雜、價格昂貴的高溫金屬循環栗，即可進行物質傳遞。并且氣化爐的產氣性能好。穩定性高，設備結構簡單，成本低。并且采用隔板將液態金屬熔池分隔為相對獨立的內、外兩個腔室。通過液態金屬在內腔室實現氧的富集，在外腔室完成碳原料的氣化。整個反應過程中空氣不與碳原料以及產品氣直接接觸，使得產品氣中幾乎不含氮氣，在提高產品氣的熱值的同時保證了氣化爐運行的安全性，省去了現有氣化裝置昂貴復雜的空氣分離系統。由此，利用本實施例的氣化爐，可以穩定、連續、高效、低成本地制備高純度的合成氣。
[0081]實施例2
[0082]本實施例中，利用液態金屬氣化爐，以銅鋅合金為金屬介質，石墨為原料，以體積比為2:1的二氧化碳和水蒸氣為氣化劑，以鋁礬土為造渣劑，制備合成氣，其中，氣化爐的結構示意圖如圖1所示，熔池200為深金屬熔池，并將空氣管路300延長至深金屬熔池底部，熔池改深后可保證空氣中的氧氣與液態金屬充分反應，隔絕氣相氧與碳原料、碳原料氣化中間產物以及產品氣的接觸，保證氣化爐的安全運行，利用該氣化爐制備合成氣的方法具體如下:
[0083](I)利用熔池200對銅鋅合金進行冶煉，得到熔融態銅鋅合金。
[0084](2)利用空氣管路300向熔池200提供空氣，通過空氣對熔融態銅鋅合金進行氧化處理，得到熔融態氧化銅和氧化鋅，反應剩余的氮氣由氮氣出口 900排出。
[0085](3)由于氧化銅和氧化鋅密度較熔融態銅鋅合金小，熔融態銅鋅合金向下運動，熔融態氧化銅和氧化鋅向上運動，熔池內的物料形成自然循環，并進行物質傳遞。
[0086](4)利用氣化劑預熱單元700，通過生成的高溫合成氣對氣化劑進行預熱，并經預熱后的氣化劑供給給噴槍400。
[0087](5)利用固定噴槍400向氣化區提供含碳原料和氣化劑，使含碳原料與氣化劑、熔融態氧化銅和氧化鋅和熔融態銅鋅合金接觸，獲得包括氫氣和一氧化碳的合成氣和熔渣。
[0088](6)利用進料口 800向造渣區提供造渣劑，通過造渣劑富集熔渣和含碳原料中的雜質，得到泡渣以及凈化后的熔融態氧化銅和氧化鋅和熔融態銅鋅合金，完成銅鋅合金的再生，實現氣化爐的連續運行。
[0089]綜上所述，利用本實施例的單腔室氣化爐制備合成氣，氣化爐的運行原理如實施例I中雙腔室氣化爐所示，在此不再贅述。利用該氣化爐制備合成氣，雖然合成氣的純度和熱值低于實施例1，但氣化爐設備系統架構更簡單，組裝調試難度小，設備價格更低，相應地，合成氣的生產流程更簡單，生產成本也更低。
[0090]在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。
[0091]盡管已經示出和描述了本發明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解:在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的范圍由權利要求及其等同物限定。
【主權項】
1.一種氣化爐，其特征在于，包括: 殼體，所述殼體限定出熔煉空間； 熔池，所述熔池設置在所述熔煉空間的底部，用于對金屬原料進行冶煉，以便得到熔融態金屬； 空氣管路，所述空氣管路設置在所述殼體上，并且伸入至所述熔池內，用于向所述熔池提供空氣，以便利用所述空氣對所述熔融態金屬進行氧化處理，并且得到熔融態金屬氧化物；以及 噴槍，所述噴槍設置在所述殼體上，并且伸入至所述熔煉空間內，用于向所述熔煉空間提供含碳原料和氣化劑，以便使所述含碳原料與所述氣化劑、所述熔融態金屬氧化物和所述恪融態金屬接觸，并且獲得包括氫氣和一氧化碳的合成氣。2.根據權利要求1所述的氣化爐，其特征在于，進一步包括: 隔板，所述隔板設置在所述熔池中， 其中，所述隔板的底部與所述熔煉空間的底部之間形成有適于所述熔融態金屬通過的縫隙，所述隔板的側壁上設置有適于所述熔融態金屬氧化物通過的通孔。3.根據權利要求1所述的氣化爐，其特征在于，所述噴槍為自由式噴槍或固定式噴槍。4.根據權利要求1所述的氣化爐，其特征在于，進一步包括: 進料口，用于提供金屬原料和造渣劑； 排氣管，用于排出所述合成氣； 預熱單元，所述預熱單元與所述噴槍相連，用于在所述氣化劑進入所述噴槍前，對所述氣化劑進行預熱處理，以便得到預熱后的氣化劑。