專利名稱：改進(jìn)了的熔融金屬分解設(shè)備及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使含碳、最好還含氫的原料分解的熔池的總的領(lǐng)域，而按U，S.Patent Office的分類為Class/Subclass60/39，12，84/195及23/230A。
Rasor的U.S.4,187,672及U.S.4,244,180公開了將一種含碳燃料的物料和煤供入一種高溫液體，如鐵水中，其溫度足以使該供入物焦化，如約2850°F(1565℃)，然后將空氣或其它的氧源引入該反應(yīng)器以與溶于該液體中的碳反應(yīng)并將此熱的燃料氣體用于產(chǎn)生有用的能。
Nagel的WO92/01492指出過(guò)不同熔融金屬的兩個(gè)不相混溶區(qū)。
Mayes的U.S.4,338,096公開一種方法，該法通過(guò)在熔融介質(zhì)上的氣升效應(yīng)控制熔融的反應(yīng)物質(zhì)進(jìn)入反應(yīng)區(qū)的流量，并使此控制氣體的流量與熔融介質(zhì)的合適的流量成比例。Mayes不明白液體借助對(duì)流從一區(qū)向另一區(qū)流動(dòng)的啟示。
Bach的U.S.4,574,714及U.S.4,602,574沒(méi)有談到本發(fā)明的多個(gè)區(qū)，即引入有機(jī)原料的第一區(qū)、引入氧化劑的第二區(qū)及氣相和液相的兩個(gè)區(qū)，上述各區(qū)是為本發(fā)明的隔板所分開的。
Shin Melwa lnd的DE2,521,080展示了在氧化和氣化區(qū)之間有電磁環(huán)流的熔體。
Tyrer的U.S.1,801,221公開過(guò)在一個(gè)兩區(qū)裝置中用甲烷生產(chǎn)氫，但沒(méi)提供通過(guò)此兩區(qū)間的對(duì)流使之流動(dòng)的手段，而且也沒(méi)談到本發(fā)明的專設(shè)的隔墻隔離物。
Vayssiere的FR2,186,524公開了用電磁方式在氧化區(qū)和氣化區(qū)而產(chǎn)生環(huán)流的熔體。
Axelsson的U.S.4,511,372完成了它的在單一容器中在高壓下基本上抑制灰塵的全部工藝。
法國(guó)專利No.2552443(Klockner—Humboldt—Deutz)公開過(guò)一單一鐵熔池(1)(供入煤及CaO等熔劑)。一用于冷卻自此鐵熔池(1)中揮發(fā)出的氣體的冷卻容器(3)及產(chǎn)生用于循環(huán)回到該冷卻熔池(2)的H2和O2的電解區(qū)(3)。該專利談到“在于鐵熔池反應(yīng)器1中加熱期間釋出的CO2氣體，根據(jù)Boudouard’s的與固體碳的反應(yīng)在約1400℃的高的操作溫度下完全轉(zhuǎn)變成一氧化碳”。這樣，法國(guó)專利2,552,443通過(guò)加碳而于其熔池(1)中將CO2轉(zhuǎn)化成CO這與該待批發(fā)明不同，本發(fā)明通過(guò)加碳在其第二熔池中將CO2轉(zhuǎn)變成CO，這與在其第一熔池中的這種分解不同，而且它利用Boudouard反應(yīng)在其第二熔池中進(jìn)行冷卻，而不以最初的原料形式供入其分解熔池。
現(xiàn)公開一種將碳源轉(zhuǎn)變成含一氧化碳的氫的合成氣體的多區(qū)設(shè)備和工藝。該碳源可以是煤、汽車輪胎、有害的有機(jī)廢物、如氯化聯(lián)苯、多鹵化有機(jī)物、有機(jī)金屬化合物、有機(jī)聚合物、食用下腳料、淤渣廢料，以及其他碳?xì)浠衔?，它在一定壓力下被溶于可含有鐵的，處于鐵氧區(qū)的熔池中，然后與水、一種氧源或其混合物在至少一個(gè)區(qū)中以較高于第一區(qū)的溫度及壓力進(jìn)行反應(yīng)。在一特別好的實(shí)施方案中，兩個(gè)區(qū)處于不同的垂直高度上，并由于低區(qū)及與之相比較的高區(qū)中的熔池間的比重差產(chǎn)生從一個(gè)區(qū)到另一區(qū)循環(huán)。
當(dāng)在壓力下通過(guò)將碳加入第一區(qū)中的金屬液中，然后使此熔融金屬環(huán)流而在第二區(qū)中與含氧氣體接觸，將含氫和碳的原料如丙烷，脫瀝青溶劑等轉(zhuǎn)變成基本上純的氫和CO/CO2氣流時(shí)，一米直徑的容器用本發(fā)明可以由甲烷生產(chǎn)出壓力在2—50大氣壓的566340m3/天(2百萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/天)的氫。
在一個(gè)改進(jìn)了的熔融金屬產(chǎn)生氫的熔池中，擋墻構(gòu)成一個(gè)吸管或起分隔該熔池中心氣體空間效果的煙囪狀物。通過(guò)保持該擋墻一煙囪狀物各邊上的熔池部位間的有助于對(duì)流的溫度差，任選地，還有壓力差來(lái)促進(jìn)經(jīng)此煙囪狀物的流動(dòng)。原料加在裝料區(qū)，而氧加在氧化區(qū)，H2從此裝料區(qū)中放出，而CO從氧化區(qū)放出。擋墻可簡(jiǎn)單地用磚砌體或高溫金屬構(gòu)成，而且可裝在現(xiàn)存的有耐火襯的金屬液容器中。產(chǎn)物可作為費(fèi)—托合成法的合成氣體原料被混合。另外可通過(guò)噴入CO2取代氧將Boudouard吸熱反應(yīng)()用來(lái)控制溫度。


圖1是展示封閉的容器100截面的一較佳實(shí)施方案的示意圖，容器100有加料區(qū)104和氧化區(qū)106它們被煙囪狀物/爐子狀的環(huán)流區(qū)108分隔，環(huán)流區(qū)108由向下延伸的擋墻裝置114/水平延伸的擋墻裝置115和氣化區(qū)分離器裝置112所限定。
圖2是圖1的實(shí)施方案的細(xì)節(jié)，它展示擋墻125和136。
圖3是圖1的實(shí)施方案的示意圖，它展示任選的水煤氣輪換反應(yīng)器60，費(fèi)一托反應(yīng)器64，任選的Boudonard反應(yīng)器80，氣體在熔池氧化區(qū)106中產(chǎn)生，而二氧化碳借助Benfield或PressureSwing Absorption工藝去除。
圖4是第二較佳實(shí)施方案的總的縱剖面示意圖，展示可用于本發(fā)明的設(shè)備或裝置。
圖5是沿圖4的A—A線剖開的，圖5設(shè)備的放大的頂視圖。
圖6是圖5中設(shè)備沿圖4中B—B線剖開的放大視圖。
圖7是圖4的容器12的放大但改形的剖面圖。
圖8是圖4中容器14的放大但改形的剖面圖。
圖9是可用于本發(fā)明的設(shè)備或裝置的總的示意剖面圖，該設(shè)備或裝置公開了一些超過(guò)了圖4的改形。
圖10公開了第三較佳實(shí)施方案與圖4大致相似但有三個(gè)示于剖面圖的熔池的制氫設(shè)備。
本發(fā)明對(duì)于生產(chǎn)種類繁多的最終產(chǎn)品是有用的，所述產(chǎn)品包括那些可用已知的費(fèi)一托法生產(chǎn)的產(chǎn)品，如粗汽油、柴油機(jī)燃料、噴氣機(jī)燃料(煤油)等特別是為南非的Sasol所售的產(chǎn)品。Mobil Oil“M—Gas”法(U.S.3,998,899等)可被采用?，F(xiàn)在，本發(fā)明對(duì)于靈活地生產(chǎn)作為環(huán)境保護(hù)而被要求的或所期望的重整燃料，如甲醇、甲基叔丁基醚(MTBE)及叔戊基甲基醚(TAME)等是有特別價(jià)值的。在其較佳實(shí)施方案中，本發(fā)明全部用來(lái)自劣質(zhì)的或低價(jià)的碳?xì)浠衔?、空?為氧化)及水(提供氫及輔助的氧)運(yùn)行。尤為值得注意的是，本發(fā)明可利用放熱的碳氧化反應(yīng)，它可無(wú)需外加的能量輸入運(yùn)行。另外，吸熱的Boudorad反應(yīng)()可用來(lái)控制兩個(gè)反應(yīng)區(qū)中的溫度，特別是控制其溫差，從而調(diào)節(jié)兩區(qū)間的所期望那樣的物料的對(duì)流循環(huán)。
合成氣體的用途，按Kirk—Othmer Encyclopedia ofChemical Technology，包括將無(wú)任何其它反應(yīng)劑的CO/H2作為結(jié)構(gòu)單元，如用于甘醇合成、改進(jìn)的費(fèi)一托法合成烯烴或石蠟，及乙酸合成；那些涉及CO/H2的用途及用來(lái)作自合成氣衍生的化合物的輔助用途的應(yīng)用，如甲醇與乙醇的同系化作用；那些應(yīng)用基于CO/H2的衍生物的用途，如作為進(jìn)一步反應(yīng)步驟的起始料的甲醇，該步驟比如是Mobil’s MIG(甲醇制汽油)法或乙烯基乙酯法；以及能量效率法，如那些將合成氣用于聯(lián)合循環(huán)設(shè)備的方法；那些用一氧化碳于后續(xù)合成的用途，如乙酰胺、丙烯酸酯、科赫酸等的合成。
還有，本發(fā)明可采用多種原料，無(wú)論其是否有害，而且操作困難或問(wèn)題最小。其它的操作優(yōu)點(diǎn)包括易于進(jìn)行熱平衡控制，即允許產(chǎn)生的氫量有變化。產(chǎn)不出為常規(guī)設(shè)計(jì)所要求的最小量的氫則導(dǎo)致制氫設(shè)備不運(yùn)行或難以操作。本發(fā)明能承受范圍廣闊的產(chǎn)出量。比如，根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)的容量為生產(chǎn)566340米3/天(2千萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/日)的制氫設(shè)備能從此最大產(chǎn)率轉(zhuǎn)到56634米3/日那么小(2百萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/日)。如果一按常規(guī)設(shè)計(jì)的制氫設(shè)備設(shè)計(jì)產(chǎn)率為566340米3/日(2千萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/日)，則其產(chǎn)率的減少不能比226536米3/日(8百萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)立方英尺)少得過(guò)多。
按本發(fā)明建造的制氫設(shè)備可產(chǎn)出比常規(guī)設(shè)備純度高的氫，因?yàn)橥ㄟ^(guò)設(shè)有渣層去硫是本發(fā)明的一個(gè)主要特性。費(fèi)一托合成法本發(fā)明的較佳CO和H2產(chǎn)物對(duì)于常規(guī)的費(fèi)一托合成法(在Chemical Process Industries by R.Norris Schreve，Mc-Graw—Hill，1967，P.775中公開)是有用的。Boudouard反應(yīng)在授予W.P.Hettinger等人的U.S.4,412,914、4,450,241、4,869,879及4,915,820中所討論的這一反應(yīng)可任選地使噴入的CO2與金屬液中的碳反應(yīng)而生成2CO并如所期望的那樣冷卻此熔體。金屬雖然鐵對(duì)此熔池是最適宜的；但出于專門的應(yīng)用目的，鋼、銅、鋅、尤其是鉻、錳或鎳或其它的可熔煉的金屬或其它的其中可少量溶有碳的熔融材料均可單獨(dú)地或混合地采用。原料天然氣(CH4)，液化石油氣(LPG)、丙烷、石腦油、輕的或重的餾出物，真空精制的或其它的殘余物，脫瀝青溶劑(SDA)、芳族提取物、FCC殘?jiān)?、垃圾廢料、輪胎、煤及實(shí)際上任何的含氫的材料。產(chǎn)物產(chǎn)物是CO、CO2、H2加上硫及可在定期排除的渣中放出的含在原料中的雜質(zhì)，在精煉時(shí)，硫最好以處于氬氣流中的氣體的方式排出，然后進(jìn)行克勞斯法及SCOT(Shell Claus off—gas Treat-ment)裝置處理?？刂撇捎贸Ｒ?guī)的模擬—數(shù)字控制，溫度用光學(xué)或紅外線高溫計(jì)或經(jīng)保護(hù)的熱電偶測(cè)量；碳用光譜儀測(cè)量；水平面用核幅射測(cè)量而可加入的原料，CH3、CO2、H2O用于保持溫度，當(dāng)然，此溫度必須足夠高(如在加料區(qū)中至少1250℃，氧化區(qū)中1300℃)以保持特定金屬碳組合物為液態(tài)以及將碳含量及H2生產(chǎn)率保持在預(yù)定限度內(nèi)。在加料區(qū)中溫度以1150℃—1600℃為宜，1250℃—1500℃更好，1300℃—1450℃最佳，并且通常要比氧化區(qū)中的溫度高50—150℃。間歇/連續(xù)運(yùn)行雖然這些實(shí)施例以連續(xù)運(yùn)行的基礎(chǔ)描述本發(fā)明，當(dāng)然它可以在間歇地或半間歇的基礎(chǔ)上，以不連續(xù)的流入該金屬液容器的原料流及以間斷地放出渣和/或產(chǎn)物氣體的方式實(shí)施。靈活性大范圍的加料速率、原料組成及雜質(zhì)，即使短時(shí)間以上的大幅度波動(dòng)都可適應(yīng)。
