專利名稱：一種熱處理原料的反應(yīng)器及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱處理原料的反應(yīng)器及其方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中已公開了多種氣化處理垃圾的方式，如裂解方法、熱解方法以及相應(yīng) 的反應(yīng)器。例如，DE 10007115C2公開了一種筒狀反應(yīng)器，在這種反應(yīng)器上省掉了通常的循 環(huán)氣體導(dǎo)流系統(tǒng)，這樣可以避免裂解產(chǎn)物的冷凝物和形成不受歡迎的沉積物。DE 102004010407公開了一種對(duì)垃圾進(jìn)行熱處理的反應(yīng)器，其在高于大氣壓的壓 力下運(yùn)行。由于壓力提高，氣化會(huì)進(jìn)行地非常徹底、迅速并且高效。DE 102004016993也公開了一種對(duì)垃圾進(jìn)行熱處理的反應(yīng)器，其石油和煉油廢棄 物可通過單獨(dú)的管道輸送到反應(yīng)區(qū)進(jìn)行處理。DE 2004020919也公開了一種對(duì)垃圾進(jìn)行熱處理的反應(yīng)器，其中，氧氣通過噴嘴注 入反應(yīng)器容器里，這樣沿氧氣流可以在多個(gè)平面上噴射到反應(yīng)器中，從而在垃圾的熱處理 過程中，于反應(yīng)器內(nèi)建立其互相聯(lián)系的區(qū)域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的反應(yīng)器和改進(jìn)的原料熱處理方法，而且其特別適 合于原料中的有機(jī)成分含量少的情況。上述本發(fā)明的目的可分別由獨(dú)立權(quán)利中記載的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)；而從屬權(quán)利要求 中則給出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，反應(yīng)器可以如此設(shè)置裝料(SchUttimg)中的原料加 熱到一定溫度，使得在整個(gè)裝料內(nèi)的溫度低于原料的熔點(diǎn)溫度。優(yōu)選地，如此調(diào)節(jié)反應(yīng)器， 使得原料最高只加熱至原料的軟化溫度。更優(yōu)選的是，如此對(duì)原料進(jìn)行加熱，使得裝料內(nèi)部 的溫度要高于裝料周邊的溫度，這樣，只是在裝料內(nèi)部達(dá)到了軟化溫度，而其周邊沒有達(dá)到 軟化溫度。通過原料中有機(jī)成分的氣化，形成第一氣體，該第一氣體包含一種或多種含碳的 化合物。本發(fā)明的反應(yīng)器設(shè)置有水冷卻的手段，其在原料的有機(jī)成分全部氣化之后用于進(jìn) 行冷卻。水冷卻會(huì)產(chǎn)生一定量的水蒸汽，水蒸汽與氣化過程中產(chǎn)生的初級(jí)氣體進(jìn)行吸熱的 水煤氣反應(yīng)，從而產(chǎn)生了氫氣。接著，水蒸汽與固態(tài)碳進(jìn)行異相吸熱的水煤氣反應(yīng)，固態(tài)碳 不是包含在從原料中氣化出來的有機(jī)物料中，而是作為煤灰存在于裝料中。所產(chǎn)生的含氫 的第二氣體將被從反應(yīng)器中導(dǎo)出。第二氣體可進(jìn)一步包括有含碳的化合物，如一氧化碳、二 氧化碳、碳?xì)浠衔锖?或其它含碳的化合物(CxHy)，以及水蒸汽和氮。本發(fā)明反應(yīng)器的特別優(yōu)點(diǎn)是在只輸入很小的能量，就可以使原料加熱到所需的相 對(duì)較低的溫度；另一方面，原料氣化后所產(chǎn)生的熱能沒有損失，而是在水冷卻的過程中用于 產(chǎn)生水蒸汽，以便進(jìn)行以上所描述的水煤氣反應(yīng)。本發(fā)明使得對(duì)只含較少有機(jī)成分的原料進(jìn)行經(jīng)濟(jì)又環(huán)保的處理成為可能，也即可以對(duì)礦物質(zhì)(即無機(jī)物)含量高的原料進(jìn)行經(jīng)濟(jì)又環(huán)保的處理，特別是對(duì)于礦物質(zhì)含量超 過50% (質(zhì)量百分比)的原料，甚至是礦物質(zhì)含量超過90% (質(zhì)量百分比)的原料；優(yōu)選 地，本發(fā)明能對(duì)礦物質(zhì)含量超過60% (質(zhì)量百分比)的原料進(jìn)行經(jīng)濟(jì)又環(huán)保的處理。因而， 本發(fā)明尤其使得對(duì)有機(jī)成分含量在40% (質(zhì)量百分比)以下的原料的處理成為可能；例 如，原料中的碳含量可以2-30% (質(zhì)量百分比)之間。特別地，本發(fā)明可以處理含碳?xì)浠?物的、燃燒熱值較低的原料，如燃燒熱值在500kj/kg到12000kj/kg之間的原料。本發(fā)明特別適合對(duì)煤矸石(coal gangue)進(jìn)行熱處理，例如在開采煤礦時(shí)所形成 的煤矸石。煤矸石本質(zhì)上也是礦物質(zhì)成分組成的，例如其可能包括Si02、Al203、Fe203、Ca0和 MgO，碳的含量可低于10%，有時(shí)大約為5%。本發(fā)明還特別適合對(duì)煤石(或稱硬煤、煙煤，coal stone)進(jìn)行熱處理，此處所稱的煤石是指在煤層塊(KohlefloBe)邊緣區(qū)域的所開采出來的煤。碳含量較低例如低于10%的煤矸石和煤石，一般不適用于在煤發(fā)電廠燃燒利用， 迄今為止，這些煤矸石和煤石往往被堆積著。