專利名稱：高碳物質連續氣化的自熱方法
技術領域：
本發明涉及一種用于在豎立處理室中用于連續氣化高碳物質的自熱方法，該處理 室具有煅燒區和氧化區，在該氧化區中被煅燒過的高碳物質利用含氧的氣體實現氧化，其 中氣態的反應產物在豎立處理室的上側被抽走，這種豎立處理室設計成豎窯爐的形式，該 豎窯爐被一種本身不被氧化的、循環地被導引的散料連續地從上向下流過，高碳物質在進 入豎窯爐入口之前被添加到散料中。
背景技術：
這類方法早已熟知，例如在對流式氣化器中就采用了這些方法。按這些方法，朝向 氣化器底部移動的碳產物或者還有一種生物體被逆流的所產生的過程氣體繞流而過。所產 生的過程氣體可以直接被燃燒或者用于合成法。上述這種方法的缺點在于通過所供給的 高碳物質固然可以自供熱地執行該方法，但過程氣體在很大程度上依賴于所供給的高碳物 質，從而相應地很難控制該方法。該方法完全不適合于被污染的高碳物質的處理，例如含氟 和含氯的塑料、被污染的廢棄物、藥物等。已知在電低身豎爐中使用廢棄物，于此在很高溫度下，在能源上比較有利地進行 電石、硅鐵、鉻鐵等的生產。這樣一種方法當然不是自供熱地工作的，而是需利用自燃的或 自燒結的空心電極投入可觀的能源以產生所需的高溫。這種方法例如在DE 10 2006 023 259A1中做了介紹，它直接地與上述物質的生產相關聯。開頭述及的那種方法原則上也可用于煤碳氣化，其中在采用煤碳時通常可省去煅 燒區的設置。從原則上說，為了實現高碳物質的氣化，也知道他熱式的方法，這些方法如在之前 提到的專利文件中述及的，需有外部的能源供給。為了實施他熱式的氣化方法，往往須使用 流化床反應器，例如在DE 3635 215中所公開的。其缺點是為了保持流化床穩定，為了獨 立于該方法產生所需的二次能源，技術上是很復雜的，同時要掌握對所用物質的特定物理 性要求例如密度、輸送狀況、揚塵狀況和顆粒度，也是很困難的。已知在采用他熱式方法時， 也可采用轉筒式反應器，如在專利文件DE 2844741中所介紹的。由于反應氣體在轉筒式反 應器中的停留時間短，所以不能調定最佳的氣體平衡，從而會產生大量的低值氣體。從原則上說，自熱式氣化方法是有利的，這類方法可提供富含一氧化碳的氣體，這 些氣體的氫含量可以通過所使用的碳載體的氫含量和必要時通過向氣化過程中添加水的 方法加以確定和加以調節。其中為氣化所需的熱能可以所用原料的部分氧化中獲取。即使采用自熱式氣化方法，也可以采用流化床反應器，例如在專利文件DE 44 27 860中所介紹的。在該專利中力圖將碳載體盡可能變細，并在氣相中加以氧化，以便在短的 停留時間內使之完全轉化為一氧化碳。為此需要一個很費事的碳載體粉碎處理，其中不可 能使用含塑料的物料流，因為這類物料流在氣相中有粘結或形成小滴的傾向。在自熱式氣化方法中采用轉筒式反應器工藝，由于氣體的停留時間短，所以是很 困難的，而且要求復雜的反應器結構，如在DE 32 16836 C2中所介紹的。
自熱式煤碳氣化所用的設備例如在DE 32 41 169C2中公開介紹了，但通常不許 使用例如含塑料的廢棄物。為了能夠實現后一要求，例如由DE 196 09 721和DE 43 26 484提出了不同的方法，但是這也導致產生許多問題在向反應器中供給塑料方面的問題， 由于熔接而引起反應器移位的問題，不可氣化的殘留物、已產生的氣體中油和焦油沉積、長 的清理停工時間、二氧化物和呋喃的形成，以及由于氯或氯化氫造成的腐蝕等問題。在依次連接的反應器中分多級進行的有機物氣化，例如在專利文件DE 199 45 771 Cl或DE 197 55 693 Cl中公開過，使用一種熱載體介質。這種多級的氣化方法要求 一個復雜的換熱系統，與方法相關聯的廢氣排放限制了針對重金屬含量的物料品質的使用 和其它與排放相關的有害物質的物料品質的使用。最后還有一點是都知道的，就是含碳物 質須在一個固定床式反應器中進行氣化，以便隨后在高壓下在一個煙道流反應器中進行再 氣化。