一種不產(chǎn)生碳排放的生產(chǎn)合成氣的新方法
【專利摘要】本發(fā)明“一種不產(chǎn)生碳排放的生產(chǎn)合成氣的新方法”，通過(guò)在“氣化爐”的爐外壁上安裝上一定圈數(shù)的感應(yīng)加熱用的線圈，同時(shí)在“感應(yīng)加熱氣化爐”內(nèi)增加多圈用鋼板捲成的，直徑尺寸大小不一的圓筒組成圓筒內(nèi)膽，在相鄰二尺寸的圓筒的空間倒入煤炭，通過(guò)電磁感應(yīng)就會(huì)在鋼板捲成的圓筒上產(chǎn)生閉合的感應(yīng)電流，感應(yīng)電流就會(huì)使整個(gè)圓筒內(nèi)膽的溫度升高到大于等于1000℃的高溫，足以滿足讓水蒸氣發(fā)生分解反應(yīng)C+H2O=CO+H2所需的熱量，在生產(chǎn)合成氣的過(guò)程中，沒(méi)有二氧化碳的排放；不會(huì)產(chǎn)生二氧化硫、氮氧化合物。大氣污染問(wèn)題迎刃而解。
【專利說(shuō)明】一種不產(chǎn)生碳排放的生產(chǎn)合成氣的新方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明“一種不產(chǎn)生碳排放的生產(chǎn)合成氣的新方法”涉及煤化工和冶金領(lǐng)域的氣化爐和感應(yīng)爐技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]我們知道:我們國(guó)家的能源結(jié)構(gòu)是“多煤貧油少氣”的國(guó)家，我國(guó)的煤炭可采儲(chǔ)量約為8000億噸，(國(guó)土部重大項(xiàng)目一“全國(guó)煤炭資源潛力評(píng)價(jià)”日前通過(guò)評(píng)審:中國(guó)2000米淺煤炭資源總量近6萬(wàn)億噸，其中，探獲煤炭資源儲(chǔ)量2.02萬(wàn)億噸，預(yù)測(cè)資源量3.88萬(wàn)億噸。優(yōu)等預(yù)測(cè)資源量9815億噸(2014.1.9東方早報(bào)))一次能源以煤炭為主，2012年我們?nèi)珖?guó)煤炭的產(chǎn)量就達(dá)到36.6億噸、進(jìn)口了 2.8億噸，而2012年我們?nèi)珖?guó)煤炭的實(shí)際消費(fèi)總量約為37.2億噸。
[0003]煤炭的大量直接燃燒使用，不僅排放了大量(37.2X2.3=85.56億噸)的溫室氣體一二氧化碳(CO2),還造成了我們必須面對(duì)的、大氣環(huán)境被嚴(yán)重污染的局面(我們上海，從PM2.5的濃度值來(lái)看，2013.12.7，14時(shí)前后PM2.5小時(shí)濃度一度突破600微克/小時(shí)；見(jiàn)2013.12.7新聞晨報(bào))。
[0004]2013年12月10日中國(guó)的東部大地很多地方(全國(guó)25個(gè)省市(包括我們上海)都處于大氣環(huán)境被嚴(yán)重污染的現(xiàn)實(shí)之中，沿著哈爾濱到南寧畫(huà)一條直線的話，基本上整個(gè)東部地區(qū)都籠罩在濃濃的霧霾當(dāng)中。 涉及包括黑龍江、吉林、遼寧、北京市、天津市、山西省、山東省、河南、江蘇省、安徽省、上海、浙江省湖北、江西、福建、湖南、廣東、廣西、寧夏、內(nèi)蒙古自治區(qū)等全國(guó)25個(gè)省市(包括我們上海)被霧霾的大氣所困。北方的燃煤取暖更是加劇了全國(guó)多個(gè)省份霧霾的嚴(yán)重程度。
[0005]我們上海采取的應(yīng)急措施是:“清潔發(fā)電、綠色調(diào)度”、寶鋼、上海石化、上海焦化、上海吳涇化工有限公司減產(chǎn)、上?；^(qū)漕涇熱電公司應(yīng)急燃煤鍋爐停止運(yùn)行。
[0006]因?yàn)?，由于“煤炭”的直接燃燒使用而產(chǎn)生了大量的二氧化碳(CO2)，同時(shí)，還產(chǎn)生了二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NO)，以及大量的粉塵。造成了全國(guó)性的霧霾的天氣。
[0007]所以，“煤炭”直接燃燒使用的局面必須結(jié)束。
[0008]美國(guó)的頁(yè)巖氣革命給了我們啟示:天然氣是取代“煤炭”的好辦法，用天然氣來(lái)取代“煤炭”作為一次能源來(lái)發(fā)電、取暖和工業(yè)、生活用能，將能有效改善我國(guó)的大氣質(zhì)量；因?yàn)?，用天然氣?lái)發(fā)電能減少溫室氣體——二氧化碳(CO2)的排放量，用天然氣來(lái)發(fā)電所產(chǎn)生的二氧化碳(CO2)的排放量要比用煤炭來(lái)發(fā)電所產(chǎn)生的二氧化碳(CO2)的排放量減少50%。同時(shí)，天然氣是清潔的能源，不會(huì)產(chǎn)生二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NO)，也不會(huì)有粉塵產(chǎn)生，所以也就不需要在發(fā)電廠再安裝脫硫、脫硝和除塵的裝置。
[0009]但是，我們的國(guó)家沒(méi)有這么多的天然氣。對(duì)于我們這樣一個(gè)有13億人口的大國(guó)來(lái)說(shuō)，完全依賴于進(jìn)口天然氣來(lái)過(guò)日子是不可能的。每年上萬(wàn)億元的進(jìn)口開(kāi)支，這樣的代價(jià)也是我們很難承受的。
