三区式气化炉形式的装置以及操作此类气化炉用于废产物和废料热转化的方法

摘要

本发明涉及三区式气化炉形式的装置以及操作此类气化炉的方法。本发明的目的在于提供一种装置，所述装置启动较长的停留时间以及增强的气化工艺性能，防止工艺引起的气化炉堵塞、位移以及拥塞，构成强化的碳颗粒对流换热，确保气化工艺的稳定性以及差异化和较高的工艺及温度稳定，以及产生几乎无焦油以及无粉尘的原料气体。实现此目的在于，所述三区式气化炉包括包围气化炉槽(3)的壳体(4)、设置在气化炉槽(3)上方并且设置有隔热层(14)的气化炉外壳(13)、设置在气化炉外壳(13)上方并且设置有隔热层(14)的气化炉头(17)、以及由气化炉外壳(13)和气化炉头(17)封闭的自由气化炉空间(20)，其中所述气化炉槽(3)、壳体(4)、排料槽(6)、气化炉外壳(13)以及气化炉头(17)以气密的方式彼此连接，至少一个合成气体出口(16)位于所述气化炉外壳(13)的上部中，所述气化炉槽(3)包括具有污染物出口(5)的穿孔底部(35)并且由终止于至少一个排料槽(6)的分离空间(11)包围，覆盖的穿孔圆锥体(21)设置在气化炉槽(3)和自由气化炉空间(20)之间的连接的区域中，所述圆锥体(21)在顶部和底部处为打开的，具有朝气化炉头(17)逐渐变细的直径，并且以钟形方式放置在气化炉槽(3)上方。

权利要求

1.一种三区式气化炉，包括包围气化炉槽(3)的壳体(4)、设置在气化炉槽(3)上方并且设置有隔热层(14)的气化炉外壳(13)、设置在气化炉外壳(13)上方并且设置有隔热层(14)的气化炉头(17)、以及由气化炉外壳(13)和气化炉头(17)封闭的自由气化炉空间(20)，其中·所述气化炉槽(3)、气化炉外壳(13)以及气化炉头(17)以气密的方式彼此连接；

·在所述气化炉外壳(13)的上部中有至少一个合成气体出口(16)；

·所述气化炉槽(3)包括穿孔底部(35)并且由终止于至少一个排料槽(6)的分离空间(11)包围；

·至少一个终止于所述气化炉槽(3)的固体入口(1)；

·所述排料槽(6)包括闸门(7)并且终止于穿孔底部(35)下方的残渣出口装置(8)；

·至少一个通向所述排料槽(6)的气化剂供给机构(9)；

·至少一个通向填充界限上方的气化炉槽(3)的喷射器(10)，以及

·覆盖的截锥体(21)被设置在气化炉槽(3)和自由气化炉空间(20)之间的连接的区域中，所述截锥体(21)在其顶面以及底面是打开的，直径朝气化炉头(17)逐渐变小，并且以钟形方式放置在所述气化炉槽(3)上方，所述截锥体(21)以及挡板(26)位于气化炉外壳(13)的内部，共同产生径向的环形间隙开口(22)以及流道(30)；

其特征在于，面向所述气化炉头(17)的截锥体(21)的上部开口被设置为如下方式的流量控制阀，即具有中心导管(24)的流量控制阀主体(23)被设置在流环(31)形状的阀座上方，从而产生中心的环形间隙开口(32)，所述截锥体(21)或所述流量控制阀主体(23)可垂直移动并且可锁定，以便通过所述截锥体(21)或流量控制阀主体(23)的垂直位置来调整所述环形间隙开口(32)的尺寸，所述穿孔底部(35)设置有污染物排放口(5)。

2.根据权利要求1所述的三区式气化炉，其特征在于，所述中心导管(24)以气密的方式穿过气化炉头(17)，并且以可锁定和可控制的方式与设置在所述气化炉头(17)外部的提升装置(25)连接。

