CN1400998A - 气化含碳材料的方法和所用的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种将大分子量有机材料(含碳材料)例如煤、粉碎的轮胎或废油等气化成气体燃料、一氧化碳和氢气的方法，且还提供该方法所用的装置。所述方法包括下列步骤：供应初始的燃料气体和氧气至气化反应器中以制得水和二氧化碳，供应有机材料至反应器中并使它们与水和二氧化碳反应以制得一氧化碳和氢气，从反应器中排出一氧化碳和氢气，将从反应器中排出的一氧化碳和氢气的一部分再循环至反应器中，且将供应至反应器的一氧化碳和氢气与氧气反应以制得水和二氧化碳。该方法通过增长氢气的浓度而有助于对气化反应器中的温度的控制并制得高质量的燃料气体。

Description

气化含碳材料的方法和所用的装置
技术领域
本发明涉及一种将大分子量有机材料(含碳材料)例如煤、废油、粉碎的轮胎、垃圾或废弃物等气化成气体燃料、一氧化碳和氢气的方法，且还涉及该方法所用的装置。
背景技术
含碳液体废料例如废油或废有机溶剂和固体含碳材料例如煤或粉碎的废轮胎的气化是指将包含在有机材料中的碳和氢转变成燃料气体、一氧化碳和氢气(通称为合成气体)。因为气化是要求连续供热的吸热反应，所以气化炉应当保持在足以使得反应持续进行的高温下。
在气化的常规方法中，气化炉是通过由供应用作气化的含碳材料与氧气的氧化反应而产生的燃烧热而保持在高温下。另外，在气化反应足以进行的高温状态下，供应水蒸气或水以促进气化并增长在所制得的合成气体中氢气的浓度。
图1a至1c示意地显示了应用至煤的气化反应器的常规系统的机理；图1a、1b和1c分别表示静态落地式、流体落地式和冲洗流体落地式。煤、作为一类含碳材料，通常是根据其尺寸由上述三种常规方法之一进行气化。每种方法在供应煤、氧气和水蒸气方面，和在排放由气化反应制得的气体和剩下的灰分方面均是不同的，但是它们在气化反应器中实施的反应相互是等同的。通常地，静态落地式是用于天然煤块、而流体落地式是用于几毫米大小的煤、冲洗流体落地式是用于几十微米大小的煤。
美国专利6,120,567(2000年9月19日)描述了一种通过固体、有机生物材料的气化产生热的加热系统。在该方法中，在催化型的初级氧化室中的有机材料是在氧不足的条件下逐步加热以制得气态的可燃烧的流出物，该流出物通过在二次氧化室中燃烧而被进一步氧化成充分氧化的状态。
美国专利6,084,147(2000年7月4日)公开了一种分解被金属离子污染的废弃材料的方法，其中通过注入水蒸气/氧气混合物至陶瓷珠粒的流化床中而快速地进行分解。在该方法中，流化的气体混合物搅拌起所述珠粒，这于是有助于破碎固体废料，且氧气允许一些氧化反应偏离干燥、热分解和水蒸气重整的热力学要求。热解的大部分在第一阶段发生，通过使用共反应剂以改变无机物的氧化状态并使加热分离金属废物设定使得第二阶段能完成热分解和废物形式的调整和气化
另外，美国专利6,001,144(1999年12月14日)介绍了一种气化含有有机物质的废料的方法，该废料可以通过在空气或氧气和水蒸气的存在下部分氧化而被燃烧或气化。该气化方法包括下列步骤：调整所供应的水蒸气和含碳的有机物质的水蒸气/碳(H2O/C)的摩尔比以基本上达到1和10之间，基本上在700-900℃温度下部分氧化所述有机物质，且在持续供应空气或氧气的同时间断地供应水蒸气以燃烧以碳作为主要成分的剩余可燃物。
因为气化是吸热反应，所以要求反应器保持在大约1300℃的高温下以持续反应。在常规的气化反应方法中，将氧气同含碳化合物(-CH2)一同供应至气化反应器，由此引发了在含碳化合物中的碳和氢成分的氧化，并由该氧化产生燃烧热以保持在反应器中气化所需的高温。氧化反应是示意如下：
                             (1)