[0010]所以，我們不可能放棄我們國(guó)家的9815億噸煤炭，而不去用它，煤炭是我們國(guó)家的生命線！我們可以用煤炭氣化技術(shù)把“煤炭”氣化生產(chǎn)出“合成氣”來(lái)代替天然氣。
[0011]因?yàn)槊禾繗饣夹g(shù)(合成氣)已經(jīng)深入了我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)的許多領(lǐng)域。
[0012]1:化工合成原料氣；隨著原料氣合成化工和碳一化學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以煤氣化制取合成氣，進(jìn)而直接合成各種化學(xué)產(chǎn)品的路線已經(jīng)成為現(xiàn)代煤化工的基礎(chǔ)；中國(guó)合成氨產(chǎn)量的60%以上、甲醇產(chǎn)量的50%以上來(lái)自煤炭氣化合成工藝。2:工業(yè)燃?xì)猓恢袊?guó)約有4000臺(tái)常壓固定床氣化爐在運(yùn)行，3:民用煤氣；4:冶金還原氣；5:聯(lián)合循環(huán)發(fā)電燃?xì)猓?:燃料油合成原料氣和煤炭液化氣源；7:煤炭氣化制氫；目前世界上90%的氫氣來(lái)源于化石燃料轉(zhuǎn)化，煤炭氣化制氫起著很重要的作用。8:煤炭氣化燃料電池。
[0013]但是目前的問(wèn)題是；今天，我國(guó)在煤炭氣化的過(guò)程中同樣在排放著大量的二氧化碳(CO2)、產(chǎn)生著氮氧化物(NO)、二氧化硫(SO2)和粉塵，(這是一個(gè)世界性的難題，因?yàn)槟壳暗拿禾繗饣夹g(shù)、氣化工藝存在著一個(gè)問(wèn)題，它“采用部分煤炭燃燒的方法來(lái)提供必要的熱量來(lái)維持吸熱反應(yīng)的進(jìn)行”。而采用部分煤炭燃燒的方法，它就必然要排放大量的二氧化碳(CO2)、產(chǎn)生氮氧化物(NO)、二氧化硫(SO2)和粉塵)。
[0014]這就是為什么今天中國(guó)的中東部地區(qū)很多地方(全國(guó)25個(gè)省市(包括我們上海)都會(huì)處于大氣環(huán)境被嚴(yán)重污染的現(xiàn)實(shí)之中，因?yàn)榻裉煳覈?guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的很多領(lǐng)域還在使用著這種不斷污染著我國(guó)大氣環(huán)境的落后的煤氣化工藝。
[0015]我們必須淘汰目前還在使用的落后的煤炭氣化的技術(shù)，用新的“煤炭”氣化技術(shù)來(lái)生產(chǎn)“合成氣”來(lái)代替天然氣，同時(shí)要求在煤氣化生產(chǎn)“合成氣”的過(guò)程中不要產(chǎn)生大量的二氧化碳(CO2)、氮氧化物(NO)、二氧化硫(SO2)和粉塵，否則，“煤炭氣化”生產(chǎn)“合成氣”就失去了意義。
[0016]下面我們進(jìn)一步了解一下目前“煤炭的氣化技術(shù)”所處的現(xiàn)狀。
[0017]教材《煤化工基礎(chǔ)》《化學(xué)工業(yè)出版社2010年2月第I版第3次印刷》告訴我們:
[0018]煤的氣化是指利用煤或半焦與氣化劑進(jìn)行多相反應(yīng)產(chǎn)生碳的氧化物、氫、甲烷的過(guò)程，主要是固體燃料中的碳與氣相中的氧、水蒸氣、二氧化碳、氫之間相互作用。
[0019]也可以說(shuō)，煤氣化過(guò)程是將煤中無(wú)用固體脫出，轉(zhuǎn)化為工業(yè)燃料、城市煤氣和化工原料氣的過(guò)程。
[0020]氣化過(guò)程使用不同的氣化劑可制取不同種類的煤氣，主要反應(yīng)都相同。煤炭氣化過(guò)程可分為均相和非均相反應(yīng)兩種類型。即非均相的氣-固相反應(yīng)和均相氣-氣相反應(yīng)。生成煤氣的組成取決于這些反應(yīng)的綜合過(guò)程。主要反應(yīng)如下。
[0021]一次反應(yīng):
[0022]C+02=C02-394.1kj / mo 1-(I)
[0023]C+H20=C0+H2+135.0kj / mo 1-(2)
[0024]C+(I / 2) O2=CO-110.4k j / mo 1-(3)
[0025]C+2H20=C02+2H2+96.6k j / mo 1-(4)
[0026]C+2H2=CH4-84.3k j / mo 1-(5)
[0027]H2+(I / 2) 02=H20-245.3k j / mo 1-(6)
[0028]二次反應(yīng):
[0029]C+C02=2C0+173.3kj / mo 1-(7)
[0030]2C0+02=2C02-566.6k j / mo 1-(8)[0031]C0+H20=C02+H2-38.4k j / mo 1-(9)
[0032]C0+3H2=CH4+H20-219.3k j / mo 1-(10)
[0033]3C+2H20=CH4+2C0+185.6kj / mol-(11)
[0034]2C+2H20=CH4+C02+12.2kj / mol-(12)
[0035]因?yàn)槊禾恐杏须s質(zhì)硫存在，氣化過(guò)程還可能同時(shí)發(fā)生以下反應(yīng):
[0036]S+02=S02-(13)；
[0037]S+02+3H2=H2S+2H20 ；S02+2C0=S+2C02 ；
[0038]2H2S+S02=3S+2H20 ；
