[发明专利]具有等离子熔融功能的多段碳转化系统

说明书

技术领域

本发明涉及含碳原料气化的领域，特别是涉及多段碳转化器。

背景技术

气化是能够将含碳原料(例如城市固体废物(MSW)或煤)转化成可燃气体的过程。气体可以用来产生电、蒸汽或者用作基本原材料来生产化学品和液体燃料。

气体的可能用途包括：在锅炉中燃烧以生产用于内加工和/或其它外部目的的蒸汽，或通过蒸汽轮机发电；在燃气轮机或内燃机中直接燃烧来发电；燃料电池；生产甲醇和其它液体燃料；作为另外的原料以生产化学品，例如塑料和化肥；提取氢气和一氧化碳作为离散的工业燃气；和其它的工业应用。

通常气化过程包括向加热腔室(气化炉)中加入含碳原料与控制的和/或有限量的氧气和可选择的蒸汽。对比焚烧或者燃烧(其利用多余的氧气来产生CO₂、H₂O、SO_x和NO_x)，气化过程产生包含CO、H₂、H₂S和NH₃的粗气体组合物。经过净化后，目标主要气化产物是H₂和CO。

有用的原料可以包括任何城市废物、由工业活动所产生的废物和生物医药废物、污水、污泥、煤、重油、石油焦、炼油厂残余物、炼油厂废物、碳氢化合物污染的土壤、生物质、和农业废物、轮胎、和其它的有害废物。取决于原料的来源，挥发物可能包括H₂O、H₂、N₂、O₂、CO₂、CO、CH₄、H₂S、NH₃、C₂H₆、不饱和碳氢化合物，例如炔烃、烯烃、芳香烃、焦油、碳氢化合物液体(油)和焦炭(碳黑和灰)。

当原料被加热时，水是首先转化的成分。随着干原料的温度增加，开始发生裂解。在裂解的过程中，原料热分解以释放焦油、酚、和挥发性碳氢化合物气体，同时原料转化成焦炭。

焦炭包含剩余固体，所述剩余固体包括有机物和无机物。在裂解后，焦炭中的碳浓度比干原料中的高，并且可以起到活性炭来源的作用。在以较高温度(大于1200℃)运行的气化炉或有高温段的系统中，无机物熔合或玻璃化以形成熔融玻璃样物质，称为熔渣。

由于熔渣处于熔合玻璃化的状态，因此通常发现它是无毒的，并且可以在填埋厂作为无毒物质处理，或者作为炼矿原料、路基材料、或其它的建筑材料出售。由垃圾焚烧来处理废物越来越不受欢迎，因为在加热过程中燃料的特别废物和处理物质的其它废物(以剩余废物的形式)可转化成有用的熔渣和固体物质。

发明内容

本发明的目的是提供一种将处理过的原料转化成合成气和熔渣的多段碳转化器。按照本发明的方面，提供一种多段碳转化器，其包括：碳转化段，其具有一个或多个处理过的原料入口、一个或多个合成气出口和热空气入口，所述碳转化段与熔渣段相连以将灰熔融和/或将熔渣保持为熔融状态，所述熔渣段包括等离子热源和熔渣出口。碳转化段和熔渣段由段间区域(inter-zonal region)或段间(inter-zone)隔开，其包括阻滞体以阻止或限制物质在碳转化段和熔渣段之间运动。

按照本发明的其它的方面，提供一种将处理过的原料转化成合成气和熔渣的多段碳转化器，其包括：腔室，包括和熔渣段相连的碳转化段，其中碳转化段和熔渣段由段间区域或段间隔开；碳转化段包括用于从来源接收处理过的原料的处理过的原料入口、合成气出口和热空气入口；段间区域或段间，包括阻滞体以通过部分或间歇性地阻止所述段间区域或段间来限制物质在所述碳转化段和所述熔渣段之间流动，并且可任选地包括热传递元件以提供初始灰熔融；熔渣段，包括等离子热源和熔渣出口；其中处理过的原料在碳转化段中转化成合成气和灰，所述灰在段间区域或段间和/或熔渣段通过施加来自等离子热源的热量而转化成熔融的熔渣。

附图说明

下面将通过参照附图只以例子的方式来描述本发明的实施方式，其中：

图1是方块流程图，示出泛指的多段碳转化器的不同段，即示出和熔渣段相连的碳转化段，以熔融灰和/或将熔渣保持为熔融的状态。

图2是方块流程图，示出多段碳转化器的入口，所述多段碳转化器包括和熔渣段相连的碳转化段，以在联合含碳原料气化炉的情况下熔融灰和/或将熔渣保持为熔融的状态。

图3是泛指多段碳转化器的示意图，即示出碳转化段、段间区域或段间和熔渣段的一般特征。