             (2)
反应1表示通常在主要成分为碳的煤中发生的燃烧反应，而反应2是在大分子量废料或有机材料例如废油中发生的主要燃烧反应。
氧气的需求量，随着供应至反应器中的煤(C)或废油(-CH2)的性质变化，达到煤或废油的0.5～1.0倍重量。供应至反应器中的氧气是按照反应1和2消耗以增长在反应器中的温度并制得燃烧产物，H2O和CO2。
燃烧产物经历了与碳(其是有机材料的主要成分)的气化反应，正如反应3和4所示，气化反应要求比燃烧反应更长的反应时间和更高的温度以持续进行反应。有机材料例如废油(-CH2)的气化反应是如反应5和6所示。
                       (3)
                         (4)
                (5)
                (6)
虽然反应1和2是氧化反应，但反应5和6是还原反应。从各个反应中制得的气体是主要组分为CO和H2的燃料气体。
在常规的气化方法中，气化反应(反应3至6)使用氧化反应(反应1和2)，其是由供应的氧气与煤或废油引发以增长气化反应器的温度。另外，要求额外供应高温水蒸气以通过水煤气转移反应(反应7)增长氢气的浓度。与高温的燃料气体在被安装用作冷却气化反应器中的燃料气体的锅炉中热交换而需要水蒸气。
                    (7)
如上所述，在常规的气化方法中，氧化反应(反应1和2)、还原反应(反应3至6)和水煤气转移反应(反应7)同时在同一空间中发生，且因此，氢气的产量低且通常导致二次污染。
来自住宅、医院和电站的垃圾和废弃材料是通过压缩、干燥并引入氧气在高温高压下焚烧(热解)而进行处理。进行焚烧以降低废弃材料的体积。即使在焚烧之后实现一些气体重整(裂解)，它的效率也是极低的。
在这个通过焚烧进行的废物的处理过程中，由焚烧产生的二次污染变成一个严重的问题。具体地说，这个问题包括有释放致癌物例如二氧芑至空气中的危险。从成本的观点看，要求许多燃料用于焚烧所述废物。另外，同时对废物进行焚烧和气化的方法的问题是气化效率低和由气化焚烧造成的二次污染。
发明的内容
为了解决上述问题，本发明的一个目的是提供一种将大分子量有机材料(含碳材料)例如煤、粉碎的轮胎或废油等气化成气体燃料、一氧化碳和氢气的方法，该方法通过增长氢气的浓度而有助于对气化反应器中的温度的控制以及制得高质量的燃料气体。
本发明的另一个目的是提供一种用于上述的气化方法的装置。
具体地说，本发明提供一种气化各种废弃材料(称之为大分子量有机材料(含碳材料))的方法，该方法在不从外部引入能量的情况下有效地气化所述废弃材料并防止了因焚烧产生的二次污染，并提供所述方法所用的装置。
为了实现上述目的，本发明提供了一种气化大分子量有机材料(含碳材料)的方法，其包括下列步骤：
在加热的气化反应器中将有机材料气化成一氧化碳和氢气；
将从反应器中排出的一氧化碳和氢气的一部分再循环至反应器中；和
将供应至反应器的一氧化碳和氢气与氧气反应以制得水和二氧化碳、并生成热量。
本发明的方法可进一步包含将(由被再循环的一氧化碳和氢气制得的)水和二氧化碳与有机材料反应以进一步制得一氧化碳和氢气的步骤。
在该方法中，优选将氧气以要保持反应器中的温度在约1300℃所需的至少量供应至气化反应器中，而优选将一氧化碳和氢气以完全地消耗在反应器中的氧气所需的量供应至气化反应器中。
具体地说，本发明的气化大分子量有机材料的方法包含下列步骤：
将气化反应器加热至足以气化有机材料的温度；
供应初始的燃料气体和氧气至反应器中以制得水和二氧化碳、并生产热量；
供应有机材料至反应器中并使它们与水和二氧化碳反应以制得一氧化碳和氢气；
从反应器中排出一氧化碳和氢气；
将从反应器中排出的一氧化碳和氢气的一部分再循环至反应器中；