利用本發(fā)明，將原本無法在煤發(fā)電廠燃燒利用 的煤矸石和煤石，使其有機(jī)成分氣化，從而加以經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和有意義地利用。煤矸石和煤石 氣化后留下的礦物質(zhì)成分還能用作建筑材料，例如生產(chǎn)水泥和玻璃。由氣化和隨后的水煤氣反應(yīng)所產(chǎn)生的含氫氣體可以用于各種用途，如工業(yè)用 途或者熱電廠。特別地，所產(chǎn)生的氣體還可以被輸送到下游的反應(yīng)器如另一反應(yīng)器中， 特別是那些可以熱處理有機(jī)成分含量高的原料的反應(yīng)器中，就象在DE 10007115C2,DE 102004020919、DE 102004016993和DE 102004010407中所描述的那樣。這些另外的反應(yīng) 器可以在較高的溫度下運(yùn)行，以便處理生活垃圾并從中回收金屬和礦物質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式，放置裝料的裝置是一種筒狀容器，其與周圍環(huán)境基本上 是氣密的，該容器中設(shè)有氣密的原料輸送裝置。由于容器采用基本上氣密的構(gòu)造以及原料 輸送是通過基本上氣密的輸送裝置進(jìn)行的，這樣，在運(yùn)行期間，容器中就可以形成比大氣壓 更高的氣壓?；旧蠚饷艿娜萜髋c周圍環(huán)境的這種隔離，一方面其具有較好的環(huán)境兼容性， 因?yàn)榉磻?yīng)器容器中的氣體沒有或很少泄露到環(huán)境中，另一方面，由于壓力提高，反應(yīng)器的效 率增加，因?yàn)樵谳^高的壓力下原料的熱處理更高效和徹底。本發(fā)明的一種特別優(yōu)點(diǎn)還在于隨著反應(yīng)器里壓力的增加，氣體的濃度和氣態(tài)半 成品的停留時(shí)間也會(huì)增加。特別是由于氣壓增加，原料的孔隙被反應(yīng)器中的氣體所充滿，從 而相應(yīng)地使反應(yīng)本身更加劇烈和徹底。根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選的實(shí)施方式，反應(yīng)器是一筒狀反應(yīng)器，其上端是封閉的，原料的 加入到容器里不是通過通常的打開筒的上端部，而是通過氣密裝置加入的。該氣密裝置設(shè) 置在筒的上端，以便將原料加入筒狀結(jié)構(gòu)中。根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選的實(shí)施方式，上述的氣密裝置可以設(shè)置為能夠不連續(xù)地(或間 斷地)加入原料，例如該氣密裝置可以是一種船閘系統(tǒng)(Schleusensystem)，加入原料時(shí)外 船閘門打開，原料進(jìn)入兩個(gè)船閘門之間的艙室內(nèi)；之后外船閘門關(guān)上，內(nèi)船閘門打開，原料 加入筒中，內(nèi)船閘門和外船閘門都是基本上氣密性的，這樣，容器內(nèi)的氣壓不會(huì)因?yàn)檠b填原 料而出現(xiàn)變化。根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選的實(shí)施方式，上述的氣密裝置可以設(shè)置為能夠連續(xù)地加 入原料，例如該氣密裝置可以具有填壓裝置(Stopfeinrichtimg)，特別是一種填料螺桿(Stopfsehnecke)0根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選的實(shí)施方式，上述的氣密裝置可以設(shè)計(jì)為一個(gè)種液壓或者氣 壓驅(qū)動(dòng)的推桿或滑塊，以輸送原料。此時(shí)，可通過液壓活塞或氣壓活塞，將原料輸送至反應(yīng) 器的筒狀容器中。根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選的實(shí)施方式，可以在反應(yīng)器的筒狀容器的上端設(shè)置有過壓閥 (Cberdruckklappe )、減壓閥(IJberdruckventil)或其它的安全裝置，以便在壓力超過安
全閾值時(shí)，使反應(yīng)器內(nèi)的壓力得以釋放。根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選的實(shí)施方式，可以在反應(yīng)器的容器內(nèi)或容器上設(shè)置一個(gè)或多 個(gè)氣壓傳感器。優(yōu)選地，至少在反應(yīng)器的筒狀容器區(qū)域至少設(shè)置一個(gè)氣壓傳感器。這種氣 壓傳感器可以測量它所在的位置容器內(nèi)的氣壓。相應(yīng)的 氣壓測量值被傳送到控制裝置，以 便將氣壓控制在允許的工作范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式，反應(yīng)器是如此設(shè)計(jì)的，利用熱氣體來沖擊其上部的裝料。 該熱氣體來自于一個(gè)燃燒噴嘴，該燃燒噴嘴至少在啟動(dòng)階段是由載氣來驅(qū)動(dòng)的，而且維持 恒定的燃燒功率。燃燒噴嘴是按過化學(xué)計(jì)量比(uberstochiometrisch )運(yùn)行的，也就是說 熱氣體中含有過量的氧氣，即所說的初級(jí)氣體。裝料上部區(qū)域的原料表面被燃燒噴嘴噴出 的熱氣體所加熱，從而使得原料的表面開始燃燒。