属小，熔融态金属向下运动，熔融态金属氧化物向上运动，熔融态金属氧化物从氧化区经通孔520进入气化区和造渣区，熔融态金属从气化区和造渣区经缝隙510进入氧化区，熔池内的物料形成自然循环，并进行物质传递。根据本发明的实施例，利用喷枪400将含碳原料输送进入炉内，与熔融态金属氧化物发生部分氧化反应，并随后与气化剂发生水气变换反应产生合成气。在本发明的制备合成气的过程中，以熔融态金属作为含碳原料气化的主要介质，无需现有技术中的纯氧，只需要普通空气就可以实现气化过程，并且，含碳原料与液态床料充分接触，原料中的硫、磷、砷等非金属元素与金属氧化物生成对应的金属盐，而铅、汞、镉等重金属元素则与熔融态金属床料生成合金，实现了燃气生产和燃气净化的同时进行。

下面参考具体实施例，对本发明进行说明，需要说明的是，这些实施例仅仅是说明性的，而不能理解为对本发明的限制。

实施例1

本实施例中，利用双腔室液态金属气化炉，以铜为金属介质，生物质为原料，以体积比为1：1的二氧化碳和水蒸气为气化剂，以石灰石为造渣剂，制备合成气，其中，气化炉的结构示意图如图2所示，制备方法具体如下：

(1)利用熔池200对铜进行冶炼，得到熔融态的铜。

(2)利用空气管路300向氧化区提供空气，通过空气在氧化区对熔融态铜进行氧化处理，得到熔融态氧化铜，反应剩余的氮气由氮气出口900排出。

(3)熔融态氧化铜从氧化区经通孔520进入气化区和造渣区，熔融态铜从气化区和造渣区经缝隙510进入氧化区，使熔融态氧化铜和熔融态铜在熔池内循环流动。

(4)利用气化剂预热单元700，通过生成的高温合成气对气化剂进行预热，并经预热后的气化剂供给给喷枪400。

(5)利用固定喷枪400向气化区提供含碳原料和气化剂，使含碳原料与气化剂、熔融态氧化铜和熔融态铜接触，获得包括氢气和一氧化碳的合成气和熔渣。

(6)利用进料口800向造渣区提供造渣剂，通过造渣剂富集熔渣和含碳原料中的杂质，得到泡渣以及净化后的熔融态氧化铜和熔融态铜，完成铜的再生，实现气化炉的连续运行。

综上所述，利用本实施例的双腔室液态金属气化炉进行气化，利用铜/氧化铜的密度差作为驱动力，实现炉内床层物料的自然循环，无需使用技术复杂、价格昂贵的高温金属循环泵，即可进行物质传递。并且气化炉的产气性能好。稳定性高，设备结构简单，成本低。并且采用隔板将液态金属熔池分隔为相对独立的内、外两个腔室。通过液态金属在内腔室实现氧的富集，在外腔室完成碳原料的气化。整个反应过程中空气不与碳原料以及产品气直接接触，使得产品气中几乎不含氮气，在提高产品气的热值的同时保证了气化炉运行的安全性，省去了现有气化装置昂贵复杂的空气分离系统。由此，利用本实施例的气化炉，可以稳定、连续、高效、低成本地制备高纯度的合成气。

实施例2

本实施例中，利用液态金属气化炉，以铜锌合金为金属介质，石墨为原料，以体积比为2：1的二氧化碳和水蒸气为气化剂，以铝矾土为造渣剂，制备合成气，其中，气化炉的结构示意图如图1所示，熔池200为深金属熔池，并将空气管路300延长至深金属熔池底部，熔池改深后可保证空气中的氧气与液态金属充分反应，隔绝气相氧与碳原料、碳原料气化中间产物以及产品气的接触，保证气化炉的安全运行，利用该气化炉制备合成气的方法具体如下：

(1)利用熔池200对铜锌合金进行冶炼，得到熔融态铜锌合金。

(2)利用空气管路300向熔池200提供空气，通过空气对熔融态铜锌合金进行氧化处理，得到熔融态氧化铜和氧化锌，反应剩余的氮气由氮气出口900排出。

(3)由于氧化铜和氧化锌密度较熔融态铜锌合金小，熔融态铜锌合金向下运动，熔融态氧化铜和氧化锌向上运动，熔池内的物料形成自然循环，并进行物质传递。

(4)利用气化剂预热单元700，通过生成的高温合成气对气化剂进行预热，并经预热后的气化剂供给给喷枪400。

(5)利用固定喷枪400向气化区提供含碳原料和气化剂，使含碳原料与气化剂、熔融态氧化铜和氧化锌和熔融态铜锌合金接触，获得包括氢气和一氧化碳的合成气和熔渣。

(6)利用进料口800向造渣区提供造渣剂，通过造渣剂富集熔渣和含碳原料中的杂质，得到泡渣以及净化后的熔融态氧化铜和氧化锌和熔融态铜锌合金，完成铜锌合金的再生，实现气化炉的连续运行。

