專利名稱：用于氣化液態(tài)至漿膏狀的有機(jī)物質(zhì)和有機(jī)混合物質(zhì)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的獨(dú)立權(quán)利要求用于氣化液態(tài)至漿膏狀的有機(jī)物質(zhì)和有機(jī)混合物質(zhì)的方法。
從PCT-OS WO99/04861[1]獲知一種用于清除液態(tài)殘余物的方法，在該法中將此殘余物輸送入具有由高熔點(diǎn)的堿土金屬氧化物(優(yōu)選為氧化鈣)粗顆粒構(gòu)成的填料層的反應(yīng)器中。將該填料層保持在800-1100℃的溫度。在此溫度下有機(jī)物質(zhì)分解成氣體，其主要含有氫氣，另外卻還含有烴類化合物和其他的氣態(tài)物質(zhì)。對(duì)于每一個(gè)加入的化學(xué)元素的簡(jiǎn)單的總結(jié)已表明，以這種方式所清除的液態(tài)物質(zhì)必須加入至少一種反應(yīng)劑，如水蒸汽，以使得可以確保抑制炭黑-類似于純碳-的形成。該方法的特別的具有特征性的問題在于，用于汽化和熱分解加入物所必需的所有的熱量必須通過反應(yīng)器壁由外部輸入。以工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)使用每小時(shí)較少千克的量的水性乳濁液已證實(shí)這種方法的作用功能[2]。對(duì)于明顯更大量的殘余物，這種熱量輸入方式卻不再適于向過程中供應(yīng)足夠的熱量，所以例如必須平行連接多個(gè)反應(yīng)器，以使該方法還能運(yùn)行。這在經(jīng)濟(jì)上幾乎沒有意義。
從DE-PS 197 55 693[3]獲知一種用于氣化有機(jī)物質(zhì)和有機(jī)混合物質(zhì)的方法，其可解決這個(gè)難題。在該方法中，有機(jī)物質(zhì)在移動(dòng)底座反應(yīng)器(Wanderbettreaktor)中與細(xì)顆粒的、惰性的載熱介質(zhì)接觸，在可能的部分汽化后借此發(fā)生快速的高溫分解，其中，有機(jī)物質(zhì)一部分轉(zhuǎn)變成含碳的固體殘?jiān)溆嗖糠洲D(zhuǎn)變成由可液化的、揮發(fā)性的和氣態(tài)的組分構(gòu)成的高溫分解氣體。
隨后，將載熱體和高溫分解焦炭燃燒，其中，一方面燃燒了含碳的殘?jiān)硪环矫嬖谂c燃燒殘?jiān)蛛x后再次送入高溫分解前加熱了載熱介質(zhì)。這意味著，以這種方式清除的殘余物，其本身含有的化學(xué)能量由此而帶入了在此所需要的熱量。
高溫分解氣體通常還含有可冷凝的殘?jiān)谔砑臃磻?yīng)劑后-通常為水蒸汽-在一個(gè)作為間接熱交換器運(yùn)行的第二反應(yīng)區(qū)后加熱，以使在反應(yīng)后得到具有高熱值的產(chǎn)品氣體，在此，熱交換器通過燃燒廢氣的冷卻而進(jìn)行間接加熱。燃燒后從由載熱體與固體的含碳?xì)堅(jiān)臓t渣構(gòu)成的混合物的分流中，將爐渣機(jī)械地與載熱體分離、冷卻和排出。
然而，該方法有幾個(gè)方面的問題，其使得用于實(shí)施該方法的裝置繁瑣且昂貴，這不僅可以對(duì)操作而且對(duì)可使用性有不利的影響首先將經(jīng)燃燒加熱狀態(tài)下的載熱體(這就是說，在遠(yuǎn)高于高溫分解溫度的溫度下，高溫分解溫度設(shè)定為550-650℃)送回高溫分解中。由此必須使用材料和機(jī)械上特別昂貴的輸送裝置。此外，倘若經(jīng)加熱的載熱體仍與爐渣混在一起，就得考慮到后者的軟化和與之相關(guān)的烘烤問題。第二，所應(yīng)用的間接的熱交換器由于其工作條件-兩側(cè)溫度為500-1000℃，一側(cè)為還原性條件，不僅在高溫分解氣體和產(chǎn)品氣體中而且在燃燒廢氣中的強(qiáng)腐蝕性組分-要求非常昂貴的材料和由于可能的爐渣軟化而要求附加的、可能昂貴的凈化系統(tǒng)。在熱交換器中爐渣烘烤的危險(xiǎn)也使得操作和燃燒的形成受到很大的限制。另一個(gè)困難在于蒸汽與高溫分解氣體的混合或者將蒸汽以昂貴的費(fèi)用過度加熱，或者獲得溫度的降低，這將導(dǎo)致焦油的冷凝，從而可導(dǎo)致烘烤問題。最后可想象會(huì)有這種情況，在燃燒中不能保證所要重新加熱的載熱介質(zhì)獲取定義量的熱傳導(dǎo)。所以得擔(dān)心，高溫分解焦炭和載熱介質(zhì)在燃燒中脫離，以致于例如在焙燒的情況下在表層的高溫分解焦炭逐漸燒完，而載熱介質(zhì)甚至卻被通過從下部流至的爐篦空氣冷卻。
