CN1124295A - 改进了的熔融金属分解设备及方法 - Google Patents

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Abstract

隔墙可形成分隔接近熔池中心的蒸汽空间的烟道效应。通过热转化，及任选地通过在隔墙—烟道状物装置的任何一侧上熔池部分之间的压差有助于通过此烟道状物的流动。公开了将碳氢化合物原料(例如，煤、汽车轮胎、有害有机废料，如多卤化有机化合物、有机聚合物、垃圾及其他碳氢化合物)转化成含一氧化碳和氢的合成气体的多个区设备和方法。使该原料与熔池接触，该熔池可在一定压力下的缺氧区中含有铁并在至少一个温度与压力高于第一区的其他区中与水、和/或氧源反应。

Description

改进了的熔融金属分解设备及方法
本发明涉及使含碳、最好还含氢的原料分解的熔池的总的领域，而按U，S.Patent Office的分类为Class/Subclass：60/39，12，84/195及23/230A。
Rasor的U.S.4,187,672及U.S.4,244,180公开了将一种含碳燃料的物料和煤供入一种高温液体，如铁水中，其温度足以使该供入物焦化，如约2850°F(1565℃)，然后将空气或其它的氧源引入该反应器以与溶于该液体中的碳反应并将此热的燃料气体用于产生有用的能。
Nagel的WO92/01492指出过不同熔融金属的两个不相混溶区。
Mayes的U.S.4,338,096公开一种方法，该法通过在熔融介质上的气升效应控制熔融的反应物质进入反应区的流量，并使此控制气体的流量与熔融介质的合适的流量成比例。Mayes不明白液体借助对流从一区向另一区流动的启示。
Bach的U.S.4,574,714及U.S.4,602,574没有谈到本发明的多个区，即引入有机原料的第一区、引入氧化剂的第二区及气相和液相的两个区，上述各区是为本发明的隔板所分开的。
Shin Melwa lnd的DE2,521,080展示了在氧化和气化区之间有电磁环流的熔体。
Tyrer的U.S.1,801,221公开过在一个两区装置中用甲烷生产氢，但没提供通过此两区间的对流使之流动的手段，而且也没谈到本发明的专设的隔墙隔离物。
Vayssiere的FR2,186,524公开了用电磁方式在氧化区和气化区而产生环流的熔体。
Axelsson的U.S.4,511,372完成了它的在单一容器中在高压下基本上抑制灰尘的全部工艺。
法国专利No.2552443(Klockner—Humboldt—Deutz)公开过一单一铁熔池(1)(供入煤及CaO等熔剂)。一用于冷却自此铁熔池(1)中挥发出的气体的冷却容器(3)及产生用于循环回到该冷却熔池(2)的H2和O2的电解区(3)。该专利谈到“在于铁熔池反应器1中加热期间释出的CO2气体，根据Boudouard’s的与固体碳的反应在约1400℃的高的操作温度下完全转变成一氧化碳”。这样，法国专利2,552,443通过加碳而于其熔池(1)中将CO2转化成CO这与该待批发明不同，本发明通过加碳在其第二熔池中将CO2转变成CO，这与在其第一熔池中的这种分解不同，而且它利用Boudouard反应在其第二熔池中进行冷却，而不以最初的原料形式供入其分解熔池。
现公开一种将碳源转变成含一氧化碳的氢的合成气体的多区设备和工艺。该碳源可以是煤、汽车轮胎、有害的有机废物、如氯化联苯、多卤化有机物、有机金属化合物、有机聚合物、食用下脚料、淤渣废料，以及其他碳氢化合物，它在一定压力下被溶于可含有铁的，处于铁氧区的熔池中，然后与水、一种氧源或其混合物在至少一个区中以较高于第一区的温度及压力进行反应。在一特别好的实施方案中，两个区处于不同的垂直高度上，并由于低区及与之相比较的高区中的熔池间的比重差产生从一个区到另一区循环。
当在压力下通过将碳加入第一区中的金属液中，然后使此熔融金属环流而在第二区中与含氧气体接触，将含氢和碳的原料如丙烷，脱沥青溶剂等转变成基本上纯的氢和CO/CO2气流时，一米直径的容器用本发明可以由甲烷生产出压力在2—50大气压的566340m3/天(2百万标准立方英尺/天)的氢。
在一个改进了的熔融金属产生氢的熔池中，挡墙构成一个吸管或起分隔该熔池中心气体空间效果的烟囱状物。通过保持该挡墙一烟囱状物各边上的熔池部位间的有助于对流的温度差，任选地，还有压力差来促进经此烟囱状物的流动。原料加在装料区，而氧加在氧化区，H2从此装料区中放出，而CO从氧化区放出。挡墙可简单地用砖砌体或高温金属构成，而且可装在现存的有耐火衬的金属液容器中。产物可作为费—托合成法的合成气体原料被混合。另外可通过喷入CO2取代氧将Boudouard吸热反应( )用来控制温度。
图1是展示封闭的容器100截面的一较佳实施方案的示意图，容器100有加料区104和氧化区106它们被烟囱状物/炉子状的环流区108分隔，环流区108由向下延伸的挡墙装置114/水平延伸的挡墙装置115和气化区分离器装置112所限定。
图2是图1的实施方案的细节，它展示挡墙125和136。
图3是图1的实施方案的示意图，它展示任选的水煤气轮换反应器60，费一托反应器64，任选的Boudonard反应器80，气体在熔池氧化区106中产生，而二氧化碳借助Benfield或PressureSwing Absorption工艺去除。
图4是第二较佳实施方案的总的纵剖面示意图，展示可用于本发明的设备或装置。
图5是沿图4的A—A线剖开的，图5设备的放大的顶视图。
图6是图5中设备沿图4中B—B线剖开的放大视图。
图7是图4的容器12的放大但改形的剖面图。
图8是图4中容器14的放大但改形的剖面图。
图9是可用于本发明的设备或装置的总的示意剖面图，该设备或装置公开了一些超过了图4的改形。
图10公开了第三较佳实施方案：与图4大致相似但有三个示于剖面图的熔池的制氢设备。
本发明对于生产种类繁多的最终产品是有用的，所述产品包括那些可用已知的费一托法生产的产品，如粗汽油、柴油机燃料、喷气机燃料(煤油)等特别是为南非的Sasol所售的产品。Mobil Oil“M—Gas”法(U.S.3,998,899等)可被采用。现在，本发明对于灵活地生产作为环境保护而被要求的或所期望的重整燃料，如甲醇、甲基叔丁基醚(MTBE)及叔戊基甲基醚(TAME)等是有特别价值的。在其较佳实施方案中，本发明全部用来自劣质的或低价的碳氢化合物、空气(为氧化)及水(提供氢及辅助的氧)运行。尤为值得注意的是，本发明可利用放热的碳氧化反应，它可无需外加的能量输入运行。另外，吸热的Boudorad反应( )可用来控制两个反应区中的温度，特别是控制其温差，从而调节两区间的所期望那样的物料的对流循环。
合成气体的用途，按Kirk—Othmer Encyclopedia ofChemical Technology，包括：将无任何其它反应剂的CO/H2作为结构单元，如用于甘醇合成、改进的费一托法合成烯烃或石蜡，及乙酸合成；那些涉及CO/H2的用途及用来作自合成气衍生的化合物的辅助用途的应用，如甲醇与乙醇的同系化作用；那些应用基于CO/H2的衍生物的用途，如作为进一步反应步骤的起始料的甲醇，该步骤比如是Mobil’s MIG(甲醇制汽油)法或乙烯基乙酯法；以及能量效率法，如那些将合成气用于联合循环设备的方法；那些用一氧化碳于后续合成的用途，如乙酰胺、丙烯酸酯、科赫酸等的合成。
还有，本发明可采用多种原料，无论其是否有害，而且操作困难或问题最小。其它的操作优点包括易于进行热平衡控制，即允许产生的氢量有变化。产不出为常规设计所要求的最小量的氢则导致制氢设备不运行或难以操作。本发明能承受范围广阔的产出量。比如，根据本发明设计的容量为生产566340米3/天(2千万标准立方英尺/日)的制氢设备能从此最大产率转到56634米3/日那么小(2百万标准立方英尺/日)。如果一按常规设计的制氢设备设计产率为566340米3/日(2千万标准立方英尺/日)，则其产率的减少不能比226536米3/日(8百万标准立方英尺)少得过多。
按本发明建造的制氢设备可产出比常规设备纯度高的氢，因为通过设有渣层去硫是本发明的一个主要特性。费一托合成法：
本发明的较佳CO和H2产物对于常规的费一托合成法(在Chemical Process Industries by R.Norris Schreve，Mc-Graw—Hill，1967，P.775中公开)是有用的。Boudouard反应：
在授予W.P.Hettinger等人的U.S.4,412,914、4,450,241、4,869,879及4,915,820中所讨论的这一反应可任选地使喷入的CO2与金属液中的碳反应而生成2CO并如所期望的那样冷却此熔体。金属：
虽然铁对此熔池是最适宜的；但出于专门的应用目的，钢、铜、锌、尤其是铬、锰或镍或其它的可熔炼的金属或其它的其中可少量溶有碳的熔融材料均可单独地或混合地采用。原料：
天然气(CH4)，液化石油气(LPG)、丙烷、石脑油、轻的或重的馏出物，真空精制的或其它的残余物，脱沥青溶剂(SDA)、芳族提取物、FCC残渣油、垃圾废料、轮胎、煤及实际上任何的含氢的材料。产物：
产物是CO、CO2、H2加上硫及可在定期排除的渣中放出的含在原料中的杂质，在精炼时，硫最好以处于氩气流中的气体的方式排出，然后进行克劳斯法及SCOT(Shell Claus off—gas Treat-ment)装置处理。控制：
采用常规的模拟—数字控制，温度用光学或红外线高温计或经保护的热电偶测量；碳用光谱仪测量；水平面用核幅射测量而可加入的原料，CH3、CO2、H2O用于保持温度，当然，此温度必须足够高(如在加料区中至少1250℃，氧化区中1300℃)以保持特定金属碳组合物为液态以及将碳含量及H2生产率保持在预定限度内。在加料区中温度以1150℃—1600℃为宜，1250℃—1500℃更好，1300℃—1450℃最佳，并且通常要比氧化区中的温度高50—150℃。间歇/连续运行：