将供应至反应器的一氧化碳和氢气与氧气反应以制得水和二氧化碳、并生成热量；和
将水和二氧化碳与有机材料反应以制得一氧化碳和氢气。
本发明还提供一种气化废弃材料(含碳材料)的方法，其包含下列步骤：
在加热的气化反应器中将废弃材料气化成一氧化碳和氢气；
将从反应器中排出的一氧化碳和氢气的一部分再循环至与该反应器相连接的燃烧器中；
将供应至燃烧器中的水和二氧化碳与废弃材料反应以进一步制得水和二氧化碳、并产生热量；和
将水和二氧化碳与废弃材料在反应器中反应以进一步制得一氧化碳和氢气。
具体地说，本发明的气化废弃材料(含碳材料)的方法，其包含下列步骤：
将气化反应器加热至足以气化废弃材料的温度；
供应一氧化碳和氢气(合成气体)或氢气和氧气至与气化反应器相连接的燃烧器中以制得水和二氧化碳、并生成热量；
将水和二氧化碳引入至反应器中；
供应废弃材料至反应器中并使它与水和二氧化碳反应以制得一氧化碳和氢气；
从反应器中排出一氧化碳和氢气；
将从反应器中排出的一氧化碳和氢气的一部分再循环至与该反应器相连接的燃烧器中；
将供应至燃烧器的一氧化碳和氢气与氧气反应以制得水和二氧化碳、并产生热量；和
将水和二氧化碳引入至反应器中并将它们与废弃材料反应以制得一氧化碳和氢气。
为了实现本发明的其它目的，提供了一种用于气化大分子量有机材料(含碳材料)的装置，其包含：
一气化反应器，其用于将一氧化碳和氢气的一部分与氧气反应以制得二氧化碳和水，而该二氧化碳和水又与有机材料反应以制得一氧化碳和氢气；
用于供应有机材料至反应器中的装置；
用于供应氧气至反应器中的装置；
用于从反应器中排出一氧化碳和氢气的装置；和
用于将从反应器中排出的一氧化碳和氢气的一部分再循环至该反应器中的装置。
所述气化反应器可具有相互垂直连接的具有相同形状和大小的两部分。
另外，用于供应氧气的装置和用于再循环一氧化碳和氢气的一部分的装置两者均可具有至少两个喷嘴以切向方向设置在反应器的壁上。
本发明还提供一种用于气化废弃材料(含碳材料)的装置，其包含：
一气化反应器，其用于将二氧化碳和水与废弃材料反应以制得一氧化碳和氢气；
用于供应通过将一氧化碳和氢气与氧气反应而放热地制得二氧化碳和水至反应器中的合成气体燃烧器；
用于供应废弃材料至反应器中的装置；
用于从反应器中排出一氧化碳和氢气的装置；和
用于将从反应器中排出的一氧化碳和氢气的一部分再循环至合成气体燃烧器的装置。
所述合成气体燃烧器包含：
用于供应一氧化碳和氢气(合成气体)或氢气的管道；
用于供应氧气的管道；和
用于将所述管道按如下次序固定的法兰：用于供应一氧化碳和氢气(合成气体)或氢气的管道的端部可与用于供应氧气的管道的端部相邻接。
在本发明中，通过将由有机材料的气化反应制得的一氧化碳和氢气再循环至气化反应器，被再循环的气体是被氧气氧化以制得H2O和CO2并将该反应器保持在高温下。更具体地说，为了达到气化反应所需的高温条件和供应水蒸气以增长由气化反应制得的燃料气体(CO和H2)中的氢气的浓度，将由气化反应制得的燃料气体(主要由CO和H2组成)的一部分再循环至气化反应器中，且然后与合适量的氧气反应，于是产生大量的热、H2O和CO2。所述热量用于保持气化反应器在约1300℃的高温下，而H2O和CO2气体通过与有机材料的还原反应而被转化成H2和CO。也就是说，在本发明中，气化反应器的温度升高足以发生气化反应，且由燃烧制得的H2O和CO2然后与有机材料反应而制得燃料气体以及气化所需的高温，这些所有均有助于控制气化反应器中的温度并通过增长氢气的浓度而制得高质量的燃料气体。
附图的简要说明
本发明的上述和其它目的、特征和优势通过结合附图对本发明的优选实施方案的下列详细描述将变得十分明显，附图之中：