原料表面的加熱，也使原料內(nèi)部的溫度上 升，這樣，原料內(nèi)部存在的有機(jī)成分例如煤被氣化并被排出。煤氣化所產(chǎn)生的第一氣體部分 地在反應(yīng)器里燃燒，使整個(gè)原料裝料都被加熱。根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式，反應(yīng)器設(shè)置有用密封空氣(Sperrluft)為容器供氣的裝 置，而且位于原料的導(dǎo)入?yún)^(qū)域。密封空氣就是所謂的次級(jí)氣體。通過用密封空氣向容器的 原料導(dǎo)入?yún)^(qū)域供氣，可以阻止氣體從反應(yīng)器的上部流出。根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式，反應(yīng)器設(shè)置有將氧氣導(dǎo)入裝料內(nèi)的裝置。特別地，通過這 種導(dǎo)入氧氣的裝置，可以將含氧的氣體或者空氣即所謂的三級(jí)氣體導(dǎo)入到裝料中。可以借 助反應(yīng)器的調(diào)節(jié)裝置，調(diào)節(jié)氧氣也即三級(jí)氣體向裝料的導(dǎo)入，使得裝料的原料溫度不超過 所希望的溫度。通過三級(jí)氣體的導(dǎo)入，也可以控制反應(yīng)器的運(yùn)行。導(dǎo)入越多的三級(jí)氣體，原料中 有機(jī)成分氣化的比例越大，隨著其在反應(yīng)器里被氧化，裝料的溫度也就上升的越高。優(yōu)選 地，氧氣的導(dǎo)入是如此調(diào)節(jié)的，一方面由于原料氣化所產(chǎn)生氣體的部分燃燒而使溫度足夠 的高，從而使得氣化盡可能地完全徹底；另一方面。原料氣化所產(chǎn)生的氣體盡可能少地被燃
；Bs
JyCi。根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式，將未處理氣體(Rohgas)從反應(yīng)器引出。用溫度傳感器來 測量該未處理氣體的實(shí)際溫度，該實(shí)際溫度通過調(diào)節(jié)裝置也就是控制設(shè)備，與相應(yīng)的預(yù)設(shè) 溫度進(jìn)行比較，并根據(jù)實(shí)際溫度與預(yù)設(shè)溫度的溫度差，控制三級(jí)氣體的導(dǎo)入。通過適當(dāng)?shù)剡x 擇未處理氣體的預(yù)設(shè)溫度，就可以確保裝料的原料被加熱到既不會(huì)達(dá)到使其熔融的溫度、 同時(shí)又可達(dá)到使其軟化的溫度。根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式，導(dǎo)入氧氣的裝置是如此設(shè)計(jì)的，其能使氧氣流入裝料的 內(nèi)部。例如，氧氣可以以空氣的形式導(dǎo)入，或者以富氧空氣的形式導(dǎo)入。導(dǎo)入氧氣的裝置可 包含一個(gè)管道，其伸入或插入裝料的內(nèi)部，氧氣通過該管道可以導(dǎo)入到裝料的內(nèi)部。把氧氣 直接輸送到裝料的內(nèi)部有這樣的好處溫度梯度可以從裝料的中心向其邊沿設(shè)定。裝料內(nèi)部的原料可比裝料周邊的原料，達(dá)到更高的溫度，特別是可達(dá)到其軟化溫度；而在裝料的周 邊，優(yōu)選地，根本達(dá)不到這一軟化溫度。這樣做的優(yōu)點(diǎn)在于，可以避免原料黏著在反應(yīng)器的 容器壁上。優(yōu)選地，在裝料的任何之處，均未達(dá)到軟化溫度，以避免在裝料的內(nèi)部形成原料結(jié)塊。根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式，反應(yīng)器設(shè)置有一個(gè)收集所產(chǎn)生的未處理氣體的收集室以及一個(gè)排放該收集室的未處理氣體的出口。優(yōu)選地，導(dǎo)入氧氣的裝置是如此設(shè)計(jì)的，氧氣至 少部分地流向該氣體收集室。這樣設(shè)計(jì)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，氧氣的注入朝向于氣體收集室，有 利于未處理氣體的經(jīng)過排氣口排出；這樣設(shè)計(jì)的另一優(yōu)點(diǎn)在于，氧氣的流動(dòng)方向橫穿裝料 的原料流動(dòng)方向，裝料的空隙被打開，這樣可以使氣化充分流動(dòng)，并防止凝結(jié)成束狀。根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式，導(dǎo)入氧氣的裝置具有滑動(dòng)面，該滑動(dòng)面傾斜于裝料的原 料流動(dòng)方向，而氧氣則從該滑動(dòng)面流入。該滑動(dòng)面在其表面上設(shè)置有分配氧氣的出口。例 如，該滑動(dòng)面形成一個(gè)楔形的角度，裝料的原料流動(dòng)被分成兩部分。原料流的分開，使原料 的氣化變得容易。根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式，反應(yīng)器設(shè)置有在氣化之后將原料從裝料中排放的裝置。 這種氣化后的原料排放裝置可以具有一個(gè)或多個(gè)爐柵結(jié)構(gòu)，特別是抽屜式爐柵。抽屜式爐 柵可以抽出來進(jìn)行冷卻，從而避免在抽屜式爐柵上形成粘結(jié)和橋狀結(jié)構(gòu)。適當(dāng)?shù)臓t柵結(jié)構(gòu) 可以從現(xiàn)有技術(shù)中獲得，例如可以參見DE 19906262A1。