虽然这些实施例以连续运行的基础描述本发明，当然它可以在间歇地或半间歇的基础上，以不连续的流入该金属液容器的原料流及以间断地放出渣和/或产物气体的方式实施。灵活性：
大范围的加料速率、原料组成及杂质，即使短时间以上的大幅度波动都可适应。
本发明还有的其它用途是能将乙烷和/或甲烷加至高压区以产生基本上纯的氢。最好是，可将低氢含量的碳氢化合物引入图10的低压区，或区1或区2以便满足热平衡的需要，这为的是保持该制氢设备的运行。低氢含量碳氢化合物的例子是上述的脱沥青溶剂，得自真空蒸馏塔的残渣及煤。简言之，用图10的三区系统，就有可能将高氢含量的碳氢化合物如甲烷或乙烷以及低氢含量的碳氢化合物以基本上为大气压的低压引入该高压区，并且通过平均这些气流的每一种的量以提供热平衡的辅助的途径和方法。优选的挡墙：
参见图1，按本发明，有加料区和氧化区以及有用于分解含碳(最好还有氢)的物料熔池的容器通过设有邻近该加料区并确定出使氧化区及加料区中之间的液体相通循环区(烟囱状物108)的一道墙的向上延伸的埋入的挡墙装置114而得以改进。本发明还包括水平延伸的挡墙装置115、它是与向下延伸的挡墙装置114的下部构成一整体的水平延伸的埋入挡墙，而且它是如此地布置以确定循环区108的下部，几乎象在此烟囱状物下设有一炉床。本发明还包括汽化区分隔物装置112，它将液体熔池上方的汽化空间分隔开，结果使加料区的汽化空间与氧化区的汽化空间分开。这一汽化区分隔物装置112邻近氧化区并向下伸入氧化区的液体中而限定出所述烟囱状物区的另一道墙，但远不足以与水平延伸的挡墙装置115接触。图1—3的设备：
封闭容器100最好衬有砖或可浇注的耐火材料，而且可加预应力以在受压时，甚至当此容器受压或受热时保持此耐火材料。
向下延伸的挡墙装置114及水平延伸的挡墙装置115可用耐火材料，甚至用钨、钽、或其它高熔点耐火金属制成，它们可覆以耐火陶瓷。
汽化区隔离装置112最好是用与向下延伸的挡墙装置114相同的材料制成，而且最好是与此封闭容器100的顶壁气密地相接。
氧化剂输入装置107可以是任何适宜的，炼钢工业熟知的喷咀形状。加料口105可以通过重力或泵(如果该容器在压力下运行则是高压泵)运行。图1—3的工艺：
参见图1，主容器(衬有耐火材料的钢容器100)封住加料区104、氧化区106、下循环区113及循环区108。加料区104经进料入口105接收原料。氧经氧化剂输入装置107进入氧化区106。氧化区106和循环区108用压力控制装置120控制，它操纵控制阀128和129以将H2出口130及CO出口132分别地调到所需的程度。冷却器127和126通过冷却产物来保护控制阀128和129。料面控制器133和134分别控制加料器和氧化区中的料面，原料将信号给予压力控制装置120以保持那些料面。
在图2中较详细地示出了隔墙135和136。注意，隔墙135有水平的和垂直的突出物，而隔墙主要在其突出方向处是垂直的，而且与衬有耐火材料的钢容器100的内沿气密地密封以有效地分隔加料区和氧化区上方的气体空间。隔墙135和136一起限定出下循环区113、循环区108并辅助地分隔上述的两个气相。循环区108特别由隔墙135的炉床状的基本水平伸出部和隔墙135的垂直突出部构成，它与隔墙136一起起形成通向循环区108的烟囱状物垂直部份的作用。这种形状是本发明的一个重要特性，因为它提供了这样一种必要的循环：它使碳首先从加料区经下循环区113运动至加料区104后的氧化区106，从那里在容器100封闭的氧化区中将碳大部去除后再经过循环区。
在运行时，图1设备的加料区104温度约为1300℃，氧化区106温度约为1400℃而逸出的氢和CO温度与之大致相同。封闭容器中的压力以超过大气压0—50巴为宜，较好是0.1—40巴，最好是1—25巴，虽然，如果特殊情况需要，更多的压力，即使高达100巴也可在特定的结构中被采用。
加料区104含碳以约0—4.3％为宜，约1—4％较好，而最好是3％。氧化区的碳含量是一个小于加料区中碳含量的量，该量由金属液的循环速率和碳加入加料区的输入速度确定。该容器是一个常规的衬有耐火材料的钢的装置，它适应所述温度及其它表面条件。氧源最好是来自以空气运行的制氧设备(未示出)的分馏99.9％的氧，但当附加氮可以容许的场合下，该氧源可以是空气。在下列的实施例中公开了各种原料。
公开于图4中的是第一或上熔池容器212，第二或下熔池容器214，将层217中的金属液从容器212输至容器214的管路213、将层218中的金属液自容器214输至容器212的管路215，部分地示意性示出的，将含碳物料、渣组份、气体组份引入的装置233、排出层219中渣组份的装置235、控制容器212中压力的装置237、控制金属液层218之上的容器214中压力的装置239、引入含分子氧气流的管路组件222、引入水的管路组件224，所述水可具多种形态，如液或气态，但最好是具蒸气的形态。在放大的图5和6中清楚地公开了容器212和214的壁。以具有至少三层：外钢层或壳247、提供绝热性能的中间耐火材料层246、提供耐腐蚀和机械强度以抵御金属液旋流造成损坏的内层248。容器212有一可拆卸的，但压力密封的带缘的塞子270，它提供一个开口，经此口在起动时引入金属液。容器214有两个可卸的带缘塞子240及264。带缘的塞子264提供一种在起动时引入金属液的手段，而可卸的带缘塞子240提供在停止运行时排除金属液的手段。引入含碳物料、渣组分及气体组分的装置233包括熔剂料斗238、含碳物料料斗231、一条或多条经其在压力下自气源(未示出)引入起动气体的管路236、用于输送粉料的螺旋给料器组件245，它依次包括电机244、螺旋给料器243，及螺旋给料器组件251，它依次包含电机242，螺旋给料器241。控制渣层219之上的容器212中压力的装置237包含带有示意地示出入口管路250及出口导管路252的热交换器228，及有一可操作地与压力控制器229相连的压力控制阀227的出口管路225。排出至少一部分容器212渣层219的装置235包括急冷槽，图示它含有急冷液263及凝固的颗粒265、经管路269引入和排除气体组分的装置及经管路271排除颗粒的装置。控制容器214中金属熔池上方压力的装置239包括一带有入口管路254及出口管路256的热交换器211，一个调压管路220，在其中有一可操作地与压力控制器相连的控制阀221。
广义地说本发明的操作含三个步骤：起动、稳态运行及停车。起动
上述系统的最佳起动方法如下：
将固定地装在第二区顶的供热燃烧器262点火。燃烧器262最好用燃料气体或燃料油与空气、富氧空气或甚至是纯氧进行燃烧而产生热。该燃烧器的燃烧速率被调到在耐火层中产生一特定的升温速率。耐火材料制造商就一特定的耐火材料推荐一特定的加热速率。这种推荐考虑到这一事实：如果对耐火材料加热过快则其要受到热破坏，如剥落。如果耐火材料事先一直未暴露于高温中，则其加热速率可与事先暴露于高温中的耐火材料的加热速率不同。来自此燃烧器的燃烧产物经管路213和215自容器214的第二区循环至容器212的第一区。该燃烧产物最好经带有大致设定为一大气压的压力调节器229的管路225离开第一区。燃烧持续到此耐火材料温度到达范围为1200—1800℃，更好是1400—1500℃的温度为止。根据耐火材料可被安全加热而避免破坏的某一速率，这种加热通常需至少20小时。
含碳至少为2％(重量)，更好是4％(重量)的铁水经第二区顶部的，于指示塞子264的位置的加料口被引入第二区。含碳量于此范围内的铁水很容易从钢厂的高炉获得。这种铁水通常指的是生铁。它常用所谓的“热金属”车的有轨车运送。一旦将足量的生铁装入第二区，此加料口就用料口塞264关住并封死，该口最好在原位用螺栓固定并充分密封以保持无论是什么样的压力并承受住高温汽体的侵蚀作用。第二区中的铁水温度通过经其中压力由阀274调节的管路组件222喷入的氧不时地升高。
第二区中的压力通过关闭管路220中的阀221及经管路组件222喷入惰性气体而升高。当第二区277中的压力升高时，管路213和215中的铁水液面就上升。最好是容器214有足够的体积以便将足够的铁水加到第二区的完全充满管路213和215并在第一区中产生一个约0.1米(0.5英尺)高的铁水液面。
在容器212中形成约0.1米(0.5英尺)的铁水液面后，经靠近第一区275的加料口将另一批铁水加入第一区。可通过分别经管路组件222或224将氧或蒸汽加至第二区，或经管路226将含氧气体加入容器212的第一区来调节第一区和第二区的温度。然后将活塞原地充分固定并密封以保持所需的各种压力并承受住高温气体的侵蚀作用。
为使自容器214或212的铁水开始循环，小流量的下列物质中的任一种或多种均可使用：基本上为惰性的气体；合成气体；分子氧；空气；或经管路组件230而可被加至管路215的蒸汽。最好在铁循环开始保持稳态状况后不久起动含碳物料和熔剂流。停车
本系统按如下方式停车：
将加至第一区的含碳物料流和熔剂流止住。用第二容器214的管路220中的压力控制阀调整第一区中的料面，以使大部分渣从容器212放出。然后调节第二区中的压力以使上容区212中的铁水液面处于其最低值。然后放出第一区中的铁水。位置是这样的：出铁后第一区和导管路213和215中的剩余铁水可贮于第二区217的容积中。
降低区277中的压力，以使全部剩余铁水流入容器214。一旦此压力降至大气压，具有在容器214底部中的带缘塞子240就被打开，几乎全部液态的铁水被排出。
如果需要，第二容器214顶部中的燃烧器可用于将耐火材料的热保持到下一运行周期，或用燃烧器262进行某种程度的加热可使该系统以预定的速度冷却。要不然可通过将蒸汽、空气或惰性气体加至第二区277和/或第一区275加速冷却。可通过点燃第二区277顶部中的燃烧器使冷却速度减慢。稳态运行
参见图4、以下是本发明一较佳实施方案的稳态运行的简单讨论。
大概最直接地理解本发明的金属液气化器的方法是考虑该系统中各种能量和物料输入和输出的关系。
