本发明专利技术提供设计用于将含碳原料完全转化为合成气和熔渣的系统。该系统包括初级室，其用于原料挥发，从而产生初级室气体（尾气）；次级室，其用于进一步转化加工过的原料为次级室气体（合成气）和残渣；用于加工在一个或多个室内产生的气体的气体重组区；以及用于使残渣玻璃化的熔融室。初级室包括直接或间接的原料添加功能，以调节原料的含碳量。该系统还包括控制系统，其用于气化系统以监测和调节不同阶段的过程，从而确保完全有效地转化含碳原料为合成气产品。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及气化领域，特别是涉及一种用于发电的含碳原料气化系统。
技术介绍
气化是能够从碳基原料(称为含碳原料)生产可燃气体或合成气体(如H2、CO、 CO2XH4)的过程。该气体可用于发电或作为基础原料以生产化学产品和液体燃料。该过程 能够生产这样的气体，该气体既可用于发电，也可作为主要基础原料以制造化学产品及运 输燃料。该气体可特别用于在锅炉内燃烧生产蒸汽，以供内部加工和/或其他外部用途 使用；或供蒸汽汽轮机发电；在燃气轮机或发动机内直接燃烧来发电；燃料电池；生产甲醇 和其他液体燃料；作为另外的原料来生产化学产品，如塑料和化肥；提取氢气和一氧化碳 作为离散的工业燃气；以及如果需要，其他工业热量需要。气化不是焚烧或燃烧过程。焚烧和燃烧过程运行以使用过量氧气来热破坏含碳原 料，从而产生二氧化碳、水、二氧化硫、二氧化氮及热量。焚烧也产生底部灰渣和粉煤灰，在 大多数情况下，它们必须作为危险物料收集、处理和处置。与此相比，气化过程则在缺氧或 限氧条件之下运行，并且产生原料气体组合物，其包含H2、COi2S和NH2。经过清洗，初级气 化产物为吐和Co。与焚烧相比(其使用过量空气操作以完全转化输入原料为能量和灰渣)，气化通 过在受控制条件下加热含碳原料而将其转化为高能燃料。气化过程有意限制转化程度，使 其不直接发生燃烧。气化过程运行所需氧气供应量控制在亚化学计量条件下(一般在理论 上完全燃烧需氧量的35%或更少)，使气化过程能够转化含碳原料成为有价值中间体，并 可进一步加工处理以用于物料再循环或能量回收。一些气化过程也采用间接加热方式，从 而避免在气化反应器中燃烧含碳原料，并且避免氮气和过量二氧化碳稀释产品气体。一般情况下，这样的气化过程包括输送含碳材料进入加热室(气化反应器)，同 时伴随控制和限量氧气和蒸汽。在气化反应器中的条件所产生的高温运行条件下，热能和 部分氧化使化学键断裂，并且无机矿物质熔融或玻璃化以形成熔融的玻璃状物质(称为熔 渣)。除城市固体废物、危险废物等，各种等级煤炭也可作为原料。这包括低级高硫煤， 由于其产生高含硫量的排放物，该煤炭不适用于燃煤发电机。煤炭开采、分类和清洗后，残 留的废煤渣和淤泥也适用于气化。煤炭可以与氧气和水蒸气气化生成所谓“合成气体”，其 主要含有一氧化碳、氢气、二氧化碳、气态硫化合物和颗粒物。气化步骤通常在约650°C至 1200°C的温度范围内、在大气压或更常见在从约20大气压至约100大气压的高压下进行。常见有几种不同类型煤，由于地质历史其表现出不同性能。煤进展程度被称为煤 的“等级”。泥炭是植物材料层，其直接在构成成煤环境的成长区之下。植物材料几乎没有 显示变化，并包含有活体根。褐煤在地质上非常年轻(小于40，000年)。它可以是松软、纤 维质、含有大量水分(通常约70% )和有较低含量的能量(8-10兆焦耳/公斤)。黑煤年龄范围是从0. 65至1. 05亿年至高达2. 60亿年。它们更硬，更亮的光泽，具有低于3%的水 分，并且可以具有高达约M至^MJ/kg的能量含量。无烟煤完全不含水分和有极低挥发物 含量，因此其燃烧很少或根本没有烟雾。无烟煤的能量含量可高达约32MJ/kg。由于煤炭通常含有硫化物，因此尝试提供用于煤炭气化的方法，以生产清洁燃气 产品，其中在使用(如燃气涡轮机中使用以发电)前，从产品燃料气体中清除硫。此外，来自 气化区的气体可被净化以消除煤尘和粉煤灰，并且还可除去其他杂质，如汽化灰渣、碱等。多件专利涉及煤炭气化来生产合成气以用在各种应用中的不同技术，包括美国专 利号4, 141，694,4, 181，504,4, 208，191,4, 410，336,4, 472，172,4, 606，799,5, 331，906、 5，486，269 和 6，200，430。多种不同类型的生物质适于用作气化工艺的原料来生产合成气。例如，可用于气 化的生物质包括纸浆和废纸、木材制品如碎树皮、木屑或锯末、污水和污泥、食品废弃物、植 物物质、稻草、农业和动物废料、和纤维素类工业废料(例如，建筑废物)。如在本文中使用 的，事实上生物质被定义为包括任何生物源的物质，其可以被用作能源或工业原料。