CN102076830A - 两段高温预热蒸汽气化器 - Google Patents

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Abstract

公开了一种合并有两个反应器的气化器，其使用外部生成的预热高温蒸汽注入第一反应器中，其中气化的加热需求由蒸汽的显热提供。所述气化器可产生中等和较高LCV的合成气。第一反应器是对粗进料进行气化的固定床气化段，且第二反应器是对液体和细进料进行气化的气流床气化段。借助高温蒸汽使固体粗进料在气化器的第一固定床反应器内脱除挥发成分，并随后在第二反应器内对其施加更高的足以裂化和破坏焦油及油类的温度。可形成作为副产品的活性炭。所述气化器可使用各种固体和液体进料。所述气化器能同时气化这些不同的进料。

Description

两段高温预热蒸汽气化器
发明领域
本发明通常涉及用于由粗含碳进料生产合成气以及可选的活性炭的两段高温蒸汽气化器，且更具体地涉及能够同时气化粗固体含碳进料和细固体含碳进料或液体含碳进料的气化器。本发明还涉及使用具有两个反应器的两段气化器来气化粗含碳进料，以生产合成气以及任选的活性炭的方法，其中未向第一段反应器进给氧气，仅进给了温度为至少700℃的预热蒸汽。
发明背景
气化是使用反应剂如单独或任意结合使用的空气、蒸汽和氧气，将固体进料如固体煤、石油焦、生物质和/或固体废物，液体进料如黑色液体油或气态进料，转化为主要由氢气(H2)和一氧化碳(CO)组成，含少量二氧化碳(CO2)、水(H2O)、甲烷(CH4)、高级烃类和氮气(N2)的燃料气的高温热分解过程。
所述热气化过程是高度吸热的化学反应。用于给所述气化供热的常用方法采用以下方式之一：a)外部热源，如热焦炭(char)再循环的显热，和/或受热气化剂的显热，b)部分进料(输入的含碳材料)氧化的反应热，以及c)非含碳材料如生石灰与CO2的放热反应热。
输入的含碳材料的部分燃烧技术的引用已经被广泛采用。使用该技术时，产生了不可燃的气体CO2，并且由于未将它去除，导致形成稀释的合成气，且所得合成气的LCV(低热量值，干气体物质的燃烧值的度量)受到限制。此外，部分燃烧(氧化)产生的CO2的存在致使其它气体物质的小分压，这不利于其它有价值的气化反应，诸如例如水煤气变换反应。因而，所述合成气内的氢气含量受到负面影响。
近期已经考虑到使用显热来补充气化过程所需的主要能量的想法，并且显示出正面的结果。例如，US 2004/0060236A1教导了用于将固体燃料气化为热解气的经济的小规模气化***，其中将蒸汽与空气的加热混合气与所述热解气一同导入重整器中，产生重整的高温粗气。空气与蒸汽的混合气优选被加热到至少300℃，且更优选至少400℃。任何类型的换热器或加热器均可用作加热所述空气与蒸汽的混合气的空气/蒸汽加热装置。
US 6,837,910教导了用于气化液体或固体燃料的设备和方法，其中将蒸汽和空气的热混合气导入所述固体或液体燃料的热分解区与热分解气的重整区两者中至少一者内。空气与蒸汽的混合气被加热到至少700℃的温度，且更优选高于800℃。
将高达1000℃的高温空气/蒸汽/氧气用于生物质/废物气化过程的其它已知***也已经得到应用(Lucas C.，Szewczyk D.，Blasiak W.，Mochida S.，High Temperature Air and Steam Gasification of DensifiedBiofuels，Biomass and Bioenergy，Vol.27，No.6，December 2004，pages563-575)。Ponzio Anna，Yang Weihong，Lucas，C，Blasiak W.在Development of a Thermal Homogenous Gasifier System using HighTemperature Agent，CLEAN AIR-International Journal on Energy for aClean Environment.，Vol.7，No.4.，2007中提出了不含焦的富氢气体，其中所述过程仅使用温度1000℃的蒸汽、并且在约1atm的常压下进行。
