氧化反应和还原反应分离的还原炉及合成气体回收系统技术方案

本发明专利技术涉及氧化反应和还原反应分离的还原炉以及合成气体回收系统，具体涉及在未被相隔的一个空间使氧化反应和还原反应分离的还原炉及利用其的合成气体回收系统，将多个设置有燃料供给孔和多个供氧孔的还原炉设置于反应炉的壁体，以此构成反应炉的燃烧器，在还原炉的头部前端设置可完全消耗氧的燃烧器深度充足的燃烧室，氧的量少于可使在对还原炉点火之后的燃料氧化的氧量，从而在燃烧室内部充分实现氧的氧化反应，在反应炉内部不存在氧流入，在向反应炉的内部流入不完全燃烧的燃料、辐射热及在还原炉内因氧化而产生的H2O分子或CO2分子而使反应炉被加热至1200℃以上的高温的之后，仅发生基于H2O分子或CO2分子的还原反应。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及可使在焚化炉等的所有氧化反应炉和目前的煤气化装置等的氧化反应和还原反应混合发生的所有混合反应炉仅发生还原反应的还原炉，涉及在未被互相隔开的一个空间使氧化反应和还原反应完全分离，以此在反应炉内仅发生还原反应，由此，随着利用上述还原炉使各种有机物废物或煤炭完全还原，去除基于氧化的毒性副产物，因此，即使不对副产物进行第二次处理，也可从煤炭或有机物废物获得纯度极高的合成气体(Synthesis gas)(H2和CO的混合气体)的氧化反应和还原反应分离的还原炉及利用其的合成气体回收系统。
技术介绍
通常，现代工业所使用的所有种类的氧化反应炉(燃烧炉)(工业废物焚烧炉、复合火力发电、医院垃圾等的焚烧炉)主要使用可承受1200℃以下的低温氧化环境的绝热材料和燃烧器，因对还原的认识不足，从而采用了在焚烧炉等的燃烧炉中焚烧所有工业废物等来减少体积的氧化处理方法。但是，当焚烧聚氯乙烯(PVC)等的包含氯的物质时，会产生大量对人体有害物质的二恶英，二恶英中的用于枯叶剂或制备剂的四氯二苯并-p-二恶英(TCDD，tetrachlorodibenzo-p-dioxin)具有比氰化钾强1000倍的毒性，1g的四氯二苯并-p-二恶英足以毒死两万名体重在50kg的人。即，聚氯乙烯被认为是城市生活废物中的最大二恶英产生源，当焚烧聚氯乙烯废物时，不仅产生二恶英，而且还产生包括氯乙烯单体、氯苯、苯、甲苯、二甲苯、萘等的芳香族致癌物质在内的至少75种燃烧副产物。并且，在焚烧聚氯乙烯废物的情况下，还排出为了抑制分解而添加的铅、镉等重金属稳定剂和被疑为环境激素的邻苯二甲酸盐类的增塑剂等的有害成分。尤其，由于添加大量作为稳定剂的重金属，因此在城市生活废物中，聚氯乙烯产生最多的铅、镉。而且，根据韩国食品药品管理局的有害物质丛书，当焚烧含氯的有机化合物(聚氯乙烯原料物质)时，通过原料气体的不完全燃烧或冷却带(cooler zones：240℃～450℃)的粉煤灰非均反应来产生二恶英，在焚烧炉工序之后的被冷却至250℃～300℃的后燃(post-combustion)步骤中，可借助粉煤灰中的金属氯化物的催化作用重新生成二恶英。如上所述，事实上，在1200℃以上的高温条件下，即使第二次处理二恶英，随着温度的降低，重新生成二恶英的可能性高，事实上，在焚烧过程中，无法焚烧氧无法到达的内部的二恶英，而对氧无法到达的部分临界点只能以低温进行处理，因此，在焚烧过程中，无法完全避免二恶英的生成。在对焚烧如上所述的各种废物时所产生的问题进行研究的过程中，逐渐了解到会生成基于氧化的多种次生化合物，之后对在进行氧化之后处理次生化合物的方法进行了研究。