本發(fā)明還有的其它用途是能將乙烷和/或甲烷加至高壓區(qū)以產(chǎn)生基本上純的氫。最好是，可將低氫含量的碳?xì)浠衔镆雸D10的低壓區(qū)，或區(qū)1或區(qū)2以便滿足熱平衡的需要，這為的是保持該制氫設(shè)備的運(yùn)行。低氫含量碳?xì)浠衔锏睦邮巧鲜龅拿摓r青溶劑，得自真空蒸餾塔的殘?jiān)懊?。?jiǎn)言之，用圖10的三區(qū)系統(tǒng)，就有可能將高氫含量的碳?xì)浠衔锶缂淄榛蛞彝橐约暗蜌浜康奶細(xì)浠衔镆曰旧蠟榇髿鈮旱牡蛪阂朐摳邏簠^(qū)，并且通過(guò)平均這些氣流的每一種的量以提供熱平衡的輔助的途徑和方法。優(yōu)選的擋墻參見圖1，按本發(fā)明，有加料區(qū)和氧化區(qū)以及有用于分解含碳(最好還有氫)的物料熔池的容器通過(guò)設(shè)有鄰近該加料區(qū)并確定出使氧化區(qū)及加料區(qū)中之間的液體相通循環(huán)區(qū)(煙囪狀物108)的一道墻的向上延伸的埋入的擋墻裝置114而得以改進(jìn)。本發(fā)明還包括水平延伸的擋墻裝置115、它是與向下延伸的擋墻裝置114的下部構(gòu)成一整體的水平延伸的埋入擋墻，而且它是如此地布置以確定循環(huán)區(qū)108的下部，幾乎象在此煙囪狀物下設(shè)有一爐床。本發(fā)明還包括汽化區(qū)分隔物裝置112，它將液體熔池上方的汽化空間分隔開，結(jié)果使加料區(qū)的汽化空間與氧化區(qū)的汽化空間分開。這一汽化區(qū)分隔物裝置112鄰近氧化區(qū)并向下伸入氧化區(qū)的液體中而限定出所述煙囪狀物區(qū)的另一道墻，但遠(yuǎn)不足以與水平延伸的擋墻裝置115接觸。圖1—3的設(shè)備封閉容器100最好襯有磚或可澆注的耐火材料，而且可加預(yù)應(yīng)力以在受壓時(shí)，甚至當(dāng)此容器受壓或受熱時(shí)保持此耐火材料。
向下延伸的擋墻裝置114及水平延伸的擋墻裝置115可用耐火材料，甚至用鎢、鉭、或其它高熔點(diǎn)耐火金屬制成，它們可覆以耐火陶瓷。
汽化區(qū)隔離裝置112最好是用與向下延伸的擋墻裝置114相同的材料制成，而且最好是與此封閉容器100的頂壁氣密地相接。
氧化劑輸入裝置107可以是任何適宜的，煉鋼工業(yè)熟知的噴咀形狀。加料口105可以通過(guò)重力或泵(如果該容器在壓力下運(yùn)行則是高壓泵)運(yùn)行。圖1—3的工藝參見圖1，主容器(襯有耐火材料的鋼容器100)封住加料區(qū)104、氧化區(qū)106、下循環(huán)區(qū)113及循環(huán)區(qū)108。加料區(qū)104經(jīng)進(jìn)料入口105接收原料。氧經(jīng)氧化劑輸入裝置107進(jìn)入氧化區(qū)106。氧化區(qū)106和循環(huán)區(qū)108用壓力控制裝置120控制，它操縱控制閥128和129以將H2出口130及CO出口132分別地調(diào)到所需的程度。冷卻器127和126通過(guò)冷卻產(chǎn)物來(lái)保護(hù)控制閥128和129。料面控制器133和134分別控制加料器和氧化區(qū)中的料面，原料將信號(hào)給予壓力控制裝置120以保持那些料面。
在圖2中較詳細(xì)地示出了隔墻135和136。注意，隔墻135有水平的和垂直的突出物，而隔墻主要在其突出方向處是垂直的，而且與襯有耐火材料的鋼容器100的內(nèi)沿氣密地密封以有效地分隔加料區(qū)和氧化區(qū)上方的氣體空間。隔墻135和136一起限定出下循環(huán)區(qū)113、循環(huán)區(qū)108并輔助地分隔上述的兩個(gè)氣相。循環(huán)區(qū)108特別由隔墻135的爐床狀的基本水平伸出部和隔墻135的垂直突出部構(gòu)成，它與隔墻136一起起形成通向循環(huán)區(qū)108的煙囪狀物垂直部份的作用。這種形狀是本發(fā)明的一個(gè)重要特性，因?yàn)樗峁┝诉@樣一種必要的循環(huán)它使碳首先從加料區(qū)經(jīng)下循環(huán)區(qū)113運(yùn)動(dòng)至加料區(qū)104后的氧化區(qū)106，從那里在容器100封閉的氧化區(qū)中將碳大部去除后再經(jīng)過(guò)循環(huán)區(qū)。
在運(yùn)行時(shí)，圖1設(shè)備的加料區(qū)104溫度約為1300℃，氧化區(qū)106溫度約為1400℃而逸出的氫和CO溫度與之大致相同。封閉容器中的壓力以超過(guò)大氣壓0—50巴為宜，較好是0.1—40巴，最好是1—25巴，雖然，如果特殊情況需要，更多的壓力，即使高達(dá)100巴也可在特定的結(jié)構(gòu)中被采用。
加料區(qū)104含碳以約0—4.3％為宜，約1—4％較好，而最好是3％。氧化區(qū)的碳含量是一個(gè)小于加料區(qū)中碳含量的量，該量由金屬液的循環(huán)速率和碳加入加料區(qū)的輸入速度確定。該容器是一個(gè)常規(guī)的襯有耐火材料的鋼的裝置，它適應(yīng)所述溫度及其它表面條件。氧源最好是來(lái)自以空氣運(yùn)行的制氧設(shè)備(未示出)的分餾99.9％的氧，但當(dāng)附加氮可以容許的場(chǎng)合下，該氧源可以是空氣。在下列的實(shí)施例中公開了各種原料。
公開于圖4中的是第一或上熔池容器212，第二或下熔池容器214，將層217中的金屬液從容器212輸至容器214的管路213、將層218中的金屬液自容器214輸至容器212的管路215，部分地示意性示出的，將含碳物料、渣組份、氣體組份引入的裝置233、排出層219中渣組份的裝置235、控制容器212中壓力的裝置237、控制金屬液層218之上的容器214中壓力的裝置239、引入含分子氧氣流的管路組件222、引入水的管路組件224，所述水可具多種形態(tài)，如液或氣態(tài)，但最好是具蒸氣的形態(tài)。在放大的圖5和6中清楚地公開了容器212和214的壁。以具有至少三層外鋼層或殼247、提供絕熱性能的中間耐火材料層246、提供耐腐蝕和機(jī)械強(qiáng)度以抵御金屬液旋流造成損壞的內(nèi)層248。容器212有一可拆卸的，但壓力密封的帶緣的塞子270，它提供一個(gè)開口，經(jīng)此口在起動(dòng)時(shí)引入金屬液。容器214有兩個(gè)可卸的帶緣塞子240及264。帶緣的塞子264提供一種在起動(dòng)時(shí)引入金屬液的手段，而可卸的帶緣塞子240提供在停止運(yùn)行時(shí)排除金屬液的手段。引入含碳物料、渣組分及氣體組分的裝置233包括熔劑料斗238、含碳物料料斗231、一條或多條經(jīng)其在壓力下自氣源(未示出)引入起動(dòng)氣體的管路236、用于輸送粉料的螺旋給料器組件245，它依次包括電機(jī)244、螺旋給料器243，及螺旋給料器組件251，它依次包含電機(jī)242，螺旋給料器241?？刂圃鼘?19之上的容器212中壓力的裝置237包含帶有示意地示出入口管路250及出口導(dǎo)管路252的熱交換器228，及有一可操作地與壓力控制器229相連的壓力控制閥227的出口管路225。排出至少一部分容器212渣層219的裝置235包括急冷槽，圖示它含有急冷液263及凝固的顆粒265、經(jīng)管路269引入和排除氣體組分的裝置及經(jīng)管路271排除顆粒的裝置?？刂迫萜?14中金屬熔池上方壓力的裝置239包括一帶有入口管路254及出口管路256的熱交換器211，一個(gè)調(diào)壓管路220，在其中有一可操作地與壓力控制器相連的控制閥221。
廣義地說(shuō)本發(fā)明的操作含三個(gè)步驟起動(dòng)、穩(wěn)態(tài)運(yùn)行及停車。起動(dòng)上述系統(tǒng)的最佳起動(dòng)方法如下將固定地裝在第二區(qū)頂?shù)墓崛紵?62點(diǎn)火。燃燒器262最好用燃料氣體或燃料油與空氣、富氧空氣或甚至是純氧進(jìn)行燃燒而產(chǎn)生熱。該燃燒器的燃燒速率被調(diào)到在耐火層中產(chǎn)生一特定的升溫速率。耐火材料制造商就一特定的耐火材料推薦一特定的加熱速率。這種推薦考慮到這一事實(shí)如果對(duì)耐火材料加熱過(guò)快則其要受到熱破壞，如剝落。如果耐火材料事先一直未暴露于高溫中，則其加熱速率可與事先暴露于高溫中的耐火材料的加熱速率不同。來(lái)自此燃燒器的燃燒產(chǎn)物經(jīng)管路213和215自容器214的第二區(qū)循環(huán)至容器212的第一區(qū)。該燃燒產(chǎn)物最好經(jīng)帶有大致設(shè)定為一大氣壓的壓力調(diào)節(jié)器229的管路225離開第一區(qū)。燃燒持續(xù)到此耐火材料溫度到達(dá)范圍為1200—1800℃，更好是1400—1500℃的溫度為止。根據(jù)耐火材料可被安全加熱而避免破壞的某一速率，這種加熱通常需至少20小時(shí)。
含碳至少為2％(重量)，更好是4％(重量)的鐵水經(jīng)第二區(qū)頂部的，于指示塞子264的位置的加料口被引入第二區(qū)。含碳量于此范圍內(nèi)的鐵水很容易從鋼廠的高爐獲得。這種鐵水通常指的是生鐵。它常用所謂的“熱金屬”車的有軌車運(yùn)送。一旦將足量的生鐵裝入第二區(qū)，此加料口就用料口塞264關(guān)住并封死，該口最好在原位用螺栓固定并充分密封以保持無(wú)論是什么樣的壓力并承受住高溫汽體的侵蝕作用。第二區(qū)中的鐵水溫度通過(guò)經(jīng)其中壓力由閥274調(diào)節(jié)的管路組件222噴入的氧不時(shí)地升高。
第二區(qū)中的壓力通過(guò)關(guān)閉管路220中的閥221及經(jīng)管路組件222噴入惰性氣體而升高。當(dāng)?shù)诙^(qū)277中的壓力升高時(shí)，管路213和215中的鐵水液面就上升。最好是容器214有足夠的體積以便將足夠的鐵水加到第二區(qū)的完全充滿管路213和215并在第一區(qū)中產(chǎn)生一個(gè)約0.1米(0.5英尺)高的鐵水液面。
在容器212中形成約0.1米(0.5英尺)的鐵水液面后，經(jīng)靠近第一區(qū)275的加料口將另一批鐵水加入第一區(qū)?？赏ㄟ^(guò)分別經(jīng)管路組件222或224將氧或蒸汽加至第二區(qū)，或經(jīng)管路226將含氧氣體加入容器212的第一區(qū)來(lái)調(diào)節(jié)第一區(qū)和第二區(qū)的溫度。然后將活塞原地充分固定并密封以保持所需的各種壓力并承受住高溫氣體的侵蝕作用。
為使自容器214或212的鐵水開始循環(huán)，小流量的下列物質(zhì)中的任一種或多種均可使用基本上為惰性的氣體；合成氣體；分子氧；空氣；或經(jīng)管路組件230而可被加至管路215的蒸汽。最好在鐵循環(huán)開始保持穩(wěn)態(tài)狀況后不久起動(dòng)含碳物料和熔劑流。停車本系統(tǒng)按如下方式停車將加至第一區(qū)的含碳物料流和熔劑流止住。用第二容器214的管路220中的壓力控制閥調(diào)整第一區(qū)中的料面，以使大部分渣從容器212放出。然后調(diào)節(jié)第二區(qū)中的壓力以使上容區(qū)212中的鐵水液面處于其最低值。然后放出第一區(qū)中的鐵水。位置是這樣的出鐵后第一區(qū)和導(dǎo)管路213和215中的剩余鐵水可貯于第二區(qū)217的容積中。
降低區(qū)277中的壓力，以使全部剩余鐵水流入容器214。一旦此壓力降至大氣壓，具有在容器214底部中的帶緣塞子240就被打開，幾乎全部液態(tài)的鐵水被排出。
如果需要，第二容器214頂部中的燃燒器可用于將耐火材料的熱保持到下一運(yùn)行周期，或用燃燒器262進(jìn)行某種程度的加熱可使該系統(tǒng)以預(yù)定的速度冷卻。要不然可通過(guò)將蒸汽、空氣或惰性氣體加至第二區(qū)277和/或第一區(qū)275加速冷卻?？赏ㄟ^(guò)點(diǎn)燃第二區(qū)277頂部中的燃燒器使冷卻速度減慢。穩(wěn)態(tài)運(yùn)行參見圖4、以下是本發(fā)明一較佳實(shí)施方案的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的簡(jiǎn)單討論。
