20%ο
[0030]即使具有這樣的可能的修改形式，所述修改形式全部應(yīng)被認(rèn)為落在本發(fā)明的“圓錐形上部部分”或“圓錐形壁”或“連續(xù)的圓錐形壁”的范圍內(nèi)，無論有沒有術(shù)語“基本上”或類似術(shù)語與其相伴，圓錐形壁18仍與現(xiàn)有PGR的容器構(gòu)造，例如具有大的(至少約25% )圓柱形部分或底端比頂端更寬的圓錐形部分的容器結(jié)構(gòu)形成對(duì)照。
[0031]本文所述的上部部分壁的幾何形狀為例如圖1中的壁18的內(nèi)表面的幾何形狀。通常，上部部分壁的外表面平行于內(nèi)表面，但是這對(duì)于符合所關(guān)注的標(biāo)準(zhǔn)并不是必要的。
[0032]對(duì)于該典型示例，底部部分14的其他特征及其目的如下所述。底部部分14容納用于碳質(zhì)層20 (有時(shí)稱為炭層或焦炭層)的空間，其可以具有例如碎鑄造焦炭、石油焦炭或混合的煤和焦炭的成分。通過進(jìn)一步示例，層20可具有平均橫截面尺寸為約5-lOcm的上述成分的顆粒或碎片，或具有其他粒度或形狀，以具有充足的反應(yīng)表面積，同時(shí)允許供給材料和反應(yīng)產(chǎn)物流動(dòng)通過層20，通常全部與過去的PGR實(shí)施方式一致。
[0033]底部部分14具有壁15，壁15具有一個(gè)或多個(gè)(通常兩個(gè)到四個(gè))噴嘴、端口或風(fēng)嘴22 (可替代術(shù)語)，用于設(shè)置相同數(shù)量的等離子體炬24 (沒有詳細(xì)示出)。等離子體端口22可如圖所示關(guān)于水平方向呈向下傾斜的角度，或例如為水平的(這也是下面討論的上部部分的進(jìn)料端口 28和附加風(fēng)嘴30的一般情況)。
[0034]底部部分14還配備有數(shù)個(gè)(一個(gè)或多個(gè)，通常為一個(gè)或兩個(gè))熔化液體出口 26，
用于從反應(yīng)器去除金屬和/或熔渣。
[0035]現(xiàn)在返回來進(jìn)一步描述上部部分12的方面，圓錐形壁18設(shè)置有數(shù)個(gè)(至少一個(gè)，通常一個(gè)到三個(gè))橫向(即貫穿壁18)進(jìn)料端口 28。橫向進(jìn)料端口 28使得通常不需要具有貫穿頂部16的任何進(jìn)料端口，但是不排除貫穿頂部16具有進(jìn)料端口的形式，作為附加的或替代的進(jìn)料端口。橫向進(jìn)料端口 28使原料靠近反應(yīng)器的主反應(yīng)區(qū)進(jìn)入，并且可減少未反應(yīng)原料在頂部中或附近通過出口端口吹出的可能性。下面圖5-8的后續(xù)描述包括對(duì)獲得材料的基本上均勻的分布以及反應(yīng)完全性的方法的描述。根據(jù)關(guān)于圖8進(jìn)一步描述的一個(gè)示例，進(jìn)料端口配備有分布式進(jìn)料機(jī)構(gòu)，以輔助獲得原料在反應(yīng)器上部部分內(nèi)部的更均勻的分布O
[0036]另外，圖1的上部部分12具有數(shù)個(gè)風(fēng)嘴30 (例如兩排中的每一排中高達(dá)約12個(gè))，根據(jù)需要或期望用于進(jìn)行另外的通常氣態(tài)材料供給的任何特定工藝中。風(fēng)嘴30在該示例中通常貫穿圓錐形壁18靠近底部部分14設(shè)置在進(jìn)料端口 28下方。底部部分14的等離子體端口 22有時(shí)稱為主風(fēng)嘴，而上部部分12的風(fēng)嘴30有時(shí)稱為第二風(fēng)嘴(在靠近底部部分14的排中的風(fēng)嘴)和第三風(fēng)嘴(在所述第二風(fēng)嘴上方的排中)。
[0037]頂部16覆蓋上部部分12的圓錐形壁18的上端。壁18的上端的外周相對(duì)于頂部16氣密密封。頂部16具有數(shù)個(gè)、一個(gè)或多個(gè)、通常二到六個(gè)出口端口 32。出口端口 32構(gòu)成管道，用于使氣態(tài)產(chǎn)物(例如合成氣)從反應(yīng)器容器10排出。在本發(fā)明的PGR的一些示例中，如圖1中所示，出口端口 32僅貫穿反應(yīng)器容器10的頂部16，進(jìn)料端口 28僅貫穿圓錐形壁18。