[0039]C+2S=CS2 ；C0+S=C0S ；N2+3H2=2NH3 ； 2N2+2H20+4C0=4HCN+302 ；
[0040]N2+02 = 2N0-(14)
[0041]在以上反應(yīng)生成物中，反應(yīng)(I)會(huì)產(chǎn)生394.1kj / mol的熱量，同時(shí)產(chǎn)生大量的二氧化碳；反應(yīng)(13)、(14)會(huì)生成二氧化硫及氮氧化合物，它們的存在可能造成對(duì)設(shè)備的腐蝕和對(duì)環(huán)境的污染；反應(yīng)(2) (7)各需要吸收135.0kj / mol和173.3kj / mol的熱量；反應(yīng)⑴產(chǎn)生的熱量可以滿足反應(yīng)⑵⑵所需要的熱量。但是帶來(lái)的問(wèn)題是:反應(yīng)⑴同時(shí)產(chǎn)生了大量的二氧化碳；產(chǎn)生了二氧化硫和氮氧化合物及大量的粉塵。
[0042]煤炭氣化是一個(gè)熱化學(xué)的過(guò)程，是指煤在特定的設(shè)備內(nèi)，在一定溫度及壓力下使煤中的有機(jī)質(zhì)與氣化劑(如蒸汽/空氣或氧氣等)發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，將固體煤轉(zhuǎn)化為以co、h2、ch4等可燃?xì)怏w為主要成分的生產(chǎn)過(guò)程`。
[0043]煤炭氣化時(shí)，必須具備三個(gè)條件，即氣化爐、氣化劑、供給熱量，三者缺一不可。
[0044](I)氣化爐的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在一個(gè)圓筒形的容器內(nèi)安裝一塊多孔水平分布板，將固體(煤炭)放在多孔水平分布板上，形成床層或床。
[0045](2)氣化劑可以是氧氣(空氣、富氧或純氧)、水蒸氣、二氧化碳或氫氣等，
[0046](3)這里所說(shuō)的供給熱量就是:在氣化過(guò)程中，吸熱反應(yīng):碳與二氧化碳(CO2)(C+C02=2C0173.3kj / mol)反應(yīng)方程(7)或碳與水蒸氣(H2O) (C+H20=C0+H2135.0kj / mol)的反應(yīng)方程(2)，以及加熱固體燃料和氣化劑都需要供給的足夠的熱量。
[0047]—般這些熱量在氣化爐內(nèi)產(chǎn)生，即自熱式.[0048]I:自熱式氣化爐內(nèi)的熱量，一般由碳與氧(O2) (C+02=C02-394.1kj / mol)的反應(yīng)所提供。
[0049]1:煤炭氣化過(guò)程基本反應(yīng):
[0050](I):碳與水蒸氣的反應(yīng)
[0051]在一定溫度下，碳與水蒸氣之間發(fā)生非均相反應(yīng):
[0052]C+H20=C0+H2+135.0kj / mol-(2)
[0053]C+2H20=C02+2H2+96.6kj / mol-(4)
[0054]這是制造水媒氣的主要反應(yīng)，有時(shí)也稱水蒸氣分解反應(yīng)，前一反應(yīng)也稱為水媒氣反應(yīng)，這兩個(gè)反應(yīng)均是吸熱反應(yīng)。-
[0055](2):碳與二氧化碳的反應(yīng)
[0056]C+C02=2C0+173.3kj / mol-(7)
[0057]這是非常強(qiáng)烈的吸熱反應(yīng)，必須在高溫下才能進(jìn)行。
[0058](3):甲烷生成反應(yīng)[0059]C+2H2=CH4-84.3kj / mol-(5)
[0060]C0+3H2=CH4+H20-219.3kj / mol這些生成甲烷的反應(yīng)都是放熱反應(yīng)。
[0061](4):變換反應(yīng)
[0062]C0+H20=C02+H2-38.4kj / mol-(9)
[0063]該反應(yīng)稱為一氧化碳變換反應(yīng),或稱水媒氣平衡反應(yīng)。
[0064]2:燃燒
[0065]目前，經(jīng)氣化后殘留的半焦與氣化劑中的氧進(jìn)行燃燒。由于上述碳與水蒸氣、二氧化碳之間的反應(yīng)都是強(qiáng)烈的吸熱反應(yīng)，因此，氣化爐內(nèi)要保持高溫才能維持吸熱反應(yīng)的進(jìn)行。
[0066]通常采用部分煤炭燃燒的方法來(lái)提供必要的熱量來(lái)維持吸熱反應(yīng)的進(jìn)行。
[0067]這就決定了需要采用氧氣(空氣、富氧或純氧)作為氣化劑來(lái)幫助燃燒，這就會(huì)有反應(yīng)方程(I) (13) (14)在采用部分煤炭燃燒的過(guò)程中出現(xiàn)；這種用部分煤碳直接燃燒的方法來(lái)產(chǎn)生熱量用來(lái)維持氣化爐內(nèi)吸熱反應(yīng)(2) (7)的進(jìn)行，當(dāng)然與熱電廠用煤炭直接燃燒發(fā)電一樣會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳(CO2),同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生氮氧化物(NO)、和二氧化硫(SO2)和粉塵。這就是我們使用“煤炭”通過(guò)“氣化爐”來(lái)生產(chǎn)合成氣(CCHH2)所必須解決的難題。