大概最直接地理解本發(fā)明的金屬液氣化器的方法是考慮該系統(tǒng)中各種能量和物料輸入和輸出的關(guān)系。
在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，就能量平衡考慮而論，碳溶于和分布于容器212，第一區(qū)中的速度導(dǎo)致一凈能耗，這是因?yàn)閷⑻既苡?，比如鐵中是一吸熱過(guò)程。最好這消耗幾乎單由容器214，第二區(qū)產(chǎn)生的凈熱來(lái)補(bǔ)償。容器214可使兩類反應(yīng)進(jìn)行一是吸熱的，即碳和水生成氫和二氧化碳的反應(yīng)，另一是放熱的，即碳和分子氧或某些其它的等值的化學(xué)來(lái)源產(chǎn)出最好是單一的一氧化碳，但，如果需要，還有一些二氧化碳的反應(yīng)。所產(chǎn)生的凈能明確地取決于發(fā)生放熱過(guò)程所產(chǎn)生的熱和吸熱過(guò)程消耗的熱之間的差；從而，比如取決于分別采用的水對(duì)分子氧的數(shù)量比。
就容器212而言，各種輸入包括含碳物料；渣層組份；熔池組分，及一種可由惰性的和氧化性組分構(gòu)成的起動(dòng)氣體。自容器212的輸出是因壓力調(diào)節(jié)及多余渣層或過(guò)量金屬液的排出及保持基本恒定體積的金屬液所造成的。就容器214而言，輸入包含水、氧化氣體及經(jīng)循環(huán)的金屬液。自容器214的輸出是因壓力調(diào)節(jié)及在容器214中保持基本恒定體積的金屬液而造成的。
下面的計(jì)算將就容器212和214單獨(dú)考慮每種物料的輸入或輸出。
就容器212而言，引入含碳原料、渣組分及氣體組份的裝置233以如下方式運(yùn)行?？砂ń?jīng)破碎的材料，如輪胎、塑料或其它含碳原料的碳素原料被貯于碳素原料料斗231中。此原料最好被切成大約1/4英寸或更小的塊。不嚴(yán)格要求碳素物料的精確尺寸。原料的尺寸主要由易于經(jīng)管路和螺旋給料組件輸送而定。將碳素物料自原料料斗231送入螺旋給料器241，然后借助螺旋給料器241和電機(jī)242從螺旋給料器241送到管路226。這里將碳素物料引入管路226的較佳方法。可以理解的是還有其它的可供選擇的將碳素物料引入容器212的方法。一種可供選擇的方法是具有從金屬液面下經(jīng)過(guò)壁進(jìn)入的管路226。碳素原料的加料速度由電機(jī)242轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋給料器241的螺旋的速度控制。用線236標(biāo)識(shí)的經(jīng)導(dǎo)管路226引入的起動(dòng)氣體提供了將碳素原料組分經(jīng)管路226引入熔池217的手段。
為引入與熔渣層219相應(yīng)的渣組分，將破碎過(guò)的約1/8英寸或更小的石灰石從熔劑料斗238送入螺旋給料裝置245。被破碎的石灰石及其它渣組分的具體尺寸，除去提供易于經(jīng)管路輸送和用螺旋給料器243和管路226運(yùn)送之外，其本身并不嚴(yán)格，在附圖中，示意地說(shuō)明了含碳加料和石灰石通過(guò)相同的管路226一起被加入。這是適宜的布置，但它對(duì)本發(fā)明的運(yùn)行并不嚴(yán)格。使渣組分及碳素組分在熔池層217中密切混合以提高硫、鹵素及其它不希望有的組分與渣組分緊密接觸而確保它們被排除或吸收于渣層219中的可能性。引入渣組分的速度受它們自熔劑料斗238送至螺旋給料器243的速度控制，還受在電機(jī)244引起動(dòng)力下螺旋給料器243的螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制。
由于渣層219有時(shí)被硫組分和其它不需要的組分所飽和，所以不時(shí)地或連續(xù)排除和更新渣層。排除渣層219部分的過(guò)程如下。急冷槽232中的壓力用設(shè)來(lái)控制入口壓力及自此系統(tǒng)的出口壓力的示意地公開的對(duì)開范圍壓力閥控制器259調(diào)節(jié)。閥261與未示出的，在適宜壓力下引入氣體的氣源相接。類似地，設(shè)控制器259來(lái)控制入口壓力及自此系統(tǒng)的出口壓力。閥261與未示出的，在一適宜的壓力下引入氣體的氣源相接。相似地，控制器259控制出口閥260以減輕來(lái)自急冷槽232的壓力。通過(guò)調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)娜肟诤统隹趬毫Γ蓪⒃鼘右爰崩洳?32。當(dāng)熔渣層219經(jīng)管道253移入急冷槽232時(shí)，它最終落入急冷液263中，在那里它凝固成形成于急冷槽232底上的顆粒層265的顆粒。顆粒265通過(guò)經(jīng)螺旋給料裝置255的輸送而送至未示出的儲(chǔ)料區(qū)。通過(guò)經(jīng)一未示出的裝置添加急冷液來(lái)調(diào)節(jié)其液面。急冷液263最好是水，但其它的可起急冷液作用的材料也可用這類急冷液的例子有油、熔鹽或金屬液。
通過(guò)第一調(diào)整熔融層217的液面至完全覆蓋通向?qū)е良崩洳?32的通道253的開口，可將一些金屬液層217單獨(dú)排出。通過(guò)調(diào)節(jié)區(qū)275中的相對(duì)于急冷槽232中的區(qū)或區(qū)域276中的壓力的這一相對(duì)壓力，可將層217的金屬液輸至急冷槽232。
為調(diào)節(jié)區(qū)275的壓力，壓力控制器229控制著管路225中的控制閥207。由于區(qū)275中的氣體溫度是如此之熱，所以必須在其接觸到管路225和閥227之前，使此熱氣體自區(qū)275經(jīng)熱交換器228通過(guò)。熱交換器228有一用于使溫度范圍在1000—1300℃的熱交換材料進(jìn)入的入口250，及一使溫度范圍在約300—600℃的熱交換材料離去的出口252。
雖然只示出了一條管路226，但在本發(fā)明的意圖的范圍中有多個(gè)通入熔融汽217的管路。最好是在所有的場(chǎng)合下，將引入熔融層217的材料引入該層的表面之下以避免渣層219的困難，及確保最大量的混合材料進(jìn)入熔融層217。為進(jìn)一步確保適當(dāng)?shù)幕旌?，在容?12中設(shè)有一擋堰266以形成循環(huán)金屬液的循環(huán)通道。為看到由擋堰266建立起的此循環(huán)通道，參看放大的圖5。圖5中的標(biāo)號(hào)與圖4中相應(yīng)的特征相同。
擋堰或擋墻266的適宜材料的例子是，與容器壁襯相同或相似的陶瓷質(zhì)材料。
適應(yīng)熱交換器228和211的適宜的熱交換器的例子是管式或殼式熱交換器，其中熱氣體經(jīng)不銹鋼，因可尼耐熱合金或因科合金(incalloy)制成的管子通在殼壁上產(chǎn)生蒸氣而被冷卻。
容器212的壁最好有三層。外層247由一般厚達(dá)1—2英寸的結(jié)構(gòu)鋼制成，這取決于為此系統(tǒng)正常工作壓力的總壓力。提供絕熱性能的中間層246以限制自容器212內(nèi)部的熱傳導(dǎo)。內(nèi)層248是一種有充分抗渣和金屬液熔池組分侵蝕能力的內(nèi)層耐火材料?？梢灶A(yù)料，由于起動(dòng)氣體及各原料組分通過(guò)管路226的混合和引入將有一些旋流，因此，由于層246使此系統(tǒng)具有與容器212的內(nèi)表面不同的絕熱性能，需要某些對(duì)該內(nèi)表面的保護(hù)。
容器214的運(yùn)行如下?？諝饣驓饣瘹怏w經(jīng)閥裝置222由未示出的氣源引入。來(lái)自閥裝置222的氧化氣體在熔融層218中與碳素組分反應(yīng)，借此將層218加熱。為提供熔融層218的平衡和溫度調(diào)節(jié)，可將水自未示出的水源經(jīng)閥組件224引入。此水可以兩種方式產(chǎn)生冷卻一、通過(guò)與碳形成CO和氫的吸熱反應(yīng)；另一是通過(guò)將加料時(shí)的溫度改變到穩(wěn)態(tài)情況下的溫度。有可能將經(jīng)管路256離去的由熱交換器211輸出的一部分冷卻劑這樣地引入閥裝置224。過(guò)量的來(lái)自277區(qū)的氣體組分被經(jīng)通道281輸至熱交換器211以與經(jīng)出口管路254引入的冷卻劑進(jìn)行間接熱交換。管路254中的冷卻劑的例子是，鍋爐料、飽和蒸汽等。由于區(qū)277中的溫度極高，可預(yù)料過(guò)熱蒸汽將常是管路256放出的冷卻劑。然后來(lái)自區(qū)277的被熱交換器211冷卻過(guò)的氣體用閥221及閥控制器223調(diào)節(jié)。控制器223調(diào)節(jié)管路220中的壓力。管路220中的氣體主要由一氧化碳和氫的合成氣體構(gòu)成。這種合成氣體被帶到處理區(qū)(未示出)中，在那里各組分或作為化工原料，或作為無(wú)污染介質(zhì)BTU燃料氣體被采用。
用控制器223，調(diào)整管路220中的壓力，可按需要保持或改變區(qū)277中的壓力。通過(guò)降低區(qū)277中的壓力，將使添加的金屬液凈流量在容器214中積累。類似地，通過(guò)提高區(qū)277中的壓力，熔融層218的層可下移。當(dāng)容器214中金屬液的量減少時(shí)，容器212中的金屬液的體積就相應(yīng)的增加。結(jié)論是，通過(guò)控制區(qū)275和277中的相對(duì)壓力，可調(diào)節(jié)容器212和214中金屬液的相對(duì)液面高度。
在本發(fā)明系統(tǒng)的運(yùn)行中特別重要的是需要保持自容器212至容器214，然后再返回容器212的金屬液的流量。金屬液以管路213中箭頭所指方向經(jīng)管路213離開容器212。類似地，金屬液按管路215中箭頭所指方向經(jīng)管路215自容器214輸回容器212。為確保此循環(huán)通道，將起動(dòng)或提升氣體定期經(jīng)由閥和管路組成的入口裝置230引入。經(jīng)過(guò)入口裝置230的起動(dòng)氣體或提升氣體的氣源未示出。此氣體可由氧組成，以提高管路215中上升中的金屬液的溫度，或僅為惰性氣體，如氮，以改變管路215中材料的總密度，從而增加其在管路215中的上升趨勢(shì)。
圖8所示是容器214及一部分管路213和215的放大圖。它包含對(duì)容器214的改型，但仍保留其中相對(duì)的或等效特性的同樣的標(biāo)號(hào)。在圖8中，示出了圖4中沒(méi)有的渣層216。為使渣層216得以排出，于是就沒(méi)有該層在容器214中的不希望的形成，出口292處于相對(duì)于入口290為不同的水平上，借此通過(guò)適當(dāng)?shù)膲毫刂剖箤?16全部或一部分排出。這樣作是因?yàn)殡m然可將渣組份不直接地加到第二區(qū)中，但有可能使這些組分夾帶于自第一區(qū)送至第二區(qū)的材料中。在任何情況下，第二容器中有渣層216就可能進(jìn)行進(jìn)一步提純，在此情況下需要根據(jù)含碳原料從產(chǎn)自所述第二區(qū)或容器214的合成氣體中去除如硫、鹵素等的不希望有的組分。
除剛在前段討論過(guò)的改變之外，圖8中所示的實(shí)施方案的運(yùn)行基本上與就圖4而進(jìn)行的討論相同。
圖9示出了對(duì)圖4設(shè)備的一種改型，其中可能經(jīng)層217表面以下的壁將碳素原料引入容器212。為作到這點(diǎn)，示出了有兩個(gè)保證任何經(jīng)管路226輸送的材料自由運(yùn)動(dòng)的起動(dòng)氣源236。還要注意，在圖9中，渣層216被示于容器214中。雖然入口290處于與292相同的水平上，但它仍可能以與就容器212所進(jìn)行的討論相同的方式排除渣組分。然而，容器232及其它裝置在圖9中未示出。
下表列出了發(fā)生于各種金屬液層中的反應(yīng)發(fā)生在第一區(qū)，及任選地在第二區(qū)中的反應(yīng)
發(fā)生在第一區(qū)的金屬液中的反應(yīng)
發(fā)生在第二區(qū)金屬液中的反應(yīng)