在稳态运行时，就能量平衡考虑而论，碳溶于和分布于容器212，第一区中的速度导致一净能耗，这是因为将碳溶于，比如铁中是一吸热过程。最好这消耗几乎单由容器214，第二区产生的净热来补偿。容器214可使两类反应进行：一是吸热的，即碳和水生成氢和二氧化碳的反应，另一是放热的，即碳和分子氧或某些其它的等值的化学来源产出最好是单一的一氧化碳，但，如果需要，还有一些二氧化碳的反应。所产生的净能明确地取决于发生放热过程所产生的热和吸热过程消耗的热之间的差；从而，比如取决于分别采用的水对分子氧的数量比。
就容器212而言，各种输入包括：含碳物料；渣层组份；熔池组分，及一种可由惰性的和氧化性组分构成的起动气体。自容器212的输出是因压力调节及多余渣层或过量金属液的排出及保持基本恒定体积的金属液所造成的。就容器214而言，输入包含：水、氧化气体及经循环的金属液。自容器214的输出是因压力调节及在容器214中保持基本恒定体积的金属液而造成的。
下面的计算将就容器212和214单独考虑每种物料的输入或输出。
就容器212而言，引入含碳原料、渣组分及气体组份的装置233以如下方式运行。可包括经破碎的材料，如轮胎、塑料或其它含碳原料的碳素原料被贮于碳素原料料斗231中。此原料最好被切成大约1/4英寸或更小的块。不严格要求碳素物料的精确尺寸。原料的尺寸主要由易于经管路和螺旋给料组件输送而定。将碳素物料自原料料斗231送入螺旋给料器241，然后借助螺旋给料器241和电机242从螺旋给料器241送到管路226。这里将碳素物料引入管路226的较佳方法。可以理解的是还有其它的可供选择的将碳素物料引入容器212的方法。一种可供选择的方法是具有从金属液面下经过壁进入的管路226。碳素原料的加料速度由电机242转动螺旋给料器241的螺旋的速度控制。用线236标识的经导管路226引入的起动气体提供了将碳素原料组分经管路226引入熔池217的手段。
为引入与熔渣层219相应的渣组分，将破碎过的约1/8英寸或更小的石灰石从熔剂料斗238送入螺旋给料装置245。被破碎的石灰石及其它渣组分的具体尺寸，除去提供易于经管路输送和用螺旋给料器243和管路226运送之外，其本身并不严格，在附图中，示意地说明了含碳加料和石灰石通过相同的管路226一起被加入。这是适宜的布置，但它对本发明的运行并不严格。使渣组分及碳素组分在熔池层217中密切混合以提高硫、卤素及其它不希望有的组分与渣组分紧密接触而确保它们被排除或吸收于渣层219中的可能性。引入渣组分的速度受它们自熔剂料斗238送至螺旋给料器243的速度控制，还受在电机244引起动力下螺旋给料器243的螺旋转动速度控制。
由于渣层219有时被硫组分和其它不需要的组分所饱和，所以不时地或连续排除和更新渣层。排除渣层219部分的过程如下。急冷槽232中的压力用设来控制入口压力及自此系统的出口压力的示意地公开的对开范围压力阀控制器259调节。阀261与未示出的，在适宜压力下引入气体的气源相接。类似地，设控制器259来控制入口压力及自此系统的出口压力。阀261与未示出的，在一适宜的压力下引入气体的气源相接。相似地，控制器259控制出口阀260以减轻来自急冷槽232的压力。通过调节适当的入口和出口压力，可将渣层引入急冷槽232。当熔渣层219经管道253移入急冷槽232时，它最终落入急冷液263中，在那里它凝固成形成于急冷槽232底上的颗粒层265的颗粒。颗粒265通过经螺旋给料装置255的输送而送至未示出的储料区。通过经一未示出的装置添加急冷液来调节其液面。急冷液263最好是水，但其它的可起急冷液作用的材料也可用这类急冷液的例子有油、熔盐或金属液。
通过第一调整熔融层217的液面至完全覆盖通向导至急冷槽232的通道253的开口，可将一些金属液层217单独排出。通过调节区275中的相对于急冷槽232中的区或区域276中的压力的这一相对压力，可将层217的金属液输至急冷槽232。
为调节区275的压力，压力控制器229控制着管路225中的控制阀207。由于区275中的气体温度是如此之热，所以必须在其接触到管路225和阀227之前，使此热气体自区275经热交换器228通过。热交换器228有一用于使温度范围在1000—1300℃的热交换材料进入的入口250，及一使温度范围在约300—600℃的热交换材料离去的出口252。
虽然只示出了一条管路226，但在本发明的意图的范围中有多个通入熔融汽217的管路。最好是在所有的场合下，将引入熔融层217的材料引入该层的表面之下以避免渣层219的困难，及确保最大量的混合材料进入熔融层217。为进一步确保适当的混合，在容器212中设有一挡堰266以形成循环金属液的循环通道。为看到由挡堰266建立起的此循环通道，参看放大的图5。图5中的标号与图4中相应的特征相同。
挡堰或挡墙266的适宜材料的例子是，与容器壁衬相同或相似的陶瓷质材料。
适应热交换器228和211的适宜的热交换器的例子是：管式或壳式热交换器，其中热气体经不锈钢，因可尼耐热合金或因科合金(incalloy)制成的管子通在壳壁上产生蒸气而被冷却。
容器212的壁最好有三层。外层247由一般厚达1—2英寸的结构钢制成，这取决于为此系统正常工作压力的总压力。提供绝热性能的中间层246以限制自容器212内部的热传导。内层248是一种有充分抗渣和金属液熔池组分侵蚀能力的内层耐火材料。可以预料，由于起动气体及各原料组分通过管路226的混合和引入将有一些旋流，因此，由于层246使此系统具有与容器212的内表面不同的绝热性能，需要某些对该内表面的保护。
容器214的运行如下。空气或气化气体经阀装置222由未示出的气源引入。来自阀装置222的氧化气体在熔融层218中与碳素组分反应，借此将层218加热。为提供熔融层218的平衡和温度调节，可将水自未示出的水源经阀组件224引入。此水可以两种方式产生冷却：一、通过与碳形成CO和氢的吸热反应；另一是通过将加料时的温度改变到稳态情况下的温度。有可能将经管路256离去的由热交换器211输出的一部分冷却剂这样地引入阀装置224。过量的来自277区的气体组分被经通道281输至热交换器211以与经出口管路254引入的冷却剂进行间接热交换。管路254中的冷却剂的例子是，锅炉料、饱和蒸汽等。由于区277中的温度极高，可预料过热蒸汽将常是管路256放出的冷却剂。然后来自区277的被热交换器211冷却过的气体用阀221及阀控制器223调节。控制器223调节管路220中的压力。管路220中的气体主要由一氧化碳和氢的合成气体构成。这种合成气体被带到处理区(未示出)中，在那里各组分或作为化工原料，或作为无污染介质BTU燃料气体被采用。
用控制器223，调整管路220中的压力，可按需要保持或改变区277中的压力。通过降低区277中的压力，将使添加的金属液净流量在容器214中积累。类似地，通过提高区277中的压力，熔融层218的层可下移。当容器214中金属液的量减少时，容器212中的金属液的体积就相应的增加。结论是，通过控制区275和277中的相对压力，可调节容器212和214中金属液的相对液面高度。
在本发明系统的运行中特别重要的是需要保持自容器212至容器214，然后再返回容器212的金属液的流量。金属液以管路213中箭头所指方向经管路213离开容器212。类似地，金属液按管路215中箭头所指方向经管路215自容器214输回容器212。为确保此循环通道，将起动或提升气体定期经由阀和管路组成的入口装置230引入。经过入口装置230的起动气体或提升气体的气源未示出。此气体可由氧组成，以提高管路215中上升中的金属液的温度，或仅为惰性气体，如氮，以改变管路215中材料的总密度，从而增加其在管路215中的上升趋势。
图8所示是容器214及一部分管路213和215的放大图。它包含对容器214的改型，但仍保留其中相对的或等效特性的同样的标号。在图8中，示出了图4中没有的渣层216。为使渣层216得以排出，于是就没有该层在容器214中的不希望的形成，出口292处于相对于入口290为不同的水平上，借此通过适当的压力控制使层216全部或一部分排出。这样作是因为虽然可将渣组份不直接地加到第二区中，但有可能使这些组分夹带于自第一区送至第二区的材料中。在任何情况下，第二容器中有渣层216就可能进行进一步提纯，在此情况下需要根据含碳原料从产自所述第二区或容器214的合成气体中去除如硫、卤素等的不希望有的组分。
除刚在前段讨论过的改变之外，图8中所示的实施方案的运行基本上与就图4而进行的讨论相同。
图9示出了对图4设备的一种改型，其中可能经层217表面以下的壁将碳素原料引入容器212。为作到这点，示出了有两个保证任何经管路226输送的材料自由运动的起动气源236。还要注意，在图9中，渣层216被示于容器214中。虽然入口290处于与292相同的水平上，但它仍可能以与就容器212所进行的讨论相同的方式排除渣组分。然而，容器232及其它装置在图9中未示出。
下表列出了发生于各种金属液层中的反应：发生在第一区，及任选地在第二区中的反应：
发生在第一区的金属液中的反应：
发生在第二区金属液中的反应：
在图4中有：一个两区气化器210，第一容器或区212，第二容器或区214，一下流管路213，一上流管路215、多条管路：蒸汽及固体管路226、排出气管路225、第二区的蒸汽或流体管路组件224、含氧气流入口管路组件222和合成气体出口管路220，以及可供选择地，二次气体入口管路组件230、金属液或渣的排出通道253以及急冷槽232。
参见图4，第一区中有两个不相混溶的液层。下层由金属液层217构成。最好是此金属液层由铁构成，因为在最佳运行温度下它的对碳的溶解度很高，挥发性或蒸汽气压很低，而且在范围为1147—1800℃的操作温度下，其粘度范围为2—20厘泊(“CPS”)。然而其它的有适当高的对碳的溶解度，如超过1/2％(重量)的材料也可用。理想的材料以很低的温度熔融，而在运行条件下有高度的溶解碳素材料的溶解度、而且还有适当低的粘度和低的挥发性或蒸汽压。比如对于熔融材料而言，在约1000—1800℃的温度范围中，粘度范围为约2—100厘泊，而蒸汽压小于1托(1毫米汞柱)，而更好是小于0.1托。密度比金属液层217小的第二层219是渣层219。在区212中在铁的场合下，金属液层的温度是1300℃，但无论何处总在1147—1800℃的温度范围中。第一区212中无论何处的压力可为约1—2巴(约0—15磅/英寸2)，而更好是1.3—1.7巴(约5—10磅/英寸2)。温度和压力最好按热力学的考虑规定，以便发生的任何反应优化以及使任何不希望有的材料如硫或卤化物被渣层219所吸收的趋势。