[0068]問(wèn)題是，采用這樣的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)煤的氣化(C+H20=C0+H2+135.0kj / mol)，碳的轉(zhuǎn)化率很低，只有，據(jù)中科院山西煤化所的一位專家提供的數(shù)據(jù)是:碳轉(zhuǎn)化率一般在40%左右，60%的碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳(CO2)被排放了出去。這就是說(shuō):現(xiàn)在我們的煤氣化技術(shù)把60%的煤炭轉(zhuǎn)化為二氧化碳(CO2)而被浪費(fèi)掉了。
[0069]在高溫下碳和氧發(fā)生如下三個(gè)反應(yīng):`[0070]C+02=C022C+02=2C02C0+02=2C03在溫度高于800°C時(shí)，碳的燃燒反應(yīng)幾乎不可逆地
自左向右進(jìn)行。
[0071]I:自熱式氣化爐內(nèi)的熱量，一般由H2與02(2Η2+02=2Η20-490.6kj / mol)或碳與氧
(O2)(C+02=C02-394.1kj / mol)——(I)的反應(yīng)所提供。
[0072]2:外熱式氣化過(guò)程所需要的熱量由反應(yīng)器外部產(chǎn)生，并用熱載體或熱交換的方法傳入氣化爐內(nèi)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0073]通過(guò)教材《煤化工基礎(chǔ)》，我們知道了:煤炭氣化時(shí)，必須具備三個(gè)條件，即氣化爐、
氣化劑、供給熱量，三者缺一不可。
[0074](I)氣化爐的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在一個(gè)圓筒形的容器內(nèi)安裝一塊多孔水平分布板，將固體(煤炭)放在多孔水平分布板上，形成床層或床。
[0075](2)氣化劑可以是氧氣(空氣、富氧或純氧)、水蒸氣、二氧化碳或氫氣等
[0076](3)在氣化過(guò)程中，碳與二氧化碳(CO2) (C+C02=2C0173.3kj / mol)或碳與(水蒸汽)H20(C+H20=C0+H2135.0kj / mol)的反應(yīng)，以及加熱固體燃料和氣化劑都需要供給足夠多的熱量。
[0077]目前，在全世界都一樣，通常都是采用部分煤炭燃燒的方法來(lái)提供必要的熱量來(lái)維持吸熱反應(yīng)的進(jìn)行。這部分煤炭的燃燒就會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳(CO2)，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生二氧化硫、氮氧化物和粉塵，因?yàn)槊禾恐杏须s質(zhì)硫存在，氣化過(guò)程還可能同時(shí)發(fā)生以下反應(yīng):[0078]S+02=S02-(13)；
[0079]S+02+3H2=H2S+2H20 ；S02+2C0=S+2C02 ；2H2S+S02=3S+2H20 ；
[0080]C+2S=CS2 ；C0+S=C0S ；N2+3H2=2NH3 ； 2N2+2H20+4C0=4HCN+302 ；
[0081]N2+02=2N0-(14)；
[0082]在以上的(13) (14)反應(yīng)方程的生成物中會(huì)有二氧化硫、氮氧化物產(chǎn)生.[0083]所以，為了達(dá)到通過(guò)“煤炭氣化”的方法，把“煤炭”轉(zhuǎn)化成清潔能源合成氣(CCHH2)來(lái)使用的目標(biāo)。所以，
[0084]1:我們不能采用目前在全世界都在使用的這種方法:通常采用部分煤炭燃燒的方法來(lái)提供必要的熱量來(lái)維持吸熱反應(yīng)的進(jìn)行。因?yàn)檫@部分煤炭的直接燃燒，同樣會(huì)排放出大量的二氧化碳(CO2)、產(chǎn)生二氧化硫、氮氧化物和粉塵。
[0085]2:因?yàn)槊褐杏须s質(zhì)硫存在，所以，我們不采用氧氣(空氣、富氧或純氧)作為氣化齊?，這樣在氣化過(guò)程中就不可能生成二氧化硫(SO2)及氮氧化物(NO)，(見(jiàn)上面的反應(yīng)方程式(13) (14))這樣生產(chǎn)出來(lái)的合成氣就比較干凈，就可以不再需要進(jìn)行脫硫、脫硝的工作了。
[0086]3:氣化爐的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在一個(gè)圓筒形的容器內(nèi)安裝一塊多孔水平分布板，將固體(煤炭)放在多孔水平分布板上，形成床層或床；在容器內(nèi)安裝的一塊多孔水平分布板，孔的直徑尺寸為大于等于5毫米。
[0087]同時(shí)，為了用“氣化爐”把“煤炭”轉(zhuǎn)化成清潔的合成氣一C0+H2,來(lái)代替天然氣，用清潔的合成氣——CCHH2來(lái)完全取代“煤炭”作為一次能源來(lái)發(fā)電、取暖和工業(yè)、生活用倉(cāng)泛。
[0088]我們必須采用新的技術(shù)，來(lái)為“氣化爐”內(nèi)的碳與水蒸汽H20(C+H20=C0+H2135.0kj / mol)——⑵的反應(yīng)，以及加熱固體燃料(煤炭)和氣化劑(水
蒸汽)提供所需要的大量的熱量。
[0089]這新的技術(shù)就是教課書(shū)《加熱爐》(冶金工業(yè)出版社2008年7月)告訴我們的:
[0090]1:利用電能進(jìn)行加熱的爐子稱為電加熱爐。
[0091]2:根據(jù)電能轉(zhuǎn)化成熱能原理的不同，“電加熱爐”分為“電阻加熱爐”和“感應(yīng)加熱
爐”兩種類型。