在圖4中有一個(gè)兩區(qū)氣化器210，第一容器或區(qū)212，第二容器或區(qū)214，一下流管路213，一上流管路215、多條管路蒸汽及固體管路226、排出氣管路225、第二區(qū)的蒸汽或流體管路組件224、含氧氣流入口管路組件222和合成氣體出口管路220，以及可供選擇地，二次氣體入口管路組件230、金屬液或渣的排出通道253以及急冷槽232。
參見圖4，第一區(qū)中有兩個(gè)不相混溶的液層。下層由金屬液層217構(gòu)成。最好是此金屬液層由鐵構(gòu)成，因?yàn)樵谧罴堰\(yùn)行溫度下它的對(duì)碳的溶解度很高，揮發(fā)性或蒸汽氣壓很低，而且在范圍為1147—1800℃的操作溫度下，其粘度范圍為2—20厘泊(“CPS”)。然而其它的有適當(dāng)高的對(duì)碳的溶解度，如超過(guò)1/2％(重量)的材料也可用。理想的材料以很低的溫度熔融，而在運(yùn)行條件下有高度的溶解碳素材料的溶解度、而且還有適當(dāng)?shù)偷恼扯群偷偷膿]發(fā)性或蒸汽壓。比如對(duì)于熔融材料而言，在約1000—1800℃的溫度范圍中，粘度范圍為約2—100厘泊，而蒸汽壓小于1托(1毫米汞柱)，而更好是小于0.1托。密度比金屬液層217小的第二層219是渣層219。在區(qū)212中在鐵的場(chǎng)合下，金屬液層的溫度是1300℃，但無(wú)論何處總在1147—1800℃的溫度范圍中。第一區(qū)212中無(wú)論何處的壓力可為約1—2巴(約0—15磅/英寸2)，而更好是1.3—1.7巴(約5—10磅/英寸2)。溫度和壓力最好按熱力學(xué)的考慮規(guī)定，以便發(fā)生的任何反應(yīng)優(yōu)化以及使任何不希望有的材料如硫或鹵化物被渣層219所吸收的趨勢(shì)。
如在圖4中清楚地看到，可望不時(shí)地或在連續(xù)的基礎(chǔ)上經(jīng)通道253排除渣或鐵。這將是可行的，因?yàn)樵鼘⑹遣粫r(shí)地或連續(xù)地以渣的母體材料形式，如氧化鈣或可能還有硅酸鹽加入的。鐵常存在于碳源材料，如煤中，結(jié)果不得不不時(shí)地除掉一些鐵以保持適當(dāng)?shù)慕饘僖合嗟囊好妗?br> 也可有選擇地經(jīng)過(guò)包括輔助管路的管路226引入輸送的氣體和固體，如含碳材料。在第一區(qū)212中產(chǎn)生的廢氣，或由于在第二區(qū)214中發(fā)生反應(yīng)而引入第一區(qū)的結(jié)果，或由于經(jīng)管路組件230引入氣體的結(jié)果所產(chǎn)生的廢氣在經(jīng)通道283及其中有一間接熱交換器的熱交換器228而降低其溫度后經(jīng)廢氣管路225排出。
第二區(qū)214有金屬液層218，而且如圖5所示任選地還有渣層219，第二區(qū)的溫度為1147—1800℃，壓力最好為約2.7—205巴(25—3000磅/英寸2)。這些溫度按第一區(qū)中的熱需求及整個(gè)系統(tǒng)它處的熱損失規(guī)定。更高的壓力和溫度是可能的，而且僅受運(yùn)行和可得到的原料的實(shí)際成本的限制。
下流管路213將第一區(qū)212和第二區(qū)214相互連接。上流管路也將第一區(qū)212和第二區(qū)214相互連接。由于第一區(qū)和第二區(qū)間的溫度差，將產(chǎn)生金屬液自第一區(qū)至第二區(qū)，然后返回的對(duì)流輸送。開始時(shí)，區(qū)212中的鐵水或其它的熔融材料經(jīng)下流管路流至第二區(qū)214。由于含氧氣流被引入第二區(qū)，所以第二區(qū)的溫度將比第一區(qū)高，因此將有一種被加熱的層218的金屬液經(jīng)管路215返回第一區(qū)的趨向?？晒┻x擇的是，作為一種提高循環(huán)速度及改善此流速及甚至而某些時(shí)候引導(dǎo)流動(dòng)方向的方法，可將氣體、惰性的或氧化性的，經(jīng)管路組件230引入。由于經(jīng)管路230引入氣體，金屬液經(jīng)管路215上升及經(jīng)管路213下降的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)被提高了。
作為一種控制第二區(qū)中溫度量的方法，可供選擇的是，經(jīng)管路224引入蒸汽或液體。經(jīng)管路224引入的蒸汽將通過(guò)與任何存在的碳素材料的吸熱反應(yīng)而提供溫度控制，此中水加碳變成氫和一氧化碳。按單位面積受力計(jì)算的容器214的第二區(qū)中的壓力，取決于每個(gè)區(qū)中熔融材料的相對(duì)高度及各區(qū)間的高度差，考慮到任何的變化、均勻與否的熔融材料相關(guān)部分的密度差。比如，從管路213和215中的熔融料加上熔融料層217和219產(chǎn)生的壓力或每單位面積上的力減去適當(dāng)單位的層216和218的密度乘它們的相對(duì)高度的積，即，相對(duì)高度乘它們的適宜單位的相對(duì)密度。第二容器214中的氣體壓力將以由控制閥221保持在合成氣體管路220中的背壓量確定。第一區(qū)中的壓力將由被廢氣管路225上的閥227確定的廢氣壓力確定。在某種程度上，得自出渣口和出鐵口的背壓量也起部分作用。然而，最好是相對(duì)熔融液層的主控制和它們的在第一和第二區(qū)中的高度將為這些液體之上的任何氣體確定的背壓確定。
在容器212第一區(qū)中發(fā)生的反應(yīng)是發(fā)生在熔渣層216中的反應(yīng)；及金屬液層217中的反應(yīng)。發(fā)生在容器214的第二區(qū)中的反應(yīng)是金屬液層218中的反應(yīng)，及任選地，在有圖8所示有渣層存在時(shí)在其中的反應(yīng)。
經(jīng)過(guò)管路225的，總壓范圍為0—15磅/英寸2的廢氣將有如下成分(％體積)范圍約20—80％的H2、15—70％CO、0.5—5％的N2及少量的各種其它氣體，上述一切取決于碳素原料來(lái)源及直接或間接加在第一區(qū)的流動(dòng)的或液化的氣體。
經(jīng)管路220離開的合成氣體成分范圍(％體積)如下10—40％的H2、55—85％的CO、0.5—5％的N2、2—10％的Ar及少量的各種各樣的其它氣體，這取決于壓力范圍為2.7—205巴(25—3000磅/英寸2)的氧源。
從第一區(qū)至第二區(qū)的循環(huán)速度將在25—1000磅(公斤)/磅(公斤)凈溶于第一區(qū)的碳的范圍內(nèi)。結(jié)論是，所有其它因素不變，在穩(wěn)態(tài)情況下，碳被引入第一區(qū)的速度越大，則此循環(huán)速度也越大。
第一區(qū)中渣層219的渣成分(％重量)范圍為13—55％的CaO、20—40％的SiO2、12—24％的Al2O3、1—25％的CaS、0—5％的MgO、0—5％的TiO2、0—2％的K2O及0—2％的Na2O。該渣層中的組分及量取決于輸入第一區(qū)的碳素材料的類型及量及加至第一區(qū)的熔劑的加料速度及數(shù)量。除上述物質(zhì)之外在該渣層中找到諸如鹵化物和重金屬之類的物質(zhì)是可能的。
第一區(qū)中有渣層219的優(yōu)點(diǎn)在于含于碳素原料或輸入第一區(qū)或第二區(qū)的其它氣流中的硫、氯或其它鹵化物與渣層中的氧化鈣(CaO)和/或氧化鎂(MgO)反應(yīng)而形成相應(yīng)的硫化物或鹵化物。當(dāng)渣從第一區(qū)放出時(shí)，這些硫化物和鹵化物也離開了第一區(qū)。
本發(fā)明的一個(gè)例子是一有兩區(qū)的氣化器，其每個(gè)又具以下功能第一區(qū)由圓筒形的、襯有耐火材料的，內(nèi)徑至少為0.9米(3英尺)，而更好是3—4.6米(10—15英尺)的鋼殼容器構(gòu)成，雖然更大的直徑也可行，前提是如果要求很大的碳素原料的輸送速度。此容器中的鐵水深度至少以0.6米(2英尺)為宜，更好是1—2.5米(3—8英尺)，雖然更大的深度也可行，而且，如果特定的被輸入的碳素原料速度過(guò)慢而不能溶于此金屬液層，則可要求較大深度。浮在金屬液上的渣層深度至少以2.54厘米(1英寸)厚為宜，更好是15—45厘米(6—18英寸)，雖然更大的深度也可行。
與金屬液或鐵水、渣液及溫度約為1100℃的還原氣體接觸的全部區(qū)域的特定耐火襯是極重要的。在第一區(qū)暴露于及鄰近于渣和鐵水的區(qū)域?qū)η治g是最敏感的。多層陶土質(zhì)材料層就象在煉鋼工業(yè)的類似環(huán)境中一樣提供最佳性能。與熔渣或鐵水接觸區(qū)域中的最內(nèi)層耐火材料應(yīng)是熔鑄的a氧化鋁，如Carborundum Company的Monofrax A—20高鋁磚，如Korundal SC of Harbison—Walker Refractores在此用途上也有好性能。在條件較不惡劣的使用區(qū)域中，如也由Harbison—W alker Refractories提供的CV或Harmix AL之類的高鋁可澆注材料可被用作內(nèi)表面。在上述陶土質(zhì)第一層之后，可用各種隔熱的耐火磚或可澆注材料。如果采用可澆注材料，它們可用或不用不銹鋼或其它適合材料的纖維加強(qiáng)。
此區(qū)中的鐵水或熔融金屬的溫度必須比其熔點(diǎn)高。鐵的熔點(diǎn)(0％的碳時(shí)為1535℃)隨含碳量的增加而下降，最多達(dá)4.2％(重量)的碳時(shí)此熔點(diǎn)為1147℃，當(dāng)含碳量連續(xù)升高至4.2％(重量)以上時(shí)，此熔點(diǎn)迅速上升，在6.7％(重量)的碳時(shí)，熔點(diǎn)超過(guò)1600℃。要預(yù)先規(guī)定的是，在正常運(yùn)行的條件下，第一區(qū)中的鐵水含碳量應(yīng)至少為3％(重量)及高達(dá)4.5％(重量)，而更好是約3.3—4.2％(重量)。這要求1147℃—1800℃間的最小溫度。應(yīng)在最小值上加50℃的安全量，因?yàn)檎麄€(gè)區(qū)各處的溫度并非完全一致。
圖4—9的第一區(qū)中的壓力以等于或略高于大氣壓為宜，以便消除對(duì)昂貴的真空生產(chǎn)設(shè)備的需求，而更好是在5—10磅/英寸2的范圍內(nèi)以使在下流氣流處理設(shè)備中的壓降在此過(guò)程中某些點(diǎn)上無(wú)需負(fù)壓。此壓力可大于1.7巴(10磅/英寸2)，但這樣一來(lái)會(huì)使得往鐵水中引入固體變得較困難。而如果以1.3巴(5磅/英寸2)低得多，運(yùn)行也變得較困難。
經(jīng)料斗231加碳素固體。此料斗可有一通向螺旋給料器(或類似設(shè)備)的長(zhǎng)的垂直下降管。在此垂直下降管中的煤可用幾種氣體，如氮或燃料氣體流態(tài)化，以產(chǎn)生一個(gè)足以克服第一區(qū)壓力、導(dǎo)管路226出口上方的鐵水和渣的壓力及由于導(dǎo)管路226中的摩擦所產(chǎn)生的壓降的壓頭?？晒┻x擇的是，可對(duì)料斗231加壓以產(chǎn)生一足以克服上述的，為將碳素材料送入第一區(qū)需壓力的壓力。如果對(duì)料斗231加壓，則需要兩上獨(dú)立的料斗，以便其一運(yùn)行而另一重裝碳素固體。另外的選擇方案是采用充分密封以使其克服將固體料送入第一區(qū)的所需壓力的螺旋給料器。這種自密封螺旋給料器已以實(shí)驗(yàn)規(guī)模作了論證，而且不久可在市場(chǎng)上購(gòu)到。
第二料斗238被用于將熔劑材料，一般是碳酸鈣送入第一區(qū)，一般它以各種其它的方式獨(dú)立于料斗231。料斗238和231都可將料放入公共管路226(如圖4所示)中，或可使用各自的管路?？晒┻x擇的是可將此熔劑材料與碳素原料混合借此去掉此二料斗中的一個(gè)，但這使得對(duì)熔劑和含碳原料的送料速度的控制變得較難。
用上述任何裝置，最好用適宜的高速氣體將此碳素原料及熔劑氣動(dòng)地輸入管路226，所述氣體比如是產(chǎn)于第二區(qū)中的一氧化碳和氫的混合物，如下所述，該氣體以足夠的壓力和速度而將固體料以低于鐵水層217的平均液面高度至少1.4米(2英尺)，最好是約0.9—1.8米(3—6英尺)的深度噴射。噴射可以大于1.8米(6英尺)的深度進(jìn)行，但除非以較小的深度不能將碳素材料全溶于鐵水是沒(méi)有必要這樣作的。噴槍的端部必須至少高于第二區(qū)的陶土質(zhì)襯底0.3米(1英尺)，最好是0.6米(2英尺)，以防止對(duì)此陶土質(zhì)襯的過(guò)度的沖擊和剝蝕。
