多面體氣化器及相關方法

2023-09-21 05:46:20

專利名稱：多面體氣化器及相關方法
技術領域：
本發明總的來說涉及含碳燃料的汽化，本發明尤其涉及在一個容器中既包括固定床汽化工藝又包括攜帶流汽化工藝的含碳原料的新的汽化裝置和方法。可選擇的是，流化原理可被用於汽化器。內部產生的活性焦碳可被用作用於合成氣的主要吸附劑，所述合成氣被淨化以便產生合乎環境要求的合成氣。本發明能夠在固定床部分接收和處理粗燃料，以及在攜帶流部分接收和處理研磨成粉狀的或精細的固體物、液態和氣態原料。
背景技術：
廣義地說，氣化是從含碳燃料產生被稱作合成氣的可燃氣體的過程。氣化是人們熟知的使用反應物如空氣、氧氣和蒸汽將固體、液體和氣體原料轉化為氣體如氫、一氧化碳、二氧化碳和甲烷的工業過程。所產生的氣體可用於發電，產生熱量和蒸汽，或作為生產各種化學和液體燃料的原料，或者上述用途的任何結合。為了有助於理解本發明，有必要了解氣化的歷史和現有的商用的氣化技術的局限性。
自從19世紀以來，各種形式的氣化已被用於將固體燃料(初級燃料)轉化為氣體燃料(合成氣)。在天然氣使用和發展以前，大量的煤炭氣化首先被用作產生城鎮煤氣的方法，通過管道系統分配到歐洲的大部分地區。
最早的氣化工藝被稱作固定床(或移動床)氣化。德國人最早開發了固定床氣化並隨後開發了第一臺大規模固定床煤炭氣化器。另外的工藝如流化床氣化和攜帶床或攜帶流氣化工藝已在最近被其他人開發出來。這三種工藝全部具有其優點和局限性，以下的討論將會進行一般地描述。
固定床氣化需要粗燃料(通常直徑為1/4」到2」)。最有名和使用最廣泛的固定床氣化技術是魯奇幹灰爐氣化器(Lurgi Dry Gasfier)(草木灰被恢復乾燥而不會變成熔化態或熔渣)。魯奇幹灰爐氣化器目前被南非用於將大量的煤炭儲量轉化為合成氣，合成氣然後通過下遊合成氣催化劑被轉化為液體燃料或化學品。在南非幾乎一半的運輸燃料來自魯奇式的煤炭氣化廠。當前，在美國安裝有一臺魯奇式氣化裝置，其將褐煤(高溼度，低等級)轉化為合成氣，合成氣隨後被轉化為管道品質的甲烷並賣給天然氣管道系統。魯奇式氣化器的一個優點是能夠產生氫和一氧化碳的比率大於2的合成氣。這使得淨化後的合成氣可被用於下遊的要求這種高比率的製造液體燃料和化學品的轉化工藝。
固定床氣化使用粗燃料，所述粗燃料首先必須除去揮發性成份(即除去揮發性化合物)，然後才能進行剩下的固定碳的氣化。在來自魯奇幹灰爐氣化器的合成氣中攜帶焦油和油類導致英式氣體魯奇(British GasLurgi(BG/L))固定床造渣氣化器的開發。儘管BG/L在初始的未加工合成氣流出物中，也攜帶焦油和油類，但BG/L能夠重新循環和注射焦油和油類到氣化器的下遊熱渣(熔化的灰)部分中，在該處焦油和油類被轉化為合成氣的組份。重新注射焦油和油類是在本發明中被排除的不必要的附加步驟。提供一種防止在未加工合成氣流出物中產生焦油和油類的氣化系統是固定床氣化器的技術改進。
固定床氣化的局限性特徵包括(1)合成氣中攜帶焦油和油類；(2)由於細小的煤炭/燃料阻塞粗燃料之間的空隙空間，因此難以被使用(因為這一原因，大堆的煤屑堆積在這些廠子的附近或者被運離現場運送給可以使用這些碎屑的燃燒設施，從而導致從煤炭到產品的較低的整體生產效率)；(3)難以使用液態碳氫化合物原料；(4)難以使用要求機械攪拌以攪動燃料床的粘結煤(具有低的灰熔點的煤)。
已知一種稱作攜帶流或攜帶床氣化的新的氣化工藝。磨成粉的固體燃料和/或粘性液體燃料可供給氣化反應器並快速轉化為合成氣。攜帶流氣化工藝的一個主要優點在於不產生焦油和油類，排除了其在流出的合成氣中的存在。
攜帶流氣化工藝的另一個優點是它能夠氣化液體燃料(即油類或來自精煉廠的重油殘留物)。主要的攜帶流氣化工藝包括那些由Texaco，Shelland Dow Chemical(Destec)公司開發的工藝。攜帶流氣化工藝不能方便地處理粗燃料。這使得它難以處理儲如生物物質和分離的市政固體廢物或者廢輪胎(不能被經濟地研磨成粉的燃料)等一些燃料。攜帶流氣化工藝的另一個局限性是它不能實現出口合成氣中的氫和一氧化碳比率的廣泛的內部控制。為了向有利於氫的方向調節該比率，要求附加下遊水煤氣變換反應器以便增加氫和減少一氧化碳。
攜帶流氣化技術在技術和燃料處理方面也有局限性。為了運送燃料到氣化器，一些攜帶流氣化器使用通常為水和粉碎固體分別以大約1∶2的比率混合的煤漿加料。其它的商用攜帶流氣化器使用乾式加料將粉碎的固體裝入氣化器。所有這些氣化器產生的合成氣中的氫和一氧化碳比率大約為1∶1或更小，並且控制該比率的能力也有限。使用煤漿加料的工藝對於固體原料來說，限制了其使用高溼度燃料例如褐煤，其原因是太多的水分加入到氣化器系統導致差的氣化性能。
除了上述說到的局限性以外，其他現有技術的問題包括(a)結渣、結塊和/或者在氣化器的燃料輸送途中、燃料床和或/渣排放區產生不期望的材料堆積；(b)不充分的硫類和汙染物控制要求氣化器的下遊設立大量合成氣淨化和處理設備；(c)高的安裝和操作成本；和(d)有限的燃料適應性。
被稱作流化床工藝的第三種氣化工藝在有限的基礎上使用。流化床氣化器也使用粗燃料，但是所述粗燃料的尺寸稍小於在固定床氣化器中所使用的粗燃料的尺寸。流化床氣化工藝的一個優點是它能夠使用具有較高含灰量的燃料。流化床氣化工藝所面臨的挑戰涉及燃料在燃料床中的結塊。另外，流化床氣化工藝具有一些與固定床氣化工藝類似的局限性。
總而言之，現有的氣化技術的主要局限性包括有限的同時處理或氣化粗的固體燃料和細的固體燃料的能力，或者同時處理或氣化粗原料或液態烴原料的能力，導致在任何一個系統中總的來說缺乏燃料適應性。儘管氣化廠一般能夠滿足極高的排放物限制要求，其資金成本保持較高。控制汙染物的成本必須減少以便能夠廣泛使用於能源或電力發電廠。本發明指明要解決這些難題。

發明內容
