專利名稱：生產(chǎn)燃料氣體的方法和氣體發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過固體的干餾和隨后氣化來產(chǎn)生燃料氣體的方法，本發(fā)明還涉及一種適合實施該方法的氣體發(fā)生器。
本發(fā)明是基于對下述現(xiàn)有技術(shù)的狀況作出的本發(fā)明源自一個方法，諸如可通過如DE 33 12 863 C2所述的氣體處理器來實施。在該方法中，所要處理的含有可氣化的有機物質(zhì)的固體物質(zhì)，在重力的作用下通過高溫熱解室，在其中，初始沒有空氣，這些固體受到熱作用在約500℃的溫度下干餾，隨后通過在約800℃下加入氣化介質(zhì)而氣化生成燃料氣體。氣化介質(zhì)與可氧化物質(zhì)含量相比以低于化學(xué)計量的量加入。加入熱解室的上層區(qū)域的有機固體在氣體處理器中形成一個顆粒固體床，它由物料封閉裝置支撐，在其較低端限定了高溫熱解室。在物料封閉裝置的區(qū)域，為高溫熱解室產(chǎn)生的燃料氣體提供了通道。顆粒固體床內(nèi)的有機固體轉(zhuǎn)化后剩余的物質(zhì)通過高溫熱解室向下通過通道。物料封閉裝置是可移動的，作為排料部件促進了顆粒固體床上的剩余物的排放。以低于化學(xué)計量的量加入顆粒固體床的氣化介質(zhì)、空氣和/或蒸汽在重力的方向上通過顆粒固體床，通過保持加入到高溫熱解室的氣化介質(zhì)的加料位置和與排料部件相接的通道上的燃料氣體出口之間的壓差可實現(xiàn)此過程。相應(yīng)地，在高溫裂解室產(chǎn)生的干餾揮發(fā)物和氣化介質(zhì)以及燃料氣體以并流方式通過氣體處理器。
使用這種流動模式，在有機固體的干餾過程中在顆粒固體床的干餾區(qū)產(chǎn)生的干餾揮發(fā)物在高溫熱解室沿下游通過氣化區(qū)，使得部分高溫裂解揮發(fā)物與氣化介質(zhì)反應(yīng)并燃燒。在排料部件區(qū)域，相應(yīng)形成了一個余燼床。DE 33 12 863 C2所公開的氣體處理室的特征是，干餾揮發(fā)物在經(jīng)過余燼床時發(fā)生裂解，干餾揮發(fā)物的焦油長鏈烴組分和其它可冷凝化合物轉(zhuǎn)化為非冷凝短鏈烴和其它低分子量化合物。從而形成高質(zhì)量的燃料氣體，它不僅可以通過燃燒用作熱交換機中的加熱氣體來發(fā)熱，也可以用作內(nèi)燃機操作中的燃料。
干餾，也稱為低溫碳化，是一種方法，其中含碳固體，比如木材，還有諸如舊輪胎和塑料廢物的廢料，被加熱到一定溫度，使固體分解釋放出多種揮發(fā)物，并通常遺留下碳化殘余物，比如焦碳和木炭。
在前述類型的方法中有一個問題，在顆粒固體床中，出現(xiàn)待處理的各種大小的塊狀有機物質(zhì)，得不到均勻的固體密度，由此在排放氣體的出料部件下的燃燒室的壓力降低，導(dǎo)致顆粒固體床內(nèi)無法穩(wěn)定保持的壓力梯度。在顆粒固體床的這些區(qū)域中形成了物料橋和空腔，可能發(fā)生不完全反應(yīng)和不希望的火焰穿透，甚至是在與確定的并流方向相反的方向。同樣地，在余燼床上可能發(fā)生干餾揮發(fā)物的不完全轉(zhuǎn)化，由此所產(chǎn)生的燃料氣體質(zhì)量會被在余燼床上過早排出的沒有完全裂解的干餾揮發(fā)物所破壞。通常，在余燼床內(nèi)的氣化過程和干餾揮發(fā)物的轉(zhuǎn)化過程的最佳指標的確定使得干餾區(qū)的顆粒固體床內(nèi)的條件不理想，反之亦然，使得氣體處理器的控制不穩(wěn)定。
顆粒固體床的結(jié)構(gòu)和在顆粒固體床內(nèi)所得的干餾，脫氣和氣化依賴所要轉(zhuǎn)化的固體、它們的性質(zhì)和幾何構(gòu)造，尤其是它們的均勻性和大小。如果要產(chǎn)生最優(yōu)化的氣體，氣體發(fā)生器在各種情況下都必須適于這些物質(zhì)性質(zhì)和幾何構(gòu)造。為了得到高的燃料氣體質(zhì)量，氣體發(fā)生器的尺寸和設(shè)計因此也是關(guān)鍵的。這尤其適用于顆粒固體床內(nèi)的槽路的環(huán)境。但是這些顆粒固體槽路是否對固體的轉(zhuǎn)化和在氣體發(fā)生器中得到的燃料氣體質(zhì)量具有不利影響，也要依賴于高溫裂解室的技術(shù)設(shè)計和建造。已知在高溫裂解室中提供攪拌部件，它可以隨時破壞在顆粒固體床上形成的槽路，例如參照DE 197 55 700 A1所公布的內(nèi)容。
從DE 30 49 250 C2中，已知在兩個階段轉(zhuǎn)化所輸入的物料。物料初始在轉(zhuǎn)鼓中干燥并脫除揮發(fā)成分，而后在轉(zhuǎn)鼓的氣化軸反應(yīng)器下游產(chǎn)生燃料氣體。在這種情況下，當已脫除揮發(fā)物的物質(zhì)從轉(zhuǎn)鼓流出后可以進行固體分離，這樣僅有部分物料，即在轉(zhuǎn)鼓中碳化的物質(zhì)，被引入氣化軸反應(yīng)器。不適合氣化的固體物料組分在進入氣化軸反應(yīng)器前被分開排放。為了干燥物料和脫除其揮發(fā)物，轉(zhuǎn)鼓的外壁被加熱，在沒有空氣的情況下進行干燥和脫除揮發(fā)物質(zhì)。所形成的氣體以并流方式在物料輸送方向從轉(zhuǎn)鼓中排出。不利之處是，形成干餾揮發(fā)物的熱量條件在動力學(xué)方面不是充分適合在氣化軸反應(yīng)器內(nèi)的轉(zhuǎn)化。當需要適合進行的物料轉(zhuǎn)化時，處理器所需的控制反應(yīng)太慢，更具體地，氣體處理器適于只能在高成本下處理的不同質(zhì)量的可用物質(zhì)。
已認識到有必要提供一個方法和氣體發(fā)生器，以一種簡單的方式適應(yīng)任何必須處理的固體。在一方面，固體在氣體發(fā)生器內(nèi)形成最佳氣體發(fā)生器的顆粒固體床，在該顆粒固體床內(nèi)物質(zhì)可得到足夠的干餾。另一方面，在干餾揮發(fā)物中高分子量的烴和其它化合物應(yīng)盡可能地在氣體發(fā)生器中完全裂解。干餾和氣化應(yīng)依賴待處理的物質(zhì)而以最優(yōu)化的方式彼此適合。為此，現(xiàn)已認識到，按照本發(fā)明，在一個適當確定的溫度范圍內(nèi)更有效和更可靠的密切接觸需要達到足夠長的時間，以確保所有可冷凝揮發(fā)物進行足夠和基本完全的裂解，否則這些揮發(fā)物會干擾內(nèi)燃機的良好運行，甚至會干擾敏感燃燒器噴嘴的操作。
并且，本發(fā)明的氣體發(fā)生器即使在已操作后，根據(jù)僅在實際操作中按照經(jīng)驗建立起來的數(shù)據(jù)以相對小的努力進行改進和尺寸上的改變。
已認識到燃料氣體發(fā)生器的方法和裝置不管在是否備有電源網(wǎng)格的情況下都能獨立運行的具體需要，該裝置一方面容易適應(yīng)變化的環(huán)境，另一方面完全獨立運行，因此適于用作一個分散的電源。
這些需要在偏遠和不發(fā)達的地區(qū)甚至更為迫切，尤其在以下方面，滿足如下的需要能夠利用各種可用的燃料物料(可氣化的和/或可干餾的)；這些供應(yīng)的季節(jié)性變化；需要處理的廢料；能源需要；機械能、電能和熱能以及這些需求的變化干餾和/或氣化產(chǎn)物的可替換用途。
按照本發(fā)明引言中介紹的方法之一可達到這些目的，這種方法可被定義為在一個干餾區(qū)內(nèi)干餾含碳固體來產(chǎn)生燃料氣體的方法，含碳固體通過固體供給器加入其中且被加熱，在其中被適當干燥和干餾并釋放出干餾揮發(fā)物后，通過在含碳固體存在下在氣化區(qū)內(nèi)進一步轉(zhuǎn)化這些干餾揮發(fā)物，含碳固體在重力作用下以顆粒固體床的形式至少部分經(jīng)過氣化區(qū)，氣化介質(zhì)以低于化學(xué)計量的量加入到該氣化區(qū)，從干餾區(qū)出來的干餾揮發(fā)物進入氣化區(qū)并流經(jīng)顆粒固體床，在那里保持與后者流動的方向相同，由用于排放基本全部氣化的物質(zhì)的排放部件區(qū)的氣化區(qū)的端部的顆粒固體床形成余燼床，在顆粒固體床上形成的氣體通過該余燼床，由此包含在氣體中的冷凝揮發(fā)物組分被裂解，所產(chǎn)生的燃料氣體從氣化區(qū)的顆粒固體床的較低區(qū)域排出。
實施這一方法的一類裝置可被稱為氣體發(fā)生器，用于產(chǎn)生燃料氣體，它包括一個固體加料器，排放至干餾區(qū)，其中通過固體加料器引入的固體被加熱，如果需要的話進行干燥，從而進行干餾，釋放的干餾揮發(fā)物沿干餾區(qū)下游進入一個被提供并含有可氣化的含碳固體床的氣化區(qū)，該固體床被支撐在一個爐篦裝置上，爐篦裝置用于限制固體床的固體在重力作用下向下運動的速度，固體與從干餾區(qū)釋放出的干餾揮發(fā)物同向運動，流經(jīng)可氣化的含碳固體床，在干餾區(qū)域內(nèi)供應(yīng)含氧氣體以支持部分燃燒，從而加熱干餾區(qū)，供應(yīng)氣化介質(zhì)以維持氣化區(qū)的氣化條件，至少可氣化的含碳固體床的較低部分被保持在余燼床條件下，干餾揮發(fā)物和已脫除揮發(fā)物的氣化物由此通過以發(fā)生熱裂解。
按照本發(fā)明(權(quán)利要求1)的第一方面，公開了含氧氣體以低于化學(xué)計量被引入干餾區(qū)，通過待干餾的固體的部分燃燒產(chǎn)生熱量，該固體以顆粒固體床的形式在重力作用下通過干餾區(qū)，氣化區(qū)的余燼床在重力作用下被引導(dǎo)至氣化區(qū)的一個限窄了的的較低周邊區(qū)域，同樣地，以并流方式與干餾揮發(fā)物和氣化氣體以及任何氣態(tài)的裂解產(chǎn)物一起與余燼床密切接觸并通過，由此所有這些物料沿一個漏斗形的限窄了的通路流向灰燼排出區(qū)，這里灰燼和任何爐渣與所產(chǎn)生的燃料氣體產(chǎn)物發(fā)生分離，后者被轉(zhuǎn)送以進一步使用。
類似地，按照權(quán)利要求11的裝置提供了相對氣化區(qū)的較高區(qū)域的爐篦裝置，進一步用作固體殘余物的氣化的排放部件，其在爐篦裝置的外圍和氣化區(qū)的外壁的內(nèi)圍限定了氣化區(qū)的余燼床的收縮通道，在爐篦裝置下面的收縮通道與一個向下和向內(nèi)的漏斗形傾斜收縮通道合并，通向灰燼排出區(qū)，該區(qū)包括一個氣體分離區(qū)和已產(chǎn)生的燃料氣體的排放通道，也參考權(quán)利要求19至22。
在這個方法和設(shè)備中的收縮通道用于確保在氣化區(qū)的較低區(qū)域的余燼床被保持在一個理想條件下和具有理想的構(gòu)造，為了使向下移動的余燼床和仍含有可冷凝干餾組分的氣體之間密切和延長接觸，該可冷凝干餾組分需通過在余燼床的高溫下裂解來除去。收縮通道考慮到了顆粒固體的體積減少，因為它們將進行部分燃燒和氣化反應(yīng)。同時，在固體殘余物排放前余燼床的停留時間被延長，以確保這些固體最大程度地被轉(zhuǎn)化，而且所排放的固體殘余物大多是由灰燼組成，其最小量的灰燼仍含有燃料燒的和可氣化的碳。限制固體殘余物的排放速度也降低了在該方法和氣體產(chǎn)生器中轉(zhuǎn)化的固體床的上游部分的重力下降，且通常有助于保持床的條件，以有利于干餾/可碳化和/或可氣化的含碳固體的最佳轉(zhuǎn)化和與通過床的氣體的密切接觸，從而使不合要求的高分子量可冷凝揮發(fā)物轉(zhuǎn)化為燃料氣體，該燃料氣體基本由較低分子量的非冷凝氣體和揮發(fā)物組成。
按照權(quán)利要求2和12，借助通過并離開固體床的彎曲通路使得被排放的固體和氣體最終分離而進一步促進了固體的可控排放和固體與燃料氣體之間的密切接觸。在權(quán)利要求26-31中，進一步描述了這個特征。
權(quán)利要求3和13涉及燃料氣體從收縮通道中排出，然后與加入氣化區(qū)中的氣化介質(zhì)發(fā)生逆向熱交換。這個特征有利于該方法的重要熱平衡。保存熱量并在該方法中用于干餾、氣化和熱裂解過程是很重要的，因為過量的熱損失過去曾造成難以保持獲得高質(zhì)量燃料氣體所需的溫度條件。
按照前述，干餾區(qū)的方法條件在很大程度上促進了在余燼床中所進行的變化。如果這些方法條件被保持以使得通過余燼床的氣體已具有一個相對低含量的可冷凝干餾揮發(fā)物，通過在氣化區(qū)的高溫余燼床內(nèi)的裂解，很容易除去這些剩余的痕量揮發(fā)物。通過方法權(quán)利要求4至8和相應(yīng)的設(shè)備權(quán)利要求45至46的手段，可以特別有效地達到上述目的。
由此，為了部分燃燒這些固體，含有氧氣的氣體以低于化學(xué)計量被引入干餾區(qū)，與傳送固體的方向相反，這些固體在重力作用下以顆粒固體床的形式通過干餾區(qū)，使得固體被干餾，這樣在與固體供給處鄰近的干餾區(qū)中形成的干餾揮發(fā)物從干餾區(qū)中排出，并輸送到氣化區(qū)。在氣化區(qū)，干餾揮發(fā)物與可碳化固體并流通過氣化區(qū)。按照本發(fā)明，由于引入含有氧氣的氣體至干餾區(qū)域，與待轉(zhuǎn)化的物料流動方向相反以及通過在氣化區(qū)中改變氣體流動，干餾揮發(fā)物與碳化固體并流通過氣化區(qū)，燃料氣體產(chǎn)生的方法被分離，這樣一方面干餾和另一方面氣化可以分別控制?？梢哉{(diào)整被引入干餾區(qū)的氣體的氧含量和加熱、干燥和干餾這些有機固體所需的能量，以產(chǎn)生干餾揮發(fā)物。在該過程中，以與待轉(zhuǎn)化的固體流動方向逆流的方向流經(jīng)顆粒固體床的干餾揮發(fā)物，通過部分除去可冷凝的高沸點干餾揮發(fā)物來純化，在顆粒固體床的冷料床內(nèi)被分離。流入干餾區(qū)的氣化區(qū)獨立于干餾過程和固體的最優(yōu)干餾的確定，產(chǎn)生所需質(zhì)量的燃料氣體。為此，基本可碳化的或已碳化的固體物質(zhì)被引入氣化區(qū)，干擾氣化過程的控制和高質(zhì)量氣體產(chǎn)生的不可氣化的固體組分被置于氣化區(qū)以外。按照這種方式，不僅能提高燃料氣體的質(zhì)量，還提高了燃料氣體質(zhì)量的穩(wěn)定性，還能避免燃料氣體內(nèi)的組分含量較大地偏離最優(yōu)組分含量。