图1a至1c示意地显示了应用至煤的气化反应器的常规系统的机理；图1a、1b和1c分别表示静态落地式、流体落地式和冲洗流体落地式。
图2示意性地显示本发明的一个实施方案的气化反应器的构成和作用机理；
图3示意性地显示本发明的另一个实施方案的气化反应器的构成和作用机理；
图4示意性地显示了与图3中所示的气化反应器相连接的合成气体燃烧器的构成；
图5是相对于所供应的氧气量具有实施例1的组成的废油的气化的特征的图示。
图6是相对于所供应的氧气量具有实施例2的组成的废油的气化的特征的图示。
图7是相对于所供应的氧气量具有实施例3的组成的废油的气化的特征的图示。
图8是当氧气/废油是0.8时相对于所供应的水蒸气量具有实施例1的组成的废油的气化的特征的图示。
图9是当氧气/废油是0.8时相对于所供应的水蒸气量具有实施例3的组成的废油的气化的特征的图示。
实施发明的最佳模式
现在，将参照附图描述本发明的优选实施方案。
图2示意性地显示本发明的一个实施方案的气化反应器的构成和作用机理。如其中所示，气化反应器1是由相互垂直连接的具有相同形状和尺寸的两部分组成。反应器1的下端是氧化反应室而反应器1的中部是还原反应室。在反应器1的还原反应室中，根据所供应的废弃材料而适合地配备：用于喷注液体废料例如废油至反应器1中的液体废料供应喷嘴2、用于使用螺纹进料器等供应固体废料例如煤的固体废料供应喷嘴3和用于喷注水蒸气至反应器1中的水蒸气供应器4。液体废料加热器5是与液体废料供应喷嘴2相连接以将供应至反应器1中的液体废料加热，且水加热器6是与以水蒸气的形式将水供应至反应器1中的水蒸气供应器4相连接，在反应器1的上端具有一个用于排放由反应器1制得的气体的出口7，且安装一个将从出口7排出的所生成的气体再循环至反应器1中的生成气体再循环管道8。在靠近生成气体再循环管8的地方，将氧气供应器9安装在反应器1的下端的氧化反应室中以供应与再循环至反应器1中的生成气体反应所需的氧气。
反应器1包含相互垂直连接的具有相同形状和尺寸的两部分，这使得反应器1的制造和维修变得容易。在反应器1的上端部分中，安装了钨格栅10a以促进H2O和CO2与未反应的有机废料在从反应器1中排出的气体中反应。在气化反应器1的下端部分，还安装了另一个钨格栅10b以将在氧化反应室中制得的H2O和CO2均匀地供应至还原反应室中并承载被送入的固体有机废料。在上端和下端钨格栅10a和10b之间，大分子量有机材料与CO2和H2O反应而制得CO和H2，这是一个还原反应。在还原反应室中不存在氧气，因为通过氧气供应器9供应的氧气在氧化反应室中被完全消耗。在反应器1的氧化反应室的下面，安装一个灰分捕集器11以存储剩余的灰分。此外，在反应器1的壁上，安装热电偶点以测量反应器1中的温度，和安装一个观察口12以观察在反应器1中实施的反应的状态。
具体地说，用于再循环一部分生成气体的生成气体再循环管8是与按切向方向设置在反应器1的壁上的至少两个喷嘴相连接。氧气供应器9也与按切向方向设置在反应器1的壁上且在与生成气体再循环管8相连接的喷嘴之上的至少两个喷嘴相连接。通过供应氧气和由安装在切向方向的喷嘴再循环的生成气体至反应器1中，则生成气体和氧气循环并实施氧化反应以在反应器中形成轴对称的圆形火焰(circularflame)。因此，生成气体与氧气在反应器1中均匀地反应以形成高温的均匀流体场，其均匀地保持气化反应器在高温下。
下面是本发明的气化反应器的操作步骤：
(a1)首先，为了引发供应至气化反应器中的大分子量有机材料(含碳材料)的气化反应，将处于室温下的反应器加热至足以通过使用常规燃料例如液化石油气或油的气体燃烧器燃烧的温度。通常地，所述温度是600℃以上。
(a2)当反应器的温度达到600℃以上时，将初始的燃料气体(通常为液化石油气或储存的CO+H2气体)和氧气通过生成气体再循环管供应至在反应器的下端的氧化反应室中，且然后反应器的温度升高至约1300℃。在这时，向反应器中充填由外部燃料与氧气反应制得的燃烧产物CO2和H2O。