本發明涉及用於生產合乎環境要求的合成氣的連續氣化工藝，所述工藝具有在其內部產生作為吸收眾所周知的在合成氣氣流中發現的汙染物的媒介的活性焦碳的能力。並且，該工藝在單個容器中既具有固定床氣化工藝又具有攜帶流氣化工藝，因而能夠使用寬泛的含碳燃料類型。再者，本發明還能夠利用流化特徵來攪動固定床燃料和/或灰渣以便可選擇地增加排出的合成氣流攜帶的焦碳微粒的攜帶量。本發明優選作為結渣氣化器工作。
優選的是，本發明使用乾式進料器燃燒器用於攜帶流進料口部分，以避免使用含水漿料加料工藝的需要。由於具有將燃料採用乾式加料送入與固定燃料床連接的攜帶流部分的能力，本發明能夠方便地控制蒸汽與氧的比率，因此具有從氣化器內部的部分水煤氣變換反應中增加氫產品的能力。如果需要，進一步使用蒸汽的溫度適度化可促進隨後的甲烷化反應以便增加合成氣中的甲烷的含量。具有控制氫到一氧化碳的比率的能力排除或減小了設置附加的水煤氣變換反應器和/或在主氣化器下遊設立二次氣化器的的需要。當藉助各種催化劑和下遊工藝利用合成氣生產要求高比率的產品如甲醇、氨、甲烷或液體燃料時，這可改提高整個的工廠經濟性。
粗燃料被送入氣化器的頂部，在該處通過料床直徑的三次階躍變化自動調節燃料床的高度。第一次階躍變化接近氣化器的頂部，在該處粗燃料進入並滑到燃料休止角。該上部部分代表氣化器固定床部分的下降氣流氣化部分，下文中稱作罩蓋。在罩蓋中，粗燃料在罩蓋底部附近轉化為活性焦炭之前被脫去揮發成分，在所述罩蓋底部附近溫度被升至剛好在粗燃料的灰熔點以下的溫度。注入補助空氣或氧氣和蒸汽可充分地排除焦油和油類。在主氣化器容器中包括罩蓋裝置形成包圍罩蓋外部的上部壓力通風系統，在罩蓋中合成氣具有排出埠。全部上部固定床氣化氣必須以下降氣流模式或者與燃料一起同時經過罩蓋下部凸緣的周圍，然後進入上部壓力通風系統並在排出埠排出氣化器。
罩蓋可以是鋼製的圓筒嵌入物，並具有支撐下部向內收斂的邊緣，所述邊緣固定在其內部用作內襯的陶瓷材料。為了確保罩蓋中的鋼的適當冷卻和溫度控制，可在罩蓋外部使用裝有循環水的卡口管。
固定焦炭經過罩蓋底部凸緣下方後，粗燃料接著又向外流動，形成另外一個朝向具有陶磁內襯的主氣化器外殼內壁的休止角。
在同一區域開始的另一次內部階躍變化迫使粗燃料在朝著氣化器的下部固定床部分向下移動時進行會聚。陶磁內襯的直徑向下收斂的目的是製造圍繞下部固定床燃料的下部環形壓力通風系統，以便其接受來自使用切向加料燃燒器(tangentially fired burners)的攜帶流氣化部分的氣體。當粗糙固定焦炭燃料向下移動至罩蓋下方時，氣體逆燃料流方向以上升氣流模式流動。燃料繼續向下朝著灰渣結渣區移動，在該區熔化的灰渣通過底部的放渣口被除去。無論粗燃料在哪裡接觸氣化器的陶磁內襯部分，可利用多個小孔來流化或者攪動粗燃料或灰渣。
攜帶流氣化部分可輸送細的或粉化的固體燃料、液體或氣體燃料或者其任意混合物。攜帶流氣化部分大約可處理兩倍的輸入固定床部分的燃料。來自攜帶流部分的氣體通過下部固定床向上移動，首先與從下部固定床得到的氣體混合，接著繼續向上移動最終與從罩蓋部分出來的氣體混合。全部氣體在上部壓力通風系統中混合，然後從氣化器中排出。上部壓力通風系統也用作控制氣體排出前的滯留時間和溫度的手段以確保裂化焦油和油類。
另外，所述氣化器可以兩種方式從氣化器中分離活性焦炭。一種是在合成氣排出物中有意攜帶碳微粒，所述微粒接著被一微粒去除系統進行分離。第二種是設有一分離埠，來自氣化器中部的粗燃料在其中被分離。後一種方法僅在作為懸浮微粒攜帶出的材料的量不能向下遊的汙染物吸收系統提供足夠的活性焦碳以滿足所期望的汙染吸收率和吸收效率時才使用。
總之，本發明克服或基本上減輕了在此之前存在於現有的氣化技術中的問題。本發明既包括新的裝置又包括獨特的方法，將固定床氣化過程和攜帶流氣化過程結合在一個容器中，用於氣化含碳原料以生產合乎環境要求的合成氣。可選擇的是，利用流化原理脈動燃料床中的粗燃料和/或灰渣。另外，氣化器的固定床部件同時具有下降氣流氣化和上升氣流氣化。在氣化器中獲得的優良的操作特徵增加了化學和熱效率，同時降低了合成氣的生產成本。本發明所描述的氣化工藝具有高的燃料適應性，既能夠利用粗糙的固體燃料，又能夠利用粉化的固體燃料，以及液體和氣體原料或者其任意的組合物。合成氣中的氫與一氧化碳的比率易於控制在0.5∶1到3.3∶1的範圍內。內部產生的活性焦碳製造出用於從合成氣中除去汙染物的吸附介質，所述汙染物包括但不局限於硫類、汞、氯化物及其它。減少了堵塞和結塊，焦油和油類在氣化器內被除去而不被原料合成氣攜帶出去，獲得了高的工藝效率，導致低的設備成本、安裝和操作成本。本發明的這些目的和特徵通過參照附圖的具體描述將會更加明顯。


圖1是在本發明範圍內的氣化器的橫截面圖示；圖2是具有補充數字的氣化器的橫截面圖示；圖3也是具有補充數字的氣化器的橫截面圖示；圖4和4A是表示在氣化器上部固定床部分中的內部罩蓋的橫截面圖；圖5是氣化器的平面圖，其中示出了切向加料燃燒器(tangentially firedburners)；圖6是可能使用的典型的燃燒器的橫截面圖；圖7是加工流程圖，示出了活性焦炭如何從氣化器中被收集用作合成氣淨化吸附劑；圖8是氣化器的橫截面圖，示出了脈動裝置如何放置在氣化器中；圖9是脈動控制中心的圖示。
具體實施例方式
下文將參考附圖描述本發明當前的優選實施例。在圖示的優選實施例中，圖1示出了氣化器1的橫截面圖。粗糙的含碳原料通過粗進料口2進入氣化器的頂部，並向下移動通過氣化器1直至其在底部3處變為熔融灰。粗糙原料可包括但並不限於以下原料煤炭、油類焦炭、城市固體廢物、生物物質或它們的組合物。在進料口2下方，燃料進入高溫分解區，標號4在這一區域的頂部，標號5在這一區域的底部。在高溫分解區粗燃料被燃燒和氣化的結合加熱，並引起粗燃料脫揮發分作用。高溫分解所需要的燃燒氧氣或空氣和蒸汽通過由管子7分流的若干埠6進入。在埠6加入的氧氣或空氣的量被設定為保持點4處的溫度在5000°F至15000°F之間並優選在7000°F以上，保持點5處的溫度在8000°F至15000°F之間並優選為大約12000°F。在埠6周圍的點處，當氧氣或空氣與來自燃料的高溫分解的氣體一起燃燒時可能會出現燃燒熱焰。當氣體布滿整個高溫分解區4到5時，氣體溫度變得適中。
