[发明专利]煤炭气化

说明书

本发明涉及一种制备合成气的方法，其中在干蒸汽环境中将碳质原料暴露于由DC电源产生的等离子弧。

背景技术

本发明涉及煤炭的气化。

气化是通过在合适的温度和压力条件下使碳质燃料材料与蒸汽接触以形成合成气来进行的工艺，所述合成气是一氧化碳、氢气和二氧化碳的混合物。已提出的各种类型的气化方法至少包括逆流固定床气化方法、并流固定床气化方法、流化床气化方法、夹带流气化方法、原位地下气化方法和等离子气化方法。这些方法至少取决于蒸汽和碳质材料进料到气化器的方式以及气化器中负荷的特性。

在由多个等离子体炬构成的等离子气化器中，将高压电流供给到每个等离子体炬，由此产生高温等离子体气体流。等离子炬可以采用包括氮气、氩气、蒸汽和一氧化碳在内的许多气体操作。等离子炬的尺寸受其功率输出和工作寿命的限制。

当将等离子体炬反应器用于煤炭的气化时，过程能量仅由等离子体炬供应，并且不进行煤炭燃烧。因此，煤炭的热值是无关紧要的。然而，合成气的体积和品质以及该方法的经济可行性取决于煤炭的碳含量和工艺效率。后一参数由气化速率决定。

在传统的气化方法中，一部分煤炭用氧气燃烧以形成二氧化碳和少量的一氧化碳，从而产生所需的过程能量。在等离子体方法中，氧气被等离子气体、例如氮气或氩气代替，所述气体在类似于氧气设备的气体分离设备中产生。产生用等离子气体稀释的粗制合成气。据申请人所知，仅已针对城市固体废物的气化实施了商用等离子体炬反应器。

本发明的目的是使用源自冶金直流（DC）等离子弧炉的等离子弧技术实施煤炭气化。

发明内容

本发明首先提供了一种制备合成气的方法，其中在干蒸汽环境中将碳质原料暴露于由DC电源产生的等离子弧。

优选地，所述碳质原料是煤炭，并且例如是低等级或废弃的煤炭。

所述等离子弧可以通过使用类似于在DC开弧炉中采用的设备产生。该设备可以包括多个实心或中空设计的石墨电极。

所述等离子弧可以在反应器中产生，并且所述碳质原料可以经由等离子弧羽流引入到反应器下部区域中。在一个变体中，将所述原料引入到所述反应器的夹带流区段的反应器上部区域中。所述碳质原料可以与干蒸汽进料一起进料到所述反应器中，或者它可以与干蒸汽进料分开地进料到所述反应器中。如果使用中空电极，可以将所述原料通过这些电极引入到反应器中。

所述等离子弧可以是开弧，或者所述电极可以浸入反应器底部区域中的炉渣中，即可以实施埋弧加热。可以组合开弧加热和埋弧等离子体加热。

本发明进一步扩展到用于由碳质原料材料制备合成气的装置，该装置包括DC电弧气化器，该DC电弧气化器处理所述原料材料并且包括其中建立等离子弧的下部容器和作为夹带流气化器而操作的上部容器。

所述等离子弧可以建立为开弧或埋弧。在后一种情况下，所述埋弧可以在下部容器的下部区域的熔渣层中产生。

所述原料材料、即碳质材料可以供应到下部容器，或者供应到夹带流气化器然后再进料到下部容器。

所述装置可以包括一个或多个可以是中空的电极，并且所述原料可以通过所述电极引入到所述下部容器中。

所述下部容器可以包括具有出渣设施的炉渣容纳结构和至少一个在下部容器中建立DC等离子弧的电极。

所述装置可以在大气压下或在高于大气压的压力下操作。

附图说明

参考附图以例示方式进一步描述本发明，所述附图从一侧且以截面示出了根据本发明的一个形式所述的DC电弧等离子气化器。

具体实施方式