在US 2003/0233788A1中，公开了用于将含碳材料气化为燃料气的方法。它包括形成温度为约1316℃到约2760℃、主要包含水蒸气、二氧化碳及其高反应性自由基的超过热蒸汽(USS)组合物。包括高温火焰的所述USS组合物与含碳材料接触，使其迅速气化/重整。所述USS通过用包含增强的氧气和水蒸气的“人造空气”来燃烧基本不含灰分的燃料来形成，其中所述“人造空气”为至少约60摩尔％。必须控制氧/燃料比，从而不生成烟灰。增强氧气在所述方法中的使用会显著提高所述方法的操作成本。
根据US 2003/0233788A1，从大约1950-1960就已经研究并商业使用了仅用蒸汽的气化方法。然而，由于蒸汽中的热量有限，仅使用蒸汽的气化方法伴随的问题包括可实现的反应温度较低，即通常低于约815℃，其中长停留时间和高能量消耗占主导。
所有上述现有技术仅使用一段反应器，或者是固定床或者是流化床气化器。
还已知生物质/废物/煤的热转化可理解为包括两个主要的高吸热阶段：分别是挥发物的脱除和焦炭的转化。前期的研究表明，如果加热到高于600℃，生物质总重中90％的挥发性内容物会瞬间释放。第二阶段是焦炭转化。为了得到不含焦炭的灰分，即100％的焦炭转化，需要高很多的温度来进行焦炭的热转化。通常，该温度应当高于1000℃，具体取决于灰分的熔点。
在小规模能量生成(＜10MWth)中广泛使用固定床气化器类型，因为它构造和操作非常简单。已经发现，如果气化固定床反应器的设计遵循上述两个阶段，从多种角度看它都会变得更有效。
对于固定床气化器的这种操作方式有大量的工作要做。通常采用将二次空气注入气化器中。例如，Pan等(Y.G.Pan，X.Roca，E.Velo和L.Puigjaner在Removal of tar by secondary air injection in fluidized bedgasification of re-sidual biomass and coal，Fuel 78(1999)(14)，pp.1703-1709中)报导了通过在仅仅位于温度840-880℃的流化床内的生物质进料点的上方注入二次空气减少了88.7wt.％的焦油。
Narv等(Biomass gasification with air in an atmospheric bubblingfluidized bed.Effect of six operational variables on the quality ofproduced raw gas，Industrial and Engineering Chemistry Research 35(1996)(7)，pp.2110-2120)在流化床气化器的自由空间中进行二次空气的注入，并观察到约70℃的温度上升，这导致焦油从28降到16g/Nm3。
泰国的亚洲理工学院(AIT)改造了生物质气化器，其可得到焦油产量约50mg/Nm3的燃料气，这比类似操作条件下的一段反应器低约40倍(T.A.Milne and R.J.Evans，Biomass Gasification″Tars″：Their Nature，Formation and Conversion.NREL，Golden，CO，USA，Report No.NREL/TP-570-25357(1998))。这一构思采用了具有二级空气进气的下抽式(downdraft)气化器。在生物质热解过程中产生的焦油会通过位于底部的高温残留焦炭床，并且会在高温下分解。