與干餾區(qū)內(nèi)顆粒固體床移動的主要方向相反的氣體流動具有重要的優(yōu)勢，這在附圖中做了更詳細的描述。為了實施這一步驟，同時以逆流的方式在氣化區(qū)內(nèi)操作，在兩個單獨的反應(yīng)器中可以非常方便地實施該步驟，第一個反應(yīng)器容有干餾區(qū)或其大部分，第二個容器容有氣化區(qū)。在該情況下，含有干餾區(qū)的第一反應(yīng)器可以這樣運行(參照權(quán)利要求4)，使得在第一反應(yīng)器中的固體床的固體含碳量在部分燃燒中完全消耗，除干餾揮發(fā)物之外，僅留下基本由帶有很少的殘余碳或沒有殘余碳灰燼組成的固體殘余物，。這與DE 35 44 792 C2的公開內(nèi)容形成對比，在DE 35 44 792C2中，在脫氣的豎式爐得到的脫氣固體殘余物基本是焦碳，按照實施例，在加入到氣化爐前得到冷卻。在兩個分離容器中實施權(quán)利要求4至8中的方法的另一個優(yōu)點是第一反應(yīng)器可以裝有干餾固體，甚至是廢料或舊的摩托車胎，與裝入第二反應(yīng)器中的固體有很大的不同且在數(shù)量上不受其約束。但是，再次與DE 35 44 792 C2中的公開內(nèi)容形成對比的是，甚至在干餾區(qū)中逆流的情況下，這種方法也可以實施，使得離開干餾區(qū)的固體處于碳化灰燼床的形式，并以該形式直接進入到氣化區(qū)(權(quán)利要求8)。這種實施方案容易在單個容器中實施，使它具有這樣的一個床高度，使得在顆粒固體床內(nèi)的氣流被分為向上和向下的流體。表示干餾區(qū)的床的上部將與床固體逆流而上的氣體一起流動。表示氣化區(qū)的較低部分與其中的氣體一起被操作，與床固體并流向下。干餾區(qū)的干餾揮發(fā)物從干餾區(qū)的頂部排出，在氣化區(qū)中在低于干餾區(qū)的高度處被引入到容器中。
在權(quán)利要求9的進一步改進中，提供了燃料氣體發(fā)生爐的應(yīng)用，至少在部分上，運行一個燃氣馬達或燃氣渦輪發(fā)電機單元以產(chǎn)生電能。，使用部分作為任選的能源存儲形式的電能用于電解法生成氫是非常重要的，由此形成的氧氣被重新混合為含氧氣體引入到干餾區(qū)，和/或被重新混合為氣化介質(zhì)引入到氣化區(qū)，參見權(quán)利要求10。在這種方式下，至少部分閉路的氣流形成而使用有機固體制備燃料氣體，同時允許加入用于減少固體轉(zhuǎn)化的含氮空氣。
為了作用于顆粒固體床、使顆粒固體床內(nèi)的固體顆粒產(chǎn)生連續(xù)運動，并使它們劇烈混合，按照權(quán)利要求14至25的氣化反應(yīng)器的排放部件以一種特殊的方式設(shè)計在本發(fā)明的氣體發(fā)生器內(nèi)。排放部件為圓圓錐形，或優(yōu)選角圓錐形，使得圓錐或金字塔的頂點向上指向，與通過顆粒固體床的固體的移動主要方向相反，金字塔的錐面或側(cè)面用作固體的斜面區(qū)域。任何時候，當排放部件發(fā)生運動，具體地是，通過安裝有排放部件的軸的轉(zhuǎn)動，在顆粒固體床中的固體顆粒連續(xù)地到處運動，并重新整理從而破壞在顆粒固體床內(nèi)易于導(dǎo)致固體顆粒之間火焰燒透的架橋或空腔。排放部件的塔形設(shè)計因此取代了用于已知的顆粒床運動的物料推進裝置，例如，DE 197 5570A1所公開的。與本發(fā)明的排放部件的塔形構(gòu)造相比，這些已知的物料推進裝置僅在相當大的力的作用下才能在顆粒固體床內(nèi)移動。另外，本發(fā)明的排放部件具有簡單的構(gòu)造。把多個塔形設(shè)計的爐篦部件用作排放部件是有利的，從固體的主要運送方向看，這種爐篦部件在顆粒固體床內(nèi)在不同層上連續(xù)排列，它們在不同的層上集中排列顆粒固體床。如果為每個爐篦部件選擇不同的塔形構(gòu)造，特別是，每個塔形包括一個不同的多邊形平面圖，則可以在很大程度上避免在顆粒固體床內(nèi)形成架橋和空腔。在最簡單的情況下，提供兩個爐篦部件作為排放部件，其中一個排放部件具有一個正方形平面圖，而另一個具有六角錐形平面視圖區(qū)域。
此外，也可以有很多變化。圓錐形被看作是具有無數(shù)錐側(cè)面的角錐是可以理解的。如果發(fā)現(xiàn)一個單純的圓錐形太光滑而不能進行在固體床上的足夠的攪拌、重置或輸送活動，可以在錐面上設(shè)置任何希望數(shù)量的棱或其它凸出物或凹陷物。這些設(shè)置物可以軸向或傾斜延伸，例如以螺旋形方式，一般原則是使用必須施加的最小作用力在顆粒固體床上達到期望的效果。
在按照權(quán)利要求38至44的氣體發(fā)生器的有利的實施方案中，以密封方式沿平面延伸、基本垂直于所轉(zhuǎn)化的固體的運動主要方向的適于彼此連接的多個段被提供用于鄰接段的連接，至少用于形成干餾和/或氣化區(qū)。用于氣體的引入和排出，特別是將氣化介質(zhì)引入到顆粒固體床所需的空腔設(shè)置在段之間的連接面的區(qū)域。來自各個段的氣體發(fā)生器的構(gòu)造允許氣體發(fā)生器適合待干燥、干餾和待氣化物質(zhì)的最優(yōu)轉(zhuǎn)化所需的任何條件。如果對于干餾和適當?shù)那闆r下，固體的預(yù)先干燥，例如在干餾區(qū)需要較長的停留時間，可以以通過堆積其它段的簡單方式來延長顆粒固體床柱。一旦證明生產(chǎn)率在氣化區(qū)和灰燼床中是最優(yōu)的，就不需改變它。干餾和氣化因此可以通過段的尺寸來彼此獨立控制。在這種環(huán)境下，在實際方向上段的幾何尺寸不必相同。段的尺寸和設(shè)計可改變以適應(yīng)待處理的固體，按照權(quán)利要求39的優(yōu)選干餾和氣化方法的要求。具體地，這些段適于所需的局部區(qū)域以把氣化裝置加入到顆粒固體床，并適于所需的固體產(chǎn)量。
使用各個段來配置氣體發(fā)生器的內(nèi)部構(gòu)造是有利的。為了避免形成顆粒固體床的通道或破碎已經(jīng)形成的通道，按照權(quán)利要求41，段優(yōu)選進行尺寸設(shè)計以使得在顆粒固體床內(nèi)物質(zhì)移動的主要方向上形成阻塞物，其限制了顆粒固體床的橫截面并提供了顆粒固體床橫截面的擴張區(qū)。阻塞物和擴張區(qū)使得固體在通過干餾或汽化反應(yīng)器時重排。引入僅用于重排或除此以外其他目的的合適裝置，具體地為側(cè)翼，它們被設(shè)在這些段上以在顆粒固體床上旋轉(zhuǎn)，如權(quán)利要求36和42所述，可用于顆粒固體床條件的局部調(diào)整，并且，具體地，用于松開和破碎已形成的物料架橋。
重要的是，設(shè)計氣體處理器使得在顆粒固體床內(nèi)不發(fā)生火焰穿透，而且易于導(dǎo)致火焰穿透的槽路只能在較小的程度上形成并維持較短的時間是重要的。為此，可以使用這些段中的火焰穿透障礙物和專門選擇和選定尺寸的內(nèi)部零件，特別是，在干餾和/或氣化反應(yīng)器中的顆粒固體床下安裝作為排放部件的旋轉(zhuǎn)或滾動爐篦或側(cè)翼。這些部件的設(shè)計依賴于被轉(zhuǎn)化而形成顆粒固體床的物料的性質(zhì)，首先是塊的大小和組成。對于干餾反應(yīng)器，也必須記住，在一定條件下，如果要干餾含有金屬線摻雜物的塑料時，不可干餾的固體殘余物需要從干餾反應(yīng)器中排出，例如金屬殘余物。這也要依賴氣化反應(yīng)器內(nèi)固體的大小，需要設(shè)定作為排放部件的火焰穿透障礙物和內(nèi)部零件的尺寸，從而在氣化反應(yīng)器中得到均勻的干餾揮發(fā)物產(chǎn)量，以適于按照期望地產(chǎn)生短鏈烴和其它非冷凝的化合物以及相對高質(zhì)量的燃料氣體。為了優(yōu)化氣化反應(yīng)器，特別地，需要使如下兩個方法彼此匹配首先，加入到氣化反應(yīng)器中的固體的大量氣化，第二，在余燼床上的裂解方法。這主要決定了在燃料器處理器中所產(chǎn)生的燃料氣體質(zhì)量。通過氣體發(fā)生器的專門指定段的改變，燃料氣體的產(chǎn)生因此可以最優(yōu)化地與待處理的固體相適應(yīng)。干餾和氣化區(qū)因此可彼此獨立地依照在這些區(qū)中進行的方法進行調(diào)節(jié)。
為達到這一目的，特別重要的是，支撐顆粒固體床及在顆粒固體床下面排放在氣化反應(yīng)器中未轉(zhuǎn)化的固體殘余物的排放部件的設(shè)計。排放部件的目的是控制殘余物及產(chǎn)生的氣體的排放，以便固體產(chǎn)量與余燼床的溫度要求相適應(yīng)，并能獲得最佳的燃料氣體的產(chǎn)量及質(zhì)量。殘余物按照特定的細度被排放，規(guī)定了最大顆粒尺寸，殘余物的排放及產(chǎn)生的燃料氣體的釋放可以單獨控制。因此，根據(jù)權(quán)利要求26，規(guī)定在排放區(qū)域為殘余物的排放提供了一隔板構(gòu)件以便固體的排放被限制為最大的固體顆粒尺寸，且提供一燃料氣體流出的氣體通道，其作用是使被排放的固體和被釋放的已產(chǎn)生的燃料氣體能從氣化反應(yīng)器中分開排出。為了調(diào)整最大固體顆粒尺寸，在排放部件底部設(shè)置隔板構(gòu)件是有利的，它的高度是可調(diào)整的，如權(quán)利要求27。根據(jù)權(quán)利要求28，在排放部件與隔板構(gòu)件之間提供了至少一個通道使燃料氣體自由流動。
為了方便固體殘余物的可控排放，如權(quán)利要求29所述的隔板構(gòu)件是優(yōu)選由若干固體導(dǎo)板組成，該固體導(dǎo)板沿固體殘余物的排放方向依次連續(xù)排列。為了燃料氣體的自由流動，本設(shè)計在這些固體導(dǎo)板的最后一個導(dǎo)板處提供了至少一個流動通道。在固體導(dǎo)板之間安裝了便于固體殘余物流動的推進構(gòu)件，如權(quán)利要求30，通過在排放區(qū)翻倒固體和，在需要的時候，還通過打碎固體顆粒結(jié)塊來加速排放。為了移動排放部件，排放部件被裝在一個旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動軸上，如權(quán)利要求31。
為了供應(yīng)氣體，特別是氣化介質(zhì)或為了從氣化反應(yīng)器中排出燃料氣體，規(guī)定將驅(qū)動軸設(shè)計為中空軸，通過它使排放部件作旋轉(zhuǎn)送動，如權(quán)利要求32。有利的是，特別是產(chǎn)生的燃料氣體從氣化反應(yīng)器中向上通過該軸排出。將軸裝在氣化反應(yīng)器的高處區(qū)域是特別適當?shù)摹?br> 接下來將通過實施例對本發(fā)明和本發(fā)明的適當?shù)膶嵤┓桨缸鬟M一步的解釋，附圖更明確地表示

圖1是生產(chǎn)燃料氣體的方法及設(shè)備的一個實施例的流程圖，使用了第一反應(yīng)容器來容納干餾區(qū)及第二反應(yīng)容器來容納氣化區(qū)。
圖2及圖3是生產(chǎn)燃料氣體的方法及設(shè)備的另外兩個實施例的流程圖，使用了一個單獨的反應(yīng)容器來容納干餾區(qū)和氣化區(qū)。
圖4是沿圖5中干餾反應(yīng)器的剖面線IV-IV的縱截面。
圖5是沿圖4中干餾反應(yīng)器的剖面線V-V的橫截面。
圖6是圖4中的干餾反應(yīng)器的剖面線VI的詳圖。
圖7是沿軸向縱向截面的氣化反應(yīng)器。
圖8是圖7所示實施例的氣化反應(yīng)器沿剖面線VIII-VIII的橫截面。
圖9是圖7所示實施例的氣化反應(yīng)器沿剖面線IX-IX的橫截面。
圖10是圖7所示的氣化反應(yīng)器詳圖，表示了沿圖11中的剖面線X-X的縱向截面的旋轉(zhuǎn)爐篦及余渣排出區(qū)。
圖11是圖10所示的實施例沿剖面線XI-XI的橫截面。
圖12是圖10所示具有一個中央燃料氣體排放管的氣化反應(yīng)器的另一實施例。
圖13是圖12所示的氣化反應(yīng)器詳圖，表示了沿圖14中的剖面線XIII-XIII的縱向截面的旋轉(zhuǎn)爐篦及余渣排出區(qū)。
圖14是圖13所示的實施例沿剖面線XIV-XIV的橫截面。
圖15是與圖7類似的氣化反應(yīng)器的另一實施例的視圖。
圖16是圖15中的XVI部分的背面視圖。
圖17是圖15中的旋轉(zhuǎn)爐篦及余渣/灰燼排出區(qū)的變體的垂直斷開局部放大圖。
圖18是圖17的，XVIII部分的背面視圖。
圖19是產(chǎn)生燃料氣體及氫氣產(chǎn)品的車間布局。
圖1中，本發(fā)明的方法通過一個流程圖進行闡述。將要被氣化的固體含有有機物料，在工作實例的可干餾生物量中，例如廢木、麥桿、或者甚至是難以腐爛的生物垃圾或含有金屬的塑料，如來自金屬加固絕緣物料廢料，或舊輪胎，通過固體進料裝置1將這些固體加入干餾反應(yīng)器2中并加熱，并干燥和干餾。固體在干餾反應(yīng)器中通過加入汽化介質(zhì)部分燃燒有機物料成分而被加熱，氣化介質(zhì)與被引入固體的可氧化固體成分相比，以低于化學(xué)劑量加入。氣化介質(zhì)通過氣化方式供應(yīng)而流入干餾反應(yīng)器2中。