另一種方法，其研發(fā)與在[3]中所述的方法相接合[4]，避免了上述的缺點(diǎn)載熱體循環(huán)涉及到第二反應(yīng)區(qū)域在內(nèi)，其現(xiàn)在不再作為熱交換器，而是作為移動(dòng)床反應(yīng)器運(yùn)行，這樣就能防沾污和抗烘烤。此外，高溫分解焦炭在離開高溫分解反應(yīng)器后與載熱體分離，然后燃燒，就此所生成的、熱的氣體通過位于第二反應(yīng)區(qū)域上部的、另一個(gè)移動(dòng)床反應(yīng)器傳遞。以使得在這個(gè)移動(dòng)床反應(yīng)器中達(dá)到所定義的載熱體的熱熱。用這種方法不僅固體殘余物，而且液態(tài)的和漿膏狀的物質(zhì)也基本上都能氣化。本身“氣化”，即氣態(tài)殘余物的轉(zhuǎn)化，例如煉焦氣體或精煉氣體的轉(zhuǎn)化是完全可能的。大部分液態(tài)至漿膏狀的加入物在高溫分解階段的溫度下加熱時(shí)只有很少或沒有高溫分解焦炭產(chǎn)生，這導(dǎo)致相應(yīng)的低的爐渣量。這意味著，對(duì)于只有這種物質(zhì)的加入可以不必進(jìn)行載熱體和高溫分解焦炭的分離。此外，在該方法中，不能立即有效地整體利用對(duì)于所供給的烴類化合物的分解反應(yīng)起催化作用的物質(zhì)，因?yàn)橄蜉d熱體加料不能足夠地與具有不同必要性的加入物的變動(dòng)協(xié)調(diào)一致，大約通過所加入的鹵化物或硫化物的影響而變得無(wú)法使用的起催化作用的材料的排出和替換，其基本上如同在[1]中描述的方法所可能的。
基于此，在此所描述的本發(fā)明的任務(wù)是，提供一種用液態(tài)至漿膏狀的加入物以少量的裝置和人力費(fèi)用生成高值未稀釋并富熱值的產(chǎn)品氣的簡(jiǎn)單實(shí)施的方法，其一方面作為基本特征，包括通過燃料的分別燃燒而生成必需的過程熱，燃料可以是在缺乏高溫分解焦炭的情況下所生成的產(chǎn)品氣或也可以是中間生成的高溫分解氣體，以及對(duì)于過程介質(zhì)具有良好定義的熱傳導(dǎo)的載熱介質(zhì)的使用，另一方面，避免使用流化床或具有二面高溫的熱交換器，以及允許互相獨(dú)立控制地加入載熱體和對(duì)過程起催化作用的材料。
此任務(wù)通過權(quán)利要求1的特征組合解決。類似于[4]，進(jìn)一步按照這種基本思路，將本方法分成三個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)施的方法步驟快速的高溫分解，在熱量輸入下從混合過程蒸汽后的均勻氣相反應(yīng)中由高溫分解氣體獲取產(chǎn)品氣，通過在高溫分解和隨后的均勻氣相反應(yīng)以外燃料的燃燒生成用于高溫分解和氣相反應(yīng)所必需的熱量。類似于[4]，高溫分解和均勻氣相反應(yīng)通過載熱介質(zhì)進(jìn)行及繼續(xù)進(jìn)行。然而，一個(gè)根本的擴(kuò)展考慮到將第二反應(yīng)區(qū)域分配為一個(gè)區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)如在[4]那樣，高溫分解氣體和反應(yīng)劑通過載熱介質(zhì)加熱，和另一個(gè)區(qū)域-此后稱為第三反應(yīng)區(qū)域-，在該區(qū)域已被加熱到反應(yīng)溫度的、已經(jīng)反應(yīng)著的混合物與起催化作用的固體物接觸，在此，如在[1，2]中描述的那樣，反應(yīng)進(jìn)行到生成絕大部分由氫構(gòu)成的產(chǎn)品氣為止。因?yàn)樵诘谌磻?yīng)區(qū)域中的反應(yīng)條件與在[1，2]所述的方法的條件沒有差別，所以在用氧化鈣作為催化作用物時(shí)，在此區(qū)域的溫度可限制在800℃。此后，第二和第三反應(yīng)區(qū)域稱為“轉(zhuǎn)化”。在轉(zhuǎn)化過程中進(jìn)行通常的反應(yīng)，其總合可例如概括為如下的反應(yīng)
起催化作用的固體物質(zhì)在本方法中不用載熱介質(zhì)加熱，不與載熱介質(zhì)接觸地導(dǎo)入通過第三反應(yīng)區(qū)域，最后通過冷卻區(qū)域而排離，其與空氣接觸，在顆粒上可能形成的碳可逐漸燒去。在此經(jīng)加熱的空氣可在過程熱生成時(shí)使用。
一個(gè)有助于改善產(chǎn)品氣質(zhì)量的擴(kuò)展形式提供這樣的可能性，即在用于起催化作用的固體物質(zhì)的加熱反應(yīng)器前串接上另一個(gè)裝置上分離的區(qū)域，在此，該固體物質(zhì)的最初加熱不是通過由用于獲取過程熱所必需的燃燒的煙氣而進(jìn)行，而是通過在產(chǎn)品氣所含有的可感覺的熱量的直接傳導(dǎo)而進(jìn)行。如果例如由氧化鈣或氫氧化鈣制成的顆粒用作為起催化作用的固體物質(zhì)，那么其可在此調(diào)節(jié)到400-800℃的溫度下用于產(chǎn)品氣的去酸，這就是說，用于去除二氧化碳和其他的酸性物質(zhì)，如象鹵化氫或硫化氫，這就可顯著改善產(chǎn)品氣作為合成氣、還原劑等的可應(yīng)用性。以下稱此區(qū)域?yàn)椤叭ニ釁^(qū)”。