[0092]3:感應(yīng)加熱的工作原理告訴我們:被感應(yīng)爐加熱的工件必須是金屬。這樣，當(dāng)交變電磁場(chǎng)的磁通穿過(guò)被加熱的金屬時(shí)，由于電磁感應(yīng)就在被加熱物品內(nèi)產(chǎn)生閉合的感應(yīng)電流，這種電流稱之為渦硫，而當(dāng)被感應(yīng)加熱的工件不是金屬時(shí)，就無(wú)法在需要加熱的工件中產(chǎn)生感應(yīng)電流，也就無(wú)法把工件加熱。
[0093]而在生產(chǎn)的現(xiàn)實(shí)中存在的矛盾是:氣化劑:(水蒸氣)以及固體“煤炭”都是非金屬，常規(guī)的感應(yīng)加熱爐無(wú)法讓這些需要加熱的非金屬工件產(chǎn)生感應(yīng)電流，也就無(wú)法把工件加熱，也就無(wú)法為“氣化爐”內(nèi)的碳與水蒸氣(C+H20=C0+H2+135.0kj / mol))的反應(yīng)，以及加熱固體燃料和氣化劑提供大量的熱量；也就無(wú)法完成把“氣化爐”內(nèi)的煤炭轉(zhuǎn)化成合成氣(CCHH2)的氣化反應(yīng)。
[0094]為了解決這樣的難題，所以，本發(fā)明的技術(shù)方案就是:
[0095]采用把冶金領(lǐng)域的“感應(yīng)加熱爐”技術(shù)與煤化工領(lǐng)域的“氣化爐”技術(shù)合并，把“氣化爐”改造成“感應(yīng)加熱氣化爐”。[0096]這里所說(shuō)的:“感應(yīng)加熱氣化爐”(包括“感應(yīng)加熱加壓固定床氣化爐”、“感應(yīng)加熱加壓流化床氣化爐”、“感應(yīng)加熱加壓氣流床氣化爐”)；它的特征就是:通過(guò)在“感應(yīng)加熱氣化爐”的爐外壁上安裝、繞上一定圈數(shù)的感應(yīng)爐感應(yīng)加熱用的線圈；同時(shí)在“感應(yīng)加熱氣化爐”的爐內(nèi)，增加安裝多圈(不少于一圈)、用鋼板捲成的圓筒組成的圓筒內(nèi)膽，這些用鋼板捲成的圓筒內(nèi)膽就成了熱量的載體，同時(shí)，要讓在爐外壁上安裝、繞上一定圈數(shù)的感應(yīng)爐感應(yīng)加熱用的線圈保證這些線圈疊加后的上下寬度要能夠包住從“感應(yīng)加熱氣化爐”爐內(nèi)的底部的爐板到同時(shí)在“感應(yīng)加熱氣化爐”的爐內(nèi)，增加安裝的多圈用鋼板捲成的圓筒組成的圓筒內(nèi)膽的頂部，以保證感應(yīng)線圈感應(yīng)加熱的有效性。
[0097]當(dāng)交流電源輸入到“感應(yīng)加熱氣化爐”爐外的感應(yīng)加熱用的線圈中，在感應(yīng)線圈中就會(huì)形成交變電磁場(chǎng)，交變電磁場(chǎng)的磁通穿過(guò)用鋼板捲成的圓筒內(nèi)膽時(shí)，通過(guò)電磁感應(yīng)就會(huì)在被加熱的、用鋼板捲成的圓筒上產(chǎn)生閉合的感應(yīng)電流(這種電流稱之為渦流)，接著，感應(yīng)電流就會(huì)在用鋼板捲成的圓筒上產(chǎn)生很大的熱量，使得用鋼板捲成的整個(gè)圓筒內(nèi)膽的溫度快速升高到高溫(大于等于1000°c )。這就完成了把外部的熱量引入到“感應(yīng)加熱氣化爐”內(nèi)的關(guān)鍵工作。帶有高溫(大于等于IOO(TC)的圓筒內(nèi)膽通過(guò)熱輻射把圓筒內(nèi)膽內(nèi)的煤炭很容易地就被加熱到1000°c的高溫。
[0098]在“感應(yīng)加熱氣化爐”的爐內(nèi)，我們把圓筒內(nèi)膽安裝在一塊多孔水平分布板上，將固體(煤炭)放在板上的孔的直徑尺寸為大于等于5毫米的多孔水平分布板上的圓筒內(nèi)膽內(nèi)，在這一塊多孔水平分布板上，圓筒內(nèi)膽由多圈用鋼板捲成的圓筒組成，把這些直徑尺寸大小不一的圓筒，按直徑尺寸的大小，從小到大、從里套到外，這就組成了一個(gè)用圓筒組成的圓筒內(nèi)膽，直徑尺寸最大的圓筒是在圓筒內(nèi)膽的最外圈，然后，在圓筒內(nèi)膽內(nèi)，為了順利地在相鄰二尺寸圓筒的空間倒入煤炭，使煤炭層被從直徑尺寸小到直徑尺寸大的圓筒一圈一圈地隔開(kāi)，而不會(huì)倒到圓筒內(nèi)膽的外面去，也就是不會(huì)倒到最外圈的圓筒的外面。所以，對(duì)圓筒內(nèi)膽的每一個(gè)圓筒的高度作了規(guī)定，最外圈的圓筒的高度最高；直徑尺寸最小的圓筒的高度為第二高，其余 的圓筒，它們的高度都不可以超過(guò)圓筒直徑尺寸最小的圓筒的高度(見(jiàn)圖1 ;A——C)(見(jiàn)感應(yīng)加熱加壓固定床氣化爐正視圖(剖視圖))。在多孔水平分布板的底部裝有一只墊圈，墊圈的內(nèi)徑尺寸小于等于圓筒內(nèi)膽的最外圈的圓筒的內(nèi)徑尺寸，墊圈的外徑尺寸與“氣化爐”的爐壁的內(nèi)徑尺寸相同。圓筒內(nèi)膽就擱在這一塊多孔水平分布板上，這一塊多孔水平分布板就擱在墊圈上，墊圈就擱在爐柵上，爐柵同時(shí)托住圓筒內(nèi)膽和多孔水平分布板以及墊圈和被大小不一的圓筒一圈一圈地隔開(kāi)的煤炭，使煤炭不會(huì)很快掉下去，在爐柵的下面再安裝二塊每塊鉆有許多大于等于5毫米的小孔的爐板，并且讓上下二塊爐板上的小孔相互間錯(cuò)開(kāi)疊放，這樣就可以接住通過(guò)爐柵間隙而掉下來(lái)的小尺寸煤炭。通過(guò)噴嘴把加壓的氣化劑(水蒸氣H2O)從爐板的下面送入爐內(nèi)。