根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式，反應(yīng)器設(shè)置有一種水池結(jié)構(gòu)，以便在在有機(jī)成分氣化之 后冷卻原料。這種水池結(jié)構(gòu)可以如此設(shè)置，使得在其中可以放置裝料。這種水池結(jié)構(gòu)也可 以設(shè)置在裝料的旁邊，其中，通過排放裝置可以將原料從反應(yīng)器的爐區(qū)輸運(yùn)至水池結(jié)構(gòu)。例 如這種排放裝置可以是推桿、抽拉板、爐柵、交叉室或其它的機(jī)械排放裝置，而且可以由液 壓和/或電力來驅(qū)動(dòng)。原料在水池中冷卻會(huì)產(chǎn)生水蒸汽，水蒸汽在反應(yīng)器的容器內(nèi)上升，與原料中有機(jī) 成分氣化并部分燃燒所產(chǎn)生的氣體發(fā)生均相的吸熱水煤氣反應(yīng)，生成氫氣。在均相水煤氣 反應(yīng)中，汽化的水與一氧化碳反應(yīng)，生成氫氣和二氧化碳。另外，當(dāng)水蒸汽與原料中沒有氣 化的碳接觸時(shí)，還會(huì)發(fā)生異相水煤氣反應(yīng)。在異相水煤氣反應(yīng)中，碳和水蒸汽轉(zhuǎn)化為氫和一 氧化碳。這種利用原料氣化時(shí)所產(chǎn)生熱能的方式有很多優(yōu)點(diǎn)一方面將原料中儲(chǔ)存的熱能 用于化學(xué)反應(yīng)，從整體上講在能量平衡方面是相對(duì)便宜的；另一方面，所產(chǎn)生的未處理氣體 的價(jià)值也升高了，因?yàn)槠渲挟a(chǎn)生了氫。根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式，其還設(shè)置有一個(gè)位于水池上的排放輸送裝置，其可以將 在水池中冷卻以后的原料從水池中取出。取出后的原料還可以用于其它用途，比如作為建 筑材料，生產(chǎn)水泥或用作其它的用途。根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式，筒狀反應(yīng)器設(shè)置為向上變細(xì)，這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是，向筒狀 反應(yīng)器中裝料的靈活性得以改善。根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式，本發(fā)明的反應(yīng)器還可與另外的反應(yīng)器相連接，這樣未處 理氣體(即原料氣)可以從本發(fā)明之反應(yīng)器的氣體收集室流到另外的反應(yīng)器中。此時(shí)，本 發(fā)明反應(yīng)器可以如此調(diào)節(jié)，使未處理氣體的壓力大于串聯(lián)的、另外的反應(yīng)器中的壓力，使得 未處理氣體在壓差的作用下流向該另外的反應(yīng)器。
上述另外的反應(yīng)器也可以同樣是熱處理原料的反應(yīng)器。其中，在該另外的反應(yīng)器中，原料可以具有較高含量的有機(jī)成分，如生活垃圾。在該另外的反應(yīng)器里，可以進(jìn)行強(qiáng)加 熱，使得原料中的金屬成分和礦物質(zhì)成分融化，以便對(duì)其進(jìn)行回收。此處為了所必需的、針 對(duì)該另外反應(yīng)器中原料的加熱，來自上游本發(fā)明反應(yīng)器的未處理氣體可以完全或者部分地燃燒。另一方面，本發(fā)明還涉及一種原料的熱處理方法，其中，該原料中的有機(jī)成分低于 40%，特別是那些不高于10%的原料。優(yōu)選地，此處所說的原料是固體原料，尤其是那些礦 物質(zhì)成分含量很高的固體原料，比如碳含量很低的火成巖，如所謂的煤矸石。借助附圖，下文詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中


圖1顯示了本發(fā)明反應(yīng)器的第一實(shí)施方式的縱剖面圖；圖2顯示了本發(fā)明反應(yīng)器的第二實(shí)施方式的縱剖面圖；圖3顯示了本發(fā)明反應(yīng)器的第三實(shí)施方式的縱剖面圖。
具體實(shí)施例方式在下面針對(duì)附圖的說明中，相應(yīng)的元件使用相同的附圖標(biāo)記。圖1顯示了本發(fā)明反應(yīng)器的一實(shí)施方式，其中，反應(yīng)器設(shè)計(jì)為一種筒狀反應(yīng)器，在 筒狀反應(yīng)器的上部設(shè)置有運(yùn)送原料1的裝置4，原料1指的是固體材料，特別是具有較高礦 物質(zhì)含量(大于50%)、較低有機(jī)成分含量(低于40%)的原料。特別地，這樣的原料1可 以是指煤矸石。在該實(shí)施方式中，裝置4設(shè)置在筒狀反應(yīng)器之筒狀結(jié)構(gòu)的一邊。裝置4可以設(shè)計(jì) 為能夠間斷或不間斷地加入原料1。例如，裝置4可以是筒狀反應(yīng)器中的加入原料的爐口閘 門；裝置4也可以設(shè)計(jì)為填壓裝置或填料螺桿。裝置4的上游還可以設(shè)置一個(gè)準(zhǔn)備和儲(chǔ)存原料的裝置2。在相應(yīng)的場合下，原料1 可以在沒有上游的裝置2而通過裝置4直接加入。裝置4有一個(gè)區(qū)域3，其可以注入二級(jí)氣 體，即密封空氣。密封空氣通過裝置4注入筒狀反應(yīng)器內(nèi)，以防止筒狀反應(yīng)器的氣體經(jīng)裝置 4的區(qū)域泄漏到外部環(huán)境。