所有已提到的反應(yīng)區(qū)域、高溫分解、第二和第三反應(yīng)區(qū)域、載熱體和起催化作用的物質(zhì)的加熱、去酸和冷卻區(qū)域都是作為豎式反應(yīng)器構(gòu)成的，即完全沒有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的容器。前提條件是粗顆粒至細(xì)顆粒的可流動(dòng)的松散物料用作為起催化作用的物質(zhì)。一個(gè)原則上的例外是燃燒，如下文中還要講述的那樣。也如下文中還要講述的，對(duì)于高溫分解裝置也可以建議與上所述不一致。具有第二和第三反應(yīng)區(qū)域的轉(zhuǎn)化的優(yōu)越構(gòu)成結(jié)構(gòu)在于，其在二個(gè)連接的反應(yīng)器中實(shí)施，在此，第三反應(yīng)區(qū)域位于中央，邊上圍著第二反應(yīng)區(qū)域。以這種方式第三反應(yīng)區(qū)域的溫度由第二反應(yīng)區(qū)域中的載熱介質(zhì)維持。
總之，本方法的特點(diǎn)在于，由于可能的碳黑形成或其他的分裂過程引起的烘烤是可容忍的，因?yàn)橛捎谳d熱介質(zhì)的再循環(huán)而不斷再生傳導(dǎo)熱量的表面，還因?yàn)樵诘谌磻?yīng)區(qū)域中起催化作用的物質(zhì)簡(jiǎn)單地流動(dòng)通過反應(yīng)過程。當(dāng)然在相應(yīng)的再生后可考慮該物質(zhì)的回收循環(huán)，假如其相應(yīng)的費(fèi)用是可能的，或者鑒于該物質(zhì)的成本有這樣的必要。
根據(jù)本發(fā)明，液態(tài)至漿膏狀的有機(jī)物質(zhì)的高溫分解在反應(yīng)器中進(jìn)行，該反應(yīng)器以最大可能的簡(jiǎn)便裝置和牢固的操作工作方式允許對(duì)于加熱、干燥和高溫分解必需的熱量以盡可能有效的方式傳導(dǎo)。因?yàn)檩斎胛镔|(zhì)由于它的稠度立即滲透進(jìn)入由加入的載熱體所形成的粒狀物質(zhì)中，以致于上述的過程能非?？斓剡M(jìn)行，可以以不同于[4]的高溫分解反應(yīng)器在其中也發(fā)生至少部分的蒸發(fā)，可以簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)構(gòu)成并對(duì)于載熱介質(zhì)的排放是最佳化的。所以在此例如可考慮敞開的蝸輪槽。高溫分解溫度優(yōu)選為500-650℃。
沒有必要將高溫分解焦炭從載熱介質(zhì)上分離，必要時(shí)爐渣類的組分應(yīng)在此處排出。粗顆粒的載熱體的分離可例如以機(jī)械的方式用簡(jiǎn)單的篩分法進(jìn)行。在此，以此為出發(fā)點(diǎn)，要完全避免載熱體顆粒大小的固體物質(zhì)加入到加入物中。在此產(chǎn)生有利影響的，即所要分離的介質(zhì)的溫度只約為500-600℃，以便能使用市場(chǎng)常見的材料。此外，假如載熱介質(zhì)具有足夠的密度，風(fēng)力分級(jí)也提供了可能性。在此燃燒氣流作為篩分流體用于過程熱的生成，然而出于安全的原因優(yōu)選為回流的煙氣的分流。
燃燒由具有端面燃燒器的燃燒室構(gòu)成，燃燒室可以任意設(shè)置。燃燒可用下列的燃料進(jìn)行產(chǎn)品氣、外部加入的燃燒氣，如天然氣、高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、液化氣，或液態(tài)燃料，如燃料油、重油，所需氣化的液態(tài)有機(jī)加入物也適合于用作為燃料。對(duì)于經(jīng)冷卻區(qū)域加熱的氣流或用于爐渣分離的篩分介質(zhì)使用的-是空氣或回流的煙氣-使燃燒如此形成，即灰塵不導(dǎo)致操作事故，或預(yù)先過濾空氣。
對(duì)于燃燒還涉及另一個(gè)邊界條件對(duì)于經(jīng)給定的轉(zhuǎn)化溫度，煙氣在燃燒的終端以一定的溫度排出，其考慮到通到加熱區(qū)域的路徑上的熱損失、在加熱區(qū)域內(nèi)的載熱介質(zhì)的熱傳導(dǎo)程度和在第二反應(yīng)區(qū)域中在轉(zhuǎn)化期間在熱傳導(dǎo)時(shí)的載熱體的作用程度。例如假如轉(zhuǎn)化溫度為1000℃，那么，載熱體在進(jìn)入該區(qū)域時(shí)應(yīng)是1050℃高溫。對(duì)于相應(yīng)的加熱區(qū)域的設(shè)計(jì)，可以1075℃的高溫?zé)煔鉃槟繕?biāo)。為了彌補(bǔ)從燃燒至這加熱區(qū)域的路徑的損失，廢氣在離開燃燒時(shí)必須是更熱一點(diǎn)，即例如1100℃。
