本發明專利技術涉及一種將粉狀材料(C)引入到氣化反應器(2)中的方法，其中通過粉狀材料(C)，將供給到氣化反應器(2)中的過程氣體(P)還原成合成氣(S)，并且粉狀材料(C)經由入口區被引入到氣化反應器(2)中，在入口區產生的負壓使得粉狀材料(C)通過拉瓦爾噴嘴(15)，并且產生的負壓使得過程氣體(P)通過拉瓦爾噴嘴(15)，其特征在于所述過程氣體(P)在氣化反應器(2)中的氣化空間(5)膨脹。本發明專利技術還涉及一種將粉狀材料(C)引入到氣化反應器(2)中的裝置。根據本發明專利技術的方法的特征在于過程氣體(P)在氣化反應器(2)內的氣化空間(5)中膨脹。
【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種在用固體碳顆粒制備合成氣時用于碳注射和氣體再循環的方法和設備，其中所述碳顆粒優選通過以下方式獲得在碳顆粒所在的同一空間中在過程氣體存在的情況下，通過間接加熱碳顆粒，從而實現碳顆粒的熱解和氣化，用于再循環的反應產物和氣化過程中產生的合成氣從所述空間中排出。為了達到最佳的效果，所述裝置包括拉瓦爾噴嘴，所述拉瓦爾噴嘴能夠將氣體加速到超音速、能夠產生用于粉末狀碳注射的負壓并讓氣體和粉末狀碳在氣化反應器中停留更長時間。
技術介紹
要求生產合成氣時的碳注射裝置能夠使含碳材料在氣化過程中氣化。氣化是由固體燃料制備氣態燃料的方法。該技術通常被用于煤、煤的剩余產物、石 油殘渣、廢物和生物質。該反應是基于氧化性氣體(例如CO2和H2O)被通過不完全燃燒加熱，然后與碳(還原劑)反應，隨著一氧化碳(CO)和氫氣(H2)的形成，熱量被消耗，反應得以進行，該反應是吸熱的。一氧化碳(CO)和氫氣(H2)的氣體混合物通常被稱為合成氣。一種常見的氣化方法是在供應過熱蒸汽的同時，含碳材料的高度亞化學計量燃燒(substoichiometric combustion)。燃燒為系統提供熱量和煙道氣(CO2和H2O)。沒有燃燒但處于過熱狀態的碳與煙道氣和供應的蒸汽發生反應。碳(C)將二氧化碳(CO2)還原成一氧化碳(CO)并將水蒸氣(H2O)還原成氫氣(H2)。熱量消耗導致溫度降低并且反應活性下降。碳的反應活性高度依賴于溫度，同時反應的平衡也依賴于溫度。雖然也發現基于空氣的燃燒，但是基于氧的燃燒是目前與氣化相關的主要燃燒方法。大多數方法基于加壓系統。蒸氣和氧易被加壓，很少引起問題。將例如粉末材料引入到反應器中意味著需要克服氣化反應器外部的氣壓和反應器內的壓力之間的壓力差。如上所述，含碳材料，例如煤、煤的剩余產物、石油殘渣、廢物和生物質，其氣化所存在的問題在于維持足夠高的溫度持續足夠長的時間從而實現含碳材料的完全氣化，影響氧化性氣體(CO2和H2O)與還原劑(碳)的充分混合并克服氣化反應器外部與內部氣壓之間的壓力差。如果不能維持時間和溫度，那么反應將進行的不徹底，混合不充分也會導致反應不徹底。本專利技術涉及一種在生產合成氣時用于碳注射的裝置，所述裝置通過管狀注射器注射粉狀材料，其中固體材料進入到管狀噴嘴的中心，用于氧化性氣體的拉瓦爾類型的外圍噴嘴裝置產生強負壓，其將碳吸入注射器中并將其分散在氣化反應器中，實現了壓力的增大，延長在反應器中的停留時間并在其中形成均勻的混合物。氧化性氣體的強沖力使得氣化反應器中的合成氣與輸入的氧化氣體和粉狀材料劇烈混合。為此目的，通過再循環氣化反應器中的部分合成氣經過通道中的注射器，從而可以控制氣體沖力所形成的負壓。專利技術目的和特征本專利技術的第一個目的是提供在引言部分限定的裝置，本專利技術的基本原理是通過形成負壓以便通過注射器將粉狀材料引入到氣化反應器中。本專利技術的另一個目的是當氧化性氣體和粉狀材料被引入到氣化反應器中時，使二者產生劇烈攪拌，以及在氣化反應器中再循環合成氣，從而實現溫度和成分的均勻。這會導致在氣化反應器中更長的停留時間并實現更緊湊的反應器設計。本專利技術的另一個目的是再循環合成氣通過注射器以及當粉狀材料被以這種方式弓I入到氣化反應器中時對負壓的控制。至少本專利技術第一個目的是通過具有所附的獨立權利要求I限定特征的裝置來實現的。本專利技術的優選實施方案限定在從屬權利要求中。