在干餾反應(yīng)器2中通過加熱有機固體而形成的干餾揮發(fā)物作為粗制氣體而從干餾反應(yīng)器2中經(jīng)由干餾揮發(fā)物線而排出并被傳送至氣化反應(yīng)器5，里面裝滿了可氣化物質(zhì)，特別是可碳化的固體或焦炭或木炭。必須適當選擇氣化反應(yīng)器的可氣化物質(zhì)，使得在氣化反應(yīng)器中可以實施氣化過程。物料的氣化特性應(yīng)該盡可能地相同，并以大約相同的顆粒尺寸供應(yīng)，如碎木料或木材邊角廢料，來自木工加工廠的未進行化學(xué)處理的木材、碎樹籬或林業(yè)廢料或堅果殼，特別地，花生殼或橄欖殼也是這種情況。為了轉(zhuǎn)化被引入的干餾揮發(fā)物，希望氣化區(qū)的物質(zhì)能為揮發(fā)物提供最大可能的比表面積?？蓺饣腆w經(jīng)由物料封閉裝置6而被供應(yīng)給氣化反應(yīng)器。
除干餾揮發(fā)物之外，氣化介質(zhì)也被加入至氣化反應(yīng)器5中。為此，氣化介質(zhì)供應(yīng)管7被連接至氣化反應(yīng)器5。干餾反應(yīng)器2中的情況是，氣化介質(zhì)以與可氣化物料的可氧化成分相比低于化學(xué)計量的比率被引入，以便在氣化反應(yīng)器5中發(fā)生部分加入固體的燃燒。這導(dǎo)致在氣化反應(yīng)器出口區(qū)8形成一個余燼床。氣化反應(yīng)器5中產(chǎn)生的燃料氣體通過余燼床排出，為此，燃料氣體輸送管9被連接至氣體反應(yīng)器。為了排放灰燼及未氣化的固體殘余物，提供了一個灰燼及余渣出口10。加入氣化反應(yīng)器的可氣化物質(zhì)的物質(zhì)特性首先用燃料氣體流經(jīng)的余燼床的構(gòu)造來選擇。余燼床必須有統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)，而且供應(yīng)物質(zhì)越均勻，則得到的余燼床就會越均勻。必須避免物質(zhì)中存在能干擾余燼床的均勻性的組分。這也適用于，例如，物質(zhì)中的金屬絲殘余物，以及在余燼床800℃以上的溫度下傾向于熔化的物質(zhì)組分，如硅酸鹽，它們能結(jié)塊且一起烘焙，而且能干擾所期望的最優(yōu)余燼床結(jié)構(gòu)，并干擾灰燼從氣化反應(yīng)器的氣化空間的排出。依照本發(fā)明的方法，這種物料不應(yīng)加入氣化反應(yīng)器5中而應(yīng)加入干餾反應(yīng)器2中，且在那里用于產(chǎn)生干餾揮發(fā)物，然后，干餾揮發(fā)物作為粗制氣體而被加入氣化反應(yīng)器并在那里轉(zhuǎn)化為燃料氣體。
為了使用產(chǎn)生的燃料氣體，在如圖1的工作實例中提供了兩種可選擇的方式。一方面，通過在燃氣發(fā)動機中壓縮的燃料氣體的燃燒或如在工作實例中的燃氣渦輪11中的燃燒，驅(qū)動發(fā)電機12來產(chǎn)生電能；另一方面，可以通過燃料氣體在燃燒室13中的燃燒，該燃燒室13具有空氣供應(yīng)14，以及來自燃燒室的熱的燃燒氣體與熱量載體在燃燒室13下游的熱交換器15中進行熱交換來加熱熱量載體。燃料氣體的利用可能依賴于能量的需求而使用位于燃料氣體輸送管9中的控制閥16來控制。如果要在熱交換器15中將水轉(zhuǎn)變?yōu)樗羝绻ぷ鲗嵗兴峁┑?，將水位線17與熱交換器15相連，如此產(chǎn)生的水蒸汽也能作為工作介質(zhì)而供應(yīng)至蒸汽渦輪18來驅(qū)動發(fā)電機19。
在兩種可選擇的利用中，廢氣經(jīng)由排氣管從使用廢氣管20a的燃氣渦輪11或從使用廢氣管20b的熱交換器15排入外界，在廢氣管中，如果希望或需要，可以使用廢氣凈化裝置。
本發(fā)明重要的特征是在干餾反應(yīng)器2和氣化反應(yīng)器5中的氣體通道以及這兩個反應(yīng)器的部分構(gòu)造。
待轉(zhuǎn)化的有機固體作為顆粒固體床在重力作用下沿重力方向21自頂部向下經(jīng)過干餾反應(yīng)器2。這一運動方向被標示為固體運動的主要方向。在經(jīng)過顆粒固體床時，固體被加熱、干燥及干餾。沒有干餾的固體殘余物被燃燒。因此形成的灰燼及沒有燃燒的固體組分，如金屬廢料，從干餾反應(yīng)器底部的排出位置22排出。在與顆粒固體床中的固體的輸送方向相反方向上，在干餾反應(yīng)器中形成的干餾揮發(fā)物流經(jīng)干餾反應(yīng)器2，該干餾揮發(fā)物是通過部分固體的燃燒而加熱顆粒固體床形成的。在圖1中，干餾揮發(fā)物在流向23上的流動用虛線表示。干餾揮發(fā)物在顆粒固體床上的流動方向23是向干餾反應(yīng)器底部供應(yīng)3氣化介質(zhì)及在其頂部經(jīng)由干餾揮發(fā)物排出管4排放干餾揮發(fā)物來表示的。通過氣化介質(zhì)供應(yīng)裝置3流入并導(dǎo)致部分固體燃燒的氣化介質(zhì)從下方向上滲透固體顆粒床。干餾反應(yīng)器中固體的燃燒主要發(fā)生在位于燃燒殘余物的排放區(qū)22上方地顆粒固體床的較低部位。如此被加熱并流經(jīng)顆粒固體床的氣體加熱有機固體至干餾溫度，在工作實例中為大約750℃。形成的干餾揮發(fā)物沿流動方向23流經(jīng)顆粒固體床并因此流經(jīng)干餾反應(yīng)器中的冷的顆粒固體床，以便干餾反應(yīng)器中更高沸點的高分子量組分至少部分地通過固體的冷凝而分離出來。當冷的顆粒固體逐漸向下移動時，凝結(jié)在其上的這些高分子量的干餾揮發(fā)物再次進入固體發(fā)生部分燃燒的區(qū)域。冷凝的揮發(fā)物因此在那里再次遭受相對強烈的熱處理，且至少有部分與固體一起燃燒并有方式一定程度的裂化。這一結(jié)果歸因于干餾氣體中可凝結(jié)的揮發(fā)物的減少。此外，排出的干餾揮發(fā)物基本上不含灰燼和灰塵。相應(yīng)地，高質(zhì)量的干餾氣體作為具有高含量的低分子量烴的粗制氣體從干餾反應(yīng)器2中排出。
仍然存在于干餾氣體中的未冷凝的高分子量烴成分及其它可冷凝的揮發(fā)物，如苯酚、胺、脂肪酸、特別是蟻酸及酒精，在高溫下流經(jīng)氣化反應(yīng)器5時順序發(fā)生裂解，在工作實施例中是在氣化反應(yīng)器的排出區(qū)8的余燼床中950～1050℃的溫度下。結(jié)果，在氣化反應(yīng)器中干餾揮發(fā)物與由加入到氣化反應(yīng)器中的供應(yīng)物料產(chǎn)生的氣體共同產(chǎn)生了高質(zhì)量的易燃的燃料氣體，例如，該供應(yīng)物料是焦炭、木炭或碎木，其自身除了氣化產(chǎn)物之外還產(chǎn)生了干餾揮發(fā)物。
在氣化反應(yīng)器中，經(jīng)由物料封閉裝置6引入的可氣化物料和將發(fā)生轉(zhuǎn)化的干餾氣體以及通過氣化介質(zhì)進料線7流入的氣化介質(zhì)一起并流通過——與干餾反應(yīng)器2中的逆流情況相比。照此，固體作為顆粒固體床沿重力方向24經(jīng)過氣化反應(yīng)器5，氣體沿流動方向25平行地通過顆粒固體床的固體顆粒之間的空隙。氣體在氣化反應(yīng)器5中的流動路徑在圖1中用點劃線做概略的表示。
請參閱圖2，此圖概略表示了根據(jù)圖1的方法在單個反應(yīng)容器中的實施，該反應(yīng)容器包括位于其頂部的干餾區(qū)2a及位于其底部的氣化區(qū)5a，兩個區(qū)域之間大概的邊界用水平虛線表示。所有與圖1中相同的元件具有相同的參考號，只在其后加了一個“a”進行區(qū)分。可以看出，含氧氣化介質(zhì)3a、7a的進料從鄰近兩個區(qū)域之間的邊界處進入，用于部分燃燒以在區(qū)域2a提供干餾，還用于在熱裂化區(qū)5a的氣化。干餾氣體在區(qū)域2a中沿與固體1a相反的方向向上運動，而固體在重量力21a、24a作用下向下運動。余燼床中最熱的區(qū)域標為8a。干餾揮發(fā)物通過位于區(qū)域2a頂部的抽氣機而被抽取并通過管道4a返回氣化區(qū)5a。燃料氣體在9a處被抽取并轉(zhuǎn)送以用于如圖1中任何進一步期望的使用。
請參閱圖3，所有與圖1及圖2中相同的元件具有相同的參考號，只在其后加了一個“b”進行區(qū)分。在這一實施例中，被引入不同高度的相同的含氧氣體提供部分燃燒來實現(xiàn)區(qū)域2b中的干餾及區(qū)域5b中的氣化，并在8b出形成一個高溫余燼床，該床進入位于棱柱形排出部件的側(cè)邊及底面和反應(yīng)容器2a、5b的漏斗形底部之間的收縮通道。所有氣流是與沿重力方向21b的固體并流向下運動。燃料氣體在9b處被抽出并送去做進一步的使用。
優(yōu)選使用圖3的氣化區(qū)5b、8b，圖2的氣化區(qū)5a、8a及圖1的氣化反應(yīng)容器的所述特征。將結(jié)合圖7～圖14對這些特征進行更充分的描述。
在圖4中闡述了干餾反應(yīng)器2的結(jié)構(gòu)的一個工作實例，在圖7中示意了氣化反應(yīng)器5的一個工作實例。
圖4表示一個具有正方形橫截面的軸反應(yīng)器26的干餾反應(yīng)器2。在圖5中表示了該干餾反應(yīng)器沿圖4中的剖面線V-V剖開的橫截面。在干餾反應(yīng)器中將發(fā)生轉(zhuǎn)化的固體是經(jīng)由固體進料裝置1而被供應(yīng)至干餾反應(yīng)器。固體成批地進入軸反應(yīng)器26的內(nèi)部，首先通過一個開放的外部閘門28而被引入一個物料封閉室27。關(guān)閉閘門28后，物料封閉室內(nèi)的空氣被抽出。然后內(nèi)部閘門29能被打開，固體能被加入至軸反應(yīng)器26中。為了加入更多的固體，內(nèi)部閘門29再次被關(guān)閉，通過軸進入物料封閉室27的氣體被抽出。之后，外部閘門28可以被打開從而引入新一批固體。
如圖4中所述，固體以顆粒固體床30的形式通過軸反應(yīng)器。顆粒固體床由一個位于軸反應(yīng)器26的較低區(qū)域、作為排出部件的爐篦部件31支撐著。爐篦部件具有棱柱形結(jié)構(gòu)并被設(shè)置作為一個旋轉(zhuǎn)的爐篦在干餾反應(yīng)器內(nèi)繞一個水平延伸的軸線32樞轉(zhuǎn)。它通過旋轉(zhuǎn)動作產(chǎn)生運動以便從顆粒固體床排出在干餾及燃燒后仍殘留的固體殘余物，如灰燼或余渣。
干餾反應(yīng)器2由單獨的段33、34、35組成，這些段圍繞形成了軸空間，并且以氣密的方式彼此堆疊而形成軸反應(yīng)器26的結(jié)構(gòu)。為此，這些段包含連接部件36，該連接部件36在連接面上彼此配合，橫向延伸，更具體地，基本垂直于將要被轉(zhuǎn)變的固體在顆粒固體床中運動的主要方向，在工作實例中該方向是水平的。所有段的連接部件是統(tǒng)一設(shè)計的。然而，至于其余部分，每個段按照它要符合的技術(shù)目標進行設(shè)計。因此，片段33、34包含可在軸反應(yīng)器26中繞軸37旋轉(zhuǎn)的副翼38、39，其可通過設(shè)置在軸反應(yīng)器外面的驅(qū)動裝置40(見圖5)進行操作。在工作實例中軸37是以與水平延伸的軸32相同的方式設(shè)置的。在大型的干餾反應(yīng)器中，副翼38、39是由馬達驅(qū)動的。副翼用于松開及支撐顆粒固體床的運動，如果必要，用于打碎在顆粒固體床中形成的固體橋，該固體橋干擾固體在顆粒固體床中的輸送或固體殘余物從軸反應(yīng)器26內(nèi)部的爐篦部件31區(qū)域中的排放。在中間段34中的副翼39實質(zhì)上支撐物料在顆粒固體床內(nèi)的運動；如果期望或需要，通過爐篦部件31區(qū)域的副翼38也可以排出發(fā)生干餾的物料中仍未燃燒的大體積物料殘余物。
顆粒固體床的結(jié)構(gòu)對固體的均勻干餾非常重要。加熱固體的氣體必須以相同的方式通過顆粒固體床的所有區(qū)域，以便固體被盡可能完全地轉(zhuǎn)化，即被干餾，氣體在軸的較低處燃燒以便只有不可燃的固體殘余物剩余，如果期望或需要，在副翼38及爐篦部件31的驅(qū)動及支撐下，這些固體殘余物可以從干餾反應(yīng)器中排出而不受干擾。固體殘余物通過位于爐篦部件31及副翼38之間的出口41排出并進入一個位于反應(yīng)器底部43的殘余物空間42，在工作實例中，殘余物落入在圖4中只有粗略地部分示意的灰燼箱44中。
在工作實例中，氣化介質(zhì)，一般是空氣，經(jīng)由軸的內(nèi)部構(gòu)件而被引入至軸反應(yīng)器26中的顆粒固體床30，該軸的內(nèi)部構(gòu)件用于產(chǎn)生顆粒固體床在軸內(nèi)的運動及支撐通道內(nèi)未被干餾及燃燒的固體殘余物的排放。爐篦部件31及可移動的副翼38、39被設(shè)計為中空的，并包括有相同設(shè)計的氣體供應(yīng)裝置45，每個分別在爐篦部件31中的它們內(nèi)部的氣體空間內(nèi)、側(cè)翼38、39中的氣體空間47內(nèi)、爐篦部件31內(nèi)的排放孔48或根據(jù)具體情況而定，側(cè)翼38、39中的排放孔49內(nèi)，沿與它們的軸32和37平行的方向延伸，氣體經(jīng)由氣體供應(yīng)裝置45被引入顆粒固體床30。經(jīng)過副翼38中的排放孔49，氣化介質(zhì)在爐篦部件31的較低邊沿區(qū)域的出口41處流動，從下面進入顆粒固體床30，如圖4中的流動箭頭50所示。通過爐篦部件31經(jīng)由其上的排放孔48以及副翼39中的出口孔49，將氣化介質(zhì)引入至顆粒固體床30中央，在工作實例中排放孔48是位于爐篦部件39的較高區(qū)域。通過移動副翼39，氣化介質(zhì)的引入可以依據(jù)需求作局部的變化。