(a3)当反应器的温度保持在1300℃时，将待气化的大分子量有机材料通过有机废料供应喷嘴供应至还原反应室中。然后，将由外部燃料与氧气反应制得的CO2和H2O供应至反应器的下端部分并与待气化的有机材料反应(标示为反应3至6的还原反应)，该反应制得主要成分为CO和H2的燃料气体。
(a4)将在气化反应期间制得的燃料气体通过反应器的上端部分排放出。
(a5)当燃料气体从反应器中排出之后，将该燃料气体的一部分通过生成气体再循环管再次供应至反应器下端的氧化反应室中，且然后与氧气反应制得H2O和CO2，并生成热量。这时，已取消了外加燃料气体的供应。也就是说，将反应器保持在高温所需的热源是通过循环生成气体的一部分(其然后与氧气反应)而得到。这时，氧气以保持反应器在约1300℃所需的至少量供应。被再循环的燃料气体的燃烧产物H2O和CO2与待气化的有机材料反应(还原反应)并再次生成燃料气体。在与氧气反应后仍然未被反应的被再循环的燃料气体是同剩余的生成燃料气体一道从反应器中排放出来。
在本发明的大分子量有机材料的气化反应中，当所供应的有机材料含有高含量的氢成分时，由燃烧制得的水蒸气的量也是高的，且因此，生成的燃料气体含有高含量的氢气而不需要供应外加的水蒸气。通过控制氧气与被再循环的燃料气体的比率，氧气应当在氧化反应室中完全地消耗，且于是有机材料应当不与氧气反应而是与H2O和CO2反应，这对应于上述的反应3至6。
在常规的气化反应中，反应1和2的氧化反应，反应3至6的还原反应和反应7的水煤气转变反应均是在相同的空间内同时进行，因此所生成的燃料气体在质量和数量上变差。然而，根据本发明，燃料气体的氧化反应是在气化反应器的下端的氧化反应室中进行，而所生成的CO2和H2O与有机材料的还原反应是在气化反应器的中部还原反应室中进行，该还原反应与氧化反应分开进行，其制得具有更高氢气浓度的高质量燃料气体。
图3示意性地显示本发明的另一个实施方案的气化反应器的构成和作用机理。根据这个实施方案的气化反应器具有图2所示的反应器的简化结构，且在气化反应器的主体中配备有合成气体燃烧器。
具体地说，在气化反应器101的主体中，配置废弃材料供应器102以供应作为高分子量有机材料(含碳材料)的废弃材料至反应器101中。在反应器101的上端具有用于从反应器101中排放生成气体的出口103，而在反应器的下端具有灰分捕集器104以储存从反应器101中流出的熔融盐。另外，反应器101的主体101是配置有合成气体燃烧器105，其是本发明的特征部分。在图3中，在反应器101中每侧各配备两个合成气体燃烧器，即四个合成气体燃烧器。在反应器101中配备的合成气体燃烧器的数量是根据反应器的尺寸确定且优选是2～8个。在反应器101的壁上，安装热电偶点106以测量反应器101中的温度并安装热交换器107以冷却从反应器101的上部排出的生成气体以回收热量。另外，在反应器101的主体中也具有生成气体再循环管(图3未示出)以再循环由出口103排出的生成气体并将它们供应至合成气体燃烧器105中。
图4示意性地显示了与图3中所示的气化反应器相连接的合成气体燃烧器的构成。如图4中所示，在合成气体燃烧器105中，用于供应一氧化碳和氢气(合成气体)或氢气的管道108和用于供应氧气的管道109是由法兰盘110固定以致于管道的每端均被设置成与其它管道的端部相邻接，且管道是由绝缘材料111包围。
在本发明的这个实施方案的气化反应器中，合成气体燃烧器起的作用是使一氧化碳和氢气(合成气体)与氧气反应以制得废弃材料还原所需的二氧化碳和水以及将反应器中的温度保持在1200～1600℃，也就是说，在图3中的合成气体燃烧器变成进行在图2中所示的反应器的氧化反应室中发生的那种反应的地方。