3.根据权利要求1或2所述的三区式气化炉，其特征在于，所述穿孔底部(35)具有类通道设计以及相对排料槽(6)的边界面积8-12％的自由孔径面。

4.根据权利要求1或2所述的三区式气化炉，其特征在于，所述气化炉头(17)包括穿过气化炉外壳(13)以及隔热层(14)的维修入口(18)以及抽气管(19)。

5.根据权利要求1或2所述的三区式气化炉，其特征在于，所述固体入口(1)包括柔性连接(2)以及输送器螺杆，并且水平终止于所述气化炉槽(3)。

6.根据权利要求5所述的三区式气化炉，其特征在于，所述固体入口(1)终止于固体填充界限(33)下方近三分之二的气化炉槽(3)。

7.根据权利要求1或2所述的三区式气化炉，其特征在于，所述气化炉外壳(13)借助壳体(4)通过法兰连接(12)将气化炉槽(3)与分离空间(11)以及排料槽(6)保持在一起，并且由轴承(15)所支撑。

8.根据权利要求1或2所述的三区式气化炉，其特征在于，所述截锥体(21)为穿孔、冲孔、开槽和/或筛形，并且流量控制阀主体(23)具有球体、圆锥体或半壳体、平面或圆柱形，而挡板(26)则为角形、圆形、椭圆形、折叠或折皱状。

9.一种操作如权利要求1至8中任一项所述的三区式气化炉的方法，其中均匀流从底部向上穿过三区式气化炉至顶部，在限定的大气条件下，通过借助自适应气化区Z1和Z2的选择性部分氧化和还原以及借助具有后还原和后氧化的自适应气化区Z3进行含碳固体的连续转化，所述中心环形间隙开口(32)为受控的，从而产生湍流。

10.一种如权利要求9所述的操作三区式气化炉的方法，其特征在于：

·所述气化炉槽(3)通过固体入口(1)装载有含碳固体或固体/气体混合物，并且通过设置在气化炉槽(3)下部中的通道形穿孔底部加载有以受控方式进入的预热气化剂，所述气化剂从底部上升到顶部，引起自适应气化区Z1中的固定床发生流化上浮，所述自适应气化区Z1的温度方面的操作条件为800℃，伴随着含碳固体活性热化学转化至具有高热值的合成气体；

·在所述上浮受到位于填充界限上方的随后的自适应气化区Z2中1300℃下的另一热化学转化期间，所述固体物质被释放，但是还没有转化；

·此过程通过经由喷射器(10)将碳化气体、气化剂和热蒸汽各自引入气化区(Z2)并且通过引导气体越过径向的受控的环形间隙开口(22)而得到增强；

·在自适应气化区Z1和Z2中以及在从中心环形间隙开口(32)至950℃的自适应气化区Z3的自由气化炉空间(20)的湍流通道处产生的速度分布对仍然存在的、上浮的残渣碳及其接近完全转化到合成气体的转化物的停留时间具有延长的作用；

以便将有机化合物转化成高热值的合成气体并且比流化的碳混合物密度高的惰性污染物下降，从而通过通道形穿孔底部(35)、排料槽(6)、闸门(7)以及出口装置(8)排放，通过污染物排放口(5)移除位于通道形穿孔底部(35)上方的任何不可分离的残渣，控制在气化炉槽(3)中接纳的含碳固体所需的填充水平，以及因此控制填充界限(33)并在所述气化炉的上部中抽取产生的合成气体。

说明书

三区式气化炉形式的装置以及操作此类气化炉用于废产物和

废料热转化的方法

[0001] 本发明涉及一种根据权利要求前序部分所述的三区式气化炉形式的装置以及操作此类气化炉的方法，例如在用于废产物以及废料(含碳固体)热分解的总成中。

[0002] 公开含碳废产物以及废料的处理和/或燃烧和/或气化的许多设备和方法是已经为人们所公知的。

[0003] 例如，欧洲专利0609802A1公开了用于连续脱气和/或气化的装置以及方法。根据欧洲专利0609802A1所述的装置由轴型反应器组成，其中该装载物、气态气化剂以及产生的气态燃料以顺流的方式向下通过。在这种情况下，通过位于套管部中的螺旋形逆流换热器中的气态燃料来对气化剂进行预热。所述经预热的气化剂在螺旋形或波纹状通道中被进一步加热，该通道位于反应器的陶瓷炉体以及可移动或固定、圆锥形或抛物面的中心体中，该中心体充当炉底封闭物并且伸进装载物下部。炉蓖由实心椎体或由可旋转的、可垂直设置的反向件(counterpiece)形成，该反向件呈现为中空-圆锥环形体并且留出打开的可调整的环形通道，该环形通道与下部的炉底部分相对，用于抽取产生的气态燃料并且用于排放灰烬、炉渣以及蒸馏残渣形式的固态或液态反应产物。

