CN100447221C - 气化方法和气化*** - Google Patents

Abstract

一种气化方法和气化***，其能降低从气化器排出的合成气的温度，同时提高从燃料到气体的转化效率，包括：气化器；合成气通道；洗涤器，该洗涤器用水洗涤并且回收粉尘，其中所述粉尘伴随着流过合成气通道的合成气且含未转换可燃成分；脱水器，该脱水器从洗涤器回收的含粉尘洗涤器污水中去除部分水，并且调整浆体中的水份，以产生所述浆体；泵，所述泵对所产生的浆体进行加压并传送所述产生的浆体；以及喷嘴，所述喷嘴将所述浆体供入气化器中，其中所述喷嘴安装在安装有上燃烧器的级中并位于气化器的出口上，从喷嘴供入气化器中的浆体伴随上燃烧器所产生的向下流动，并沿着与向着气化器出口流动的合成气流相反的方向流动。

Description

气化方法和气化***

技术领域

本发明涉及固体燃料的气化技术，尤其涉及使用平接床式(flush-bedtype)气化器的固体燃料气化方法及其***。

背景技术

已经提出了各种类型的气化***，包括固定床式、粉化床式(pulverizedbed type)以及夹带床式(entrained bed type)，其中诸如固体碳氢化合物类煤等固体燃料被粉碎，利用氧部分地燃烧，以产生气体。在所有这些***中，在被称为夹带床式的***中，可以以相对较高的温度(诸如1500℃)对气化器进行操作，这样由燃料转化为气体的转化效率比其他类型的气化器要高。此外，因为气化器可以在相对较高的温度下进行操作，所以诸如碳氢化合物等固体燃料中的灰份可以被熔化，从而灰份能作为炉渣被回收并被重新利用。

在装配有与以上描述类似的平接床式气化器的气化***中，在气化器中产生并从气化器排出的气体伴随有粉尘，这些粉尘中含有未被转化的可燃成分，例如碳份(如未转化的炭和焦油等碳份)。由此，已经提出了一些气化***，它们被这样构造：伴随合成气的可燃成分被供回到气化器，以便最佳地利用可燃成分，并提高从燃料到气体的转化效率。例如，参考日本申请专利公开No.07-278575。

在日本申请专利公开No.07-278575中公开的气化***装备有圆柱形气化器，在圆柱形气化器的一端上设置合成气出口，在圆柱形气化器的另一端上设置提供燃料和氧气或者空气的燃烧器。从合成气中回收伴随在从气化器的出口排出的合成气中的、包含未被转化的可燃成分的粉尘，并且被回收的粉尘与诸如粉煤等固体燃料混合以形成浆体。然后利用泵将所述浆体加压到气化器的操作压力以上，并把该浆体供回到气化器。

在传统的气化器中，为了将气化器中所产生的气体冷却到合成气被送入其中的设备或者装置所需的温度之下，提供一种冷却器，所述冷却器包括在气化器出口处的连续合成气通道，以便冷却从气化器排出的合成气。如果合成气将被例如脱硫***处理，那么合成气必须在脱硫处理之前就被冷却到正常温度，因为所述处理通常是在常温下进行的。作为上述用于冷却合成气的蒸发器(boiler)，蒸发器式冷却器被使用，在所述蒸发器式冷却器中通过流经通道的流体类水或蒸汽与合成气之间的热交换来对合成气进行冷却。

在该热交换中，依赖于气化器所排出的合成气的温度，在伴随从气化器排出的合成气的灰份熔化时，会产生熔渣。如果使用如下所述冷却器，即该冷却器装备在合成气通道内、且带有多个用于使与合成气进行热交换的流体流过的管子，那么熔渣可能会粘附在流体管之间的间隔上，结果可能会堵塞合成气通道。对于从气化器排出的合成气的温度可能变得与所产生的熔渣的温度一样高的气化***，为了防止熔渣将通道堵塞，例如带有水壁结构或套式(jacket)结构的冷却器与气化器的出口连接，所述的带有水壁结构或套式结构的冷却器是这样构造的：即用于与合成气进行热交换的流体通道被安装在构成合成气通道的壁上。

由于上述带有水壁结构或套式结构的冷却器的热交换效率或冷却效率低于通过将多个管安装在合成气通道的内部而构成的冷却器，因此冷却器的尺寸变得非常大。例如，对于几米高的气化器有可能需要几十米高的冷却器。如上述安装在气化***中的带有水壁结构或套式结构的冷却器使得气化***的尺寸变大、成本增加。由此，需要通过降低从气化器排出的合成气的温度来减小带有水壁结构或套式结构的冷却器的尺寸。

