專利名稱：可燃有機材料的氣化的制作方法
可燃有機材料的氣化本發(fā)明涉及用于將可燃固體材料或可燃液體材料轉(zhuǎn)化為可燃氣體的方法和裝置。本發(fā)明的目的是直接由可燃固體或液體材料(例如生物質(zhì)和/或廢物，例如廢輪 胎、塑料、自動粉碎機殘余物、漿料、替換可燃材料(稱作“MCS”)或甚至家用廢物等)或間 接由在第一熱解操作之后預(yù)先轉(zhuǎn)化為油的相同材料制備可燃氣體。依照本發(fā)明，提出了目標(biāo)是代替工業(yè)生產(chǎn)過程中的化石能源的使用、降低大氣中 的CO2排放和能量成本的工藝。特別地，為了降低大氣中的溫室氣體濃度，通過適當(dāng)?shù)呢斦?政策鼓勵工業(yè)家不使用化石能源(石油、天然氣)，因為這仍會給地球表面帶來更多的碳和 CO2，但可再生的燃料(例如生物質(zhì))在其生長時會從大氣中吸收CO2,然后其將會通過其燃 燒而排放出來。然而，在工業(yè)生產(chǎn)過程中仍不能直接使用生物質(zhì)，特別是因為其經(jīng)受通常會 導(dǎo)致灰分的該生物質(zhì)的組成。已經(jīng)提出了通過將生物質(zhì)在包括陶瓷珠或輥子(水蒸汽和/或空氣或純氧氣經(jīng) 過)的固定或流化床中在超過500°C或甚至超過1000°C熱解而由生物質(zhì)產(chǎn)生可燃氣體。然 而，由該生物質(zhì)產(chǎn)生的灰分聚集在該床內(nèi)，這不會不造成后者的堵塞。因此這種類型的汽化 器必須定期停車清潔。Maccormac 的文章 “Gasification of coal in an experimental Rummel double-shaft slag-bath gasifier，，，IGE Journal, Vol. 5，1 May 1965，pp 385-399 教導(dǎo)了炭在爐渣中的氣化。測試了在該爐渣中的浸沒式燃燒，但由于生成大量泡沫以及鐵 的沉淀所產(chǎn)生的問題而將其放棄。炭和大多數(shù)生物質(zhì)類型的有機材料事實上都包含鐵。甚 至不進行浸沒式燃燒，也會形成泡沫并沉淀出鐵，這需要操作停止。金屬鐵難于排出因為其 需要非常高的溫度，約1500°C?，F(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了可以在熔融材料中氣化有機材料同時避免鐵的沉淀的連續(xù)操作 的方法。依照本發(fā)明，使用硅酸鹽作為該熔融物質(zhì)，在該操作的過程中通過定期將其排出并 更換而連續(xù)更新所述硅酸鹽。該硅酸鹽浴的連續(xù)更新可以連續(xù)排出該鐵，由此其濃度保持 低于其沉淀限度。由于其高的二氧化硅含量，因此該硅酸鹽起泡很少或根本不起泡，且進一 步地其還很好地溶解鐵。該硅酸鹽的低起泡傾向甚至可以通過浸沒式燃燒在該熔融硅酸鹽 中產(chǎn)生供熱。依照本發(fā)明，該有機材料產(chǎn)生可燃氣體的氣化包括水蒸汽或氧氣或(X)2與跟熔融 硅酸鹽接觸的有機材料的反應(yīng)，在該熔融硅酸鹽中供熱。前句中的表述“或”事實上包括表 述“和/或”。表述“接觸”覆蓋了該有機材料可以在該硅酸鹽浴之上作為上清液或在該硅 酸鹽浴之內(nèi)或同時在該硅酸鹽浴之內(nèi)和之上的情況。優(yōu)選地，與該有機材料反應(yīng)的該氧化性氣體包含至少30體積％的水。其甚至可以 包含100%水。該氧化性氣體也可以是氧氣，其可以由空氣提供。因此，用于與該有機材料 反應(yīng)的氣體可以是空氣或富含氧氣的空氣。該空氣可以是潮濕的。其可以是含有水蒸汽的 空氣。因此，空氣可以同時提供氧氣、水和co2。依照本發(fā)明的方法具有以下優(yōu)點-制備的氣體具有高的PCI(低熱值，在英語中稱為“l(fā)ower heating value”或“LHV”)，特別地為 5 25MJ/Nm3 ；-可包含不希望的氧化物和重金屬的灰分在玻璃主體中呈現(xiàn)惰性(中性)，在該氣化 過程中可以將其連續(xù)排出，以及可以將其顆?；糜趤G棄(作為第3級，即分級為惰性和無 危害的廢物)或用作土木工程中的顆粒，例如用作用于道路、公路或其他建筑材料的浙青 或柏油類材料的填料；和-該方法是緊湊的且投資有限，且可以以自動和連續(xù)的方式操作。