最后還有在轉(zhuǎn)化之前將過程蒸汽混合到高溫分解氣體中絕對(duì)必要的是如果液態(tài)至漿膏狀的有機(jī)加入物不含或只含少量的水。涉及所期望的均勻氣相反應(yīng)使用過量的水蒸汽進(jìn)行混合，因?yàn)橹挥羞@樣才能最終抑制碳黑形成。在此重點(diǎn)在于遵循在新制得的產(chǎn)品氣中一定的水蒸汽濃度，即如25體積％或更多。另一方面可預(yù)料的是，用水蒸汽濃度作為測(cè)量值對(duì)過程蒸汽加入的流量調(diào)節(jié)可以是非常昂貴繁瑣的。更好地是設(shè)置一個(gè)固定值，其通過反正以可能方式存在的量的測(cè)量功效依賴地實(shí)行。在此無(wú)論如何應(yīng)提到的根據(jù)本發(fā)明的裝置構(gòu)造可能性在于過程蒸汽與高溫分解氣體混合的地點(diǎn)的選擇。這雖然最遲在進(jìn)入第二反應(yīng)區(qū)域，轉(zhuǎn)化器之前進(jìn)行，但是也可設(shè)置在上游的高溫分解反應(yīng)器中，并且在其中移置于高溫分解反應(yīng)器的任一部位直至其下端。在此，對(duì)于高溫分解反應(yīng)器的下端指的是載熱介質(zhì)與固體含碳的殘?jiān)幕旌衔锍隹?。這樣雖然改變了高溫分解和轉(zhuǎn)化之間的熱量使用的分配，但是對(duì)于在高溫分解反應(yīng)器的固體物側(cè)出口的附近添加蒸汽時(shí)，用蒸汽沖洗高溫分解最終在多方面是有利的這樣高溫分解氣體的溫度在流向第二反應(yīng)區(qū)域的路徑上沒有一處會(huì)溫度下降，所以不用考慮冷凝的發(fā)生。此外這樣防止了在從高溫分解反應(yīng)器排出載熱介質(zhì)的方向可能的高溫分解氣體的泄漏。代替添加蒸汽的一個(gè)方案是將水混合到加入物中，假如加入物本身含有不足夠的水。在此優(yōu)點(diǎn)是裝置的簡(jiǎn)化，特別是當(dāng)混合直接在使用前進(jìn)行，所以不要求一種可能的乳濁液的穩(wěn)定。缺點(diǎn)是，加入水的蒸發(fā)熱函由在高溫分解中的高值熱量實(shí)現(xiàn)。根據(jù)期望一種最佳的解決方案是提供具有較少水份額的乳濁液，其余的水作為蒸汽加入，因?yàn)樵谡羝杀换烊胫埃@樣直接提供一些水用于抑制碳黑的形成。具有高水含量的加入物可通過無(wú)水或貧水的加入物調(diào)節(jié)，以達(dá)到對(duì)于轉(zhuǎn)換有利的水含量。


圖1展示本發(fā)明對(duì)象的一個(gè)可能的裝置。液態(tài)至漿膏狀的有機(jī)加入物100處于足夠的輸送壓力下，其例如可通過輸送泵產(chǎn)生，并且直接導(dǎo)入高溫分解反應(yīng)器101中。高溫分解反應(yīng)器101優(yōu)選以圓柱形的豎式反應(yīng)器或臥式圓筒實(shí)施，并且具有排料裝置102的底部，在此排料裝置是以蝸桿實(shí)施的。除了加入物輸入到高溫反應(yīng)器101中外，載熱介質(zhì)也通過閘門160從轉(zhuǎn)化器的第二反應(yīng)區(qū)域103進(jìn)入高溫分解反應(yīng)器。閘門可是任一種構(gòu)型，然而優(yōu)選為配料葉輪閘門、排料滾筒(例如Rueskamp構(gòu)型/Bayreuth空氣技術(shù))或可定位的回轉(zhuǎn)式滑閥，并且應(yīng)不是氣密的。此外過程蒸汽流111的進(jìn)入，其沒有特別的規(guī)定，例如可是較低溫度的飽和蒸汽。
首先描述經(jīng)排出的揮發(fā)性氣體的另一路徑。揮發(fā)性氣體與所加入的過程蒸汽111混合通過獨(dú)立的管道或更好地通過閘門160以載熱體加入的反方向離開高溫分解反應(yīng)器101，到達(dá)具有第二反應(yīng)區(qū)域103的轉(zhuǎn)化器。通過閘門160的路徑和由此取消獨(dú)立的管道只有這樣是可能的，即當(dāng)閘門160制成這樣的可透過氣體的，即其隨時(shí)都無(wú)限制地對(duì)于氣體是通暢的，而載熱介質(zhì)只能摻入或在開閘門的過程的范圍內(nèi)可間隔地通過。載熱介質(zhì)只能摻入地加入到高溫分解反應(yīng)器中，其允許有這種可能性，即完全中斷流入，所有量的高溫分解氣體連同經(jīng)混入的過程蒸汽111必須始終無(wú)阻礙地能從高溫分解裝置中穿透通過。通過相應(yīng)的轉(zhuǎn)化器的第二反應(yīng)區(qū)域103的底部的裝置，由高溫分解流出的揮發(fā)性氣體流以盡可能長(zhǎng)的路徑導(dǎo)入通過處于轉(zhuǎn)化器的由載熱介質(zhì)組成的散料。后者與在加熱下反應(yīng)生成產(chǎn)品氣的氣體混合物的流向相反由上至下，并且在此冷卻。在轉(zhuǎn)化器的上部，反應(yīng)著的氣體混合物導(dǎo)流回轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)化器的第三反應(yīng)區(qū)域104。第三反應(yīng)區(qū)域104位于第二反應(yīng)區(qū)域103內(nèi)部中央，并且通過物料不能透過的壁與第二反應(yīng)區(qū)域隔開。在第三反應(yīng)區(qū)域內(nèi)部例如作為起催化作用的物質(zhì)石灰石(CaO)與正在反應(yīng)著的氣體混合物同流地向下流動(dòng)。