为了实现以上所述目的，本发明的发明人设想将从气化器排出的合成气中回收的粉尘所产生的浆体供至气化器的合成气出口，然后利用供至气化器的合成气出口的浆体的水分蒸发来降低从气化器排出的合成气的温度。然而，如果浆体被供至气化器的合成气出口，那么所提供的浆体伴随着合成气从气化器排出。结果，与包含粉尘的浆体被供回气化器的传统气化***相比，包含在浆体中的未转化的可燃成分保持在气化器中的保持时间缩短，因此在气化器中未转化的可燃成分不容易发生反应，从燃料到气体的转化效率难于提高。处于上述原因，需要降低从气化器排出的合成气的温度，同时提高从燃料到气体的转化效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种能降低从气化器排出的合成气的温度、同时提高从燃料到气体的转化效率的气化方法和气化***。

本发明的气化方法将通过回收伴随气体并包含未转化的可燃成分的粉尘而产生的浆体供至合成气出口，所述气体从气化器的出口处产生并排出，所述气化器部分地燃烧固体燃料来产生合成气，所述被供给的浆体沿着与向着气化器出口流动的合成气流相反的方向流动。

通过上述结构，由于浆体被供至气化器的合成气出口，因此利用浆体中的水份能够降低从气化器排出的合成气的温度。此外，由于供入气化器的浆体沿着与向着出口流动的合成气流相反的方向流动，因此包含在浆体中的未转化成分在气化器中保持的时间可以较长，从而可以增加包含在浆体中的可燃成分的反应量。由此，从气化器中排出的合成气的温度能够降低，同时能提高从燃料至气体的转化效率。

此外，所述气化器包括下燃烧器和上燃烧器，所述下燃烧器将固体燃料供入气化器，所述上燃烧器安装得比气化器的下燃烧器更靠近所述出口，并且不仅将固体燃料供入气化器中，而且在气化器中形成向下的流动，所述浆体被供至安装有气化器上燃烧器的级(stage)中。通过该结构，由于供至气化器出口的浆体伴随由上燃烧器形成的向下的流动，因此浆体能容易地在气化器内部沿着与向着出口流动的合成气流相反的反向流动。

此外，如果所述浆体喷出并进入气化器中，以便沿着与朝向出口的合成气流方向相反的方向在气化器中形成流动，那么即使在气化器内部没有形成沿着与向着出口流动的合成气流相反的方向的任何流动，诸如由上燃烧器形成的向下流动，所述浆体也能沿着与向着出口流动的合成气流相反的方向流动。

此外，本发明的气化***包括：通过部分燃烧固体燃料而产生气体的气化器；合成气通道，在气化器中产生的气体通过所述合成气通道流动；安装在合成气通道中的浆体产生装置，用于回收伴随合成气的且含未转化可燃成分的粉尘，并且由回收的粉尘产生浆体；泵，用来对所述浆体产生装置所产生的浆体进行加压并且传送所述浆体；以及喷嘴，所述喷嘴将通过泵从浆体产生装置传送的浆体供入气化器中；喷嘴安装在气化器的合成气出口处，并且从喷嘴供入气化器的浆体沿着与向着出口流动的合成气流方向相反的方向在气化器中流动。

利用上述结构，由于浆体供至气化器的合成气出口，因此利用浆体中的水份能降低从气化器排出的合成气的温度。此外，由于从喷嘴供入气化器的浆体沿着与向着出口流动的合成气流方向相反的方向流动，因此包含在浆体中的未转化可燃成分在气化器中保持的时间可以较长，由此包含在浆体中的可燃成分的反应量可以增加。由此，从气化器排出的合成气的温度能够降低，同时能提高从燃料到气体的转化效率。

此外，所述气化器包括下燃烧器和上燃烧器，所述下燃烧器将固体燃料供入气化器，所述上燃烧器安装为比气化器的下燃烧器更靠近所述出口，并且不仅将固体燃料供入气化器中，而且在气化器中形成向下的流动，所述喷嘴被安装在安装有气化器上燃烧器的级中。通过装备有上燃烧器和下燃烧器的两级燃烧器式气化器的上述结构，其中喷嘴安装在安装有上燃烧器的级中，由于从喷嘴供入气化器的浆体伴随由上燃烧器形成的向下流动，因此浆体能容易地沿着与向着出口流动的合成气流方向相反的方向在气化器中流动。

此外，所述浆体产生装置包括：洗涤器，所述洗涤器利用水或碱溶液洗涤在合成气通道中流动的合成气，以从合成气中去除和回收伴随合成气的粉尘；以及脱水器，用于从洗涤器污水中去除部分水以调节浆体的水份，其中所述洗涤器污水含有由洗涤器回收的粉尘。上述结构是优选的，因为在产生含粉尘的浆体的过程中，不必要安装用于将水加至粉尘中的任何装置。

此外，所述***装备有温度检测器，用于测量从气化器排出的合成气的温度，其中所述浆体产生装置根据温度检测器所检测的合成气温度调整浆体的水份。上述结构是优选的，因为可以根据浆体中的水份控制从气化器中排出的合成气的温度。

此外，本发明是一种氢制造***，装备有根据上述方面中任一方面所述的气化***，其中固体燃料是固体碳氢化合物。此外，本发明是一种氢制造***，装备有根据上述方面中任一项所述的气化***以及催化剂转化器，所述催化剂转化器包含用于从一氧化碳和水产生氢的反应中的催化剂，所述一氧化碳包含在从气化***中排出的合成气中，其中所述固体燃料是固体碳氢化合物。具有上述结构的氢制造***不仅能增加合成气中的氢气密度，而且尺寸能制造得较小。