因此，依照本發(fā)明的方法同時是用于制備可燃氣體(“合成氣體”或“合成氣”類 型的，包括CO和氫氣)的系統(tǒng)和用于制備建筑材料的系統(tǒng)。該硅酸鹽是液體的事實使得容 易地操作該整個系統(tǒng)，因為該有機材料的灰分通過硅酸鹽的流動而帶出該池。該槽中硅酸 鹽的更新使得其維持包含高的二氧化硅含量，通常至少40重量％的二氧化硅。依照本發(fā)明的方法基于在高溫下在熔融硅酸鹽介質(zhì)中通過與碳相比相對氧化性 的氣體的氣化原理。在本申請的范圍中，可以將與該有機材料反應(yīng)的氣體稱作“氧化性氣 體”。該氣體相對于碳并不完全是氧化性的，因為它不是產(chǎn)生過多CO2,而是相反地尋求最大 可能地制備還原氣體(例如CO和H2)。該氣化反應(yīng)事實上是吸熱的，這就是將供能(或產(chǎn) 生熱量)直接在該硅酸鹽浴中提供給該系統(tǒng)的原因。因此，本發(fā)明首先涉及用于制備具有至少1MJ/Nm3的低熱值的可燃氣體的方法，包 括使包含水蒸汽或氧氣或(X)2的氧化性氣體與跟熔融硅酸鹽接觸的有機材料反應(yīng)，并包括 在該熔融硅酸鹽中供熱。根據(jù)其化學(xué)組成，將該硅酸鹽的溫度調(diào)節(jié)為800°C 1700°C。其包括二氧化硅和至 少一種選自以下組的氧化物Ca0、i^203、Na20、K20。添加到該二氧化硅中的該氧化物具有降 低該硅酸鹽的粘度以達到可有利于攪拌并因此可有利于所需反應(yīng)的足夠的流動性的作用。 在該操作溫度時的目標(biāo)粘度通常范圍為1(Γ1000泊，優(yōu)選地20-500泊。在本發(fā)明意義內(nèi)的所有硅酸鹽特別地包括爐渣、玻璃和或多或少可溶于水的硅酸 鹽，如任選地以混合硅酸鹽(幾種堿金屬和/或堿土金屬硅酸鹽)形式的堿金屬(例如Na、 K)和/或堿土金屬(例如Ca、Mg)的硅酸鹽。該硅酸鹽通常包括4(Γ80重量％的Si02。其還包括至少一種其他氧化物以使該浴 流體化，所述氧化物通?？梢赃x自以下組CaO、Fe2O3> Na2O, K2O0因此，該硅酸鹽可以特別包括 (Γ20重量％的CaO ；0 20重量％的1 ；(Γ20重量％的堿金屬氧化物，如Na2O或K2O (其覆蓋Na2O和/或K2O)， 該CaCHFe2O3+堿金屬氧化物的質(zhì)量總和通常不為0，優(yōu)選范圍為5飛0重量％。特別的，其也可以包括MgO、A1203、TiO2、MnO2、P2O5> SO2、Cl。一種特別適合的硅酸鹽組合物包含 60 80重量％的SiO2 ；10 20重量％的CaO ； 5 15重量％的Fii2O3 ；2^10重量％的堿金屬氧化物(如Na2O或K2O,其覆蓋Na2O和/或K2O)。添加到該二氧化硅中的氧化物具有降低該硅酸鹽的粘度以達到可有利于攪拌并因此可有利于所需反應(yīng)的足夠的流動性的作用。在該操作溫度(即800°C 1700°C )時的 目標(biāo)粘度通常范圍為1(Γ1000泊，優(yōu)選2(Γ500泊。該熔融硅酸鹽尤其可以容納在裝備有耐火襯里(具有用于排出過量的熔融硅酸 鹽的虹吸溢流管系統(tǒng)(或凹槽))的槽中。由于可以是電類型的(通常是埋置在該硅酸鹽中的電極，例如由鉬、石墨或鐵依 照玻璃工業(yè)中公知的實踐制成的電極)或者可以由使由引入該硅酸鹽中的可燃材料(任選 地供給另一可燃氣體)的氣化產(chǎn)生的碳部分燃燒的氧化劑的注入產(chǎn)生的供熱使該硅酸鹽 保持熔融態(tài)。該添加的可燃氣體可以是由依照本發(fā)明的裝置制備的在任選的冷卻、凈化、過 濾和壓縮之后的固有可燃氣體(合成氣)或者不是由該設(shè)備制備的氣體(例如氫氣或化石 天然氣)或合成氣與前述兩種氣體中一種或另一種的混合物，或者液體燃料。該凈化主要 用于除去水，該過濾主要用于除去灰塵和焦油。對該熔融硅酸鹽的供熱(如該放熱燃燒反 應(yīng))通常僅供能。還可以將電加熱和通過燃燒的加熱相結(jié)合。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，該供熱 是通過浸沒方式在該硅酸鹽自身內(nèi)部進行的，尤其是浸沒電極或浸沒式燃燒類型。在燃燒 的情況中，將助燃劑注入該硅酸鹽中，其通常是氧氣，其可以是由空氣供給的。因此，可以使 用純氧氣、空氣或富含氧氣的空氣作為助燃劑。