因为生 物质是通过太阳能、并通过空气、水、土壤或类似天然物质的共同作用而产生，因此它可以 被无限生产，因而提供无限碳源以在生产合成气的气化过程中使用。多件专利涉及生物质气化来生产合成气以用在多种应用中的不同技术，包括美国 专利号6, 948，436,6, 987，792,6, 923，004,6, 991，769,6, 808，543,6, 830，597,6, 680，137、 6，685，754,6, 615，748,6, 032，456,5, 425，792 和 4，699，632。煤炭和生物质气化过程中还采用等离子火炬技术。等离子电弧火炬是通过工作气 体电分解和电离以在等离子电弧中心线建立高温而产生。市售等离子火炬可在使用点持续 地展示适当高的火焰温度，并且可获得大小从约100KW到超过6MW的输出功率。等离子体是高温发光气体，其是至少部分电离的，并且是由气体原子、气体离子和 电子组成。任何气体都可以用这种方式产生等离子体。由于气体可以是中性的(例如，氩 体、氦体、氖体)、还原性的(例如，氢气、甲烷、氨、一氧化碳)或氧化性的(例如，氧气、氮、 二氧化碳)，因此其可优异地控制等离子体内的化学反应。在整个相体内，等离子体是电中 性的。热等离子体可以由气体穿过电弧生成。电弧通过电阻加热和辐射加热方式，在微秒级 时间范围内将穿过电弧气体迅速加热至极高温度。典型的等离子火炬是由细长管道组成， 管内有加工气体流过，并在管内中心同轴装有电极。在这种形式火炬内，直流高压施加在阴 阳两级间隙之间，其中心电极作为阳极，外部电极则作为阴极。通过阴阳两极间隙内气体的 电流形成具有高温电磁能量电弧，该电弧是由电离气体分子组成。任何气体或气体混合物， 包括空气，可以通过该等离子火炬。由煤炭和生物质气化生成的气体产品统称“合成气体”(或合成气)，其含有一氧 化碳、氢气、二氧化碳、气态硫化合物以及颗粒物。气化过程通常在约650°C至1200°C的温 度范围内、在大气压或更常见在从约20大气压至约100大气压的高压下进行运行。在1300F(700°C )或更高的高温气化过程中，气化过程通常涉及碳与空气、氧气、 水蒸气、二氧化碳、或这些气体的混合物的化学反应，以生产气体产品。一旦含碳材料转化 成气体状态，可从气体中清除有害物质如硫化合物和灰渣。该过程的产品可包括气态烃 (也称合成气)、液态烃(油)、和加工过的原料/焦炭(碳黑和灰渣)、热和熔渣。熔渣是高温气化过程的副产品，其是一种非浸、不危险、不挥发、玻璃状的无机材7料。在高温条件下，矿物质熔融，并且作为熔渣被排出，经过淬火或冷却后，其形成玻璃状物 质。这种副产品适合用作建筑材料。例如，该材料可以被粉碎并混入浙青以用于铺路及类似 使用。另外，该材料可利用代替煤渣或建筑预制块，从而减少预制块内部吸水。更进一步， 该材料可固化成最后形态，其适宜丢弃而不对健康或环境产生风险。工艺化学气化过程(先将含碳原料完全转化为尾气，然后加工成合成气)可以在高本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种将含碳原料转化为合成气和残渣的多室系统，该系统包括： 一个或多个初级室，其将含碳原料转化为加工过的原料／焦炭和初级室气体，其中每个初级室包括原料入口、第一空气输入装置、任选的加工添加剂入口、初级室气体出口和加工过的原料／焦炭出口；一个或多个次级室，其将所述加工过的原料／焦炭转化为残渣和次级室气体，其中每个次级室包括用于从至少从一个所述初级室接收加工过的原料／焦炭的加工过的原料／焦炭入口、第二空气输入装置、任选的加工添加剂入口、次级室气体出口和残渣出口； 一个或多个气体重组室，每个重组室包括气体重组区，该区与所述初级室和所述次级室气体出口中的至少一个流体相连，以将由此接收的所述初级室气体和／或所述次级室气体转化成加工过的合成气，其中该区包括任选的加工添加剂入口、合成气出口和一个或多个重组热源； 一个或多个熔融室，其用于将来自所述次级室的残渣转化为熔渣，其中每个所述熔融室包括与所述次级室的所述残渣出口相连的残渣入口、一个或多个熔融热源和熔渣出口；以及 调节所述系统运行的控制系统。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
【专利技术属性】
技术研发人员：安德烈亚斯昌加里斯，马克培根，
申请(专利权)人：普拉斯科能源IP控股公司毕尔巴鄂沙夫豪森分公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]
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