图3中所示的气化反应器的操作步骤是与图2中所示的气化反应器的操作步骤相同，例外之处是，由一氧化碳和氢气与氧气反应制得水和二氧化碳并产生热的反应是在图3中所示的反应器的主体中安装的合成气体燃烧器中进行，而该反应是在图2中所示的反应器的氧化反应室中进行的。
下面是图3所示的本发明的气化反应器的操作步骤：
(b1)首先，为了引发废弃材料(含碳材料)的气化反应，将处于室温下的反应器加热至足以通过使用常规燃料例如液化石油气或油的气体燃烧器燃烧的温度。通常地，所述温度是600℃以上。
(b2)当反应器的温度达到600℃以上时，将CO+H2气体(或当不存在生成的合成气体，为H2气体)通过生成气体再循环管供应至合成气体燃烧器，并通过观察温度而引入氧气。温度随着合成气体(或者H2气体)的燃烧突然地上升。通过监控出口处的氧气检测器而控制氧气的用量而调节温度。在加热结束后，首先关掉氧气并然后关掉CO+H2气体，同时温度下降。
这样，当通过控制氧气的量而使反应器中的温度达到1200～1600℃时，向反应器充填由CO+H2气体同氧气反应而制得的CO2和H2O。
(b3)当反应器的温度保持在1200～1600℃时，将先已压缩、脱气和干燥的固体废弃材料通过废弃材料供应器供应至反应器中。在大约1600℃的条件下，在废弃材料中的含碳材料的大多数均是快速地与由合成气体燃烧器供应的CO2/H2O反应以进行气化反应(标示为反应3至6的还原反应)，该反应制得主要成分为CO和H2的合成气体。
(b4)将在气化反应期间制得的合成气体通过反应器的上端部分排放出。将从处于约1200℃的反应器中排出的合成气体通过热交换器冷却至100℃或更低且然后储存在存储塔中。
(b5)当燃料气体(合成气体)从反应器中排出之后，将该燃料气体的一部分通过生成气体再循环管(图3中未示出)再次供应至与反应器相连接的合成气体燃烧器中，且然后与氧气反应制得H2O和CO2，并生成热量。也就是说，将反应器保持在高温所需的热源是通过循环生成气体的一部分(其然后与氧气反应)而得到。这时，反应器中的温度是通过控制氧气的供应量而被调整。被再循环的燃料气体的燃烧产物H2O和CO2与待气化的废弃材料反应(还原反应)并再次生成燃料气体。在与氧气反应后仍然未被反应的被再循环的燃料气体(主要是CO和H2)是同剩余的生成燃料气体一道从反应器中排放出来。
如上所述，根据通过配备有合成气体燃烧器的气化反应器气化废弃材料的方法，氧化反应仅仅在合成气体燃烧器中进行，因为氧气未被引入至仅仅有H2O、CO2、H2和CO的反应器中。因此，不存在通常由废弃材料的氧化而产生的二次污染物(具体地说，二氧芑、氧化材料例如SOx、NOx)，并不需要诸如净化生成气体所需的漩流器之类的装置。
由气化反应器制得的气体是主要含有可用作化学工业中的基础材料的H2气体的高质量(用于发电和加热)燃料气体。因为在反应器中的温度达到1200～1600℃，含碳化合物(-(CH2)n)的大多数被分解以致于所述气化方法对于气化垃圾和工业废弃材料是有效的并转变成能量。根据本发明，气化大量的废油或许多的废轮胎只留下少量灰分。本发明的气化方法可应用于来自化学战争、农用化学药品或医院、变压器废油、动物废料和核电站放射性的废料的工业废弃材料以及生活垃圾。在该方法中，农用化学药品、有毒废料、或包含在废弃材料中细菌均被气化，且诸如Fe、S、Cl、Br、Hg之类的化学品被以诸如FeS、FeCl3、HgCl、HgBr之类的无机化合物的形式收集在灰分捕集器中。放射性废料被气化和分解成UX6(Cl，Br)，CeX，其含量应该为1％或以下。
根据本发明的气化方法，将由反应器制得的气体冷却并存储在塔中并将剩余的无机材料收集在灰分捕集器中。也就是说，从所述装置中不排放任何材料、不可能引起环境污染。