[0004] 此技术方案的缺点是固态燃料或废料的脱气和/或气化是不完全的。

[0005] 此外，就碎片尺寸的燃料而言，下降的顺流式脱气机容易受影响。再者，此气化炉具有相当差的部分负荷特性，因为在部分负荷下气化剂的量会减少，热区变得越来越小而中间的低温区则增大。这增加了产物气体中的焦油含量。然而，只有火床(firebed)中的温度在整个横截面上足够高(温度稳定性)并且热解气体流动穿过闭合的热还原区，才会产生低焦油产物。在大型工厂中，情况则并非如此，而是相对难以实现。

[0006] 除了受限的停留时间导致降低的性能外，此类型的气化炉还容易发生工艺引起的(process-induced)堵塞以及位移。

[0007] 德国专利19937521A1公开了一种方法和设备，尤其用于处理已经部分分解的废产物。

[0008] 该装置由具有漏斗形底部的轴型反应器组成，其中碳颗粒装载物朝切向方向引入，而空气则朝轴向方向作为气化剂引入并且随着其上升通过热化学反应而被转化成合成气体。

[0009] 截锥体形底部部分进一步包括横向的环形间隙，空气可通过该环形间隙轴向进入反应室并且与碳气体混合物混合。该气体混合物以向外上升的方式扫过实心床上的碳颗粒，并且在反应室中高达1200℃的条件下将该气体混合物有力地转化为合成气体。

[0010] 在该容器的上部，气流朝内部下降并且平静下来，使得碳颗粒还没有热分解，而灰组分再次下降下来。接着它们进入中心设置的收集漏斗，该漏斗一直延伸至底部并且通过螺旋输送器被清除。

[0011] 此技术方案的缺点是，固体材料的脱气和/或气化是不完全的，并且由于失控的碳馈送，伴随在截锥体形底部上的沉积和堵塞，尤其是惰性组分，这会导致拥塞并且因此引起不可控的工艺停滞，因此使得工艺稳定性变差。

[0012] 此外，没有热转化的碳组分的主要部分与灰烬和炉渣一起被排放。

[0013] 另一缺点是在产物气体中产生高百分比的粉尘(碳)以及焦油。

[0014] 德国专利4417082C1公开了一种用于固体燃料热气化的反应器，所述反应器包括：在反应器底部的燃料供给，用于将燃料馈送进可装载燃料的气化空间的垂直燃料输送器，用于将经预热的主空气供给进气化空间的供给线，所述供给线终止于喷嘴，设置在气化空间上方的灰烬排放以及后燃烧空间，其中后燃烧空间可被供给有二次空气，燃料进入后燃烧空间产生气体，所述气化空间设置有基本在气化空间的整个高度上有效的搅拌器，设置在气化空间以及后燃烧空间顶部的灰烬排放开口，具有至少一个壁部设置在该反应器中，该壁部基本跨过反应器的整个内部横截面，所述壁部反射热辐射并且包括至少一个气体通道开口。

[0015] 反射热辐射并且包括至少一个气体通道开口的壁部被设置为后燃烧室的第一壁部，后燃烧室包括中心气体通道开口并且以圆顶状形式打开。

[0016] 在以圆顶状形式打开的后燃烧室的此第一壁部上方，具有以圆顶状形式打开的第二壁部，其与该反应器的第一壁部一起形成环形间隙，以便将后燃烧的气体反向，使得固体颗粒被一起吹扫以退出气体流，以便大部分除去粉尘的原料气体在原料气体出口喷嘴处是可用的。因此，此技术方案用于改进热气化工艺。

[0017] 德国专利102008058620A1公开了一种气化炉，包括具有自由气化炉空间以及气化炉底座的气化室，所述自由气化炉空间由气化炉外壳包围并且在其一个闭合端部处具有合成气体出口，而在其第二打开端部处通过气化炉外壳与气化炉底座连接，所述气化炉底座在内部被设置为气化炉容器，入口装置以及至少一个供给延伸该内部，所述气化炉容器和所述气化炉外壳一起封闭隔热空间，入口装置、供给、中心轴以及具有输送器装置的搅拌器轴延伸通过该隔热空间，使用气化炉底座外壳支撑所述气化炉容器和所述气化炉外壳，气化炉圆顶以这样的方式设置在气化炉空间中，即在气化炉圆顶和气化炉外壳和/或气化炉容器之间产生间隙，所述气化炉容器包括具有凹槽的底部，所述底部被设置与气化炉空间相对并且终止于中心轴，所述中心轴穿进排放轴并且搅拌工具由气化炉容器中的水平搅拌器轴可旋转地支撑，所述搅拌器轴由输送器装置包围。