當經(jīng)由爐篦部件31及副翼38、39供應(yīng)氣化介質(zhì)時，在向顆粒固體床的中心進料的同時，能夠獲得位于熱的顆粒固體區(qū)的爐篦部件和側(cè)翼的冷卻。
干餾揮發(fā)物在較高區(qū)域經(jīng)由連接至氣化反應(yīng)器5的干餾氣體排出管4流出軸反應(yīng)器26。
由段33、34、35提供的組合可能性和段33、34、35由于其在連接面上的連接元件36的相同設(shè)計而具有的可互換性，以及在干餾反應(yīng)器軸向的可互換設(shè)計，為干餾反應(yīng)器2提供了對各種需要的用于轉(zhuǎn)化待干餾固體的條件的最佳適應(yīng)能力。具體地，軸反應(yīng)器的高度可以簡單的方式變化，或者是，一個具有直的軸壁的段，如在工作實例中由段35所提供的一樣，可以與設(shè)有可移動的副翼以支撐顆粒固體床移動的段進行交換，這在使用段34的工作實例中是可能的。在圖4所示的工作實例中，氣體輸送管51被附加地設(shè)置在連接部件36的區(qū)域，例如，氣體輸送管51可以用來供應(yīng)更多的氣化介質(zhì)，特別地，空氣以及富含氧氣的空氣，或可以未在工作實例中闡述的不同方式來抽取產(chǎn)生的干餾氣體。上下文中所有的連接部件都是如此設(shè)計的，以便當堆疊片段時，得到氣密性的連接。
圖6中，通過對照圖4的放大圖闡明了圖4所示的干餾反應(yīng)器2沿剖面線VI線剖開后的連接部件36的細節(jié)。在工作實例中，每個段都由熟料塊52、53、54組成。依據(jù)軸反應(yīng)器的尺寸及周長，單個段可以由單個提供矩形軸腔的熟料塊形成或由共同定出軸內(nèi)部邊界的若干鄰接排列的熟料塊形成。在工作實例中，與軸反應(yīng)器的正方形橫截面相應(yīng)的各段環(huán)繞被固體充滿的軸反應(yīng)器26的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如圖5所示。每個段都被壁55、56、57圍繞，這些壁以氣密方式將干餾反應(yīng)器2與外界隔絕。壁通常是由鋼板組成。如圖6所示，熟料塊52、53與在相同設(shè)置的支架58上與垂直延伸的壁相距一水平距離59處的壁55、56、57相適應(yīng)，以便在熟料塊內(nèi)側(cè)及壁的外側(cè)之間，為每個片段保留一個間隙60。這一間隙允許熟料塊及壁彼此之間由于它們不同的熱膨脹系數(shù)而產(chǎn)生無相互張力的熱膨脹，在干餾反應(yīng)器的操作溫度下它們的膨脹是不同的。此外，間隙60是一個中間的氣體空間，提供熱絕緣作用。
在工作實例中，段的支架58構(gòu)成連接部件36的一部分。段的熟料塊52、53、54固定在支架58上以便當堆疊及互相連接片段時在熟料塊與相鄰的片段之間保持垂直間隔和自由空間61。以這種方式，可以避免加在熟料塊上的不希望的壓力。熟料塊以氣密方式置于支架58上。在支架與熟料塊之間，在每種情況下都提供了一個耐火密封墊62，如，具有塑性的熟料物料。
在工作實例中，在堆疊段33、34、35時，通過分別位于外壁55與56之間、56與57之間的墊圈63可以得到連接部件36的氣密密封。為此，在壁上提供了連接凸緣64、65，在其之間嵌有密封墊圈63。連接凸緣65被裝在支架58上，如圖6所示。通過耐火密封裝置62及通過密封墊圈63來密封連接部件36的段，以便不僅使26的內(nèi)部與外界隔絕，而且所有位于內(nèi)部熟料塊與外部的壁之間的中腔60彼此之間也被密封。如此，可以避免形成沿著干餾反應(yīng)器冷的外壁從一段向另一段流動的垂直氣流，這種氣流可能會破壞干餾反應(yīng)器內(nèi)的預(yù)期的方法性能。在工作實例中，裝有連接凸緣65的支架58與壁55、56、57以氣密方式焊接一體。通過這一設(shè)計，在段的每一個連接平面內(nèi)的中腔60因此以氣密方式被隔離。至于其它的，中腔60是開放的，這樣，如果期望或需要，進入這些位于壁及熟料塊中腔的氣體或通過氣體輸送管51被額外引入的任選形成屏障的空氣可以經(jīng)由自由空腔61再次進入軸26的內(nèi)部，見流動箭頭66。
在工作實例中，反應(yīng)器的底部43同樣是由熟料塊組成的。熟料塊如此成形并排列以提供具有向下收縮的橫截面的殘余物空間，使得離開軸反應(yīng)器26的固體殘余物向下滑過傾斜的熟料塊墻壁進入灰燼箱44。反應(yīng)器的底部43包括了一連接凸緣67以堆疊及連接最低的段33，該連接凸緣與段的任何一個連接凸緣64是以相同方式設(shè)計的。
至于氣化反應(yīng)器5，可以單獨使用(圖2及圖3所示)或根據(jù)本發(fā)明方法的特定實施例而組合在干餾反應(yīng)器2的下游(圖1所示)，在圖7中以縱截面解說明了一個工作實例。在圖8及圖9中給出了氣化反應(yīng)器的詳圖，在圖10及圖11中給出了它們的放大圖。氣化反應(yīng)器的橫截面是環(huán)形的且設(shè)計為基本上軸對稱的。該氣化反應(yīng)器包括多個機構(gòu)組件，這些機構(gòu)組件與干餾反應(yīng)器2中的機構(gòu)組件的設(shè)計方式相同，特別是關(guān)于位于段的連接平面上用于組裝反應(yīng)器軸的連接部件合物料進料器以及灰燼排放器。因此，氣化反應(yīng)器的物料封閉裝置6，在工作實例中從側(cè)面進入氣化反應(yīng)器的上部，包括一個具有兩個閘門的物料閘室68，一個外部閘門69和一個內(nèi)部閘門70，這兩個閘門可以彼此獨立地移動并能以氣密方式關(guān)閉閘室，因此允許在物料進料過程中當外部閘門69打開時進入閘室68的空氣或當內(nèi)部閘門70打開時進入閘室68的干餾氣體被抽出，這些與干餾反應(yīng)器的固體物料供應(yīng)裝置1的工作方式相同。
在氣化反應(yīng)器6的圓柱形內(nèi)腔71的內(nèi)部，被加入的待氣化的物料再次形成一顆粒固體床，在工作實例中顆粒固體床被作為排放部件并可繞軸72旋轉(zhuǎn)的爐篦73支撐著。在工作實例中，軸72也是氣化反應(yīng)器的對稱軸。為了旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動軸74被裝在旋轉(zhuǎn)爐篦上，該驅(qū)動軸74向上通過并穿出氣化反應(yīng)器并由此可以由一齒輪驅(qū)動裝置(在圖中未出)在旋轉(zhuǎn)方向75上繞軸72驅(qū)動。這種運動可以連續(xù)或逐步進行。在氣化反應(yīng)器中的收縮部分76下面提供了旋轉(zhuǎn)爐篦73，該收縮部分76形成于內(nèi)腔71中以徑向限制軸反應(yīng)器中的顆粒固體床。這種限制影響顆粒固體物料的重排，而且避免顆粒固體床中形成橋形構(gòu)造和不希望的溝槽，橋形構(gòu)造和溝槽會導(dǎo)致在顆粒固體床中產(chǎn)生不均勻的氣流以及待氣化物料的不均勻轉(zhuǎn)化，以致于可能顆粒固體床的局部有限區(qū)域會燒穿而對氣體的產(chǎn)生沒有貢獻。
對于干餾反應(yīng)器，為組裝氣化反應(yīng)器，被設(shè)置通過連接平面堆疊至段基77上的可堆疊的段78、79被提供了具有相同性質(zhì)的連接部件80，該連接平面再次基本垂直于固體在顆粒固體床內(nèi)運動的主要方向，即水平延伸。因此，氣化反應(yīng)器的段也是可互換的，以便氣化反應(yīng)器中的氣化過程能最優(yōu)化并適合生產(chǎn)高質(zhì)量的燃料氣體所需要的條件，以顆粒固體床形式引入的物料能夠進行干餾氣體中高分子量烴組分的裂化以及盡可能完全的氣化。在工作實例中，例如，用于限制內(nèi)腔71中的顆粒固體床及形成收縮部76的段79包括一個朝內(nèi)的區(qū)域81，這里的物料比較厚。對于特定的使用條件應(yīng)將收縮部76設(shè)在不同位置，例如，在內(nèi)腔71的更下方，在此情況下，這個段能與具有直的內(nèi)壁的段互換，如對著段78，或可以另外提供一個段來形成又一個壓縮部。相應(yīng)地，基于相同設(shè)計的連接部件80的段的互換性導(dǎo)致了在氣化反應(yīng)器5在技術(shù)設(shè)計上的高度可變性。
還是對于氣化反應(yīng)器5，在工作實例中，段78、79包括管狀的熟料塊82、83，每一塊都被徑向間隔地放置，以形成位于外部環(huán)形壁部件85、86與熟料塊82、83之間的中間空腔84，這些熟料塊82、83是通過耐高溫的密封裝置88以氣密方式裝在支架87上的，以便中間空腔84以氣密方式被封閉。熟料塊及金屬壁之間的熱膨脹差異通過利用中間空腔對其進行分離來調(diào)節(jié)，中間空腔84此外還提供了熱絕緣作用。連接部件80被設(shè)計為與干餾反應(yīng)器2的連接部件36類似。為了堆疊的各段之間的氣密性密封，連接部件80也包括連接凸緣89，并在連接凸緣89之間提供墊圈90。
在工作實例中，段基77，就其壁結(jié)構(gòu)來說，與段78、79的設(shè)計方式相同。它包括熟料塊91，在氣化反應(yīng)器5的較低區(qū)域環(huán)繞內(nèi)腔71并離開外壁部件92間隔排列，以便在段基內(nèi)的外壁部件92與熟料塊91之間形成環(huán)形空腔93。壁部件92被裝在氣化反應(yīng)器的底部94。在工作實例中，位于段77的熟料塊及其壁部件92之間的空間與位于熟料塊82、83及段78的壁部件85、86之間的空間是相當?shù)?。在段?7上，為了使第一段與其被堆疊的段基(即，在工作實例中是段78)進行氣密連接，與連接部件的連接凸緣89相同的連接凸緣95被裝在段基邊沿的頂部。
同樣地，在氣化反應(yīng)器5的頂部96，提供了一個與連接部件的連接凸緣89對應(yīng)的連接凸緣97，以便連接最后一個被堆疊的段，即工作實例中是段79。因此，任何一個氣化反應(yīng)器的段可以與其它任何一個段相同的方式連接段基77及頂部96。
為了提高反應(yīng)器內(nèi)部的中間空腔84的氣密性(如，當熟料中形成裂縫時)，優(yōu)選給熟料內(nèi)層的外圍提供由任何合適物料制成的氣密蓋，如金屬板。為了抵消熱膨脹的差異，可以在這個氣密蓋與熟料塊之間提供一個間隙，空氣或其它氣體介質(zhì)被以任何適當?shù)姆绞阶枞ㄟ^該間隙，如通過耐高溫的彈性密封墊主要被提供在位于熟料塊及密封蓋之間的間隙的頂部及底部，或任何其它方式。
除了熟料，也可以使用其他任何合適的難熔物料。
在前述兩段中所給出的與反應(yīng)器2的連接適用于反應(yīng)器1。
熟料塊或其它難熔塊的厚度根據(jù)如下兩個標準進行選擇期望的熱絕緣效果及期望的蓄熱能力。厚度越大，蓄熱能力越好。高的蓄熱能力延長了加熱設(shè)備所需的時間。另一方面，高的蓄熱能力增強了在不同的產(chǎn)率下溫度的穩(wěn)定性。這也允許暫時的在非常低的負荷或者甚至在零負荷的條件下操作反應(yīng)器，并可恢復(fù)至正常的負荷操作條件而不會導(dǎo)致嚴重的溫度下降。
在旋轉(zhuǎn)爐篦73區(qū)域，通過將氣化介質(zhì)引入至顆粒固體床中而在氣化反應(yīng)器的內(nèi)部71產(chǎn)生一個環(huán)繞旋轉(zhuǎn)爐篦73包圍顆粒固體床的余燼床98。在工作實例中，氣化介質(zhì)實際上通過旋轉(zhuǎn)爐篦73進入顆粒固體床。為此，旋轉(zhuǎn)爐篦及其驅(qū)動軸74是中空設(shè)計的，其包括氣體通道99、100及氣室101、102及位于氣室上以供排出氣體的孔103。氣體供應(yīng)通道99穿過驅(qū)動軸74的中空內(nèi)腔，氣體通道100與旋轉(zhuǎn)爐篦73的氣室101、102相連通。氣體在氣體通道及氣室中沿流動箭頭104流動。在氣體通道99中，氣化介質(zhì)經(jīng)由氣化介質(zhì)輸送管7(在圖7中未示出)被導(dǎo)入。氣化介質(zhì)首先自氣體通道99流過氣室101以便在那里冷卻在顆粒固體床中的余燼床98區(qū)域內(nèi)的旋轉(zhuǎn)爐篦73。為了將氣化介質(zhì)從氣室102中排出，在余燼床98的上方提供孔103。余燼床中的溫度是由氣化介質(zhì)的進料控制的。在工作實例中，在余燼床中的溫度大約為1000℃，在這一溫度下，即使干餾揮發(fā)物中的高分子量烴組分也被裂化。
也允許氣化介質(zhì)沿著段的連接平面進入氣化反應(yīng)器5的連接部件80的區(qū)域。類似于干餾反應(yīng)器各段的連接區(qū)，管道105也在位于熟料塊82、83、91及外壁部件85、86、92之間的中間空腔84、93處進入氣化反應(yīng)器。管道105通過支管106與氣化介質(zhì)輸送管7相連。支管106在圖7中只作了示意性的說明。氣化介質(zhì)通過空腔107進入氣化反應(yīng)器5的內(nèi)腔71(氣化介質(zhì)的流動再次用流動箭頭108表示)。在每種情況下，空腔107被提供在同一側(cè)的段78、79之間的連接位置和位于段基77上的片段的連接位置處，并被提供給位于熟料塊82、83、91及各鄰接段78、79的支架87(分別是段基77或反應(yīng)器頂部96)之間的反應(yīng)器頂部96。根據(jù)將要在顆粒固體床中氣化的物料的可氣化固體含量，以低于化學(xué)計量導(dǎo)入氣化介質(zhì)，以產(chǎn)生高質(zhì)量的燃料氣體。待轉(zhuǎn)化的干餾揮發(fā)物經(jīng)由干餾排出管4流進氣化反應(yīng)器5，在工作實例中是進入反應(yīng)器頂部96。
