用于气化和/或熔化原料的反应器和方法与流程

技术特征：

1.一种使用反应器气化含碳原料以产生热还原气体的方法，该方法包括以下步骤：

-通过闸门对含碳原料进行滞塞进料(choke-feeding)，以在反应器的热解区中形成排出床(dischargebed)；

-加热所述热解区中的所述排出床，以引发含碳原料的热解并形成热解产物；

-通过在热解区下方的位置向所述反应器供给至少800℃温度的氧气源，在所述反应器中提供下部高温的上部氧化区；

-将热解产物和剩余未热解的含碳原料在所述高温的上部氧化区进行气化，以在所述反应器的上部还原区形成半焦床(charbed)，所述上部还原区位于所述高温的上部氧化区的下方；

-在所述上部还原区将热能转化为化学能；

-通过在所述反应器的下部还原区下方的位置向所述反应器提供至少800℃温度的氧气源，以在所述反应器中提供下部高温的下部氧化区；

-收集所述下部氧化区中存在的任何金属和/或炉渣熔体；

-去除所述下部氧化区中存在的金属和/或炉渣熔体；和

-通过位于所述反应器的气体出口部分的气体出口排出所述上部还原区内产生的温度至少为1300℃且co/co2比≥5的热还原气体，所述气体出口部分位于所述反应器的所述上部还原区和所述下部还原区之间。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，排出的热还原气体的co/co2比≥15。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，将所述热解区中的所排出床逐步加热到至少700℃的温度，所述温度逐步升高以防止所述含碳原料和热解产物的分解。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括以下步骤：向所述热解区提供热气体，以加热所述热解区中的所述排出床，引发所述含碳原料的热解并形成所述热解产物。

5.根据权利要求4所述的方法，包括以下步骤：控制供给至所述热解区的所述热气体的体积流量，以将所述热解区中的排出床逐步加热至至少700℃的温度，所述温度逐步升高以防止所述含碳原料和所述热解产物的分解。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括以下步骤：在将所述含碳原料滞塞进料到所述反应器之前，对所述含碳原料进行干燥。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括以下步骤：在所述反应器的缓冲区中预热和预干燥所述含碳原料，所述缓冲区位于所述反应器的热解区的上方。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，通过将所述含碳原料进料到所述热解区，形成具有排出锥斗(dischargecone)的排出床，所述热解区的横截面相对于缓冲区的横截面增大。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括以下步骤：在所述反应器的中间区热解并干燥所述含碳原料，所述中间区位于所述热解区的下方。

10.根据权利要求9所述的方法，包括以下步骤：从所述反应器的所述至少一个气体出口排出在所述反应器的并流(co-current)部分中产生的具有至少1300℃温度的热还原气体，所述并流部分包括：

-所述反应器的充气区，所述充气区包括:

o所述反应器的进料区；

o所述反应器的缓冲区；

o所述反应器的热解区；和

o所述反应器的中间区；

-所述反应器的上部氧化区；和

-所述反应器的上部还原区。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法包括以下步骤：通过位于所述反应器的气体出口部分的所述气体出口排出在反应器的逆流(countercurrent)部分中产生的具有至少1300℃温度的热还原气体，所述逆流部分包括所述反应器的下部氧化区和下部还原区。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其中，所述上部氧化区的体积与所述充气区的体积的调节比为1：n体积单位，其中4≤n≤20。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其中，所述上部氧化区的体积与所述上部还原区和所述充气区体积的总体积的体积比为1：n体积单位，其中7≤n≤25。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的方法，其中，所述逆流部分的体积与所述反应器的总体积的体积比为1：n体积单位，其中1≤n≤10。

15.一种在气化含碳原料的方法中使用的反应器，所述反应器包括：

-并流部分，包括：

o充气区，包括：

■具有闸门的进料区，其中原料通过所述进料区从上方引入反应器中；

■缓冲区；

■与所述缓冲区底部邻接的内衬耐火材料的热解区，其同时提供横截面扩大；和

■与所述热解区底部邻接的内衬耐火材料的中间区；

o与所述中间区的底部邻接的内衬耐火材料的上部氧化区，并包括在至少一个平面上的多个风口(tuyeres)；和

o与所述上部氧化区的底部邻接的内衬耐火材料的上部还原区；

-内衬耐火材料的气体出口部分，包括至少一个气体出口；和

-内衬耐火材料的逆流部分，包括：

o与所述气体出口部分邻接的锥形下部还原区；和

o与所述锥形下部还原区邻接的锥形下部氧化区，所述锥形下部氧化区包括至少一个风口和开孔，

其中，所述内衬耐火材料的上部氧化区的体积与所述充气区的体积的体积比为1：n体积单位，其中4≤n≤20。

16.根据权利要求15所述的反应器，其中，所述内衬耐火材料的上部氧化区的体积与所述内衬耐火材料的上部还原区的体积和所述充气区的体积的总体积的体积比为1：n体积单位，其中7≤n≤25。