在鐵水或熔融金屬層之下供入的固體料中所含的氫以接近化學(xué)計(jì)算的量進(jìn)行反應(yīng)而形成氫氣，它鼓泡而迅速升至表面再經(jīng)管路225離去。含在這些固體料中的氧幾乎只與溶于鐵水中的碳結(jié)合而形成一氧化碳。含在此固體料中的硫開始與鐵反應(yīng)生成FeS。然后此FeS與CaO和碳反應(yīng)生成CaS和CO。含在這些固體料中的氮開始可能與鐵水反應(yīng)而形成鐵的氮化物。然而，一旦達(dá)到鐵的氮化物的平衡含量，多余的氮將反應(yīng)而生成氣體氮，它鼓泡升至表面然后經(jīng)管路225離去。輸入的固體料中的鹵化物最終與渣反應(yīng)而形成相應(yīng)的鹵化鈣。輸入的固體料中的任何鐵，無(wú)論是游離的或化學(xué)結(jié)合的鐵都將反應(yīng)而生成元素鐵，增加此系統(tǒng)中的鐵水量。
由于固體料是連續(xù)送入第一區(qū)的，所以氣體也連續(xù)產(chǎn)生，其一般成分如前所述。這些氣體以至少1100℃的溫度離開第一區(qū)。在此溫度下，必須在有耐火襯的管路283中輸送此氣體，因?yàn)橥ǔ？傻玫慕饘俨荒艹惺苓@種條件。該熱氣體在一鍋爐系統(tǒng)中進(jìn)行熱交換，該體系類似于石油精煉設(shè)備中的燃燒處理加熱器的轉(zhuǎn)換部分。在將此溫度降至300℃以下后，常規(guī)合金鋼管和閥可被用于輸送和控制此氣體。為進(jìn)一步處理可將此氣體壓縮以便生產(chǎn)精制的或化學(xué)級(jí)的氫，或產(chǎn)生生產(chǎn)甲醇或甲醛或在費(fèi)一托反應(yīng)器中找到的聚合物的化學(xué)原料。
通過(guò)借助第一區(qū)和第二區(qū)間的壓力差調(diào)整第一區(qū)中鐵水和渣的液面，就有可能從僅為渣或僅為鐵水分別進(jìn)入排放通道253而設(shè)的同一排放口分別放出渣或金屬液，如鐵水。然而，如果二者中任一者的必須排放的量很大，則最好是具有各自的排放。
在第一和第二區(qū)中測(cè)量和表示渣和鐵水液面對(duì)于本法的成功運(yùn)行是很嚴(yán)格的。優(yōu)選的測(cè)鐵水和熔渣液面的方法是原子能液面探測(cè)器。此法的特殊優(yōu)點(diǎn)是，該液面探測(cè)器的全部部件均可處于其中有被測(cè)液面的容器之外。這種液面探測(cè)器的一個(gè)特殊例子是Chmart Corporation制造的SHLG。該探測(cè)器采用強(qiáng)度至少為2000mci的Cesium137放射性源。根據(jù)特定容器的尺寸和設(shè)計(jì)，可用其它類型的原子能液面探測(cè)器。
大部份發(fā)生在第一區(qū)中的反應(yīng)是放熱的或需要熱的。此熱是自第二區(qū)經(jīng)管215，溫度比第一區(qū)高100—300℃的鐵水由第二區(qū)流向第二區(qū)而提供的。較冷的，富含有碳的鐵不因重力自第一區(qū)經(jīng)管路213流向第二區(qū)。借以起動(dòng)和保持這種流動(dòng)的方法還在本說(shuō)明書的其它部分討論。
第二區(qū)由圓柱形、襯耐火材料的鋼殼容器構(gòu)成，其內(nèi)徑至少是0.9米(3英尺)，但最好是3—4.5米(10—15英尺)。如果要求非常大的加料速度，則更大的直徑也是可行的。在此容器中的鐵水深度至少是0.3米(1英尺)，但更好是0.6—2.4米(2—8英尺)?？捎谢蚩蔁o(wú)熔渣層。選擇第二區(qū)耐火襯方面的考慮類似于前面對(duì)第一區(qū)所作的那些考慮。
第二區(qū)中的氣壓是第一區(qū)中的氣壓的總和，按從第二區(qū)中的鐵水界面至第一區(qū)中的鐵水界面測(cè)出的垂直高度乘以適宜單位表達(dá)的鐵水密度的積和從第一區(qū)的渣深度減去第二區(qū)的渣深度(如果有)乘以用適宜單位表達(dá)的渣密度的積之和。第一區(qū)中鐵水層和第二區(qū)鐵水層間的差每上升一個(gè)垂直英尺，在所有其它參數(shù)保持不變時(shí)，第二區(qū)中的壓力上升約3磅/英寸2。比如，兩區(qū)間的垂直差約為30米(100英尺)時(shí)，此壓力為21巴(300磅/英寸2)。對(duì)第二區(qū)而言，該最小壓力大約為25磅/英寸2，因?yàn)榈谝粎^(qū)必須超過(guò)第二區(qū)一段至少為2.9米(9英尺)的距離以確保合理的循環(huán)速度。
對(duì)于第二區(qū)而言，沒(méi)有絕對(duì)的最大壓力。然而，隨著包括容器214的第一區(qū)中的渣層219在內(nèi)的超過(guò)第二區(qū)的垂直距離的增加超過(guò)30米(100英尺)，則設(shè)計(jì)，建造難題及成本迅速增加。使該合成氣體以約21巴(300磅/英寸2)的壓力離開容器214的經(jīng)濟(jì)利益只有稍許的提高。
在容器214的第二區(qū)中，溶于熔融金屬熔池中的碳與氧(或由產(chǎn)生蒸汽的任何其他方法所制得的氧)源接觸。為保持該系統(tǒng)的碳平衡，由第二區(qū)中氧和蒸汽形成一氧化碳的碳的消耗必須與扣除了去作為氣體通過(guò)管形225離開第一區(qū)的碳量的供入第一區(qū)的碳量匹配。氧與碳形成一氧化碳是放熱反應(yīng)。蒸汽(H2O)與碳形成氫和一氧化碳也是放熱反應(yīng)。在第二區(qū)中的溫度控制較佳是通過(guò)調(diào)節(jié)蒸汽與第二區(qū)中含分子氧的鐵水的比例而進(jìn)行控制。盡管可以用浸入較小或較大深度的管路進(jìn)行操作，但蒸汽和氧的管路較佳是將它們低于第二區(qū)中熔融金屬表面約5—25厘米(2—10英寸)，更佳約15厘米(6英寸)通入。然而，當(dāng)管路浸入小于約5厘米(2英寸)深度時(shí)，會(huì)造成較差的氧和蒸汽利用，而由大于約25厘米(10英寸)的深度浸入，則得不到任何顯著的優(yōu)點(diǎn)。常稱作氧槍的管路必須是一種專門設(shè)計(jì)和建造的以經(jīng)受在操作中所出現(xiàn)的極端溫度和化學(xué)活性環(huán)境的氧槍。在氧槍內(nèi)通常使用水、油或其他冷卻循環(huán)介質(zhì)以防止到達(dá)危險(xiǎn)溫度。
鐵水由較熱的第二區(qū)至較冷的第一區(qū)和然后返回的循環(huán)主要是在上流管路215的鐵水的比重，和在下流管路213中鐵水比重有差別的結(jié)果。在這一系統(tǒng)中鐵水的比重基本上是兩個(gè)參數(shù)，即鐵水的碳含量和溫度的一個(gè)函數(shù)。在這一系統(tǒng)的操作條件范圍內(nèi)，鐵水的比重隨碳含量的增加和溫度的提高而降低。管路213和215中鐵水之間比重的差的增加，導(dǎo)致了造成流動(dòng)的壓力差。在管路213和215中鐵水的流速由于流量提高而增加了壓力損失。因而，假定全部其他參數(shù)恒定時(shí)，管路213和215中鐵水之間給定的比重差別將產(chǎn)生特定的鐵水流速。
圖10所公開的是一種熔融金屬氣化器設(shè)備312，該設(shè)備至少包括三個(gè)熔融金屬區(qū)裝置。該至少三個(gè)熔融金屬區(qū)裝置包括第一熔融金屬裝置314，第二熔融金屬區(qū)裝置316，和第三熔融金屬區(qū)裝置315。
在第一熔融金屬區(qū)裝置314中，是一個(gè)將原料通過(guò)第一區(qū)入口裝置350在相應(yīng)于管路363表面之下引入的裝置；一個(gè)第一區(qū)再循環(huán)入口裝置352；一個(gè)第一區(qū)再循環(huán)出口裝置354；一個(gè)氣體出口裝置339；一個(gè)第一區(qū)渣層出口通道345；一個(gè)混合擋堰394；裝料塞370；熱交換器332；壓力調(diào)節(jié)器裝置328；一個(gè)排除、冷卻和貯存熔融物料裝置342。第一熔融金屬區(qū)裝置314的壁、底和頂包括三層。第一層包含金屬外殼311。第二層包含一層絕熱層309，而第三層包含一層耐火磚層310。
第二區(qū)或第二熔融金屬區(qū)裝置316包括一個(gè)第二區(qū)再循環(huán)入口裝置351；一個(gè)第二區(qū)再循環(huán)出口裝置353；一個(gè)氣體出口裝置339；一個(gè)混合擋堰裝置394；一個(gè)熔融金屬裝料塞370；壁和頂較佳的是包括至少三層；混合擋堰394；熔融金屬出口392；氣相出口339，一個(gè)熔融金屬出口392，較佳是氣體火焰加熱器368；氣體輸入入口管路377；蒸汽或其他氣體輸入入口管路378。在第三區(qū)，熔融金屬裝置區(qū)315中，有一個(gè)第三區(qū)再循環(huán)入口356，一個(gè)第三區(qū)再循環(huán)出口357；較佳是至少三層的壁、底和頂；一個(gè)氣相出口339；一個(gè)熔融金屬裝料塞入口370。
連接第一、第二和第三熔融金屬區(qū)裝置的是管路322、318和324。在管路322中有一個(gè)包括管路375和閥372的氣體噴入裝置374。在管路324中，也有一個(gè)也包括一個(gè)單獨(dú)管路375和閥372的氣體噴入裝置374，該裝置起與管路322內(nèi)氣體吹入裝置372相同的作用。
在管路363中，有一個(gè)閥365，一個(gè)由馬達(dá)366供能的螺旋加料器364。料斗362最好是貯存由重力供入加料器364入口的材料。
簡(jiǎn)要地，有關(guān)設(shè)備312系統(tǒng)的操作如下所述通過(guò)管路363將無(wú)論是氣體或固體狀或兩者都有的料送入設(shè)備312。氣體組分可以通過(guò)閥365由未示出的來(lái)源被引入?？赏ㄟ^(guò)流體、蒸汽或其他氣體吹刮將由加料器364裝置送入管路363的固體料載入第一區(qū)加料入口350。較佳的是，此料在熔融層380之下被送入以改善溶解度和反應(yīng)性，該層包含一種熔融金屬，例如鐵或含鐵的其他材料。通常，蒸汽塞防止熔融金屬進(jìn)入管路363。在第一熔融金屬區(qū)裝置314內(nèi)，較佳的是有三層不同的材料。第一層是熔融金屬380。在熔融金屬380內(nèi)，是熔融化的原料和也是通過(guò)管路363被引入的某些氣體輸入物。浮在熔融金屬層380上的是渣層384。通常密度比熔融金屬小的渣會(huì)浮在熔融金屬層380上面。在渣層384上方是蒸汽層381。在蒸汽層381內(nèi)，主要有氫，同時(shí)有某些一氧化碳，和痕量甲烷。
通過(guò)蒸汽層381中保持的壓力量測(cè)定層384的準(zhǔn)確液面高度。通過(guò)壓力控制器或壓力調(diào)節(jié)器裝置328測(cè)定蒸汽層381中的壓力量。壓力調(diào)節(jié)裝置328提供了一對(duì)管路340中的閥330的設(shè)定點(diǎn)控制。壓力傳感器326監(jiān)測(cè)閥330上升氣流的壓力，以確定閥330對(duì)于未示出的壓縮蒸汽源是否打開或關(guān)閉。通常，或是打開或是關(guān)閉此閥，以保持蒸汽層381內(nèi)的壓力。
為了通過(guò)第一區(qū)渣出口通道345由層384中清除渣層組分，調(diào)節(jié)蒸汽層381和389中的壓力。通過(guò)渣壓力控制系統(tǒng)348測(cè)定除渣容器344內(nèi)的蒸汽壓力。渣壓力控制系統(tǒng)348包括一個(gè)壓力控制器360，該控制器設(shè)置有對(duì)346和347兩個(gè)閥的設(shè)定點(diǎn)。管路356分裂成分別包括有閥346和閥347的兩個(gè)出口管路。壓力控制器360設(shè)置分別對(duì)346和347的這些閥的各自的設(shè)定點(diǎn)，以使得加壓入口氣體保持蒸汽層389的壓力。當(dāng)壓力超過(guò)該設(shè)定點(diǎn)值時(shí)，則兩個(gè)閥中之一打開以降低壓力。換言之，閥347可以使加壓氣體流入而閥346可以使壓力從這樣的壓力下降，以使在蒸汽層389中所測(cè)得的，容器344內(nèi)的總體壓力保持在某個(gè)所需的值。這可通過(guò)蒸汽381和蒸汽389相對(duì)壓力依次確定渣層組分由層384通過(guò)通路345向容器344的運(yùn)動(dòng)。在除渣容器344中，有一液體層388，該層較佳的是含有水或能消除大量熱的某種其他介質(zhì)，換言之，液體層388是一使層384中渣層組分固化成固體顆粒387的急冷層。顆粒387通過(guò)管路359被送入由馬達(dá)361提供動(dòng)力的進(jìn)料器管路358。由加料器358傳送的材料被放置在未說(shuō)明的位置。補(bǔ)充的液體可通過(guò)未示出的閥裝置被送入容器344。補(bǔ)充的熔融金屬組分可通過(guò)裝料塞370被送入容器314。
要注意的是，在設(shè)備312起始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，熔融金屬可通過(guò)由通用序號(hào)370所標(biāo)出的任何裝料塞被加入。