附图说明

图1是示出了应用本发明的实施例1的气化***的简要结构和操作的简图；

图2是示出了安装在实施例1的气化***中的气化器的简要结构和操作的垂直剖视图；

图3是安装有下燃烧器的级(stage)的水平剖视图，示出了安装在实施例1的气化***中气化器的简要结构和操作；

图4是安装有上燃烧器的级的水平剖视图，示出了安装在实施例1的气化***中的气化器的简要结构和操作；

图5是示出了应用本发明的实施例2的气化***的简要结构和操作的简图；

图6是示出了应用本发明的实施例3的气化***的简要结构和操作的简图；

图7是示出了装备有应用本发明的气化***的氢制造***的实施例的简要结构和操作的简图。

具体实施方式

(实施例1)

下面将使用图1至4描述本发明的气化***。图1是示出了应用本发明的气化***的简要结构和操作的简图。图2是示出了安装在应用本发明的气化***中的气化器的简要结构和操作的垂直剖视图。图3是安装有下燃烧器的级的水平剖视图，示出了安装在应用本发明的气化***中的气化器的简要结构和操作。图4是安装有上燃烧器的级的水平剖视图，示出了安装在应用本发明的气化***中的气化器的简要结构和操作。在该实施例中描述了装配有螺旋流式气化器(spiral flow type gasifier)的气化***，其中燃烧器安装在两个不同的级处：上燃烧器用于形成上升螺旋流，而下燃烧器用于形成下降螺旋流。

如图1所示，该实施例的气化***包括：气化器，该气化器对作为固体燃料的粒状或粉状固体碳氢化合物(诸如粉煤)进行气化；气体洗涤器3，该气体洗涤器用水或碱溶液洗涤并从气化器1中产生的气体中去除含碳份(即未转化可燃成分)的粉尘；脱水器5，该脱水器从气体洗涤器中排出的、含炭(char)的洗涤器污水中分离出一部分水；浆体泵7，该浆体泵对通过在脱水器5中调整水份而产生的浆体进行加压并传送所述浆体；洗涤水泵9，所述泵将被脱水器5分离的水返回到洗涤器3；以及喷嘴11，所述喷嘴11将浆体泵7传送的浆体供入气化器1中。

气化器1是图1和2中所示的卧式炉，它装备有气化室13和位于气化室13之下的炉渣回收室15。此外，用于冷却气化器1中所产生的气体的冷却器17连接到气化器1的气化室13的上部。气化室13形成为圆形，在其内部排列有耐火材料19。下燃烧器21安装在气化器1的气化室13的下部，上燃烧器25安装在比下燃烧器21高的部分处并且位于合成气从气化室13排出的出口23一侧，喷嘴11安装在气化器1的气化室13中上燃烧器25被安装的级处。

如图3所示，下燃烧器21被安装成：从下燃烧室21喷出的燃料喷射方向以切线方向接触圆27，其中圆27与气化器1的外侧壁同心并且假设该圆27被定位在螺旋流将产生的位置。通过如上所述安装下燃烧器21，沿着同心圆27的螺旋流产生在气化器1的气化室13的内部。在该实施例中，四个燃烧器21以相等的间隔安装。如图4所示，上燃烧器25被安装成：从上燃烧室25喷出的燃料喷射方向以切线方向接触圆29，其中所述圆29与气化器1的外侧壁同心并且假设该圆29被定位在螺旋流将产生的位置。通过如上所述安装上燃烧器25，沿着同心圆29的螺旋流产生在气化器1的气化室13的内部。在该实施例中，两个上燃烧器25以相等的间隔安装。

在该实施例中，喷嘴11如上燃烧器25一样地安装，它的方向以切线接触圆29，其中所述圆29与气化器1的外侧壁同心并且假设该圆29被定位在螺旋流将产生的位置。在该实施例中，两个喷嘴11以相等的间隔、但与上燃烧器25交替地安装在气化器1中上燃烧器25被安装的级处。在该结构中，喷嘴11不是必须安装在与上燃烧器25相等的高度上，可以安装在比上燃烧器25高或者低的位置上，只要它被安装在气化器1中上燃烧器25被安装的相同级处即可，由此从喷嘴供给的浆体能够伴随由上燃烧器25形成的螺旋流。

此外，象在本实施例中一样，在气化器1的上燃烧器25是两级燃烧器的气化器1中，从喷嘴11供入气化器1的浆体伴随着上燃烧器25形成的下降螺旋流，即向下流动，因此沿与上升流相反的方向流动，合成气流向气化器1内的出口23。由此，喷嘴11不需要象在本实施例中一样被安装用来形成沿同心圆29的螺旋流。然而，优选地是，象在本实施例中一样，喷嘴11被安装用来形成沿同心圆29的螺旋流，因为由上燃烧器25形成的下降螺旋流很难被扰动。