在工作實例中充當排放部件的旋轉(zhuǎn)爐篦73包括兩個篦元件109、110，該爐元件作為旋轉(zhuǎn)爐篦的一部分，從固體的主要運動方向看，它們相互垂直地間隔設(shè)置，在顆粒固體床的不同高度上彼此接替。因此，篦元件109、110在兩個運動高度上影響著物料在顆粒固體床內(nèi)的運送。篦元件的外部結(jié)構(gòu)在圖8、圖9中是顯而易見的，圖8、圖9分別表示沿圖7中的剖面線VIII-VIII線及IX-IX線剖開的截面視圖。在工作實例中，篦元件109、110都是圓錐形構(gòu)造。它們的構(gòu)造彼此不同篦元件110具有正方圓錐形，如圖8，而篦元件109具有六角圓錐形，如圖9。在兩個篦元件109、110中，在軸反應(yīng)器內(nèi)部錐頂是朝上指的，在那里它們并入了管環(huán)111、112，這一方面是為了篦元件的相互連接，另一方面為了與驅(qū)動軸74相連，如圖10所示。因而，篦元件109的管環(huán)111被固定在篦元件110的底部113，而呈放射狀地間隔排列在驅(qū)動軸74周圍，藉此，管環(huán)111及軸的外表面之間形成了一個間隙，以提供與氣室101、102相連的氣體通道100。篦元件110的管環(huán)112與驅(qū)動軸74焊接。
當旋轉(zhuǎn)驅(qū)動軸74時，顆粒固體床中的固體顆粒被篦元件109、110移動，特別是藉此打碎顆粒固體床內(nèi)的物料橋或溝槽固體顆粒，它們會促使在顆粒固體床局部區(qū)域發(fā)生火焰燒穿。特別地，在余燼床98上方提供的篦元件110因此充當阻止顆粒固體床內(nèi)發(fā)生火焰燒穿的裝置。
例如，從DE 197 55 700 A1已知篦元件的圓錐形構(gòu)造以有利的方式取代了具有在顆粒固體床內(nèi)轉(zhuǎn)動的攪拌臂或者螺桿渦旋的篦元件。與這些已知的提供顆粒固體床的運動的裝置相比，本發(fā)明的圓錐形篦元件提供了其他優(yōu)點，即它們形成了中空體并用通過中空腔導(dǎo)入顆粒固體床的氣化介質(zhì)進行冷卻。篦元件的冷卻是必要的，尤其是當高溫余燼床在篦元件區(qū)域形成時。
在旋轉(zhuǎn)爐篦73的下方，用于抽取產(chǎn)生的燃料氣體的燃料氣體輸送管9被連接起來，并且，形成了用于從氣化反應(yīng)器5中排放固體殘余物的排放區(qū)。為了灰燼的排放(在圖1中用參考號10表示)，中心孔115被設(shè)在漏斗形軸的底部114?；覡a滑入位于旋轉(zhuǎn)爐篦底部和軸底部表面之間的中間空腔116(如圖10所示)，該中間空腔以漏斗形向下傾斜進入中心孔115。調(diào)整灰燼的排放速度，以便如果可能的話在排出的灰燼中不再保留可氣化物料中未轉(zhuǎn)化的碳殘余物。圖10和圖11表示為此目的的旋轉(zhuǎn)爐篦底部117的一個特別設(shè)計。
在圖10和圖11中，根據(jù)圖7中的氣化反應(yīng)器5，采用更大的比例，闡述了位于漏斗形軸底部114上方的旋轉(zhuǎn)爐篦的底部117。在旋轉(zhuǎn)爐篦底部117的下方裝有一個隔板構(gòu)件，在工作實例中是由一個外環(huán)及一個內(nèi)環(huán)的固體導(dǎo)向裝置118、119構(gòu)成，會導(dǎo)致滑過軸底部的灰燼發(fā)生阻塞，它只允許細小顆粒的灰燼沿箭頭方向120退出而進入中心孔115，并且同時控制了灰燼的排出速度。在這種情況下，灰燼的最大的顆粒尺寸是由沿灰燼運送方向看最后一個固體導(dǎo)向裝置119和在漏斗形軸底部114上的灰燼的滑動面之間的間隙121決定的。為了使細小固體顆粒殘余物的排放不會被粗糙的爐渣所阻塞，在隔板裝置區(qū)域的旋轉(zhuǎn)爐篦底部117提供了推進裝置122，當旋轉(zhuǎn)爐篦73繞其軸72旋轉(zhuǎn)時，該推進結(jié)構(gòu)122可在旋轉(zhuǎn)方向75上翻轉(zhuǎn)中間空腔116內(nèi)的灰燼層，如果需要，還可導(dǎo)致爐渣塊被粉碎。在工作實例中，推進結(jié)構(gòu)122被提供在兩個固體導(dǎo)向裝置118、119之間。推進結(jié)構(gòu)122相對于軸72呈放射狀地分布(如圖11所示)，并支持灰燼通過間隙121排出。根據(jù)具體的應(yīng)用，推進結(jié)構(gòu)也可以具有鏟斗式設(shè)計，從而在旋轉(zhuǎn)爐篦運動時提升和重新整理部分灰燼。在工作實例中，最外面的固體導(dǎo)向裝置118及推進結(jié)構(gòu)122被焊接至旋轉(zhuǎn)爐篦的底部117。最里面的固體導(dǎo)向裝置119相距旋轉(zhuǎn)爐篦底部一垂直距離被安裝在推進結(jié)構(gòu)122上，以便在旋轉(zhuǎn)爐篦底部117的下方，留有一條具有環(huán)形間隙或一系列孔的形式的流動通道123。主要地，燃料氣體在流經(jīng)余燼床98及被阻塞在中間空腔116中的灰燼后，從環(huán)形間隙排出，流向燃料氣體輸送管9。在中間空腔116內(nèi)流經(jīng)流動通道123的燃料氣體用流動箭頭130概略地表示，指定了一條彎曲流徑。
確定流動通道123及排放灰燼的間隙121的尺寸的目的是實現(xiàn)固體殘余物與燃料氣體的分離。燃料氣體在中間空腔116中朝流動通道123偏轉(zhuǎn)。這是由于中間空腔116內(nèi)最外面的固體導(dǎo)向構(gòu)件118的下緣比限制了流動通道123的最里面的固體導(dǎo)向構(gòu)件119的的上緣低而獲得的。選擇固體導(dǎo)向構(gòu)件的尺寸及排列，以便保持用于排出燃料氣體的流經(jīng)通道通暢，更具體地，保持不存在可能在排放區(qū)被阻塞起來的固體殘余物。在流經(jīng)中間空腔116的固體床時，燃料氣體的流動阻力應(yīng)該保持盡可能地低。固體導(dǎo)向構(gòu)件擋住固體物料并減小燃料氣體的流動阻力。
為了氣化反應(yīng)器5的內(nèi)腔71中的旋轉(zhuǎn)爐篦73的中心排列及局部穩(wěn)定，一個被裝在旋轉(zhuǎn)爐篦上的導(dǎo)軌125從旋轉(zhuǎn)爐篦底部延伸，以便保持旋轉(zhuǎn)爐篦處在軸向位置上并防止其不同軸，不同軸可能導(dǎo)致顆粒固體床內(nèi)的密度變化，從而引起對旋轉(zhuǎn)爐篦施加壓力。在工作實例中，導(dǎo)軌125由彼此成直角地焊接至旋轉(zhuǎn)爐篦底部117的鋼板組成(如圖11所示的橫截面)。
旋轉(zhuǎn)爐篦73被設(shè)置為水平可調(diào)地在方向126上平行于軸72。這使得為了排放灰燼而改變隔板構(gòu)件之間的間隙121的寬度是可能的，在工作實例中，該間隙121位于內(nèi)部的固體導(dǎo)向裝置119與軸底部114的漏斗表面之間?？烧{(diào)節(jié)間隙的寬度以排出允許的最大顆粒尺寸的灰燼顆粒。除此之外，旋轉(zhuǎn)爐篦73可能被充分地向上拉以便能夠清掃灰燼排放構(gòu)件。漏斗形軸底部114的滑動斜面也為灰燼的排出起了決定性的作用。相應(yīng)地，圖10中所示的段基77可以適合地用一個具有更大或更小傾角的軸底部的段基進行調(diào)換。
根據(jù)圖7、圖8、圖9、圖10、圖11表示的氣化反應(yīng)器，修改后的氣化反應(yīng)器如圖12、圖13、圖14所示。在圖12、圖13、圖14中，氣化反應(yīng)器的所有結(jié)構(gòu)部件具有如上所述的類似功能，參考圖10和圖11的工作實例，以相同的參考號表示的，只是在其后面加了字母“a”。
圖12所示的氣化反應(yīng)器5a中，產(chǎn)生的燃料氣體從軸反應(yīng)器的中央向上被抽取出來的。為此，驅(qū)動軸74與位于氣化反應(yīng)器中顆粒固體床上方的高處區(qū)域內(nèi)的驅(qū)動部件127相連，驅(qū)動部件能驅(qū)轉(zhuǎn)驅(qū)動軸74及旋轉(zhuǎn)爐篦73，其包括在旋轉(zhuǎn)方向75a上的篦元件109a和110a。與圖7所示的氣化反應(yīng)器5一樣，驅(qū)動軸74a被設(shè)計為中空，并充當氣體抽取管128而在其頂端的開口將氣體排入燃料氣室129內(nèi)，燃料氣體輸送管9a與燃料氣室129相連。相應(yīng)地，產(chǎn)生的燃料氣體自氣化反應(yīng)器較低區(qū)域沿流動箭頭130所示方向流動，最初通過旋轉(zhuǎn)爐篦底部117a下方的固體導(dǎo)向構(gòu)件118a、119a與流經(jīng)通道123a之間的中間空間116a流向氣體抽取管128的燃料氣體入口131，從而在朝上的方向上進入燃料氣室129及與燃料氣體輸送管9a相連的部分。在氣化反應(yīng)器5a中未氣化的固體殘余物則在另一側(cè)途經(jīng)用以形成軸反應(yīng)器底部114a的熟料塊91a上的中心孔115a，以與圖7的實施方案相同的方式進入灰燼室132。
這種通過中央氣體抽取管128自氣化反應(yīng)器中在朝上的方向上輸送產(chǎn)生的燃料氣體的方式提供了有利之處，即只有非常細小的固體顆粒能夠被附帶在被抽取的燃料氣體中，如果有非常高的要求——不含塵埃的燃料氣體，它們會保留在設(shè)置在燃料氣體輸送管9a中的附加過濾裝置上。然而，關(guān)于在驅(qū)動軸74a內(nèi)抽取燃料氣體，特別是從氣化反應(yīng)器中排出的熱的燃料氣體和被引入氣化反應(yīng)器中的冷的氣化介質(zhì)之間的熱交換的可能性是非常重要的。為此，驅(qū)動軸74a被氣管133環(huán)繞，在工作實例中，氣管的頂端以氣密方式焊接至驅(qū)動部件127下方的驅(qū)動軸74a上，且該氣管包括一個與氣化介質(zhì)室135相通供氣化介質(zhì)進入的入口136。驅(qū)動軸74a及氣管133以氣密方式進入或通過氣化介質(zhì)室135。氣化介質(zhì)供應(yīng)線7a通入氣化介質(zhì)室135中。氣化介質(zhì)沿流動方向137流過氣管133上的入口136并在位于內(nèi)部氣管133和外部的驅(qū)動軸74a之間的中間空腔138內(nèi)流動，然后流入氣室101a、102a，兩氣室以一氣體通道100a相連通。進入氣化反應(yīng)器5a的內(nèi)腔71a時，在氣化介質(zhì)室135內(nèi)的氣化介質(zhì)將基本上仍然處在室溫，在流動過程中氣化介質(zhì)吸收從氣化反應(yīng)器中通過驅(qū)動軸74a中的氣體抽取管128排出的燃料氣體的熱量而被加熱，并流入在氣化反應(yīng)器的內(nèi)腔71a中的顆粒固體床的較低區(qū)域的余燼床98a。為了改善熱傳遞，管(驅(qū)動軸)74a的壁裝有熱傳遞肋或網(wǎng)(圖中未表示)。在圖12中，對顆粒固體床進行圖解闡述——具體地，使用表示在軸內(nèi)部的顆粒固體床表面的符號——并用參考號139表示。
至于其它的結(jié)構(gòu)，根據(jù)圖12的反應(yīng)器5a與圖7、圖8及圖9中所示的反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)類似。待氣化的物料經(jīng)由一個物料封閉室68a而被導(dǎo)入內(nèi)腔71a中，該物料封閉室68a包括相應(yīng)的閘門，即一個外閘門69a及一個內(nèi)閘門70a。圓柱形內(nèi)腔71a由帶有連接部件80a的段78a、79a限定其輪廓，包括連接部件80a，這些片段依據(jù)所期望對顆粒固體床產(chǎn)生的效果而被設(shè)計為與圓柱形內(nèi)腔一致，如果期望或要求，是可以互換的。段包括供應(yīng)氣化介質(zhì)的管道105a，氣化介質(zhì)經(jīng)由該管道而被導(dǎo)入處于氣化反應(yīng)器5a外壁區(qū)域內(nèi)的中間空腔84a，然后流過位于段的熟料塊82a和83a之間的空腔107a進入填有大量顆粒狀固體的圓柱形內(nèi)腔71a內(nèi)。
在圖12所示的實施方案中，旋轉(zhuǎn)爐篦73a的篦元件109a、110a只是在圖7、圖8、圖9所示的篦元件109、110的基礎(chǔ)上做了稍微的修改，在這種狀況下，篦元件110a再次在顆粒固體床內(nèi)充當阻止火焰燒穿的裝置。篦元件109a、110a在圖13及圖14中以放大圖形式得以說明。雖然它們與圖8、圖9中所示的篦元件109、110包含同樣的圓錐形結(jié)構(gòu)，然而，篦元件109a、110a的底部具有不同的設(shè)計。因此，就篦元件110a而言，為了氣室102a，底部元件(參考圖7所示的實施方案中的隔板1進行對比13)被省略掉了；相應(yīng)地，氣化介質(zhì)自由地從氣室102a流進顆粒固體床139并進入余燼床98a，余燼床98a形成于這一位置中的大量固體內(nèi)。篦元件109a的旋轉(zhuǎn)篦底部117a被封閉了，如同篦元件109一樣，然而，驅(qū)動軸74a通過旋轉(zhuǎn)篦底部且其用以提供燃料氣體入口131的開放末端在旋轉(zhuǎn)篦底部117a下方終結(jié)。旋轉(zhuǎn)篦底部117以圓錐形構(gòu)造向下傾斜朝向軸底部114a的中心孔115a。
