[发明专利]包括压力吸收柔性结构的气化反应器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于对气化原料进行气化的反应器，其适用于处理包括有机和无机化合物的气化原料，其中无机化合物组分的温度至少低于气化温度100℃，其中所述化合物在氧气和／或空气存在的气化过程中在气化温度下，被转化成高于950℃但低于1300℃并且包括CO、CO₂、H₂和H₂O(g)的热还原气，以及盐熔体，其中所述反应器包括外部反应器壳体和内部耐火衬里，其中柔性结构件被设置在所述外部反应器壳体和所述内部耐火衬里之间的环形同轴膨胀空间中。

本发明还涉及一种制造柔性结构并且将其设置在气化反应器中的反应器壳体和内部耐火衬里之间的方法。

技术现状

黑液是大型造纸厂在木材原料生产纸浆的过程中产生的有价值的产品。在由Chemrec AB开发的热化学反应器中，来自纸浆厂的黑液能够与氧气或空气-氧气混合物一道被气化，用于回收黑液的能量和化学物质。在气化反应中，腐蚀盐熔化并且产生富能气体。熔化的盐被喷射到反应器下部的水冷却，接着在这里被溶解并且形成绿液。绿液接着用于生产造纸厂中新的蒸煮化学物质。气化反应能够在环境压力下进行，或者在反应器系统中升高后相对较高的气压下进行。气化反应产生富能且热的气体，以及热的盐熔体。气化反应适宜在大约1000℃的温度下在内衬有陶瓷材料的钢反应器中进行。

在黑液的气化过程中产生的化学物质主要由Na₂CO₃，Na₂S和NaOH组成，在大约740℃熔化并且形成低粘性盐熔体，其对于陶瓷砖具有良好的湿润性。在反应器中产生的熔体使反应器的温度维持在大约1000℃。因此，熔体能够在砖结构较冷的外部凝固之前深入渗透到热的炉砖结构中。渗透的熔体缓慢地与炉砖结构的热部分进行反应并且在那里形成新的陶瓷相态，使得运行中炉砖结构的体积和尺寸缓慢但不可避免的增加。为此，在反应器运行时在反应器壁内部和炉砖结构外部之间需要具有足够的膨胀空间以避免在反应器壁中产生危险的高机械载荷。通常，陶瓷材料具有非常高的压缩强度，因此如果膨胀持续进行了很长的时间，尽管膨胀的陶瓷衬里具有非常高的机械强度，还是能够使反应器壳体超负载。

在纸浆厂中用于回收能量和化学物质的气化装置预计能够连续地运行很长的时间。在现代的纸浆和造纸厂中定期维护停机仅仅是每12-18个月进行一次并且仅随后进行1-2周。因此，气化装置的非定期停机能够导致工厂的能量和化学物质回收系统受到严重的干扰。修理气化装置或者回收系统造成的较长的生产停机使纸浆和造纸生产遭受巨大的损失。为此，对这种气化装置的运行可用性具有非常高的要求。由于气化装置产生大量热的腐蚀性盐熔体，其随后在水中溶解并且形成用在化学物质回收工艺中的碱性绿液，以及大量的包含有毒物质的富能和可燃气体，因此需要气化装置具有良好的系统安全性。

来自纸浆厂的黑液的气化反应能够通过一个化学反应方程式概括地示出，参见下面的方程式，进来的黑液BL(aq)，和氧气O₂(g)混合并且反应，或者在气化器中部分燃烧，其中产生盐熔体Me₂A(l)，以及富能气体G_x(g)，同时通过部分燃烧产生热量。下面的方程式还标明了在该反应中在大约1000℃的温度下进行转换的大概的摩尔质量。通过该方程式，显而易见的是当1摩尔的BL(aq)与13摩尔的氧气进行气化，产生2,7摩尔典型化合物为Me₂A(l)的盐熔体，以及77摩尔的在这里被命名为G_x(g)的各种气体物质，同时产生热量。

1BL(aq)+13O₂(g)→2,7Me2A(l)+77Gx(g)+heat

黑液的组成元素的含量可以通过化学分析确定。来自Swedish Kraft造纸厂的黑液BL(aq)，也被称作稠液的构成，可以通过一个简单的包含水含量的典型黑液的化学方程式描述，参见下面的方程式。除了别的之外，来自亚硫酸盐工厂的稠液具有本质上不同的构成，在黑液中具有相对高很多的硫含量。纸浆厂从接近海的区域收集木材原料，使得黑液中氯化物含量升高。

BL(aq)=Na_8,5K_0,5C_31,5H_35，5O_22,3S_1,5N_0,1C_10,1·19，5H₂O