類似於其它的下降氣流固定床氣化工藝，燃料和高溫分解的氣體都向下移動。這種向下氣體移動引起高溫分解氣體經過點8和點9之間的氧化氣化區。在入口10，更多的氧氣或空氣和蒸汽進入氣化器以提高氣體的溫度，使得在喉部11處的溫度達到接近燃料的灰熔溫度並在該溫度以下。若干管子12可向埠10輸送氧氣或空氣和蒸汽。對於典型的煤炭，灰熔點的範圍在19000°F至大約24000°F。在操作中，喉部區11的最大峰值溫度維持在灰熔點溫度以下至少500°F，在正常的最大條件下為1000°F以下。
當高溫分解的氣體在喉部11處經過燃燒區並在點9處移出到燃料床出口時，大多數(如果不是全部的話)焦油和油類被裂化並轉化為合成氣。合成氣的主要化學成份為氫、一氧化碳、甲烷和二氧化碳。從燃料入口2到指定點13之間的氣化器部分被稱作罩蓋部分或上部固定床部分。來自罩蓋部分的氣體在點9處留下粗燃料。
氣體離開上部燃料床時向上經過環形壓力通風系統14。設定壓力通風系統14的體積以提供充足的氣體滯留時間以便在任何殘留的焦油和油類通過出口管15出來之前將它們轉化為合成氣。對即使是最輕水平的焦油或油類也不允許的應用，典型的滯留時間為至少兩秒。並且，在為了使從氣化器攜帶的焦油和油類量接近零的操作中，調節蒸汽對氧氣或空氣的比率和流量以保持燃料床出口處的溫度在10000F到16000°F的範圍內，優選為大約15500°F。這種高溫和滯留2秒或更多秒時間的結合已經在試驗程序中顯示以便徹底裂化全部焦油和油類。
罩蓋部分的一個重要特徵是能夠控制引入埠6和埠10的氧氣或空氣和蒸汽的量。這使得粗燃料的溫度被升至足夠高以確保徹底的燃料脫揮發分作用以及在位置13處從罩蓋部分出去之前裂化全部的焦油和油類。在點2和13之間的罩蓋部分代表在氣化器內的兩階段固定床中的第一階段。當粗燃料到達罩蓋部分的底部時，由於在罩蓋端部附近的點8，11，13處的高溫，基本上所有的揮發物都已經被餾出並且焦油和油類已經被消耗。
在燃料被脫去揮發成份之後，殘留的固定碳已變為活性焦炭和灰渣固體，並繼續朝著燃料床的下部部分向下移動。主要的內部氣化器壁16可收斂以形成第二下部壓力通風系統17。該下部壓力通風系統17是攜帶流精細或微粒燃料從燃燒氣化圓筒室18進入的區域。細燃料、液體和/或氣體燃料可用一個或更多切向加料燃燒器19送入該下部區域。細原料、液體和/或氣體原料在圍繞下部粗燃料床的下部壓力通風系統17中幾乎立即發生氣化。用於攜帶流部分的原料可包括但不局限於粉煤、粉化的油類焦炭、液烴、天然氣、其它細燃料，或者其任意組合。來自攜帶流部分的氣體通過下部固定床向上移動，從點17向點9移動。來自上部固定床和下部固定床的氣體在上部壓力通風系統14中與從攜帶流部分獲得的氣體混合，然後在氣化器出口15處從氣化器中排出。
這樣，粗燃料送入到形成固定床氣化區的氣化器的頂部，而細燃料、液體和/或氣體燃料被輸送到氣化器的下部攜帶流部分中。這兩種類型的氣化工藝的結合允許攜帶流部分接收未被水漿運載的乾式加料的細燃料或粉化燃料。通過採取這種作法，氣化器能夠對氣化器中的蒸汽對氧氣的比率具有較寬的控制，這反過來又賦予氣化器有利地控制合成氣排出氣體中的氫對一氧化碳的比率的能力。
另外，氣化器的兩階段固定床部分消耗了幾乎所有的焦油和油類，同時在氣化器中將一些固定碳轉化為活性碳。這些活性碳中的一部分可作為多種不期望的氣態種類的汙染物的吸附劑用於淨化系統。
圖1和2所示的氣化器1包括ASME編碼的壓力容器，在圖2中統一以20標明。壓力容器20為可提供所有功能的複雜幾何形狀。容器20的外部通過提供冷卻保持為編碼的可接受溫度。兩種標準的冷卻方法為空氣冷卻和水冷卻。通過容器壁將熱輻射到環境中的空氣冷卻方法是最簡單且最省錢的方法。容器的內部優選包括用於主容器的陶瓷內襯21和用於容器罩蓋部分的陶瓷內襯22。陶瓷包裹著存在過高溫度的所有區域。利用適當設計的陶瓷內襯21和22，輻射到環境中的冷卻是可接受的。利用空氣強制通風冷卻是次簡單和最經濟的冷卻方法。為此，在容器周圍要建造散熱罩蓋，並且空氣被強制通過散熱罩蓋。對於希望略微提高效率的應用，代表第三種冷卻方法，所述容器可裝以水套以便製造蒸汽用於氣化器或工廠的其它地方。
在氣化器1的內部，陶磁內襯的21和22的內部形狀對氣化器的成功很重要。在圖3中，示出了陶磁底面23的內部橫截面。表面23提供了一圓錐形斜面以便熔融灰向著熔融灰渣分離孔24移動。設置氧氣埠25和氣體燃料埠26(其中每個埠可為多個)以便產生熱焰從而通過所需要的加熱使灰渣在分離孔24中保持為熔化狀態。氣態燃料可以是包括回收合成氣、丙烷或天然氣中的任何任意一種。在一些應用中，甚至可以使用油類。熔融灰通過孔24在陶磁碟形板27上滑動。板27傾斜從而使得熔融灰從板27側面滑落。熔融灰從板27上掉下後落入水槽28中並在水槽中固化。當固化的熔融灰通過水槽28掉落時，其必須通過研磨器29，研磨器29粉碎灰渣使其大小能夠適於通過液力輸送到灰儲存箱中。本領域的技術人員將會理解，在此可使用各種各樣的替換灰渣收集和處理系統。
在容器側部的蒸汽出口30除去由灰渣形成的蒸汽並防止蒸汽過多地通過熔融灰渣離孔24流動，這種情況將導致灰渣在孔24中固化。來自出口30的蒸汽被用於氣化器所要求的蒸汽的一部分。在陶磁板27和孔24底部之間的間距是可調的。也可將熔融灰收集到乾燥無水的槽容器中，但在此不討論。
上述陶磁內襯21的圓錐形陶磁部分23的形狀可設置為形成節流區31。這將在陶磁內襯的下方在點32處產生空腔，形成圍繞下部粗燃料固定床的下部環形壓力通風系統。來自切向加料燃燒器19的氣體在開口18處進入環形袋。所述氣體環繞下部壓力通風系統32並進入燃料床。
在節流區31上方，陶磁表面33最好也具有圓錐形狀。從罩蓋底部開口13開始的粗燃料床的面積小於陶磁表面31下方的面積。這在陶磁表面33和罩蓋出口區13之間產生天然床自由表面。在自由表面的點9處，全部氣體從罩蓋部分和下部固定床部分離開燃料床。氣體經過上部壓力通風區14，然後在排氣管15處排出氣化器。