根據(jù)圖12的實施方案的驅(qū)動軸74a同樣能在軸向140上(如圖14所示)被移動，以便灰燼流經(jīng)進入灰燼室132的通道的間隙121的寬度可以根據(jù)要求調(diào)整至預(yù)定的灰燼顆粒尺寸。在旋轉(zhuǎn)篦底部117a上再次安裝一導(dǎo)軌125a，它能穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)爐篦在軸反應(yīng)器中的顆粒固體床139中的位置。導(dǎo)軌仍然由鋼板隔板以彼此垂直角度制成。
為了轉(zhuǎn)化已加入的可氣化物料，物料散布機被裝在位于軸反應(yīng)器的入口區(qū)域的氣體管132的外圍上，當驅(qū)動軸74a旋轉(zhuǎn)，通過延伸入顆粒固體床的攪隔板141來移動在其周圍的物料。
在圖7至圖14中所描述的任何一種氣化反應(yīng)器也可以被獨立的應(yīng)用來實施本發(fā)明的方法，即不接收在單獨的干餾反應(yīng)器裝置中產(chǎn)生的干餾揮發(fā)物，如參考圖4所述。在這種情況，由部件78、79表示的上部區(qū)域?qū)⑷菁{干餾區(qū)。如果要按照圖3實施該方法，也就是干餾區(qū)以并流流動模式進行操作，則優(yōu)選使用具有適度的濕氣含量的固體料，優(yōu)選不超過大約15％w/w，并由具有有利的床形成特性且較容易碳化而不產(chǎn)生過量的可冷凝揮發(fā)物的固體組成。這樣，被單獨保持在段77的固體排放區(qū)域附近的余燼床及其有關(guān)余燼床和固體殘余物必須與燃料氣體一起通過的收縮通道的特征單獨保證達到高質(zhì)量燃料氣體的特征。這樣，特別優(yōu)選也增加位于最低的篦元件109的最外圍及熟料塊101的圓柱形向上部分的內(nèi)壁之間的收縮通道的起始高度。這可以通過在篦元件109的圓錐或角圓錐形底部與其圓圓錐形或角圓錐形頂部之間提供圓柱形或棱柱形的具有可測量的高度(見圖10)的垂直壁部分來實現(xiàn)。如果此處仍然能維持充分的放熱反應(yīng)以保持另人滿意的裂化條件，則這個壁部分的高度越大，收縮通道的長度增加地越大且效果越明顯。如果必要，必須注入額外的氧氣，使之與仍保留在床內(nèi)的任何含碳物質(zhì)進行放熱反應(yīng)。
而不管圖7至圖14所示的裝置是否按照圖1、圖2或圖3所示的方式進行操作，都能對收縮通道進行上述的延長。如果圖7至圖14的裝置被單獨使用，則圖2的方式是優(yōu)選的。在這種情況下，可以優(yōu)選增加干餾區(qū)域的高度，例如，通過再增加一個模塊部件。通過在頂部96的管4中使用抽氣泵，使得干餾揮發(fā)物沿與床中固體的移動方向相反的方向朝上通過床。隨后，通過低于這一平面的供應(yīng)管105中的一個而使揮發(fā)物返回氣化區(qū)，供應(yīng)管105的位置低于含氧氣體被引入以維持干餾區(qū)內(nèi)的部分燃燒的高度。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，與正方形或矩形截面的軸反應(yīng)器相比，在理想條件下操作的、采用了這里公開的旋轉(zhuǎn)篦元件的、具有圓形橫截面的軸反應(yīng)器中實施本發(fā)明提供了相當多的優(yōu)點。通過使用這里公開的內(nèi)腔，物料的輸送及床的均勻性被提高了。較高的容量與壁面積的比率，提高了熱效率且減少了構(gòu)建設(shè)備所需的材料。
尤其是在很大程度的高溫分解，即干餾，在容納有氣化區(qū)的反應(yīng)容器的上部發(fā)生的情況下，優(yōu)選充分延伸反應(yīng)容器高度的以便容納及提供至少又一個旋轉(zhuǎn)篦或排放部件，該部件與前述優(yōu)選的延伸入反應(yīng)容器的干餾區(qū)內(nèi)的兩個篦元件同軸。使用該部件的目的是控制干餾發(fā)生區(qū)域的顆粒固體床在進入氣化區(qū)域之前的運送速度及均勻度。這個篦元件可以同樣作為將含氧氣體供應(yīng)至干餾發(fā)生區(qū)域的供應(yīng)裝置，并優(yōu)選供應(yīng)控制裝置與控制氣化介質(zhì)供應(yīng)至氣化區(qū)域的控制裝置相分離。
現(xiàn)在參閱圖15至圖18，與在圖7至圖14中所示部件相當?shù)牟考⒁韵嗤膮⒖继柋硎?，只是在其后加上“b”。除了為了表示它們與其對應(yīng)部件在其他特征中的不同，不再對它們進行描述。這些不同之處主要如下反應(yīng)器的圓柱部分71b實質(zhì)上通過部件271向上伸長，因此延長了向下移動的固體床(提供反應(yīng)器5b中的高溫分解或干餾區(qū))的高度。進入部件271的固體供應(yīng)區(qū)的容量也增加，同時通過采用的漏斗形的儲料箱272使得結(jié)構(gòu)被簡化并改進，儲料箱272具有根據(jù)儲料箱272內(nèi)的床水平感應(yīng)裝置(圖中未表示)產(chǎn)生的信號自行起動的物料封閉裝置68b、69b、70b。在前述實施方案中，由驅(qū)動軸74b驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)攪拌裝置及床的重排裝置141b用于形成進入圓柱形軸反應(yīng)器271的均勻床。
任選地(未表示)，軸反應(yīng)器271可以被熱絕緣。
驅(qū)動軸74b及供應(yīng)含有氧氣的進料管133b被另一進料管274同軸地環(huán)繞，從靠近漏斗部分的封閉頂端273向下延伸至靠近圓柱形部分271的底部區(qū)域，以致在進料管133b及供應(yīng)管274之間形成一間隙275。同樣在靠近漏斗272的頂部273，供應(yīng)含氧氣體例如空氣或富氧氣體的進料嘴276進入固體床的上線274上方的漏斗部分。沿此阻力最小的通道，含氧氣體向下運動，優(yōu)選通過間隙275進入管道274的開放底端，并在那里進入固體床。爐篦及旋轉(zhuǎn)的床攪拌部件278，可以是與前面進一步所述元件110、110a相似的篦部件或排出部件，為其提供了便利。然而，在目前這個修改方案中，旋轉(zhuǎn)攪拌部件278不具有圓圓錐形或角圓錐形結(jié)構(gòu)而是由若干個短的管件279裝在(更具體地說是焊接在)管道274的底端的外圍而形成。在本實施方案中，四組每組三個短管279，每一個都定向為平行于驅(qū)動軸74b的軸72b，被焊接至管道274的外圍以便在相鄰的各組短管279之間形成間隙280。這些管元件組的效果是雙重的。首先，軸的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生一個攪拌效果及在靠近含氧氣體可能要流經(jīng)的管道274的底端的床中打開空腔。此外，管元件279的空心特性具有為含氧氣體進入緊鄰部件278上方的床區(qū)域提供通道的作用。綜合效果是促進了反應(yīng)器5b的干餾區(qū)的部分燃燒。
圖15所示的實施方案的另外一個不同之處在于灰燼室132b及分離燃料氣體的裝置的設(shè)計，在那里燃料氣體從進入灰燼室132b的灰燼和/或爐渣中被抽取出來?？梢钥吹?，在圖15中，在旋轉(zhuǎn)爐篦底部117b下方，也在灰燼出口121b的下方，軸74b的燃料氣體入口131b延伸一段距離，在固體導(dǎo)向裝置119b與驅(qū)動軸74b之間的中心孔115b處形成一個環(huán)形的間隙281。通過提供套筒282，導(dǎo)軌125b與之前的實施方案中的導(dǎo)軌125不同，該導(dǎo)軌125b環(huán)繞74b的底端，并由支桿283保持在其位置上。套筒283通過呈喇叭形的圓錐隔板284向下延伸。
灰燼室132b包括一個大約在隔板284的處終止的上部的圓柱部分285，自底緣高度開始呈圓圓錐形地在錐面286上朝著一個圓柱形的灰燼收集箱287逐漸減小，該灰燼收集箱287具有一個灰燼排出口288及一個含氧氣體的入口289，該含氧氣體優(yōu)選為具有比空氣更高的氧氣含量的氣體，如80％或更高的工業(yè)級氧氣，這取決于在固體殘余物中殘余的碳含量，目的是生產(chǎn)碳含量最小的灰燼。
特別參考圖17及圖18，可以看出，最低的篦元件109b的錐頂290在向下的方向上緊接著一個突出的圓柱形外壁部分291(同圖15)。與圖15相比，固體導(dǎo)向構(gòu)件118b，在此標示為292，被移動至與反應(yīng)器的壁293更近，并形成篦元件109b的壁部分291的直接連續(xù)部分，從篦元件109b的底部向下延伸。因此，形成了余燼床8b必須經(jīng)過的突出的限窄了的環(huán)形通道294。這一通道緊接著收縮通道的朝內(nèi)朝下傾斜的漏斗形附加部分，該收縮通道被限定在軸反應(yīng)器的漏斗形底部114b、固體導(dǎo)向構(gòu)件292的底緣295及由固體導(dǎo)向構(gòu)件119b的底緣限定的可調(diào)節(jié)間隙121b之間。
在使用反應(yīng)器5b時，余燼床98b，包括以并流方式流過的氣體，在朝下的方向上向中心孔115b移動。這樣做時，余燼床通過環(huán)形收縮通道294，再向下經(jīng)過底部114b的斜面及最后通過間隙121b而進入中心孔115b。在那里，固體殘余物掉至隔板和漏斗形壁部分286上再進入灰燼箱287。在灰燼箱中，根據(jù)殘余碳含量，通過一個用管口289表示的入口加入低于化學(xué)計量的氧氣及/空氣，通過局部的后燃將碳轉(zhuǎn)變?yōu)闊?，一氧化碳及CO2。這些氣體將與燃料氣體產(chǎn)物一起經(jīng)由隔板284形成的顛倒的漏斗形空腔和驅(qū)動軸74b被抽出。
已經(jīng)在密切接觸下通過余燼床的燃料氣體，沿著它的彎曲路徑130b離開固體床，通過孔123b進入中心孔115b，進入灰燼室132b頂部，然后，—如箭頭290所示—從這進入由隔板284形成的顛倒的漏斗形腔，再向上進入驅(qū)動軸74b的燃料氣體入口131b內(nèi)。這一氣體路徑用于從燃料氣體中分離固體微粒。
任選地，這一分離可以通過引發(fā)氣體產(chǎn)生氣旋式旋轉(zhuǎn)以促進灰塵在隔板284內(nèi)側(cè)的沉降的內(nèi)部構(gòu)造得以加強。
最后，圖15表示了氣密的環(huán)形金屬擋板291，該擋板291分隔了位于難熔塊82b、83b、91b及外部反應(yīng)器壁92b之間的環(huán)形氣體空腔84。設(shè)定擋板291的尺寸使得在陶瓷塊與擋板之間形成一膨脹間隙292。該擋板是以氣密方式焊接在支架87b上的。
圖19表示了氣體處理器在制氫車間的一個非常重要的應(yīng)用。開始時，車間包括上述的干餾及氣化反應(yīng)器，在工作實例中包括干餾反應(yīng)器142、氣化反應(yīng)器143以及煤氣發(fā)動機144，該煤氣發(fā)動機144位于氣化反應(yīng)器的下游并使用在氣化反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生的燃料氣體進行工作。為了熱回收，在煤氣發(fā)動機的排氣通道145上提供一個熱交換器146，熱交換器內(nèi)流過發(fā)動機排出的氣體；一個熱載體，例如水，流過熱交換器并吸收仍然含在發(fā)動機排出的廢氣中的熱能。熱載體的供應(yīng)及抽取管147、148在圖19中是以相應(yīng)的流動箭頭表示的。
煤氣發(fā)動機144用來驅(qū)動發(fā)電機以產(chǎn)生電能。一個電解原電池150與發(fā)電機相連接，由此通過電解產(chǎn)生氫氣及氧氣。氣體被輸送至分離的氣體存儲裝置，產(chǎn)生的氫氣通過一個氫氣輸送管151輸送至氫氣存儲裝置152，氧氣通過一個氧氣輸送管153輸送至氧氣存儲裝置154。然而，氫氣及由發(fā)電機產(chǎn)生的任何過量的能量可用于回收及普通的用途，產(chǎn)生的氧氣中至少有一部分返回車間。通過一個供應(yīng)泵155，氧氣經(jīng)由供應(yīng)輸送管153a泵入一個混合室156，在那里與發(fā)動機排出的部分廢氣及空氣混合，再以混合氣體形式作為氣化介質(zhì)經(jīng)由氣化介質(zhì)線157流進氣化反應(yīng)器143，并經(jīng)由氣化介質(zhì)支管158流入干餾反應(yīng)器142中。
在工作實例中，生物燃料有不同形式，例如“黃色廢包”或諸如汽車輪胎的廢橡膠，或可再生的天然物料，如麥桿或特殊種植的能生長迅速的能量農(nóng)作物，一年生或多年生的，這些生物燃料在干餾反應(yīng)器142中被氣化。不同種類的生物燃料通過供應(yīng)輸送管159被供應(yīng)至干餾反應(yīng)器142與氣化介質(zhì)一起被轉(zhuǎn)化為干餾揮發(fā)物。干餾揮發(fā)物流經(jīng)干餾氣體輸送管160而進入氣化反應(yīng)器143。在氣化反應(yīng)器中，干餾揮發(fā)物被轉(zhuǎn)化為燃料氣體。為此，它需通過一個在工作實例中是由不同形式的生物燃料組成的顆粒固體床。例如，碎木、木炭或適合的木片都可以被用作不同形式的生物燃料，經(jīng)由一個物料供應(yīng)裝置161而被加入氣化反應(yīng)器143中。在氣化反應(yīng)器的出口區(qū)域，生物燃料——如參考圖7所述——形成一個干餾揮發(fā)物流過的余燼床。這樣，干餾氣體中的高分子量烴組分及其它焦油組分被裂化。從氣化反應(yīng)器中排出的燃料氣體進入燃料氣體管道162，如果期望或要求，在經(jīng)過裝在燃料氣體管道162上的氣體凈化裝置163后輸入煤氣發(fā)動機144。為了凈化由煤氣發(fā)動機釋放的、被送往熱交換器146的發(fā)動機廢氣，可以使用催化劑164。在工作實例中，通過催化劑164的廢氣的量是由閥門165、166控制的。閥門166被提供在與發(fā)動機廢氣輸送管145平行的旁通管167上。