后者在第三反應(yīng)區(qū)域104通過石灰石的作用而轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品氣，這就是說，分解剩余的碳水化合物，并進(jìn)一步部分氧化成產(chǎn)品氣的主要組分，氫H2和一氧化碳CO。這種主要組分離開轉(zhuǎn)化器的底部，被分配到產(chǎn)品氣氣流109中，其通過脫鍛燒器(Decalcinator)(去酸反應(yīng)器)107作為經(jīng)冷卻的產(chǎn)品氣體流108離開裝置，這是為了凈化和為用戶預(yù)處理，以及產(chǎn)品氣分流110，其在燃燒室120中出于生成過程熱的目的而燃燒。包括脫鍛燒器107在內(nèi)還可考慮有余熱系統(tǒng)，例如用于生成蒸汽流111，然而在此不予以描述。脫鍛燒器的功能作用下面還要解釋。
在所描述的實(shí)施例中加入氧化鈣(CaO)作為起催化作用的物質(zhì)(140)，其通過閘門166而加入到脫鍛燒器107中。在此出現(xiàn)二種不同的情況除了冷卻產(chǎn)品氣，在此氧化鈣吸收熱量，并且在400-800℃下從流入的產(chǎn)品氣中去除一部分二氧化碳(CO2)的含量，通過這個(gè)去酸過程而改善產(chǎn)品氣的質(zhì)量。之后部分已轉(zhuǎn)變成碳酸鈣(CaCO3)的石灰石通過閘門165而進(jìn)入到石灰石預(yù)熱器142，在此，其通過進(jìn)入的高溫氣體流127進(jìn)一步加熱至1050℃并鍛燒而再次部分去除CO2。之后其通過閘門163而進(jìn)入第三反應(yīng)區(qū)域，如上所述。由此出來(lái)，其根據(jù)需要通過閘門161而移至作為豎式反應(yīng)器構(gòu)成的冷卻區(qū)域122，在此，與在燃燒120中所必需的燃燒空氣的分流121混合在一起，借此石灰石被冷卻，此外還可將可能附著的碳燃燒完。經(jīng)冷卻的、用過的石灰石然后通過閘門164而被移至殘余物容器143中，在本方法中至少不能直接再使用。此外石灰石的消耗量還取決于在起始物流100中的有害物質(zhì)，如硫和鹵素的含量，另一方面也取決于在脫鍛燒器107中產(chǎn)品氣的去酸和冷卻所達(dá)到的程度。在本實(shí)施例中，石灰石從上至下以直線通過反應(yīng)過程，因?yàn)楸仨毜每紤]石灰石顆粒的不良的流動(dòng)。流動(dòng)性能在此基本上取決于幾何形狀和平均粒度。
下面應(yīng)繼續(xù)沿著載熱介質(zhì)的路徑。載熱介質(zhì)通過排料裝置102和閘門113而進(jìn)入分離階段112。其作用方式-機(jī)械地通過篩分或分選-已經(jīng)在前面描述過了。經(jīng)分離的爐渣，假如真的形成的話，以傳統(tǒng)的方式排出。之后載熱體材料借助輸送裝置106輸送到載熱體-預(yù)熱器105中。作為載熱介質(zhì)的加熱區(qū)域的預(yù)熱器105是一個(gè)沒有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的容器，其用于載熱體的進(jìn)料側(cè)與輸送裝置106的結(jié)構(gòu)構(gòu)造相匹配。后者是根據(jù)本任務(wù)最佳化了的，所選擇的載熱介質(zhì)在熱量損失、載熱體顆粒的機(jī)械磨損和動(dòng)力消耗的最小化下向上輸送。相應(yīng)地，輸送裝置可以是斗式傳送機(jī)、管鏈?zhǔn)竭\(yùn)輸機(jī)、氣動(dòng)的運(yùn)輸機(jī)、斗式提升機(jī)或類似的。高溫?zé)煔?128)從下至上流過預(yù)熱器105，高溫?zé)煔鈱⑤d熱體從一個(gè)溫度(由于不可避免的熱損失而低于高溫分解的流出溫度而應(yīng)稱為“基礎(chǔ)溫度”)加熱到直至1050℃。經(jīng)加熱的載熱體在預(yù)熱器的下側(cè)通過盡可能氣密的閘門162摻入地移至轉(zhuǎn)化器的第二加熱區(qū)域103。類似于石灰石的路徑，載熱體的路徑流過預(yù)熱器105、閘門162、第二加熱區(qū)域103、閘門裝置160和高溫分解反應(yīng)器101，流動(dòng)是從上至下的(沒有值得一提的水平的部件)，所以在此輸送可通過重力進(jìn)行。
最后還要描述以附屬的廢氣路徑生成過程熱在此所選的圓柱形的、豎立的和從下部燃燒的燃燒室120在經(jīng)選擇的實(shí)施例中由產(chǎn)品氣-分流110、已經(jīng)描述過的空氣流121以補(bǔ)充的空氣流125供給。后者由新鮮空氣流123在空氣預(yù)熱器(LUVO)124中通過加熱而產(chǎn)生。在此燃燒的空氣過剩量將這樣調(diào)節(jié)，即廢氣流127和128保持一個(gè)溫度，該溫度一方面適合于將石灰石和載熱體加熱到直至1050℃，但是另一方面還不引起材料問題。用于加熱石灰石所必需的廢氣流127可用節(jié)流閥裝置126按需要調(diào)節(jié)。廢氣流128用于加熱載熱體，其不能被控制調(diào)節(jié)。廢氣的輸送采用抽力通風(fēng)機(jī)1 29。二個(gè)預(yù)熱器的繞行(Umfahrung)130允許燃燒室120用作為安全裝置，但是對(duì)于通常的操作沒有意義。
