[发明专利]用于气化反应器的抽气口

说明书

本发明涉及一种用于以氧气和/或蒸汽气化碳质固体的反应器的抽气口，其具有气体入口开口和气体出口开口，以及设在其间的气体排放管；且涉及一种具有此种抽气口的反应器，及操作此种反应器的方法。

气化被认为是碳质的、固体或液体物质(例如煤、生物质或石油焦)通过气化介质(氧气/空气、蒸汽)转化为所谓“合成气”的过程。该合成气的主要组分包括氢气(H₂)、水(H₂O)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO₂)和甲烷(CH₄)。CO和H₂是一系列化学合成的起始物质，通过这些反应，可合成长链产物。

合成气中也含有硫化氢(H₂S)、羰基硫(COS)、氢氯酸(HCl)、氨气(NH₃)、氢氰酸(HCN)、部分氟化氢(HF)且可能还有高级烃和焦油。所述气体的组成取决于原料的组成、所用气化介质的种类和量、反应条件及所选气化方法中具体发生的反应的动力学边界条件。

原则上，已知三种不同类型的固体气化方法：在流化床中气化、在由固体形成的固定床中气化、以及在夹带床反应器中气化。不同的气化技术对燃料有不同要求，所以当选择燃料，或构思燃料的加工时须给予相应考虑。

当实际的反应器被设计为固定床反应器时，它包含具有外部水夹套的基本柱体立式反应器，其在至多60barg的压力下操作。所述碳质燃料(一般为煤或生物质)从上方通过闸引入位于反应器内部的固体分配器中。在设于反应器下部的旋转炉蓖上形成固定床。氧气和蒸汽从该下部吹入固定床中。

这些热气体由底部向顶部通过固定床，固体则由上方通过闸系统再填充。因此，还参考了逆流式固定床气化法。由于再填充的固体的温度为约40℃，因此整个固定床的温度分布情况为：其中最热部分位于旋转炉蓖附近，并且向着固体供应口，温度随着上行而降低。对应该温度分布情况，固定床内发生不同反应。因此，还通常参考了反应区，其未被清晰分为各个区域，但各个区之间彼此融合。在气化炉的上部，在再填充的固体的附近，进行物理吸附气体的干燥和脱附。在干燥区下方设置所谓的反应区，在其上部发生固体的脱气。脱气后依据Boudouard反应及水气和水-气变换反应进行实际上的固体气化。在之后的区中，进行固体的燃烧。

在尤其是燃烧过程中得到的灰通过旋转炉蓖掉落，并进一步由此处排放。反应物中未被转化的气体部分(主要为蒸汽、氮气和氩气)同产生的合成气一起，由固定床上方设置的抽气口移取。

这种固定床煤气化炉在DE 11 2005 002 983 T5中被描述。从闸系统，煤通过柱形或向内渐缩的裙板被引入反应器中。此裙板用作固体蓄集器。尽管煤通过闸系统批量供应，该裙板保证固定床的恒定高度。裙板的下端通常位于固定床的内部。在裙板与壁之间形成环形气体收集区，由此粗气体通过气体出口移取。此气体出口为反应器中的开口，其连接管道，管道又通过法兰与反应器连接。通过此气体出口，取得的粗合成气供给于进一步的加工。总体说来，第一后续步骤为通过用水骤冷来使气体冷却。

直到目前为止，只有煤在固定床气化方法中被转化为合成气，其中反应温度低得致使从反应器中移取的所获得的合成气的温度在200至600℃之间，用湿褐煤时常在200至300℃之间。由于化石原材料的日渐短缺，未来的固体气化炉必须设计用于不仅例如湿褐煤，而且用于更低反应性的煤，其会在更高的“反应终端温度”下被气化。除此之外，可再生原材料的固定床气化的重要性也在逐渐增加。但是，该目的所需的温度致使气体出口温度高达700℃，部分甚至高达800℃，部分甚至高达1000℃。在这些温度下，气体出口被暴露在显著更大的材料应力下。

另外，具有高硫或卤素含量的煤的气化程度增加。这导致所得粗合成气中产生化合物例如H₂S、COS、HCl和HF。与超出目前所用的典型温度(例如湿褐煤约250℃、硬煤约450℃，相比于陈年硬煤450-550℃、无烟煤550-600℃)的温度一起，它导致气体出口处的强烈腐蚀。为了更换气体出口管线，工厂必须停工，导致产量损失。另一方面，使用耐高温材料会导致投资成本的显著升高，因为气体出口是设备的承压部分(最高60barg)，且必须提供相应的壁厚度。

因此，本发明的目的是提供一种不受所用碳质固体的影响，将有长期使用寿命，并可在高达800℃或更高温度下使用的气体出口。