優(yōu)選地，使用包含超過80體積％的純氧氣 的助燃劑或甚至純氧氣，因為其意味著減少的氣體體積(與例如空氣相比)，這進一步降低 了形成泡沫的趨勢。浸沒式燃燒是優(yōu)選的供熱方式，因為其有助于混合該熔融硅酸鹽浴中 的材料。該混合導(dǎo)致該浴更好的均勻性，這有利于不產(chǎn)生沉淀，如鐵的沉淀。進一步地，優(yōu) 選其火焰是氧化性的，因為這導(dǎo)致懸浮的該金屬顆粒的氧化，這另外防止了沉淀，例如鐵的 沉淀。對于該浸沒式燃燒，過量的氧氣具有雙重作用1)防止金屬的沉淀和幻過剩的氧氣 能夠參與該氣化反應(yīng)。用于該浸沒式燃燒的注入硅酸鹽中的氣體可使任選地形成的顆粒上 升。因此具有高含量的氧氣的助燃劑或純氧氣用于該浸沒式燃燒是優(yōu)秀的折衷，其允許該 浴的混合和幾乎沒有金屬鐵，而不會產(chǎn)生過多泡沫。通過適合的加料器(螺旋器或活塞系統(tǒng)，在液體情況下的泵，等)，優(yōu)選地將待氣 化的該固體或液體可燃材料引入該熔融硅酸鹽中(在該硅酸鹽的液面平面之下)。也可以 將其引到該熔融硅酸鹽的表面之上。根據(jù)所選擇用于與該有機材料反應(yīng)的氣體，通過以下反應(yīng)中的至少一個產(chǎn)生氣 化這些反應(yīng)是吸熱的。 在適當(dāng)?shù)那闆r下，如果在該硅酸鹽中的供熱是通過浸沒式燃燒進行的，那么該氧 氣與該有機材料的碳和/或該合成氣的燃燒反應(yīng)是依照以下進行的這些反應(yīng)是放熱的。
因此水和該CO2特別地來自該合成氣或合成氣與CH4和/或H2和/或任意其他 可燃氣體的混合物的浸沒式燃燒，具有然后在高溫下以適當(dāng)比例注入待氣化的物質(zhì)中的優(yōu) 點。也可以將另外的水以蒸汽或以引入的有機材料的水分而引入。由有機材料制備CO或H2是吸熱的，這就是引入供熱的原因。該供熱通常限于補 償該裝置和該吸熱氣化反應(yīng)的熱損失以及在適當(dāng)?shù)那闆r下加熱進入的氣體(H20、空氣、02、 CO2)所需的最小值。在通過浸沒式燃燒進行供熱的情況中，可以將該燃燒與將該氣化所需的氧化性氣 體注入的位置分開，這用于提高制備的可燃氣體的熱值。在這種情況中，可以確保用由該浸 沒式燃燒區(qū)域產(chǎn)生的該氧化性氣體向反應(yīng)區(qū)域提供永久供熱。這能夠通過使液體硅酸鹽相 對于用于注入該可燃材料、該氧化性氣體和該助燃劑的固定位置循環(huán)而實現(xiàn)。該循環(huán)能夠 通過例如作為溫度和/或槽深度的差異的結(jié)果的自然對流，或通過該硅酸鹽的攪拌(特別 是轉(zhuǎn)動)(特別是通過攪拌器，例如金屬攪拌器，尤其是由防腐鋼制成的攪拌器，尤其具有 變速，尤其是磁流體動力(或“MHD”)類型的)或通過移動該槽本身(例如轉(zhuǎn)動)或通過任 意其他方式而進行。在這種情況中，有兩個氣態(tài)流體出口 1)送往其使用位置的可燃氣體， 和2)來自該殘余碳(未轉(zhuǎn)化為可燃氣體)的燃燒和/或來自該浸沒式燃燒的煙氣，其再次 加入另一循環(huán)中，例如來自使用工業(yè)爐的主煙氣的循環(huán)。這兩種氣體的分離(一方面是制 備的可燃氣體，另一方面是燃燒氣體)是通過兩個單獨的煙道提供的，一個位于用于引入 該氧化性氣體(水或02或0)2)的管道的附近或甚至剛好在其上，另一個位于用于引入該助 燃劑的管道的附近或甚至剛好在其上。因此，本發(fā)明還涉及方法，依照該方法在充分分開的 區(qū)域中進行一方面的浸沒式燃燒和另一方面的該氧化性氣體和該有機材料之間的反應(yīng)以 使得該燃燒煙氣和該可燃氣體能夠通過不同的煙道回收。明顯地，該氧化性氣體可以至少部分或甚至完全是在該熔融硅酸鹽浴內(nèi)由為其提 供熱量的浸沒式燃燒產(chǎn)生。事實上，燃料和助燃劑之間的浸沒式燃燒產(chǎn)生水和CO2,其以氣 泡形式在該硅酸鹽浴中上升以然后與更確切地在該浴的上部分中作為或多或少上清液形 式的有機材料反應(yīng)。該燃料可以是依照本發(fā)明產(chǎn)生的自身的可燃氣體的一部分，將其再次 注入該浴中。也可以向該自身可燃氣體中添加另外的燃料，但這并不絕對必需。依照本發(fā)明制備的可燃氣體包括氫氣(H2)和一氧化碳(CO)。其通常還包含甲烷 (CH4)。