這樣，還能夠對含氯的煙道流例如含有高PVC-成份(聚氯乙烯成份)的煙道流以及 對含有高污染物成份如重金屬或其它有害物質的碳載體進行處理。這種氣化方法例如在 DE100 31 501A1中做了介紹，其缺點也在于對物料的很費事的預處理，這種處理例如在DE 101 42 290 Al中單獨做了說明。高度的技術復雜性例如也是通過特定的解決方案加以闡 明的，這些方案涉及到物料供給，防止原氣體波動(亦可參考DE 10 2004 001 708A1)或避 免原氣體區域內的沉積(例如可以參考DE 103 30 512 Al)。為了實現氯化氫的中和。過去通常需要一種復雜的急冷系統，為此可參考DE 43 09 493C2，以便避免對設備的腐蝕損害。開頭述及的那一種方法已在AT 387 786 B中公開了。在該專利中，將一種惰性 散料循環地引導通過豎窯爐。物料被有意地有高溫度地被導回，以便能夠在分開的干燥裝 置中進行干燥。從豎窯爐中取出的散料的高余熱不允許使用某些高碳含量的物質，例如某 種塑料，這是因為這些物質在入爐之前會粘合散料，從而會中斷散料流。還有可能發生不可 控制的預反應和相應的有害物質形成。這種方法是在多個在空間上分開的區域中開始執行 的，所以需要相應的運輸裝置來運送散料，而且要控制氣態的副產物也是有困難的。

發明內容
本發明的任務在于如此改進開頭述及的那種方法，使得它對使用不同質量的高碳 物質反應不敏感，而又不明顯提高費用。根據本發明，上述任務是通過開頭述及連續的方法加以解決的，其中所述含氧的 氣體至少部分地在氧化區下方導入，由此促成上升的氣流，其中在氧化區的下方通過上升 的氣體將散料和灰份產物在余熱區中冷卻到直至450°C，并且此外含氧的氣體至少部分地 在豎窯爐的下端引入且在位于余熱區下方的再冷卻區中以逆流的形式將散料在從豎窯爐 中取出以用于能量回收之前一直冷卻到低于100°C的特征溫度(Eigentemperatur)。事實已證明通過含碳物質與一種基本上為惰性的散料的混合，并且通過將這一 種由散料和含碳物質形成的混合物在一個豎窯爐中在逆流的上升氣體的情況下引導，高碳 含量的物質便可自熱地氣化，在此情況下不存在對所用的含碳物質的質量的特殊要求。只 須注意的是所供給的含碳物質的量應是足夠的，借以在豎窯爐中嚴格保持自熱平衡。事實 已證明可以添加其邊長直至40cm的高碳物質，而不會妨礙工藝過程。對工藝過程具有特別意義的是散料，這種散料一方面具有一種熱載體介質的功
5能，另一方面它也起著運輸介質的作用，運輸介質將高碳物質輸送到氧化區以實現其最終 氣化，然后將作為灰份的氣化殘余物送到豎窯爐的下端的出口處。其中另一項重要的事是 一種散料是透氣的，因此可以讓上升的氣流通過，從而可以在各個反應區中實現作為熱載 體介質的散料和上升的氣體流之間的熱交換。為了達到氧化區下方的散料和灰份的能量回收和冷卻的目的，在一個余熱區中， 通過利用含氧氣體的直接冷卻將散料流冷卻到一個約為450°C的特征溫度，其中針對為本 方法供給水的情況而言，優選是在余熱區的范圍內進行，這時產生的水蒸氣上升，并在氧化 區的范圍內參與合成氣體反應。為了改善能量平衡和為了簡化在豎窯爐的下部區域中須取出的散料的處理，將含 氧氣體至少部分地在豎窯爐的下端供給，從而在余熱區下方的一個再冷卻區中以逆流的方 式將散料在從豎窯爐中取出之前一直冷卻到一個100°c以下的特征溫度。這樣，完全可能的 是，在散料重新進入豎窯爐之前向散料供給對溫度敏感的塑料、浙青、沾染了油的土、纖維 質碎片(Shredderleichtfraktion)等，而不會使上述之物不可控制地反應或者通過粘結 而妨礙散料流。最后，散料的純機械性質也起著一定作用，其中其顆粒度優選不大于20cm，特別是 優選在1至8cm的范圍內。散料的粒度通過機械性的剪切分離亦可防止含塑料物質的粘結， 從而可以實現在氧化區中所有被供給的含碳物質的完全氣化。作為散料，至少可以部分地使用具有上述顆粒度的礦物材料、陶瓷材料或金屬材 料，和/或使用礦物性的煅燒產物如CaO，但也可使用煅燒產物的前體如石灰石。