[0038]在圖1的示例中，出口端口 32直接豎直延伸貫穿頂部16。在可替代布置方式中，任何數(shù)量的頂部出口端口可布置成使其軸線關(guān)于豎直方向成角度；一個(gè)示例是出口端口的軸線成基本上與壁18的角度相同的角度，并且與壁18平行。更一般地，貫穿屋頂?shù)某隹诙丝诘妮S線可以成任何角度，并且在一些例子中可以與貫穿頂部16所示的不同，例如橫向貫穿壁18自身的上部外周，例如在圖3中，同時(shí)容器的頂部不具有或也具有一個(gè)或多個(gè)出口。通常，具有可去除蓋的檢修孔也設(shè)置在頂部I6中。
[0039]在所關(guān)注的一些示例中，如圖1中所示，出口端口 32靠近壁18的內(nèi)表面設(shè)置在頂部16中。無論使用任何出口端口構(gòu)型，根據(jù)其數(shù)量、尺寸、位置和角度，其可為僅有的貫穿容器10的頂部(或壁)的開口，具有合適的外部管道系統(tǒng)，或如圖1中所示，出口端口 32可布置有從容器10內(nèi)部的位置通到容器10外部的管道34。管道34的內(nèi)部稱為侵入部或侵入端口 36。侵入部36在如圖1中所示的一些示例中延伸到靠近上部部分12的側(cè)壁18內(nèi)側(cè)的空間內(nèi)。
[0040]圖1和上述包括多種修改形式的說明提供了 PGR的多個(gè)示例，其每一個(gè)使用具有如上所述的基本上連續(xù)的圓錐形壁18的上部部分12，與現(xiàn)有已知PGR的相當(dāng)部分和用途形成對(duì)比，現(xiàn)有已知PGR在容納碳質(zhì)層的部分上方的一個(gè)或多個(gè)部分中具有為圓柱形或其他構(gòu)造的相當(dāng)大的部分。
[0041]本領(lǐng)域的技術(shù)人員可在其他傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的PGR中，例如在靠近容器頂部的任何位置具有通常重力進(jìn)給進(jìn)料端口和出口端口和不具有侵入部的PGR中，使用和利用基本上連續(xù)的圓錐形壁18。而且，連續(xù)的圓錐形壁18可以是總體改變的GPR設(shè)計(jì)中的部分，包括例如如上所述的具有用于增強(qiáng)原料分布的裝置的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)料端口，以及具有帶侵入部的管道的一個(gè)或多個(gè)出口端口。
[0042]圖2中，出口端口 32顯示為貫穿頂部116。這里頂部116為拱頂形狀。
[0043]圖3中顯示了具有從上部部分的最上部分12c橫向延伸的出口端口 132的變形形式，所述上部部分在該示例中還顯示具有使壁18仍保持整體基本上圓錐形結(jié)構(gòu)的小長(zhǎng)度的圓柱形結(jié)構(gòu)。替代地，壁18自身的圓錐形形狀可持續(xù)向上，并且橫向出口端口 132貫穿其設(shè)置。
[0044]圖3可以是不具有內(nèi)部侵入部的出口端口 132的示例，但是侵入部也可適用于那里。圖2和圖3出于簡(jiǎn)明沒有示出進(jìn)料端口，只是圖3的頂部116’的頂中心特征116a’可代表中心重力進(jìn)給進(jìn)料端口或檢修孔除外。為了簡(jiǎn)明，省略圖2和圖3中反應(yīng)器的上部部分和整個(gè)底部部分中的進(jìn)料端口和風(fēng)嘴。其可例如為基本上如關(guān)于圖1或本文其他示例所述的構(gòu)造。
[0045]具有侵入部的PGR出口端口，如圖1的具有帶侵入部36的管道34的出口端口 32不限于用于具有例如壁18的基本上圓錐形壁的PGR中。這樣的出口端口可有利地與其他側(cè)壁幾何形狀一起使用或用于與所示特定示例不同的其他位置中。
[0046]下面以進(jìn)一步說明和示例的方式給出影響圓錐形上部部分設(shè)計(jì)構(gòu)造的因素。
[0047]所公開的布置方式特別適宜用于豎直取向的大氣氣化容器。這些是用于在或接近大氣壓力下操作的(即可在略微負(fù)壓到略微正壓范圍內(nèi)操作的)氣化容器，其在其整個(gè)操作過程中經(jīng)受具有高溫的氣流和氣體攜帶的固體成分流?？赡苤匾氖欠磻?yīng)器構(gòu)造怎樣影響如圖1中的反應(yīng)器10的自由空域區(qū)38中的氣體和顆粒的運(yùn)動(dòng)。