前粉煤(pre-pulverized coal)被分入下燃料管31、连接至下燃烧器21和上燃料管33的固体燃料通道、连接至上燃烧器25的固体燃料通道，如图1和2所示，并且通过下燃烧器21和上燃烧器25与诸如氮和二氧化碳等不可燃气体一起供入气化器1中。此外，下氧气管35和上氧气管37分别连接至下燃烧器21和上燃烧器25，其中每个氧气管是氧气或空气通道，用来将作为气化剂的氧气引至下燃烧器21和上燃烧器25，氧气或者空气通过下燃烧器21和上燃烧器25与粉煤一起供入气化器1中。

气化室13和炉渣回收室15通过出渣口39彼此连接，出渣口39的直径小于气化室13和炉渣回收室15的内径，如图2所示。在炉渣回收室15中设置点火燃烧器(ignition burner)41和出渣口燃烧器(slag tap burner)43。作为用来将辅助燃料引至点火燃烧器41的通道的辅助燃料管45以及作为用来将氧气或空气引至点火燃烧器41的通道的点火燃烧器氧气管47连接至点火燃烧器41。以与点火燃烧器41相同的方式，作为用来将辅助燃料引至出渣口燃烧器43的通道的辅助燃料管49以及作为用来将氧气或空气引至出渣口燃烧器43的通道的出渣口燃烧器氧气管51连接至出渣口燃烧器43。不是必须要安装出渣口燃烧器43。

在气化器1之上设置冷却器17，该冷却器包括冷却室53，该冷却室构成垂直延伸的合成气通道的通道，并且与气化器1的合成气出口23连接，如图2所示。构成冷却室53的侧壁是水壁式热交换器或者套式热交换器，其中所述水壁式热交换器包括管子，诸如水等冷却剂或者诸如冷却蒸汽等冷却介质流过所述管子，而在所述套式热交换器中建立有用于使冷却介质流动的通道54。用于让冷却介质流入冷却器17的冷却介质引入管55连接至冷却器17的下部，用于让被热交换加热的冷却介质流出冷却器17的冷却介质流出管57连接至冷却器17的较高部分。冷却器17未在图1中示出，这是因为必须在考虑从气化器1排出的合成气的温度的基础上才能决定是否安装冷却器17，而不是总是需要在本发明的气化***中安装冷却器17。

在气化器1的气化室13中产生的气体被引入合成气管59，该合成气管59是合成气通道，并且在不安装冷却器17的情况下连接至气化器1的气化室13的出口23，或者在安装冷却器17的情况下连接至冷却器17的上端。进入合成气管59中的合成气通过合成气管59，被引入与合成气管59连接的气体洗涤器3，如图1所示。

作为已经被气体洗涤器3清洗过的合成气的净化气体通过净化气体管61被引入位于气化***之后的其他设备和装置中，其中所述净化气体管61是与气体洗涤器3连接的净化气体通道。另一方面，来自气体洗涤器3的、包含伴随着合成气的诸如炭等粉尘的洗涤器污水通过洗涤器污水管63被引入脱水器5，其中所述洗涤器污水管63是洗涤器污水的通道。这样，独立于冷却器17，用于冷却净化气体的冷却器可以根据流过净化气体管61的净化气体的温度或者安装在气化***之后的其他设备和装置所需要的净化气体温度而被安装在净化气体管61上。为净化气体管61安装的冷却器通常包括多个管子，用于冷却安装在净化气体的通道中的介质。脱水器5使过剩的水与通过洗涤器污水管63从气体洗涤器3引入的洗涤器污水分离开，并产生包含炭的浆体。可应用于以上所述应用中的脱水器5可以是滤网、过滤器、沉积池和离心机中的任意类型，只要它能够从洗涤器污水中分离过剩的水即可。如上所述，气体洗涤器3和脱水器5构成浆体产生装置。

被脱水器5分离的水通过安装有洗涤水泵9的洗涤水管65供回至气体洗涤器，并且作为洗涤水被重新利用。另一方面，在脱水器5中产生的浆体通过安装有浆体泵7的浆体供给管67而传送到安装在气化器1上的喷嘴11。浆体泵7将浆体加压到气化器1的操作压力之上，并且将它传送到喷嘴11。

以下将描述具有本发明上述结构和特征的气化***的操作。在气化器1中安装有下燃烧器21的级处，在气化剂的帮助下固体燃料中可燃成分的部分氧化，即在固体燃料中的可燃成分的部分燃烧，使得该处的温度非常高，诸如高达1500℃。利用在气化室13内部的所述高温，固体燃料中的灰份被熔化，并且通过出渣口39被回收到炉渣回收室15中。

另一方面，在固体燃料中的剩余可燃成分在气化室13中被转化成可燃气体，诸如氢和一氧化碳。在气化室13中产生的可燃气体从气化器1的出口23排入到合成气管59中。包含作为未转化可燃成分的碳份、并且伴随合成气从气化器1流过合成气管59的粉尘在洗涤水的帮助下被气体洗涤器3回收。当通过脱水器5使预定量的水从来自气体洗涤器3的、包含被回收粉尘的洗涤器污水中分离出来时，洗涤器污水被制成具有所需密度的浆体。