CaO的優 點在于它也適合于化合在物料流中所含的鹵素，這些鹵素與鈣起反應并作為無害的氯化物 或氟化物出現。為此，特別有利的做法是，將散料的一部分設計為其粒度小于2mm的細料， 其中這些細小的顆粒至少部分地可隨著氣體流上升，并必要時可以在豎窯爐的上側加以濾 出。所產生的粉塵也可以完全地或部分地引回到散料循環中。在使用石灰石作為散料的情 況下，優選將氧化區中的溫度調到如此的低，使石灰石不發生完全焙燒，而僅在石灰石原體 上形成一個薄的CaO層，從而保持其對鹵素的化合能力，不致于產生大量CaO。石灰石本身 比CaO具有更高的機械承載能力。有可能進入工藝過程中作為物料流污染物的重金屬，通常可能保留在散料的循環 中，但在濾塵中積聚很多時可從該工藝方法中將部分流提取出來或加以消除。利用Ca0(即使作為石灰石上的薄層)與鹵素相結合的能力以及有控制地利用物 料分離重金屬的能力，也允許設計出一個特定方法作為有關塑料例如PVC的廢料處理方 法，也可以作為受到污染的木材、浙青、沾染有油的泥土、薄膜片、作為汽車回收物殘余的纖 維碎雜物等等的廢料處理方法。視所用的高碳物質的類型而定，根據本方法的進一步設計，在煅燒區上方散料流 可利用逆流的上升氣體在加熱到20°C 100°C的特征溫度的同時在一個干燥區中首先加 以干燥，然后直至到達煅燒區之前在被進一步加熱到100-450°C的特征溫度的同時在一個 預除氣區中加以預除氣。如所述及的，上升的氣體流為干燥和預除氣提供所需的能量，該逆流的氣體流被 冷卻到較低的溫度，然后才在豎窯爐的上側加以排除。在煅燒區的范圍內，隨后將由散料和高碳物質組成的物料流進行加熱，達到一個1200°C的特征溫度。根據所供給的高碳物質和所希求的氣態反應產物的成分，也可有意地直接向氧化 區中添加水。按本發明的一個特別優選的實施形式，所產生的氣體在其在豎窯爐的上側被排除 之后，在一個煙道流(Flugstrom)-再氣化區中在水蒸汽的伴隨下被再處理。所排出的氣體是一種氣體混合物，包含在氧化區中產生的氣體(至少有CO和H2) 和從預除氣區中來的氣體，其中除了氣態的碳氫化合物之外還可能有與該氣體相混合的煙 灰。在采用空氣作為氧化氣體的情況下，所產生的氣體也含有相應的氮成份。這種煙灰是 由此引起的，即在預除氣區中在一個比較低的溫度下業已發生碳氫化合物的分解，但在該 處存在的溫度及停留時間都不足以使之能完全分解成合乎理想的反應氣體co、H2和其鏈長 小于C4的碳氫化合物。通過煙道流再氣化器，于是可使仍然存在的長鏈的碳氫化合物分解， 從而隨后產生一種理想的由C0、H2和其鏈長小于C4的碳氫化合物組成的合成氣體作為本方 法的最終產物。這種合成氣體可以有許多已知的用途。舉例來說，用于燃燒室中的燃燒，其 中所產生的熱氣體可用于熱氣透平機和/或蒸汽透平機的驅動，用于發電；和/或水蒸汽可 用在熱處理過程中作為加熱介質。這種合成氣體可以通過過濾和/或氣體冷卻加以凈化， 和作為加熱氣體用在熱處理過程中，例如用于燃燒豎窯爐的燃燒和/或用于煤氣發動機中 的發電。在此一個大的優點在于這種合成氣體也可以從生物體中制取，從而例如在石灰制 造過程中可以顯著改善CO2-平衡，而在這些過程中迄今只能限于使用具有某些性質的生物 體。經過凈化處理的合成氣體也適合于通過部分液化而分解成其成分，其中也可以通 過使用壓力-轉換-吸附工藝來獲取純的包含在該合成氣體中的成分。最后，經過凈化處 理的合成氣體或者其成份中的一個也可完全地或部分地用于合成化學的基本產物或中間 產物，這與開始時為處理過程供給何種原料作為含碳物質沒有關系。為了在煙道流-再氣化區中達到所要求的水蒸汽存在，可以通過添加水或水蒸汽 或通過在干燥區中逸出的水蒸汽來達到此目的。本方法可以毫無問題地在接近環境壓力的壓力條件下執行，其中在-200mbar至 IOOOmbar(U)范圍內的壓力范圍已被證明是特別合適的。