如在图4中清楚地看到，可望不时地或在连续的基础上经通道253排除渣或铁。这将是可行的，因为渣将是不时地或连续地以渣的母体材料形式，如氧化钙或可能还有硅酸盐加入的。铁常存在于碳源材料，如煤中，结果不得不不时地除掉一些铁以保持适当的金属液相的液面。
也可有选择地经过包括辅助管路的管路226引入输送的气体和固体，如含碳材料。在第一区212中产生的废气，或由于在第二区214中发生反应而引入第一区的结果，或由于经管路组件230引入气体的结果所产生的废气在经通道283及其中有一间接热交换器的热交换器228而降低其温度后经废气管路225排出。
第二区214有金属液层218，而且如图5所示任选地还有渣层219，第二区的温度为1147—1800℃，压力最好为约2.7—205巴(25—3000磅/英寸2)。这些温度按第一区中的热需求及整个系统它处的热损失规定。更高的压力和温度是可能的，而且仅受运行和可得到的原料的实际成本的限制。
下流管路213将第一区212和第二区214相互连接。上流管路也将第一区212和第二区214相互连接。由于第一区和第二区间的温度差，将产生金属液自第一区至第二区，然后返回的对流输送。开始时，区212中的铁水或其它的熔融材料经下流管路流至第二区214。由于含氧气流被引入第二区，所以第二区的温度将比第一区高，因此将有一种被加热的层218的金属液经管路215返回第一区的趋向。可供选择的是，作为一种提高循环速度及改善此流速及甚至而某些时候引导流动方向的方法，可将气体、惰性的或氧化性的，经管路组件230引入。由于经管路230引入气体，金属液经管路215上升及经管路213下降的运动趋势被提高了。
作为一种控制第二区中温度量的方法，可供选择的是，经管路224引入蒸汽或液体。经管路224引入的蒸汽将通过与任何存在的碳素材料的吸热反应而提供温度控制，此中水加碳变成氢和一氧化碳。按单位面积受力计算的容器214的第二区中的压力，取决于每个区中熔融材料的相对高度及各区间的高度差，考虑到任何的变化、均匀与否的熔融材料相关部分的密度差。比如，从管路213和215中的熔融料加上熔融料层217和219产生的压力或每单位面积上的力减去适当单位的层216和218的密度乘它们的相对高度的积，即，相对高度乘它们的适宜单位的相对密度。第二容器214中的气体压力将以由控制阀221保持在合成气体管路220中的背压量确定。第一区中的压力将由被废气管路225上的阀227确定的废气压力确定。在某种程度上，得自出渣口和出铁口的背压量也起部分作用。然而，最好是相对熔融液层的主控制和它们的在第一和第二区中的高度将为这些液体之上的任何气体确定的背压确定。
在容器212第一区中发生的反应是：发生在熔渣层216中的反应；及金属液层217中的反应。发生在容器214的第二区中的反应是：金属液层218中的反应，及任选地，在有图8所示有渣层存在时在其中的反应。
经过管路225的，总压范围为0—15磅/英寸2的废气将有如下成分(％体积)范围：约20—80％的H2、15—70％CO、0.5—5％的N2及少量的各种其它气体，上述一切取决于碳素原料来源及直接或间接加在第一区的流动的或液化的气体。
经管路220离开的合成气体成分范围(％体积)如下：10—40％的H2、55—85％的CO、0.5—5％的N2、2—10％的Ar及少量的各种各样的其它气体，这取决于压力范围为2.7—205巴(25—3000磅/英寸2)的氧源。
从第一区至第二区的循环速度将在25—1000磅(公斤)/磅(公斤)净溶于第一区的碳的范围内。结论是，所有其它因素不变，在稳态情况下，碳被引入第一区的速度越大，则此循环速度也越大。
第一区中渣层219的渣成分(％重量)范围为：13—55％的CaO、20—40％的SiO2、12—24％的Al2O3、1—25％的CaS、0—5％的MgO、0—5％的TiO2、0—2％的K2O及0—2％的Na2O。该渣层中的组分及量取决于输入第一区的碳素材料的类型及量及加至第一区的熔剂的加料速度及数量。除上述物质之外在该渣层中找到诸如卤化物和重金属之类的物质是可能的。
第一区中有渣层219的优点在于：含于碳素原料或输入第一区或第二区的其它气流中的硫、氯或其它卤化物与渣层中的氧化钙(CaO)和/或氧化镁(MgO)反应而形成相应的硫化物或卤化物。当渣从第一区放出时，这些硫化物和卤化物也离开了第一区。
本发明的一个例子是一有两区的气化器，其每个又具以下功能：第一区由圆筒形的、衬有耐火材料的，内径至少为0.9米(3英尺)，而更好是3—4.6米(10—15英尺)的钢壳容器构成，虽然更大的直径也可行，前提是如果要求很大的碳素原料的输送速度。此容器中的铁水深度至少以0.6米(2英尺)为宜，更好是1—2.5米(3—8英尺)，虽然更大的深度也可行，而且，如果特定的被输入的碳素原料速度过慢而不能溶于此金属液层，则可要求较大深度。浮在金属液上的渣层深度至少以2.54厘米(1英寸)厚为宜，更好是15—45厘米(6—18英寸)，虽然更大的深度也可行。
与金属液或铁水、渣液及温度约为1100℃的还原气体接触的全部区域的特定耐火衬是极重要的。在第一区暴露于及邻近于渣和铁水的区域对侵蚀是最敏感的。多层陶土质材料层就象在炼钢工业的类似环境中一样提供最佳性能。与熔渣或铁水接触区域中的最内层耐火材料应是熔铸的a氧化铝，如Carborundum Company的Monofrax A—20高铝砖，如Korundal SC of Harbison—Walker Refractores在此用途上也有好性能。在条件较不恶劣的使用区域中，如也由Harbison—W alker Refractories提供的CV或Harmix AL之类的高铝可浇注材料可被用作内表面。在上述陶土质第一层之后，可用各种隔热的耐火砖或可浇注材料。如果采用可浇注材料，它们可用或不用不锈钢或其它适合材料的纤维加强。
此区中的铁水或熔融金属的温度必须比其熔点高。铁的熔点(0％的碳时为1535℃)随含碳量的增加而下降，最多达4.2％(重量)的碳时此熔点为1147℃，当含碳量连续升高至4.2％(重量)以上时，此熔点迅速上升，在6.7％(重量)的碳时，熔点超过1600℃。要预先规定的是，在正常运行的条件下，第一区中的铁水含碳量应至少为3％(重量)及高达4.5％(重量)，而更好是约3.3—4.2％(重量)。这要求1147℃—1800℃间的最小温度。应在最小值上加50℃的安全量，因为整个区各处的温度并非完全一致。
图4—9的第一区中的压力以等于或略高于大气压为宜，以便消除对昂贵的真空生产设备的需求，而更好是在5—10磅/英寸2的范围内以使在下流气流处理设备中的压降在此过程中某些点上无需负压。此压力可大于1.7巴(10磅/英寸2)，但这样一来会使得往铁水中引入固体变得较困难。而如果以1.3巴(5磅/英寸2)低得多，运行也变得较困难。
经料斗231加碳素固体。此料斗可有一通向螺旋给料器(或类似设备)的长的垂直下降管。在此垂直下降管中的煤可用几种气体，如氮或燃料气体流态化，以产生一个足以克服第一区压力、导管路226出口上方的铁水和渣的压力及由于导管路226中的摩擦所产生的压降的压头。可供选择的是，可对料斗231加压以产生一足以克服上述的，为将碳素材料送入第一区需压力的压力。如果对料斗231加压，则需要两上独立的料斗，以便其一运行而另一重装碳素固体。另外的选择方案是采用充分密封以使其克服将固体料送入第一区的所需压力的螺旋给料器。这种自密封螺旋给料器已以实验规模作了论证，而且不久可在市场上购到。
第二料斗238被用于将熔剂材料，一般是碳酸钙送入第一区，一般它以各种其它的方式独立于料斗231。料斗238和231都可将料放入公共管路226(如图4所示)中，或可使用各自的管路。可供选择的是：可将此熔剂材料与碳素原料混合借此去掉此二料斗中的一个，但这使得对熔剂和含碳原料的送料速度的控制变得较难。
用上述任何装置，最好用适宜的高速气体将此碳素原料及熔剂气动地输入管路226，所述气体比如是产于第二区中的一氧化碳和氢的混合物，如下所述，该气体以足够的压力和速度而将固体料以低于铁水层217的平均液面高度至少1.4米(2英尺)，最好是约0.9—1.8米(3—6英尺)的深度喷射。喷射可以大于1.8米(6英尺)的深度进行，但除非以较小的深度不能将碳素材料全溶于铁水是没有必要这样作的。喷枪的端部必须至少高于第二区的陶土质衬底0.3米(1英尺)，最好是0.6米(2英尺)，以防止对此陶土质衬的过度的冲击和剥蚀。
在铁水或熔融金属层之下供入的固体料中所含的氢以接近化学计算的量进行反应而形成氢气，它鼓泡而迅速升至表面再经管路225离去。含在这些固体料中的氧几乎只与溶于铁水中的碳结合而形成一氧化碳。含在此固体料中的硫开始与铁反应生成FeS。然后此FeS与CaO和碳反应生成CaS和CO。含在这些固体料中的氮开始可能与铁水反应而形成铁的氮化物。然而，一旦达到铁的氮化物的平衡含量，多余的氮将反应而生成气体氮，它鼓泡升至表面然后经管路225离去。输入的固体料中的卤化物最终与渣反应而形成相应的卤化钙。输入的固体料中的任何铁，无论是游离的或化学结合的铁都将反应而生成元素铁，增加此系统中的铁水量。
由于固体料是连续送入第一区的，所以气体也连续产生，其一般成分如前所述。这些气体以至少1100℃的温度离开第一区。在此温度下，必须在有耐火衬的管路283中输送此气体，因为通常可得的金属不能承受这种条件。该热气体在一锅炉系统中进行热交换，该体系类似于石油精炼设备中的燃烧处理加热器的转换部分。在将此温度降至300℃以下后，常规合金钢管和阀可被用于输送和控制此气体。为进一步处理可将此气体压缩以便生产精制的或化学级的氢，或产生生产甲醇或甲醛或在费一托反应器中找到的聚合物的化学原料。