提供下列实施例更具体地描述本发明。
实施例1～3
将废油以10千克/小时的速率在图2中所示的气化反应器中气化。该反应器的直径是250毫米且总长度是2000毫米，包括上端部分和下端部分。在反应器的下端，在壁上沿切向方向分别安装与生成气体再循环管道和氧气供应器相连接的气体供应喷嘴和氧气供应喷嘴。在反应器的最下端，安装一个用于在反应的早期阶段将反应器预热至约600℃的燃烧器。在将反应器预热至600℃之后，就除去该燃烧器而配备用于捕集在气化反应之后剩下的灰分的灰分捕集器。另外，在反应器的壁上的法兰盘中安装了用于观察在反应器中实施的反应的状态的观察口和用于确定反应器中的温度和压力的设备。
在1300℃的气化温度下，所供应的废油的气化反应是猛烈地进行而从反应器的上端排出H2和CO气体。
在这些实施例中使用的废油的组成是示于表1中。
                                   表1
实施例 在100千克废油中的各组分的含量(重量％)(千摩尔)
    C     H     O     N     S
实施例1  65(5.417) 15(7.500) 16(2.375) 2(0.071) 2(0.063)
实施例2  75(6.250) 10(5.000) 11(2.219) 2(0.071) 2(0.063)
实施例3  85(7.083) 5(2.500) 6(2.063) 2(0.071) 2(0.063)
具有表1中所示的组成的废油的气化反应在化学平衡状态下是示于图3至7中。图3至5分别是具有实施例1至3的组成的废油相对于所供应的氧气量的气化的特征的图示。图6至7分别是当氧气/废油之比是0.8时具有实施例1至3的组成的废油相对于所供应的氧气量的气化的特征的图示。
从各个实施例的结果所示，当氧气和废油的重量比(氧气/废油)是0.6时，在由气化反应器的操作中得到的生成燃料气体中的H2和CO的比率是确定为约2∶1。另外，还肯定的是，在本发明的气化中反应4是主要的反应。工业实用性
在根据本发明将大分子量有机材料(含碳材料)例如废油、粉碎的轮胎或煤等气化成气体燃料、一氧化碳和氢气的过程中，将气化反应制得的燃料气体(主要由CO和H2组成)的一部分再循环至气化反应器中，且然后氧化反应制得H2O和CO2，并产生大量的热。因此，气化反应器的温度升高至足以气化的温度并容易控制。在常规的气化方法中，有机材料直接与氧气反应且该反应器通过此种部分的氧化反应保持在高温下。同时在本发明中，除了有机材料的氧化反应之外，还在高温下进行有机材料与由生成燃料气体的一部分的氧化制得的H2O和CO2的还原反应。因此，生成的燃料气体具有高质量而没有由有机材料的氧化产生的二次污染物并且也具有高浓度的氢气。
具体地说，根据通过配备有合成气体燃烧器的气化反应器气化废弃材料(含碳材料)的方法和装置，CO和H2气体(合成气体)或H2气体在合成气体燃烧器中与O2反应以制得CO2和水、并生成热。所生成的热是用于保持反应器中的温度且生成的二氧化碳和水是用于气化废弃材料。也就是说，因为氧气不被引入至反应器中，从废弃材料的氧化中不产生二次污染物。另外，含碳材料的大多数是在本发明的气化反应器中分解，以致于所述气化方法对于气化垃圾和工业废弃材料是有效的并转变成能量。总之，从本发明的所述装置中不排放任何材料、不可能引起环境污染。另外，配备有合成气体燃烧器的气化装置被简化且可以低成本制得。
虽然上面结合目前被认为最可行的和优选的方案对本发明进行了描述，但应理解的是，本发明是不限于所述的实施方案，而相反地，本发明意欲涵盖在所附权利要求书的精神实质和范围中所包括的各种改进和等同设置。

Claims (11)

1、一种气化大分子量有机材料的方法，其包括下列步骤：