廢氣以稍高于基礎(chǔ)溫度的溫度離開預(yù)熱器105和142。通常廢氣的量遠(yuǎn)大于產(chǎn)品氣的量。所以離開預(yù)熱器后的廢氣的余熱在此緊迫的要給予利用。該利用優(yōu)選地通過預(yù)熱在空氣預(yù)熱器(LUVO)124中的燃燒空氣而進(jìn)行，因?yàn)橐赃@種方式，燃燒后經(jīng)回收的熱量高于基礎(chǔ)溫度約500℃又可供有效的放熱利用。這種熱量的調(diào)節(jié)傳遞在蒸汽生成的路徑上可以不用或只用按比例不高的費(fèi)用進(jìn)行。在LUVO124之后全部的煙氣流通過取決于加入物質(zhì)和所規(guī)定的排放限制而設(shè)置的并以已知的凈化步驟131和抽力通風(fēng)機(jī)129的作用方式離開裝置。經(jīng)凈化的廢氣132通常向周圍排放，在此一個(gè)分流-在此不予以描述-出于更好的溫度利用的目的可回流入燃燒120。在圖1例舉展示了一個(gè)自給自足工作裝置的示意設(shè)置的同時(shí)，圖2展示可以連接到上級(jí)全部工序中的根據(jù)本發(fā)明的裝置的最少配置，這就是說，一個(gè)具有最基本流入-和流出物流的裝置。
圖2簡(jiǎn)要展示了在圖1中已經(jīng)詳細(xì)描述過的裝置的方法技術(shù)核心，在此圖中這些配置如下所稱高溫分解裝置250、具有第二加熱區(qū)域251和第三加熱區(qū)域252的轉(zhuǎn)化器(其中反應(yīng)著的氣體混合物與起催化作用的材料(如石灰石)接觸)、用于載熱介質(zhì)253的加熱區(qū)域、載熱體循環(huán)254、脫鍛燒器255、預(yù)熱器256和用于催化活性介質(zhì)的冷卻區(qū)域257。這些是對(duì)于根據(jù)本發(fā)明具有獨(dú)立權(quán)利要求1的特征、權(quán)利要求2涉及的冷卻區(qū)域257、權(quán)利要求3涉及的脫鍛燒器255的方法的基本配置。上文中已述標(biāo)準(zhǔn)適用于加入物200，對(duì)其必須提供有足夠的預(yù)壓力。這意味著，其可從工序網(wǎng)絡(luò)，但也可從合適的輸入站輸入，但這對(duì)于本方法是不重要的。相應(yīng)的也適用于冷空氣201。經(jīng)加熱的、流出的空氣214可任意進(jìn)一步使用。在燃燒中用于生成過程熱的加入，如在圖1中所描述的那樣，只是有利于整個(gè)過程的能量最佳化，但是不是絕對(duì)必要的。同樣地，由產(chǎn)品氣分流出而生成高溫氣體202的必要性也是較小的。假如根據(jù)本發(fā)明的方法的裝置用于煉鋼廠，那么高溫氣體202可以是熱風(fēng)。同樣地，具有相應(yīng)溫度的現(xiàn)有的煙氣的分流的應(yīng)用也是可考慮的，或者由燃料生成的高溫氣體，其既不適用于加入物200也不適用于產(chǎn)品氣或高溫分解-和產(chǎn)品氣之間的中間狀態(tài)。對(duì)于所要輸入的、起催化作用的材料203只提出這個(gè)附加的要求，即其為具有盡可能一致的粒度的細(xì)顆粒的，以使得在裝置252、256和257中的壓力損失保持盡可能的小。
產(chǎn)品氣210不是在每種情況下都必須凈化和冷卻，在脫鍛燒器255中的去酸本身不是必需的，即如在氣體渦輪機(jī)中燃燒的那樣，當(dāng)例如產(chǎn)品氣210的CO2-含量不妨礙的話。從高溫氣體202流出的廢氣211可在裝置本身的凈化步驟中凈化，加至主系統(tǒng)的煙氣處理系統(tǒng)中，或假如202是熱風(fēng)，例如作為經(jīng)預(yù)熱的燃燒空氣添加到另一個(gè)過程中。在圖1所示的LUVO只適合用于一個(gè)單個(gè)裝置的能量最佳化。
最后，從加入物200的質(zhì)量和在現(xiàn)有的基本設(shè)施中的設(shè)備安置出發(fā)去應(yīng)用使用過的、起催化作用的材料212和爐渣213。
實(shí)施例在根據(jù)圖1的裝置中將具有30％水含量的286kg/h的乳濁液(即200kg/h的有機(jī)相)氣化。有機(jī)相主要由84.5％碳、15％氫、0.3％氮以及少量的氯和硫構(gòu)成。在無(wú)水狀態(tài)下低級(jí)熱值為40.0MJ/kg。所以熱氣化器功率為2.224kW。高溫分解在550℃下進(jìn)行，用水蒸汽的轉(zhuǎn)化在950℃下進(jìn)行。工作壓力為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。