通過(guò)在各個(gè)區(qū)中存在的相關(guān)壓力測(cè)定各個(gè)區(qū)中不同層的準(zhǔn)確位置。因此，改變?nèi)萜?14的蒸汽層381的壓力將改變?nèi)齻€(gè)區(qū)的每個(gè)區(qū)中熔融金屬層的位置。
在討論了容器314后，現(xiàn)在讓我們來(lái)討論容器316，該容器包括有與容器314和316，至少就壓力控制而言是相同的某些單元。來(lái)自容器314的熔融金屬通過(guò)以箭頭371所示的方向，經(jīng)管路324，經(jīng)由入口351被輸入容器315。由至少兩種來(lái)源的抽送確保了材料進(jìn)入入口351。第一種來(lái)源是擋堰394，該擋堰保證了有由入口351間至第二區(qū)出口353的間接流動(dòng)。第二種抽送動(dòng)力是通過(guò)氣體組分的管路377和378的傳送。如前面所解釋的，輸入氣體入口管路377可傳送氧或甚至氫原料。氣體輸入的入口管路378可傳送蒸汽或其他氣體組分。通過(guò)這些管路自容器315中熔融金屬層382下面送入的氣體組分經(jīng)受就本發(fā)明實(shí)施例所作的詳盡討論的適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)。氣體組分進(jìn)入氣相383，在該處它們通過(guò)氣體出口339及被絕對(duì)的煙囪狀出口338逸出。被隔熱的煙道出口338內(nèi)的極熱氣體組分經(jīng)熱交換器332通過(guò)，在該處它們與進(jìn)入入口334的材料間接換熱并離開出口336。通過(guò)熱交換器332冷卻的氣體組分隨后進(jìn)入管路340，在該處壓力調(diào)節(jié)器控制器328將管路340內(nèi)的壓力保持在某一所需的值。具有設(shè)定點(diǎn)的閥330釋放過(guò)量氣體以將管路340內(nèi)的壓力保持到某種所需的值。這一值可以容器315內(nèi)所希望的材料水平以及還有相對(duì)于在蒸汽層383中企求的所需壓力進(jìn)行測(cè)定。由層382循環(huán)來(lái)的熔融金屬通過(guò)第三區(qū)出口353進(jìn)入管路318并隨后進(jìn)入容器316。再有，通過(guò)具有與容器314和315中混合擋堰序號(hào)相同的混合擋堰394攪動(dòng)熔融金屬。
進(jìn)入第三區(qū)再循環(huán)入口356的熔融金屬混合于層385中，然后通過(guò)第三區(qū)再循環(huán)裝置357部分逸出，以箭頭375方向進(jìn)入管路322。
任選地，但較佳地是將氣體材料，如乙烷和甲烷通過(guò)管路396和閥398送入氣體組分的入口397。再有，如同在容器315中一樣，容器316的蒸汽層390通過(guò)就容器314和315所述的相同的壓力控制系統(tǒng)被保持在一定壓力下。相同的序號(hào)用于等同的功能的元件。通過(guò)第二區(qū)再循環(huán)出口裝置353離開的熔融金屬進(jìn)入管路322并隨后返回至容器314，在該處通過(guò)第一區(qū)再循環(huán)入口352進(jìn)入熔融金屬層380。任選地，但較佳的是，有一個(gè)包括閥372和管路375的氣體流量控制裝置374。其中每個(gè)這些裝置通過(guò)壁管路322和324向下取向。根據(jù)通過(guò)管路375吹入管路322或是吹入管路324的氣體量，在箭頭371方向上的熔融金屬運(yùn)動(dòng)或可提高或可降低。顯然，將氣體組分由未示出的來(lái)源經(jīng)閥372通過(guò)管路375送入管路322將趨于提高管路322內(nèi)箭頭371方向上的循環(huán)速率。然而，將氣體組分送入再循環(huán)管路324，則導(dǎo)致降低由管路324中箭頭371所指出的循環(huán)速率。
實(shí)施例18詳細(xì)地討論了適于通過(guò)上面剛討論過(guò)的各種管路送入材料的速率。還有，在實(shí)施例18中，討論了為什么將甲烷和乙烷作為第一區(qū)314中產(chǎn)生氫的氫源添加至具有很高碳一氫比含量的進(jìn)料中而沒(méi)有另外組分時(shí)將不能工作。
表A概括了較佳參數(shù)值
<p>關(guān)于設(shè)備的起動(dòng)和熔融金屬被送入該系統(tǒng)以及起始引起循環(huán)的細(xì)節(jié)，給出在與圖4—9相關(guān)的討論主文中。也討論并公開了停機(jī)步驟。實(shí)施例1(以溶劑脫瀝青(SDA)殘?jiān)僮鞯陌l(fā)明)供料速率為22.3噸/小時(shí)SDA殘?jiān)?。鐵水循環(huán)為通過(guò)再循環(huán)區(qū)108的9000噸/小時(shí)，通過(guò)H2出口130逸出1.75噸/小時(shí)的氫以及通CO出口132逸出43.8噸/小時(shí)的CO。這一實(shí)施例和其他實(shí)施例的結(jié)果示于表A。實(shí)施例2(用甲烷熱平衡的發(fā)明)按照實(shí)施例1的步驟，所不同的是將甲烷加入供料中以使熱平衡。在產(chǎn)物氣體中氫與一氧化碳之比為約1∶1(以摩爾計(jì))。實(shí)施例3(用蒸汽熱平衡的發(fā)明)按照實(shí)施例1的步驟，所不同的是蒸汽加入供料中以使熱平衡。在產(chǎn)物氣體中氫與一氧化碳之比為約1∶1(以摩爾計(jì))。實(shí)施例4(用二氧化碳熱平衡的發(fā)明)按照實(shí)施例1的步驟，所不同的是將二氧化碳加入供料中以使熱平衡。在產(chǎn)物氣體中氫與一氧化碳之比為約1∶3(以摩爾計(jì))。實(shí)施例5(本發(fā)明的煤供料)按照實(shí)施例1的步驟，所不同的是供料為煤，一氧化碳與氫的大致摩爾比為3∶1以及通過(guò)氧化劑加料裝置107通入20000公斤/小時(shí)(44000磅/小時(shí))蒸汽，同時(shí)通入10000公斤/小時(shí)(22500磅/小時(shí))氧。實(shí)施例6(供給本發(fā)明的廢料)按照實(shí)施1的步驟，所不同的是供料是混合的非金屬?gòu)U料(主要是廢紙)和垃圾(主要是有機(jī)食品渣)，通過(guò)使用來(lái)自本工藝過(guò)程的熱將它們干燥，一氧化碳與氫的摩爾比為約1∶1。實(shí)施例7(二氯甲烷和其他氯化有機(jī)物處理)按照實(shí)施例1的步驟，所不同的是供料為二氯甲烷，該二氯甲烷是被污染過(guò)的并沒(méi)有任何商業(yè)價(jià)值，但是卻體現(xiàn)基本的處理難題。所得到的一氧化碳和氫的摩爾比為約1∶1.5。為中和氯和避免毒性發(fā)散，在接近加料區(qū)液體層116和氧化區(qū)液體層118的頂表面加入2(磅)消石灰CaO/磅二氯甲烷，并使2.5(磅)渣/磅二氯甲烷通過(guò)擦過(guò)加料區(qū)液體層116和氧化區(qū)液體層118表面的出口(未示出)外流。該渣主要含有CaCl2。實(shí)施例8(使用費(fèi)一托合成法的本發(fā)明)如圖3所示，繼續(xù)進(jìn)行實(shí)施例1，將生成的某些一氧化碳與反應(yīng)過(guò)的蒸汽66混合，在水煤氣轉(zhuǎn)輪換反應(yīng)器60中產(chǎn)生CO2＋H2。將此二氧化碳與在除CO2的密閉容器102中的氫分離。這一氫和來(lái)自H2出口130的氫與剩余的CO混合。然后將該合成氣體62在費(fèi)—托反應(yīng)器64中反應(yīng)生成費(fèi)—托液體68。該費(fèi)—托液體含有輕油、煤油和柴油。按照公知技術(shù)通過(guò)改變費(fèi)—托工藝的條件，該產(chǎn)物分布可作有利于輕油或柴油的改變。實(shí)施例9(用費(fèi)—托法和Boudouard法的本發(fā)明)當(dāng)重復(fù)實(shí)施例6的方法時(shí)，將來(lái)自水煤氣輪換反應(yīng)器60的CO2副產(chǎn)物供入?yún)^(qū)106；它與熔融金屬中溶解的碳反應(yīng)，每摩爾供入?yún)^(qū)106的CO2生成2摩爾CO。
表B
實(shí)施例10(循環(huán))循環(huán)的實(shí)施例給出如下1.管路213和215兩者的內(nèi)徑均為30厘米(12英寸)。這些管路中每個(gè)的相等的流動(dòng)長(zhǎng)度為45米(150英尺)，而由每個(gè)管路的入口底部至出口底部的垂直距離為30米(100英尺)。
2.溶于第一區(qū)中的碳溶解速率為6905公斤/小時(shí)(15224磅/小時(shí))。第一區(qū)的溫度為1300℃，第二區(qū)的溫度為1600℃。第一區(qū)的碳含量為4.5％，而第二區(qū)的碳含量為3.68％。這造成第一區(qū)的比重為6997.5公斤米-3(436.8磅/英尺3)和粘度為9厘泊而第二區(qū)比重為6763.6公斤米-3(422.2磅/英尺3)和粘度為6厘泊。由于上述的比重和垂直差，造成產(chǎn)生流動(dòng)的壓差為約0.7公斤/厘米2(10.0磅/英寸2)。
3.為了在第一區(qū)中溶解6905公斤/小時(shí)(15224磅/小時(shí))碳，當(dāng)鐵水中入口碳濃度為3.68重量％并且鐵水中出口碳濃度為4.00重量％時(shí)，要求鐵的循環(huán)率為2166000公斤/小時(shí)(4776000磅/小時(shí))。
4.由于流動(dòng)摩擦造成的管路215中的壓降為約0.21公斤/厘米2(3.1磅/英寸2)，而由于流動(dòng)摩擦造成的管路213中的壓降為約0.22公斤/厘米2(3.2磅/英寸2)。這表明為了流動(dòng)可達(dá)到比該兩個(gè)管路所要求的更大的壓差。第二區(qū)的溫度可以降低或第二區(qū)的溫度可提高以產(chǎn)生所希望的流速或該系統(tǒng)可以略高的鐵循環(huán)速率運(yùn)行而不改變?nèi)魏螀^(qū)的溫度。
典型操作的實(shí)例給出如下1.每小時(shí)供給第一區(qū)11噸煤，該煤組分如下碳71.1重量％氫4.8氧6.6氮1.2硫3.9水分2.0灰分10.42.以這一加料速率，為除去加入的煤中所含的硫而不使CaS量超過(guò)20％，要求如下的石灰石添加率石灰石摩爾重量 摩爾/小時(shí) 摩爾％ 公斤/小時(shí) 磅/小時(shí) 重量％CaCO3100.0997.52 77.4％ 4427 9761 95％水分 18.0228.52 22.6％2335135％總量 126.04100.0％4660 10274 100％3.以這些添加速率，產(chǎn)生了并經(jīng)管路225逸出如下氣流和組分，該氣流和組分排除了用于在管路226中氣動(dòng)輸送固體的氣流和組分離開容器的氣體公斤/摩爾重量 摩爾/小時(shí) 摩爾％ 小時(shí) 磅/小時(shí) 重量％H22.02776.2 66.4％ 709156412.4％CO28.01380.6 32.5％ 4836 10661 84.7％N228.01 12.9 1.1％ 163360 2.9％總量 1169.7100.0％ 5709 12586 100.0％4.按照材料平衡，超過(guò)由第二區(qū)進(jìn)入第一區(qū)的離開第一區(qū)的額外碳量為6906公斤/小時(shí)(15244.4磅/小時(shí))或1269.2摩爾/小時(shí)。
5.離開第一區(qū)的渣量和組分如下離開容器的渣樣公斤/ 磅/摩爾重量 摩爾/小時(shí) 摩爾％小時(shí) 小時(shí) 重量％CaS72.14 36.49 18.3％1194 263220.0％CaO56.07961.03 30.6％1552 342226.0％SiO260.08478.87 39.5％2149 473836.0％Al2O3101.9623.24 11.6％1074 236918.0％總量 199.63100.0％ 5970 13163 100.0％6.加入第二區(qū)的低溫氧的量和組分以及蒸汽量如下供入下部容器的氧摩爾/ 公斤/摩爾重量 摩爾％小時(shí) 小時(shí) 磅/小時(shí)氬39.951.69％7.7 138306.0氧32.00 98.00％ 444.2 6447 14214.0氮28.010.31％1.4 17.5 38.6總量 100.00％ 453.2 6604 14558.6供入下部容器的蒸汽摩爾/小時(shí)公斤/小時(shí)磅/小時(shí)380.8 3112 6860.17.離開第二區(qū)的氣體量和組分如下離開下部容器的氣體摩爾重量 摩爾/小時(shí)摩爾％ Kg/hr Ib/hr 重量％H22.02 380.8 23.0％ 3487672.1％CO28.01 1269.2 76.5％ 16125 35551 97.0％N228.01 1.40.1％ 17.8 39 0.1％Ar39.9487.70.5％ 1393060.8％總量1659.0 100.0％ 16630 36663 100.0％實(shí)施例11(具有冷卻套的本發(fā)明)本發(fā)明的一種改變方案是在于本系統(tǒng)的全部或部分的耐火材料和鋼殼之間設(shè)置冷卻套?？蓪⒗鋮s率調(diào)節(jié)到使得固化的渣或鐵層在耐火材料的內(nèi)壁上形成以避免或減少被渣或熔融金屬侵蝕。這樣一種安排對(duì)于與熔融渣接觸耐火材料的區(qū)域特別有用。實(shí)施例12(具有煤碳化的本發(fā)明)