利用浆体泵把所获得的浆体加压到气化器1的操作压力之上，并从喷嘴11将它供入气化器中。供入气化器1中的浆体伴随向下的流动，所述向下的流动是由上燃烧器25形成的、在气化器1内部沿着与向着气化器1的出口23流动的合成气相反的方向的流动，并且所述浆体流入气化器1中下燃烧器21被安装的级中。当供回到气化器1中作为浆体的未转化可燃成分从喷嘴11向下移动到安装下燃烧器21的级中，然后从安装下燃烧器21的级中向上移动到安装上燃烧器25的级处时，它们被露出来发生反应并再次气化。此外，因为含水的浆体从喷嘴11供至安装上燃烧器25的级，所以在浆体中的水被气化器1中的热量蒸发，由此安装上燃烧器25的级被冷却，因此从气化器排出的合成气的温度被降低。

现在，在装备有带两级燃烧器的螺旋流式气化器的气化***中，将传统气化***与本实施例的气化***进行比较，比较来自气化器的合成气的出口温度以及从燃料到气体的转化效率，其中在所述传统气化***中所述浆体被供到安装下燃烧器的级处，比较的结果如表1所示。转化效率意味着从原料热值到合成气热值的转化率，如下所示：

(转化效率)＝(合成气热值)/(燃料热值)×100

表1

如表1所示，在传统气化***中，由于在氧气/煤重量比为0.8的情况下，出于浆体中水份的影响，气化器内部温度是1300℃，所以原料中的灰份不能熔化。由于气化器内部温度为1300℃的较低温度，因此转化效率也低，为55％。于是，作为气化剂的氧气的供给增加，使得氧气/煤重量比达到1.0，从而使气化器内部温度增加到大约1500℃，灰份能够熔化，转化效率增加到60％。然而，来自气化器的合成气的出口温度增加到大约1200℃，并且由此伴随合成气的灰份半熔化，并粘附到气化器的出口。

另一方面，在本实施例的气化***中，在氧气/煤重量比为1.0的情况下，气化器内部温度能增加到大约1500℃，因此灰份能够熔化。此外，来自气化器的合成气的出口温度能被冷却到大约900℃，因此能够防止灰份粘附到气化器的出口。此外，转化效率保持在60％，而不会降低。

在本实施例的气化***中，当浆体供至在气化器中上燃烧器被安装的级处时，即供至气化器的合成气出口23一侧，并且浆体中的水份在安装有气化器1的上燃烧器25的级的热量作用下被蒸发时，安装气化器1的上燃烧器25的级被冷却，并且从气化器1排出的合成气的温度能被降低，如上所述。此外，当从喷嘴11供入气化器1的浆体沿与流向出口23的气化器1内部的合成气流方向相反的方向流动时，包含于浆体里的未转化可燃成分在气化器1中的保留时间能够变长，因此包含于浆体里的未转化可燃成分的反应量能够增加。由此，从气化器排出的合成气的温度能够降低，同时能提高从燃料到气体的转化效率。

此外，在本实施例的气化***中，由于从气化器排出的合成气的温度能被降低，并且由此所需的冷却能力能被降低，因此连接至气化器出口的冷却器的尺寸，诸如图2所示的冷却器17，能被制造的较小。此外，如果从气化器排出的合成气的温度小于可能产生炉渣的温度，那么可以用如下所述的冷却器替换图2所示的冷却器17，所述冷却器包括用来冷却装在气体通道中的介质的多个管并且具有比冷却器17高的冷却效率，从而冷却器的尺寸可以制造得非常小。此外，尽管冷却器的设立依赖于被浆体的供给所冷却的合成气的温度，然而连接至气化器出口的冷却器，例如图2所示的冷却器17，能被省略。作为省略连接至气化器出口的冷却器的结果，气化***的尺寸能被制造得较小，并且成本能降低。

尤其是，尽管像在本实施例中的带有两级燃烧器的螺旋流式气化器能以高于其他平接床式气化器的效率进行气化，并且在相同处理能力下进行对比时炉体积能够非常小，但由于高的热负载，从气化器排出的合成气的温度高于其他平接床式气化器。由此，对于类似本实施例中的装备有螺旋流式气化器的气化***，类似冷却器17的连接至气化器出口的冷却器尺寸变大，结果在许多情况下气化***的尺寸变大、成本增加。考虑到以上情况，将本发明应用到装备有类似本实施例的带两级燃烧器的螺旋流式气化器的气化***中，这样与装备有其他平接床式气化器的气化***相比，能在气化***的尺寸和成本的减小方面产生较大的效果。然而，本发明不仅能够应用于装备了螺旋流式气化器的气化***中，而且能够应用于装备了各种平接床式气化器的气化***，包括装备了其他的、带有两级燃烧器或只带有一级燃烧器的气化器的气化***。