具有約10mm粒度的鋼粒用作為載熱介質(zhì)。載熱介質(zhì)首先從500℃加熱至950℃。由于必需632kW的熱功率用于高溫分解和轉(zhuǎn)化，以用于彌補(bǔ)熱量損失，載熱介質(zhì)的循環(huán)量為12600kg/h，即乳濁液的量的44倍。此外還要使用一定量的石灰石，該量理論上允許將產(chǎn)品氣完全去酸，這就是說，所有的CO2，以及所有的含硫-和氯的物質(zhì)與石灰石結(jié)合。根據(jù)本發(fā)明在第三反應(yīng)區(qū)域，即在轉(zhuǎn)化器中作為催化活性材料用的石灰石卻不是由可確定的量的消耗量伴隨的。在所舉的實(shí)施例中理論上需要7.42kmol/h的CaO，即416kg/h的CaO，由此基本上生成741kg/h的CaCO3。這些殘余物的可感覺的熱量幾乎完全在過程中留下了。
高溫分解反應(yīng)器是一個(gè)容積為約0.25m3的上部封閉了的槽，這可保證提供給正在高溫分解的移動(dòng)床10分鐘的停留時(shí)間。在高溫分解中乳濁液完全轉(zhuǎn)變成氣相，其流入轉(zhuǎn)化器。轉(zhuǎn)化在950℃下在各自為圓柱形的、凈高為0.9m的載熱體散料和石灰石散料中進(jìn)行，在此，石灰石散料具有約1.1m凈直徑，載熱體散料具有約1.6m凈外徑和1.1m凈內(nèi)徑，以使得每個(gè)反應(yīng)區(qū)域確保有0.5秒的氣體停留時(shí)間。這樣得到下列產(chǎn)品氣熱值 10.99MJ/kg，干燥的氫 72.2體積％，干燥的一氧化碳 23.7體積％，干燥的甲烷 2.4體積％，干燥的二氧化碳 1.4體積％，干燥的水蒸汽 28.0體積％量 848Nm3/h化學(xué)熱函流 1908kw對(duì)于這個(gè)量已經(jīng)注意到，相當(dāng)于849kW的熱函流的相同組分的產(chǎn)品氣被加入到燃燒。這樣就生成用于轉(zhuǎn)化、高溫分解、由產(chǎn)品氣冷卻得到的廢水濃縮和彌補(bǔ)熱損失的熱量，并將在燃燒中所必需的燃燒空氣加熱到350℃。燃燒效率為80％，廢氣損失因此為170kW。產(chǎn)品氣的可感覺的熱量為338kW，以此可生成約292kg/h的低壓下的飽和蒸汽，其中280kg/h在轉(zhuǎn)化中作為過程蒸汽所必需的，而其余的可應(yīng)用于其他方面。PCT-OS WO99/04861[2]Th.-M.Sonntag，DGMK-會(huì)議報(bào)告(Tagungsbericht)2000-1(ISBN 3-931850-65-X)，57-64[3]DE-PS 197 55693[4]T.Dimova，C.Schmid，H.-J.Muehlen，DGMK-會(huì)議報(bào)告2000-1(ISBN 3-931850-65-X)，39-46。
權(quán)利要求
1.一種用于氣化液態(tài)至漿膏狀的、有機(jī)物質(zhì)和有機(jī)混合物質(zhì)的方法，在該法中，有機(jī)物質(zhì)在高溫分解反應(yīng)器中通過與高溫載熱介質(zhì)接觸基本上轉(zhuǎn)變成揮發(fā)相，揮發(fā)相在第二反應(yīng)區(qū)域再與反應(yīng)劑，如水蒸汽混合后通過熱交換被后加熱，使獲得具有高熱值的產(chǎn)品氣，并通過冷卻高溫氣體流用于加熱載熱介質(zhì)，其特征在于，a)載熱介質(zhì)在離開高溫分解反應(yīng)器后在分離步驟中與高溫分解的含碳的固體殘?jiān)蛛x，并且被輸送到加熱區(qū)域，b)在加熱區(qū)域中燃燒的高溫廢氣通過載熱介質(zhì)的散料，在此其大部分可感覺的熱量傳遞給載熱介質(zhì)，c)從加熱區(qū)域流出的經(jīng)加熱的載熱介質(zhì)進(jìn)入作為移動(dòng)床反應(yīng)器構(gòu)成的第二反應(yīng)區(qū)域，在此其加熱高溫分解氣體和反應(yīng)劑的混合物并使之至少部分地轉(zhuǎn)變成產(chǎn)品氣，d)載熱介質(zhì)在通過第二反應(yīng)區(qū)域后又被輸送到高溫分解反應(yīng)器，e)使在第二反應(yīng)區(qū)域后經(jīng)加熱的和部分反應(yīng)了的氣體混合物輸送入第三反應(yīng)區(qū)域，在此其與加熱至反應(yīng)溫度的催化活性的不同與載熱體的材料反應(yīng)生成產(chǎn)品氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，催化活性的材料在加熱燃燒空氣下被冷卻并隨后被排出，或者廢棄或在再生后重新使用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2之一的方法，其特征在于，起催化作用的材料通過產(chǎn)品氣的可感覺的熱量而加熱并在此與產(chǎn)品氣的至少一種物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一的方法，其特征在于，載熱介質(zhì)和起催化作用的材料互相分開地被加熱和輸入通過過程。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一的方法，其特征在于，起催化作用的材料通過高溫氣流，特別是廢氣流而加熱。