該氫氣和一氧化碳的摩爾百分比總和為至少10%，甚至通常至少30%，或甚至至少 35%。一旦該氧化性氣體在其進程中遇到足夠的有機材料，就獲得這些還原氣體(H2和CO) 的百分比。該可燃氣體通常具有至少1 MJ/Nm3，甚至通常至少5 MJ/Nm3，可以甚至達到至少 10MJ/Nm3的低熱值。其通常小于30MJ/Nm3。該效率是有用能量(制備的和外部使用的氣體的能量)除以所有輸入能量(可燃 材料和可能的來自外部的能量)。該效率通常范圍為10、0%。依照本發(fā)明的方法特別地可以連續(xù)操作產(chǎn)生的氣體在該裝置的頂部以高溫離 開(500°C 1300°C)，且可以將其送入將使用其的工業(yè)方法中玻璃熔爐、發(fā)電器、冶煉裝置 等。由于所制備的該可燃氣體是熱的，因此將依照本發(fā)明的裝置接近將使用其的設(shè)備，以限 制熱量損失是有用的，以最大地利用其熱量。這樣還具有限制或防止焦油在將該可燃氣體 輸送到使用裝置的管道中冷凝。也可以將該可燃氣體冷卻(例如通過將其能量例如通過鍋爐轉(zhuǎn)化為水蒸汽，必要時在將其送入所用設(shè)備之前，將其過濾(除去灰分)、將其凈化(除 去水)、將其壓縮并將其儲存。在這種情況中，這種使用可以是更遠的。在連續(xù)操作的方法 中，該硅酸鹽裝在槽中，硅酸鹽定期從該槽中排出，并定期引入可玻璃化的材料以供給該硅 酸鹽浴。某些固體有機材料，特別是生物質(zhì)類型的有機材料，可以通過在壓力下在約500°C 熱解轉(zhuǎn)化為粘性液體(或油)(如由有機材料自然形成石油)。因此可以在依照本發(fā)明的 裝置中的氣化之前，將這些有機材料轉(zhuǎn)化為油。這樣提供了顯著降低引入依照本發(fā)明的氣 化器中的材料的體積的優(yōu)點。此外，以油形式濃縮的該材料在一定程度上成為可運輸?shù)?，?為這時運輸成本變得合理，這實際上已不再是最初生物質(zhì)(其相對于所提供的能量體積過 大)的情況了。依照本發(fā)明的氣化可以在壓力下進行，然后其可以在壓力下釋放該可燃氣體。這 可能是所期望的，特別是用于為最終使用的燃燒器實現(xiàn)足夠的可燃氣體脈沖。在壓力下的 氣化也更容易用油進行，因為可以使用泵進行油的裝料。依照本發(fā)明的裝置產(chǎn)生的可燃氣體可以用于作為燃料供給工業(yè)爐(例如玻璃熔 爐)的燃燒器。然后用次級空氣(這時初級空氣是注入到硅酸鹽中的空氣)使該氣體燃 燒，其可以已經(jīng)在再生器中依照玻璃工業(yè)領(lǐng)域技術(shù)人員公知的原理經(jīng)受熱再生(再生器中 的煙氣/空氣交替)。在適當(dāng)?shù)那闆r中，可以在其最終使用中被燃燒之前將依照本發(fā)明產(chǎn)生的該可燃氣 體加熱(如果助燃劑和燃料都兩次加熱，其稱作兩重再生(double regeneration)).然而， 如果制備的氣體具有高的熱值以及如果其已經(jīng)足夠熱，那么其不是必須有利的。因此當(dāng)在 其合成之后直接使用該可燃氣體時，其是依照本發(fā)明的方法的優(yōu)點，因為該氣體是熱產(chǎn)生 的，其在某些應(yīng)用(特別如是在玻璃熔爐燃燒器中的燃燒)中有利的。該可燃氣體可以任選地以相對中等的溫度(<50(TC )離開，尤其如果它是用在該 裝置中它穿過的新引入的有機材料或炭的層而加熱時。因為其是相對低PCI (如果與天然 氣相比時)的氣體，因此優(yōu)選在使用爐(例如玻璃熔爐)中將其燃燒之前對其再加熱，以達 到特別地對于熔融玻璃足夠的絕熱火焰溫度。為此，可以提供雙重再生系統(tǒng)在第一替代方 式中，來自該使用爐(特別是玻璃熔爐)中的燃燒的熱煙氣加熱兩個再生腔室一個用于該 燃燒空氣(如在現(xiàn)代煤氣爐中那樣)，另一個用于該可燃氣體。在以下替代方式中，使所述 氣體回路反轉(zhuǎn)，然后該空氣和該氣體在這些腔中加熱然后當(dāng)其到達該使用爐時該兩者燃 燒，同時產(chǎn)生熱煙氣并將其熱量給予該進料。這兩個有空氣和可燃氣體的腔室當(dāng)然必須是 彼此不滲漏的，否則會先期燃燒或甚至爆炸。為了避免必須在將其用于該使用爐中之前加熱該可燃氣體，建議提高該氣體離開 該用于制造該可燃氣體的裝置(稱作“煤氣發(fā)生器”)的出口溫度及其PCI，以確保足夠的 絕熱火焰溫度。