流入混合室156的發(fā)動機廢氣通過一個連接至廢氣輸送管145的氣體輸送管168被抽取出來。在工作實例中，氣體供應(yīng)線168與發(fā)動機廢氣輸送管145相連，甚至是在廢氣進入熱交換器146之前。因此，進入混合室156的廢氣仍然具有由發(fā)動機決定的廢氣溫度。為了得到期望的氣化介質(zhì)組成和濃度，空氣供應(yīng)裝置169也被連接至混合室156上。
被導(dǎo)入氣化介質(zhì)的混合室170同樣被提供在干餾反應(yīng)器142的上游，氣化介質(zhì)經(jīng)過氣化介質(zhì)供應(yīng)線171進入反應(yīng)器之前的位置。在工作實例中，與混合室156相連的氣化介質(zhì)支線158以及空氣輸送管172進入混合室170。
在圖19所述的車間里，除了電能及從發(fā)動機廢氣中回收的熱能之外，還以一種有利的方式從生物燃料回收的有價值的能量載體，即氫氣。在操作需要的電能要求方面，車間是自給自足的，且在偏僻的地方，這一車間可以相應(yīng)地被優(yōu)選作為一種能量產(chǎn)生工廠。
根據(jù)上述，很明顯，一方面本發(fā)明基于一個簡單的、一致的發(fā)明構(gòu)思，即，通過引導(dǎo)所產(chǎn)生的氣體流經(jīng)一個作為成形完好的高溫余燼床維持在反應(yīng)器內(nèi)的顆粒固體床，以便使用比先前技術(shù)更簡單的方法能夠使這些雜質(zhì)裂化得更徹底，從而持續(xù)地產(chǎn)生實際上是不含可冷凝的高分子量雜質(zhì)的高質(zhì)量的燃料氣體。另一方面，本發(fā)明還包括多個方面，它們與前述技術(shù)共生地及累積地互相影響，以便在最多變的環(huán)境下，高科技環(huán)境以及最不發(fā)達的環(huán)境中，來達到這一目的。本發(fā)明提供了在最多變的條件下解決環(huán)境問題的可能。
本發(fā)明構(gòu)思的靈活性允許在本發(fā)明范圍內(nèi)有多樣的變化。因此，依照圖19產(chǎn)生的氧氣在偏僻地區(qū)可以當作主要的副產(chǎn)物獲得，例如，用于醫(yī)療及技術(shù)目的(如焊接)。為了在燃料氣體產(chǎn)生過程中使用，氧氣也可以(至少部分地)以實際上純凈的形式使用，例如，當需要局部升溫時注入任何一個顆粒固體床中，連續(xù)地或是臨時地或是斷續(xù)地。如果希望增加含氧氣體的氧氣含量，任選地在方法的任何部分使用工業(yè)純的氧氣(例如80％或更高)，使用其它氧氣來源也是可行的，不必是由空氣蒸餾獲得，但可任選地用其他方法代替，如分子篩(沸石)技術(shù)，該技術(shù)更適合在偏遠地區(qū)使用。
在圖19所示的裝置中，更有利的是給緩沖儲存裝置提供如貯氣罐及壓縮氣體罐，以供臨時儲存產(chǎn)生的燃料氣體及/或氫氣以供應(yīng)變化的需求。
至于在本發(fā)明方法的不同階段產(chǎn)生的氣體，對所有這些氣體進行相同的處理是不必要的。例如，在部分干餾氣體及/或氣化氣體的純度可能小于內(nèi)燃機要求的純度的方法階段，將部分干餾氣體及/或氣化氣體抽出是可能的，使這種稍微低等級的燃料氣體是在煤氣灶中使用，例如，用于烹調(diào)及加熱或產(chǎn)生蒸汽。更大的需求存在于偏僻農(nóng)村的不發(fā)達地區(qū)的使用烹調(diào)用氣體，從而消除傳統(tǒng)的使用可伐林燃燒進行烹調(diào)時產(chǎn)生的煙對健康的危脅。
也可能在方法較早的階段抽取至少部分干餾揮發(fā)物以實際地回收可凝結(jié)的揮發(fā)物作為可利用的產(chǎn)物，例如，為了在回收木焦油及用于木材的浸漬的木餾油，這在農(nóng)村的不發(fā)達地區(qū)有更大的需求，作為燃料的甲醇的回收及其它副產(chǎn)物的回收。這一方法也允許抽取例如在方法的側(cè)流，木炭作為附加的最終產(chǎn)物，用作無煙燃料。
作為將燃料氣體直接當作燃料的另一個方法，為了產(chǎn)生氫氣，例如在燃料電池中使用，也可以用其本身已知的方式來實施這一方法以便使氫氣(水煤氣反應(yīng))的產(chǎn)量最大化的。
同樣地，如果需要的話，也可以用其本身已知的方式來操作本發(fā)明的方法及設(shè)備以便產(chǎn)生具有合成氣體組成的氣體產(chǎn)物。
最后，圖19中闡明的方法提供了許多其他的回收可使用熱的可能性，例如，以熱水的形式，這在于發(fā)達的及最不發(fā)達的地區(qū)都有很大的需求。除了從氣體燃料發(fā)動機的廢氣中回收熱之外，也可以從發(fā)動機的冷卻中回收熱。任何不需用于其它目的熱能被用于預(yù)先加熱氣化介質(zhì)以便提高整個方法熱效率。為此，還可能使氣化介質(zhì)與干餾及氣化區(qū)域的灰燼一起通過熱交換器。
接下來的權(quán)利要求被認為是本發(fā)明公開內(nèi)容的一個整體。在權(quán)利要求中出現(xiàn)的參考號(在附圖中標出)用來便于理解權(quán)利要求整體與優(yōu)選實施方案中所述的特征的相互關(guān)系，但不想以任何方式將權(quán)利要求的語言限定至在附圖中所示的內(nèi)容，除非相反的內(nèi)容在上下文中是顯而易見的。在說明書及權(quán)利要求中使用的用詞“包含”或“包括”有其通常的非限定的含義，這表示除了這一用詞所涉及的任何相關(guān)的內(nèi)容之外，還可以包括其它沒有特別提到的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種通過在干餾區(qū)干餾含碳固體生產(chǎn)燃料氣體的方法，含碳固體通過固體進料器被加入干餾區(qū)并在此被加熱，適當干燥并干餾，釋放干餾揮發(fā)物，并通過在以顆粒固體床的形式、在重力作用下至少部分經(jīng)過氣化區(qū)的含碳固體的存在下、在氣化區(qū)中進一步轉(zhuǎn)化這些揮發(fā)物，氣化介質(zhì)以低于化學(xué)計量的量進料，干餾揮發(fā)物從干餾區(qū)抽出，進入氣化區(qū)，流經(jīng)保持在氣化區(qū)的顆粒固體床，流向與后者相同，在排放基本完全氣化物的排放部件區(qū)的氣化區(qū)末端部分的顆粒固體床形成余燼床，在顆粒固體床中形成的氣體流經(jīng)該余燼床，由此氣體中所含的可冷凝揮發(fā)物組分被裂解，所產(chǎn)生的燃料氣體從氣化區(qū)的顆粒固體床下方抽出，含氧氣體以低于化學(xué)計量的量被引入干餾區(qū)，通過部分燃燒，在重力作用下以顆粒固體床的形式流經(jīng)干餾區(qū)的待干餾固體，以產(chǎn)生熱量，氣化區(qū)的余燼床在重力作用下向氣化區(qū)的限窄了的較低周邊區(qū)域移動，同樣地與干餾揮發(fā)物和氣化氣體并流，任何氣態(tài)裂解產(chǎn)物都與余燼床密切接觸并流經(jīng)余燼床，沿漏斗形收縮通道流向灰燼排放區(qū)，灰燼和各種殘渣以及產(chǎn)生的燃料氣體產(chǎn)物在那里分離，后者被轉(zhuǎn)送去進一步使用。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中燃料氣體沿著前述收縮通道的彎曲延長部分從灰燼排放區(qū)抽出。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中燃料氣體被排出，與送入氣化區(qū)的氣化介質(zhì)發(fā)生逆流熱交換。
4.如權(quán)利要求1-3之一所述的方法，其中至少部分在干餾區(qū)形成的干餾揮發(fā)物以與干餾區(qū)的顆粒固體床相反的方向流經(jīng)固體床，在固體供給區(qū)附近被抽出，將含碳固體送入干餾區(qū)，至少部分干餾揮發(fā)物被轉(zhuǎn)送至氣化區(qū)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中干餾至少部分地在與第二個容器分開的第一個容器中發(fā)生，第二個容器中設(shè)有氣化區(qū)。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中主要由不可燃的固體殘余物組成的固體殘余物從遠離固體供給區(qū)的第一個蒸餾容器區(qū)抽出，而向第二個容器供給固體以形成顆粒固體床，顆粒固體至少部分不是從遠離第一個容器的固體供給區(qū)的所述區(qū)域抽出的固體。
7.一種通過在干餾區(qū)干餾含碳固體生產(chǎn)燃料氣體的方法，它特別是如權(quán)利要求1所述或者是用于操作如權(quán)利要求11或45所述裝置，含碳固體通過固體進料器被加入干餾區(qū)并在此被加熱，適當干燥并干餾，釋放干餾揮發(fā)物，并通過在以顆粒固體床的形式、在重力作用下至少部分經(jīng)過氣化區(qū)的含碳固體存在下、在氣化區(qū)中進一步轉(zhuǎn)化這些揮發(fā)物，氣化介質(zhì)以低于化學(xué)計量的量進料，干餾揮發(fā)物從干餾區(qū)抽出進入氣化區(qū)，以與后者的流向相同的方向流經(jīng)顆粒固體床，在排放基本完全氣化物的排放部件區(qū)的氣化區(qū)末端部分的顆粒固體床形成一個余燼床，在顆粒固體床中形成的氣體流經(jīng)該余燼床，由此氣體中所含的可冷凝揮發(fā)物組分被裂解，所產(chǎn)生的燃料氣體從氣化區(qū)的顆粒固體床下方抽出，含氧氣體以低于化學(xué)計量的量被引入干餾區(qū)，通過部分燃燒、在重力作用下以顆粒固體床的形式流經(jīng)干餾區(qū)的待干餾固體以產(chǎn)生熱量，固體在此被干餾，在干餾區(qū)形成的干餾揮發(fā)物從固體供給區(qū)附近的干餾區(qū)抽出，其中至少當干餾區(qū)和氣化區(qū)被保留在單獨的干餾和氣化容器中時，主要由不可燃固體殘余物組成的固體殘余物從遠離固體供給區(qū)的干餾容器區(qū)抽出，而將固體送入氣化容器中以形成至少部分不同于從遠離干餾容器的固體供給區(qū)的所述區(qū)域排出的固體殘余物的顆粒固體床，其中至少部分在干餾區(qū)形成并從為干餾區(qū)輸送含碳固體的固體供給區(qū)附近抽出的干餾揮發(fā)物被由此轉(zhuǎn)送至氣化區(qū)，在那里它們與氣化氣體和任何氣態(tài)裂解產(chǎn)物并流，密切接觸并流經(jīng)氣化區(qū)的余燼床，在與灰燼和各種殘渣分離以及作為燃料氣體排放之前進行可冷凝揮發(fā)物的裂解，燃料氣體被轉(zhuǎn)送去進一步使用。
8.如權(quán)利要求1-7之一所述的方法，其中顆粒固體床離開干餾區(qū)，直接以炭化形式作為余燼床進入氣化區(qū)，在那里通過引入氣化介質(zhì)進行氣化。
9.如權(quán)利要求1-8之一所述的方法，其中在氣化區(qū)產(chǎn)生的燃料氣體在基本不含可冷凝揮發(fā)物的情況下被抽出，并至少部分地用于運行燃氣馬達、燃氣渦輪發(fā)電機或動力單元。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中產(chǎn)生電能，且至少部分產(chǎn)生的電能被用于電解法制備氫以作為能量載體，形成的氧氣被引入干餾區(qū)和/或氣化區(qū)。
11.一種適于實施如權(quán)利要求1所示方法的氣體發(fā)生器，用于產(chǎn)生燃料氣體，其包括一個向干餾區(qū)進料的固體加料器，在干餾區(qū)由固體加料器引入的固體被加熱，如果需要的話被干燥，并被干餾以釋放干餾揮發(fā)物，從干餾區(qū)的下游進入被提供并含有可氣化的含碳固體床的氣化區(qū)，含碳固體床被支持在爐篦裝置上，爐篦裝置的作用是限制固體床在重力作用下向下運動的速度，固體床與從干餾區(qū)釋放出來的、流經(jīng)可氣化的含碳固體床的干餾揮發(fā)物并流，供給干餾區(qū)的含氧氣體支持部分燃燒以加熱干餾區(qū)，供給氣化介質(zhì)以保持氣化區(qū)的氣化條件，可氣化的含碳固體床的至少是較低區(qū)域被保持在余燼床的條件下，干餾揮發(fā)物和脫除揮發(fā)成分的氣化產(chǎn)物流經(jīng)該區(qū)域，從而發(fā)生熱裂解，其中相對于氣化區(qū)的較高區(qū)域(5；5a；5b)，進一步用作氣化固體殘余物的排放部件的爐篦裝置(73；73a)為爐篦裝置(73；73a)的外圍和氣化區(qū)的外壁(82；85)的內(nèi)圍之間的氣化器的余燼床限定了一個收縮的通道(116；116a)，這個位于爐篦裝置下方的收縮通道與向下和向內(nèi)傾斜的漏斗形收縮通道(116；116a)合并，通向灰燼排放區(qū)(121；121a)，該區(qū)域包括一個氣體分離區(qū)和產(chǎn)生的燃料氣體產(chǎn)物的排放通道(123)。
12.如權(quán)利要求11所述的氣體發(fā)生器，包括限定向下和向內(nèi)傾斜的收縮通道的彎曲延長部分的隔板，該彎曲延長部分形成釋放所產(chǎn)生的燃料氣體的排放通道的入口側(cè)。
13.如權(quán)利要求11或12所述的氣體發(fā)生器，其中燃料氣體排放通道至少部分地與氣化介質(zhì)和/或含氧氣體的進料通道(133)發(fā)生逆向熱交換。
14.如權(quán)利要求11-13之一所述的氣體發(fā)生器，其中爐篦裝置(73；73a)是旋轉(zhuǎn)爐篦裝置。
