用于使碳载体气化并追加加工所生成的气体的方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于通过氧化剂使碳载体气化并追加加工所生成的气体的方法及系统，在此情况下，向气化器供给碳载体，碳载体借助所流入的氧化剂被气化，从气化器的圆顶(dome)向外引导并冷却所生成的气体，而且，在形成生铁(pig iron)的过程中或者在为了制备合成气体而进行冷却及洗涤之后，高温的气体被用作还原剂，在此情况下，碳载体为烤制而成(torrefied)的木材生成物、干燥的木材、石油焦炭(petroleum cokes)、无氯的可回收塑料、废橡胶和/或煤炭，在添加氧化剂的情况下制备含有一氧化碳及氢气的气体，而且，在此情况下，含有氧气的高温燃烧气体用于对气化器进行加热以及使气化器运行。
【背景技术】
[0002]在(如“鲁奇(Lurgi)工艺，南非萨索尔(SADOL)公司”等)气化系统中，通过气化器的头部添加煤炭，通过旋转格栅(r ο tar y gra t e)向气化器的下端部供给氧气和水蒸气的混合物。上述系统在25barg的压力下运行。煤灰(coal ash)连续从旋转格栅排出，并通过锁闭系统(sluice system)排出，未净化气体从气化器的头部流出。气化器为双重组件容器，用在与气化器的内部空间相同的压力下存在的冷却水填充气化器的中间空间。气化器的热损失用于形成向氧气添加并被用作氧化剂的水蒸气。气化器头部内的温度约为极低的300°C，气体包含量非常多的焦油(tar)、苯酚、灰尘及其他杂质。未净化气体首先在间接热交换器内被冷却，接着在湿式洗涤器中被洗涤并被冷却。对气体的追加洗涤在-40°C的温度、甲醇和水的混合物等化学条件下进行。此时，除硫化氢及其他杂质之外，气体的二氧化碳含量也急剧下降。用于如上所述的气体洗涤的费用非常昂贵，对环境的污染则达到仅可在南非采取政治性隔离(political isolat1n)的期间设置如上所述的系统的程度，属非常严重。对被洗涤的气体的分析依赖于煤炭的组成，并具有如下典型值=H2占55容积百分比、CO占33容积百分比、CO2占6容积百分比、N2及其他气体占剩余溶剂百分比。
[0003]除了需对工业用水(process water)进行广泛处理之外，还需对废水进行生物学方面的后处理，这是因为废水除了含有大量焦油及苯酚之外，还含有多种其他毒性及污染环境的物质。虽然在南非持续开发了鲁奇方法，但并未设置其他系统。
[0004]在由煤炭生成气体的情况下，存在两种工业方面的方法，但在上述方法中，气体为次要生成物，而生铁为主要生成物。在工业领域公知的Corex及FINEX等两种熔融还原炼铁工艺方法中，借助碳载体提供的热能中的超过60 %的热能用于形成生铁及矿渣(s Iag)，低于40%的热能在气体内被回收。在两种方法中，上述系统的核心装置为熔融气化器。实际上，仅有将从熔融气化器产生的去灰尘的高温气体被用作还原剂的用于使铁氧化物被还原成海绵铁(iron sponge)的反应器有所不同。在Corex方法中，铁氧化物在还原管内被还原，在FINEX方法中，铁氧化物在流动层(fluidized bed)反应器内被还原。例如，在特许DE3628102A1号及特许EP699107A1号中公开了如上所述的方法。在两种方法中，为了提供在为了使还原剂、主要通过气化器的头部装入的煤炭及煤砖(coal briquette)气化并为了使包含已还原的铁及矿渣形成剂(附加物)的无法被气化的所有成分熔融的过程中所需要的热量，作为氧化剂的氧气通过喷嘴向熔融气化器内部流入。所生成的圆顶气体在高温的气旋风器中被预先冷却并被去除灰尘之后，在Corex方法中，被引向还原装置内部，而在FINEX方法中，被引向配置于一个叶栅(cascade)内的三个流动层反应器中的最下部的流动层反应器内部，在上述还原装置及流动层反应器内部，上述所生成的气体被作将铁氧化物还原成海绵铁的还原剂。在两种方法中，熔融气化器起到熔炉的下部的功能，还原炉或流动层反应器起到熔炉的上部的功能。
[0005]在EP-A-0014488号、DE-PS2423951.8号、DE-PS2549784.1号、DE-PS3112708.8号及DE-PS3042142号中也公开了用于在流动层气体发生器内使煤炭气化的多种方法。在上述所有方法中，使用非常复杂的工序以及费用非常昂贵的装置。目前，试图开发因在技术方面存在很难解决的多种问题而被放弃的用于制备气体的更加简单的气化方法。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于避免上述缺点及难点，开发不仅可在生成生铁时使用，而且还可在化学产业领域产生合成气时以及可在气体发电站及蒸汽发电站产生电力时使用的主要用于由具有低灰比例的可再生的其他碳载体或煤炭制备出气体的新颖、简单的方法及装置。
[0007]进而，当形成生铁时，可由再生碳载体、可回收塑料及废橡胶代替化石碳载体的一部分，由此在呈现出经济性的优点之外，还呈现出其他多种技术优点。
[0008]本发明的另一目的在于，开发比利用再生碳载体的热能产生电力的情况更有效地被利用的降低二氧化碳对环境的污染的方法及系统。需通过本发明达到如下效果，使得为了对所生成的气体进行洗涤及处理工序用水而花费的费用大幅下降，而且还使得为了避免环境受多种毒性物质污染而花费的费用大幅下降，并且，使本发明达到与Corex方法、FINEX方法及利用熔炉形成生铁的方法等对等的水平。
[0009]解决问题的手段
[0010]为了解决上述问题，权利要求1中阐述了本发明的用于使碳载体气化并追加加工所生成的气体的方法，本发明的用于使碳载体气化并追加加工所生成的气体的方法的特征在于，在气化器内，在添加向气化器的多个区域供给的由氧气及水蒸气组成并以被调整的(controlled)的状态混合而成的氧化剂的情况下，由可再生的其他碳载体制备含有一氧化碳及氢气的气体。如上所述的再生碳载体还可混合有石油焦炭、可回收塑料或废橡胶等的其他碳载体。在上述方法的特殊变形例中，煤炭也可被用作碳载体。
[0011]根据本发明，在设置于气体排出口的管式热交换器内，气体的冷却程度达到与上述气体一同被引导的浆形态的粒子被凝固的程度，从而避免在后续装置中产生沉淀物。
[0012]根据本发明，为了对系统进行加热以及使系统运行，含有氧气的高温的燃烧气体向气化器内部流入。通过使如上所述的氧气含量低的气体流入气化器内部，在气化器内存在可燃烧的气体的情况下，使得可燃烧的气体以被调整的状态被燃烧，从而消除了气体爆炸的所有危险性。在稳定化腔室内的温度达到碳载体的点火温度的情况下，才向气化器供给氧化剂并启动系统。
[0013]根据本发明，在为了制作合成体而使用气体的情况下，仅使用再生碳载体。在混合其他碳载体的情况下，用于洗涤及处理气体的费用更加昂贵，工序也更加复杂。优选地，使用烤制而成的木材碎片(chip)或木材碎肩(pellet)、干燥的木材、生物质(b1mass)、