在表面33、32、31和23處以及罩蓋內使用的陶磁優選為高溫、高品質陶磁，如由Saint-Gobain Industrial Ceramics公司生產的Zirchrom 90。Zirchrom 90具有超過28000°F的操作溫度，由86％的Cr203和7％的Zr02組成。所述陶磁由規塊組成，用於裝配在容器中。陶磁內襯由容器壁20和半球形的容器底部34支撐。優選便宜的耐熱差的陶磁用於容器20和形成內表面的高溫陶磁之間的內襯材料。對於陶磁表面35和36，可用較便宜的陶磁如AL100，其為A1203。在罩蓋部分中，在點37和38標明的高溫表面區，可使用高品質的陶磁如Zirchrom 90，而在低溫陶磁表面39處可使用如AL100的陶磁。
圖4示出了氣化器1的罩蓋部分40。鋼製圓錐形部分41支撐著陶磁內襯22。圖4A是底部左側角部分的放大圖，更好地示出了罩蓋部分40。圓錐形部分41形成罩蓋40的底部，優選焊接到豎直鋼製圓筒體42上。圓筒體42優選焊接到罩蓋容器頂部43上。許多豎直軸線的卡口管44可焊接在圓筒體42周圍。卡口管穿透半球形容器頂部43。小直徑管64優選位於每個卡口管的中心以便允許煮沸的水沿著管流動。卡口外部管44可在其底部彎曲並焊接到圓錐部分41上。內管64在彎曲點終止。通常進入卡口管的內管64的水對於所使用的水壓接近水的沸點。當水向上流經外部卡口管44時，熱交換引起水沸騰，形成水和蒸汽的兩相混合物。這些卡口管44冷卻鋼製圓錐部分41和鋼製圓筒體42，使他們保持在其ASME編碼的材料強度範圍內。蒸汽可用於氣化器入口需要的蒸汽或用於工廠的其它用途。
在管12中氧氣或空氣與蒸汽混合後可被加入鋼製圓筒體42中。圍繞圓筒體42的環面可具有許多管12，以便向罩蓋40提供進入氣體。
陶磁表面45形成氣化器的喉部。所述喉部是所形成的氣體流通截面的節流部分，其引起溫度在節流區11增加。該節流區和增加的操作溫度被設計用於防止在粗燃料脫揮發分作用中形成的焦油和油類從罩蓋40中排出。經過喉部11的排出氣體被暴露在足夠高的溫度下，結合氣化作用和燃燒反應，以便瓦解焦油和油類並將其轉化為主要的合成氣混合物，主要是氫、一氧化碳、甲烷和二氧化碳。陶磁表面46是一倒轉的圓錐形表面，該表面足夠陡以便保持緊靠著它的燃料床材料，並允許氣體擴散和限制相關的壓力下降。在入口10到喉部45之間的區域是罩蓋部分的主要燃燒區。
圖5示出了氣化器1的俯視圖。所示的兩個切向加料燃燒器19連接到主容器20上。這兩個燃燒器19部分氧化和氣化精細和霧化的固體燃料、液體燃料或氣體燃料如天然氣。燃燒器通常具有環形橫截面，其外壁為鋼管。管的內部優選以圖6所示的高溫陶瓷46作內襯。通常精細或粉碎的固體燃料通過螺旋進料器47送進燃燒器。入口氣體、氧氣或空氣和蒸汽在埠48處進入燃燒器。在此可使用若干已知的燃燒器設計。圖6示出了一種典型的燃燒器。該燃燒器具有環形部分49和葉片50。燃燒器中主要的磨損區域為陶瓷表面51。葉片50引起燃料和入口氣體在區域52中混合併氧化和氣化。燃料朝著燃燒器的中心部分地快速氧化和氣化，同時，部分入口氣體繼續沿著壁移動，為陶瓷提供冷卻保護層。在燃燒器18的端部，氣體和剩餘燃料進入氣化器的壓力通風區17。在這一點，攜帶流氣體通過氣化器的下部固定床並在區域9處離開該床進入壓力通風系統14，然後在排出管15處離開氣化器。
攜帶流氣體混合到下部固定床中，為攜帶流產品提供必要的碳以達到氣化平衡。附加蒸氣可在圖1所示的埠53處提供，附加蒸氣排放到標號為54的區域，以便控制點9處的氣化條件和所希望的溫度。蒸氣管55提供所需要的蒸汽。在埠53處使用蒸汽可對區域9處的燃料床出口溫度提供重要的控制，這將促進部分水煤氣變換反應，以便產生高質量的氫氣。氫氣與一氧化碳的比率就是這樣控制的。當加入蒸汽使燃料床具有適當溫度時，氫的生產可達到最大化並且可提高氣化器的熱效率。如果需要，可將附加的蒸汽添加到相同的區域中，以便有利於冷卻和由甲烷化反應產生甲烷氣體。
當溫度降低併到達大約1300°F以下時，通常氣化反應減速和停止。當使用蒸汽將區域9處的燃料床溫度控制在1700°F至1400°F的範圍內時，可優化在壓力通風系統14中的焦油和油類的裂化。若上部燃料床的喉部11適當執行功能，就不必在上部壓力通風系統中使用附加的高溫來裂化焦油和油類。本專業技術人員將會理解，根據燃料供給和所期望的合成氣輸出，可在各種溫度分布下和不同量的氧氣、空氣和蒸氣下操作氣化器。
圖7描繪了本發明範圍內的重要新穎性。圖7示出了活性焦碳粒從排出合成氣蒸汽中捕獲的過程或者直接從合成氣中分離用於下遊袋濾室的過程。圖7示出了帶有合成氣淨化系統主要部件的氣化器1。在該圖中，氣化器1具有排出管56，所述排出管56將載有粒子的熱合成氣排出至粒子清除系統57中。合成氣接著進入餘熱回收蒸汽發生器58中。離開餘熱回收蒸汽發生器58的合成氣的溫度約為300°F。合成氣接著通過具有雙重作用的袋濾室59，袋濾室59不但除去了所有的剩餘粒子，而且還除去了絕大部分來自合成氣的氣相汙染物，汙染物包括但不限於硫類、汞、氯化物、重金屬和其他汙染物。
分級的活性焦碳和輸入的合成氣在袋濾室59緊上遊的混合室60中進行混合。合成氣和活性焦碳的混合將活性焦碳運載到袋濾室中並襯在袋中。在袋濾室59中將活性碳收集在袋中。在275°F至350°F這一低溫範圍內，上述活性碳在吸收各種汙染物方面很有效。商用的活性碳很昂貴，往往超過$1000/每噸，因此，不常用於大規模氣體燃料的淨化。但是在本發明中，活性焦碳是氣化器的副產品，與其來源燃料相比，它不再昂貴。
在氣化器中生產活性焦碳有二種方式。第一種是在氣化器的點13周圍的上部固定床部分。第二個區域在攜帶流部分中。通過有目的地將精細固體製成一定尺寸，在該尺寸下，部分微粒未充分氣化，而是作為粒子與合成氣一起被運載出去，上述粒子將被暴露在很高的溫度中，以確保活化。