通过借助第一区和第二区间的压力差调整第一区中铁水和渣的液面，就有可能从仅为渣或仅为铁水分别进入排放通道253而设的同一排放口分别放出渣或金属液，如铁水。然而，如果二者中任一者的必须排放的量很大，则最好是具有各自的排放。
在第一和第二区中测量和表示渣和铁水液面对于本法的成功运行是很严格的。优选的测铁水和熔渣液面的方法是原子能液面探测器。此法的特殊优点是，该液面探测器的全部部件均可处于其中有被测液面的容器之外。这种液面探测器的一个特殊例子是Chmart Corporation制造的SHLG。该探测器采用强度至少为2000mci的Cesium137放射性源。根据特定容器的尺寸和设计，可用其它类型的原子能液面探测器。
大部份发生在第一区中的反应是放热的或需要热的。此热是自第二区经管215，温度比第一区高100—300℃的铁水由第二区流向第二区而提供的。较冷的，富含有碳的铁不因重力自第一区经管路213流向第二区。借以起动和保持这种流动的方法还在本说明书的其它部分讨论。
第二区由圆柱形、衬耐火材料的钢壳容器构成，其内径至少是0.9米(3英尺)，但最好是3—4.5米(10—15英尺)。如果要求非常大的加料速度，则更大的直径也是可行的。在此容器中的铁水深度至少是0.3米(1英尺)，但更好是0.6—2.4米(2—8英尺)。可有或可无熔渣层。选择第二区耐火衬方面的考虑类似于前面对第一区所作的那些考虑。
第二区中的气压是第一区中的气压的总和，按从第二区中的铁水界面至第一区中的铁水界面测出的垂直高度乘以适宜单位表达的铁水密度的积和从第一区的渣深度减去第二区的渣深度(如果有)乘以用适宜单位表达的渣密度的积之和。第一区中铁水层和第二区铁水层间的差每上升一个垂直英尺，在所有其它参数保持不变时，第二区中的压力上升约3磅/英寸2。比如，两区间的垂直差约为30米(100英尺)时，此压力为21巴(300磅/英寸2)。对第二区而言，该最小压力大约为25磅/英寸2，因为第一区必须超过第二区一段至少为2.9米(9英尺)的距离以确保合理的循环速度。
对于第二区而言，没有绝对的最大压力。然而，随着包括容器214的第一区中的渣层219在内的超过第二区的垂直距离的增加超过30米(100英尺)，则设计，建造难题及成本迅速增加。使该合成气体以约21巴(300磅/英寸2)的压力离开容器214的经济利益只有稍许的提高。
在容器214的第二区中，溶于熔融金属熔池中的碳与氧(或由产生蒸汽的任何其他方法所制得的氧)源接触。为保持该系统的碳平衡，由第二区中氧和蒸汽形成一氧化碳的碳的消耗必须与扣除了去作为气体通过管形225离开第一区的碳量的供入第一区的碳量匹配。氧与碳形成一氧化碳是放热反应。蒸汽(H2O)与碳形成氢和一氧化碳也是放热反应。在第二区中的温度控制较佳是通过调节蒸汽与第二区中含分子氧的铁水的比例而进行控制。尽管可以用浸入较小或较大深度的管路进行操作，但蒸汽和氧的管路较佳是将它们低于第二区中熔融金属表面约5—25厘米(2—10英寸)，更佳约15厘米(6英寸)通入。然而，当管路浸入小于约5厘米(2英寸)深度时，会造成较差的氧和蒸汽利用，而由大于约25厘米(10英寸)的深度浸入，则得不到任何显著的优点。常称作氧枪的管路必须是一种专门设计和建造的以经受在操作中所出现的极端温度和化学活性环境的氧枪。在氧枪内通常使用水、油或其他冷却循环介质以防止到达危险温度。
铁水由较热的第二区至较冷的第一区和然后返回的循环主要是在上流管路215的铁水的比重，和在下流管路213中铁水比重有差别的结果。在这一系统中铁水的比重基本上是两个参数，即铁水的碳含量和温度的一个函数。在这一系统的操作条件范围内，铁水的比重随碳含量的增加和温度的提高而降低。管路213和215中铁水之间比重的差的增加，导致了造成流动的压力差。在管路213和215中铁水的流速由于流量提高而增加了压力损失。因而，假定全部其他参数恒定时，管路213和215中铁水之间给定的比重差别将产生特定的铁水流速。
图10所公开的是一种熔融金属气化器设备312，该设备至少包括三个熔融金属区装置。该至少三个熔融金属区装置包括第一熔融金属装置314，第二熔融金属区装置316，和第三熔融金属区装置315。
在第一熔融金属区装置314中，是一个将原料通过第一区入口装置350在相应于管路363表面之下引入的装置；一个第一区再循环入口装置352；一个第一区再循环出口装置354；一个气体出口装置339；一个第一区渣层出口通道345；一个混合挡堰394；装料塞370；热交换器332；压力调节器装置328；一个排除、冷却和贮存熔融物料装置342。第一熔融金属区装置314的壁、底和顶包括三层。第一层包含金属外壳311。第二层包含一层绝热层309，而第三层包含一层耐火砖层310。
第二区或第二熔融金属区装置316包括：一个第二区再循环入口装置351；一个第二区再循环出口装置353；一个气体出口装置339；一个混合挡堰装置394；一个熔融金属装料塞370；壁和顶较佳的是包括至少三层；混合挡堰394；熔融金属出口392；气相出口339，一个熔融金属出口392，较佳是气体火焰加热器368；气体输入入口管路377；蒸汽或其他气体输入入口管路378。在第三区，熔融金属装置区315中，有一个第三区再循环入口356，一个第三区再循环出口357；较佳是至少三层的壁、底和顶；一个气相出口339；一个熔融金属装料塞入口370。
连接第一、第二和第三熔融金属区装置的是：管路322、318和324。在管路322中有一个包括管路375和阀372的气体喷入装置374。在管路324中，也有一个也包括一个单独管路375和阀372的气体喷入装置374，该装置起与管路322内气体吹入装置372相同的作用。
在管路363中，有一个阀365，一个由马达366供能的螺旋加料器364。料斗362最好是贮存由重力供入加料器364入口的材料。
简要地，有关设备312系统的操作如下所述：
通过管路363将无论是气体或固体状或两者都有的料送入设备312。气体组分可以通过阀365由未示出的来源被引入。可通过流体、蒸汽或其他气体吹刮将由加料器364装置送入管路363的固体料载入第一区加料入口350。较佳的是，此料在熔融层380之下被送入以改善溶解度和反应性，该层包含一种熔融金属，例如铁或含铁的其他材料。通常，蒸汽塞防止熔融金属进入管路363。在第一熔融金属区装置314内，较佳的是有三层不同的材料。第一层是熔融金属380。在熔融金属380内，是熔融化的原料和也是通过管路363被引入的某些气体输入物。浮在熔融金属层380上的是渣层384。通常密度比熔融金属小的渣会浮在熔融金属层380上面。在渣层384上方是蒸汽层381。在蒸汽层381内，主要有氢，同时有某些一氧化碳，和痕量甲烷。
通过蒸汽层381中保持的压力量测定层384的准确液面高度。通过压力控制器或压力调节器装置328测定蒸汽层381中的压力量。压力调节装置328提供了一对管路340中的阀330的设定点控制。压力传感器326监测阀330上升气流的压力，以确定阀330对于未示出的压缩蒸汽源是否打开或关闭。通常，或是打开或是关闭此阀，以保持蒸汽层381内的压力。
为了通过第一区渣出口通道345由层384中清除渣层组分，调节蒸汽层381和389中的压力。通过渣压力控制系统348测定除渣容器344内的蒸汽压力。渣压力控制系统348包括一个压力控制器360，该控制器设置有对346和347两个阀的设定点。管路356分裂成分别包括有阀346和阀347的两个出口管路。压力控制器360设置分别对346和347的这些阀的各自的设定点，以使得加压入口气体保持蒸汽层389的压力。当压力超过该设定点值时，则两个阀中之一打开以降低压力。换言之，阀347可以使加压气体流入而阀346可以使压力从这样的压力下降，以使在蒸汽层389中所测得的，容器344内的总体压力保持在某个所需的值。这可通过蒸汽381和蒸汽389相对压力依次确定渣层组分由层384通过通路345向容器344的运动。在除渣容器344中，有一液体层388，该层较佳的是含有水或能消除大量热的某种其他介质，换言之，液体层388是一使层384中渣层组分固化成固体颗粒387的急冷层。颗粒387通过管路359被送入由马达361提供动力的进料器管路358。由加料器358传送的材料被放置在未说明的位置。补充的液体可通过未示出的阀装置被送入容器344。补充的熔融金属组分可通过装料塞370被送入容器314。
要注意的是，在设备312起始运转时，熔融金属可通过由通用序号370所标出的任何装料塞被加入。
通过在各个区中存在的相关压力测定各个区中不同层的准确位置。因此，改变容器314的蒸汽层381的压力将改变三个区的每个区中熔融金属层的位置。
在讨论了容器314后，现在让我们来讨论容器316，该容器包括有与容器314和316，至少就压力控制而言是相同的某些单元。来自容器314的熔融金属通过以箭头371所示的方向，经管路324，经由入口351被输入容器315。由至少两种来源的抽送确保了材料进入入口351。第一种来源是挡堰394，该挡堰保证了有由入口351间至第二区出口353的间接流动。第二种抽送动力是通过气体组分的管路377和378的传送。如前面所解释的，输入气体入口管路377可传送氧或甚至氢原料。气体输入的入口管路378可传送蒸汽或其他气体组分。通过这些管路自容器315中熔融金属层382下面送入的气体组分经受就本发明实施例所作的详尽讨论的适当的反应。气体组分进入气相383，在该处它们通过气体出口339及被绝对的烟囱状出口338逸出。被隔热的烟道出口338内的极热气体组分经热交换器332通过，在该处它们与进入入口334的材料间接换热并离开出口336。通过热交换器332冷却的气体组分随后进入管路340，在该处压力调节器控制器328将管路340内的压力保持在某一所需的值。具有设定点的阀330释放过量气体以将管路340内的压力保持到某种所需的值。这一值可以容器315内所希望的材料水平以及还有相对于在蒸汽层383中企求的所需压力进行测定。由层382循环来的熔融金属通过第三区出口353进入管路318并随后进入容器316。再有，通过具有与容器314和315中混合挡堰序号相同的混合挡堰394搅动熔融金属。