5.根據權利要求4所述的氣化爐，其特征在于，包括: 兩個相對設置的所述隔板，所述兩個相對設置的所述隔板將所述熔池分隔為氣化區、氧化區和造渣區， 其中，所述進料口向所述造渣區中供給所述金屬原料和所述造渣劑， 所述空氣管路伸入至所述氧化區中， 所述噴槍伸入至所述氣化區中。6.一種對含碳原料進行氣化處理的方法，其特征在于，包括: 對金屬進行冶煉，以便得到熔融態金屬； 利用空氣對所述熔融態金屬進行氧化處理，以便得到熔融態金屬氧化物；以及將含碳原料與所述熔融態金屬氧化物和氣化劑反應，以便獲得包括氫氣和一氧化碳的合成氣。7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述含碳原料為選自石墨、裂解炭黑、焦炭、石油焦、煤、生物質炭和成型生物質的至少一種。8.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，進一步包括: 對所述氣化劑進行預熱處理，以便得到預熱后的氣化劑； 利用造渣劑富集所述熔渣和所述含碳原料中的雜質，以便得到泡渣。9.據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述造渣劑為選自石灰石、白云石、鋁礬土、粗鋁和粗錫的至少一種。10.一種利用氣化爐對含碳原料進行氣化處理的方法，其特征在于，所述氣化爐包括: 殼體，所述殼體限定出熔煉空間； 熔池，所述熔池設置在所述熔煉空間的底部； 空氣管路，所述空氣管路設置在所述殼體上，并且伸入至所述熔池內； 兩個相對設置的隔板，所述隔板設置在所述熔池中，所述隔板的底部與所述熔煉空間的底部之間形成有適于所述熔融態金屬通過的縫隙，所述隔板的側壁上設置有適于所述熔融態金屬氧化物通過的通孔，所述兩個相對設置的所述隔板將所述熔池分隔為氣化區、氧化區和造渣區，其中，所述空氣管路伸入至所述氧化區中； 噴槍，所述噴槍設置在所述殼體上，并且伸入至所述氣化區內，用于向所述氣化區提供含碳原料和氣化劑；以及 進料口，所述進料口設置在所述殼體上，并且伸入至所述造渣區內，用于向所述造渣區提供金屬原料和造渣劑， 所述方法包括: 通過進料口，將所述金屬原料供給至所述熔池，并對所述金屬原料進行冶煉，以便獲得熔融態金屬；利用所述空氣管路向所述氧化區提供空氣，以便通過所述空氣在所述氧化區對所述熔融態金屬進行氧化處理，并且得到熔融態金屬氧化物，其中，所述熔融態金屬氧化物從所述氧化區經所述通孔進入所述氣化區和所述造渣區，所述熔融態金屬從所述氣化區和所述造渣區經所述縫隙進入所述氧化區，以便使所述熔融態金屬氧化物和所述熔融態金屬在所述熔池內循環流動； 利用所述噴槍向所述氣化區提供含碳原料和氣化劑，以便使所述含碳原料與所述氣化劑、所述熔融態金屬氧化物和所述熔融態金屬接觸，并且獲得包括氫氣和一氧化碳的合成氣和熔渣；以及 利用所述進料口向所述造渣區提供所述造渣劑，通過所述造渣劑富集所述熔渣和所述含碳原料中的雜質，以便得到泡渣以及凈化后的所述熔融態金屬氧化物和所述熔融態金屬O
【專利摘要】本發明公開了氣化爐和對含碳原料進行氣化處理的方法。其中，氣化爐包括：殼體，殼體限定出熔煉空間；熔池，熔池設置在熔煉空間的底部，用于對金屬原料進行冶煉，以便得到熔融態金屬；空氣管路，空氣管路設置在殼體上，并且伸入至熔池內，用于向熔池提供空氣，以便利用空氣對熔融態金屬進行氧化處理，并且得到熔融態金屬氧化物；以及噴槍，噴槍設置在殼體上，并且伸入至熔煉空間內，用于向熔煉空間提供含碳原料和氣化劑，以便含碳原料與氣化劑、熔融態金屬氧化物和熔融態金屬接觸，并且獲得包括氫氣和一氧化碳的合成氣。該氣化爐利用金屬和金屬氧化物的密度差作為驅動力，無需價格昂貴的高溫金屬循環泵，即可實現氣化爐內床層物料的自然循環。
【IPC分類】C10J3/48, C10J3/46, C10J3/57
【公開號】CN105176595
【申請號】
【發明人】史翊翔, 曹天宇, 張格培, 蔡寧生
【申請人】清華大學
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年9月23日