通過裝置4加入到筒狀反應(yīng)器的原料1在筒狀反應(yīng)器里形成裝料26，在原料的熱 處理過程中，裝料必須加熱。因此，在筒狀反應(yīng)器的一端設(shè)置了一個(gè)或多個(gè)燃燒噴嘴10。通 過燃燒噴嘴10，原料1所形成的裝料在筒狀反應(yīng)器里用熱氣體加熱，熱氣體含有氧氣，也就 是初級(jí)氣體。此處，燃燒噴嘴10是按過化學(xué)計(jì)量比燃燒的，使得燃燒噴嘴10所產(chǎn)生的熱氣 體含有過量的氧氣。燃燒噴嘴10也可以用氧氣或者富氧氣體進(jìn)行燃燒。在筒狀反應(yīng)器的 點(diǎn)火階段，載氣在燃燒噴嘴10處燃燒。點(diǎn)火之后，可以由少量的由筒狀反應(yīng)器所產(chǎn)生的未 處理氣體來代替載氣，驅(qū)動(dòng)燃燒噴嘴10的燃燒。由燃燒噴嘴10所產(chǎn)生的熱氣體，將裝料上端區(qū)域的原料1表面加熱，特別是裝料 的椎體部分被加熱，使得原料1的表面開始燃燒。原料1表面的加熱也使得原料1的內(nèi)部 不斷被加熱，從而使得原料1內(nèi)部的有機(jī)成分氣化，并原料1中溢出到反應(yīng)器中或者裝料的 空隙中。
在燃燒噴嘴10處，可以設(shè)置一個(gè)獨(dú)立的燃燒室9。如果在筒狀反應(yīng)器里有足夠的 空間可以讓燃燒噴嘴10產(chǎn)生的燃燒氣體燒盡的話，這個(gè)獨(dú)立的燃燒室可以不做考慮。因 此，裝料26的上方設(shè)置了筒狀反應(yīng)器的室11，室11直接設(shè)置在燃燒噴嘴10的作用區(qū)域內(nèi)。 在室11中，來自原料氣化所產(chǎn)生的氣體會(huì)部分在此燃燒。筒狀反應(yīng)器設(shè)置有一個(gè)控制裝置40，用于控制原料1通過裝置4的加入，以使得原 料1在筒狀反應(yīng)器的裝料盡可能達(dá)到預(yù)定的高度ho。其中，預(yù)定高度ho如此選擇，使得室 11在裝料的上方。裝料有一個(gè)上部區(qū)域12，該區(qū)域大約在筒狀反應(yīng)器的中心。在上部區(qū)域12存在脫 氣和燃燒后的產(chǎn)物，即原料1殘留的惰性物以及燃燒噴嘴10的燃燒產(chǎn)物，主要是水蒸汽、二 氧化碳和惰性成分例如氮。
筒狀反應(yīng)器還有一個(gè)反應(yīng)器罩13，其帶有石頭襯里，并位于區(qū)域12處，反應(yīng)器罩 13可以在區(qū)域12冷卻。在區(qū)域12的下方，裝料還有一個(gè)區(qū)域14，區(qū)域14的頂部設(shè)置有裝置15，其用于輸 送氧氣，也就是所說的三級(jí)氣體。裝置15設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)混合噴頭，用于把三級(jí)氣體向 區(qū)域14排放。三級(jí)氣體是富氧的，可以與水蒸汽一起輸送。通過裝置15輸送的三級(jí)氣體 的輸送可由控制裝置40來調(diào)節(jié)。在區(qū)域14的下方，裝料還有一個(gè)區(qū)域16。在區(qū)域16內(nèi)，原料1被完全或者接近 完全的干餾(去氣)，不含或幾乎不含任何的碳水化合物，但極少量的固態(tài)碳還存在于原料中。在區(qū)域16直接連接有一個(gè)氣體收集室18，氣體收集室18收集的是從區(qū)域16產(chǎn)生 的未處理氣體19。如圖1所示，未處理氣體從氣體收集室18向上由一個(gè)或多個(gè)出氣口排
出ο未處理氣體19包含有氮、一氧化碳、二氧化碳、水蒸汽、二氧化硫、高級(jí)烴、氫以及 粉塵。未處理氣體的溫度可由設(shè)置在氣體收集室或筒狀反應(yīng)器排氣口的溫度傳感器來測 量?？刂蒲b置40用于調(diào)節(jié)三級(jí)氣體經(jīng)由裝置15、裝置31、32(參照?qǐng)D3的實(shí)施方式)的輸 送。未處理氣體的溫度在600°C到850°C之間。在區(qū)域16的下方，裝料還有一個(gè)區(qū)域17，區(qū)域17位于筒狀反應(yīng)器爐區(qū)的排放處。 筒狀反應(yīng)器的爐區(qū)有一個(gè)間壁(隔板)20，間壁帶有石頭襯里；特別地，其可以被直接或間 接地降溫。筒狀反應(yīng)器還有一個(gè)水池21。在圖1的實(shí)施方式中，水池21可以如此設(shè)計(jì)，使裝 料直接放置在水池中。這樣，位于水池21中的裝料區(qū)域的原料可以直接降溫，水蒸汽向上 上升到裝料的區(qū)域17。優(yōu)選地，水池21如此設(shè)計(jì)，其可以起到水封的作用，使得筒狀反應(yīng)器向下是氣密 的。此時(shí)，水池21可以這樣設(shè)計(jì)，水池的水面達(dá)到裝料的區(qū)域，并具有高度hi ；在裝料以外 具有高度h2 ；在管道部分設(shè)置有一個(gè)排放輸運(yùn)裝置22，其高度是h3。高度hi和高度h2大 概是相同的，而高度h3小于高度hi和高度h2，這樣沒有氣體從筒狀反應(yīng)器向下溢出。當(dāng)筒 狀反應(yīng)器內(nèi)的壓力超過大氣壓時(shí)，高度h2要高于hi.通過排放輸運(yùn)裝置22，產(chǎn)品23即干餾后的原料1，從水池中移離筒狀反應(yīng)器的裝 料區(qū)域。產(chǎn)品23在必要的情況下可以烘干或脫水，以用作其它用途。