活性焦碳可以以兩種方式離開氣化器，或者被排出氣體攜帶出去，或者直接從固定床上除去。在上述的攜帶流部分產生的細小粒子或來自於固定床燃料區域的大顆粒燃料破裂後的微粒的細小粒子被排出的合成氣攜帶。獲得活性碳的第二種方式是藉助抽吸管61。抽吸管是傾斜的套管，其在點9處的燃料床表面的緊下方穿過氣化器燃料床。通過在外側端產生略低的壓力，所述抽吸管起到抽真空的作用從而吸出活性碳。所述抽吸管為雙壁管，在兩個管之間帶有水套以便冷卻抽吸管61。如果氣化器產生由排出合成氣攜帶的足夠的活性焦碳以滿足汙染控制的需要，則不需要第二種方式。
所分離的部分冷卻的活性焦碳接著被粉化62，然後移動到粒子冷卻器63中，在冷卻器63中活性焦碳與粒子去除系統所收集的物質集合在一起。活性焦碳接著在點62處研磨成所希望的細度。粉化的活性焦碳接著注入混合器60，混合器60將活性焦碳運載到袋濾室59中。
通過使用新方法利用內部產生的活性焦碳作為下遊合成氣淨化的產品，與其它氣化器系統相比，本發明提供了改進的總工廠操作效率。通常，通過將燃料原料的總能量分為所產生的氣體燃料輸出物中的能量來測量熱效率。由於本發明可分離一些進入氣化器的碳作為副產品，其由常規方法所測量的總的熱效率將低於其它比較系統。當將燃料(煤或其它燃料)部分看作燃料和部分看作吸收劑產品而不是都看作燃料時，就會得出不同的結果。當度量輸入燃料時，減去分離的用作吸附劑的未轉換的碳，本發明的熱效率將會更高。而且，當從總工廠(包括所需要的用於淨化合成氣的下遊設備的操作成本)的角度而不是其他的商業過程的角度來度量效率時，本發明顯示出了優越的總工廠效率。
在圖3的氣化器的點9處的燃料床中的燃料部分，是灰和充分活化的焦碳的混合物。本發明所產生的活性焦碳不會被焦油和和油料所隱蔽，而焦油和和油料通常存在於其它固定床或某些流化床氣化系統中。不同的粗燃料轉化為活性碳的能力不同。具有較低揮發物與固定碳比率的燃料不如具有較高揮發物與固定碳比率的燃料適合。
經驗表明，在特定溫度範圍內的特定固體燃料具有結塊性，會阻礙它們在固定床環境中的適當流動。利用本發明，通過在選擇的位置設置小埠，引起短暫的氣體噴射或脈動以攪動粗燃料和/或灰渣，可大大提高粗燃料向下移動的能力。所選擇的用於脈動的氣體可以是蒸汽、回收合成氣、氧氣、氮氣、空氣或其它氣體。通過在任意給定的區域使用若干脈動口，可破碎大塊結塊燃料，以確保連續的適當氣化率。氣體脈動的氣流速度優選足夠高以破碎燃料。設計埠65以便氣體脈動達到音速。在實際應用中，氣體速度可以低得多。圖8示出了一些典型的脈動埠65。埠的數量和位置可根據所選擇的燃料而有所不同。例如，在喉部區域11示出了一圈脈動口65，在燃料床氣體出口區域9附近示出了第二圈脈動口。脈動口可設置在任何地方以便適當地攪動燃料。上述的區域為氣化器內燃料可能結塊的區域。
脈動口由附加到脈動管67上的陶瓷管組成。管67優選附加到容器壁20上或附加到罩蓋圓筒體壁42上。對於罩蓋圓筒體壁的情況，脈動管通過罩蓋頂部43進入氣化器。對於容器，若干脈動管可通過容器20側壁的管口66進入。容器20可具有若干管口66。脈動管優選附加到容器壁上以便於支撐。
使用脈動攪動燃料床排除了在某些現有固定床氣化器中使用的機械攪拌器的需要。每一脈動口可具有不同程度的脈動時間和頻率。
圖9的曲線示出了控制管67的脈動的過程。每一管67具有快速作用閥68，如電磁閥。每一區域中的閥門連接到共用氣體源69上，所述共用氣體源69保持為設定的壓力。計算機控制器70確定何時打開每一個閥門68及其打開的時間。利用這種方法可在整個氣化器1中調節脈動。到脈動口65的氣體源69在氣化器1的不同區域可有不同的氣體成份和壓力。
此外，下表描述了在圖1和圖6中所示的氣化器在不同區域中可能的期望操作溫度。
表氣化器的的溫度分布最大值 標準值 最小值Point溫度F溫度F 溫度F2500 200 1004 solids1200 300 2004 gases 1500 1000 50011 2200 1800160013 1800 150013009 1600 1300100015 1550 1200 80054 2200 1600130018 2800 180016003 2900 2600220048 1200 800 20012 1200 800 2007 1200 800 200下面描述了當前優選的氣化器1的啟動模式。首先粗炭燃料或已去除揮發物的燃料被裝入氣化器。粗炭填充到氣化器1中從點3至點2上方兩英尺的位置。在點2上方標準燃料可添加到粗燃料加料系統中。大氣溫度和壓力的氮氣在入口6、10、19和25處進入氣化器循環。所述氣體通過氣化器、經排出管15排出、進入分離器57，接著通過熱交換器58。熱交換器58的過熱器部分保持與鍋爐貫通、鍋爐用鍋爐用水填充至適當水位。氮氣被緩慢添加直至達到操作壓力。離開熱交換器的氮氣通過小型啟動鼓風機，所述鼓風機將氣體循環回氣化器1的入口6、10、19和25中。在啟動鼓風機下遊，燃燒器燃燒混合氮氣的氧氣和天然氣或丙烷以便在循環過程中緩慢加熱氣化器(約100°F)。當鍋爐中的水達到操作壓力時，過熱器出口閥通過將過多的蒸氣排洩到冷凝器中而保持壓力。對於集成氣化結合循環(IGCC)廠，其生產作為主要產品的電，此為蒸汽輪機的主冷凝器。當氣化器燃料床到達約1000°F的溫度時，溫度保持約2小時，以便適當建立穿過陶瓷壁的溫度。在熱氮氣繼續循環的狀態下，將小量氧氣注入埠6和10，及將丙烷和氧氣注入小型點火燃燒器型燃燒器19。在26處注入丙烷或天然氣，在25處注入氧氣。過量的氣體通過熱交換器後在排氣管中爆發燃燒。燃燒緩慢增加超過大約六小時到達操作溫度。當氣體質量達到可接受的成份時，氣體通過袋濾室59被過濾(is rooted)，其被熱的排出氣體加熱到操作溫度。這時，氣化器處於聯機最大負載。氣化器可被緩慢升高到上述的標準滿操作條件。
權利要求
