[發(fā)明專利]在制備合成氣時用于碳注射和合成氣再循環(huán)的方法和裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201180022912.3
• 申請日: 2011-05-05
• 公開（公告）號: CN102985516A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: R·永格倫
• 申請（專利權(quán)）人: 科特斯公司
• 主分類號: C10J3/50
• 分類號: C10J3/50;C10J1/20
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司 72002
• 代理人: 苗征;于輝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種在用固體碳顆粒制備合成氣時用于碳注射和氣體再循環(huán)的方法和設(shè)備，其中所述碳顆粒優(yōu)選通過以下方式獲得：在碳顆粒所在的同一空間中在過程氣體存在的情況下，通過間接加熱碳顆粒，從而實(shí)現(xiàn)碳顆粒的熱解和氣化，用于再循環(huán)的反應(yīng)產(chǎn)物和氣化過程中產(chǎn)生的合成氣從所述空間中排出。為了達(dá)到最佳的效果，所述裝置包括拉瓦爾噴嘴，所述拉瓦爾噴嘴能夠?qū)怏w加速到超音速、能夠產(chǎn)生用于粉末狀碳注射的負(fù)壓并讓氣體和粉末狀碳在氣化反應(yīng)器中停留更長時間。

背景技術(shù)

要求生產(chǎn)合成氣時的碳注射裝置能夠使含碳材料在氣化過程中氣化。

氣化是由固體燃料制備氣態(tài)燃料的方法。該技術(shù)通常被用于煤、煤的剩余產(chǎn)物、石油殘?jiān)U物和生物質(zhì)。該反應(yīng)是基于氧化性氣體(例如CO₂和H₂O)被通過不完全燃燒加熱，然后與碳([C]還原劑)反應(yīng)，隨著一氧化碳(CO)和氫氣(H₂)的形成，熱量被消耗，反應(yīng)得以進(jìn)行，該反應(yīng)是吸熱的。一氧化碳(CO)和氫氣(H₂)的氣體混合物通常被稱為合成氣。

一種常見的氣化方法是在供應(yīng)過熱蒸汽的同時，含碳材料的高度亞化學(xué)計(jì)量燃燒(substoichiometric?combustion)。燃燒為系統(tǒng)提供熱量和煙道氣(CO₂和H₂O)。沒有燃燒但處于過熱狀態(tài)的碳與煙道氣和供應(yīng)的蒸汽發(fā)生反應(yīng)。碳(C)將二氧化碳(CO₂)還原成一氧化碳(CO)并將水蒸氣(H₂O)還原成氫氣(H₂)。熱量消耗導(dǎo)致溫度降低并且反應(yīng)活性下降。碳的反應(yīng)活性高度依賴于溫度，同時反應(yīng)的平衡也依賴于溫度。雖然也發(fā)現(xiàn)基于空氣的燃燒，但是基于氧的燃燒是目前與氣化相關(guān)的主要燃燒方法。大多數(shù)方法基于加壓系統(tǒng)。蒸氣和氧易被加壓，很少引起問題。將例如粉末材料引入到反應(yīng)器中意味著需要克服氣化反應(yīng)器外部的氣壓和反應(yīng)器內(nèi)的壓力之間的壓力差。

如上所述，含碳材料，例如煤、煤的剩余產(chǎn)物、石油殘?jiān)U物和生物質(zhì)，其氣化所存在的問題在于維持足夠高的溫度持續(xù)足夠長的時間從而實(shí)現(xiàn)含碳材料的完全氣化，影響氧化性氣體(CO₂和H₂O)與還原劑(碳)的充分混合并克服氣化反應(yīng)器外部與內(nèi)部氣壓之間的壓力差。如果不能維持時間和溫度，那么反應(yīng)將進(jìn)行的不徹底，混合不充分也會導(dǎo)致反應(yīng)不徹底。

本發(fā)明涉及一種在生產(chǎn)合成氣時用于碳注射的裝置，所述裝置通過管狀注射器注射粉狀材料，其中固體材料進(jìn)入到管狀噴嘴的中心，用于氧化性氣體的拉瓦爾類型的外圍噴嘴裝置產(chǎn)生強(qiáng)負(fù)壓，其將碳吸入注射器中并將其分散在氣化反應(yīng)器中，實(shí)現(xiàn)了壓力的增大，延長在反應(yīng)器中的停留時間并在其中形成均勻的混合物。氧化性氣體的強(qiáng)沖力使得氣化反應(yīng)器中的合成氣與輸入的氧化氣體和粉狀材料劇烈混合。為此目的，通過再循環(huán)氣化反應(yīng)器中的部分合成氣經(jīng)過通道中的注射器，從而可以控制氣體沖力所形成的負(fù)壓。

發(fā)明目的和特征

本發(fā)明的第一個目的是提供在引言部分限定的裝置，本發(fā)明的基本原理是通過形成負(fù)壓以便通過注射器將粉狀材料引入到氣化反應(yīng)器中。

本發(fā)明的另一個目的是當(dāng)氧化性氣體和粉狀材料被引入到氣化反應(yīng)器中時，使二者產(chǎn)生劇烈攪拌，以及在氣化反應(yīng)器中再循環(huán)合成氣，從而實(shí)現(xiàn)溫度和成分的均勻。這會導(dǎo)致在氣化反應(yīng)器中更長的停留時間并實(shí)現(xiàn)更緊湊的反應(yīng)器設(shè)計(jì)。

本發(fā)明的另一個目的是再循環(huán)合成氣通過注射器以及當(dāng)粉狀材料被以這種方式引入到氣化反應(yīng)器中時對負(fù)壓的控制。

至少本發(fā)明第一個目的是通過具有所附的獨(dú)立權(quán)利要求1限定特征的裝置來實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案限定在從屬權(quán)利要求中。

附圖說明

下面參照附圖來描述本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施方案，其中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明在制備合成氣時用于碳注射的裝置的概略圖，所述概略圖以示意圖的方式顯示了實(shí)施碳注射的裝置的組成單元，

圖2是根據(jù)本發(fā)明在制備合成氣時用于碳注射的裝置的一個實(shí)施方案的概略圖，所述概略圖也以示意圖的方式顯示了實(shí)施碳注射的裝置的組成單元。

發(fā)明詳述