附圖說明下面參照附圖來描述本專利技術的一個優選實施方案，其中圖I是根據本專利技術在制備合成氣時用于碳注射的裝置的概略圖，所述概略圖以示意圖的方式顯示了實施碳注射的裝置的組成單元，圖2是根據本專利技術在制備合成氣時用于碳注射的裝置的一個實施方案的概略圖，所述概略圖也以示意圖的方式顯示了實施碳注射的裝置的組成單元。專利技術詳述圖I是氣化方法中用于碳注射的裝置的示意圖，在該裝置中粉末狀碳C被送入到注射噴嘴I中，粉末狀碳C與過程氣體P (優選蒸汽)和再循環反應產物Rs (合成氣)混合。來自注射噴嘴I的混合物被加熱并在間接加熱的氣化反應器2中反應。為此，氣化反應器2包括在氣化反應器2的氣化空間5中延伸的燃燒器4，所述燃燒器4對氣化反應器2間接加熱。過程氣體P被加壓和加速到超音速(馬赫數> I)通過并入注射噴嘴I中的環狀拉瓦爾噴嘴15。所述拉瓦爾噴嘴15在注射噴嘴I的中心形成強負壓，并入注射噴嘴I的用于粉末碳C和再循環反應產物Rs (合成氣)的中心管/中小通道6朝向氣化反應器2開口。注射噴嘴I的中心管6朝向氣化反應器2開口的區域限定出粉末狀碳C的入口區。在注射噴嘴I的中心/入口區的負壓吸出粉末狀碳C和再循環的反應產物Rs，三股物流混合，氣化反應開始進行。以超音速流經環狀拉瓦爾噴嘴15的過程氣體P使得其從拉瓦爾噴嘴15的外圍進行再循環。進一步的反應產物在緊靠注射噴嘴I自身前的混合區M的中心 被并入到來自注射噴嘴I的氣化混合物中。來自再循環反應產物Rs的熱量對氣化反應器2進行間接輻射加熱，使得注射的粉末狀碳C和過程氣體P的溫度迅速提升到氣化過程的反應溫度。連接設備的單元的管線、管道等沒有詳細記載也沒有在附圖中顯示。所述管線、管道等被以合適的方式設計來實現其相應的功能，即在本設備的各部件之間傳送氣體和固體物質。附圖I顯示了注射噴嘴I連接到間接加熱的氣化反應器2上的原理，通常所述的氣化反應器2是具有陶瓷內襯的反應器。注射噴嘴I具有將過程氣體P加速到超音速的拉瓦爾噴嘴15。環狀拉瓦爾噴嘴15布置在中心管/中心通道6的外側。過程中的合成氣S主要在氣化反應器2中產生。固體碳顆粒C和過程氣體P以及一部分再循環二次反應產物Rs被輸送到注射噴嘴I中。由于二次反應產物Rs流經注射噴嘴I的分流通道14，使得用于碳注射的負壓有時可控。碳顆粒C優選源自氣化之前的熱解過程。優選調節所述碳顆粒C的尺寸以在反應器中達到最快可能的反應。過程氣體P可以是蒸汽或者經回收凈化的例如來自加熱反應器的燃燒段的煙道氣。如果過程氣體P是回收的煙道氣，則其含有水蒸氣(H2O)和二氧化碳(CO2)。過程氣體P通常被從下游熱交換器中輸出的合成氣S中回收的熱量預熱。所述過程氣體P通常具有超壓，該超壓相對于反應器壓力足夠高從而達到超音速。速度馬赫數> I的過程氣體P在氣化反應器2中產生強勁沖力。蒸汽的壓力取決于上述熱交換器出口的溫度。如果采用煙道氣取代蒸汽，再循環煙道氣的壓力通常由壓縮機產生。從注射噴嘴I出來的過程氣體P的沖力使二次反應產物Rs再循環被吸入到混合區M中的反應區R。在氣化反應器2中發生的反應是 碳C將過程氣體P (H2O和CO2)中的成分還原成合成氣S (H2和CO)，該還原消耗通過間接加熱的燃燒器4為該過程供應的熱量。通過燃燒器4的輻射向氣化反應供應熱量，燃料F和氧化劑0在輻射管內發生燃燒產生煙道氣FG，即其與氣化流是隔離開的。在燃燒器4和過程氣體P或它的反應產物之間的氣化反應器2中沒有直接產生氣體。通過使過程氣體P達到超音速，注射噴嘴I在反應器2中產生更長的停留時間并且氣化反應的進行可以更接近平衡。這也使得碳顆粒C在最大可能的程度上燒盡。輸出的合成氣S可以被用作燃燒用的原料氣或者進一步精煉成液體燃料(用于典型車用燃料的費-托法，甲烷生產等)的原料氣。注射噴嘴I設計用來處理氣化反應器本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...
【專利技術屬性】
技術研發人員：R·永格倫，
申請(專利權)人：科特斯公司，
類型：
國別省市：
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