本發(fā)明的一種改變方案在于將其與煤碳化工藝一起使用。煤碳化從煤中干餾出揮發(fā)性的碳?xì)浠衔锒粝掠袝r(shí)被稱為炭的非揮發(fā)性焦炭殘?jiān)?。炭主要是碳和灰分。炭是易溶于第一區(qū)的鐵水中的含碳原料。實(shí)施例13(處理汽車輪胎的本發(fā)明)本發(fā)明向第一區(qū)供給汽車輪胎作為含碳原料。輪胎較佳的是尺寸減小到0.6厘米(1/4英寸)或更小并就象煤一樣被噴入。本工藝特別適于處理汽車輪胎，因?yàn)檩喬ズ煵己蛡?cè)壁中的鋼易于轉(zhuǎn)化成鐵水。實(shí)施例14(用有害物質(zhì)的本發(fā)明)供給本發(fā)明以有害有機(jī)化學(xué)物質(zhì)，如二喔星(dioxin)、多氯化聯(lián)苯、腈、多鹵化有機(jī)化合物等等作為全部或部分含碳原料。參考圖4—9，如果希望在升高的溫度下滯留時(shí)間更長(zhǎng)，這些材料或可在第一區(qū)中熔融金屬表面下面噴入或可噴入在上流管路213。在溫度1200℃以上時(shí)，全部有害有機(jī)化合物快速而完全地分解，即化學(xué)鍵，如C—C鍵熱裂解。硫、氯和氟被渣吸收。重金屬，如鉻、鎘、汞、鉛或砷或與鐵水形成合金或被渣吸收。實(shí)施例15(用石灰石的本發(fā)明)向本發(fā)明供給來(lái)自石灰石洗滌器的廢石灰石作為全部或部分渣組分的來(lái)源，例如向圖9的第一區(qū)供給鈣。來(lái)自石灰石洗滌器的廢石灰石很少含有大于10％的硫并且至少80％存在的鈣或是氧化鈣或是碳酸鈣。實(shí)施例16(具有隔墻的本發(fā)明)本發(fā)明的一種改變方案是增添由類似于或相同于第一和第二區(qū)中內(nèi)襯的耐火材料制成的隔墻以在圖9的第一或是第二區(qū)中形成更合乎要求的流動(dòng)模式。實(shí)施例17(具有電磁泵的本發(fā)明)圖10的發(fā)明用一個(gè)電磁泵以進(jìn)行鐵水的主要運(yùn)動(dòng)或作為控制鐵水流速的手段而發(fā)揮作用。這些類型的泵的開發(fā)是為了使核能工業(yè)中增殖反應(yīng)堆的液體金屬冷卻劑循環(huán)。可將能產(chǎn)生足夠壓差的這一類型的泵用于本申請(qǐng)中，以使第一區(qū)和第二區(qū)處于或可以處于相同或接近相同的高度。該電磁泵可以使第二區(qū)產(chǎn)生用于下步處理的合成氣體所需的壓力下運(yùn)行。電磁泵也可用于抑制由于產(chǎn)生靜電而引起的流動(dòng)。實(shí)施例18(使渣再生的本發(fā)明)本發(fā)明用蒸汽以及大約還可用氧將渣中的硫化鈣轉(zhuǎn)化成元素硫、硫化氫、二氧化硫或氧化鈣使由第一區(qū)放出的渣再生，，較佳的是在渣仍然熱時(shí)進(jìn)行以避免需要再加熱。較佳的是將用這一方式再生的部分渣返回至熔劑料斗234中以減少添加石灰石的量。較佳的是某些不管是再生的，或不是再生的渣不再循環(huán)以避免不希望的雜質(zhì)，如鹵素、重金屬等在渣中的可能積累。實(shí)施例19(使用加甲烷的輔助碳原料作為主要料的本發(fā)明)
本實(shí)施例示出了使用甲烷(乙烷可以替代)作為產(chǎn)生氫的唯一原料而不用其他含碳源的輔助料。大多數(shù)圖10中所述的氫設(shè)備公開了為將甲烷(和/或乙烷)分解成碳和氫，一種吸熱反應(yīng)所需的能量不能被產(chǎn)生氧化碳時(shí)所釋放的能量所平衡。這是正確的，因?yàn)閬?lái)自使一氧化碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳的能量，通常不能有效地傳送入熔融金屬，而代之以通過(guò)與第二區(qū)315連接的管路338作為被加熱的逸出氣體部分由系統(tǒng)中漏失。實(shí)質(zhì)上，，在第一區(qū)314中產(chǎn)生氫而在第二區(qū)315中產(chǎn)生氧化碳。
在本實(shí)施例中還示出了所需要的循環(huán)速率為對(duì)每磅由任何被加入圖2和圖3的氫設(shè)備312或氫設(shè)備112原料的溶解碳必須至少為25磅鐵。
參照?qǐng)D10，如下簡(jiǎn)要地討論本發(fā)明較佳實(shí)施方案的穩(wěn)態(tài)操作。
對(duì)理解本發(fā)明熔融金屬氣化器的穩(wěn)態(tài)操作最簡(jiǎn)明的方法是要考慮本系統(tǒng)不同能量和材料輸入和輸出的關(guān)系。
在穩(wěn)態(tài)操作時(shí)，，就熱量平衡考慮而論，碳?xì)浠衔镌谌萜?12，，即第一區(qū)中以此熱分解成氫和碳(隨同碳溶解在熔融金屬中)時(shí)的速率決定了對(duì)容器312的熱需求。這一熱需求由降低進(jìn)入容器312的熔融金屬溫度而得到滿足。這必須通過(guò)溶于容器314的熔融金屬中碳氧化成一氧化碳的放熱反應(yīng)所平衡。該容器314中的放熱反應(yīng)通過(guò)溫度高于其進(jìn)入溫度的離開的熔融金屬所調(diào)節(jié)。對(duì)于該整個(gè)系統(tǒng)而言為保持穩(wěn)態(tài)，某些同時(shí)存在的需求必須平衡。
第一，容器312中凈熱需求。系統(tǒng)的任何熱損失和為將加入本系統(tǒng)所有原料加熱到其操作溫度所需的熱量必須由容器314中釋放的熱所平衡。
第二，熔融金屬的循環(huán)速率必須要使得由熔融金屬質(zhì)量流量乘以進(jìn)入和離開的熔融金屬的碳濃度間的差與進(jìn)入容器312的凈碳供入速率相等。鐵水在1200℃時(shí)的最大碳溶解度為約4.2％(重量)。碳含量更高時(shí)，鐵碳溶體的熔點(diǎn)迅速提高。在約6％(重量)時(shí)，在任何溫度下不再有碳溶解。能導(dǎo)致全部進(jìn)入容器314的碳氧化時(shí)的最低碳含量為0。盡管0代表最低限度，但真實(shí)的實(shí)踐限度稍微略高。這一限度將于后面討論。這意味著最小熔融金屬循環(huán)速率為每公斤碳23.8公斤(1/(042—0)或23.8公斤)熔融金屬。
第三，管路322和324的比重差別必須足以確立和保持所希望的熔融金屬循環(huán)速率。管路322和324之間的比重差，部分是起因于該兩個(gè)管路的每個(gè)中熔融金屬的溫度差別，碳含量差別和氣體含量差別。
如果硫和其他不希望的雜質(zhì)是占原料中的百分之幾，則硫?qū)⑿纬闪蚧瘹洳碾S同離開容器314中的氣體逸出。對(duì)于大多數(shù)用途來(lái)說(shuō)，硫化氫是不可接受的。在大多數(shù)的，有它存在在精煉液流的應(yīng)用中，就要通過(guò)特殊的吸收系統(tǒng)將之除去。利用本發(fā)明就可能添加某些含有碳酸鈣或氧化鈣的熔劑化合物。該熔劑化合物形成一層浮在熔融金屬頂部的熔融渣。在熔劑化合物中所含的鈣在容器314的溫度下反應(yīng)生成氧化鈣。氧化鈣與熔融金屬中的硫反應(yīng)生成硫化鈣，它被保留在渣層中。熔融金屬中較高的碳含量有利于與熔融金屬中的硫反應(yīng)，熔融金屬同時(shí)與渣層反應(yīng)。熔劑和渣可定期或連續(xù)添加或排放。
由于發(fā)烷烴氣體的碳原子數(shù)減少時(shí)，氫與碳的摩爾比提高，每摩爾碳所需的吸收熱對(duì)甲烷最高，其次對(duì)乙烷最高。分解甲烷和乙烷的反應(yīng)所吸收熱量需要比由燃燒其中所含的碳成一氧化碳所產(chǎn)生的熱更多。由碳反應(yīng)成二氧化碳所產(chǎn)生的熱是不可能獲得的，因?yàn)楫?dāng)形成一氧化碳時(shí)，該一氧化碳很快地逸出烷融金屬熔池。如果存在足夠的氧可以生成二氧碳，則這一生成反應(yīng)發(fā)生在熔融金屬上方的氣體空間383中并且不會(huì)將熔融金屬加熱。將一氧化碳氧化成二氧化碳的主要結(jié)果是提高離開容器314的氣體溫度。由于熱交換器材料的限制，將進(jìn)來(lái)的料流加熱到815℃(1500°F)以上是不現(xiàn)實(shí)的。在出口氣體中較高的溫度會(huì)有很大益處的可能性不大。
本發(fā)明的關(guān)鍵性特色是當(dāng)進(jìn)入容器314的氣體原料不具有能使系統(tǒng)在熱平衡下運(yùn)行的足夠的碳時(shí)，隨氣體原料添加高碳含量的原料，如溶劑脫瀝青的硬瀝青以使該系統(tǒng)熱平衡。若在此原料中加入過(guò)多含高碳原料時(shí)，則將蒸汽通入容器315中以形成氫和一氧化碳，一種放熱反應(yīng)，以保持系統(tǒng)熱平衡。
容器314內(nèi)的壓力可以是從剛超過(guò)大氣壓(14.7磅/英寸2)至超過(guò)400磅/英寸2的范圍。壓力上限除了在容器的較高壓的額外成本與節(jié)省的由較高壓時(shí)產(chǎn)生氫所實(shí)現(xiàn)的壓縮成本相比較評(píng)價(jià)的經(jīng)濟(jì)平衡外，不受任何主要考慮所限制。當(dāng)容器314中溫度為1370℃(2500°F)時(shí)，在壓力大于400磅/英寸2下，甲烷、氫和碳之間的化學(xué)平衡導(dǎo)致離開容器314的氣體中氫純度下降到95％以下。
操作溫度受容器314、315和316的耐火材料襯的限制和隨溫度提高而增加的熱損失所制約。高溫、高加料速率和高熔融金屬循環(huán)速率的結(jié)合導(dǎo)致對(duì)耐火材料襯的更快浸蝕。容器314中原料氣體和315中的氧和蒸汽與熱的離開氣體的熱交換正是所希望的。原料一流出物的熱交換一方面受熱交換設(shè)備的成本，另一方面受由較大熱效率造成的節(jié)約所制約。熔融金屬循環(huán)速率必須至少為24公斤熔融金屬/公斤碳(24磅熔融金屬/磅碳)。最合要求的循環(huán)速率范圍為每公斤(磅)碳100—1000公斤(磅)熔融金屬。
參照?qǐng)D10，以下的細(xì)節(jié)說(shuō)明了上述具有特定操作條件的概念。對(duì)這一場(chǎng)合，原料由純甲烷組成。這決不是為了限制可被處理的碳?xì)浠衔镌系姆秶?，而是選來(lái)用于說(shuō)明的目的。所選的加料速率為16克/小時(shí)。這大約是甲烷的克分子量，每小時(shí)16噸的速率正是易于被自選擇的。約4克甲烷形成氫，其余量，14克形成溶于熔融金屬中的碳。對(duì)本實(shí)施例來(lái)說(shuō)，通過(guò)與逸出容器315的氫的熱交換將原料甲烷加熱至760℃。上述吸熱反應(yīng)和為將甲烷升高到反應(yīng)溫度該場(chǎng)合是1250℃所需的熱量，約為72000卡。在第二區(qū)316中，12克碳被已與逸出的一氧化碳熱交換加熱至760℃的氧氧化成一氧化碳。由這一反應(yīng)所產(chǎn)生的，小于將氧加熱到操作條件，在這一場(chǎng)合是1291℃，所需的熱量的熱量，大約為62000卡。系統(tǒng)中額外的熱損失取決于該系統(tǒng)的特點(diǎn)。在本實(shí)施例中，將使用10000卡的值。
該系統(tǒng)不能達(dá)到熱量平衡，因?yàn)槿萜?5中需要72000卡的熱，10000卡被該系統(tǒng)損失而容器316中僅產(chǎn)生62000卡。不足數(shù)約20000卡。通過(guò)將13克額外的高碳含量原料加入容器314中，容器314中需要15000卡，但容器316中產(chǎn)生額外62000卡，結(jié)果得到過(guò)量的熱。這樣可以將一定量的蒸汽加入容器316中，結(jié)果造成蒸汽與碳的吸熱反應(yīng)，從而產(chǎn)生氫和一氧化碳?？筛淖冋羝奶砑勇室员３窒到y(tǒng)的平衡。
當(dāng)熔劑被加入容器314中時(shí)，為將此熔劑加熱到操作溫度需要額外的熱量。該熔劑的添加速率由高碳含量材料的加料速率乘其硫含量的積及與硫反應(yīng)的渣的效率確定。當(dāng)加入容器314較多的熔劑時(shí)，加入容器316較少的蒸汽，以使系統(tǒng)保持平衡。