1.一種氣化器，包括間隔開的粗燃料和細燃料入口；固定床氣化部分，在該部分粗燃料被氣化；攜帶流氣化部分，在該部分細燃料被氣化；和氣體排出埠，在該處從粗燃料和細燃料產生的氣體被集中排放。
2.根據權利要求1所述的氣化器，其特徵在於，固定床氣化部分包括上部固定床部分，其從粗燃料入口接收粗燃料，其中，粗燃料被脫去揮發成分以形成向下流動的揮發氣體；和下部固定床部分。
3.根據權利要求2所述的氣化器，其特徵在於，還包括在上部固定床部分的內部截面收縮；和設置在鄰近所述收縮截面位置的上部壓力通風系統。
4.根據權利要求3所述的氣化器，其特徵在於，從固定床氣化部分和攜帶流氣化部分排出的氣體在上部壓力通風系統中集合，其中，氣體排出場所設置在靠近上部壓力通風系統的地方。
5.根據權利要求4所述的氣化器，其特徵在於，構造上部壓力通風系統以提供足以裂化包含在排出氣體中的焦油和油類的排出氣體滯留時間和操作溫度。
6.根據權利要求2所述的氣化器，其特徵在於，上部固定床部分被構造為在一定溫度下操作，以便將一部分粗燃料轉化為活性碳。
7.根據權利要求6所述的氣化器，其特徵在於，活性碳被排出氣體所攜帶。
8.根據權利要求7所述的氣化器，其特徵在於，所述氣化器還包括活性碳收集器以捕獲和除去排出氣體所攜帶的活性碳。
9.根據權利要求6所述的氣化器，其特徵在於，還包括活性碳去除埠以便允許從固定床部分除去活性碳。
10.根據權利要求9所述的氣化器，其特徵在於，還包括與活性碳去除埠相接合的螺旋設備，以允許除去活性碳。
11.根據權利要求1所述的氣化器，其特徵在於，攜帶流氣化部分設置在下部壓力通風系統中鄰近揮發細燃料的下部固定床部分的位置。
12.根據權利要求1所述的氣化器，其特徵在於，細燃料通過至少一個切向加料燃燒器加入攜帶流氣化部分。
13.根據權利要求12所述的氣化器，其特徵在於，細燃料從脫去揮發成分的固體燃料、液體燃料、氣體燃料及其組合物中選擇。
14.根據權利要求1所述的氣化器，其特徵在於，設定一部分細燃料的尺寸以確保細燃料的不充分的碳燃燒，導致產生被排出氣體攜帶的活性碳粒子。
15.根據權利要求14所述的氣化器，其特徵在於，還包括活性碳收集器用於捕獲和除去攜帶在排出氣體中的活性碳。
16.根據權利要求1所述的氣化器，其特徵在於，其產生攜帶在排出氣體中的活性碳，還包括用於從排出氣體中捕獲和除去活性碳的活性碳收集器，還包括汙染物控制裝置，其以所述活性碳接觸排出氣體以便從排出氣體中捕獲和除去汙染物。
17.根據權利要求16所述的氣化器，其特徵在於，所述汙染物選自硫化物，滷化物和重金屬。
18.根據權利要求1所述的氣化器，其特徵在於，還包括多個注入埠，它們用於將氧氣、蒸氣或空氣引入氣化器的不同區域。
19.根據權利要求18所述的氣化器，其特徵在於，構造注入埠以便於氣化器內的溫度控制。
20.根據權利要求18所述的氣化器，其特徵在於，構造注入埠以便控制氣化器內的蒸氣與氧氣的比率。
21.根據權利要求18所述的氣化器，其特徵在於，構造注入埠以便控制氣化器內的氫氣與一氧化碳的比率。
22.根據權利要求18所述的氣化器，其特徵在於，構造注入埠以便控制氣化器不同部分的氧氣、蒸氣或空氣的量，以便促進部分水煤氣變換反應。
23.根據權利要求22所述的氣化器，其特徵在於，構造注入埠以便控制氣化器不同部分的氧氣、蒸氣或空氣的量，以便控制溫度和促進甲烷化反應。
24.根據權利要求1所述的氣化器，其特徵在於，所述氣化器被構造為同時在固定床氣化部分加工粗燃料和在攜帶流氣化部分加工細燃料。
25.根據權利要求1所述的氣化器，其特徵在於，細燃料選自粉化的固體燃料、液體燃料、氣體燃料及其組合物。
26.根據權利要求1所述的氣化器，其特徵在於，還包括設置在下部固定床部分附近的多個脈動噴嘴，所述脈動噴嘴攪動固定床部分中的粗燃料或灰渣。
27.根據權利要求26所述的氣化器，其特徵在於，脈動噴嘴噴射加壓的氣體脈動。
28.根據權利要求27所述的氣化器，其特徵在於，氣體脈動包括空氣、氧氣、蒸汽、二氧化碳、氣態燃料或回收排出氣體的脈動。
29.根據權利要求1所述的氣化器，其特徵在於，所述氣化器構造為在固定床部分僅使用粗燃料操作。
30.一種具有兩級固定床氣化部分和攜帶流氣化部分的氣化器，包括粗燃料入口；兩級固定床氣化部分，該部分從粗燃料入口接收粗燃料，所述固定床氣化部分包括上部固定床部分，其中粗燃料被脫去揮發性成分以形成向下流動的揮發氣體；在上部固定床部分的內部截面收縮；下部固定床部分；和設置在鄰近內部截面收縮處的上部壓力通風系統；攜帶流氣化部分，其設置在下部壓力通風系統中鄰近於蒸發細燃料的下部固定床部分，其中細燃料被至少一個切向加料燃燒器送入攜帶流氣化部分；多個注入埠，它們構造用於將氧氣、蒸汽或空氣引入氣化器的不同部分；多個脈動噴嘴，設置在下部固定床部分附近，其攪動在固定床部分中的粗燃料或灰渣；和氣體排出場所，來自粗燃料和細燃料的氣體從該排出場所被集中排出，其中從固定床氣化部分和攜帶流氣化部分排出的氣體在上部壓力通風系統中收集，其中，氣體排出場所位於鄰近上部壓力通風系統的位置。
31.根據權利要求30所述的氣化器，其特徵在於，細燃料選自粉化的固體燃料、液體燃料、氣體燃料及其組合物。
32.根據權利要求30所述的氣化器，其特徵在於，構造注入埠以便於控制氣化器內的溫度。
33.根據權利要求30所述的氣化器，其特徵在於，構造注入埠以便控制氣化器內的蒸氣與氧氣的比率。
34.根據權利要求30所述的氣化器，其特徵在於，構造注入埠以便控制氣化器內的氫氣與一氧化碳的比率。
35.根據權利要求30所述的氣化器，其特徵在於，構造注入埠以便控制氣化器不同部分的氧氣、蒸氣或空氣的量，以便促進部分水煤氣變換反應。
36.根據權利要求35所述的氣化器，其特徵在於，構造注入埠以控制氣化器不同部分的氧氣、蒸氣或空氣的量，以便控制溫度和促進甲烷化反應。
37.根據權利要求30所述的氣化器，其特徵在於，上部固定床部分被構造為在一定溫度下操作以便將一部分粗燃料被轉化為活性碳。
38.根據權利要求37所述的氣化器，其特徵在於，活性碳被排出氣體所攜帶。