可以通過使用具有非常高的氣化溫度(>1000°c)和/或助燃劑和氧化性 氣體分開注入操作(根據(jù)圖2的兩個煙道的原理)的氣化器實現(xiàn)該結(jié)果。事實上，在該情 況中發(fā)生焦油和可冷凝物的完全分解和COAD2比和制備的可燃氣體中H2的比率的最大化。 該氣體是足夠熱的(>500°C)，其PCI足夠高(>20KJ/Kg)以直接供給該使用爐(特別是玻 璃熔爐)，而不必通過再生操作。然后當(dāng)其與可能經(jīng)過常規(guī)再生的燃燒空氣一起到達該爐中 時將其燃燒。該解決方案具有不必在陶瓷再生器中對該氣體進行再加熱的優(yōu)點陶瓷再生器總是難于止?jié)B漏，因此使得先期燃燒或爆炸的風(fēng)險最小化。可以通過鍋爐或利用該煙氣的殘余能量的交換器制備該氣化器所需的水蒸汽和/ 或熱空氣/02。依照本發(fā)明的方法所需要的作為氧化性氣體的水蒸汽可以通過鍋爐制備。該 鍋爐可以安裝在用于依照本發(fā)明制備的可燃氣體的使用爐(例如玻璃熔爐或其他工業(yè)方 法)的主煙氣的回路中或制備的可燃氣體的冷卻回路中。來自這些煙氣或這些氣體的熱量 用于使該水蒸汽化。事實上，在存在兩個用于收集氣體(一方面是燃燒氣體，另一方面是可 燃氣體)的煙道的情況中，該鍋爐可以安裝在從依照本發(fā)明的裝置中排出的該燃燒煙氣的 回路中。優(yōu)選地，該水蒸汽的溫度為10(T80(TC，壓力為1巴 100巴。本發(fā)明還涉及工業(yè)裝置，其包括其通過使可燃氣體燃燒(其燃燒煙氣的熱量用于 使水汽化)的產(chǎn)生的可燃氣體的使用爐，該水蒸汽作為氧化性氣體用于根據(jù)本發(fā)明的氣化 原理制備的該可燃氣體，將制備的可燃氣體再次引入該使用爐中以在其中燃燒。該使用爐 可以是基于可燃氣體的燃燒的任何系統(tǒng)，如玻璃熔爐(玻璃的熔化、用于轉(zhuǎn)化為平板玻璃 的漂浮式熔爐等)。特別地，該爐可以是再生器或回收器類型爐，即在送入鍋爐中以使水汽 化之前已經(jīng)能夠用再生器或回收器已回收該煙氣的一部分熱量。已知從該再生器或回收器 出來的煙氣仍為高溫，通常低于600°C但通常高于300°C，這是依照本發(fā)明的裝置是非常有 利的原因，因為通常隨該煙氣排放到大氣中的該熱量此處非常有用地用于蒸發(fā)能量產(chǎn)生系 統(tǒng)范圍內(nèi)的水。因此本發(fā)明還涉及工業(yè)裝置，其包括-包括產(chǎn)生燃燒氣體的氣態(tài)燃料燃燒器的制備裝置； -產(chǎn)生蒸汽的鍋爐(當(dāng)然，這包括能夠有幾個鍋爐的情況)； -用于制備可燃氣體的裝置，其包括使包含水蒸汽的氧化性氣體與有機材料反應(yīng)， 將該燃燒氣體輸送給該鍋爐以使該水汽化并產(chǎn)生水蒸汽，將該鍋爐產(chǎn)生的水蒸汽輸送 給用于制備可燃氣體的裝置以與該有機材料反應(yīng)，將該可燃氣體輸送給該制備裝置以在其 中作為氣態(tài)燃料進行燃燒。在該范圍內(nèi)，用于制備可燃氣體的裝置可以依照本發(fā)明的方法 操作，即用硅酸鹽浴，但也可以是依照已知原理以固定或流化床方式操作的裝置。因此，本發(fā)明還涉及利用前述的工業(yè)裝置的連續(xù)工業(yè)制備方法。該方法包括 -在包括產(chǎn)生燃燒氣體的氣態(tài)燃料燃燒器的工業(yè)制備裝置中的連續(xù)制備；-在鍋爐中連續(xù)制備水蒸汽；-在包括使包含水蒸汽的氧化性氣體與有機材料反應(yīng)的用于制備可燃氣體的裝置中 連續(xù)制備可燃氣體，將該燃燒氣體輸送給該鍋爐以將水汽化并產(chǎn)生水蒸汽，將該鍋爐產(chǎn)生 的水蒸汽輸送給用于制備可燃氣體的裝置以與該有機材料反應(yīng)，將該可燃氣體輸送給該工 業(yè)制備裝置以在其中作為氣態(tài)燃料而燃燒?？梢砸朐摴杷猁}中的該有機材料可以是可燃的固體或液體材料，如生物質(zhì)和/ 或廢物，例如廢輪胎、塑料、自動切碎機殘余物、漿料、替代可燃材料(matiSre combustible de substitutions)(稱作“MCS”)或甚至家用廢物。該有機材料可以是生物性質(zhì)或者可以 來自農(nóng)業(yè)-食品工業(yè)。其可以是動物粉。其可以是特別是以下類型的生物質(zhì)稻草、芒屬 植物莖干等。