进入第三区再循环入口356的熔融金属混合于层385中，然后通过第三区再循环装置357部分逸出，以箭头375方向进入管路322。
任选地，但较佳地是将气体材料，如乙烷和甲烷通过管路396和阀398送入气体组分的入口397。再有，如同在容器315中一样，容器316的蒸汽层390通过就容器314和315所述的相同的压力控制系统被保持在一定压力下。相同的序号用于等同的功能的元件。通过第二区再循环出口装置353离开的熔融金属进入管路322并随后返回至容器314，在该处通过第一区再循环入口352进入熔融金属层380。任选地，但较佳的是，有一个包括阀372和管路375的气体流量控制装置374。其中每个这些装置通过壁管路322和324向下取向。根据通过管路375吹入管路322或是吹入管路324的气体量，在箭头371方向上的熔融金属运动或可提高或可降低。显然，将气体组分由未示出的来源经阀372通过管路375送入管路322将趋于提高管路322内箭头371方向上的循环速率。然而，将气体组分送入再循环管路324，则导致降低由管路324中箭头371所指出的循环速率。
实施例18详细地讨论了适于通过上面刚讨论过的各种管路送入材料的速率。还有，在实施例18中，讨论了为什么将甲烷和乙烷作为第一区314中产生氢的氢源添加至具有很高碳一氢比含量的进料中而没有另外组分时将不能工作。
                        表A
                   概括了较佳参数值
    参数     较佳     更佳     最佳
进料C∶H摩尔比氧进料O∶C摩尔比公斤熔融金属循环：公斤进料熔融金属组分第1(进料)熔池温度笫2(氧化碳)熔池温度H2流出压力COx流出压力△上升熔池1-熔池2和熔池3     0.1-41-225-5000具有C溶解度的任何金属金属熔点高于笫1熔池50℃1-200大气压1-200大气压0-100米     0.5-3.51-1.5100-2000铁+Ni，Mn1200-2500℃1250-2550℃2-50大气压2-100大气压0-10米     2-3≈1200-800铁1225-1300℃1275-1350℃15-35大气压15-50大气压1-3米
关于设备的起动和熔融金属被送入该系统以及起始引起循环的细节，给出在与图4—9相关的讨论主文中。也讨论并公开了停机步骤。实施例1(以溶剂脱沥青(SDA)残渣操作的发明)
供料速率为22.3吨/小时SDA残渣。铁水循环为通过再循环区108的9000吨/小时，通过H2出口130逸出1.75吨/小时的氢以及通CO出口132逸出43.8吨/小时的CO。这一实施例和其他实施例的结果示于表A。实施例2(用甲烷热平衡的发明)
按照实施例1的步骤，所不同的是将甲烷加入供料中以使热平衡。在产物气体中氢与一氧化碳之比为约1∶1(以摩尔计)。实施例3(用蒸汽热平衡的发明)
按照实施例1的步骤，所不同的是蒸汽加入供料中以使热平衡。在产物气体中氢与一氧化碳之比为约1∶1(以摩尔计)。实施例4(用二氧化碳热平衡的发明)
按照实施例1的步骤，所不同的是将二氧化碳加入供料中以使热平衡。在产物气体中氢与一氧化碳之比为约1∶3(以摩尔计)。实施例5(本发明的煤供料)
按照实施例1的步骤，所不同的是供料为煤，一氧化碳与氢的大致摩尔比为3∶1以及通过氧化剂加料装置107通入20000公斤/小时(44000磅/小时)蒸汽，同时通入10000公斤/小时(22500磅/小时)氧。实施例6(供给本发明的废料)
按照实施1的步骤，所不同的是供料是混合的非金属废料(主要是废纸)和垃圾(主要是有机食品渣)，通过使用来自本工艺过程的热将它们干燥，一氧化碳与氢的摩尔比为约1∶1。实施例7(二氯甲烷和其他氯化有机物处理)
按照实施例1的步骤，所不同的是供料为二氯甲烷，该二氯甲烷是被污染过的并没有任何商业价值，但是却体现基本的处理难题。所得到的一氧化碳和氢的摩尔比为约1∶1.5。为中和氯和避免毒性发散，在接近加料区液体层116和氧化区液体层118的顶表面加入2(磅)消石灰CaO/磅二氯甲烷，并使2.5(磅)渣/磅二氯甲烷通过擦过加料区液体层116和氧化区液体层118表面的出口(未示出)外流。该渣主要含有CaCl2。实施例8(使用费一托合成法的本发明)
如图3所示，继续进行实施例1，将生成的某些一氧化碳与反应过的蒸汽66混合，在水煤气转轮换反应器60中产生CO2＋H2。将此二氧化碳与在除CO2的密闭容器102中的氢分离。这一氢和来自H2出口130的氢与剩余的CO混合。然后将该合成气体62在费—托反应器64中反应生成费—托液体68。该费—托液体含有轻油、煤油和柴油。按照公知技术通过改变费—托工艺的条件，该产物分布可作有利于轻油或柴油的改变。实施例9(用费—托法和Boudouard法的本发明)
当重复实施例6的方法时，将来自水煤气轮换反应器60的CO2副产物供入区106；它与熔融金属中溶解的碳反应，每摩尔供入区106的CO2生成2摩尔CO。
                                  表B
                                         (吨/小时)
实施例 加料，105     氧，107 H2，130 CO，132 熔融金属循环108 由费—托法得到的甲醇
    1234  SDA22.3甲烷*24.2蒸气*16.3CO2 *39.8     25.05010.210.6     1.756.43.51.75     43.887.543.369.1     90001800090009000     25.967.335.035.6
*加实施例1相同的SDA实施例10(循环)
循环的实施例给出如下：
1.管路213和215两者的内径均为30厘米(12英寸)。这些管路中每个的相等的流动长度为45米(150英尺)，而由每个管路的入口底部至出口底部的垂直距离为30米(100英尺)。
2.溶于第一区中的碳溶解速率为6905公斤/小时(15224磅/小时)。第一区的温度为1300℃，第二区的温度为1600℃。第一区的碳含量为4.5％，而第二区的碳含量为3.68％。这造成第一区的比重为6997.5公斤米-3(436.8磅/英尺3)和粘度为9厘泊而第二区比重为6763.6公斤米-3(422.2磅/英尺3)和粘度为6厘泊。由于上述的比重和垂直差，造成产生流动的压差为约0.7公斤/厘米2(10.0磅/英寸2)。
3.为了在第一区中溶解6905公斤/小时(15224磅/小时)碳，当铁水中入口碳浓度为3.68重量％并且铁水中出口碳浓度为4.00重量％时，要求铁的循环率为2166000公斤/小时(4776000磅/小时)。
4.由于流动摩擦造成的管路215中的压降为约0.21公斤/厘米2(3.1磅/英寸2)，而由于流动摩擦造成的管路213中的压降为约0.22公斤/厘米2(3.2磅/英寸2)。这表明为了流动可达到比该两个管路所要求的更大的压差。第二区的温度可以降低或第二区的温度可提高以产生所希望的流速或该系统可以略高的铁循环速率运行而不改变任何区的温度。
典型操作的实例给出如下：
1.每小时供给第一区11吨煤，该煤组分如下：
碳71.1重量％
氢4.8
氧6.6
氮1.2
硫3.9
水分2.0
灰分10.4
2.以这一加料速率，为除去加入的煤中所含的硫而不使CaS量超过20％，要求如下的石灰石添加率：
石灰石
    摩尔重量  摩尔/小时  摩尔％  公斤/小时   磅/小时  重量％CaCO3   100.09    97.52     77.4％   4427       9761   95％水分      18.02    28.52     22.6％    233        513    5％总量              126.04    100.0％    4660      10274  100％
3.以这些添加速率，产生了并经管路225逸出如下气流和组分，该气流和组分排除了用于在管路226中气动输送固体的气流和组分：
离开容器的气体
                             公斤/
摩尔重量  摩尔/小时   摩尔％  小时   磅/小时  重量％H2    2.02    776.2     66.4％  709    1564    12.4％CO    28.01    380.6     32.5％  4836   10661   84.7％N2   28.01     12.9      1.1％  163    360      2.9％总量          1169.7    100.0％  5709   12586  100.0％
4.按照材料平衡，超过由第二区进入第一区的离开第一区的额外碳量为：
6906公斤/小时(15244.4磅/小时)或1269.2摩尔/小时。
5.离开第一区的渣量和组分如下：
离开容器的渣样
                                     公斤/     磅/
      摩尔重量  摩尔/小时   摩尔％    小时      小时     重量％
CaS    72.14     36.49     18.3％    1194      2632    20.0％
CaO    56.079    61.03     30.6％    1552      3422    26.0％
SiO2  60.084    78.87     39.5％    2149      4738    36.0％
Al2O3101.96    23.24     11.6％    1074      2369    18.0％
总量             199.63    100.0％   5970      13163  100.0％