39.根據權利要求38所述的氣化器，其特徵在於，所述氣化器還包括活性碳收集器以捕獲和除去排出氣體中的活性碳。
40.根據權利要求37所述的氣化器，其特徵在於，還包括活性碳去除埠以便允許從固定床氣化部分除去活性碳。
41.根據權利要求40所述的氣化器，其特徵在於，還包括與活性碳去除埠相接合的螺旋設備，以允許除去活性碳。
42.根據權利要求30所述的氣化器，其特徵在於，設定一部分細燃料的尺寸以確保細燃料的不充分的碳燃燒，導致產生被排出氣體攜帶的活性碳粒子。
43.根據權利要求42所述的氣化器，其特徵在於，還包括活性碳收集器用於捕獲和除去攜帶在排出氣體中的活性碳。
44.根據權利要求30所述的氣化器，其特徵在於，其產生攜帶在排出氣體中的活性碳，還包括用於從排出氣體中捕獲和除去活性碳的活性碳收集器，還包括汙染物控制裝置，其以所述活性碳接觸排出氣體以便從排出氣體中捕獲和除去汙染物。
45.根據權利要求44所述的氣化器，其特徵在於，所述汙染物選自硫化物，滷化物和重金屬。
46.根據權利要求30所述的氣化器，其特徵在於，脈動噴嘴噴射加壓的氣體脈動。
47.根據權利要求46所述的氣化器，其特徵在於，氣體脈動包括空氣、氧氣、蒸汽、二氧化碳、氣態燃料或回收排出氣體的脈動。
48.根據權利要求30所述的氣化器，其特徵在於，所述氣化器被構造為同時在固定床氣化部分加工粗燃料和在攜帶流氣化部分加工細燃料。
49.根據權利要求30所述的氣化器，其特徵在於，所述氣化器構造為在固定床氣化部分僅使用粗燃料操作。
50.根據權利要求30所述的氣化器，其特徵在於，構造上部壓力通風系統以提供足以裂化包含在排出氣體中的焦油和油類的排出氣體滯留時間和操作溫度。
51.一種氣化器，包括粗燃料入口；兩級固定床氣化部分，該部分從粗燃料入口接收粗燃料，所述固定床氣化部分包括上部固定床部分，其中粗燃料被脫去揮發性成分以形成向下流動的揮發氣體；在上部固定床部分的內部截面收縮；下部固定床部分；和設置在鄰近內部截面收縮處的上部壓力通風系統；多個注入埠，它們構造用於將氧氣、蒸汽或空氣引入氣化器的不同部分；其中部分埠鄰近於粗燃料入口；和氣體排出場所，來自粗燃料的氣體從該位置被排出，其中從固定床氣化部分排出的氣體在上部壓力通風系統中收集，其中，氣體排出場所位於鄰近上部壓力通風系統的位置。
52.根據權利要求51所述的氣化器，其特徵在於，構造上部壓力通風系統以提供足以裂化包含在排出氣體中的焦油和油類的排出氣體滯留時間和操作溫度。
53.根據權利要求51所述的氣化器，其特徵在於，上部固定床部分被構造為在一定溫度下操作以便將一部分粗燃料被轉化為活性碳。
54.根據權利要求53所述的氣化器，其特徵在於，活性碳被排出氣體所攜帶。
55.根據權利要求54所述的氣化器，其特徵在於，還包括活性碳收集器用於捕獲和除去攜帶在排出氣體中的活性碳。
56.根據權利要求53所述的氣化器，其特徵在於，還包括活性碳去除埠，以便允許從固定床氣化部分除去活性碳。
57.根據權利要求56所述的氣化器，其特徵在於，還包括與活性碳去除埠相接合的螺旋設備，以允許除去活性碳。
58.根據權利要求51所述的氣化器，其特徵在於，其產生攜帶在排出氣體中的活性碳，還包括用於從排出氣體中捕獲和除去活性碳的活性碳收集器，還包括汙染物控制裝置，其以所述活性碳接觸排出氣體以便從排出氣體中捕獲和除去汙染物。
59.根據權利要求58所述的氣化器，其特徵在於，所述汙染物選自硫化物，滷化物和重金屬。
60.根據權利要求51所述的氣化器，其特徵在於，還包括多個注入埠，它們構造用於將氧氣、蒸氣或空氣引入氣化器的不同區域。
61.根據權利要求60所述的氣化器，其特徵在於，構造注入埠以便於氣化器內的溫度控制。
62.根據權利要求60所述的氣化器，其特徵在於，構造注入埠以便控制氣化器內的蒸氣與氧氣的比率。
63.根據權利要求60所述的氣化器，其特徵在於，構造注入埠以便控制氣化器內的氫氣與一氧化碳的比率。
64.根據權利要求60所述的氣化器，其特徵在於，構造注入埠以便控制氣化器不同部分的氧氣、蒸氣或空氣的量，以便促進部分水煤氣變換反應。
65.根據權利要求64所述的氣化器，其特徵在於，構造注入埠以便控制氣化器不同部分的氧氣、蒸氣或空氣的量，以便控制溫度和促進甲烷化反應。
67.根據權利要求51所述的氣化器，其特徵在於，還包括設置在下部固定床部分附近的多個脈動噴嘴，所述脈動噴嘴攪動固定床部分中的粗燃料或灰渣。
68.根據權利要求67所述的氣化器，其特徵在於，脈動噴嘴噴射加壓的氣體脈動。
69.根據權利要求68所述的氣化器，其特徵在於，氣體脈動包括空氣、氧氣、蒸汽、二氧化碳、氣態燃料或回收排出氣體的脈動。
70.一種氣化含碳燃料的方法，包括以下步驟將粗燃料加入具有兩級固定床氣化部分的氣化器，所述兩級固定床氣化部分包括接收粗燃料的上部固定床部分，其中上部固定床部分在一定溫度下操作，在該溫度下操作足以脫去粗燃料中的揮發性成分並形成向下流動的揮發氣體；在上部固定床部分的內部截面收縮；下部固定床部分；和設置在鄰近所述收縮截面處的上部壓力通風系統；將氧氣、蒸汽、或空氣引入上部固定床部分和下部固定床部分以控制氣化器中的溫度；和從氣化器中抽出排出氣體。
71.根據權利要求70所述的氣化含碳燃料的方法，其特徵在於，改變引入固定床氣化部分的氧氣、蒸汽、或空氣的量以控制氣化室內的蒸汽和氧氣的比率。
72.根據權利要求70所述的氣化含碳燃料的方法，其特徵在於，改變引入固定床氣化部分的氧氣、蒸汽、或空氣的量以控制氣化室內的氫氣和一氧化碳的比率。
73.根據權利要求70所述的氣化含碳燃料的方法，其特徵在於，改變引入固定床氣化部分的氧氣、蒸汽、或空氣的量以促進部分水煤氣變換反應。
74.根據權利要求73所述的氣化含碳燃料的方法，其特徵在於，改變引入固定床氣化部分的氧氣、蒸汽、或空氣的量以控制溫度和促進甲烷化反應。
75.根據權利要求70所述的氣化含碳燃料的方法，其特徵在於，還包括將細燃料加進攜帶流氣化部分的步驟，在該部分細燃料被氣化。