[0048]上部部分12的內(nèi)部可被認(rèn)為容納兩個(gè)主要區(qū)域。氣化區(qū)29為處于或靠近風(fēng)嘴30的區(qū)域，其中供給的材料被(至少部分)氣化。(水套31可根據(jù)需要用于緩和壁溫度。)自由空域區(qū)38為上部部分12中的在風(fēng)嘴30上方的空間，氣化的材料上升通過它。通過計(jì)算機(jī)流體動(dòng)力學(xué)研究可模擬氣化器容器在自由空域區(qū)38中的熱傳遞和流體流動(dòng)，以輔助實(shí)現(xiàn)提高的性能?？筛鶕?jù)例如速度流場(chǎng)、氣體停留時(shí)間分布和攜帶固體到出口端口的情況等幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來評(píng)估替代備選設(shè)計(jì)。這樣的研究可表明可怎樣通過具有如上所述的用于壁18的圓錐形擴(kuò)展來獲得有益效果。可獲得的一個(gè)特征是使從反應(yīng)器壁的流分離最小化，并且使由于流分離形成的低速再循環(huán)區(qū)最小化。附帶的有益效果是，由于圓錐形壁18比較簡(jiǎn)單，因此能夠在一些例子中獲得容器所需的鋼及其耐火襯里的較低成本。
[0049]關(guān)于速度流場(chǎng)，認(rèn)為如果反應(yīng)器橫截面的速度越均勻，則反應(yīng)器橫截面的速度越好，因?yàn)檫@使得用于進(jìn)行反應(yīng)的反應(yīng)器容積的利用更有效。
[0050]氣體停留時(shí)間分布曲線顯示了平均氣體停留時(shí)間。通常，停留時(shí)間更長(zhǎng)更有利于反應(yīng)器出口處的產(chǎn)物組分的更加恒定。而且，原料需要足夠高的溫度持續(xù)足夠長(zhǎng)的時(shí)間，以使反應(yīng)更完全，即因此不期望數(shù)量的未反應(yīng)原料不會(huì)離開反應(yīng)器。這可能對(duì)于一些例如焦油等重材料特別重要。通常期望的特征是，反應(yīng)器基本上類似于塞流式反應(yīng)器來運(yùn)轉(zhuǎn)，這意味著輸入的固體材料主要豎直地下降，并且輸出的氣體主要豎直地上升。
[0051]因此，反應(yīng)器中產(chǎn)生的氣體應(yīng)當(dāng)具有至少足夠長(zhǎng)的最小停留時(shí)間，以獲得滿意性會(huì)K。
[0052]根據(jù)上述考慮因素，實(shí)際情況是，具有例如壁18的圓錐形上部部分壁(包括所述的較小改變)的反應(yīng)器的性能通常比上部部分12的任何更大部分具有圓柱形或其他構(gòu)造的反應(yīng)器更好。
[0053]另外，無論是與具有圓錐形壁的上部部分一起使用還是與具有一些較大圓柱形的傳統(tǒng)上部部分一起使用，出口端口的構(gòu)造可在攜帶速度以及停留時(shí)間方面造成顯著差異。
[0054]除固體物理性能外，固體攜帶主要是沿主流路徑的軸向速度的函數(shù)。沿主氣流路徑到出口的平均軸向速度稱為“攜帶速度”。期望攜帶速度盡可能低，以使固體攜帶最小化。
[0055]已經(jīng)評(píng)估了多種出口結(jié)構(gòu)。發(fā)現(xiàn)，通常，如果具有兩個(gè)或多個(gè)單獨(dú)的出口，例如至少四個(gè)，則產(chǎn)生更好的流動(dòng)和效率特征。進(jìn)一步舉例來說，如圖4中所示，六個(gè)出口可以是一種有效的布置方式。這里顯示了反應(yīng)器容器的拱頂頂部116，其具有圍繞或靠近頂部116的外周均勻布置的六個(gè)出口端口 32，不再有中心布置的出口。為了與圓錐形壁18的圓頂連接，頂部116可以是圓形的。如圖所示，出口端口 32橫截面可以是圓形的，或具有一些其他橫截面。在任意數(shù)量的出口端口 32貫穿頂部116設(shè)置的情況下，通常適當(dāng)?shù)氖鞘蛊淇拷敳?16的外周設(shè)置。
[0056]PGR頂部可以具有多種形狀，包括例如橫跨圓錐形壁18的上端的頂基本上為平的，或如圖1中所示的頂部16，從壁118的頂向上突出，或者具有各自為平面的連接的頂部部分，例如部分16a和16b，或者為圖2和圖4中頂部116所示的連續(xù)的外弓曲面。
[0057]任何數(shù)量或位置的各個(gè)出口端口 32可有用地在其管道系統(tǒng)中包括侵入部，類似于圖1的侵入部36。侵入部可例如從頂部(即從