15.如權(quán)利要求14所述的氣體發(fā)生器，其中旋轉(zhuǎn)爐篦裝置被設(shè)置在中心旋轉(zhuǎn)驅(qū)動軸(74；74a)上，該驅(qū)動軸包括一個含氧氣體和/或氣化介質(zhì)的進料通道。
16.如權(quán)利要求14或16所述的氣體發(fā)生器，其中旋轉(zhuǎn)爐篦裝置具有一個圓錐形或角錐形向下的喇叭形床支持表面。
17.如權(quán)利要求14-16之一所述的氣體發(fā)生器，其中旋轉(zhuǎn)爐篦裝置包括一個圓錐形或角錐形的喇叭形床支持表面的垂直連續(xù)部分。
18.如權(quán)利要求17所述的氣體發(fā)生器，其中連續(xù)喇叭形床支持表面的多邊度在向下的方向上增加。
19.如權(quán)利要求11-18之一所述的氣體發(fā)生器，其中限定了向下和向內(nèi)傾斜的收縮通道上側(cè)的爐篦裝置的內(nèi)面呈圓錐形或角錐形向內(nèi)傾斜。
20.如權(quán)利要求11-19之一所述的氣體發(fā)生器，其中向下和向內(nèi)傾斜的通道的底端(114；114a)具有漏斗形構(gòu)造。
21.如權(quán)利要求11-20之一所述的氣體發(fā)生器，其中限定了向下和向內(nèi)傾斜的收縮通道上側(cè)的爐篦裝置(73；73a)的內(nèi)面包括作用于收縮通道內(nèi)床的運動的裝置(122)。
22.如權(quán)利要求11-21之一所述的氣體發(fā)生器，其中爐篦裝置(73；73a)和固體排放部件包括一個中空的圓錐形或角錐形體(109；109a)，它連接到氣化介質(zhì)的進料器(104；99)上，且在其下側(cè)(113)具有氣化介質(zhì)出口裝置(103)，通向保持氣化條件的氣化區(qū)部分。
23.如權(quán)利要求22所述的氣體發(fā)生器，包括權(quán)利要求17所說的整體，其中中空圓錐形體或角錐形體(110；110a)的下側(cè)與按照權(quán)利要求17所說的整體的另一個中空圓錐形體或角錐形體(109；109a)的頂部相通，通過后者來輸送氣化介質(zhì)。
24.如權(quán)利要求11-23之一所述的氣體發(fā)生器，其中爐篦裝置和固體排放部件的底端位置相對于向下和向內(nèi)傾斜的通道的底端(114；114a)而言是可調(diào)整的(126)，由此，該通道的高度是可調(diào)整的。
25.如權(quán)利要求24所述的氣體發(fā)生器，其中爐篦裝置和固體排放部件(73；73a)被設(shè)置在中心垂直的可旋轉(zhuǎn)驅(qū)動軸(74；74a)上，該軸在垂直方向上是可調(diào)整的。
26.如權(quán)利要求11-25之一所述的氣體發(fā)生器，其中在用于排放固體殘余物的氣化區(qū)的排放區(qū)，一個隔板裝置(118，119；118a，119a)按以下方式被提供，固體殘余物的排放被限制于最大的固體顆粒尺寸和/或有限的排放速度，為了分離待排放的固體殘余物和待釋放的燃料氣體，提供了一個氣體通道裝置(124；130)，它引導(dǎo)燃料氣體沿一彎曲通道(130；130a；130b)離開固體殘余物床。
27.如權(quán)利要求26所述的氣體發(fā)生器，其中隔板裝置(118，119；118a，119a)被設(shè)置在排放部件(73；73a)的底端(117；117a)，在氣化反應(yīng)器(5)中排放部件的底端高度是可調(diào)整的。
28.如權(quán)利要求26或27所述的氣體發(fā)生器，其中在排放部件(73；73a)的底端(117；117a)和隔板裝置(118，119；118a，119a)之間至少被提供有一個流動通道(123；123a；123b)，用于燃料氣體的自由流通。
29.如權(quán)利要求26或28所述的氣體發(fā)生器，其中從固體殘余物的排放方向看，隔板裝置包括固體引導(dǎo)裝置(118，119；118a，119a)的連續(xù)部分，從排放方向看在引導(dǎo)裝置(119；119a)的終端部分被提供有一個流動通道(123；123a；123b)，用于燃料氣體的自由流通。
30.如權(quán)利要求29所述的氣體發(fā)生器，其中在固體引導(dǎo)裝置(118，119；118a，119a)中間設(shè)有物料轉(zhuǎn)送裝置(122)。
31.如權(quán)利要求11-30之一所述的氣體發(fā)生器，其中排放部件(73；73a)被設(shè)在驅(qū)動軸(74；74a)上，該軸在顆粒固體床中是可旋轉(zhuǎn)的。
32.如權(quán)利要求25或31所述的氣體發(fā)生器，其中氣化反應(yīng)器中的排放部件的驅(qū)動軸(74；74a)被設(shè)計成中空軸，用作氣體通道。
33.如權(quán)利要求11-32之一所述的氣體發(fā)生器，其中至少部分干餾區(qū)被設(shè)在與設(shè)有氣化區(qū)(5)的第二反應(yīng)容器(71)分離的第一反應(yīng)容器(26)中，且提供有管道或通道(4)用于將干餾揮發(fā)物從第一容器送入第二容器。
34.如權(quán)利要求33所述的氣體發(fā)生器，其中第一反應(yīng)容器(26)包括一個如權(quán)利要求11所說的固體進料器(27，28，29)和一個隔板裝置，在兩者之間設(shè)有氣化區(qū)(2)，還包括用于向干餾區(qū)(2)的較低部分輸送含氧氣體的進料器(3)，從該較低部分開始需要設(shè)定部分燃燒的條件，以及與干餾區(qū)(2)的上部相連的氣體排放管道。
35.如權(quán)利要求33或34所述的氣體發(fā)生器，其中用于將干餾揮發(fā)物從第一反應(yīng)器容器(26)送至第二反應(yīng)器容器(71)的通道(4)在第二反應(yīng)器容器的上部(96)進入第二容器。
36.如權(quán)利要求33或35所述的氣體發(fā)生器，其中第一反應(yīng)容器(26)包括驅(qū)軸側(cè)翼(38，39)或其他機械床搖動或重排裝置。
37.如權(quán)利要求36所述的氣體發(fā)生器，其中床搖動或重排裝置包括進料管(45)，用于向第一反應(yīng)器引入含氧氣體。
38.如權(quán)利要求11-37之一所述的氣體發(fā)生器，其中設(shè)有干餾區(qū)和/或氣化區(qū)(2，5)的反應(yīng)器具有組合結(jié)構(gòu)，包括許多疊在一起或組裝在一起的組合單元，它們是通過沿著與反應(yīng)器內(nèi)待處理的固體流動的主要方向橫向的連接面而氣密性連接的。
39.如權(quán)利要求38所述的氣體發(fā)生器，其中組合單元的數(shù)量是可變的，而且各組合單元是可交換的或可互換的，從而使各單元和整個反應(yīng)器的高度、橫截面和設(shè)計適合待處理的固體以及反應(yīng)器內(nèi)所保持的工藝條件。
40.如權(quán)利要求38或39所述的氣體發(fā)生器，其中在一個或多個連接面區(qū)域設(shè)有空腔(61；107；107a)，用于向容器內(nèi)部輸送或由容器內(nèi)部抽出氣體。
41.如權(quán)利要求38-40之一所述的氣體發(fā)生器，其中至少一個部件(34)的尺寸這樣設(shè)定，使得從固體運動的主要方向看，顆粒固體床橫截面的收縮(76)和/或擴張區(qū)被提供，用于重排顆粒固體床的顆粒固體。
42.如權(quán)利要求38-41之一所述的氣體發(fā)生器，其中至少一個用于重排顆粒固體床中的固體的部件(34)上設(shè)有至少一個側(cè)翼(39)，它能被搖到顆粒固體床中。
43.如權(quán)利要求11-42之一所述的氣體發(fā)生器，其中用作氣體通道的空腔(60；84，93；84a)被設(shè)在反應(yīng)器的外壁(55，56，57)和內(nèi)層(52，53，54；83；83a)之間，與容器內(nèi)部呈氣密關(guān)系，限定的入口或出口(107，107a)除外。
44.如權(quán)利要求43所述的氣體發(fā)生器，包括權(quán)利要求38-42的一項或多項所說的整體，其中各空腔(60；84，93；84a)被限制在一個或多個部件內(nèi)，而且以氣密形式與和一個或多個鄰接部件相連的空腔分離。
45.一種通過在干餾區(qū)干餾固體產(chǎn)生燃料氣體的氣體發(fā)生器，干餾區(qū)包括一個固體供給部分，固體在此被加熱、干燥(如果適合的話)，并干餾以形成干餾揮發(fā)物，并通過在連接干餾區(qū)下游的氣化區(qū)中在來自干餾區(qū)的干餾揮發(fā)物的方向上氣化可氣化的固體物料，輸送到氣化區(qū)的可氣化固體物料在氣化區(qū)形成顆粒固體床，它們在重力作用下流經(jīng)氣化區(qū)，顆粒固體床被支持在排放部件上，排放部件用于排放處理氣化區(qū)的固體物料后得到的固體殘余物，將氣化介質(zhì)引入顆粒固體床的進料線進入氣化區(qū)，在干餾區(qū)形成的干餾揮發(fā)物和氣化介質(zhì)以及在氣化區(qū)產(chǎn)生的燃料氣體與固體并流通過顆粒固體床，該氣體發(fā)生器適于實施權(quán)利要求7中所述的、并優(yōu)選按照權(quán)利要求11-44之一中所述的方法，其中待干餾的固體在重力作用下流經(jīng)顆粒固體床(30)內(nèi)的干餾反應(yīng)器(2)，含氧氣體的氣化介質(zhì)進料器(3)在顆粒固體床(3)的下方進入氣體發(fā)生器，為了從干餾區(qū)抽出通過部分燃燒干餾反應(yīng)器中的固體而形成的干餾揮發(fā)物，同時產(chǎn)生熱量，干餾氣體管道(4)在固體供給器(1)的區(qū)域被連接，進入氣化反應(yīng)器(5)，使得干餾氣體與固體物料并流通過氣化反應(yīng)器(5)的顆粒固體床(139)。
46.如權(quán)利要求45所述的氣體發(fā)生器，包括權(quán)利要求11-44中任一項所述的整體。
47.如權(quán)利要求38-42之一或49所述的氣體發(fā)生器，其中，段(33，34，35；78，79；79a)包括限定軸反應(yīng)器(26或71；71a)的內(nèi)部的熟料塊(52，53，54；82，83；82a，83a)。
48.如權(quán)利要求47所述的氣體發(fā)生器，其中在熟料塊(52，53，54；82，83；82a，83a)和外部的軸反應(yīng)器的器壁之間開有一個中間空腔(30；84；84a)。
49.如權(quán)利要求48所述的氣體發(fā)生器，其中各段(33，34，35；78，79；78a，79a)的中間空腔(30；84；84a)與軸反應(yīng)器的內(nèi)部是氣密封閉的，一個自由空腔(61；107；107a)除外。
50.如權(quán)利要求11-49之一所述的氣體發(fā)生器，包括一個圓柱形的軸反應(yīng)器和一個帶有旋轉(zhuǎn)隔板和/或床支持體和/或床搖動/重構(gòu)裝置以及排放部件(73；73a；73b)的同軸的軸反應(yīng)器(74；74a；74b)，還包括一個靠近圓柱形軸反應(yīng)器(5b)的固體供給區(qū)(271，272)頂部(273)的含氧氣體入口(276)，以及圍繞驅(qū)動軸的含氧氣體輸料管(274)，該管形成一個從所述頂部(273)附近通向固體床上部的部分燃燒區(qū)的氣體通道。
51.如權(quán)利要求50所述的氣體發(fā)生器，其中輸料管(274)的低端與另一個旋轉(zhuǎn)床的搖動構(gòu)件(278)相連。
52.如權(quán)利要求11-51之一所述的氣體發(fā)生器，其中灰燼排放區(qū)(121，115，132；132b，287)包括一個含氧氣體出口(289)，用于將殘余碳轉(zhuǎn)化為熱、一氧化碳和二氧化碳。
53.如權(quán)利要求1-10之一所述的方法，其中從反應(yīng)器中抽出的固體殘余物與含氧氣體一起進行部分后燃燒，從而將殘余碳轉(zhuǎn)化為熱、一氧化碳和二氧化碳。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種通過固體的干餾及氣化來生產(chǎn)燃料氣體的方法及其氣體發(fā)生器，這種燃料氣體實際上不含可冷凝的干餾揮發(fā)物，這種干餾揮發(fā)物會干擾氣體的預(yù)期應(yīng)用，例如為內(nèi)燃機提供能量。為此，在不同的干餾及氣化區(qū)域的固體床被保持在有利于冷凝的焦油揮發(fā)物在這兩個區(qū)域的熱區(qū)熱裂化的條件下。為了最佳地控制這些條件，這些區(qū)域通過位于單獨的反應(yīng)器內(nèi)的內(nèi)部構(gòu)件并任選地通過在不同的單獨的反應(yīng)器內(nèi)進行部分干餾(熱解)而在物理上被分離開來，在此情況下熱解揮發(fā)物被逆向供應(yīng)給干餾床，從其頂部分離出來再流經(jīng)氣化區(qū)的余燼床。通過使揮發(fā)物密切接觸及并流通過氣化區(qū)的余燼床的方式，延長并強化熱解揮發(fā)物的熱裂化。余燼床被沿著一個漸縮的通道引導(dǎo)，這控制了在本發(fā)明的方法及發(fā)生器中固體床傳送的速率及停留的時間。
文檔編號C10J3/66GK1630702SQ01822524
公開日2005年6月22日 申請日期2001年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月8日
發(fā)明者漢斯·赫爾穆特·哈恩, 海因茨·馬勒克, 海因里?！つ?申請人:福拓普公司