在加热的气化反应器中将有机材料气化成一氧化碳和氢气；
将从反应器中排出的一氧化碳和氢气的一部分再循环至反应器中；和
将供应至反应器的一氧化碳和氢气与氧气反应以制得水和二氧化碳、并生成热量。
2、如权利要求1所述的方法，其还包括使由被再循环的一氧化碳和氢气制得的水和二氧化碳同有机材料反应以进一步制得一氧化碳和氢气的步骤。
3、如权利要求1或2所述的方法，其中氧气是以要保持反应器中的温度在约1300℃所需的至少量供应至气化反应器中，而将一氧化碳和氢气以完全地消耗在气化反应器中的氧气所需的量供应至该气化反应器中。
4、一种气化大分子量有机材料的方法，包含下列步骤：
将气化反应器加热至足以气化有机材料的温度；
供应初始的燃料气体和氧气至气化反应器中以制得水和二氧化碳、并生成热量；
供应有机材料至反应器中并使它们与水和二氧化碳反应以制得一氧化碳和氢气；
从反应器中排出一氧化碳和氢气；
将从反应器中排出的一氧化碳和氢气的一部分再循环至反应器中；
将供应至反应器中的一氧化碳和氢气与氧气反应以制得水和二氧化碳、并产生热量；和
将水和二氧化碳与有机材料反应以制得一氧化碳和氢气。
5、一种气化废弃材料的方法，其包含下列步骤：
在加热的气化反应器中将废弃材料气化成一氧化碳和氢气；
将从反应器中排出的一氧化碳和氢气的一部分再循环至与该反应器相连接的燃烧器中；
将供应至燃烧器中的水和二氧化碳与废弃材料反应以制得水和二氧化碳、并产生热量；和
将水和二氧化碳与废弃材料在反应器中反应以进一步制得一氧化碳和氢气。
6、一种气化废弃材料的方法，其包含下列步骤：
将气化反应器加热至足以气化废弃材料的温度；
供应一氧化碳和氢气(合成气体)或氢气和氧气至与气化反应器相连接的燃烧器中以制得水和二氧化碳、并生成热量；
将水和二氧化碳引入至反应器中；
供应废弃材料至反应器中并使它与水和二氧化碳反应以制得一氧化碳和氢气；
从反应器中排出一氧化碳和氢气；
将从反应器中排出的一氧化碳和氢气的一部分再循环至与该反应器相连接的燃烧器中；
将供应至燃烧器的一氧化碳和氢气与氧气反应以制得水和二氧化碳、并产生热量；和
将水和二氧化碳引入至反应器中并将它们与废弃材料反应以制得一氧化碳和氢气。
7、一种用于气化大分子量有机材料的装置，其包含：
一气化反应器，其用于将一氧化碳和氢气的一部分与氧气反应以制得二氧化碳和水，而又该二氧化碳和水与有机材料反应以制得一氧化碳和氢气；
用于供应有机材料至反应器中的装置；
用于供应氧气至反应器中的装置；
用于从反应器中排出一氧化碳和氢气的装置；和
用于将从反应器中排出的一氧化碳和氢气的一部分再循环至该反应器中的装置。
8、如权利要求7所述的装置，其中所述反应器具有相互垂直连接的具有相同形状和大小的两部分。
9、如权利要求7或8所述的装置，其中用于供应氧气的装置和用于再循环一氧化碳和氢气的一部分的装置两者均具有至少两个喷嘴以切向方向设置在反应器的壁上。
10、一种用于气化废弃材料的装置，其包含：
一气化反应器，其用于将二氧化碳和水与废弃材料反应以制得一氧化碳和氢气；
用于供应通过将一氧化碳和氢气与氧气反应而放热地制得二氧化碳和水至反应器中的合成气体燃烧器；
用于供应废弃材料至反应器中的装置；
用于供应氧气至反应器中的装置；
用于从反应器中排出一氧化碳和氢气的装置；和
用于将从反应器中排出的一氧化碳和氢气的一部分再循环至合成气体燃烧器的装置。
11、如权利要求10所述的装置，其中所述合成气体燃烧器包含：
用于供应一氧化碳和氢气(合成气体)或氢气的管道；
用于供应氧气的管道；和
用于将所述管道按如下次序固定的法兰：用于供应一氧化碳和氢气或氢气的管道的端部可与用于供应氧气的管道的端部相邻接。
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