Bhattacharya等在A study on wood gasification for low-tar gasproduction，Energy 24(1999)，pp.285-296中报导了类似的气化器，其中气化器本身内部产生的焦炭充当过滤器来进一步地将焦油产量显著降低至19mg/Nm3，燃料气中的CO和H2浓度更高。
Cao等在A novel biomass air gasification process for producingtar-free higher heating value fuel gas，Fuel Processing Technology 87(2006)343-353中报导了二区流化床反应器的研究。在该研究中，将辅助的燃料气和二次空气流注入反应器的上部区域以降低焦油组合物。试验结果显示约5MJ/Nm3的热值。
US 6,960,234公开了多面(multi-faceted)气化器及相关方法。该气化器合并了固定床气化段和气流床气化段。在上部固定床段和气流床段中可形成活性炭。
US 6,647,903公开了用于产生和利用可燃气的方法和设备，其使用了包括第一和第二反应段的气化器，其中将氧化气体注入两段中。该发明以强化焦油分解同时形成输出燃料气产物H2和CO的方式操作。此外，还可形成部分甲烷。在某些操作模式中，可产生活性炭。
JP 6256775公开了用于甲烷合成的有机物质两段完全气化方法，其中在第一段气化过程中有机物质在蒸汽和氧气的存在下气化，且在第二段气化过程中气态未反应的物质和焦油气体在比第一段气化过程中更高的温度下气化。还公开了包括两段的气化器。为了阻止固体含碳材料从第一段气化过程流通到第二段气化过程，可以将两段之间的通道变窄或者可以在两段之间设置过滤器。所述气化器包括用于氧气和蒸汽的两个输入口，一个在第一段而另一个在第二段。
在上述研究中，二次空气/氧气和/燃料注入的目的是提高自由空间内的温度，以分解焦油并改善蒸汽重整反应。然而，二次空气的注入不仅会提高稀释剂尤其是氮气的含量，而且还会减少气化产生的可燃物含量。这导致所生成燃料气的LCV下降。此外，二次空气的注入使得难以控制所生成气体的组成。
上述US 6,960,234还指出固定床气化要求直径通常为1/4″-2″的粗燃料，并且固定床气化的限制性技术特征包括：焦油和油被合成气携带；难以使用煤/燃料粉末，因为它们会阻塞固定床内的粗燃料之间的空隙空间；并且难以使用液体烃进料。
为了能够生产中等和较高低热值(LCV)的可燃气体，并同时气化固体和液体/细进料，以及产生其它附加的有价值物质如活性炭，本文提供了一种新型的固定床气化器。这类气化器如权利要求1中所述。并且，还公开并要求保护使用具有两个反应器的两段气化器来气化粗含碳进料以生产合成气、任选的活性炭的方法，其中未向第一段反应器进给氧气，而是仅进给了温度为至少700℃的预热蒸汽。该方法记载在权利要求4中。
发明内容
因此，对于现有技术的两段气化器，例如JP 6256775中公开的和权利要求1前序部分中记载的两段气化器包括：配设有用于粗含碳进料的入口和用于蒸汽的第一入口的第一反应器；以及配设有用于蒸汽，任选与空气或氧气一起，的第二入口的第二反应器；以及用于合成气的出口；其中所述第一和第二反应器被具有减小的横截面的狭窄部分分隔开，该狭窄部分用于限制未反应固体含碳物质从第一反应器到第二反应器的流通，其中所述第一反应器能够在至少600℃的温度下运行，且其中所述第二反应器能够在更高的温度下运行，上述目的借助所述权利要求特征部分的技术特征实现，根据该权利要求所述第二反应器是下部反应器，所述第一反应器是上部反应器，在第一反应器的底端配设有格栅，所述用于蒸汽的第一入口设置为临近所述第一反应器的底部，从而能将温度为至少700℃的预热蒸汽经由所述入口从所述格栅下方进料到所述第一反应器中，所述第一反应器配设有用于合成气的出口，所述第二反应器配设有用于细固体含碳进料和/或液体含碳进料的入口，所述用于蒸汽的第二入口设置为临近所述第二反应器的底部，从而能将温度为至少700℃的预热蒸汽，任选地与相同温度的预热空气或氧气一起，经由所述入口从下方进料到所述第二反应器中，且在所述第二反应器的底端配设有具有减小的横截面的第二狭窄部分。