特別有利的做法是在本方法的 范圍內，在豎窯爐中產生一個負壓，這種負壓可以防止氣態的最終產物或中間產物在沒有 嚴格的密封情況下，例如在供給導管或調節機構的范圍內，也可能從豎窯爐中逸出的現象。 這種負壓例如可以通過一種抽吸裝置來加以建立，該抽吸裝置也可用于吸除氣態反應產 物。優選將全部工藝區從干燥到再冷卻都安排在唯一的一個室中，從而不需要在各區 之間配置運輸裝置。為原料供給，優選采用一種安置在豎窯爐的上側上的水冷卻的重力滑 槽，其沒有配件和活動的部件。可省去附加的排放點，如按其它方法為了調節在工藝中作為 散料、反應物或涉及的物料可能是需要的。為了避免在采用CaO作為散料的情況下在氧化級中形成碳化物，已證明該方法的 一種溫度導控是有利的，在這個區中該溫度導控在1800°C以下。優選在氧化區中有目地供給含氧的氣體和/或燃料。這一點可以在點火的時候即 本方法起動的時候執行，但也可以為了控制豎窯爐中各個區的位置、大小和溫度而執行。這樣就可防止產生下述現象各個區移位；工藝所用的溫度水平達到不利的值；或邊緣區過 熱，從而消散，使工藝方法中斷。在理想的情況下燃料供給不是必須的。


下面將參照附圖就本發明的一個實施例做詳細說明。附圖表示圖1 一種用于氣化高碳物質的豎窯爐的示意圖；圖2圖1所示豎窯爐的示意圖，具有在下游的對處理氣體的利用。
具體實施例方式圖1表示一種豎窯爐100的示意圖，該豎窯爐就其結構類型基本上相當于一種煅 燒豎窯爐，如在燒結工藝中大型技術上所用的。該豎窯爐在執行本發明時用作為氣化反應 器。為此，豎窯爐100被連續地供給一種由高碳物質和耐火散料組成的混合物。該氣化反 應器的運行是如此加以調節的，使得本方法通過所用的高碳物質的氧化而自供熱地順利執 行，這種氧化可以通過一種恒載燃燒器5、6、7得到支持，尤其是對于本方法的起動而言。按所示的實施例，豎窯爐或氣化反應器100是如此加以控制的，使得氣化在七個 不同的工藝區中進行。在經過一個散料柱1進入豎窯爐100中之后，與散料相混合的高碳 物質首先進入到一個干燥區A，在此干燥區中在20至100°C的特征溫度下得以干燥。隨后， 它們進入到一個預除氣區B，在此除氣區中它們在100至500°C的特征溫度下通過除氣而脫 去揮發性成份。被預除氣的高碳物質然后在也用作為熱介質和運輸介質的、向下運動的散 料的作用下，進入一個煅燒區C，在此煅燒區中實現加熱到直至1200°C的特征溫度，然后在 后繼的氧化區D中通過供給含氧氣體，在低于1800°C的溫度條件下，將仍然存在的碳加以 氣化。在離開氧化區之后，含有灰份的耐火的散料在一個余熱區E中通過利用含氧氣體的 直接冷卻和/或必要時通過水的引入在產生水蒸汽的情況下被冷卻到大約450°C，其中，原 先在余熱區下方在一個再冷卻區F中的含氧氣體作為散料的逆流被加熱，另一方面該散料 通過與在豎窯爐底部中導入的逆流的含氧氣體而被冷卻到100°C以下，以實現能量回收的 目的。在豎窯爐100的底部上的含氧氣體的輸入管道8也代表氣態逆流的開始，該氣態逆 流延伸通過前面所述及的所有工藝區。如已述及的，在此在再冷卻區F中和在沿氣體運動方向后繼的余熱區E中，含氧氣 體首先被加熱到450°C以上，之后在氧化區中(在可能繼續直接供給含氧氣體的情況下)實 現碳化物或者以純形式存在的碳的氧化。相應于氧化區D中的溫度，反應氣體進一步上升， 并在煅燒區C中確保該處所需的溫度水平。隨后反應氣體流過預除氣區B，并在進一步冷卻 的情況下流過干燥區A，其中該反應氣體在散料柱的上端出來之后是作為由來自氧化階段 的合成氣體CO和H2、水蒸汽和碳氧化合物(特別來自預除氣階段B)所組成的混合物而存 在的，在不利的情況下它除了含有粉塵之外，還會含有煙灰，這種煙灰是預除氣區B中的分 解過程的結果。為了提高反應氣體的質量，因此在上反應器部分中配置了一個煙道流后氣 化區G，在該氣化區中在500-1000°C溫度條件下，通過供給氧氣在水蒸氣的伴隨下熱學再 處理含粉塵和煙灰的氣體，從而使之作為在質量上為高值的原始合成氣體以用于材料性和 /或熱性用途。通過高碳物質和耐火的散料的混合，業已證明在連續穿過豎窯爐100的情況下形
