專利名稱：兩步碳化器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來說涉及一種碳化器或熱解器，尤其涉及一種兩步碳化器。
碳化器或熱解器是一種將燃料(例如煤)中的揮發(fā)性物質(zhì)分離而產(chǎn)生氣體，液體焦油和油類以及主要含碳的炭的裝置。在七十年代，F(xiàn)MC公司研究出一種稱作COED的方法，該法使煤熱解產(chǎn)生含有H2，CO，CH4的氣體以及用于生產(chǎn)汽油的液體產(chǎn)物。該方法是對(duì)早先的稱為Form Coke方法(也是由FMC研究出的)一種改進(jìn)。Form Coke方法中也是使煤在約950°F到1000°F下熱解以產(chǎn)生焦油和炭。焦油經(jīng)過適當(dāng)處理并與炭再合并。該混合物加熱至約1500°F以產(chǎn)生焦炭產(chǎn)物。該方法可干凈地從非焦煤中產(chǎn)生焦炭。一家建在懷俄明州Kemerer的工廠利用該方法每年生產(chǎn)約93,000噸焦炭。Form Coke方法和COED方法的不同之處在于在COED方法中，燃燒炭產(chǎn)物，得到的煙道氣提供使煤熱解的熱量。
其它公司研究出了利用類似的方法產(chǎn)生合成甲烷氣體的裝置，然而其中用溫度升高的方法以減少焦油和油類。較高的溫度使焦油熱裂解而產(chǎn)生H2，CO和CH4。高爐焦炭生產(chǎn)中煤的熱解溫度高于煤渣軟化溫度。所產(chǎn)生的焦油用于獲得其化學(xué)制品。長(zhǎng)鏈的環(huán)烴類(煤焦油)襲解成各種鏈烷烴，鏈烯烴，以及環(huán)狀和芳族烴類的混合物。
最近，人們正在研究利用先進(jìn)的增壓流化床燃燒循環(huán)技術(shù)(PF-BC)在較高溫下熱解煤(現(xiàn)在稱之為適度氣化(mild gasification))以產(chǎn)生低熱量值氣體(low Btu gas)和炭的設(shè)想。此外，加入石灰石和白云石具有脫硫特性。低熱量值氣體用于升高由PFBC產(chǎn)生的煙道氣的溫度以提高循環(huán)效率，并燃燒PFBC中的炭。目前，一些公司出于此目的而在研究適度氣化法。其他一些公司也開始研究先進(jìn)的PFBC循環(huán)。研究這種新型碳化器或適度氣化法的主要推動(dòng)力在于產(chǎn)生氣體和炭不產(chǎn)生焦油或油類。碳化器中加入吸附劑促進(jìn)在較低的溫度下對(duì)組成焦油的長(zhǎng)鏈烴的裂解。
這樣一來，需要一種能將盡可能多的熱引入進(jìn)入碳化器的氣流的裝置，以去除揮發(fā)物及通過熱解減少焦油和油類。人們加入吸附劑幫助焦油裂解從而促進(jìn)熱化學(xué)反應(yīng)。
本發(fā)明提供一種兩步碳化器解決上述現(xiàn)有技術(shù)中及其他的難題。該改進(jìn)的熱化學(xué)反應(yīng)裝置包括一個(gè)碳化器，它含有一個(gè)與燃燒室連接的可流化材料的床。該燃燒室產(chǎn)生的煙道氣用作為碳化器的兩種流化媒質(zhì)之一。來自燃燒室的熱煙道氣從中間管道上升以使在外管道中的碳化器空氣預(yù)熱。來自外管道的空氣用作第二種流化媒質(zhì)。煤和吸附劑通過一個(gè)密相傳輸系統(tǒng)由壓縮空氣送入碳化器進(jìn)行燃燒。燃燒器中的炭及用過的油石從碳化器中的溢流管除去以作進(jìn)一步的燃燒。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種改進(jìn)的用于熱化學(xué)反應(yīng)的兩步碳化器。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種改進(jìn)的使用兩步碳化器進(jìn)行熱化學(xué)反應(yīng)方法。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種裝置，其設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)結(jié)實(shí)，制造費(fèi)用低廉。