因此，在本发明的一个方面，涉及如上所述的两段气化器。
在本发明的气化器中，能够同时气化固体粗材料和固体细和/或液体材料。含碳粗材料进料到第一反应器中，且含碳(废)液体和/或含碳细固体材料进料到第二反应器中。
在所述两段气化器的进一步优选的实施方式中，一个或多个且优选所有的用于蒸汽、空气、氧气和含碳(废)液体和/或含碳细固体材料的入口均在所述气化器的相应部分切向进入所述气化器内，这些部分具有圆形的内横截面。
在所述两段气化器的进一步优选的实施方式中，用于含碳(废)液体和/或含碳细固体材料的入口包括至少两个沿着所述圆形横截面的圆周彼此相隔最远距离分布的入口。
在本发明的另一方面，涉及使用具有两个反应器，分别是第一和第二反应器，的两段气化器来气化粗含碳进料，以生产合成气以及任选的活性炭的方法。这类方法记载在权利要求4中，并且包括如下步骤：(a)将粗含碳进料进给到气化器的第一段反应器中；(b)在至少600℃的反应器操作温度下使所述粗含碳进料接触第一段反应器内的蒸汽，以实现所述含碳进料的气化，在该方法中未向所述第一段反应器中进给氧气，而只进给了温度为至少700℃的预热蒸汽，并且所述方法还包括步骤(c)，其中使步骤(b)所得的任何固体和/或液体含碳材料与在至少700℃的温度下运行的第二段反应器内的任选与空气或氧气一起的预热蒸汽接触，以获得以下产品的任意组合：活性炭；CO；CO2，和燃烧热。
在优选的实施方式中，所述方法包括另一步骤(d)，其中同时向气化器的第二段反应器中进给细固体含碳和/或液体含碳进料。因此，在该实施方式中，可同时向所述气化器进给粗进料和细固体和/或液体含碳进料。
在所述方法的另一优选实施方式中，还向所述第二段反应器进给外部生成的温度为至少700℃的预热蒸汽。借助该实施方式，气化器内的内部燃烧，也称为部分燃烧或氧化，可保持最低，因为所需的能量由外部提供。因此，在该实施方式中，不需要用于内部燃烧生热的气体或氧气供应。并且，当未向第二反应器进给空气或氧气时，活性炭的收率可达到最大。
在所述方法的进一步优选的实施方式中，向第二反应器进给空气(即除所述高温蒸汽之外)。借助该实施方式，可获得非常高质量的合成气，因为碳也被转化为CO，而不仅是活性炭。并且，根据蒸汽/空气的比，仍然可以避免内部燃烧(即产生CO2)。同时，还可以通过控制蒸汽/空气比来控制CO：活性炭的比例。
在所述方法的进一步优选的实施方式中，使用纯氧气(替代空气)。在该实施方式中，所述方法可用于工业目的。同时，对副产物分离的需求达到最小，并且对气态产物的不希望的稀释作用保持最小。
参照详细描述和权利要求，其它实施方式和优点是显而易见的。
术语“内部燃烧”、“部分燃烧”和“部分氧化”可互换地用来表示在气化器内发生的燃烧。
附图说明
图1显示了大致说明用于生物质和固体废物的本发明气化方法的***流程图。
图2显示了气化器21的实施方式的剖视图。
图3是本发明气化器的俯视图，显示了通过入口19a和19b的切向液体进料注入。
具体实施方式
本发明气化器合并了两个反应器，使用外部生成的预热高温蒸汽注入第一反应器，其中用于气化的加热需求由该蒸汽的显热提供。所述气化器可产生中等和更高LCV的合成气。第一反应器是对粗进料进行气化的固定床气化段，而第二反应器是对液体和细进料进行气化的气流床气化段。借助高温蒸汽，使固体粗进料在气化器的第一固定床反应器内脱除挥发成分，并且随后在第二反应器内对其施加更高的足以裂化和破坏焦油和油类的温度。
可形成活性炭作为副产物。所述气化器可使用各种固体和液体进料。所述气化器能够同时气化这些不同的进料。
