專利名稱：用于制備合成氣的反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制備合成氣的反應(yīng)器，其包括合成氣收集室和驟冷室。合成氣收集室的合成氣出口通過管狀浸管與驟冷室流體連接。
背景技術(shù)：
在US-A-4828578中描述了這種反應(yīng)器。該公開文本描述了一種包括設(shè)有燃燒器的反應(yīng)室的氣化反應(yīng)器，其中使用氧氣部分地氧化燃料和氧化劑以產(chǎn)生熱的氣體產(chǎn)物。熱氣體經(jīng)過收縮喉部傳送以在位于反應(yīng)室下方的液浴中冷卻。浸管將熱氣體導(dǎo)入液浴內(nèi)。當(dāng)這種反應(yīng)器用于氣化含灰原料時，熔渣可能堵塞收縮喉部。為了避免這種堵塞， 將不得不在比從效率角度出發(fā)理想地運行的溫度更高的氣化溫度下連續(xù)運行該反應(yīng)器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種改進的反應(yīng)器，其可更接近最佳氣化溫度運行同時最小化熔渣的堵塞風(fēng)險。這通過如下的反應(yīng)器容器來實現(xiàn)。用于制備合成氣的反應(yīng)器容器包括管狀的合成氣收集室、驟冷室以及連接合成氣收集室與驟冷室的浸入管，其中該合成氣收集室通過出渣口連接到浸入管，該出渣口包括截頭圓錐形部件， 所述截頭圓錐形部件從合成氣收集室的管狀壁的下端開始并且偏斜到流體連接到浸入管內(nèi)部的開口，所述開口的直徑小于浸入管的直徑，該截頭圓錐形部件包括一個或多個具有冷卻介質(zhì)進口和已用冷卻介質(zhì)出口的管道，出渣口也包括連接到截頭圓錐形部件的開口并沿浸入管的方向延伸的第一管狀部件，第二管狀部件連接到截頭圓錐形部件或者連接到管狀部件并且沿著浸入管的方向延伸，具有小于浸入管的直徑且大于截頭圓錐形部件的開口直徑的直徑，并且第二管狀部件與浸入管間隔開以提供環(huán)形空間，并且在所述環(huán)形空間中設(shè)有液態(tài)水的排出管道，所述排出管道具有定位成沿著浸管的內(nèi)壁引導(dǎo)液態(tài)水的液態(tài)水排出開口，而且第一管狀部件的至少一半的豎直長度在該液態(tài)水排出開口下方延伸。申請人:發(fā)現(xiàn)，通過提供所要求保護的截頭圓錐形部件，可以通過測量截頭圓錐形部件管道中的蒸氣產(chǎn)生量(Steam make)或已用冷卻水的溫度來預(yù)測熔渣的堵塞情況。通常已用冷卻水溫度的降低或蒸氣產(chǎn)生量的減少表示正在產(chǎn)生熔渣層。因此可更接近最佳氣化溫度運行，同時還能夠監(jiān)測熔渣層的厚度。


將通過以下附圖進一步描述本發(fā)明及其優(yōu)選實施例。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器。圖Ia示出圖1的反應(yīng)器的一部分的一種替代設(shè)計方案。圖2是圖1中細部A的一個優(yōu)選實施例的側(cè)視圖。圖3是圖2中細部A的俯視圖。
具體實施例方式合成氣具有包括一氧化碳和氫氣的混合物的含義。優(yōu)選通過包括灰的含碳原料 (例如煤、石油焦炭、生物質(zhì)和脫浙青焦油砂殘渣)的氣化來制備合成氣。煤可以是褐煤 (lignite)、煙煤、次煙煤、無煙煤和棕色褐煤(brown coal)。存在于合成氣收集室中的合成氣可具有范圍為從600到1500°C的溫度和2到IOMI^a之間的壓力。合成氣優(yōu)選在根據(jù)本發(fā)明的容器內(nèi)冷卻到比氣體成分的飽和溫度高50°C的溫度以下。進一步優(yōu)選地，合成氣冷卻到比氣體成分的飽和溫度高20°C的溫度以下。圖1示出包括管狀合成氣收集室31和驟冷室3的反應(yīng)器容器30。浸入管5連接合成氣收集室31和驟冷室3。合成氣收集室3通過出渣口 9連接到浸入管5，所述出渣口包括從合成氣收集室31的管狀壁的下端開始并偏斜到開口 36的截頭圓錐形部件35。開口 36將合成氣收集室31的內(nèi)部流體連接到浸入管5的內(nèi)部。開口 36的直徑小于浸入管 5的直徑。如果浸入管5具有變化的直徑，則是指最大直徑。