此外，由于在本实施例中利用洗涤水从合成气中回收粉尘的气体洗涤器3以及脱水器5被用作浆体产生装置，因此对于含粉尘的浆体的产生来说，不需要安装任何用于将水加至以干燥状态被回收的粉尘中的装置。然而，本发明也能够被构造为：利用旋风分离器以干燥状态从合成气中回收粉尘，并且通过将水加至所述粉尘中来产生浆体。

此外，由于在本实施例的气化***中，粉尘被加压并且作为浆体被供回到气化器中，因此与利用活底料斗将干燥状态下的粉尘供回到气化器的***相比，不需要用于粉尘传送的氮气。由此，不打算从合成气中收集起来的其他气体(诸如合成气中的氮气)的密度可以较低，而想要收集起来的气体的密度可以较高。例如，如果打算利用作为固体燃料的碳氢化合物收集氢气，那么合成气中的氢气密度会较高。此外，由于未使用活底料斗，活底料斗的成本能被节省下来。此外，如表1中所示，从固体燃料到合成气的转化效率能够增加。

此外，虽然该实施例中装备了四个下燃烧器21、两个上燃烧器25以及两个喷嘴11，然而下燃烧器和上燃烧器的数量可以根据需要进行选择，只要下燃烧器21和上燃烧器25能形成螺旋流即可，本实施例的喷嘴11的数量也可以根据需要按照喷嘴的能力进行选择，只要它们用于把浆体供入气化器1中的目的。然而，优选地是，将数量充足的喷嘴11安装在适当的位置，以便由上燃烧器25形成的下降螺旋流不容易被扰动。

(实施例2)

图5是示出了应用本发明的气化***的简要结构和操作的简图。在该实施例中，与实施例1中相同的标号给予相同部件或机械装置，并且不进行进一步的描述。以下的描述覆盖不同于实施例1的结构和特征。

本实施例的气化***与实施例1的不同点在于：从气化器排出的合成气的温度被检测，并且浆体中的水份根据温度而被调节。本实施例的气化***装备有：温度计69，用来检测流过合成气管59的合成气的温度；以及控制器71，用来控制脱水器5的操作，温度计69和控制器71均安装在合成气管的连接至气化器1出口的部分，如图5所示。温度计69通过配线73电连接至控制器71，并且控制器71通过配线73电连接至脱水器5。

由浆体的供给进行冷却并且从气化器排出的合成气的温度依赖于浆体中粉尘和水的比例。因此，在本实施例的气化***中，温度计69测量从气化器1排出的合成气的温度，并且与所述测量相对应的温度信号被送至控制器71。利用温度计69测量的从气化器1排出的合成气的温度以及预定温度或温度范围，已经接收到来自温度计69的温度信号的控制器计算将从喷嘴11供入气化器1中的浆体的水密度，控制脱水器5的操作，并且调整将由脱水器5进行分离的水份。由此，当其中的水份已经被调节的浆体从喷嘴11供入气化器1中，从气化器1排出的合成气的温度被控制保持恒定。

在本实施例的气化***中，如上所述，通过把其中的水份已经根据从气化器1排出的合成气的温度被调节的浆体供至气化器1的出口，对从气化器排出的合成气的温度进行控制。

由于如前所述，由浆体的供给进行冷却并且从气化器排出的合成气的温度依赖于浆体中粉尘和水的比率，因此如果伴随合成气的粉尘量发生变化，那么从气化器排出的合成气的温度也变化。由此，只要伴随合成气的粉尘的量在允许的范围内，就象实施例1中一样采用从包含粉尘的洗涤水分离恒定量的水的结构是可行的。然而，如果伴随合成气的粉尘的量的变化超出了允许的范围，那么优选使用结构如本实施例的气化***。

(实施例3)

图6是示出了应用本发明的气化***的简要结构和操作的简图。在该实施例中，与实施例1和实施例2中相同的标号给予相同部件或机械装置，并且不进行进一步的描述。以下的描述覆盖不同于实施例1和实施例2的结构和特征。

本实施例的气化***与实施例1和实施例2的不同点在于：所述***装备有向下流动式气化器，在该气化器中用于供给固体燃料和气化剂的燃烧器被安装在气化器的顶部，在气化器中产生的气体在气化器中从顶部流到底部，合成气出口位于气化器的底部处。简而言之，本实施例的气化***装备有气化器75，合成气管59连接至位于气化器75底部处的出口，燃烧器79安装在气化器75的顶部，喷嘴11安装在底部，即，气化器75的出口处。

作为固体燃料的前粉煤通过燃料供给管81、连接至燃烧器79的燃料通道以及燃烧器79供入气化器75中。同时，用作气化剂的氧气通过氧气供给管83、连接至燃烧器79的氧气或空气通道以及燃烧器79供入气化器75中。当固体燃料中的可燃成分的一部分借助气化剂在气化器75中被氧化时，产生非常高的温度，例如大约1500℃，并且上述可燃成分的剩余部分被转化成可燃气体，诸如氢气和一氧化碳。通过连接至位于气化器75底部处的出口的合成管59取出合成气。