76.根據權利要求75所述的氣化含碳燃料的方法，其特徵在於，將攜帶流氣化部分設置在下部壓力通風系統中靠近下部固定床部分的位置。
77.根據權利要求75所述的氣化含碳燃料的方法，其特徵在於，細燃料通過至少一個切向加料燃燒器加進攜帶流氣化部分。
78.根據權利要求70所述的氣化含碳燃料的方法，其特徵在於，從固定床氣化部分排出的氣體在上部壓力通風系統中收集，其中，排出氣體被從上部壓力通風系統中抽出。
79.根據權利要求78所述的氣化含碳燃料的方法，其特徵在於，還包括將排出氣體在上部壓力通風系統中保持充足的氣體滯留時間和操作溫度以裂化包含在排出氣體中的焦油和油類的步驟。
80.根據權利要求70所述的氣化含碳燃料的方法，其特徵在於，在一定溫度下操作上部固定床部分，以便將一部分粗燃料轉化為活性碳。
81.根據權利要求80所述的氣化含碳燃料的方法，其特徵在於，活性碳被排出氣體所攜帶。
82.根據權利要求81所述的氣化含碳燃料的方法，其特徵在於，還包括捕獲和除去攜帶在排出氣體中的活性碳的步驟。
83.根據權利要求80所述的氣化含碳燃料的方法，其特徵在於，還包括從固定床氣化部分除去活性碳的步驟。
84.根據權利要求75所述的氣化含碳燃料的方法，其特徵在於，設定一部分細燃料的尺寸以確保細燃料的不充分的碳燃燒，導致產生被排出氣體攜帶的活性碳粒子。
85.根據權利要求84所述的氣化含碳燃料的方法，其特徵在於，還包括捕獲和除去攜帶在排出氣體中的活性碳的步驟。
86.根據權利要求70所述的氣化含碳燃料的方法，其特徵在於，還包括以下步驟產生活性碳從排出氣體或下部固定床部分捕獲和除去活性碳；將活性碳和排出氣體引入汙染物控制裝置，在該裝置中活性碳接觸排出氣體並捕獲和除去排出氣體中的汙染物。
87.根據權利要求86所述的氣化含碳燃料的方法，其特徵在於，所述汙染物選自硫化物，滷化物和重金屬。
88.根據權利要求86所述的氣化含碳燃料的方法，其特徵在於，汙染物控制裝置包括袋濾室。
89.一種在氣化器設備中產生活性碳的方法，包括以下步驟將粗燃料加入具有固定床氣化部分的氣化器，所述固定床氣化部分包括接收粗燃料的上部固定床部分，其中上部固定床部分在一定溫度下操作，在該溫度下操作足以脫去粗燃料中的揮發性成分並形成向下流動的揮發氣體；在上部固定床部分的內部截面收縮；和下部固定床部分，揮發氣體通過該部分向上流動；將氧氣、蒸汽、或空氣引入上部固定床部分和下部固定床部分以控制氣化器中的溫度，其中上部固定床部分在一定溫度下操作以將一部分粗燃料轉化為活性碳。
90.根據權利要求89所述的產生活性碳的方法，其特徵在於，還包括從氣化器中抽出排出氣體的步驟，其中活性碳被排出氣體所攜帶。
91.根據權利要求90所述的產生活性碳的方法，其特徵在於，還包括捕獲和除去攜帶在排出氣體中的活性碳的步驟。
92.根據權利要求89所述的產生活性碳的方法，其特徵在於，還包括從固定床氣化部分除去活性碳的步驟。
93.根據權利要求89所述的產生活性碳的方法，其特徵在於，還包括將細燃料加入攜帶流氣化部分的步驟，細燃料在該部分氣化，其中，設定一部分細燃料的尺寸以確保細燃料的不充分的碳燃燒，導致產生被排出氣體攜帶的活性碳粒子。
94.根據權利要求93所述的產生活性碳的方法，其特徵在於，還包括捕獲和除去攜帶在排出氣體中的活性碳的步驟。
95.根據權利要求93所述的產生活性碳的方法，其特徵在於，攜帶流氣化部分設置在下部壓力通風系統中靠近下部固定床部分的位置。
96.一種從氣化含碳燃料產生的排出氣體中除去蒸汽相汙染物的方法，其中含碳燃料的氣化同時產生作為副產品的活性碳，所述方法包括以下步驟向具有過濾袋的袋濾室供應活性碳吸附劑直到過濾袋被塗上一層吸附劑；和將排出氣體引入袋濾室，其中足夠量的活性碳被供應到袋濾室中以便塗在過濾袋上並便於活性碳吸附劑和蒸汽相汙染物密切接觸，從而從排出氣體中除去蒸汽相汙染物。
97.一種產生活性碳的氣化器，包括粗燃料入口；固定床氣化部分，在該部分，粗燃料被氣化，並且該固定床氣化部分被構造為在一定溫度下操作以脫去粗燃料中的揮發性成分並形成揮發氣體；所述固定床部分還包括碳活化區，其被構造用於在一定溫度下操作以裂化和破碎在揮發氣體和粗燃料中殘留的焦油和油類，從而將粗燃料轉化為活性碳；多個注入埠，它們構造用於將氧氣、蒸汽或空氣引入氣化器的不同部分以便控制氣化器中的操作條件；氣體排出埠，在該處從粗燃料產生的氣體被排出。
98.根據權利要求97所述的產生活性碳的氣化器，其特徵在於，排出氣體包括攜帶的活性碳，還包括用於捕獲和除去攜帶在排出氣體中的活性碳的活性碳收集器。
99.根據權利要求97所述的產生活性碳的氣化器，其特徵在於，還包括活性碳除去埠以允許從固定床氣化部分除去活性碳。
100.一種產生活性碳的氣化器，包括細燃料入口；攜帶流氣化部分，在該部分細燃料被氣化，其中一部分細燃料的尺寸被設定以保證細燃料的不充分碳燃燒，導致產生被排出氣體所攜帶的活性碳；和氣體排出埠，在該處從細燃料產生的氣體被排出，其中所排出的氣體包括攜帶的活性碳。
全文摘要
一種氣化器(1)，包括固定床氣化部分(4，5，8，11，13)，粗燃料從入口加入該部分並被氣化；和攜帶流氣化部分(17)，在該部分細燃料通過一個或多個切向加料燃燒器或從燃燒氣化圓筒室加入並被氣化。固定床部分包括上部和下部部分。粗燃料在上部固定床部分被脫去揮發性成分並受到足以破壞和破裂排出氣體中的焦油和油類的高溫作用。攜帶流氣化部分設置在下部壓力通風系統中鄰近下部固定床部分的位置。構造多個注入口(6，10)以在氣化器的不同部分引入氧氣、蒸汽或空氣以控制溫度和操作條件。活性碳可在上部固定床部分和攜帶流部分形成。活性炭可用作吸附劑以除去排出氣體中的汙染物。氣化器可使用各種粗燃料和細燃料原料。
文檔編號C10J3/52GK1483068SQ01821105
公開日2004年3月17日 申請日期2001年12月4日 優先權日2000年12月4日
發明者斯科特·哈西特, 斯科特 哈西特 申請人:埃默瑞能源有限公司