所討論的特定組分、方法，或?qū)嵤┓桨竷H為了說(shuō)明本說(shuō)明書所公開的本發(fā)明。根據(jù)本說(shuō)明書的技術(shù)，這些組分、方法，或?qū)嵤┓桨傅淖兓桨笇?duì)本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員均是顯而易見的，從而這些內(nèi)容均欲作為本文所公開的發(fā)明部分包括在內(nèi)。
以上所作的對(duì)任何其他說(shuō)明書和文獻(xiàn)的參考?xì)w結(jié)于將這些專利或文獻(xiàn)通過(guò)參考而明確地結(jié)合入本文，這包括參考這些專利內(nèi)引證的任何專利或其他文獻(xiàn)。
權(quán)利要求
1.包含有分解含碳和氫材料的熔融金屬熔池的設(shè)備，該設(shè)備包括一個(gè)接收所述材料和溶解所述碳的加料區(qū)以及一個(gè)接收含氧材料的氧化區(qū)，所述的熔池在氣相區(qū)之下被封閉于不滲氣的容器中，所述設(shè)備另外還結(jié)合有a.一個(gè)在一般向下方向上將所述材料導(dǎo)入所述熔池的向下方向的入口；b.將所述氣相區(qū)分隔成一個(gè)加料區(qū)氣相和一個(gè)氧化區(qū)氣相的分隔裝置；同時(shí)可以使所述熔融金屬熔池在所述加料區(qū)和所述氧化區(qū)連通；c.其中所述熔融金屬熔池至少含有1％碳并且包含有鐵。
2.權(quán)利要求1所述包含熔融金屬熔池的設(shè)備，其中所述分隔裝置結(jié)合有分離所述氣相區(qū)的裝置，該裝置包括a.鄰接所述氧化區(qū)的第一隔墻裝置，該裝置基本上由所述容器的頂部氣密地向下延伸通過(guò)所述氣相區(qū)并且進(jìn)入之，但不完全延伸通過(guò)所述的熔融金屬熔池；以及b.在鄰接所述加料區(qū)的在所述溶池內(nèi)的第二隔墻裝置，該裝置包括一個(gè)向上延伸至高于所述第一隔墻裝置下邊緣的一點(diǎn)的部分和一個(gè)基本上在所述第一隔墻裝置之下水平間隔開的延伸部分；借此熔融材料自由含有來(lái)自所述原料的碳的所述加料區(qū)在所述第二擋板裝置之下移至所述氧化區(qū)，其中來(lái)自所述氧化區(qū)，在與所述氧接觸后降低了碳的液體上升至高于所述第二隔墻區(qū)裝置的向上延伸部分，從而流入所述加料區(qū)。
3.權(quán)利要求1的將碳源在壓力至少為2大氣壓下轉(zhuǎn)化成包括氫和一氧化碳的氣體產(chǎn)物的設(shè)備，該設(shè)備包括a.一個(gè)包含所希望的溫度熔融金屬的加料區(qū)，該加料區(qū)包括(1)一個(gè)排除氣體組分的加料區(qū)氣體出口；(2)一個(gè)排除至少一部分渣層的加料區(qū)渣出口裝置；(3)一個(gè)將含碳和氫的原料引入所述加料區(qū)的加料區(qū)輸入裝置；(4)一個(gè)將所述加料區(qū)與第一再循環(huán)管路連接的加料區(qū)再循環(huán)出口裝置；(5)一個(gè)將所述加料區(qū)與第二再循環(huán)管路連接的加料區(qū)再循環(huán)入口裝置；(6)一個(gè)控制其中任何氣體壓力的加料區(qū)壓力調(diào)節(jié)裝置；b.一個(gè)用于在所希望的溫度下盛放熔融金屬的氧化區(qū)，該區(qū)包括(1)一個(gè)將所述氧化區(qū)與所述第一再循環(huán)裝置連接的氧化區(qū)再循環(huán)入口裝置；(2)一個(gè)將所述氧化區(qū)與所述第二再循環(huán)裝置連接的氧化區(qū)再循環(huán)出口裝置；(3)一個(gè)引入氧的入口裝置；(4)一個(gè)連接水源；CO2或其他冷卻裝置的任選的入口裝置；(5)一個(gè)排除氣體組分的氧化區(qū)氣體出口裝置；c.具有一個(gè)入口和一個(gè)出口的熔融金屬第一再循環(huán)裝置；d.具有一個(gè)入口和一個(gè)出口以及在壓力下通過(guò)所述第二再循環(huán)管路的壁噴入氣體的一個(gè)向下取向的氣體噴射裝置的金屬液第二再循環(huán)裝置。e.一個(gè)控制所述第二區(qū)中任何氣體壓力的第二區(qū)壓力調(diào)節(jié)裝置；以及其中所述加料區(qū)氣體出口裝置以氣密方式與所述加料區(qū)壓力調(diào)節(jié)裝置連接，以控制所述加料區(qū)中的壓力而所述氧化區(qū)氣體出口裝置以液密方式與所述氧化區(qū)壓力調(diào)節(jié)裝置連接，以控制所述氧化區(qū)內(nèi)的壓力；所述加料區(qū)輸入裝置以液密方式被連接到一個(gè)輸送固體、液體或氣體于第一區(qū)中的，帶有控制這種傳輸壓力裝置；所述第一再循環(huán)管路以液密方式被連接到所述加料區(qū)再循環(huán)出口；所述第一再循環(huán)管路的所述出口被形成液密密封而連接到所述氧化區(qū)再循環(huán)入口；所述第二再循環(huán)管路的所述入口被形成液密密封而連接到所述氧化區(qū)再循環(huán)出口；所述第二再循環(huán)管路的所述出口被形成液密密封而連接連接到所述加料區(qū)再循環(huán)入口；由此重力流動(dòng)通過(guò)向下取向的氣體噴入裝置的氣體噴射將熔融金屬由所述第一區(qū)輸送至所述氧化區(qū)以及然后返回；而其中與所述氧化區(qū)氣體出口裝置相連的所述氧化區(qū)壓力調(diào)節(jié)裝置控制所述氧化區(qū)裝置中的壓力以便提供控制所述氧化區(qū)裝置內(nèi)的與所述加料區(qū)中的熔融金屬量相關(guān)的熔融金屬液面水平的及在控制的壓力下排除廢氣體的手段。
4.一種將含碳原料轉(zhuǎn)化成含一氧化碳和氫的氣體的方法，該方法包括a.在第一區(qū)中于第一壓力下使所述含碳原料與可溶解或分散的所述含碳原料中碳的熔融溶劑接觸形成含碳溶劑；b.在高于所述第一區(qū)的壓力下將至少一部分所述含碳溶劑輸送入至少一個(gè)第二區(qū)；c.使所述含碳溶劑與含氧料流接觸以產(chǎn)生所述氣體和減少了含碳的料流；d.由所述至少一個(gè)第二區(qū)中除去至少一部分所述氣體；以及e.將至少一部分所述減少了含碳的料流由所述第二區(qū)輸送至所述第一區(qū)；其中所述熔融溶劑含有鐵并含有至少1％(重量)的碳。
5.在權(quán)利要求4的分解溶池中的含碳和氫的材料的方法，該改進(jìn)包括結(jié)合地提供含至少1％碳的包含鐵的所述熔池，提供含CO的一氧化碳料流，氧化一部分所述CO成CO2，將至少一部分所述CO2在所述金屬液含有1—4％溶解碳的一點(diǎn)噴入所述熔池，由此所述溶解碳與CO2反應(yīng)每摩爾CO2約生成2摩爾CO。
6.權(quán)利要求5的方法，其中一部分所述被產(chǎn)生的CO又被氧化成CO2，該CO2被再循環(huán)與金屬熔池中溶解的額外量碳反應(yīng)，為該金屬熔池的溫度調(diào)節(jié)提供了一冷卻手段。
7.權(quán)利要求4的方法，其中熔池包含有鐵而原料物質(zhì)含有碳?xì)浠衔铩?br> 8.在權(quán)利要求4的于熔池中分解含碳和氫材料的方法中，改進(jìn)包括結(jié)合地提供含有CO的一氧化碳料流，氧化一部分所述CO成CO2，將至少一部分所述CO2在熔融金屬含有大量溶解碳時(shí)噴入所述熔融金屬，由此所述溶解的碳與所述CO2反應(yīng)，結(jié)果每摩爾CO2生成約2摩爾CO。
9.在權(quán)利要求4的方法中，該方法涉及至少一個(gè)在第一壓力下的第一反應(yīng)區(qū)和一個(gè)在第二壓力下的第二反應(yīng)區(qū)，包含有使含碳原料轉(zhuǎn)化成含一氧化碳和氫氣體的鐵水，其中所述第二壓力高于所述第一壓力并含碳加料在所述第一壓力下溶于熔池中；其改進(jìn)包括a.將在所述第一反應(yīng)區(qū)中存在的氧量保持在低于化學(xué)計(jì)算量；b.在所述第一反應(yīng)區(qū)中保持溫度為約1147—1800℃；c.通過(guò)有由所述熔池的溫度梯度造成的比重差的循環(huán)裝置將至少一部分所述溶體輸送至第二熔池，所述的輸送包括不甩電磁泵，對(duì)每公斤(磅)溶于所述第一熔池的所述原料中的碳輸送25—1000公斤(磅)所述熔體；d.在所述第二壓力下將含氧料流通入所述第二區(qū)，以使之與溶解的碳反應(yīng)，其中所述第二區(qū)溫度范圍為約1147—約1800℃，壓力范圍約2—50大氣壓；e.將一部分所述含約1—5重量％碳的第二熔池返回至所述第一熔池；f.測(cè)量所述第一熔池和所述第二熔池中的渣和熔融金屬的液面高度。
10.一種權(quán)利要求4的方法，該方法在包含鐵水的溶劑中使含碳原料反應(yīng)而產(chǎn)生氫和氧化碳作為產(chǎn)物，所述方法結(jié)合包括地步驟a.在包含溫度保持在約1147—1800℃鐵的第一熔池中的溶解所述原料，以形成含有約1—5重量％溶于鐵中碳的溶體和含氫的氣體產(chǎn)物；b.通過(guò)有由所述熔池的溫度梯度造成的比重差的循環(huán)裝置將至少一部分所述溶體輸送至第二熔池，所述輸送包括對(duì)每公斤(磅)溶于所述第一熔池的所述原料中的碳輸送約25—1000公斤(磅)的所述溶體；c.使在所述第二熔池中的所述被輸送的溶體與含有分子氧的含氧料流、水和/或含某些氧化劑的其他氧化劑接觸，同時(shí)保持所述第二區(qū)在約2—50大氣壓和約1147—1800℃；以及d.由所述第二區(qū)中于2—50大氣壓下除去含氧化碳的氣體組分；以及e.通過(guò)有由溫度梯度造成的比重差的循環(huán)裝置將含約1—5重量％碳的溶劑由所述第二熔池再循環(huán)返回所述第一熔池；f.測(cè)量在所述第一熔池和所述第二熔池中的渣和熔融金屬液面。
11.一種權(quán)利要求1的產(chǎn)生氫氣和一氧化碳?xì)怏w的方法，該方法結(jié)合地包括a.用包含有連接所述熔池的第一和第二管路的液流裝置加入第一熔融金屬熔池和第二熔融金屬熔池一種含碳和氫的原料，其中碳∶氫摩爾比約0.25∶1—2∶1，熔融金屬循環(huán)率為每公斤(磅)所述第一熔池中的原料約25—5000公斤(磅)熔融金屬，同時(shí)保持所述第一熔池在約1150—1500℃并在約1—100大氣壓的壓力下；b.同時(shí)或在不同時(shí)間，以每?jī)裟柤尤氪讼到y(tǒng)的碳約0.45—1.2摩爾氧的速率將含氧原料加入所述第二熔融金屬熔池，同時(shí)保持所述第二熔池在1150—1800℃昨10—3000磅/英寸2；c.通過(guò)經(jīng)由至少一個(gè)所述第一和第二管路的向下噴射將氣體通入其中的熔融金屬中以使補(bǔ)償所述第一管路和所述第二管路中的所述熔融金屬之間的比重差，并由此控制整個(gè)循環(huán)速率而不用機(jī)械或電磁泵；由此來(lái)自所述第一熔池的熔融金屬通過(guò)所述第一管路循環(huán)入所述第二熔池，而來(lái)自所述第二熔池的熔融金屬通過(guò)所述第二管路循環(huán)入所述第一熔池，這是因?yàn)樵谒龅谝还苈穬?nèi)熔融金屬與所述第二管路中熔融金屬相比的比重差別所造成的，而金屬的比重差又是部分起因于所述第一管路中熔融金屬與所述第二管路相比的溫度差、碳含量差別，和氣體含量差別，其中，至少一部分所述原料中的所述碳溶于所述第一熔融金屬熔池，而其中至少一部分所述溶解的碳被傳送至所述第二熔池，在該處它與所述含氧氣體中的氧反應(yīng)生成氧化碳?xì)怏w，該氣體由所述第二熔池放出。
12.一種權(quán)利要求4的方法，其中由所述第一熔融金屬熔池回收基本上純的氫并由所述第二熔池回收基本上純的氧化碳以及其中所述熔融金屬的碳含量至少為1—5重量％碳。
全文摘要
隔墻可形成分隔接近熔池中心的蒸汽空間的煙道效應(yīng)。通過(guò)熱轉(zhuǎn)化，及任選地通過(guò)在隔墻—煙道狀物裝置的任何一側(cè)上熔池部分之間的壓差有助于通過(guò)此煙道狀物的流動(dòng)。公開了將碳?xì)浠衔镌?例如，煤、汽車輪胎、有害有機(jī)廢料，如多鹵化有機(jī)化合物、有機(jī)聚合物、垃圾及其他碳?xì)浠衔?轉(zhuǎn)化成含一氧化碳和氫的合成氣體的多個(gè)區(qū)設(shè)備和方法。使該原料與熔池接觸，該熔池可在一定壓力下的缺氧區(qū)中含有鐵并在至少一個(gè)溫度與壓力高于第一區(qū)的其他區(qū)中與水、和/或氧源反應(yīng)。
文檔編號(hào)C10J3/57GK1124295SQ94112938
公開日1996年6月12日 申請(qǐng)日期1994年12月9日 優(yōu)先權(quán)日1990年6月21日
發(fā)明者D·P·馬勞尼, C·B·米勒 申請(qǐng)人:埃什蘭石油公司