[0099]在這高溫(大于等于1000°C )的環(huán)境下，煤炭中的碳(C)和氣化劑(水蒸汽H2O)發(fā)生水蒸汽分解反應(yīng)(C+H20=C0+H2+135.0kj / mol)。一步就轉(zhuǎn)化成CO和H2氣體，因?yàn)椋?000°C，這是一個(gè)不可逆的反應(yīng)。CO和H2氣體從出口 2排出，進(jìn)入儲(chǔ)氣罐。殘?jiān)匀墼问綇摹案袘?yīng)加熱加壓固定床氣化爐”爐灰出口 4處排出。
[0100]雖然煤炭中含有少量的硫，但由于本發(fā)明采用的是“感應(yīng)加熱氣化爐”;在“感應(yīng)加熱氣化爐”爐內(nèi)固定地放著的、用鋼板捲成的圓筒內(nèi)膽，圓筒內(nèi)膽上產(chǎn)生的感應(yīng)電流使整個(gè)圓筒內(nèi)膽的溫度快速升高到(大于等于1000°c )的高溫，帶有高溫(大于等于1000°c )的圓筒內(nèi)膽通過(guò)熱輻射把圓筒內(nèi)膽內(nèi)的煤炭加熱到1000°c的高溫，它提供的熱量足夠滿足完成使煤炭中的碳(C)和氣化劑(水蒸氣H2O)發(fā)生水蒸氣分解反應(yīng)(C+H20=C0+H2+135.0kj /mol)所需要的熱量。不需要再用氧(O2)氣作為氣化劑。所以，也就不會(huì)產(chǎn)生二氧化硫、氮氧化合物。同時(shí)也就不會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳，所以也就減輕了合成氣(CCHH2)需要凈化的壓力。因?yàn)?，煤炭中含有少量的硫，它?huì)與合成氣(CCHH2)中的H2發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生硫化氫，我們只要用氧化鐵來(lái)脫硫(包含脫硫和再生兩個(gè)過(guò)程)即可，通過(guò)除塵凈化，我們就能夠很容易地生產(chǎn)出干凈的合成氣(CCHH2)。
[0101]在“感應(yīng)加熱氣化爐”的頂部是一真空煤炭加料斗，用真空煤炭加料斗的目的是:是為了防止大氣中的有害氣體(O2)進(jìn)入“感應(yīng)加熱氣化爐”內(nèi)，產(chǎn)生不必要的干擾反應(yīng)。煤炭自上而下地進(jìn)入氣化爐內(nèi)。
[0102]真空煤炭加料斗它由頂蓋，閥門，斗體，底板組成。需要加煤炭時(shí),打開(kāi)真空煤炭加料斗的頂蓋，然后倒入煤炭，蓋上頂蓋，然后抽真空到高真空度，接下去打開(kāi)真空加煤炭斗與煤炭進(jìn)口相通的閥門，讓“感應(yīng)加熱氣化爐”內(nèi)的“合成氣”緩慢地進(jìn)入真空加煤炭斗，最后真空加煤炭斗的氣壓與“感應(yīng)加熱氣化爐”內(nèi)的氣壓平衡時(shí)，關(guān)閉真空加煤炭斗與煤炭進(jìn)口相通的閥門，打開(kāi)真空加煤炭斗的底板，讓煤炭進(jìn)入“感應(yīng)加熱氣化爐”內(nèi)，完成后，關(guān)上真空加煤炭斗的底板，然后把真空加煤炭斗內(nèi)的“合成氣”抽干凈。然后打開(kāi)真空加煤炭斗與大氣相通的閥門讓大氣緩慢地進(jìn)入真空加煤炭斗，最后真空加煤炭斗的氣壓與大氣的氣壓平衡時(shí)，關(guān)閉真空加煤炭斗與大氣相通的閥門，打開(kāi)真空加煤炭斗的頂蓋，然后倒入煤炭，蓋上頂蓋，重新開(kāi)始新的循環(huán)。
[0103]而對(duì)于“感應(yīng)加熱加壓流化床氣化爐”和“感應(yīng)加熱加壓氣流床氣化爐”因?yàn)榕c“感應(yīng)加熱加壓固定床氣化爐”有區(qū)別，所以，可以在氣化爐的頂部安裝有自動(dòng)加煤炭的加料斗(見(jiàn)圖2)，煤炭的粒度為小于等于10毫米的小顆粒。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
`[0104]圖1:感應(yīng)加熱加壓固定床氣化爐
[0105]一:A——C，感應(yīng)加熱加壓固定床氣化爐正視圖(剖視圖)
[0106]1:水蒸氣(H2O)進(jìn)口，2:合成氣(CCHH2)出口，3:加煤炭的進(jìn)口，4:爐灰的出口，5:爐壁，6:鋼板捲成的圓筒；(6——I ;直徑最小的圓筒；6——2 ;直徑第二小的圓筒；6——3 ；直徑第二大的圓筒；6——4 ;直徑最大的圓筒)；7:真空加煤炭斗，8:感應(yīng)加熱用的線圈，9:煤炭堆放，水蒸氣分解反應(yīng)室，10:爐柵，11:爐板，12-1:閥門(與加煤炭的進(jìn)口相通)，12-2:閥門(與大氣相通)，13:斗體，14:頂蓋，15:斗體底板，16:墊圈，17:噴嘴，18:多孔水平分布板，R:水蒸氣(H2O)進(jìn)口，S:合成氣(CCHH2)出口，T:煤炭進(jìn)口，
[0107]二:A——A, A——A截面俯視圖
[0108]5:爐壁,6:鋼板捲成的圓筒；(6-1 ;直徑最小的圓筒；6-2 ;直徑第二小的圓
筒；6——3 ;直徑第二大的圓筒；6——4 ;直徑最大的圓筒)；8:感應(yīng)加熱用的線圈，9:煤炭堆放，水蒸氣分解反應(yīng)室，16:墊圈，
[0109]圖2:感應(yīng)加熱加壓流化床氣化爐、感應(yīng)加熱加壓氣流床氣化爐
[0110]一:A——C，感應(yīng)加熱加壓流化床氣化爐、感應(yīng)加熱加壓氣流床氣化爐正視圖(剖視圖)[0111]1:水蒸氣(H2O)進(jìn)口，2:合成氣(CCHH2)出口，3:加煤炭的進(jìn)口，4:爐灰的出口，5:爐壁，6:鋼板捲成的圓筒；(6——I ;直徑小的圓筒；6——2 ;直徑大的圓筒)；7:自動(dòng)加煤炭的加料斗，8:感應(yīng)加熱用的線圈，9:小顆粒煤炭與水蒸氣分解反應(yīng)室，10:爐柵，11:爐板，16:墊圈，17:噴嘴，18:多孔水平分布板，