并且，在整体煤气化联合循环发电(IGCC，Integrated Gasification Combined Cycle)等的煤气化装置中，认识到在特定温度(约为1200℃)以上的条件下会发生还原反应的事实，从而研究了在相同的空间内使氧化反应和还原反应混合发生的方法，即，为了达到上述温度，在一个空间使作为处理对象物质的煤炭的粉末形态的煤粉氧化，若反应炉借助氧化反应的热量达到1200℃以上的高温，则阻断氧，使被氧化后剩余的煤粉在上述温度下发生还原反应。上述煤气化装置的还原反应如下。还原反应化学方程式反应器：(ΔH：positive)1200℃以上C+H2O＝CO+H2+122.6kJ/molC+CO2＝2CO+164.9kJ/mol(-CH2-)+H2O＝CO+2H2+206.2kJ/mol(-CH2-)+CO2＝2CO+H2+247.3kJ/mol上述还原反应为如上所述的吸热反应，如图8中的实验图表所示，是在1200℃～1300℃以上的温度条件下，包含碳的所有物质中的所有碳均变换为CO且所有氢均变换为H2的理论。上述反应为通过煤粉和氧的发热反应将温度提升至1200℃以上的氧化反应(一同注入高温的蒸汽(H2O)，使得蒸汽也被加热至1200℃以上的温度，从而使反应炉内部温度达到1200℃以上)和停止供给氧并在上述温度下所发生的还原反应，而且，还包括使上述化合物在较低的温度下生成次生化合物的反应。如上所述，若氧化反应和气化反应(还原反应)一同发生，则除合成气体(H2和CO的混合气体)之外，生成作为氧化反应物质的二氧化硫气体(SO2)、浮游微粒、氮氧化物(NOx)、各种有机化合物(二恶英、碳氢化合物(hydrocarbon)、挥发性有机物(VOC，volatile organic compounds)等)、水银、砷、铅、镉等。其中，图1为简要示出以往的设置有普通燃烧器的高温氧化炉的燃烧状态的剖视图，图2为示出图1中的燃烧器的燃烧状态的放大图。其中，在所示的燃烧炉10设置有包括燃料供给孔22和第一供氧孔23的普通燃烧器20，在燃烧炉10的一侧设置额外的第二供氧孔11，从而氧通过第一供氧孔23和第二供氧孔11向燃烧炉10内充分供给，在此状态下，在燃烧炉10进行燃烧。而且，在上述以往的燃烧器20中，设置于头部21自身的燃烧室在头部21前端以非常短(薄)的方式形成或者根本不存在燃烧室，因此，若对燃烧室20进行点火，则头部21的火焰在燃烧炉10内部的空间直接接触处理对象物质并焚烧处理对象物质。在使用上述以往的燃烧器20的燃烧炉10采用氧存在于反应炉内部、通过对处理对象物质进行点火使氧与处理对象物质一同燃烧来焚烧处理对象的氧化燃烧器方式，通过向包含碳的有机物(CnH2n)供给氧来使上述有机物燃烧，因此，氧化反应和还原反应(在达到1200℃以上的温度的极少部分也会发生还原反应。)一同发生并产生各种氧化物和次生化合物。即，除二恶英之外，还产生甲苯、萘、苯、氯乙烯单体、二甲苯、氯苯等的芳香族致癌物质(PAHS)和二氧化硫气体、二氧化氮(NO2)、二氧化碳等，因此，在直接向大气排放上述有害物质的情况下，会发生严重的大气污染及环境污染，为了对有害物质进行过滤，需耗费相当多的处理费用。并且，为了很好地进行燃烧，使用大量的燃烧器用燃料，并且需持续向燃烧炉供给用于使对象物质直接被氧化的氧，由此产生的费用负担极大。
技术实现思路