6.加入第二区的低温氧的量和组分以及蒸汽量如下：
供入下部容器的氧
                     摩尔/ 公斤/
 摩尔重量   摩尔％    小时  小时  磅/小时氩    39.95    1.69％    7.7   138    306.0氧    32.00   98.00％  444.2  6447  14214.0氮    28.01    0.31％    1.4  17.5     38.6总量         100.00％  453.2  6604  14558.6供入下部容器的蒸汽
摩尔/小时    公斤/小时    磅/小时
   380.8       3112       6860.1
7.离开第二区的气体量和组分如下：离开下部容器的气体
 摩尔重量  摩尔/小时    摩尔％  Kg/hr  Ib/hr  重量％H2   2.02      380.8      23.0％  348    767    2.1％CO    28.01     1269.2     76.5％  16125  35551  97.0％N2   28.01     1.4        0.1％   17.8   39     0.1％Ar    39.948    7.7        0.5％   139    306    0.8％总量            1659.0     100.0％ 16630  36663  100.0％实施例11(具有冷却套的本发明)
本发明的一种改变方案是在于本系统的全部或部分的耐火材料和钢壳之间设置冷却套。可将冷却率调节到使得固化的渣或铁层在耐火材料的内壁上形成以避免或减少被渣或熔融金属侵蚀。这样一种安排对于与熔融渣接触耐火材料的区域特别有用。实施例12(具有煤碳化的本发明)
本发明的一种改变方案在于将其与煤碳化工艺一起使用。煤碳化从煤中干馏出挥发性的碳氢化合物而留下有时被称为炭的非挥发性焦炭残渣。炭主要是碳和灰分。炭是易溶于第一区的铁水中的含碳原料。实施例13(处理汽车轮胎的本发明)
本发明向第一区供给汽车轮胎作为含碳原料。轮胎较佳的是尺寸减小到0.6厘米(1/4英寸)或更小并就象煤一样被喷入。本工艺特别适于处理汽车轮胎，因为轮胎帘布和侧壁中的钢易于转化成铁水。实施例14(用有害物质的本发明)
供给本发明以有害有机化学物质，如二喔星(dioxin)、多氯化联苯、腈、多卤化有机化合物等等作为全部或部分含碳原料。参考图4—9，如果希望在升高的温度下滞留时间更长，这些材料或可在第一区中熔融金属表面下面喷入或可喷入在上流管路213。在温度1200℃以上时，全部有害有机化合物快速而完全地分解，即化学键，如C—C键热裂解。硫、氯和氟被渣吸收。重金属，如铬、镉、汞、铅或砷或与铁水形成合金或被渣吸收。实施例15(用石灰石的本发明)
向本发明供给来自石灰石洗涤器的废石灰石作为全部或部分渣组分的来源，例如向图9的第一区供给钙。来自石灰石洗涤器的废石灰石很少含有大于10％的硫并且至少80％存在的钙或是氧化钙或是碳酸钙。实施例16(具有隔墙的本发明)
本发明的一种改变方案是增添由类似于或相同于第一和第二区中内衬的耐火材料制成的隔墙以在图9的第一或是第二区中形成更合乎要求的流动模式。实施例17(具有电磁泵的本发明)
图10的发明用一个电磁泵以进行铁水的主要运动或作为控制铁水流速的手段而发挥作用。这些类型的泵的开发是为了使核能工业中增殖反应堆的液体金属冷却剂循环。可将能产生足够压差的这一类型的泵用于本申请中，以使第一区和第二区处于或可以处于相同或接近相同的高度。该电磁泵可以使第二区产生用于下步处理的合成气体所需的压力下运行。电磁泵也可用于抑制由于产生静电而引起的流动。实施例18(使渣再生的本发明)
本发明用蒸汽以及大约还可用氧将渣中的硫化钙转化成元素硫、硫化氢、二氧化硫或氧化钙使由第一区放出的渣再生，，较佳的是在渣仍然热时进行以避免需要再加热。较佳的是将用这一方式再生的部分渣返回至熔剂料斗234中以减少添加石灰石的量。较佳的是某些不管是再生的，或不是再生的渣不再循环以避免不希望的杂质，如卤素、重金属等在渣中的可能积累。实施例19(使用加甲烷的辅助碳原料作为主要料的本发明)
本实施例示出了使用甲烷(乙烷可以替代)作为产生氢的唯一原料而不用其他含碳源的辅助料。大多数图10中所述的氢设备公开了：为将甲烷(和/或乙烷)分解成碳和氢，一种吸热反应所需的能量不能被产生氧化碳时所释放的能量所平衡。这是正确的，因为来自使一氧化碳转化成二氧化碳的能量，通常不能有效地传送入熔融金属，而代之以通过与第二区315连接的管路338作为被加热的逸出气体部分由系统中漏失。实质上，，在第一区314中产生氢而在第二区315中产生氧化碳。
在本实施例中还示出了所需要的循环速率为对每磅由任何被加入图2和图3的氢设备312或氢设备112原料的溶解碳必须至少为25磅铁。
参照图10，如下简要地讨论本发明较佳实施方案的稳态操作。
对理解本发明熔融金属气化器的稳态操作最简明的方法是要考虑本系统不同能量和材料输入和输出的关系。
在稳态操作时，，就热量平衡考虑而论，碳氢化合物在容器312，，即第一区中以此热分解成氢和碳(随同碳溶解在熔融金属中)时的速率决定了对容器312的热需求。这一热需求由降低进入容器312的熔融金属温度而得到满足。这必须通过溶于容器314的熔融金属中碳氧化成一氧化碳的放热反应所平衡。该容器314中的放热反应通过温度高于其进入温度的离开的熔融金属所调节。对于该整个系统而言为保持稳态，某些同时存在的需求必须平衡。
第一，容器312中净热需求。系统的任何热损失和为将加入本系统所有原料加热到其操作温度所需的热量必须由容器314中释放的热所平衡。
第二，熔融金属的循环速率必须要使得由熔融金属质量流量乘以进入和离开的熔融金属的碳浓度间的差与进入容器312的净碳供入速率相等。铁水在1200℃时的最大碳溶解度为约4.2％(重量)。碳含量更高时，铁碳溶体的熔点迅速提高。在约6％(重量)时，在任何温度下不再有碳溶解。能导致全部进入容器314的碳氧化时的最低碳含量为0。尽管0代表最低限度，但真实的实践限度稍微略高。这一限度将于后面讨论。这意味着最小熔融金属循环速率为每公斤碳23.8公斤(1/(042—0)或23.8公斤)熔融金属。
第三，管路322和324的比重差别必须足以确立和保持所希望的熔融金属循环速率。管路322和324之间的比重差，部分是起因于该两个管路的每个中熔融金属的温度差别，碳含量差别和气体含量差别。
如果硫和其他不希望的杂质是占原料中的百分之几，则硫将形成硫化氢并从随同离开容器314中的气体逸出。对于大多数用途来说，硫化氢是不可接受的。在大多数的，有它存在在精炼液流的应用中，就要通过特殊的吸收系统将之除去。利用本发明就可能添加某些含有碳酸钙或氧化钙的熔剂化合物。该熔剂化合物形成一层浮在熔融金属顶部的熔融渣。在熔剂化合物中所含的钙在容器314的温度下反应生成氧化钙。氧化钙与熔融金属中的硫反应生成硫化钙，它被保留在渣层中。熔融金属中较高的碳含量有利于与熔融金属中的硫反应，熔融金属同时与渣层反应。熔剂和渣可定期或连续添加或排放。
由于发烷烃气体的碳原子数减少时，氢与碳的摩尔比提高，每摩尔碳所需的吸收热对甲烷最高，其次对乙烷最高。分解甲烷和乙烷的反应所吸收热量需要比由燃烧其中所含的碳成一氧化碳所产生的热更多。由碳反应成二氧化碳所产生的热是不可能获得的，因为当形成一氧化碳时，该一氧化碳很快地逸出烷融金属熔池。如果存在足够的氧可以生成二氧碳，则这一生成反应发生在熔融金属上方的气体空间383中并且不会将熔融金属加热。将一氧化碳氧化成二氧化碳的主要结果是提高离开容器314的气体温度。由于热交换器材料的限制，将进来的料流加热到815℃(1500°F)以上是不现实的。在出口气体中较高的温度会有很大益处的可能性不大。
本发明的关键性特色是当进入容器314的气体原料不具有能使系统在热平衡下运行的足够的碳时，随气体原料添加高碳含量的原料，如溶剂脱沥青的硬沥青以使该系统热平衡。若在此原料中加入过多含高碳原料时，则将蒸汽通入容器315中以形成氢和一氧化碳，一种放热反应，以保持系统热平衡。
容器314内的压力可以是从刚超过大气压(14.7磅/英寸2)至超过400磅/英寸2的范围。压力上限除了在容器的较高压的额外成本与节省的由较高压时产生氢所实现的压缩成本相比较评价的经济平衡外，不受任何主要考虑所限制。当容器314中温度为1370℃(2500°F)时，在压力大于400磅/英寸2下，甲烷、氢和碳之间的化学平衡导致离开容器314的气体中氢纯度下降到95％以下。
操作温度受容器314、315和316的耐火材料衬的限制和随温度提高而增加的热损失所制约。高温、高加料速率和高熔融金属循环速率的结合导致对耐火材料衬的更快浸蚀。容器314中原料气体和315中的氧和蒸汽与热的离开气体的热交换正是所希望的。原料一流出物的热交换一方面受热交换设备的成本，另一方面受由较大热效率造成的节约所制约。熔融金属循环速率必须至少为24公斤熔融金属/公斤碳(24磅熔融金属/磅碳)。最合要求的循环速率范围为每公斤(磅)碳100—1000公斤(磅)熔融金属。
参照图10，以下的细节说明了上述具有特定操作条件的概念。对这一场合，原料由纯甲烷组成。这决不是为了限制可被处理的碳氢化合物原料的范围，而是选来用于说明的目的。所选的加料速率为16克/小时。这大约是甲烷的克分子量，每小时16吨的速率正是易于被自选择的。约4克甲烷形成氢，其余量，14克形成溶于熔融金属中的碳。对本实施例来说，通过与逸出容器315的氢的热交换将原料甲烷加热至760℃。上述吸热反应和为将甲烷升高到反应温度该场合是1250℃所需的热量，约为72000卡。在第二区316中，12克碳被已与逸出的一氧化碳热交换加热至760℃的氧氧化成一氧化碳。由这一反应所产生的，小于将氧加热到操作条件，在这一场合是1291℃，所需的热量的热量，大约为62000卡。系统中额外的热损失取决于该系统的特点。在本实施例中，将使用10000卡的值。