[0112]二:A——A, A——A截面俯視圖
[0113]5:爐壁,6:鋼板捲成的圓筒；(6-1 ;直徑小的圓筒；6-2 ;直徑大的圓筒);
[0114]8:感應(yīng)加熱用的線圈，9:小顆粒煤炭與水蒸氣分解反應(yīng)室，16:墊圈，
【具體實(shí)施方式】
[0115]為了要實(shí)現(xiàn)本發(fā)明“一種不產(chǎn)生碳排放的生產(chǎn)合成氣的新方法”，以“感應(yīng)加熱加壓固定床氣化爐”為例(見(jiàn)圖1 ;A——C);它的特征就是:通過(guò)在“感應(yīng)加熱加壓固定床氣化爐”的爐外壁上安裝、繞上一定圈數(shù)的感應(yīng)爐感應(yīng)加熱用的線圈(8);同時(shí)在“感應(yīng)加熱加壓固定床氣化爐”的內(nèi)部，增加安裝多圈用鋼板捲成的圓筒組成的圓筒內(nèi)膽(6)，這些用鋼板捲成的圓筒內(nèi)膽就成了熱量的載體，同時(shí)要讓在爐外壁上安裝、繞上一定圈數(shù)的感應(yīng)爐感應(yīng)加熱用的線圈保證這些線圈疊加后的上下寬度要能夠包住從“感應(yīng)加熱氣化爐”爐內(nèi)的底部的爐板到同時(shí)在“感應(yīng)加熱氣化爐”的爐內(nèi)，增加安裝的多圈用鋼板捲成的圓筒組成的圓筒內(nèi)膽的頂部， 以保證感應(yīng)線圈感應(yīng)加熱的有效性。
[0116]當(dāng)交流電源輸入到“感應(yīng)加熱加壓固定床氣化爐”爐外的感應(yīng)加熱用的線圈中，在感應(yīng)線圈中就會(huì)形成交變電磁場(chǎng)，交變電磁場(chǎng)的磁通穿過(guò)用鋼板捲成的圓筒內(nèi)膽時(shí)，通過(guò)電磁感應(yīng)就會(huì)在被加熱的用鋼板捲成的圓筒上產(chǎn)生閉合的感應(yīng)電流(這種電流稱之為渦流)，接著，感應(yīng)電流就會(huì)在用鋼板捲成的圓筒上產(chǎn)生很大的熱量，使得用鋼板捲成的整個(gè)圓筒內(nèi)膽的溫度快速升高到高溫(大于等于1000°c )。這就完成了把外部的熱量引入到“感應(yīng)加熱加壓固定床氣化爐”內(nèi)的關(guān)鍵工作。帶有高溫(大于等于1000°c )的圓筒內(nèi)膽通過(guò)熱輻射把圓筒內(nèi)膽內(nèi)的煤炭很容易地就被加熱到1000°c的高溫。
[0117]而在“感應(yīng)加熱加壓固定床氣化爐”的內(nèi)部，在一塊多孔水平分布板(18)上，孔的直徑尺寸為大于等于5毫米。在這一塊多孔水平分布板(18)上安裝多圈用鋼板捲成的、
直徑尺寸大小不一的圓筒(見(jiàn)圖1 ;A-A)，按直徑尺寸的大小(6-4直徑尺寸最大；
6—3直徑尺寸第2大；6—2直徑尺寸第2??；6——I直徑尺寸最??；把這些用鋼板捲成的圓筒，從小到大(6—I ；6—2 ；6—3 ；6—4)、從里套到外，這就組成了一個(gè)用圓筒組成的圓筒內(nèi)膽，對(duì)圓筒內(nèi)膽的每一個(gè)圓筒的高度作了規(guī)定(見(jiàn)圖1 ;A——C)，最外圈的圓筒(6——4)的高度最高；然后，從直徑尺寸小的圓筒(6——I)往外數(shù)著看，圓筒(6——I)、圓筒(6——2)、圓筒(6——3)，圓筒(6——I)的高度不會(huì)超過(guò)圓筒(6——4)的高度，但大于圓筒(6——2)、圓筒(6——3)的高度；圓筒(6——2)的高度大于圓筒(6——3)的高度(見(jiàn)圖1 ;A——C，感應(yīng)加熱加壓固定床氣化爐正視圖(剖視圖))；在多孔水平分布板的底部(18)裝有一只墊圈(16)，墊圈(16)的內(nèi)徑尺寸小于等于圓筒內(nèi)膽的最外圈的圓筒(6——4)的內(nèi)徑尺寸，墊圈(16)的外徑尺寸與“氣化爐”的爐壁(5)的內(nèi)徑尺寸相同。圓筒內(nèi)膽就擱在這一塊多孔水平分布板(18)上，這一塊多孔水平分布板(18)就擱在墊圈
(16)上、墊圈就擱在爐柵(10)上，爐柵(10)同時(shí)托住圓筒內(nèi)膽和多孔水平分布板(18)以及墊圈(16)和被大小不一的圓筒一圈一圈地隔開(kāi)的煤炭，使煤炭不會(huì)很快掉下去，在爐柵(10)下再安裝二塊每塊鉆有許多大于等于5毫米的小孔的爐板(11)，并且讓上下二塊爐板上的小孔相互間錯(cuò)開(kāi)疊放，這樣就可以接住通過(guò)爐柵間隙而掉下來(lái)的小尺寸煤炭。通過(guò)噴嘴(17)把加壓的氣化劑(水蒸氣氏0)從爐板(11)的下面送入爐內(nèi)。
[0118]在這高溫(大于等于1000°C )的環(huán)境下，煤炭中的碳(C)和氣化劑(水蒸汽H2O)發(fā)生水蒸汽分解反應(yīng)(C+H20=C0+H2+135.0kj / mol)。一步就轉(zhuǎn)化成CO和H2氣體，因?yàn)?，?000°C，這是一個(gè)不可逆的反應(yīng)。CO和H2氣體從出口 2排出，進(jìn)入儲(chǔ)氣罐。殘?jiān)匀墼问綇摹案袘?yīng)加熱加壓固定床氣化爐”的爐灰出口 4處排出。