通過冷卻干餾后的原料，也即水池21中的產(chǎn)品23，可以經(jīng)熱傳遞和蒸發(fā)回收熱 能。裝料中升起的水蒸汽可以與原料中仍然存在的固態(tài)碳發(fā)生異相水煤氣反應(yīng)，和/或與 二氧化碳發(fā)生均相水煤氣反應(yīng)，生成氫氣。二氧化碳存在于氣化所形成的含碳?xì)怏w和/或 未處理氣體19中。未經(jīng)處理的氣體19可以以這種或那種的方式，進(jìn)一步與水蒸汽混合，由 于下游中，例如用于下游的反應(yīng)器中。在圖3中筒狀反應(yīng)器向上是封閉的，但是筒狀反應(yīng)器的爐蓋部位5設(shè)置有一個(gè)減 壓閥，減壓閥的后面連接有管道6并通向一個(gè)非燃燒室。在筒狀反應(yīng)器的壓力超過允許的 范圍，減壓閥就會(huì)打開，通過管道6從筒狀反應(yīng)器進(jìn)入非燃燒室的氣體將被排放掉。在反應(yīng)器蓋5還設(shè)置有一個(gè)空間7，通過裝置4輸送的原料1經(jīng)過空間7形成裝 料。反應(yīng)器蓋5的外罩8上裝有壓力傳感器42，以測量筒狀反應(yīng)器內(nèi)的壓力。壓力傳感器 42將壓力值提供給控制裝置40。一旦壓力值超過臨界值，控制裝置40可以控制減壓閥的 打開。在反應(yīng)器的頂部還設(shè)置有一個(gè)填料傳感器41，這是一個(gè)測距雷達(dá)，填料傳感器41 同樣把數(shù)據(jù)發(fā)送給控制裝置40，以便調(diào)節(jié)裝置4，使裝料達(dá)到h0的高度。在筒狀反應(yīng)器的運(yùn)行過程中還發(fā)生以下的過程。通過裝置4，原料1的裝料達(dá)到設(shè)定的高度h0，燃燒噴嘴用空氣和氧氣對(duì)裝料的區(qū) 域11和12進(jìn)行加熱，通過區(qū)域12內(nèi)原料1的表面的加熱，原料內(nèi)部的溫度也不斷升高，這 樣原料中的有機(jī)成分開始?xì)饣Ｒ徊糠謴脑现袣饣鰜淼臍怏w，與噴嘴10輸送的初級(jí)氣體混合并被燃燒，這樣 會(huì)進(jìn)一步加熱填料塔中的原料1，特別是區(qū)域14中的原料，因?yàn)榧訜崮抢锏脑蠒?huì)同樣產(chǎn) 生氣化。通過裝置15輸送的三級(jí)氣體，在控制裝置40的調(diào)節(jié)下，開始輸送至反應(yīng)器，這樣 反應(yīng)器的溫度會(huì)再次提高。圖2是本發(fā)明筒狀反應(yīng)器的另一實(shí)施方式。與圖1相比，圖2中的裝置4是用于 間斷地輸送原料，燃燒噴嘴10是斜向下于裝料的填料錐體方向設(shè)置的，這樣燃燒室9可以 省略。與圖1相比還存在的區(qū)別是，裝料不是在水池21中，而是水池在裝料的下方一側(cè) 設(shè)置，排放裝置24設(shè)置在裝料的一側(cè)。這種排放裝置可以是推桿、抽拉板、爐柵、交叉室或 其它的機(jī)械排放裝置，而且可以由液壓和/或電力來驅(qū)動(dòng)。通過排放裝置24，產(chǎn)品23從裝 料的下方被排放，這樣產(chǎn)品23落入水池中。在水池21中，也可以形成產(chǎn)品23的裝料26。 產(chǎn)品23可以經(jīng)過室25，從原料1的裝料下部(也即反應(yīng)器的爐區(qū))落至裝料26上。產(chǎn)品23在水池中的冷卻可產(chǎn)生水蒸汽。至少部分水蒸汽29升至反應(yīng)器的爐區(qū)， 發(fā)生均相和異相的水煤氣反應(yīng)。通過設(shè)置在水池21上方的控制閥門27，產(chǎn)品23的冷卻下 產(chǎn)生的部分水蒸汽28被導(dǎo)出來。這樣部分水蒸汽29相應(yīng)減少了，部分水蒸汽28可以輸送 至筒狀反應(yīng)器自己。例如，部分28可以通過燃燒噴嘴10或者裝置15再次輸送到筒狀反應(yīng) 器中，部分28還可以作為其它的用途。圖3是本發(fā)明筒狀反應(yīng)器的又一實(shí)施方式。和圖2—樣，在圖3上裝置4也是氣 密的，也是為了批量地輸送原料。裝置4加裝了一個(gè)爐料蓋34。為了控制原料的輸送，通過 不斷的升降來控制原料的輸送。這也廣泛應(yīng)用在高爐上。在爐料蓋34上設(shè)置有裝置35，該 裝置是為了輸送密封空氣而設(shè)置在爐料蓋34的密封艙上。這種密封氣體阻止?fàn)t內(nèi)氣體的外泄，同時(shí)引導(dǎo)一部分氣體作為二次氣體進(jìn)入筒狀反應(yīng)器。筒狀反應(yīng)器中原料的填充是如此控制的由填料傳感器41進(jìn)行機(jī)械地和/或光學(xué) 地感應(yīng)，以確認(rèn)是不是達(dá)到了 h0的高度。水池21在圖3中沒有顯示，圖3中的情況可以與圖1中的情況基本相同，即裝料 在水池21中；或者像圖2描述的那樣，從裝料中產(chǎn)生了產(chǎn)品23，而且部分水蒸汽從水池中 上升進(jìn)入原料中。在圖3所顯示的筒狀反應(yīng)器的具體方式中，三級(jí)氣體將被輸入裝料的內(nèi)部，這是 通過管道31在區(qū)域16完成的。在管道31中設(shè)置了滑動(dòng)面43和44，滑動(dòng)面斜向筒狀反應(yīng) 器中原料的流動(dòng)方向45?；瑒?dòng)面43和44形成一個(gè)尖角，這樣原料流被分為2個(gè)區(qū)域，就像圖3所表示的。 滑動(dòng)面43和44形成一個(gè)楔形的狀態(tài)，這樣三級(jí)氣體可以向裝料的內(nèi)部吹送?；瑒?dòng)面43和滑動(dòng)面44形成的一個(gè)凸起部分32，這個(gè)凸起在三級(jí)氣體的出口垂直 于原料的流動(dòng)方向45，或者與原料的流動(dòng)方向相反。通過凸起32，從區(qū)域14起，裝料的分 開變得更加容易。在凸起32的端部是一個(gè)磨棱33，是做成一個(gè)倒棱的形狀。