8成七個所述的區，這些區使得在一個適當的壓力范圍-200mbar至IOOOmbar(U)的條件下能 夠實現一種極寬范圍的不同碳載體的氣化。迄今只有高純度的碳載體如焦炭、煤、石油焦 炭、無煙煤或廢油能用于氣化過程，而使用散料作為特別熱載體和運輸載體則也允許使用 有機材料，其熔點和軟化點在高于20°C和低于500°C的范圍內。屬于這一類材料的還有那 些具有聚合結構的碳化合物，其中新的方法通過有目的地控制該材料或裂變產物的特征溫 度就能極大程度地減小含油或焦油類型的裂變產物的形成。通過利用部分氧化的自熱方 法，也就不會產生排放源，從而也可使用例如具有被較高重金屬含量(如其油漆過的木料 上產生)污染的高碳物質。如所述及的，特別適合于作散料的是CaO，這種散料的粒度最高為20cm，其中已證 明其粒度范圍在1至8cm之間為特別有利。具有這種粒度的散料不僅可用作為熱介質和運 輸介質，而且以其機械性質在豎窯爐100運行的過程中也可以有助于使高碳物質不發生結 團或結塊現象。經常處于彼此相對運動中的顆粒的機械摩擦確保這一點。在采用CaO作為散料時還有另一個優點它作為反應組分例如可用于鹵素，而且 在一定程度上抑制二氧化物、呋喃等的形成。這些有毒物質的形成還可通過以下措施抑制 在對這些物質的形成很要緊的溫度范圍內沒有氧氣作為反應組分。在此特別有利的做法是 向散料添加一種細料成分，其粒度在毫米范圍內和以下，例如其粒度為大約小于2mm至微 米范圍。這種細料具有一個很大的反應表面，部分地作為粉塵而存在于反應氣體中，可以很 容易將之從反應氣體中過濾出來。此外，散料在豎窯爐100的底部被取出，并利用一個循環導引裝置13在供給新的 高碳物質14的同時再次被送回到豎窯爐100。在這一區域中也可通過過濾例如將細粒過濾 出來。在氣化聚合物特別是被污染的聚合物時，迄今是一個大問題，因為在高壓下需要 配件有特別仔細的密封；而所述的方法則可以有利地利用輕微的負壓加以執行，優選在一 個至-200mbar的范圍內執行，在超壓情況下理想地不超過lOOOmbar。在負壓情況下，單單 采用下述方式便可達到密封的目的反應器的加料通過散料柱1來進行，該散料柱由于靜 態自重之故而加荷在反應器填料(SchUttimg)上，從而不要其它配件便可與反應器加料裝 置2聯通。在按已述及的將高碳物質摻合到散料中之后，該散料首先被送到一個散料接受 器3。因為在反應器底4上連續地移走耐火的散料，散料連續穿過反應器底。這樣，由耐火 的散料和高碳物質組成的混合物便自動地從散料接受器3中向下滑入到反應器中，為此不 需要配件或其它工藝控制裝置。散料柱的高度是如此選擇的，使它能夠通過經填料而產生 的其自身的壓力損失而保證反應器氣相對大氣的密封。其中反應器在負壓下的運轉是特別 有利的，因為反應氣體的逸出現象被排除了。熱能的輸入基本上是在氧化區D中進行的，其中所論及的基本功率是通過氧氣5 和燃料6如燃油、天然氣或依照本方法的提純的合成氣體的配給，經過作為直接燃燒裝置 的燃燒器噴槍7而輸入到填料中予以實現的。但主要的能量輸入則是通過散料中原先已煅 燒過的高碳物質的部分燃燒和通過經過反應器底8供給氧氣或者還有單一空氣予以實現 的。恒載燃燒器7的任務在于確保在氧化區D中的反應組份的安全可靠的點火。所產生的熱氣體基本上都是一氧化碳，但也含有氫，這些熱氣體流過反應器裝料 區從氧化區D向上流動，并用作為能源載體，以用于加熱在氧化區D上方所設計的工藝區。
如已述及的，在干燥區A中，實際上大多含有水份的高碳物質在所含水份汽化的 條件下被加熱到一個達100°c的特征溫度；與此同時，在后繼的預除氣區B中實現聚合的及 有機的組份的熱裂變。基于裂變所需的能量，在這里將該原料的特征溫度的提高限制在約 450°C。在這個區中，來自居于下方的各區中的熱氣體與由熱裂變所產生的氣體在此相混