[0018] 该气化炉圆顶具有罩形设计并且中心设置在自由气化炉空间中。该间隙可设置为环形间隙。

[0019] 根据德国专利102008058602A1所述的移动床气化炉的气化炉容器经由入口装置装载有废产物或废料，所述废产物以及废料由搅拌器搅拌并且通过底部中的凹槽使用气化剂气化，废产物或废料的气化在气化炉底座以及气化炉空间中进行，气化产物穿过环形间隙，接着通过合成气体出口抽出，其中在气化期间形成的灰烬和炉渣经由中心轴以及排放轴，借助排放装置通过底部中的凹槽排出。

[0020] 根据德国专利4417082C1以及102008058602A1所述的两种技术方案的缺点是，具有输送器装置的垂直或水平搅拌器轴被设置用于搅拌废产物或废料，这可能导致气化炉运行发生故障，例如当废产物或废料中的固体机械地阻塞输送器装置时或当发生气化炉堵塞时，例如由于不可排放的、烧结的惰性固体而产生的堵塞。

[0021] 此外，这两种技术方案的缺点还在于，气化工艺会由于工艺引起的、变化的热化学反应而发生相当大的变动，并且可因此变得不稳定，废产物或废料在气化炉中的停留时间不足可不利地影响碳颗粒的完全气化以及焦油和酚类的分解，这会产生受到焦油以及粉尘污染的原料气体。

[0022] 因此，本发明的目的是避免现有技术的上述缺陷，提供三区式气化炉形式的装置，特别地，所述三区式气化炉启动较长的停留时间从而产生质量上以及数量上较高的碳转换以及增强的气化工艺性能，防止由于惰性固体和/或炉渣形成的污染物而产生工艺引起的气化炉堵塞、位移以及拥塞，通过使用流动成形装置将准层流转化成湍流来构成碳颗粒的强化对流换热，通过将例如碳化气体、气化剂、热蒸汽等分开馈送进入流化固定床上方的气化区来确保气化工艺的稳定性，通过借助没有气体和热量积累的气化区内的流动导管来控制影响以确保差异化和较高的工艺及温度稳定性，以及产生几乎无焦油以及无粉尘的原料气体。

[0023] 上述目的通过如权利要求1所述的气化炉以及如权利要求9所述的方法来实现。有益的实施例在从属权利要求中声明。

[0024] 根据本发明的主题，本发明的三区式气化炉以及用于气化炉连续操作的本发明的方法，例如在用于使用气体处理含碳废产物和/或废料(也称为含碳固体)的热转化的设置方式中，使得所述废产物以及废料能热化学转化至有用的、高质量的并且高能量的工艺气体，所述含碳废产物以及废料(特别是来自最后工艺以及气化工艺的非完全分解的碳)更进一步地(可能的话，完全地)重新反应，使得依照相应的环境标准，在工艺中的使用尽可能达到无污染物、焦油以及粉尘。

[0025] 根据本发明所述的气化炉(也称为三区式气化炉)包括具有端壁以及穿孔底部的气化炉槽，该气化炉槽例如盆(tub)形、槽(trough)形、锅(pot)形或凹(depression)形，有利地为通道形(channel-shaped)，并且具有相对排料槽(6)的边界面积约8-12％的自由孔径面。

[0026] 所述气化炉槽由一壳体包围，包括一材料出口并且由终止于排料槽的分离空间包围。

[0027] 此外，所述三区式气化炉包括设置在气化炉槽上方、具有隔热层的气化炉外壳，所述气化炉外壳优选具有管形并且优选通过轴承固定。

[0028] 所述气化炉外壳支撑气化炉头，所述气化炉头也设置有隔热层，并且有利地，设置有维修入口以及抽气管。

[0029] 所述气化炉槽、气化炉外壳以及气化炉头以气密的方式彼此连接。

[0030] 所述气化炉以及气化炉头封闭自由气化炉空间，其中合成气体出口设置在所述气化炉外壳的上部中。

[0031] 所述三区式气化炉设置有污染物出口，包括涵盖所有的壳体以及固体入口，所述固体入口通向气化炉槽并且优选水平以及在固体材料填充界限下方约三分之二处终止于该气化炉槽。