如图1所示，本发明的构思是将气化器21分割为两段：第一上段3用于挥发成分的脱除，该第一段仅使用外部生成的高温预热纯蒸汽(优选700℃-1000℃)，且第二下段4用于焦炭的热转化，其使用空气与蒸汽、氧气与蒸汽、或仅蒸汽的高温(优选700℃-1600℃，更优选800℃-1200℃)预热混合物。反应器3包括具有格栅8的固定床。
在第一反应器3中，用于挥发成分脱除过程的能量由通过入口7进料到第一反应器内的蒸汽的显热和经由狭窄部分20来自第二反应器的热物流共同提供。通过进料到所述反应器内的蒸汽的量和温度来将所述第一反应器内的温度控制在至少600℃的水平。
在第一反应器3中，将高温蒸汽与经由入口2进入的粗进料(生物质)1混合。当生物质被高温蒸汽加热时，挥发成分脱除过程以如下方式进行：
同时，由于蒸汽的存在，蒸汽与挥发成分反应：
Figure BDA0000040967120000082
CO+H2O→CO2+H2                (3)
由热解过程(其发生在第一反应器中，并且当注入液体和/或固体细进料时也发生在第二反应器中)和第二反应器4释放的少量氧气根据如下反应式反应：
CmHn+(m/2+n/4)O2→mCO+n/2H2O  (4)
CO+1/2O2→CO2                 (5)
H2+1/2O2→H2O                 (6)
CO+H2O→CO2+H2                (7)
由于第一段反应器3内的反应器温度被控制在至少600℃的水平，且停留时间也受到控制，并且第一反应器内的气体处于非常缺乏氧气的环境中，因此在第一反应器内产生的任何固体和/或液体焦炭不会与所述反应器内的任何氧化剂反应。因而，任何固体和/或液体焦炭会受重力的作用而落入第二反应器4内。
在第二反应器4中，用于焦炭转化过程的能量优选由蒸汽与空气混合物的显热以及来自焦炭的部分氧化提供。为了实现无焦炭的转化，第二反应器内的温度应当高于灰分的熔点，以使灰分形成熔渣。通常，对于木料生物质，灰分的熔点可以为1300℃。反应器4包括具有格栅5的气流床。
当没有其它进料(液体和细颗粒)注入时，主要反应为：
气化：
C+O2＝＞CO2-393.5kJ/mol(8)
C+H2O＝＞CO+H2+131.3kJ/mol(6)
C+2H2O＝＞CO2+H2+90.2kJ/mol(10)
-部分氧化：
C+0.5O2＝＞CO-110.5kJ/mol(11)
-布杜阿尔反应(Boudouard reaction)：
C+CO2＝＞2CO-172.4kJ/mol(12)
-水煤气变换：
CO+H2O＝＞CO2+H2-41.1kJ/mol(13)
-甲烷化：
CO+3H2＝＞CH4+H2O-206.1kJ/mol(14)
-氢化：
C+2H2＝＞CH4-75kJ/mol(15)
当第二进料(液体和细颗粒)被注入第二反应器内时，所有反应(1)-(15)均会发生。
许多反应同时发生，并且难以如本文所示的那样精确地控制所述过程。然而，通过仔细选择本发明中的工艺参数(温度、停留时间和氧气/蒸汽比例)，可能使某些所需的产物最大化，例如活性炭和合成气。
此外，活性炭可以作为碳基材料经由本发明的热转化后的副产物处理。通常，在现有技术中活性炭的制备包括两步：在高温(500-1000℃)无氧的条件下对原料进行碳化，以去除最大量的氧和氢元素，以及在更高温度下，在氧化气体如水、二氧化碳或两者同时存在下对碳化产物进行活化。所述活化应当在充分控制的条件下进行，以实现所需的转化。
在本发明中，进料首先在第一反应器3中通过高温纯蒸汽(至少600℃的水平)气化，随后优选在第二反应器4中通过高温蒸汽对碳进行活化。
在本发明中，大致如图1所示，高温蒸汽以及任选的空气或氧气(超过700℃)主要通过使用蜂窝蓄热式换热器得到，所述换热器如例如EP0607921或者共同未决的PCT/SE2009/050019中所述，在此将这些公开文献的相关内容引入作为参考。