包括含可燃成分的粉尘的浆体已经通过在脱水器5中对来自气体洗涤器3的洗涤器污水的处理而被生成，所述浆体被浆体泵7加压到气化器75的操作压力之上，然后通过喷嘴11供入气化器75的下部。本实施例的喷嘴11被这样安装以便浆体向上喷出并喷入气化器75中，由此从喷嘴11喷出的浆体在气化器75中沿合成气的向上方向喷射。由此，从喷嘴11供入气化器5的浆体沿着与向着气化器75的出口流动的合成气流相反的方向流动。通过该结构，从喷嘴11供入气化器75的浆体被暴露在气化器75内部的高温下较长时间，由此在浆体中未转化的可燃成分发生反应，产生可燃气体，诸如一氧化碳等。此外，从喷嘴11供入气化器75的浆体中的水份在供入气化器75之后立即蒸发，并且冷却气化器75的下部，从而冷却从气化器75排出的合成气的温度。

根据本实施例，从气化器排出的合成气的温度能够降低，同时提高从燃料到气体的转化效率，如上所述。由此，本实施例不仅能够应用于如下气化***，所述气化***装备有带两级燃烧器的螺旋流式气化器或如实施例1和实施例2中所述其中合成气从底部流至顶部的气化器，而且除上述气化***以外，还能够应用于装备有各种平接床式气化器的气化***，只要从喷嘴喷出的浆体沿着与向着气化器出口的合成气流相反的方向流入气化器中即可。

(实施例4)

图7是示出了装备有应用本发明的气化***的氢制造***的实施例的简要结构和操作的简图。在该实施例中，与实施例1、2和3中相同的标号给予相同部件或机械装置，并且不进行进一步的描述。以下的描述覆盖不同于实施例1、2和3的结构和特征。

本实施例是使用实施例1中的气化***的氢制造***。本实施例的氢制造***利用由粒状或粉状固体碳氢化合物，诸如粉煤等制成的材料制造氢气，所述氢制造***包括：结构与实施例1中的气化***类似的气化器1；气体洗涤器3；脱水器5；浆体泵7；洗涤水泵9；以及安装在气化器1上的喷嘴11，并且还有：下原料料斗85，其通过下燃料管31连接至下燃烧器21；上原料料斗87，其通过上燃料管33连接至上燃烧器25；以及变换炉(shift convert)89，其安装在净化气体管61上并且包含催化剂。

用作制造氢用的原料的前粉煤被分成两部分，两部分分别对应下原料料斗85和上原料料斗87，并且分别储存在下原料料斗85和上原料料斗87中。储存在下原料料斗85和上原料料斗87中的原料分别以特定量从下原料料斗85和上原料料斗87排出，然后与从分别与下原料料斗85和上原料料斗87的原料排出口连接的下原料传送氮管91和上原料传送氮管93供给的传送氮混合，并在空气作用下被传送。原料和传送氮通过下燃料管31供至下燃烧器21，并且通过上燃料管33供至上燃烧器25，然后从下燃烧器21和上燃烧器25供入气化器1中。在该操作中，由于氧气或空气也分别从下氧气管35和上氧气管37供至下燃烧器21和上燃烧器25，因此下燃烧器21和上燃烧器25不仅将原料供入气化器1中，而且把作为气化剂的氧或空气供入气化器1中。

原料和氧气在气化器1中混合，原料中的可燃成分的一部分被氧化，并产生非常高的温度。可燃成分的剩余部分被转化成主要包括氢气和一氧化碳的气体，并且合成气从发生炉1中取出流入合成气管59。在流经合成气管59的合成气在气体洗涤器3中被洗涤以将伴随它的粉尘去除时，合成气的温度高于100℃，由此在该热量作用下洗涤水的一部分被蒸发并混入净化气体中。带有从气体洗涤器3中获得的蒸汽的净化气体流入净化气体管61中，并被引入安装在净化气体管61中的变换炉89里。变换炉89包括已知的变换反应催化剂，诸如铜-铅式催化剂或者铁-铬式催化剂，它们显示出加速公式(1)所示变换的催化效果。

CO+H₂O→CO₂+H₂    公式(1)

当含蒸汽的净化气体流入变化炉89中，并且接触变换催化剂时，引起公式(1)中的变换，以增加净化空气中的氢密度。然后，将净化空气从变换炉89中取出作为产品气体，并通过净化气体管61将其送至使用产品气体的其他设备和装置中。如上所述，已经在气体洗涤器3中蒸发并且以蒸汽的形式混入净化气体中的部分洗涤水被用作变换炉89中的变换所需的水。

另一方面，从气体洗涤器3中的合成气回收的粉尘与洗涤水混合，并被送出并进入洗涤水管63中作为洗涤器污水。进入洗涤器污水管63中的洗涤器污水被引入脱水器5中，并且在部分水份被去除之后形成浆体。接着，在脱水器5中提炼的浆体被浆体泵7加压至气化器1的操作压力之上，然后通过浆体供给管67传送至喷嘴11，并且从喷嘴11供入气化器1中。在供入气化器1中的浆体里的未转化碳份进一步在气化器1中进行反应，并转化成诸如一氧化碳等气体。在供入气化器1中的浆体里的水份冷却气化器1中的上燃烧器25被安装的梯级，并且除此以外，所述水份还用于公式(1)中的变换并转换成氢。

