[发明专利]气化反应器和用于气流床气化的方法

说明书

本发明涉及方法和装置，所述方法和装置既用于气化精细分散的燃料，例如由煤、石油焦炭、生物废物或生物燃料构成的粉尘状燃料，也用于气化液态燃料，如油、焦油、精炼厂残余物和其他的液态残余物(它们可在气化器中雾化)，用于生成粗制的合成气，其主要由一氧化碳和氢组成，以下称作粗制气。

这种方法和装置是大量已知的。例如已知在底部具有渣排出口和在上部具有气体出口的构造形式。US 3,963,457描述了一种具有水平的、对置的燃烧器，下部渣流出口，上部气体出口和气体骤冷装置的Koppers-Totzek-气化器和采用引回的、冷却的气体的方法。EP 0 400740 B1描述了一种具有水平燃烧器、下部渣流出口、上部气体出口和向上的气体骤冷装置的Shell-气化器，其装备有垂直的混合管。US4,936,871描述了一种具有上部气体出口和向上的气体骤冷装置的Koppers-气化器，其也装备有垂直的混合管。US 5,441,547描述了一种同样具有上部气体出口和向上的气体骤冷装置的PRENFLO-气化器，其同样装备有垂直的混合管，而且还装备有转向装置和下方的热交换器。US 4,950,308描述了一种具有水平燃烧器、下部渣流出口、上部气体出口的Krupp-Koppers-气化器，其进一步装备有辐射冷却器和气体骤冷装置。大部分Koppers-Totzek-气化器具有水骤冷装置，其起到冷却至约1000℃的作用，这远离所生成的气体的露点，在该过程中用喷嘴生成水喷雾(Wasserspray)。

这些技术的缺点在于高的构造形式以及对于进一步冷却所生成的粗制气缺乏适用性。如果使用具有过量水的水骤冷装置以便实现将所述合成气体冷却至露点，则存在危险，即水可能到达位于下部的燃烧器平面，这在安全技术方面是非常冒险的。此外，如果骤冷水到达气化器的反应区域中，则出现热动力学方面的缺点。

还已知气化器的构造形式，在该构造形式中粗制气和渣通过在底部的孔排出，且所述构造形式装备有具有浸入管的水骤冷装置。例如US 4,247,302描述了一种具有置于上部的燃烧器和设置于下部的气体和渣的共同出口的Texaco-气化器。气化器包括分离容器，渣由该容器向下落到渣池中，而合成气侧向地流到气体骤冷容器中。不利的是，需要多个容器并且有堵塞的倾向，因为必须输送热的、还未凝固的渣颗粒，特别是在从分离容器至骤冷容器的管道中。

在US 4,494,963中描述了一种具有设置于上部的燃烧器和下部的气体和渣的共同出口的Texaco-气化器。在该气化器之下是液体骤冷装置，其主要由用冷却液体，例如水润湿的并且浸入在池中的管构成。在EP 0 278 063 A2中也描述了类似方法。在EP 0 374 324 A1中描述了如何将这样的浸入管采用液体在内部进一步润湿。类似的实施方式的例子在US 4,992,081和US 5,744,067中说明。

通过使用用液体薄膜润湿的浸入管而防止沉积。这种液体薄膜附着在壁上、垂直移动、冷却并且防止形成沉积物。然而在这些方案中不利的是，骤冷装置出口温度取决于在水浴中的气泡的尺寸和停留时间，其又受到多个因素的影响，例如气体流量、压力、在水浴中的固含量，由此造成出口温度的波动并且不能实现飞灰的有效分离。此外，浸入的管的下末端交替地与非常热的气体并与水接触，这导致快速的材料疲劳并形成沉积物。

还已知一种气化器构造形式，在该构造形式中不仅将所生成的合成气而且将渣向下引导，并且为了冷却而设有喷雾骤冷装置。例如DE40 01 739 A1描述了一种这样的气化器。在该气化器之下将水以不同的水平以喷雾锥(Spr ühkegel)的形式喷洒到热气体上。冷却的气体侧向地离开骤冷区域并且渣落到水浴中。类似的技术也在WO 98/45388A2中有描述。

DE 10 2005 048 488A1描述了一种具有多个、对称地设置在反应器顶端的燃烧器的系统；其中将所生成的粗制气和渣一起在骤冷冷却器中通过喷入水进行处理直至露点(该露点在180-240℃之间)，或通过利用废热的部分冷却进行处理。在DE 10 2005 041 930A1中描述了如何将渣和粗制气一起在下部排出，在该过程中一个或多个环形设置的喷嘴行列喷入冷凝水；所述渣经由水浴排出。粉尘沉积在骤冷室的末端进行。此外，在DE 10 2005 041 931 A1中描述了通过在夹套中设置的喷嘴用冷凝水冷却至约700-1100℃的部分骤冷；与其邻接的是废热锅炉。