综上所述，利用本实施例的单腔室气化炉制备合成气，气化炉的运行原理如实施例1中双腔室气化炉所示，在此不再赘述。利用该气化炉制备合成气，虽然合成气的纯度和热值低于实施例1，但气化炉设备系统架构更简单，组装调试难度小，设备价格更低，相应地，合成气的生产流程更简单，生产成本也更低。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种气化炉，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体限定出熔炼空间；

熔池，所述熔池设置在所述熔炼空间的底部，用于对金属原料进行冶炼，以便得到熔融态金属；

空气管路，所述空气管路设置在所述壳体上，并且伸入至所述熔池内，用于向所述熔池提供空气，以便利用所述空气对所述熔融态金属进行氧化处理，并且得到熔融态金属氧化物；以及

喷枪，所述喷枪设置在所述壳体上，并且伸入至所述熔炼空间内，用于向所述熔炼空间提供含碳原料和气化剂，以便使所述含碳原料与所述气化剂、所述熔融态金属氧化物和所述熔融态金属接触，并且获得包括氢气和一氧化碳的合成气。

2.根据权利要求1所述的气化炉，其特征在于，进一步包括：

隔板，所述隔板设置在所述熔池中，

其中，所述隔板的底部与所述熔炼空间的底部之间形成有适于所述熔融态金属通过的缝隙，所述隔板的侧壁上设置有适于所述熔融态金属氧化物通过的通孔。

3.根据权利要求1所述的气化炉，其特征在于，所述喷枪为自由式喷枪或固定式喷枪。

4.根据权利要求1所述的气化炉，其特征在于，进一步包括：

进料口，用于提供金属原料和造渣剂；

排气管，用于排出所述合成气；

预热单元，所述预热单元与所述喷枪相连，用于在所述气化剂进入所述喷枪前，对所述气化剂进行预热处理，以便得到预热后的气化剂。

5.根据权利要求4所述的气化炉，其特征在于，包括：

两个相对设置的所述隔板，所述两个相对设置的所述隔板将所述熔池分隔为气化区、氧化区和造渣区，

其中，所述进料口向所述造渣区中供给所述金属原料和所述造渣剂，

所述空气管路伸入至所述氧化区中，

所述喷枪伸入至所述气化区中。

6.一种对含碳原料进行气化处理的方法，其特征在于，包括：

对金属进行冶炼，以便得到熔融态金属；

利用空气对所述熔融态金属进行氧化处理，以便得到熔融态金属氧化物；以及

将含碳原料与所述熔融态金属氧化物和气化剂反应，以便获得包括氢气和一氧化碳的合成气。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述含碳原料为选自石墨、裂解炭黑、焦炭、石油焦、煤、生物质炭和成型生物质的至少一种。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，进一步包括：

对所述气化剂进行预热处理，以便得到预热后的气化剂；

利用造渣剂富集所述熔渣和所述含碳原料中的杂质，以便得到泡渣。

9.据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述造渣剂为选自石灰石、白云石、铝矾土、粗铝和粗锡的至少一种。

10.一种利用气化炉对含碳原料进行气化处理的方法，其特征在于，所述气化炉包括：

壳体，所述壳体限定出熔炼空间；

熔池，所述熔池设置在所述熔炼空间的底部；

空气管路，所述空气管路设置在所述壳体上，并且伸入至所述熔池内；

两个相对设置的隔板，所述隔板设置在所述熔池中，所述隔板的底部与所述熔炼空间的底部之间形成有适于所述熔融态金属通过的缝隙，所述隔板的侧壁上设置有适于所述熔融态金属氧化物通过的通孔，所述两个相对设置的所述隔板将所述熔池分隔为气化区、氧化区和造渣区，其中，所述空气管路伸入至所述氧化区中；

喷枪，所述喷枪设置在所述壳体上，并且伸入至所述气化区内，用于向所述气化区提供含碳原料和气化剂；以及

进料口，所述进料口设置在所述壳体上，并且伸入至所述造渣区内，用于向所述造渣区提供金属原料和造渣剂，

所述方法包括：

通过进料口，将所述金属原料供给至所述熔池，并对所述金属原料进行冶炼，以便获得熔融态金属；利用所述空气管路向所述氧化区提供空气，以便通过所述空气在所述氧化区对所述熔融态金属进行氧化处理，并且得到熔融态金属氧化物，其中，所述熔融态金属氧化物从所述氧化区经所述通孔进入所述气化区和所述造渣区，所述熔融态金属从所述气化区和所述造渣区经所述缝隙进入所述氧化区，以便使所述熔融态金属氧化物和所述熔融态金属在所述熔池内循环流动；

利用所述喷枪向所述气化区提供含碳原料和气化剂，以便使所述含碳原料与所述气化剂、所述熔融态金属氧化物和所述熔融态金属接触，并且获得包括氢气和一氧化碳的合成气和熔渣；以及

利用所述进料口向所述造渣区提供所述造渣剂，通过所述造渣剂富集所述熔渣和所述含碳原料中的杂质，以便得到泡渣以及净化后的所述熔融态金属氧化物和所述熔融态金属。