磨棱33和凸 起32是設(shè)置在一起的。磨棱33是可以很輕松的調(diào)換的。優(yōu)選地，滑動(dòng)面43和44之間形成的角度，使得至少一部分從滑動(dòng)面43和44吹出 的氣體，進(jìn)入到氣體收集室18。這樣，未處理氣體19從筒狀反應(yīng)器向收集室18流動(dòng)時(shí)變得 容易了。把氧氣吹入裝料的內(nèi)部，而且與原料流動(dòng)方向45呈橫切，有一個(gè)更進(jìn)一步的優(yōu) 點(diǎn)，這樣裝料的空隙是打開的，更加有利于完全氣化。這樣那種束狀的粘結(jié)也不會(huì)發(fā)生了， 另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是通過把三級(jí)氣體輸送到裝料的內(nèi)部，在內(nèi)部形成更高的氧氣濃度，這樣那里 大部分的在氣化過程中產(chǎn)生的氣體和未處理氣體充分的燃燒。這使得從裝料的內(nèi)部到邊沿 形成一個(gè)溫度的梯度。第三氣體的輸入是這樣調(diào)節(jié)的，為了只是讓裝料內(nèi)部的溫度達(dá)到軟 化溫度，而不是邊沿。這樣可以避免原料黏著反應(yīng)器壁上。在區(qū)域17管道31的左下方設(shè)置有抽取式的爐柵，爐柵保持產(chǎn)品23能夠從裝料到 水池21，爐柵也避免的橋型結(jié)構(gòu)的形成，爐柵可以被取出來冷卻，通過爐柵的引導(dǎo)，產(chǎn)品23 可以順利通過反應(yīng)器。筒狀反應(yīng)器可以具有圓形的橫斷面。在抽取式爐柵所在的區(qū)域，橫斷面可是長方 形的。凸起32也特別的優(yōu)點(diǎn)，其可以讓原料從圓形斷面到長方形斷面過渡時(shí)更好的分流。優(yōu)選地，在該實(shí)施方式中，控制裝置40是如此設(shè)置的，當(dāng)二級(jí)氣體的輸送通過爐蓋34的時(shí)候，切斷二級(jí)氣體的輸送。這樣，可以避免在爐蓋下端的鐘罩打開的時(shí)候，不受控 制的二級(jí)氣體進(jìn)入筒狀反應(yīng)器的內(nèi)部。
權(quán)利要求
一種對(duì)原料(1)進(jìn)行熱處理、以獲得含有氫氣和/或碳?xì)浠衔锏臍怏w(19)的反應(yīng)器，該反應(yīng)器包括-加入原料的裝置(4；34)，所加入的原料形成反應(yīng)器中的填料；-將原料加熱到某一溫度的裝置(10、15；31、32、40)，在整個(gè)填料內(nèi)部，該溫度低于原料的熔融溫度，并使原料中的有機(jī)成分氣化，形成第一氣體；-在有機(jī)成分氣化之后利用水來冷卻原料的裝置(21)，原料冷卻產(chǎn)生水蒸汽，水蒸汽發(fā)生吸熱的水煤氣反應(yīng)，形成第二氣體；-從反應(yīng)器中導(dǎo)出第二氣體的裝置(18)；其中，所述的第一氣體含有一種或多種碳?xì)浠衔?，所述的第二氣體含有氫氣和/或碳?xì)浠衔铩?br> 2.如權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其中，所述的反應(yīng)器具有氣密的、與周圍環(huán)境密閉的、 用于放置填料的筒狀容器，并進(jìn)一步具有氣密的、向所述容器中加入原料的裝置。
3.如權(quán)利要求1或2所述的反應(yīng)器，其中，所述的加熱原料的裝置至少具有一個(gè)燃燒器 (10)，該燃燒器設(shè)計(jì)為在過化學(xué)計(jì)量比的狀態(tài)下運(yùn)行。
4.如權(quán)利要求1-3之一所述的反應(yīng)器，其進(jìn)一步包括在原料的加入?yún)^(qū)域向所述容器注 入密封空氣的裝置(35)。
5.如前述權(quán)利要求之一所述的反應(yīng)器，其進(jìn)一步包括導(dǎo)入氧氣的裝置(15;31、32、43、 44)和控制氧氣導(dǎo)入的控制裝置(40)，使得原料不會(huì)達(dá)到其熔融溫度。
6.如權(quán)利要求5所述的反應(yīng)器，其中，所述的控制裝置是如此設(shè)計(jì)的，使得原料最高可 以達(dá)到其軟化溫度。
7.如權(quán)利要求5或6所述的反應(yīng)器，其中，所述的控制裝置是如此設(shè)計(jì)的，使得在所述 反應(yīng)器內(nèi)形成的壓力高于大氣壓。
8.如權(quán)利要求5、6或7所述的反應(yīng)器，其中，所述的控制裝置是如此設(shè)計(jì)的，使得在 所述反應(yīng)器內(nèi)形成的壓力高于下游反應(yīng)器的壓力，從而使含有氫氣的氣體流向該下游反應(yīng)器
9.如權(quán)利要求5-8之一所述的反應(yīng)器，其中，所述的導(dǎo)入氧氣的裝置是如此設(shè)計(jì)的，使 得氧氣流向原料的中央。
10.如權(quán)利要求9所述的反應(yīng)器，其進(jìn)一步包括氣體收集室，以收集含有氫氣的氣體； 并進(jìn)一步包括從所述氣體收集室導(dǎo)出氣體的出口 ；其中，所述的導(dǎo)入氧氣的裝置是如此設(shè) 計(jì)的，氧氣是至少部分地沿所述氣體收集室而流入。
11.如權(quán)利要求5-10之一所述的反應(yīng)器，其中，所述的導(dǎo)入氧氣的裝置至少具有一個(gè) 滑動(dòng)面(43、44)，該滑動(dòng)面相對(duì)于原料的流動(dòng)方向(45)是斜向的，其中，至少部分的氧氣是 從該滑動(dòng)面流出而流入原料中。