I=I O氧化區D中的氧化是如此加以控制的，使得確保尚存在的未氣化的碳完全氧化成 一氧化碳。這種控制首先是通過有目的地調節流量經由連續移走在反應器底4上的散料來 執行的，但必要時也可通過調節恒載燃燒器7或通過改變散料接受器3中高碳物質的份量 來執行。若希望供給水，則優選在余熱區E的范圍中，配置一個水供給裝置9，水在450°C以 上的溫度條件下轉化為熱蒸汽，通過向上流動而被輸送給氧化區D。來自氧化區D的處于逆 流的熱散料流被冷卻。代替新鮮水的供給，也可以供給在氣體冷卻裝置10中聚積的冷凝液混合物，該冷 凝液混合物基本上是由水和少量的高分子有機化合物組成的。這類化合物不影響本方法的 過程，但會使該冷凝液混合物的清除處理困難一些。經過余熱區E和再冷卻區F，可實現所述的有效的能量回收，其中耐火的散料被冷 卻到如此程度，使得灰份和細料可以經過一個過濾裝置12或其它分離裝置加以分離。粗的 散料的已述及的在13處的循環導引可以在經過散料接受器3與新的高碳物質14相混合的 情況下予以實現。粗散料的損耗例如是由機械磨損所造成的，可以通過新鮮的粗散料的配 給15加以補償。在豎式煅燒爐的上部中，從氧化區D中出來的氣體和從預除氣區B中出來的氣 體混合成一種含有粉塵和煙灰的氣體混合物，這種氣體混合物在煙道流再氣化區中于 500-1000°C的溫度條件下在水蒸汽的伴隨下進行熱再處理。所需的水蒸汽可經過一個供給 裝置16按要求引入，但也可以通過使用在干燥區A中的含水分的高碳物質產生，并通過向 上流動而在煙道流再氣化區G中加以利用。為了恒定地調定在該區域中的最佳溫度范圍，配置了一個氣體燃燒器17。該氣體 燃燒器可以利用含氧氣體18相對于燃燒器17中的燃燒氣體成份19的過量而運轉，以便保 證煙灰微粒和合成氣體中的其它有機微粒的再氣化。按照所設定的對合成氣體的利用而定，可以采用不同的工藝步驟來進一步處理離 開煙道流氣化區之后的氣體。從應該使用經過凈化處理的合成氣體例如作為可市場銷售的 氣體用作為以后的化工或類似用途的物質基礎，則需要有效的粉塵和冷凝物分離。粉塵的 分離是通過熱合成氣體在20處的過濾在300-600°C的溫度條件下予以實現的，其中該氣體 /粉塵混合物利用一個氣體鼓風機21從煙道流氣化區G中經過一個耐高溫的過濾系統20 加以抽吸掉。利用該氣體鼓風機21還可以本設備中產生前面所述的負壓。被過濾出來的過濾粉塵可能仍就含有未氣化的煙灰成分，這些未氣化的煙灰成分 可以通過在22處將過濾粉塵的部分返回到氧化區D中加以利用。在過濾粉塵中，由于工藝 條件引起地仍結合有許多雜質，這些雜質是從所用的高碳物質中通過吸附(例如重金屬) 和/或通過反應(例如鹵化物)而產生的，所以在本發明提出的方法中，這種過濾粉塵也起 到一種所希望的降低有害物質的作用。因此，在使用相關含碳物質的情況下，必須在23處排除本方法中的過濾粉塵的部分流，這一部分過濾粉塵是必須清除的。緊接在熱氣體過濾之后，合成氣體在其用于其它目的(在24處)之前，優選立即 通過冷卻到50°C以下的溫度而與冷凝物如水和少量的微量高分子有機裂變產物相分離。在 此所產生的冷凝物基本上都是水，這種水來源于所用的高碳物質的殘余水份和來源于氫的 部分燃燒。此外，這些冷凝物還含有微量的高分子有機化合物(熱解油)。這種冷凝物混合 物必須要么當廢物清除，或者如前面已述及的優選當作反應水和碳載體(在11處)重新返 回到工藝過程中。另一個有利的方法可通過下述措施加以實現將來自氣體冷卻器中的冷 凝物混合物的一部分連續地作為急冷介質返回到氣體冷卻器的頭部(在25的條件下)，從 而達到有效氣體冷卻的目的，同時避免氣體冷卻器上壁垢的形成。經過如此凈化處理的合成氣體原則上也可利用空氣分解設備或壓力變換吸附工 藝被分解成它的組份，和/或作為燃料用于煤氣機中的燃燒。如果所用的高碳物質的質量允許所產生的合成氣體直接燃燒而不要氣體過濾和 冷卻的話，則在煙道流氣化區中所產生的合成氣體也可以用于直接發電和/或用于生產蒸 汽。