17.根据权利要求15或16所述的反应器，其中，所述内衬耐火材料的逆流部分的体积与所述反应器的总体积的体积比为1：n体积单位，其中1≤n≤10。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的反应器，其中，所述反应器的至少一个内衬耐火材料部由至少两个彼此叠置的内衬部分组成，其中，在彼此叠置的内衬部分之间形成凸舌-凹槽(tongue-and-groove)连接，其中一个所述内衬部分在朝向所述反应器内部的一侧上具有凹槽，而另一个内衬部分在朝向所述反应器内部的一侧上具有凸舌，其中凸舌-凹槽连接在凹槽和凸舌之间具有与温度相关的间隙开口。

19.根据权利要求18所述的反应器，其中，在所述至少两个内衬部分之间布置有周向水冷式控制台。

20.根据权利要求18或权利要求19所述的反应器，其中，所述上部内衬部分具有所述凹槽，并且所述下部内衬部分具有所述凸舌。

21.根据权利要求18至20中任一项所述的反应器，其中，所述至少两个内衬部分中的每一个具有内部耐火内衬和一个包围所述内部耐火内衬的外部内衬。

22.根据权利要求21所述的反应器，其中，所述内部耐火内衬是由耐火砖制成的内衬或整体式内衬。

23.根据权利要求19至22中任一项所述的反应器，其中，所述周向水冷式控制台由碳钢或不锈钢组成。

24.根据权利要求15至23中任一项所述的反应器，其中，所述内衬耐火材料的上部氧化区和/或内衬耐火材料的锥形下部氧化区的风口由陶瓷制成。

25.根据权利要求15至23中任一项所述的反应器，其中，所述内衬耐火材料的上部氧化区和/或内衬耐火材料的锥形下部氧化区的风口由铜或钢制成，其中在每个风口中布置有内部陶瓷管，并且其中在陶瓷内管和相应的风口之间布置有可压缩且耐温的层。

26.根据权利要求15至25中任一项所述的反应器，其中，所述内衬耐火材料的上部氧化区的锥角为5°至30°。

27.根据权利要求15至26中任一项所述的反应器，其中，所述内衬耐火材料的上部还原区布置于内衬耐火材料的气体出口部分的上方，所述内衬耐火材料的气体出口部分与所述内衬耐火材料的上部还原区的底部邻接，同时提供横截面扩大。

28.根据权利要求15至27中任一项所述的反应器，其中，至少部分所述内衬耐火材料的上部还原区布置在所述内衬耐火材料的气体出口部分中，所述内衬耐火材料的气体出口部分相对于所述内衬耐火材料的上部还原区具有横截面扩大。

29.根据权利要求15至28中任一项所述的反应器，其中，所述内衬耐火材料的锥形下部还原区与所述内衬耐火材料的锥形下部氧化区的锥角为50°至70°。

30.根据权利要求15至29中任一项所述的反应器，其中，至少一个气体供应装置布置在所述内衬耐火材料的热解区的横截面扩大的区中。

31.根据权利要求15至30中任一项所述的反应器，其中所述内衬耐火材料的上部氧化区的风口布置在多个平面上。

32.根据权利要求15至31中任一项所述的反应器，其中，至少一个另外的风口布置在所述内衬耐火材料的锥形下部还原区的另外的平面中；或者一个另外的风口布置在所述内衬耐火材料的锥形下部还原区的另外的平面中，并且至少一个额外的风口布置在内衬耐火材料的上部还原区中。

33.根据权利要求15至32中任一项所述的反应器，其中，至少一个另外的风口布置在所述内衬耐火材料的锥形下部氧化区的另外的平面中。

34.权利要求15至33中任一项所述的反应器的用途，其用于提供温度在1500℃至1750℃之间且co/co2比≥15的气体，其中，将所述气体引入冶金反应器中以还原熔化。

35.一种系统，包括权利要求15至33中任一项所述的反应器和与所述反应器连接的、用于还原熔化的冶金反应器。

36.权利要求15至33中任一项所述的反应器在权利要求1至14中任一项所述的方法中的用途。

技术总结
本发明涉及一种气化含碳原料的方法和反应器。所述方法包括以下步骤：将碳质原材料滞塞进料到反应器的热解区中以形成排出床；加热排出床以引发原料的热解来形成热解产物；提供位于下部的上部氧化区；气化热解产物以形成半焦床；在上部还原区将热能转化为化学能；提供位于下部的下部氧化区；收集下部氧化区的任何金属炉渣和/或炉渣熔体；排放温度至少为1300℃且CO/CO2比≥5，更优选≥15的热还原气体。

技术研发人员：安德烈·韦格纳;彼得鲁斯·亨德里克·费雷拉·卜伟纳
受保护的技术使用者：非洲彩虹矿产有限公司
技术研发日：2019.11.28
技术公布日：2021.08.20