[0032] 所述气化炉设置有柔性连接，根据设置和要求，该连接使得能够实现气化炉在热工艺线中(例如在大型设施或在单独的运行中)的接合。

[0033] 设置在穿孔底部下方的排料槽设置有闸门(lock)，并且终止于用于残留物的出口装置。

[0034] 同时，气化剂供给终止于排料槽，用于碳化气体、气化剂、热蒸汽等单独进入的喷射器设置在气化炉槽中的填充界限上方。

[0035] 在所述气化炉槽和分离空间之间的法兰连接的上方区域中，在两侧上打开的覆盖的截锥体(truncated cone)中心设置在自由气化炉空间中，所述截锥体朝气化炉头逐渐变细并且以钟形/罩形方式伸出气化炉槽。

[0036] 所述覆盖的截锥体包括在其面朝气化炉容器的打开侧的中心环形间隙开口，所述间隙通过流量控制阀来产生。

[0037] 所述流量控制阀由流环(即截锥体面朝气化炉容器的上边缘)来形成，该流环(flow ring)构成阀座，并且优选将圆柱形流量控制阀主体中心地、直接地设置在流环上方。

[0038] 所述流量控制阀主体具有中心导管以及带有提升装置的锁定装置，该提升装置设置在气化炉外部并且穿过气化炉头。使用提升装置的导管使得流量控制阀主体能够相对流环移动，从而控制流量控制阀的中心圆形间隙开口的尺寸。

[0039] 作为一种替代，当然还可以允许流环相对流量控制阀主体移动，如通过将截锥体设计为可移动的，例如通过提升装置并且借助穿过气化炉头的提升连杆以受控的方式垂直移动，该提升装置设置在气化炉头的外部。

[0040] 两种技术方案的主要方面在于，中心环形间隙开口在覆盖的截锥体的上部以及流量控制阀之间产生，经由中心导管(第一流道)通过提升装置来改变/调节所述环形间隙开口，以及在于，所述截锥体的壳体与围绕气化炉外壳的内圆周延伸的挡板(第二流道)一起形成径向的环形间隙开口。取决于特定的设计，可控制第一或第二流道中的任一个、或者控制第二以及第二流道。

[0041] 这两个可调节的流道、所容纳固体(通向流化床)的填充界限、以及特殊的气化炉设计/几何体导致在气化炉中形成三个区域：

[0042] ·在流化固定床中的自适应气化区Z1；

[0043] ·在流化固定床上方以及覆盖的截锥体内部的自适应气化区Z2，以及[0044] ·在气化炉槽中和在自由气化炉空间中的自适应气化区Z3。

[0045] 当然，气化炉的所有连接、入口以及出口有利地以气密或压力密封的方式设置并且该气化炉为隔热的。

[0046] 在用于操作上述三区式气化炉的方法中，所述气化炉优选以本领域公知的用于废产物和/或废料热转化(如用于包括气体处理的转化的气化炉)的设置方式接合(然而该三区式气化炉还可单独运行)，其中所述气化炉槽通过固体入口装载有含碳固体或固体/气体混合物，并且通过设置在气化炉槽下部中的通道形穿孔底部加载有以受控方式进入的预热气化剂，所述气化剂从底部上升到顶部，引起自适应气化区Z1中的固定床发生流化上浮(fluidised floating)，所述自适应气化区Z1的温度方面的操作条件约为800℃，伴随着含碳固体活性热化学转化至具有高热值的合成气体。

[0047] 在所述上浮受到位于填充界限上方的随后自适应气化区Z2中约1300℃下的另一转化期间，固体物质被释放，但是还没有转化，所述热化学转化由通过设置在流化固定床上方的覆盖的截锥体而产生的强化的对流换热以及降低的流动速度所引起。

[0048] 在准层流过程变成湍流过程的情况下，通过经由喷射器将碳化气体、气化剂和热蒸汽单独引入气化区Z2，接着通过径向环形开口间隙上的复杂气体通道、在覆盖的截锥体上部中的受控的中心环形开口间隙以及平行的流道以实现性能增加的湍流，该转化过程能得到增强。