本發(fā)明的各種新穎特點(diǎn)在所附的權(quán)利要求書中作了詳細(xì)描述并成為本發(fā)明敘述的一部分。為了更好地理解本發(fā)明，及使用本發(fā)明所能達(dá)到的優(yōu)點(diǎn)，請(qǐng)參閱下面的附圖及敘述性內(nèi)容，其中，對(duì)本發(fā)明的一較佳實(shí)施例作了說明。
在附圖中，

圖1為本發(fā)明裝置的正面剖視圖。
請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明裝置將盡可能多的熱引入進(jìn)入碳化器(10)的氣流，以去除揮發(fā)物及通過熱解減少焦油和油類。加入一種吸附劑(例如石灰石或白云石)以促使焦油和油類的量減少，幫助焦油裂解，以及吸附燃燒期間形成的以H2S形式存在的任何硫。
來自某一源(未予畫出)的煤(12)和吸附劑(14)通過一個(gè)密相傳輸系統(tǒng)由壓縮空氣送入碳化器(10)。密相傳輸限制了傳輸固體粒子流所需的空氣量。除了圖中指出的幾處之外，碳化器(10)基本上為一個(gè)封閉容器并成為一個(gè)流化床，高速流體的射流通過在其底部的格柵板(16)而使該床充分混合。
當(dāng)煤(12)和吸附劑(14)進(jìn)入碳化器(10)時(shí)，與至少兩種流體(最好是氣體流)接觸。氣體流中的一種最好是已預(yù)熱過的空氣(A)，另一種為由燃燒室(18)產(chǎn)生的煙道氣(F)。煤(12)在碳化器(10)中被脫去揮發(fā)成分并部分燃燒。同時(shí)吸附劑(14)吸附任何以H2S形式存在的硫并形成硫化鈣(CaS)。碳化器(10)最好在1600F左右運(yùn)行。來自燃燒過的煤和吸附劑的炭和用過的油石以及其它部分燃燒的物質(zhì)進(jìn)入一個(gè)溢流管(20)，該溢流管連接碳化器(10)和燃燒室(18)。任何離開碳化器(10)的固體細(xì)顆粒用一臺(tái)熱旋風(fēng)分離器(22)收集，并通過一旋風(fēng)分離器立管(24)和肘形彎管(25)回到燃燒室(18)的底部。
燃燒室(18)燃燒部分炭和剩余的揮發(fā)性物質(zhì)并使部分CaS轉(zhuǎn)變成CaSO4，后者保持其固體狀態(tài)(19)。燃燒室的工作溫度低于煤灰的渣化溫度。炭和用過的油石的殘余物以及其它燃燒過的物質(zhì)通過位于底部的管道(26)離開燃燒室(18)成為廢棄物等待處理。
如圖1所示，燃燒室(18)最好是由一個(gè)同心或同軸空氣管道(28)形成的環(huán)形中心管道。燃燒室(18)為軸向排列且同軸地位于空氣管道(28)內(nèi)。燃燒室(18)產(chǎn)生熱的煙道氣，它沿燃燒室(18)管道中部上升并穿過格柵板(16)(如箭頭F所示)進(jìn)入碳化器(10)。同時(shí)燃燒室(18)使碳化器空氣和/或來自一源(未予畫出)的由箭頭B所示的方向供給空氣管道(28)的水蒸汽預(yù)熱。燃燒空氣和/或水蒸汽由箭頭C所示方向從一源(未予畫出)供給燃燒室(18)?？刂圃试S進(jìn)入燃燒室的空氣和/或水蒸汽的量以限制碳化器的溫度低于2,000°F，從而不需任何內(nèi)床冷卻面(in—bed cooling surface)。進(jìn)入兩步碳化器的空氣總量保持煤燃燒的亞化學(xué)計(jì)量。預(yù)熱的空氣和/或水蒸汽(A)穿過格柵板(16)用作碳化器(10)的第二種流化媒質(zhì)。
碳化器(10)的流化床運(yùn)行速度高于碳化器中通常的流化速度，以促進(jìn)與來自燃燒室(18)的熱氣體的混合。這樣使煤脫去揮發(fā)成分并使焦油和油類熱裂解(由于煤和熱煙道氣直接接觸)。正如前面提到的，來自碳化器(10)的產(chǎn)物通過管道(21)進(jìn)入熱旋風(fēng)分離器(22)，在那兒固體物被送回燃燒室(18)的底部。產(chǎn)生的氣體通過管道(30)離開熱旋風(fēng)分離器(22)用于進(jìn)一步的加工，反應(yīng)或排放。
有利的是空氣管道(28)作為對(duì)燃燒室(18)的加壓密封，這樣使該裝置能在高壓下(約12—20大氣壓(atm))工作。
兩步碳化器的運(yùn)行具有靈活性，因?yàn)檫M(jìn)入碳化器和燃燒室的空氣是分別可調(diào)節(jié)的。當(dāng)增加進(jìn)入碳化器的空氣流量時(shí)，煤流量增加，從而提高溫度和氣化程度。同樣地，可注入水蒸汽以促進(jìn)汽化。
