等離子體氣化反應器的制造方法
【專利說明】等離子體氣化反應器
[0001]本發(fā)明是中國發(fā)明專利名稱為等離子體氣化反應器、申請?zhí)枮?01080007559.7 (PCT/US2010/023184、國際申請日為2010年2月4日)的分案申請。
技術領域
[0002]本發(fā)明涉及等離子體氣化反應器，其具有可促進例如合成氣制備的工藝的特征，特別是包括反應器容器上部部分構造；反應器出口端口構造；和/或反應器進料端口構造，與其中使用所述這些特征的等離子體氣化反應器和系統(tǒng)的其他方面結合。
【背景技術】
[0003]介紹【背景技術】來簡要描述本發(fā)明的來龍去脈。
[0004]等離子體氣化反應器(有時稱為PGR)是已知的，并且用于處理各種不同材料中的任何一種，包括例如廢金屬、有害廢物、其他市政或工廠廢物和垃圾填埋材料，以獲得例如金屬等可用材料，或使不期望的廢物玻璃化，以更易于處置。對此類應用的關注還在繼續(xù)。(在本發(fā)明的說明書中，“等離子體氣化反應器”和“PGR”用來指同一一般類型的反應器，無論用于氣化還是用于玻璃化，或者既用于氣化又用于玻璃化)。
[0005]除了上述用途之外，PGR還適用于進行燃料改良或產生適用作燃料的氣化反應產物，具有或不具有后序處理。
[0006]PGR及其多種用途描述于例如2005年中或末出版的Industrial Plasma TorchSystem, Westinghouse Plasma Corporat1n， Descriptive Bulletin 27-501；Dighe 的2008 年 5 月 19-21 日 NAWTEC16 會議論文集中的名稱為 “Plasma Gasificat1n:A ProvenTechnology” 的論文(長摘要 _AWTEC16-1938) ；ffillerton 的 2008 年 5 月 12-16 日由Air&ffaste Management Associat1n 贊助的第 27 屆 Annual Internat1nal Conferenceon Thermal Treatment Technologies 論文集中的名稱為 “Plasma Gasificat1n-Provenand EnvironmentalIy Responsible”(2008)的論文；Dighe 等人的 2008 年 12 月 4 日公布的名稱為“System and Process for Upgrading Heavy Hydrocarbons” 的美國專利申請2008/0299019 ;Dighe 等人的 2008 年 6 月 14 日提交的名稱為 “System and Process forReduct1n of Greenhouse Gas and Convers1n of B1mass” 的美國專利申請序列號N0.12/157，751，所有上述文獻以引用的方式并入本文中，以獲得其對PGR及它們的用途的描述。

【發(fā)明內容】

[0007]本
【發(fā)明內容】
簡要描述了本發(fā)明的一些方面的特征。進行的說明旨在總體上提供信息，但是并非如所附權利要求一樣具有限制性。
[0008]在各方面中，本發(fā)明涉及反應器容器的特征和組合，包括反應器容器幾何形狀、出口端口(或排放端口)構造和材料進料端口構造，其還具有獨立的實用性。
[0009]本發(fā)明部分涉及PGR，特別地但是不限于，主要用作能夠制備可用作燃料的合成氣體(或合成氣)的氣化器的PGR，在具有豎直構造的容器中，其特征在于具有特定幾何形狀和結構特征的底部部分、上部部分和在所述上部部分上方的頂部部分。在一些公開實施例中，可為圓柱形的底部部分容納碳質層，一個或多個等離子體炬將等離子體氣體噴射在所述碳質層中，以形成至少約600°C (并且通常高達約2000°C )的操作溫度，所述上部部分作為圓錐形壁從所述底部部分基本上連續(xù)地向上延伸到容器的頂部，不具有任何大的圓柱形或其他構造的部分，所述圓錐形壁倒置取向，即，其最窄橫截面直徑在底部部分處，其在這里與底部部分連接，并且有時本文稱為具有截頭倒置圓錐形狀。
[0010]雖然一些之前公開的PGR構造具有上部部分，其在所述上部部分的下端和所述上部部分的上端之間加大，但是本發(fā)明公開的PGR的實施例不是之前已知的。
[0011]這樣的示例性實施例還以其總體組合包括一個或多個用于將原料引入反應器容器中的進料端口的創(chuàng)新性布置方案，所述布置方案可有助于材料的更均勻分布。這樣的分布式進料端口構造也可用于具有其他容器幾何形狀的PGR。
[0012]而且，在具有圓錐形壁的進一步的示例中，具有一個或多個出口端口，其每一個具有管道，所述管道從所述頂部延伸到所述容器外部，并且還通過侵入部而延伸到容器內部。這樣的具有侵入部的出口端口也可用于PGR的其他位置和容器幾何形狀中。