[0049] 在自适应气化区中，尤其在中心环形间隙以及流进自适应气化区Z3(优选约950℃)的可用自由气化炉空间的流道的湍流通道处，产生的速度分布对仍然存在的、上浮的残渣碳及其接近完全转化到合成气体的转化物的停留时间具有延长的作用。

[0050] 使用工艺稳定的气化和温度区Z1至Z3以及可用的自由气化炉空间来引导气体的具体方式引起有机化合物，尤其是焦油，几乎完全被破坏并且转化成具有高热值的合成气体。

[0051] 同时，密度比流化的碳混合物高的惰性污染物(灰烬、炉渣、矿渣等)下降，接着通过通道形穿孔底部、排料槽、闸门以及出口装置排放。通道形穿孔底部上方的任何不可分离的残渣通过污染物出口移除，该污染物出口优选螺杆/螺旋结构。

[0052] 相同的装置控制气化炉槽中所需的填充水平，从而控制含碳固体的填充界限。在分离污染物后，可将碳组分馈送回来，以进一步用于先前工艺和/气化炉。

[0053] 产生的合成气体，主要由CO、H2、CH4以及CO2组成，在气化炉的上部中被抽出，经过纯化和冷却工艺后，提供用于进一步的使用。

[0054] 连续工艺操作，尤其是空间分离成自适应气化区Z1至Z3的优点是，通过碳化气体等实现气化工艺的稳定和改进，由于具有经由两个流道的流量控制阀的覆盖的截锥体，以及由于在选定的大气和化学计量条件下对气化工艺的控制影响(温度和压力)，而使得可以改变流动关系。

[0055] 上述三区式气化炉以及操作此类气化炉的方法的优点在于，具有较长的停留时间、产生质量和数量提高的碳转化以及增强的气化工艺性能，同时防止由于惰性固体和/或炉渣形成的污染物而产生工艺引起的气化炉堵塞、位移以及拥塞。

[0056] 此外，通过使用流动成形装置以及多个自适应气化区而将准层流转化成湍流，所述三区式气化炉以及操作该气化炉的方法实现更强化的碳颗粒对流换热。

[0057] 而且，通过将碳化气体、气化剂、热蒸汽等分开引入流化固定床上方的气化区而确保气化工艺的稳定性，以及通过经由流动导管的控制影响，流动导管使用没有气体和热量积累的气化区内的流道，来确保差异化和较高的工艺及温度稳定性，从而实现产生几乎完全去除粉尘的原料气体。

[0058] 下面将参考示意图对本发明进行更详细的描述，其中：

[0059] 图1所示为根据本发明的三区式气化炉实施例的截面示意图；

[0060] 图2所示为根据图1的三区式气化炉的外部示意图；

[0061] 图3所示为设置用于含碳废产物和/或废料热转化的示意性概况，该热转换包括使用或集成图1所示的三区式气化炉的气体处理。

[0062] 图1中所示的三区式气化炉包括具有壳体(4)的下气化炉槽(3)以及设置在该壳体上方的优选管状气化炉外壳(13)，所述气化炉外壳(13)包括隔热层(14)、合成气体出口(16)、具有维修入口(18)的气化炉头(17)以及抽气管(19)，其中气化炉槽(3)、壳体(4)以及排料槽(6)以气密的方式连接至气化炉外壳(13)，并且气化炉外壳(13)通过轴承(15)固定。

[0063] 气化炉槽(3)优选包括横向端壁的半管状，并且包括(从上到下逐渐变细)优选通道形的穿孔底部(35)、沿纵向轴线设置在该底部的污染物出口(5)、固体入口(1)(优选水平的并且包括输送器螺杆以及柔性连接(2)，优选处于填充界限(33)下方三分之二处)以及放置在流化固定床(34)的填充界限上方的喷射器(10)。

[0064] 在优选设置有通道形的穿孔底部(35)的气化炉槽(3)下方，将排料槽(6)设置在气化炉槽(3)和壳体(4)之间的分离空间(11)中，所述排料槽(6)设置气化剂供给(9)，气化剂供给(9)可具有单片或多片设计。