其也可以是炭、褐煤、浙青頁巖、泥煤等。這些材料也可以是廢木材或來自造 紙工業(yè)的紙張。其也可以由有機聚合物構(gòu)成，例如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、輪胎殘余物或 汽車元件的碎粉?？梢允乖撚袡C材料與將有用地使該組合物富集的無機材料緊密混合。例 如，其可以是被黑潮(mar6e noire)污染的砂子、使該硅酸鹽富含二氧化硅的砂子，而該污染性烴是該可燃氣體的來源。也可以將包含烴的天然砂子(如浙青頁巖)氣化。其也可以 是玻璃/塑料組合物?？梢蕴峒皩訅翰ＡО澹鋵⒅辽僖粋€玻璃與至少一個熱塑性或非熱 塑性的、聚乙烯醇縮丁醛PVB、乙烯/乙酸乙烯酯EVA、聚氨酯PU或聚對苯二甲酸乙二醇酯 PET類型的聚合物片材相結(jié)合。還可以提及基于玻璃紗(或碳紗或其他類型的增強紗)增 強的聚合物的，用于汽車工業(yè)或例如船舶中的復(fù)合材料。還可以提及由玻璃/金屬復(fù)合材 料(裝備有金屬涂層的連接元件的玻璃板)。因此，依照本發(fā)明的裝置可以用于使有機廢物 增值。該硅酸鹽逐漸填充有來自引入的該可燃材料的礦物灰分?？梢詫⑵溥B續(xù)排出，尤 其是通過具有與該主槽連接的虹吸溢流管(以防止該可燃氣體排出)。通過分析其化學(xué)組 成和通過與該可燃材料一起引入適當(dāng)?shù)难趸?Ca0、Fe203等)可以確保在給定溫度下該硅 酸鹽的粘度恒定。該適當(dāng)氧化物的性質(zhì)和量當(dāng)然取決于引入材料的性質(zhì)?？梢詫⒁勒毡景l(fā)明的裝置集成到工業(yè)設(shè)備(例如玻璃熔爐)中，其這時起能夠完 全或部分在沒有化石燃料時進行工作。在依照本發(fā)明制備的氣體用于燃燒器中的情況中， 可以僅裝備有限數(shù)量的使用該氣化氣體的燃燒器，其他燃燒器仍用燃料或天然氣，因此，由 此可以適當(dāng)減少應(yīng)納稅的ω2排放并且還可以降低能量價格。其與現(xiàn)有技術(shù)中使用固定或流化床的裝置相比，依照本發(fā)明的裝置是便宜的，其 使用廉價材料，尺寸是緊湊的。引入的有機材料與該硅酸鹽浴的溫度相比通常是冷的。如果依照本發(fā)明的方法生 成的氣體經(jīng)過裝有這些材料的裝料區(qū)域附近或經(jīng)過其中，一方面通過這些氣體再加熱該有 機材料，但另一方面該氣體被冷卻，這可能存在產(chǎn)生焦油的缺點，并該降低的溫度在最終使 用范圍內(nèi)可能是較為不利的。這是能夠有利地驅(qū)使該產(chǎn)生的可燃氣體通過該硅酸鹽的表面 的較熱區(qū)域，優(yōu)選相對于該硅酸鹽流動或排放方向位于下游。該較熱區(qū)域特別地通過可能 來自電來源的供熱產(chǎn)生。其也可以是通過所制備的可燃氣體的一部分與O2或空氣的浸沒 式燃燒產(chǎn)生的。該操作是“反向操作”類型的，因為該氣化氣體(產(chǎn)生的可燃氣體)在從冷 到熱的方向運行(如在并流流化床汽化器中那樣)。此處，在該第一腔室中形成該氣體(因 此其可能是足夠冷的，因為引入的有機材料是冷的)，但然后迫使其通過在該拱頂和該硅酸 鹽之間的低區(qū)，該區(qū)域?qū)⑺鼈冊偌訜?，具有將焦油分解并繼續(xù)氣化的優(yōu)點。依照本發(fā)明，因 此該可燃氣體能夠通過使其在經(jīng)由煙道排放之前通過下沉的拱頂(voute abaissee)之下 而再加熱。

圖1顯示了在依照其不將制備的可燃氣體從燃燒氣體中分離出來的實施方案中 的依照本發(fā)明的裝置。槽1包含1200°C的硅酸鹽的熔融浴2，其具有低于1000泊的粘度，在 該浴的表面上，通過無頭螺旋器3向其中引入MCS生物質(zhì)。還通過管道4向該浴的表面水 平面下引入400°C的水蒸汽以及通過管道5引入500°C的空氣。通過單一煙道6收集與該 燃燒氣體混合形成的可燃氣體。通過同一無頭螺旋器連續(xù)引入可玻璃化的材料的混合物， 以保持該硅酸鹽的組成基本恒定。通過電極保持該硅酸鹽浴的溫度。根據(jù)硅酸鹽組成通過 凹槽7連續(xù)排出該硅酸鹽。圖2顯示了在依照其將制備的可燃氣體從該燃燒氣體中分離出來的實施方案中 依照本發(fā)明的裝置。槽21包含1300°C的硅酸鹽的熔融浴22，其具有低于1000泊的粘度， 在該浴的表面下，通過無頭螺旋器23向其中引入MCS生物質(zhì)。