[0119]雖然煤炭中含有少量的硫，但由于本發(fā)明采用的是“感應(yīng)加熱加壓固定床氣化爐”;在“感應(yīng)加熱固定床加壓氣化爐”爐內(nèi)固定地放著的、用鋼板捲成的圓筒內(nèi)膽，圓筒內(nèi)膽上產(chǎn)生的感應(yīng)電流使整個(gè)圓筒內(nèi)膽的溫度快速升高到(大于等于IOO(TC)的高溫，帶有高溫(大于等于1000°c )的圓筒內(nèi)膽通過(guò)熱輻射把圓筒內(nèi)膽內(nèi)的煤炭加熱到1000°C的高溫，它提供的熱量足夠完成使煤炭中的碳(C)和氣化劑(水蒸氣H2O)發(fā)生水蒸氣分解反應(yīng)(C+H20=C0+H2+135.0kj / mol)所需要的熱量，不需要再用氧(O2)氣作為氣化劑。所以，也就不會(huì)產(chǎn)生二氧化硫、氮氧化合物。同時(shí)也就不會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳，所以也就減輕了合成氣(CCHH2)需要凈化的壓力。因?yàn)?，煤炭中含有少量的硫，它?huì)與合成氣(CCHH2)中的H2發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生硫化氫，我們只要用氧化鐵來(lái)脫硫(包含脫硫和再生兩個(gè)過(guò)程)即可，通過(guò)除塵凈化，我們就能夠很容易地生產(chǎn)出干凈的合成氣(CCHH2)。
[0120] 在“感應(yīng)加熱加壓固定床氣化爐”的頂部是一真空煤炭加料斗，真空煤炭加料斗它由頂蓋，閥門，斗體，底板組成。需要加煤炭時(shí)，打開(kāi)真空煤炭加料斗的頂蓋，然后倒入煤炭，蓋上頂蓋，然后抽真空到高真空度，接下去打開(kāi)真空加煤炭斗與煤炭進(jìn)口相通的閥門，讓“感應(yīng)加熱加壓固定床氣化爐”內(nèi)的“合成氣”緩慢地進(jìn)入真空加煤炭斗，最后真空加煤炭斗的氣壓與“感應(yīng)加熱加壓固定床氣化爐”內(nèi)的氣壓平衡時(shí)，關(guān)閉真空加煤炭斗與煤炭進(jìn)口相通的閥門，打開(kāi)真空加煤炭斗的底板，讓煤炭進(jìn)入“感應(yīng)加熱加壓固定床氣化爐”內(nèi)，完成后，關(guān)上真空加煤炭斗的底板，然后把真空加煤炭斗內(nèi)的“合成氣”抽干凈。然后打開(kāi)真空加煤炭斗與大氣相通的閥門讓大氣緩慢地進(jìn)入真空加煤炭斗，最后真空加煤炭斗的氣壓與大氣的氣壓平衡時(shí)，關(guān)閉真空加煤炭斗與大氣相通的閥門，打開(kāi)真空加煤炭斗的頂蓋，然后倒入煤炭，蓋上頂蓋，重新開(kāi)始新的循環(huán)。
【權(quán)利要求】
1.一種不產(chǎn)生碳排放的生產(chǎn)合成氣的新方法，該技術(shù)方案是:采用把冶金領(lǐng)域的“感應(yīng)加熱爐”技術(shù)與煤化工領(lǐng)域的“氣化爐”技術(shù)合并，把“氣化爐”改造成“感應(yīng)加熱氣化爐”;它包括“感應(yīng)加熱加壓固定床氣化爐”、“感應(yīng)加熱加壓流化床氣化爐”、“感應(yīng)加熱加壓氣流床氣化爐”;“感應(yīng)加熱氣化爐”的特征是:通過(guò)在“感應(yīng)加熱氣化爐”的爐外壁上安裝、繞上一定圈數(shù)的感應(yīng)爐感應(yīng)加熱用的線圈；同時(shí)在“感應(yīng)加熱氣化爐”的爐內(nèi)，增加安裝多圈(不少于一圈)、用鋼板捲成的圓筒組成的圓筒內(nèi)膽，這些用鋼板捲成的圓筒內(nèi)膽就成了熱量的載體，同時(shí)要讓在爐外壁上安裝、繞上一定圈數(shù)的感應(yīng)爐感應(yīng)加熱用的線圈保證這些線圈在疊加后的上下寬度要能夠包住從“感應(yīng)加熱氣化爐”爐內(nèi)的底部的爐板到同時(shí)在“感應(yīng)加熱氣化爐”的爐內(nèi)，增加安裝的多圈、用鋼板捲成的圓筒組成的圓筒內(nèi)膽的頂部，以保證感應(yīng)線圈感應(yīng)加熱的有效性；同時(shí)在“感應(yīng)加熱氣化爐”的內(nèi)部，在一塊板上的孔的直徑為大于等于5毫米的多孔水平分布板上，安裝多圈用鋼板捲成的、直徑尺寸大小不一的圓筒，按直徑尺寸的大小，從小到大、從里套到外，這就組成了一個(gè)用圓筒組成的圓筒內(nèi)膽， 直徑尺寸最大的圓筒是圓筒內(nèi)膽的最外圈，它的高度最高；直徑尺寸最小的圓筒的高度不可以超過(guò)最外圈的圓筒的高度，為第二高；并且高于其它所有的圓筒的高度；在多孔水平分布板的底部裝有一只墊圈，墊圈的內(nèi)徑尺寸小于等于圓筒內(nèi)膽的最外圈的圓筒的內(nèi)徑尺寸，墊圈的外徑尺寸與“氣化爐”的爐壁的內(nèi)徑尺寸相同，圓筒內(nèi)膽就擱在多孔水平分布板上，多孔水平分布板就擱在墊圈上、墊圈就擱在爐柵上，爐柵同時(shí)托住圓筒內(nèi)膽和多孔水平分布板以及墊圈和被大小不一的圓筒一圈一圈地隔開(kāi)的煤炭，使煤炭不會(huì)很快掉下去，在爐柵下面再安裝二塊每塊鉆有許多大于等于5毫米的小孔的爐板，并且讓上下二塊爐板上的小孔相互間錯(cuò)開(kāi)疊放，這樣就可以接住通過(guò)爐柵間隙而掉下來(lái)的小尺寸煤炭，通過(guò)噴嘴把加壓的氣化劑(水蒸氣H2O)從爐板的下面送入爐內(nèi)，在“感應(yīng)加熱加壓固定床氣化爐”的頂部是一真空煤炭加料斗，它由頂蓋，閥門，斗體，底板組成，也可以在氣化爐的頂部安裝有自動(dòng)加煤炭的加料斗，煤炭的粒度為小于等于10毫米的小顆粒。
【文檔編號(hào)】C10J3/02GK103756727SQ201410027028
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月21日
【發(fā)明者】劉平清, 陳蓓珠, 劉嵐 申請(qǐng)人:劉平清, 陳蓓珠, 劉嵐