图2显示了气化器21的剖视图。含碳进料1在气化器顶部，经由进料入口2进入，并且向下前行移动通过第一反应器3，随后通过格栅8，然后进入第二反应器4，再通过格栅5直到它在底部6变为熔融的灰分。进料可包括生物质、煤、市政固体废物或者它们的任意组合。粗含碳进料1的粒度通常为0.5cm到1.8cm，优选为0.5到1.2cm。
在第一反应器3中，通过高温蒸汽(超过700℃)携带的显热与焦炭在第二反应器4内氧化和气化所产生的烟道气所携带的显热的组合来加热进料。管路7携带的用于第一反应器内的进料气化的高温蒸汽经由端口(或多个端口)11进入狭窄部分或喉部20。在端口7处添加的高温蒸汽的量设定为将位点3(第一反应器)处的温度保持在介于600-900℃，并且优选高于700℃。在8(格栅)附近的位点，当空气或氧气进料到第二反应器内时，可能出现热的燃烧火焰，因为过剩的氧气使进料1释放的热解气燃烧，并形成进料到第二反应器内的任何液体和/或细固体进料。
反应器3内的温度通过从位点7注入的蒸汽的温度和流量，以及来自反应器4的过剩氧气的温度和量来控制。进料1在反应器3内的停留时间主要通过格栅8的间隙来控制。
为了实现气化试剂(蒸汽)与进料1之间的良好的混合，提供了喉部20。喉部20的直径通常小于反应器3炉床的直径。锥形部分14的斜度应当优选约45-60°。蒸汽注入端口11的直径应当优选比喉部20的直径小2-3倍。
在所述粗含碳进料在第一反应器3内被高温蒸汽脱除挥发成分后，剩余的固定碳变为活性炭焦炭和灰分固体，它们持续向下移动通过格栅8，然后进入喉部20，随后进入第二发硬气4，在其中它们被高温空气(或氧气)与蒸汽的混合物所氧化和气化。当没有空气或氧气与所述蒸汽一同进料到反应器4中时，在反应器4中不会发生氧化，而仅仅是气化。第二反应器4内的温度进一步升高至稍高于格栅5处的燃料的灰分软化点。管路9将预热高温蒸汽或高温空气(或氧气)与蒸汽的混合物携带到端口10，随后进入第二喉部18。
对于由在瑞典生长的木材生产的木质颗粒，灰分软化点通常为1350-1400℃。如果要避免灰分形成熔渣，那么运行期间反应器4内的最高峰值温度应保持在比所述灰分软化点低至少50℃，通常且优选的最大条件是低100℃。
反应器4内的温度通过预热温度、流量和蒸汽对碳的比例，以及当空气或氧气与蒸汽一同使用时，蒸汽对混合物的氧气的比例来控制。
第二狭窄部分或喉部18的直径通常小于反应器4的直径，并且优选也小于第一狭窄部分或喉部20的直径。锥形部分17的斜度应当优选约45-60°。蒸汽注入端口10的直径应当优选比喉部18的直径小3-5倍。
灰分通过喉部18掉入底部6，并且可以间歇地从反应器中取出。
合成气通过出口管12流出。由于第一反应器3内的温度足够高，并且还存在蒸汽，因此大部分的焦油被破坏并转化为合成气。合成气的主要化学是氢气、一氧化碳和甲烷，二氧化碳。
本发明的气化器设计具有有利地控制合成气内的氢气与一氧化碳比例的能力，因为所述气化器使得能够在很宽的范围内控制气化器内的蒸汽对氧气的比例。
在所述反应器的操作的一种实施方式中，通过将第二反应器4内的温度控制在700℃，即与第一反应器3的温度相同，并且通过仅向第二反应器进给蒸汽，所有焦油和油类均被所述高温蒸汽所消耗。这在气化器内将大部分的固定碳转化为活性炭。因此，本文记载的气化器和方法也可有效地产生活性炭。这种操作方式能够非常有效地产生活性炭，并且还改善了所得活性炭的质量。另一方面，如果要使气化最大化，那么第二反应器应当在比第一反应器更高的温度下操作。
因此，本发明还可用于生产活性炭。有两种方法可在反应器能生成活性炭。在第一种方法中，仅使用第一反应器，即仅通过管路7注入高温蒸汽。来自管路9的蒸汽与空气的高温混合物被关闭。另一种且更优选的方法是使两个反应器均运行，但从管路9仅注入高温蒸汽。在这种情况下，活性炭直接收集成干燥形式。意外地发现，第二种方法能够得到更高质量的活性炭焦炭。相信这是因为通过管路9注入的高温蒸汽使得活性炭的孔洞在第二反应器4中打开。因此，借助本发明的方法可以获得相比现有技术中更宽孔的活性炭。所述尺寸(孔径)可通过反应器4内的蒸汽温度来控制。通常，更高温的蒸汽使活性炭的孔数增加。