通過管道對向該槽的第一區(qū)域中引入水蒸汽，而通過管道25在距該第一區(qū)域足夠遠的該槽的第二區(qū)域中引入空氣。 用旋轉(zhuǎn)攪拌器28攪拌該浴22以使得將在第二區(qū)域中產(chǎn)生的燃燒的熱量供給該第二區(qū)域。 設(shè)置在該第一區(qū)域上方的第一煙道26收集產(chǎn)生的可燃氣體，設(shè)置在該第二區(qū)域上方的第 二煙道27收集該燃燒氣體?？梢詫⑦@些燃燒氣體送入鍋爐或用于收集使用爐的煙氣的回 路以回收其熱量。通過同一無頭螺旋器連續(xù)引入可玻璃化的材料的混合物，以保持該硅酸 鹽的組成基本恒定。根據(jù)硅酸鹽組成的變化通過凹槽四連續(xù)排出該硅酸鹽。圖3顯示了在依照其不將制備的可燃氣體從該燃燒氣體中分離出來并迫使其通 過該拱頂和該硅酸鹽之間的低區(qū)中以對其再加熱的“反向運行”實施方案中依照本發(fā)明的 裝置。槽31包含1300°C的硅酸鹽的熔融浴32，其具有50泊的粘度，在該浴的表面上方，通 過無頭螺旋器33向其中引入MCS生物質(zhì)。通過單一煙道36收集與該燃燒氣體混合形成的 可燃氣體。還通過螺旋器33還連續(xù)引入可玻璃化的材料(提供二氧化硅、Ca(KFe2O3)的混 合物，以保持該硅酸鹽的組成基本穩(wěn)定。根據(jù)硅酸鹽組成的變化通過凹槽37連續(xù)排出該硅 酸鹽。該硅酸鹽浴還通過用O2 (助燃劑)和制備的冷卻的可燃氣體(任選地富含更強地加 該熱接收待氣化的材料的區(qū)域和該浴的中心區(qū)域(位于下沉拱頂下方)的其他可燃氣體) 供給的浸沒爐38加熱。通過使形成的可燃氣體通過該拱頂?shù)南鲁敛糠?9下方而迫使其接 觸該液體浴的較熱區(qū)域。顯著地，其是O2/可燃氣體浸沒式燃燒，其是包含水和CO2的氧化 性氣體的“原位”來源，其本身將與該位于在該熔融硅酸鹽浴之中或之上更高的地方的有機 材料反應(yīng)。不排除從外部添加氧化性氣體，但這不是必不可少的。最后，通過該煙道36排 出的可燃氣體包含少于30%的CO2。圖4顯示了關(guān)于使用該煙氣的熱量的以回路形式操作的工業(yè)裝置。該裝置包括氣 體使用爐41，其燃燒氣體并產(chǎn)生通過42排出的煙氣。這些煙氣通過鍋爐43中以蒸發(fā)水， 使蒸汽通過44送入依照本發(fā)明原理操作的硅酸鹽浴45中的，將產(chǎn)生的可燃氣體通過46傳 送到爐41以將其燃燒。對該爐41供給不僅來自該硅酸鹽浴的氣體而且供給來自其他來源 47的氣體。該煙氣在已經(jīng)用于使該水氣化之后，通過48在該爐的主煙道中排出。實施例1將9噸/天的木材殘渣和1000Nm3/h的含有83體積％水蒸汽的空氣引入圖1的裝置 中以提供氣化。在該硅酸鹽浴中的電供熱是500kW。引入的木材產(chǎn)生約3重量％的灰分，排 出300kg/天的含有灰分的硅酸鹽。該生物質(zhì)氣體的組成(摩爾％)為 H2 22. 3%CH4 4.4%CO 20.9%CO2 18.6%N2 余量以達到100%。特別地，能夠看到產(chǎn)生了比CO更多的H2。產(chǎn)生的氣體具有9 MJ/Nm3的低熱值。如果考慮該木材具有12MJ/kg的能量，估計通過依照本發(fā)明的氣化回收了該能量 的 80%ο實施例2如實施例1進行操作，只是引入的空氣不包含水。該生物質(zhì)氣體的組成(摩爾％)為H2 10. 6%CH4 3. 2%CO 30%CO2 6%N2 余量以達到100%。能夠看到產(chǎn)生了比H2更多的CO。產(chǎn)生的氣體具有7 MJ/Nm3的低熱值。該硅酸鹽浴內(nèi)的電供熱為300kW。如果考慮該木材具有12MJ/kg的能量，估計通過依照本發(fā)明的氣化回收了該能量 的 80%ο
權(quán)利要求
1.用于制備具有至少為1MJ/Nm3的低熱值的可燃氣體的方法，包括使包含水蒸汽或氧 氣或(X)2的氧化性氣體與跟包括在槽中的熔融硅酸鹽浴接觸的有機材料反應(yīng)，并包括在該 熔融硅酸鹽中供熱，所述方法連續(xù)操作，定期從該槽中排出硅酸鹽，并定期引入可玻璃化的 材料以供給該硅酸鹽浴。
2.前述權(quán)利要求的方法，其特征在于該硅酸鹽包括4(Γ80重量％的Si02。