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5之一的方法，其特征在于，載熱體和起催化作用的材料的二個(gè)物流的至少一個(gè)物流在二者互相分開的、相續(xù)的或平行設(shè)置的過程步驟中通過產(chǎn)品氣和通過高溫氣流，特別是廢氣流而加熱。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6之一的方法，其特征在于，載熱介質(zhì)與離開高溫分解反應(yīng)器后生成的固體殘?jiān)姆蛛x機(jī)械地通過一級(jí)或多級(jí)篩分而進(jìn)行。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7之一的方法，其特征在于，載熱介質(zhì)與離開高溫分解反應(yīng)器后的含碳的固體殘?jiān)姆蛛x借助風(fēng)力篩分而氣動(dòng)進(jìn)行。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8之一的方法，其特征在于，至少一種下列介質(zhì)的輸送非連續(xù)地或以分批方式進(jìn)行有機(jī)物質(zhì)、載熱介質(zhì)、離開高溫分解反應(yīng)器時(shí)的載熱介質(zhì)和高溫分解的固體殘?jiān)幕旌衔铩⑵鸫呋饔玫牟牧稀?br> 10.根據(jù)權(quán)利要求1-9之一的方法，其特征在于，產(chǎn)品氣和燃燒的廢氣的可感覺的熱量至少部分地用于生成作為反應(yīng)劑的水蒸汽或用于燃燒的空氣的預(yù)熱。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10之一的方法，其特征在于，產(chǎn)品氣和燃燒的廢氣的可感覺的熱量至少部分地直接或間接地用于加熱有機(jī)的液態(tài)至漿膏狀的物質(zhì)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11之一的方法，其特征在于，細(xì)顆粒的或粒狀的、固體材料選擇作為載熱介質(zhì)，在交替經(jīng)過的反應(yīng)條件下基本上保持其性能。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12之一的方法，其特征在于，金屬氧化物，特別是氧化鈣選擇作為起催化作用的材料。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-13之一的方法，其特征在于，在第二反應(yīng)區(qū)域之前所混入的反應(yīng)劑加入到高溫分解反應(yīng)器中任意的位置。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-14之一的方法，其特征在于，加入到載熱體上的熱量來(lái)自于燃燒，并且以高溫廢氣的形式輸入到加熱區(qū)域。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-15之一的方法，其特征在于，用于加熱載熱體的燃料或燃料混合物，其至少部分地由有機(jī)的、液態(tài)至漿膏狀的加入物質(zhì)或一種在本方法流程內(nèi)的任一位置由加入物質(zhì)生成的物質(zhì)或其子產(chǎn)物構(gòu)成。
17.根據(jù)權(quán)利要求1-16之一的方法，其特征在于，產(chǎn)品氣被冷卻，在此生成的冷凝物視需要被凈化和重新用于生成過程蒸汽或出于濃縮和燃燒在其中含有的、可燃的組分的目的將其添加入燃燒或載熱介質(zhì)中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于氣化液態(tài)至漿膏狀有機(jī)物質(zhì)和有機(jī)混合物質(zhì)，其中，有機(jī)物質(zhì)在高溫分解反應(yīng)器中通過與高溫載熱介質(zhì)接觸基本上轉(zhuǎn)變成揮發(fā)相，揮發(fā)相在與反應(yīng)劑，如水蒸汽的可能的混合后在以移動(dòng)床反應(yīng)器構(gòu)成的第二反應(yīng)區(qū)域中通過熱交換如此后加熱，即得到具有高熱值的產(chǎn)品氣并將經(jīng)加熱的和部分反應(yīng)后的氣體混合物導(dǎo)入第三反應(yīng)區(qū)域，在此，其與經(jīng)加熱到反應(yīng)溫度的催化活性的與載熱體不同的材料反應(yīng)生成產(chǎn)品氣，通過冷卻燃燒的高溫廢氣流用于加熱載熱介質(zhì)。
文檔編號(hào)B07B7/00GK1473189SQ01818561
公開日2004年2月4日 申請(qǐng)日期2001年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月8日
發(fā)明者克里斯托夫·施密德, 克里斯托夫 施密德, -于爾根 米倫, 海因茨-于爾根·米倫 申請(qǐng)人:海因茨-于爾根·米倫, 海因茨-于爾根 米倫, 克里斯托夫·施密德, 托馬斯－邁克爾·松塔格