因此，本发明能够由一种且相同的进料1实现双重生产(气体和活性炭)。产物的所需比例可根据可得进料的类型、产物的价格等等来决定。
此外，本发明可用于处理粗颗粒(直径大于0.5cm)的含碳材料和细颗粒和/或液体进料。
图3显示了气化器21的截面图，它显示了切线液体/细颗粒进料注入。两个注射喷枪19(19a和19b)显示为连接到反应器4。可向反应器4内注入液体进料如Automotive Shredder Residue(ASR)的微烘箱(micro-oven)热解过程后收集的液体残余物，以及细或粉化的进料。注射的进料切向进入反应器4内并与来自格栅5的高温空气/蒸汽混合。切向注射能够增加液体和/或细进料的停留时间。夹带流动的气体通过上部固定床格栅8，随后从在出口管12离开气化器之前进入反应器3。注射端口19应当位于反应器4炉床的下部，以增加停留时间。通常，对于小型气化器，该注入端口的位置为倾斜壁17上方10cm。
所述停留时间可通过注射速率和注射喷枪对气化器的角度来控制。
在优选的实施方式中，气化器壁由两层构成：外层钢壳，优选5.0mm厚，以及内层纤维陶瓷隔热层，优选耐高温的高质量陶瓷。壁13和14所用的陶瓷可优选以最高1400℃的温度操作，即耐受最高1400℃的温度。适合的材料可由Al2O345％、SiO236％、Fe2O3、0.9％和CaO 16％组成。用于15、16和17的壁的陶瓷优选可在1400-1500℃的更高温度下运行。该壁材料的最大允许的工作温度为1600℃。适合的材料可具有以下组成：Al2O361％、SiO226％、Fe2O30.5％、CaO 2.6％、ZrO22.95％和BaO 3.3％。陶瓷材料被钢壳所支撑。
在优选的实施方式中，使用耐火(refractive)陶瓷管作为格栅8和5。这些陶瓷管的组成可为例如97％ZrO2和3％的MgO。
经由管路9进料的高温蒸汽、任选与空气或氧气一起的混合物，进入位于格栅5下方的喉部18。空气与蒸汽的这种高温混合物能够将喉部18内的灰分保持在熔融状态，该灰分最终掉入底部6，并可间歇地取出。
实施例1：
室温下(15℃)，借助重力将直径约8mm的97kg/h的木质颗粒1经由入口2进料到第一反应器中。木质颗粒的性质如表1所示。
表1所用进料的组分和元素分析
  组分分析
  木质颗粒(WP)
  总水分(SS187170)   8％
  灰分含量(SS-187171)   0.5-0.6％(干)
  LHV(SS-ISO562)   17.76MJ/kg(收到时)
  挥发物质(SS-ISO)   84％(干)
  密度   630-650kg/m3
  元素分析(干燥组合物)
  木质颗粒
  硫(SS-187177)   S 0.01-0.02％
  碳(Leco-600)   C 50％
  氢(Leco-600)   H 6.0-6.2％
  氮(Leco-600)   N＜0.1％
  氧(计算值)   O 43-44％
  灰分熔融温度(氧化条件)
  木质颗粒
  开始变形，IT   1350-1400℃
  软化，ST   1450-1500℃
  半球，HT   1500℃
  流体温度，FT   1500-1550℃
实施例2
将直径约8mm的60kg/h的废料衍生燃料(RDF)，由与其它物质如织物纤维、木屑和塑料混合的纸纤维制成的颗粒型燃料用作进料，并在室温下(15℃)借助重量(即借助重力作用)从顶部1进料到第一反应器3内。RDF颗粒的性质如表2中所示。
表2所用RDF进料的组分和元素分析
  组分分析
  废料衍生燃料(RDF)
  总水分(SS187170)   2.9％
  灰分含量(SS-187171)   6.0％(干)