[0065] 排料槽(6)连接至闸门(7)以及出口装置(8)，闸门(7)优选旋转气闸，出口装置(8)优选输送器螺杆或管链式输送器。

[0066] 在法兰连接(12)上方以及包括隔热层(14)的气化炉外壳(13)的内部，中心设置覆盖的截锥体(21)，该截锥体(21)从下到上逐渐变细，并且优选具有闭合的表面，设置该圆锥体以便在这些部件之间形成径向的环形间隙开口(22)，以及通过流环(flow ring)(31)和中心设置在所述流环(31)上方的流量控制阀主体(23)【称为用于产生环形间隙开口(32)的流量控制阀】在覆盖的截锥体(21)上部形成的中心环形间隙开口(32)。

[0067] 周向挡板(26)以几乎平行于两侧打开的覆盖的截锥体(21)的方式设置在气化炉外壳(13)内部上，所述挡板(26)优选具有角形和/或分段设计，以便在截锥体(21)和挡板(26)之间形成流道(30)。

[0068] 具有用于流量控制阀主体(23)的锁定机构(24)的中心导管设置在气化炉头下方的自由气化炉空间(20)中，所述导管连接至用于垂直调节流量控制阀主体(23)的提升装置(25)。提升装置(25)设置在三区式气化炉外部并且设置在气化炉头(17)上方。

[0069] 此外，三区式气化炉的自适应设计【中心环形间隙开口(32)的可调整尺寸】以及选择性工艺改进的气化区和产生湍流的温度，特别是在具有自适应气化区Z1(27)的流化固定床中，在填充界限(33)和具有自适应气化区Z2(28)的覆盖的截锥体(21)之间，以及在具有自适应气化区Z3(29)的自由气化炉空间(20)中。

[0070] 此外，在有利的方式中，流量控制阀主体(23)能任选地并且选择性地设置有球体、圆锥椎体或半壳、平面或圆柱形状，特别地，该形状影响通过中心环形间隙开口(32)的可调整尺寸来控制的流量和温度条件。

[0071] 此外，挡板(26)可任选地并且选择性具有角形、圆形、椭圆形、折叠和/或异形设计。

[0072] 对于基于工艺的影响，覆盖的截头圆椎体(21)可被穿孔，设置有孔、开槽和/或筛形。

[0073] 半壳式气化炉槽(3)应具有相对于排料槽(6)边界面积约8-12％的自由孔径表面。

[0074] 此三区式气化炉如下操作：

[0075] 在图1以及2中所示的三区式气化炉使得能够在限定的大气条件下，通过借助三个自适应气化区Z1和Z2(27和28)的选择性部分氧化和还原(等温过程控制)以及具有后还原和后氧化的Z3(29)来进行含碳固体的连续转化。在操作期间，三区式气化炉内部的气流由底部(准层流过程)上升至顶部(合适的湍流过程)。

[0076] 在三区式气化炉的操作期间，含碳固体和/或固体/气体混合物通过水平设置的固体入口(1)横向引入，固体入口(1)优选输送器螺杆，并且具有穿过壳体(4)进入气化炉槽(3)的柔性连接(2)。固体入口(1)优选放置在填充界限(33)下方的三分之二处。

[0077] 气化剂接着通过由设置在壳体(4)和气化剂槽(3)之间的分离空间(11)包围的气化剂供给(9)如下进入：

[0078] 在操作期间，含碳固体和/或固体/气体混合物被引入气化炉槽(3)直到达到填充界限(33)，接着通过气化剂供给(9)以及排料槽(6)并且经由朝纵向轴线的方向设置的通道形穿孔底部(35)来使用经预热的气化剂将含碳固体和/或固体/气体混合物从底部加载到顶部。

[0079] 向上流动使得固定床成为流化状态并且启动氧化还原反应，该反应优选在约800℃的条件下。在含碳固体的填充界限(33)区域中伴随的上浮使得进入自适应气化区Z2(28)的细碳颗粒排出增多。

[0080] 通过喷射器(10)将例如来自先前过程的碳化气体、其它气化剂、热蒸汽等添加至气化区Z2(28)，释放的碳受到在法兰连接(12)上方的另一热化学转化(氧化以及还原)，优选在约1300℃下，该热化学转换借助设置在流化固定床(34)上方的覆盖的截锥体(21)产生的固体/气体混合物的强化对流换热以及降低的流速所引起。

[0081] 在将准层流过程变化为湍流过程的情况下，通过将法兰连接(12)区域中的气体引导通过径向环形间隙开口(22)、覆盖的截锥体(21)上部中的受控的中心环形间隙开口(32)以及几乎平行的流道(30)，该流道受限于具有绝热层(14)以及挡板(26)的气化炉外壳(13)的内壁，以实现就气体输出以及热值而言性能提高的湍流，在三区式气化炉的热化学转化过程得到增强，并且将固体/气体混合物后还原/后氧化成为非常有用的合成气体。