3.前一權(quán)利要求的方法，其特征在于該硅酸鹽中包含的CaO、Fe2O3和堿金屬氧化物的 質(zhì)量總和范圍為5飛0重量％。
4.前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于該供熱是浸沒式燃燒類型的。
5.前一權(quán)利要求的方法，其特征在于用于該浸沒式燃燒的助燃劑包括大于80體積％的 純氧。
6.前一權(quán)利要求的方法，其特征在于該浸沒式燃燒的火焰是氧化性的。
7.前述兩項利要求之一的方法，其特征在于該氧化性氣體是由該浸沒式燃燒產(chǎn)生的。
8.前述三項權(quán)利要求之一的方法，其特征在于一方面該浸沒式燃燒，另一方面該氧化 性氣體和該有機材料之間的反應(yīng)，都是在充分分隔開的區(qū)域中進行的，使得該燃燒煙氣和 該可燃燒的氣體能夠通過不同的煙道回收。
9.前述四項權(quán)利要求之一的方法，其特征在于用于該浸沒式燃燒的燃料包括由該方法 本身產(chǎn)生的該可燃燒的氣體，該氣體任選地與其他可燃燒的氣體混合。
10.前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于該有機材料是足夠量的以使得該可燃燒氣 體中的氫氣和一氧化碳的摩爾百分比總和至少為10%。
11.前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于該氧化性氣體包括至少30體積％的水蒸汽。
12.前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于該硅酸鹽的溫度為80(Γ1700 。
13.前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于該供熱是電供熱的。
14.前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于該可燃燒氣體通過使其在經(jīng)由煙道排放之 前經(jīng)過下沉的拱頂下方而被加熱。
15.連續(xù)工業(yè)制備方法，包括-在包括產(chǎn)生燃燒氣體的氣態(tài)燃料燃燒器的工業(yè)制備裝置中的連續(xù)制備；-在鍋爐中連續(xù)制備水蒸汽；-在包括使包含水蒸汽的氧化性氣體與有機材料反應(yīng)的制備可燃燒氣體的裝置中連續(xù) 制備可燃燒的氣體，將該燃燒氣體輸送給該鍋爐以將水蒸發(fā)并產(chǎn)生水蒸汽，將該鍋爐產(chǎn)生 的水蒸汽輸送給用于制備可燃燒的氣體的裝置以與該有機材料反應(yīng)，將該可燃燒的氣體輸 送給該工業(yè)制備裝置以在此作為氣態(tài)燃料而燃燒。
16.前述權(quán)利要求的方法，其特征在于該可燃燒氣體的制備是依照方法權(quán)利要求之一 的方法進行操作的。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于制備具有至少為1MJ/Nm3的低熱值的可燃氣體的方法，其包括使包含水蒸汽或氧氣或CO2的氧化性氣體與跟在槽中包含的熔融硅酸鹽浴接觸的有機材料的反應(yīng)，并包括在該熔融硅酸鹽中供熱，所述方法連續(xù)操作，定期從該槽中排出硅酸鹽，并定期引入可玻璃化的材料以供給該硅酸鹽浴。該供熱優(yōu)選是浸沒式燃燒類型的。本發(fā)明還涉及連續(xù)工業(yè)制備方法，其包括在包括產(chǎn)生燃燒氣體的氣態(tài)燃料燃燒器的工業(yè)制備裝置中連續(xù)制備；在鍋爐中連續(xù)制備水蒸汽；和在包括使包含水蒸汽的氧化性氣體與有機材料的反應(yīng)的用于制備可燃燒氣體的裝置中連續(xù)制備可燃燒的氣體，將該燃燒氣體輸送給該鍋爐以將水蒸汽化并產(chǎn)生蒸汽，將該鍋爐產(chǎn)生的水蒸汽輸送給用于制備可燃燒的氣體的裝置以與該有機材料反應(yīng)，將該可燃燒的氣體輸送給該工業(yè)制備裝置以在其中作為氣態(tài)燃料而燃燒。
文檔編號C10B49/14GK102057020SQ200980121557
公開日2011年5月11日 申請日期2009年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月9日
發(fā)明者D·加利, P·讓瓦納 申請人:法國圣戈班玻璃廠