[0013]PGR的這些和其他方面可與所述的圓錐形壁一起選擇地用于PGR的一般用途中的任一個，特別地包括但不限于，制備在通過所述出口端口離開所述容器后可用于燃料應用的合成氣的PGR。一些公開的示例利用了對反應器結構特征可怎樣影響例如氣流和反應物停留時間等特征的更深的理解，這些特征可有助于獲得所供給材料的更完全的反應，以提高所需生產產品的產量。
[0014]下面的說明展示了關于本發(fā)明示例性實施例的更多方面和信息。
【附圖說明】
[0015]圖1是根據本發(fā)明的等離子體氣化反應器的一個示例的部分剖視正視圖；
[0016]圖2和圖3是其他示例PGR的外形視圖；
[0017]圖4是根據本發(fā)明的一個示例的PGR的頂部的平面視圖；
[0018]圖5-8是可用于本發(fā)明一些示例中的進料端口布置方式的局部示意視圖；
[0019]圖9是根據本發(fā)明一個示例的PGR系統(tǒng)的外形示意視圖。
【具體實施方式】
[0020]圖1示出例如用于氣化碳原料和非碳原料(例如煤和生物質的混合物)來制備合成氣、熔渣和金屬的示例性PGR。“合成氣”是指通常得自與氧氣(例如來自空氣)和水(例如蒸汽)一起經受氣化的包括碳材料(例如煤)或烴材料(例如生物質或重油)等原料的“合成氣體”的術語。所得的合成氣通常包含可用的氫氣和一氧化碳。另外，根據供給的固態(tài)和氣態(tài)材料，可能在合成氣中出現(xiàn)大量的氣化烴。所制備的合成氣可用作燃料，例如作為氣輪機的燃料，或進一步處理來形成液體燃料，例如用于交通目的的乙醇。例如圖1的PGR也可用于例如金屬廢物利用等目的，其中氣態(tài)產物排出而經過或不經過后序處理。
[0021]圖1的以其左半部分為完整正視圖、右半部分豎直剖開顯示的反應器具有反應器容器10，其通常為耐火材料襯里的鋼(襯里在圖中沒有具體示出)，其主要部分包括上部部分12、底部部分14和頂部16。上部部分12的下端和上端分別以氣密方式連接到底部部分14和頂部16。圖1實施例中一個特別引人關注的方面是，上部部分12具有從底部部分14(較小的橫截面)延伸到頂部16 (較大的橫截面)的圓錐形壁18。壁18在基本上其整個延伸長度上相對于反應器容器10的豎直軸成角度(α，圖1中)(例如在約5°到約25°范圍內的角度)。這是可輔助操作氣體流的構造(下面進一步討論)的一個實例。但是，如果進行較小的改變也可獲得可用構造和有益效果，例如類似于壁18的壁，但是在沿其延伸長度的任意位置處，圓錐形斜面在其沿壁18向上行進時相對于豎直方向以不超過約5°的變化而改變?yōu)檩^大的角度，或改變?yōu)檩^小的角度，或其中所述壁無論任何原因包括不超過其總長的約10%到20%的較小部分為變型或非圓錐形(例如為圓柱形)形狀(其中，最高達總長的約20%的圓柱形狀的使用可特別用于進料端口的位置，如將參照圖6進一步說明)。
[0022]圖2和圖3示出作為其他合適的創(chuàng)新型布置方式的實例的實施例，其中上部部分的下部12a的圓錐形壁部18a呈與上部部分的上部12b的圓錐形壁部18b略微不同的角度。圖2中，下部12a的壁18a比上部12的壁18b更向外傾斜。圖3中，變化在于壁18b比壁18a更向外傾斜。圖2和圖3的其他方面將在下面討論。
[0023]返回到圖1，反應器容器10的底部部分14的示例可以是任何傳統(tǒng)構造，并且通常為圓柱形。其直接與上部部分12的圓形底部配合，但是具有小的圓錐形過渡部13，圓錐形過渡部13具有比壁18的大部分更大的角度。因而，底部部分14的頂部和上部部分12的底部具有類似的構造，或在其間具有小長度的過渡部。
[0024]通常是有利的是，在容器的豎直延伸長度上，上部部分12及其基本上圓錐形壁18在水平高度處具有圓形橫截面。另一個變化是上部部分12的橫向橫截面不是圓形的情況，例如，正交橫向尺寸比率在大于1:1范圍內的橢圓形橫截面是合適的，包括高達約3:1的橢圓形橫截面。所描述的任何示例可具有圓形或非圓形橫截面結構，以及PGR的其他所述方面。
[0025]如圖1中所示并且在其他PGR示例中進行了一些改變的壁18的幾何特征總結如下:
[0026]壁18或其至少約80%到90%具有相對于豎直軸成在約5°和約25°之間的角度α的斜面；
[0027]壁角度α全部相同或隨壁從底部部分14到頂部16向上而遞增地變得更寬，或在α變得更小的示例中，隨著壁豎直向上行進，具有從較大α到較小α的過渡部，任何這樣的過渡部具有不超過約5°的角度，并且上部仍具有大于零的角度α ;
[0028]圓錐形壁18可具有圓形橫截面(最典型的例子)，或另一些包括橢圓形橫截面，例如兩個正交直徑比例高達約3:1的橢圓形橫截面；和
[0029]PGR上部部分12的側壁的從底部部分14到頂部16的不符合任何上述標準的任何部分，例如關于豎直方向成零度角度的圓柱形壁，限于不超過上部部分豎直高度的約10%，但設置有一個或多個橫向進料端口的圓柱形側壁的情況除外，其可占上部部分豎直高度的約