在本实施例的氢制造***中，其中伴随净化气体的粉尘被供回至气化器的出口作为浆体，然后在作为浆体供入气化器中的适当量的水的帮助下，一氧化碳转换成氢并且合成气中的氢密度增加，如上所述。此外，由于连接至气化器出口的冷却器在尺寸方面能制造得较小或者能去除，因此氢制造***的尺寸能制造得较小。

在本实施例的氢制造***中，当利用洗涤水在气体洗涤器3中洗涤合成气时，部分洗涤水被蒸发，并且蒸发的洗涤水伴随来自气体洗涤器的净化气体。通过将被蒸汽伴随的净化气体引入含变换催化剂的变换炉89中，在净化气体中的残余一氧化碳能转换成氢。由此，在产品气体中的氢密度能进一步增加。此外，由于变换所需的蒸汽能通过洗涤水的供回以及洗涤水的蒸发而构成，因此不需要安装其他的用于供给水的蒸发器。此外，当合成气在气体洗涤器3中被冷却时，合成气的热量被利用以产生蒸汽，所述蒸汽将用于变换炉89中所发生的变换，即气体直接接触洗涤水，以蒸发洗涤水。通过该结构，与安装另外的蒸发器、并且利用合成气的热量由所述蒸发器产生蒸汽的结构相比，热效率的降低被最小化或者为零。

该实施例不仅能应用于根据实施例1至3的气化***以及根据实施例4的氢制造***，而且能应用于装备有平接床式气化器的具有不同结构的气化***和氢制造***。

工业应用

根据本发明，提供一种气化方法和气化***，其能降低从气化器排出的合成气的温度，同时提高从燃料到气体的转换效率。

Claims (10)

1.一种气化方法，其中通过回收伴随气体且包含未转化可燃成分的粉尘而产生的浆体被供至合成气出口，所述气体从通过部分地燃烧固体燃料来产生气体的气化器的出口处产生并被排出，所述被供给的浆体沿着与朝向气化器出口的合成气流方向相反的方向流动。

2.根据权利要求1所述的气化方法，其中所述气化器包括下燃烧器和上燃烧器，所述下燃烧器将固体燃料供入气化器，所述上燃烧器安装得比气化器的下燃烧器更靠近所述出口，并且不仅将固体燃料供入气化器中，而且在气化器中形成向下的流动，所述浆体被供至安装有气化器上燃烧器的级。

3.根据权利要求1所述的气化方法，其中所述浆体喷出并进入气化器中，以便沿着与朝向出口的合成气流方向相反的方向在气化器中形成流动。

4.一种气化***，包括：通过部分燃烧固体燃料而产生气体的气化器；合成气通道，在气化器中产生的气体通过所述合成气通道流动；安装在合成气通道中的浆体产生装置，用于回收伴随合成气的且含未转化可燃成分的粉尘，并且由回收的粉尘产生浆体；泵，用来对所述浆体产生装置所产生的浆体进行加压并且传送所述浆体；以及喷嘴，所述喷嘴将通过泵从浆体产生装置传送的浆体供入气化器中；其中

喷嘴安装在气化器的合成气出口处，并且从喷嘴供入气化器的浆体沿着与朝向出口的合成气流方向相反的方向在气化器中流动。

5.根据权利要求4所述的气化***，其中所述气化器包括下燃烧器和上燃烧器，所述下燃烧器将固体燃料供入气化器，所述上燃烧器安装得比气化器的下燃烧器更靠近所述出口，并且不仅将固体燃料供入气化器中，而且在气化器中形成向下的流动，所述喷嘴被安装在安装有气化器上燃烧器的级处。

6.根据权利要求4所述的气化***，其中所述喷嘴喷出浆体并使浆体进入气化器中，以便沿着与朝向出口的合成气流方向相反的方向在气化器中形成流动。

7.根据权利要求4所述的气化***，其中所述浆体产生装置包括：洗涤器，所述洗涤器利用水或碱溶液洗涤在合成气通道中流动的合成气，以便从合成气中去除和回收伴随合成气的粉尘；以及脱水器，用于从洗涤器污水中去除部分水以调节浆体的水份，其中所述洗涤器污水含有由洗涤器回收的粉尘。

8.根据权利要求4所述的气化***，其中所述***装备有温度检测器，用于测量从气化器排出的合成气的温度，其中所述浆体产生装置根据温度检测器所检测的合成气温度调整浆体的水份。

9.一种氢制造***，装备有根据权利要求4所述的气化***，其中固体燃料是固体碳氢化合物。

10.根据权利要求9所述的氢制造***，其中，所述氢制造***还装备有催化剂转化器，所述催化剂转化器包含用于由一氧化碳和水产生氢的反应中的催化剂，所述一氧化碳包含在从气化***排出的合成气中。

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