  LHV(SS-ISO562)   26.704MJ/kg(收到时)
  挥发物质(SS-ISO)   84.4％(干)
  密度   472kg/m3
  元素分析(干燥组合物)
  RDF
  硫(SS-187177)   S 0.09％
  碳(Leco-600)   C 63.3％
  氢(Leco-600)   H 8.9％
  氮(Leco-600)   N 0.3％
  氧(计算值)   O 20.95％
  灰分熔融温度(氧化条件)
  RDF
  开始变形，IT   1210℃
  软化，ST   1220℃
  半球，HT   1230℃
  流体温度，FT   1240℃

Claims (9)

1.用于由粗含碳进料生产合成气以及任选的活性炭的两段气化器(21)，该气化器包括：
-配设有用于粗含碳进料(1)的入口(2)和用于蒸汽的第一入口(7)的第一反应器(3)；以及
-配设有用于蒸汽，任选与空气或氧气一起，的第二入口(9)的第二反应器(4)；
-以及用于合成气的出口(12)；
其中所述第一和第二反应器被具有减小的横截面的狭窄部分(20)分隔开，该狭窄部分用于限制未反应的固体含碳物质从第一反应器到第二反应器的流通，其中所述第一反应器能够在至少600℃的温度下运行，且其中所述第二反应器能够在更高的温度下运行，其特征在于，所述第二反应器(4)是下部反应器，所述第一反应器(3)是上部反应器，在第一反应器的底端配设有格栅(8)，入口(7)设置为临近所述第一反应器的底部，从而能将温度为至少700℃的预热蒸汽经由入口(7)从格栅(8)下方进料到所述第一反应器中，所述第二反应器配设有用于细固体含碳进料和/或液体含碳进料的入口(19)，入口(9)设置为临近所述第二反应器的底部，从而能将温度为至少700℃的预热蒸汽，任选与相同温度的预热空气或氧气一起，经由入口(9)从下方进料到所述第二反应器中，且在所述第二反应器(4)的底端配设有具有减小的横截面的第二狭窄部分(18)。
2.根据权利要求1所述的两段气化器，其中一个或多个，且优选所有的所述入口(7、9、19)均在具有圆形内横截面的所述气化器的相应部分(20、18、16)切向进入所述气化器内。
3.根据权利要求1或2所述的两段气化器，其中所述入口(19)包括至少两个沿着所述圆形横截面的圆周彼此相隔最远距离分布的入口(19a、19b)。
4.使用具有两个反应器，分别是第一和第二反应器，的两段气化器来气化粗含碳进料，以生产合成气以及任选的活性炭的方法，包括如下步骤：
(a)将粗含碳进料进给到气化器的第一段反应器中；
(b)在至少600℃的反应器操作温度下使所述粗含碳进料接触第一段反应器内的蒸汽，以实现所述含碳进料的气化，
其特征在于，未向所述第一段反应器中进给氧气，而只进给了温度为至少700℃的预热蒸汽，并且在后续步骤(c)中使步骤(b)所得的任何固体和/或液体含碳材料与在至少700℃的温度下运行的第二段反应器内的任选与空气或氧气一起的预热蒸汽接触，以获得以下产品的任意组合：活性炭；CO；CO2，和燃烧热。
5.根据权利要求4所述的方法，包括另一步骤(d)，其中同时向气化器的第二段反应器中进给细固体含碳或液体含碳进料。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其中在步骤(c)中，进入第二段反应器的蒸汽被预热至700-1600℃的温度，且优选800-1200℃。
7.权利要求4-6中任一项所述的方法，其中选择步骤(c)中所用的蒸汽/空气或蒸汽/氧气的比例，从而使内部燃烧最小化，并且最大化CO和/或活性炭的收率。
8.根据权利要求4-7中任一项所述的方法，其中使用氧气替代空气。
9.根据权利要求4-6中任一项所述的方法，其中未向所述气化器供应空气或氧气。
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