该系统不能达到热量平衡，因为容器15中需要72000卡的热，10000卡被该系统损失而容器316中仅产生62000卡。不足数约20000卡。通过将13克额外的高碳含量原料加入容器314中，容器314中需要15000卡，但容器316中产生额外62000卡，结果得到过量的热。这样可以将一定量的蒸汽加入容器316中，结果造成蒸汽与碳的吸热反应，从而产生氢和一氧化碳。可改变蒸汽的添加率以保持系统的平衡。
当熔剂被加入容器314中时，为将此熔剂加热到操作温度需要额外的热量。该熔剂的添加速率由高碳含量材料的加料速率乘其硫含量的积及与硫反应的渣的效率确定。当加入容器314较多的熔剂时，加入容器316较少的蒸汽，以使系统保持平衡。
所讨论的特定组分、方法，或实施方案仅为了说明本说明书所公开的本发明。根据本说明书的技术，这些组分、方法，或实施方案的变化方案对本技术领域的普通技术人员均是显而易见的，从而这些内容均欲作为本文所公开的发明部分包括在内。
以上所作的对任何其他说明书和文献的参考归结于将这些专利或文献通过参考而明确地结合入本文，这包括参考这些专利内引证的任何专利或其他文献。

Claims (12)

1.包含有分解含碳和氢材料的熔融金属熔池的设备，该设备包括一个接收所述材料和溶解所述碳的加料区以及一个接收含氧材料的氧化区，所述的熔池在气相区之下被封闭于不渗气的容器中，所述设备另外还结合有：：
a.一个在一般向下方向上将所述材料导入所述熔池的向下方向的入口；
b.将所述气相区分隔成一个加料区气相和一个氧化区气相的分隔装置；同时可以使所述熔融金属熔池在所述加料区和所述氧化区连通；
c.其中所述熔融金属熔池至少含有1％碳并且包含有铁。
2.权利要求1所述包含熔融金属熔池的设备，其中所述分隔装置结合有分离所述气相区的装置，该装置包括：
a.邻接所述氧化区的第一隔墙装置，该装置基本上由所述容器的顶部气密地向下延伸通过所述气相区并且进入之，但不完全延伸通过所述的熔融金属熔池；以及
b.在邻接所述加料区的在所述溶池内的第二隔墙装置，该装置包括一个向上延伸至高于所述第一隔墙装置下边缘的一点的部分和一个基本上在所述第一隔墙装置之下水平间隔开的延伸部分；借此熔融材料自由含有来自所述原料的碳的所述加料区在所述第二挡板装置之下移至所述氧化区，其中来自所述氧化区，在与所述氧接触后降低了碳的液体上升至高于所述第二隔墙区装置的向上延伸部分，从而流入所述加料区。
3.权利要求1的将碳源在压力至少为2大气压下转化成包括氢和一氧化碳的气体产物的设备，该设备包括：
a.一个包含所希望的温度熔融金属的加料区，该加料区包括：
(1)一个排除气体组分的加料区气体出口；
(2)一个排除至少一部分渣层的加料区渣出口装置；
(3)一个将含碳和氢的原料引入所述加料区的加料区输入装置；
(4)一个将所述加料区与第一再循环管路连接的加料区再循环出口装置；
(5)一个将所述加料区与第二再循环管路连接的加料区再循环入口装置；
(6)一个控制其中任何气体压力的加料区压力调节装置；
b.一个用于在所希望的温度下盛放熔融金属的氧化区，该区包括：
(1)一个将所述氧化区与所述第一再循环装置连接的氧化区再循环入口装置；
(2)一个将所述氧化区与所述第二再循环装置连接的氧化区再循环出口装置；
(3)一个引入氧的入口装置；
(4)一个连接水源；CO2或其他冷却装置的任选的入口装置；
(5)一个排除气体组分的氧化区气体出口装置；
c.具有一个入口和一个出口的熔融金属第一再循环装置；
d.具有一个入口和一个出口以及在压力下通过所述第二再循环管路的壁喷入气体的一个向下取向的气体喷射装置的金属液第二再循环装置。
e.一个控制所述第二区中任何气体压力的第二区压力调节装置；以及其中所述加料区气体出口装置以气密方式与所述加料区压力调节装置连接，以控制所述加料区中的压力而所述氧化区气体出口装置以液密方式与所述氧化区压力调节装置连接，以控制所述氧化区内的压力；所述加料区输入装置以液密方式被连接到一个输送固体、液体或气体于第一区中的，带有控制这种传输压力装置；所述第一再循环管路以液密方式被连接到所述加料区再循环出口；所述第一再循环管路的所述出口被形成液密密封而连接到所述氧化区再循环入口；所述第二再循环管路的所述入口被形成液密密封而连接到所述氧化区再循环出口；所述第二再循环管路的所述出口被形成液密密封而连接连接到所述加料区再循环入口；由此重力流动通过向下取向的气体喷入装置的气体喷射将熔融金属由所述第一区输送至所述氧化区以及然后返回；而其中与所述氧化区气体出口装置相连的所述氧化区压力调节装置控制所述氧化区装置中的压力以便提供控制所述氧化区装置内的与所述加料区中的熔融金属量相关的熔融金属液面水平的及在控制的压力下排除废气体的手段。
4.一种将含碳原料转化成含一氧化碳和氢的气体的方法，该方法包括：
a.在第一区中于第一压力下使所述含碳原料与可溶解或分散的所述含碳原料中碳的熔融溶剂接触形成含碳溶剂；
b.在高于所述第一区的压力下将至少一部分所述含碳溶剂输送入至少一个第二区；
c.使所述含碳溶剂与含氧料流接触以产生所述气体和减少了含碳的料流；
d.由所述至少一个第二区中除去至少一部分所述气体；以及
e.将至少一部分所述减少了含碳的料流由所述第二区输送至所述第一区；其中所述熔融溶剂含有铁并含有至少1％(重量)的碳。
5.在权利要求4的分解溶池中的含碳和氢的材料的方法，该改进包括结合地提供含至少1％碳的包含铁的所述熔池，提供含CO的一氧化碳料流，氧化一部分所述CO成CO2，将至少一部分所述CO2在所述金属液含有1—4％溶解碳的一点喷入所述熔池，由此所述溶解碳与CO2反应每摩尔CO2约生成2摩尔CO。
6.权利要求5的方法，其中一部分所述被产生的CO又被氧化成CO2，该CO2被再循环与金属熔池中溶解的额外量碳反应，为该金属熔池的温度调节提供了一冷却手段。
7.权利要求4的方法，其中熔池包含有铁而原料物质含有碳氢化合物。
8.在权利要求4的于熔池中分解含碳和氢材料的方法中，改进包括结合地提供含有CO的一氧化碳料流，氧化一部分所述CO成CO2，将至少一部分所述CO2在熔融金属含有大量溶解碳时喷入所述熔融金属，由此所述溶解的碳与所述CO2反应，结果每摩尔CO2生成约2摩尔CO。
9.在权利要求4的方法中，该方法涉及至少一个在第一压力下的第一反应区和一个在第二压力下的第二反应区，包含有使含碳原料转化成含一氧化碳和氢气体的铁水，其中所述第二压力高于所述第一压力并含碳加料在所述第一压力下溶于熔池中；其改进包括：
a.将在所述第一反应区中存在的氧量保持在低于化学计算量；
b.在所述第一反应区中保持温度为约1147—1800℃；
c.通过有由所述熔池的温度梯度造成的比重差的循环装置将至少一部分所述溶体输送至第二熔池，所述的输送包括不甩电磁泵，对每公斤(磅)溶于所述第一熔池的所述原料中的碳输送25—1000公斤(磅)所述熔体；
d.在所述第二压力下将含氧料流通入所述第二区，以使之与溶解的碳反应，其中所述第二区温度范围为约1147—约1800℃，压力范围约2—50大气压；
e.将一部分所述含约1—5重量％碳的第二熔池返回至所述第一熔池；
f.测量所述第一熔池和所述第二熔池中的渣和熔融金属的液面高度。
10.一种权利要求4的方法，该方法在包含铁水的溶剂中使含碳原料反应而产生氢和氧化碳作为产物，所述方法结合包括地步骤：
a.在包含温度保持在约1147—1800℃铁的第一熔池中的溶解所述原料，以形成含有约1—5重量％溶于铁中碳的溶体和含氢的气体产物；
b.通过有由所述熔池的温度梯度造成的比重差的循环装置将至少一部分所述溶体输送至第二熔池，所述输送包括对每公斤(磅)溶于所述第一熔池的所述原料中的碳输送约25—1000公斤(磅)的所述溶体；
c.使在所述第二熔池中的所述被输送的溶体与含有分子氧的含氧料流、水和/或含某些氧化剂的其他氧化剂接触，同时保持所述第二区在约2—50大气压和约1147—1800℃；以及
d.由所述第二区中于2—50大气压下除去含氧化碳的气体组分；以及
e.通过有由温度梯度造成的比重差的循环装置将含约1—5重量％碳的溶剂由所述第二熔池再循环返回所述第一熔池；
f.测量在所述第一熔池和所述第二熔池中的渣和熔融金属液面。
11.一种权利要求1的产生氢气和一氧化碳气体的方法，该方法结合地包括：
a.用包含有连接所述熔池的第一和第二管路的液流装置加入第一熔融金属熔池和第二熔融金属熔池一种含碳和氢的原料，其中碳∶氢摩尔比约0.25∶1—2∶1，熔融金属循环率为每公斤(磅)所述第一熔池中的原料约25—5000公斤(磅)熔融金属，同时保持所述第一熔池在约1150—1500℃并在约1—100大气压的压力下；
b.同时或在不同时间，以每净摩尔加入此系统的碳约0.45—1.2摩尔氧的速率将含氧原料加入所述第二熔融金属熔池，同时保持所述第二熔池在1150—1800℃昨10—3000磅/英寸2；
c.通过经由至少一个所述第一和第二管路的向下喷射将气体通入其中的熔融金属中以使补偿所述第一管路和所述第二管路中的所述熔融金属之间的比重差，并由此控制整个循环速率而不用机械或电磁泵；由此来自所述第一熔池的熔融金属通过所述第一管路循环入所述第二熔池，而来自所述第二熔池的熔融金属通过所述第二管路循环入所述第一熔池，这是因为在所述第一管路内熔融金属与所述第二管路中熔融金属相比的比重差别所造成的，而金属的比重差又是部分起因于所述第一管路中熔融金属与所述第二管路相比的温度差、碳含量差别，和气体含量差别，其中，至少一部分所述原料中的所述碳溶于所述第一熔融金属熔池，而其中至少一部分所述溶解的碳被传送至所述第二熔池，在该处它与所述含氧气体中的氧反应生成氧化碳气体，该气体由所述第二熔池放出。
12.一种权利要求4的方法，其中由所述第一熔融金属熔池回收基本上纯的氢并由所述第二熔池回收基本上纯的氧化碳以及其中所述熔融金属的碳含量至少为1—5重量％碳。
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