這種方法見圖2中所示，其中合成氣體不需其它處理便可從煙道流氣化區G中直接導 入燃燒室H中，而且不需任何預處理即可進行燃燒。所產生的熱氣體的內能被加以熱利用 以在蒸汽發生器I中產生高壓蒸汽。蒸汽經過一個蒸汽透平機J加以減壓，并將之轉換為 電流26。在蒸汽透平機的低壓側，可將剩余蒸汽繼續作為加熱介質進一步加以熱利用。從蒸汽發生器出來的廢氣仍含有一定的粉塵成分，這些粉塵成分可經過一個廢氣 過濾裝置K加以分離。根據所用的高碳物質的污染程度或質量，廢氣此后必要時還須經過 一個廢氣凈化裝置L和/或脫氧裝置M加以處理，借以滿足對大氣排放的法定環境保護條 件。以下面的實施例來說明本發明，但不局限于此。^M總共介紹6個實例，這些實例通過使用不同的高碳物質而彼此各異，這些實例是 標準化實施的。這些不同的應用材料、其質量及由此獲得的結果都詳細地記錄在后面的表 1至4中。一座石灰豎窯爐(其凈直徑為2. 2m，豎井高度為14. Im)使用重燃油，經過作為氧 化區中的基本燃燒系統的燃燒器噴槍進行運轉。煅燒過的其顆粒度為0. 5至6cm的石灰石 用作為耐火的散料，按連續的料流(見表1，欄c)，經過該石灰豎窯爐從上向下循環地被導 引；與此同時，高碳物質(見表1，欄a)在進入到上部窯區之前以連續的料流(見表1，欄 b)被摻混到該循環的散料中。基本燃燒系統(見表1，欄d和e)如此加以調節，使得石灰 豎窯爐的氣體出口處的氣體溫度達到600 700°C。在繼續定量供料的過程中，經過反應器 底連續定量供給如此多的空氣(見1，欄g)，直到在反應器出口恒定地獲得一種幾乎沒有碳 的灰份。所產生的氣體在一個450°C的氣體溫度條件下被引導通過一個熱氣過濾系統，隨后 經過一個氣體冷卻器而被冷卻到30°C。在氣體冷卻器中所產生的冷凝物混合物(基本上是水和少量有機油)被臨時寄存。根據所用的高碳物質的成分，連續地向氧化區配給如此多的水，使得能保證實現 最初碳輸入量的完全氣化。為此，使用經過臨時寄存的冷凝物混合物和附加的新鮮水(見表1，欄f)。表 1使用量(連續配料) 實例1至6中所用的高碳物質的成分和質量見表2中欄a至e所載。表2 在這些實施例中所產生的氣體在氣體冷卻器之后經過一個氣體量測量裝置加以 測定，并經過一個在線熱值分析裝置加以分析。平均的氣體流量見表3欄a中所示，下限熱 值見表3欄b。此外，還求出了從氣體冷卻產生的含水冷凝物相的流量(表3、欄c)和從氣 體冷卻產生的油相的流量(表3，欄d)。所產生的灰份連續地從反應器出來后的粗的散料 中篩出，測定細的粗料成份(顆粒度< 3mm)。所求得的流量見表3欄e。 在這些實施例中所產生的氣體在經過氣體冷卻之后經過一個在線分析裝置對其 成份加以分析。其氣體成分見表4欄a至e。M4產生的氣體成分
權利要求
一種用于在豎立處理室(100)中用于連續氣化高碳物質(14)的自熱方法，該處理室具有煅燒區(C)和氧化區(D)，在該氧化區中被煅燒過的高碳物質利用含氧的氣體實現氧化，其中氣態的反應產物在豎立處理室(100)的上側(G)被抽走，這種豎立處理室設計成豎窯爐(100)的形式，該豎窯爐被一種本身不被氧化的、循環地被導引的散料(13)連續地從上向下流過，高碳物質(14)在進入豎窯爐入口(3)之前被添加到散料(13)中，其特征在于所述含氧的氣體至少部分地在氧化區(D)下方導入，由此促成上升的氣流，其中在氧化區(D)的下方通過上升的氣體將散料和灰份產物在余熱區(E)中冷卻到直至450℃，并且此外含氧的氣體至少部分地在豎窯爐(100)的下端(4)引入且在位于余熱區(E)下方的再冷卻區(F)中以逆流的形式將散料在從豎窯爐中取出以用于能量回收之前一直冷卻到低于100℃的特征溫度。
2.按權利要求1所述的方法，其特征在于在煅燒區(C)的上方利用上升的氣體以逆 流的形式將所加入的散料(3)連同含碳物質(14)在加熱到一個20°C -100°C的特征溫度的 同時在干燥區(A)中首先干燥并且然后在繼續加熱到一個100°C-45(TC的特征溫度的同時 在預除氣區(B)中加以預除氣。