12.如權(quán)利要求11所述的反應(yīng)器，其中，所述的導(dǎo)入氧氣的裝置至少具有兩個(gè)滑動(dòng)面， 其設(shè)置在反應(yīng)器的中央?yún)^(qū)域。
13.如前述權(quán)利要求之一所述的反應(yīng)器，其進(jìn)一步具有在氣化后排放原料的裝置(30) 和/或控制或調(diào)節(jié)反應(yīng)器生產(chǎn)能力的裝置。
14.如權(quán)利要求13所述的反應(yīng)器，其中，所述的排放原料的裝置具有一個(gè)抽屜式爐柵 結(jié)構(gòu)，其設(shè)置為傾斜于原料的流動(dòng)方向(45)。
15.如前述權(quán)利要求之一所述的反應(yīng)器，其中，所述的冷卻裝置包括一個(gè)水池結(jié)構(gòu) (21)。
16.如權(quán)利要求15所述的反應(yīng)器，其中，所述的水池是如此設(shè)計(jì)的，使得原料能夠位于 其中形成填料塔。
17.如權(quán)利要求15或16所述的反應(yīng)器，其進(jìn)一步包括一個(gè)排放輸運(yùn)裝置(22)，以從所 述水池中輸運(yùn)冷卻后的原料。
18.如權(quán)利要求15、16或17所述的反應(yīng)器，其中，所述的水池設(shè)計(jì)為使反應(yīng)器氣密。
19.如前述權(quán)利要求之一所述的反應(yīng)器，其中，所述的水煤氣反應(yīng)在反應(yīng)器內(nèi)部是均相 和/或異相進(jìn)行的。
20.如前述權(quán)利要求之一所述的反應(yīng)器，其進(jìn)一步具有容納所述原料的容器，該容器為 筒狀并向上變細(xì)。
21.如前述權(quán)利要求之一所述的反應(yīng)器，其中，所述的反應(yīng)器進(jìn)一步與熱處理其它原料 的其它反應(yīng)器相連，其中，含有氫氣的氣體(19)從所述反應(yīng)器流向所述其它反應(yīng)器。
22.如前述權(quán)利要求之一所述的反應(yīng)器，其中，所述的加熱原料的裝置(10、15;31、32、 40)是如此設(shè)計(jì)的，使得整體原料內(nèi)的溫度低于原料的軟化溫度。
23.一種對(duì)原料(1)進(jìn)行熱處理、以獲得含有氫氣的氣體(19)的方法，其包括以下步驟_加入原料，形成由原料構(gòu)成的填料；-將原料加熱到某一溫度，在整個(gè)填料內(nèi)部，該溫度低于原料的熔融溫度，并使原料中 的有機(jī)成分氣化，形成第一氣體；-在有機(jī)成分氣化之后，利用水來冷卻原料，原料冷卻產(chǎn)生水蒸汽，水蒸汽發(fā)生吸熱的 水煤氣反應(yīng)，形成第二氣體；其中，所述的第一氣體含有一種或多種碳?xì)浠衔?，所述的第二氣體含有氫氣。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述的水煤氣反應(yīng)是水蒸汽與含碳的氣體所發(fā) 生的均相反應(yīng)。
25.如權(quán)利要求23或24所述的方法，其中，所述的水煤氣反應(yīng)是水蒸汽與原料中未氣 化的碳所發(fā)生的異相反應(yīng)。
26.如權(quán)利要求23、24或25所述的方法，其中，所述的原料是煤矸石、含有煤矸石的混 合物、煤石、或含有煤石的混合物。
27.如權(quán)利要求23-26之一所述的方法，其中，所述的填料是在水池(21)中形成的。
28.如權(quán)利要求23-27之一所述的方法，其中，所述的原料在氣化之后從所述的填料中 排放出來，并進(jìn)入水池(21)中。
29.如權(quán)利要求23-28之一所述的方法，其中，在所述的填料內(nèi)部導(dǎo)入氧氣，使得填料 內(nèi)部的溫度比填料周邊的溫度高。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其中，至少一部分的氧氣是沿氣體收集室(18)的方向 而導(dǎo)入所述填料內(nèi)部的。
31.如權(quán)利要求23-30之一所述的方法，其中，該方法是在含氫氣的氣體的壓力高于大 氣壓的情況下運(yùn)行的。
32.如權(quán)利要求23-31之一所述的方法，其中，測量含氫氣的氣體的溫度，并采用該溫度來控制氧氣的導(dǎo)入 。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種對(duì)原料(1)進(jìn)行熱處理、以獲得含有氫氣和/或碳?xì)浠衔锏臍怏w(19)的反應(yīng)器以及工藝方法，該反應(yīng)器包括加入原料的裝置(4；34)；將原料加熱到某一溫度的裝置(10、15；31、32、40)，在整個(gè)填料內(nèi)部，該溫度低于原料的熔融溫度，并使原料中的有機(jī)成分氣化，形成第一氣體；在有機(jī)成分氣化之后利用水來冷卻原料的裝置(21)，原料冷卻產(chǎn)生水蒸汽，水蒸汽發(fā)生吸熱的水煤氣反應(yīng)，形成第二氣體；從反應(yīng)器中導(dǎo)出第二氣體的裝置(18)。其中，第一氣體含有一種或多種碳?xì)浠衔?，第二氣體含有氫氣和/或碳?xì)浠衔铩?br> 文檔編號(hào)A62D3/00GK101817011SQ200910008118
公開日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2009年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月27日
發(fā)明者埃克哈德·蒂舍爾, 弗蘭克·烏舒特 申請(qǐng)人:Kbi國際有限公司