雖然本文顯示和詳細(xì)敘述了本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)例用以說明本發(fā)明原理的應(yīng)用，應(yīng)該理解的是本發(fā)明也完全可以以另外的方式具體實(shí)施而不脫離這些原理。
權(quán)利要求
1.一種改進(jìn)的用于熱化學(xué)反應(yīng)的裝置，包括一個(gè)用于容納可流化材料的床的碳化器，所述碳化器構(gòu)造成接受至少兩種流化媒質(zhì)用于攪拌該床；用于將燃料和吸附劑導(dǎo)入所述碳化器進(jìn)行部分燃燒的裝置，其特征在于所述的吸附劑吸附來自燃燒產(chǎn)物的污染物；一個(gè)與所述碳化器容器連接的燃燒室，所述燃燒室生成的煙道氣用作所述碳化器中至少兩種流化媒質(zhì)中的一種；向所述碳化器容器提供第二種流化媒質(zhì)的裝置，所述第二種流化媒質(zhì)由所述燃燒室加熱；以及從所述碳化器容器中去除部分燃燒的物質(zhì)的裝置，所述部分燃燒的物質(zhì)去除裝置與所述燃燒室連接以用于向該燃燒室提供燃燒過的物質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種改進(jìn)裝置，還包括一個(gè)與所述碳化器容器連接的旋風(fēng)分離器，用于收集產(chǎn)生的固體細(xì)顆粒并將這些固體細(xì)顆粒送回所述燃燒室進(jìn)行燃燒。
3.如權(quán)利要求2所述的一種改進(jìn)裝置，還包括用于從所述燃燒室中去除燃燒過的物質(zhì)的第二種裝置，所述去除燃燒過的物質(zhì)的第二種裝置從所述燃燒室中排出燃燒過的物質(zhì)作為廢棄物等待處理。
4.如權(quán)利要求3所述的改進(jìn)裝置，其中所述的用于去除燃燒過的物質(zhì)的第二種裝置包括位于所述燃燒室底部的管道。
5.如權(quán)利要求1所述的改進(jìn)裝置，其中所述的用于去除部分燃燒的物質(zhì)的裝置包括位于所述碳化器內(nèi)并與所述燃燒室連接的溢流管。
6.如權(quán)利要求1所述的改進(jìn)裝置，其中所述的燃燒室包括一種耐火內(nèi)襯。
7.如權(quán)利要求1所述的改進(jìn)裝置，其中所述的燃燒室包括同軸安置在所述第二種流化裝置內(nèi)的燃燒室。
8.如權(quán)利要求1所述的改進(jìn)裝置，其中所述的至少兩種流化媒質(zhì)是通過位于碳化器底部的格柵板同時(shí)進(jìn)入所述的碳化器的。
9.一種用于熱化學(xué)反應(yīng)的改進(jìn)方法，包括以下步驟將燃料和吸附劑導(dǎo)入碳化器；用至少兩種流化媒質(zhì)流化碳化器中的床。從碳化器中去除一部分燃燒過的燃料和吸附劑；在與碳化器連接的燃燒室中燃燒來自碳化器的部分燃燒過的燃料和吸附劑。由燃燒室產(chǎn)生的煙道氣用作至少兩種流化媒質(zhì)中的一種；以及用一旋風(fēng)分離器收集離開碳化器的固體細(xì)顆粒并送回燃燒室中。
10.如權(quán)利要求9所述的改進(jìn)方法，還包括從燃燒室中去除燃燒過的物質(zhì)作為廢棄物以等待處理的步驟。
11.如權(quán)利要求9所述的改進(jìn)方法，還包括在空氣供給裝置中同軸安裝燃燒室用于預(yù)熱所供給的空氣。
12.如權(quán)利要求11所述的改進(jìn)方法，其中的安裝步驟包括為燃燒室提供一種耐火內(nèi)襯。
全文摘要
一種兩步碳化器將盡可能多的熱引入進(jìn)入碳化器的氣流，以去除揮發(fā)物及通過熱解減少焦油和油類，通過加入吸附劑促進(jìn)熱解。碳化器用作流化床，由燃燒室提供煙道氣作為一種流化媒質(zhì)，而以經(jīng)預(yù)熱的空氣作為另一種流化媒質(zhì)。由于煤和熱煙道氣直接接觸，使煤脫去揮發(fā)成分以及使焦油和油類熱解。該裝置設(shè)計(jì)成在高壓(約12-20大氣壓)下工作。
文檔編號(hào)C10J1/207GK1121949SQ94113658
公開日1996年5月8日 申請(qǐng)日期1994年10月28日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月28日
發(fā)明者D·A·斯泰斯 申請(qǐng)人:巴布考克及威爾考克斯公司