[0082] 自适应气化炉区Z1、Z2以及Z3中的速度分布，特别是在中心环形间隙开口(32)和上方设置有流量控制阀主体(23)的流环(31)之间的湍流通道以及在覆盖的截锥体(21)和挡板(26)之间形成的流道(30)的速度分布，在自由气化空间(20)约950℃的条件下，对仍存在的、上浮的残留碳以及其接近完全转换至合成气体的转化物的停留时间具有延长的效果。

[0083] 产生的合成气体，主要由CO、H2、CH4以及SO2组成，通过气化炉外壳(13)上部中的合成气体出口(16)抽出，以用于进一步的处理和/或使用。

[0084] 流量控制阀主体(23)的控制通过具有锁定装置以及相关提升装置(25)的中心导管(24)来实现，提升装置(25)垂直调节流量控制阀主体(23)，以为了调节环形间隙开口(32)的尺寸。

[0085] 由于碳在流化固定床(34)中发生热化学转化并且产生多相流，较高密度的物体下沉，而较低密度的物体上浮至顶部。下沉的惰性材料(金属、石头、沙子、陶瓷等)和/或烧结的灰烬、炉渣一方面通过通道形穿孔底部(35)、排料槽(6)、优选设置为旋转气闸的闸门(7)、以及出口装置(8)排出，其中较大的污染物通过污染物出口(5)排出。

[0086] 为了确保工艺稳定以及气化炉的连续操作，污染物出口(5)还控制气化炉槽(3)中所需的填充水平，从而控制所进入的含碳固体的填充界限(33)。

[0087] 如图3所示，本文所述的三区式气化炉可使用现存的或新的用于热转化废产物和/或废料和/或含碳固体的设置替代先前公知的气化炉，或者作为转化以及气体处理的独立装置使用。

[0088] 本发明的三区式气化炉的主要优点是，特别地，其启动较长的停留时间而因此产生质量上以及数量上较高的碳转换以及增强的性能，防止由于惰性固体和/或炉渣形成的污染物而产生工艺引起的气化炉堵塞、位移以及拥塞，通过流动成形装置以及固定的自适应区将准层流转化成湍流来形成碳颗粒的强化对流换热，通过将例如碳化气体、气化剂、热蒸汽等分开馈送进入流化固定床上方的气化区来确保气化工艺的稳定性，以及通过借助没有气体和热量积累的气化区内的流动导管来控制影响以确保差异化和较高的工艺及温度稳定性。

[0089] 与现有技术相比，此气化炉的使用允许将含碳固体几乎完全转化，从而可以获得几乎完全除去粉尘的原料气体。

[0090] 说明书中所述的所有特征、示例性实施例以及下面的权利要求以单独和以它们的任意组合的方式对于本发明来说均是必不可少的。

[0091] 引用标记列表

[0092] 1-固体入口

[0093] 2-柔性连接

[0094] 3-气化炉槽

[0095] 4-壳体

[0096] 5-污染物出口

[0097] 6-排料槽

[0098] 7-闸门

[0099] 8-出口装置

[0100] 9-气化剂供给

[0101] 10-喷射器

[0102] 11-分离空间

[0103] 12-法兰连接

[0104] 13-气化炉外壳

[0105] 14-隔热层

[0106] 15-轴承

[0107] 16-合成气体出口

[0108] 17-气化炉头

[0109] 18-维修入口

[0110] 19-抽气管

[0111] 20-自由气化炉空间

[0112] 21-覆盖的截锥体

[0113] 22-径向环形间隙开口

[0114] 23-流量控制阀主体

[0115] 24-中心导管

[0116] 25-提升装置

[0117] 26-挡板

[0118] 27-自适应气化区(Z1)

[0119] 28-自适应气化区(Z2)

[0120] 29-自适应气化区(Z3)

[0121] 30-流道

[0122] 31-流环

[0123] 32-中心环形间隙开口

[0124] 33-填充界限

[0125] 34-流化固定床

[0126] 35-穿孔底部

[0127] Z1-第一气化区

[0128] Z2-第二气化区

[0129] Z3-第三气化区