对此，本专利技术用于解决上述以往的问题，本专利技术的目的在于，提供氧化反应和还原反应分离的还原炉，即，可在未被互相隔开的一个空间使氧化反应和还原反应分离，通过利用还原反应使各种有机废物或煤炭完全还原，达到即使不进行二次处理，也可获得纯度极高的合成气体。本专利技术的另一目的在于，提供利用氧化反应和还原反应分离的还原炉的合成气体回收系统，即，可反复进行在设置有上述还原炉的反应炉中生成合成气体的过程和将所生成的合成气体作为燃料来向还原炉供给并重复使用的过程。即，利用上述还原反应使各种有机物废物或煤炭等有机物完全还原，由此，并不消耗燃料，反而生成作为燃料的合成气体，因此，可重复使用上述燃料来进行连续处理。如上所述的本专利技术的目的在于，当构成将多个设置有燃料供给孔和多个供氧孔的还原炉设置于反应炉的壁体的还原反应炉时，在还原炉的头部前端形成可在还原炉内完全消耗在对还原炉进行点火之后与燃料一同供给的氧的深度充足的燃烧室。即，通过供给充分少于用于使所供给的燃料被氧化所需的氧量的氧，使上述燃料不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化反应和还原反应分离的还原炉，将多个设置有燃料供给孔(210)和多个供氧孔(220)的还原炉(200)设置于反应炉(100)的壁体(101)，以此构成将反应炉(100)的内部温度加热至1200℃以上高温的反应炉的燃烧器，所述氧化反应和还原反应分离的还原炉的特征在于，在还原炉(200)的头部(201)前端设置能够完全消耗向头部(201)供给的氧的深度的燃烧室(202)，使通过供氧孔(220)供给的氧在燃烧室(202)内部被充分消耗，以产生氧化燃烧作用，若向反应炉(100)内部流入包括C、CO、H2的不完全燃烧的燃料、辐射热及在还原炉内因氧化而产生的H2O分子或CO2分子，使反应炉的温度被加热至1200℃以上的高温，则仅发生基于H2O分子或CO2分子的还原反应。

【技术特征摘要】
2015.06.16 KR 10-2015-00850981.一种氧化反应和还原反应分离的还原炉，将多个设置有燃料供给孔(210)和多个供氧孔(220)的还原炉(200)设置于反应炉(100)的壁体(101)，以此构成将反应炉(100)的内部温度加热至1200℃以上高温的反应炉的燃烧器，所述氧化反应和还原反应分离的还原炉的特征在于，在还原炉(200)的头部(201)前端设置能够完全消耗向头部(201)供给的氧的深度的燃烧室(202)，使通过供氧孔(220)供给的氧在燃烧室(202)内部被充分消耗，以产生氧化燃烧作用，若向反应炉(100)内部流入包括C、CO、H2的不完全燃烧的燃料、辐射热及在还原炉内因氧化而产生的H2O分子或CO2分子，使反应炉的温度被加热至1200℃以上的高温，则仅发生基于H2O分子或CO2分子的还原反应。2.根据权利要求1所述的氧化反应和还原反应分离的还原炉，其特征在于，在还原炉(200)的头部(201)前端设置的燃料室(202)具有能够在还原炉内完全消耗在对燃料供给孔(210)的燃料点火之后所供给的氧的深度，从而，使通过供氧孔(220)供给的氧在所供给的C、CO、H2燃料燃烧时在燃烧室(202)内被完全消耗。3.根据权利要求1所述的氧化反应和还原反应分离的还原炉，其特征在于，使通过供氧孔(220)向燃烧室(202)供给的氧量少于通过燃料供给孔(210)向燃料室(202)供给的燃料量，从而在...

【专利技术属性】
技术研发人员：张连，
申请(专利权)人：张连，金相元，
类型：发明
国别省市：韩国;KR