3.按權利要求1或2所述的方法，其特征在于在余熱區(E)中供給水，該水在汽化時 促進冷卻，其中所產生的水蒸汽隨同氣流上升到氧化區(D)中。
4.按以上權利要求中任一項所述的方法，其特征在于向氧化區(D)供給水。
5.按以上權利要求中任一項所述的方法，其特征在于所產生的反應氣體在豎窯爐 (100)的上側抽出并且在一個煙道流再氣化區(G)中在500°C至1000°C溫度條件下，優選在 600°C至800°C的溫度條件下，在水蒸汽的伴隨下進行再處理。
6.按權利要求5所述的方法，其特征在于煙道流再氣化區(G)中的熱能是通過所供 給的由燃料(17)和按化學計量的或超化學計量的含氧氣體組成的混合物的燃燒所提供 的。
7.按權利要求6或7所述的方法，其特征在于煙道流再氣化區(G)中的水蒸汽是通 過水(16)、水蒸汽的供給或通過在干燥區(A)中逸出的水蒸汽所提供的。
8.按以上權利要求中任一項所述的方法，其特征在于散料至少部分地是由惰性的礦 物、陶瓷材料或金屬材料組成的，它們的粒度直至20cm，優選在1 8cm之間。
9.按以上權利要求中任一項所述的方法，其特征在于作為散料至少可部分地使用堿 性的煅燒產物例如CaO或煅燒產物的前體，它們的粒度最大為20cm，優選在1 8cm之間。
10.按權利要求9所述的方法，其特征在于作為散料可使用由粗料和細料組成的混合 物，粗料的粒度直至20cm，細料的粒度小于2mm。
11.按權利要求10所述的方法，其特征在于將抽出來的氣體加以過濾，其中濾出作為 粉塵被包含在被抽出來的氣體中的細料。
12.按權利要求10或11所述的方法，其特征在于將散料過濾，以便將細料從散料流 中分離出來。
13.按權利要求11或12所述的方法，其特征在于將過濾出來的粉塵全部或部分地返 回到散料循環中。
14.按以上權利要求中任一項所述的方法，其特征在于該方法在一個從-200mbar至 IOOOmbar(U)的壓力范圍內執行的。
15.按權利要求14所述的方法，其特征在于在豎窯爐(100)中產生輕微的負壓。
16.按以上權利要求中任一項所述的方法，其特征在于氧化區中的溫度保持在 1800°C 以下。
17.按以上權利要求中任一項所述的方法，其特征在于豎窯爐具有唯一的一個室，在 該室中建立各個工藝區。
18.按以上權利要求中任一項所述的方法，其特征在于散料借助于其重力移動通過豎窯爐。
19.按以上權利要求中任一項所述的方法，其特征在于在氧化區(D)中添加含氧氣體 和/或燃料，借以啟動該方法和/或控制豎窯爐(100)中的各工藝區(A，B，C，D，E，F)的位置、溫度和大小。
20.按以上權利要求中任一項所述的方法，其特征在于使用塑料余料、浙青、纖維質 碎片、被臟污的木材余料、油污的泥土或這一類的特種廢料作為高碳物質，并且該方法相應 地設計成用于含碳的特種廢料的廢料處理方法。
21.按權利要求20所述的方法，其特征在于使用其邊長直至40cm的物料作為高碳物質。
全文摘要
本發明涉及一種用于在豎立處理室(100)中用于連續氣化高碳物質(14)的自熱方法，該處理室具有煅燒區(C)和氧化區(D)，在該氧化區中被煅燒過的高碳物質利用含氧的氣體實現氧化，其中氣態的反應產物在豎立處理室(100)的上側(G)被抽走。這種豎立處理室設計成豎窯爐(100)的形式，該豎窯爐被一種本身不被氧化的、循環地被導引的散料(13)連續地從上向下流過。高碳物質(14)在進入豎窯爐入口(3)之前被添加到散料(13)中，所述含氧的氣體至少部分地在氧化區(D)下方和/或中導入，由此促成上升的氣流。含氧的氣體至少部分地在豎窯爐(100)的下端(4)引入，從而形成再冷卻區(F)，在其中將散料冷卻到低于100℃的特征溫度。
文檔編號C10J3/22GK101903501SQ200880121676
公開日2010年12月1日 申請日期2008年12月22日 優先權日2007年12月20日
發明者R·默勒 申請人:埃克洛普有限公司