截頭圓錐形部件35包括一個或多個具有冷卻介質(zhì)的進口 8a和已用冷卻介質(zhì)的出口 8b的管道。管狀的合成氣收集室31設(shè)有4個水平點燃的燃燒器32。燃燒器的數(shù)目可適當(dāng)?shù)貫?到8個燃燒器。含碳原料和含氧氣體通過管道3 和32b供給所述燃燒器。合成氣收集室31的壁33優(yōu)選為相互連接的、平行設(shè)置的管34的布置排列，形成基本上氣密的管狀壁33。圖1中只畫出一部分管。管34從位置較低的冷卻水分配器37延伸到位置較高的集管(header) 38。燃燒器32如在例如W0-A-2008110592中描述的那樣設(shè)置在圖1中， W0-A-2008110592的公開內(nèi)容在此引入以供參考。替代地，燃燒器也可向下導(dǎo)向，如在例如 W0-A-2008065184或US-A-20070795M中描述的那樣。在使用中液態(tài)熔渣層將出現(xiàn)在壁33 的內(nèi)部。該熔渣將經(jīng)由出渣口 9和浸管5向下流動并通過出口 15從反應(yīng)器排出。在使用中，反應(yīng)器容器30豎直定向，如圖1所示。關(guān)于豎直、水平、頂、底、下和上都與這種定向相關(guān)。所述術(shù)語用來幫助更好地理解本發(fā)明而決非意圖將權(quán)利要求的范圍限制為具有所述定向的容器。合成氣收集室31和浸管5具有比反應(yīng)器容器30更小的直徑，產(chǎn)生位于所述室31 和反應(yīng)器容器30的壁之間的上部環(huán)形空間加和位于浸入管5和反應(yīng)器容器30的壁之間的下部環(huán)形空間2b。環(huán)形空間加和2b優(yōu)選通過密封件2c氣密分隔以避免灰顆粒從空間 2b進入空間2a。優(yōu)選地，出渣口 9還包括管狀部件35a，所述管狀部件連接到截頭圓錐形部件35的開口 36并沿浸入管5的方向延伸。該部件3 是優(yōu)選的，原因在于該部件將熔渣向下引導(dǎo)至浸管5內(nèi)以及熔渣固化的水浴槽13內(nèi)。在水浴槽13中，固化的熔渣顆粒通過倒置的截頭圓錐形部件39引導(dǎo)到出口 15。部件35a的存在是有利的，原因在于其于是會避免熔渣顆粒淤塞排水管道19 (將在下面更詳細描述)。如果不存在這種管狀部件35a，小的熔渣顆?？捎裳h(huán)氣體帶至圓形開口 19。由于具有足夠長度的管狀部分，可避免在開口 19的區(qū)域的這種再循環(huán)。優(yōu)選地， 35a的長度使得下端終止在開口 19處或其下方。更優(yōu)選地，下端終止于開口 19的下方，其中管狀部件35a的至少一半豎直長度在開口 19下方延伸。優(yōu)選地，在浸管5的最接近合成氣收集室31的端部設(shè)有用于引入水的裝置，更優(yōu)選的是這種裝置是流體連接到供水管線17的、用于引入水的圓形開口 19。這種裝置優(yōu)選具有液態(tài)水的流出口，該流出口導(dǎo)向成使得在使用中沿浸管5的內(nèi)壁形成水膜。圖1還示出優(yōu)選的下一個管狀部件6，其連接到截頭圓錐形部件35或連接到可選的管狀部件35a并沿浸入管5的方向延伸。下一個管狀部件6在其上端具有小于浸入管5 的直徑的直徑。部件6的該直徑大于截頭圓錐形部件35的開口 36的直徑。下一個管狀部件6優(yōu)選地與浸入管5間隔開以提供用于引入水的圓形開口 19。優(yōu)選地，截頭圓錐形部件35直接連接到冷卻供給管道且直接連接到冷卻排出管道。通過設(shè)有用于截頭圓錐形部件35的冷卻系統(tǒng)(其與例如用于合成氣收集室31的壁的可選冷卻系統(tǒng)是分離的)，更容易測量局部熱傳遞和預(yù)測是否可能出現(xiàn)出渣口堵塞。優(yōu)選地，管狀部件3 包括一個或多個具有冷卻介質(zhì)進口和已用冷卻介質(zhì)出口的管道。更優(yōu)選地，管狀部件3 直接連接到冷卻供給管道且直接連接到冷卻排出管道。通過設(shè)有用于管狀部件35a的冷卻系統(tǒng)(其與例如用于截頭圓錐形部件35的冷卻系統(tǒng)或用于合成氣收集室31的壁的可選冷卻系統(tǒng)是分離的)，更容易測量局部熱傳遞和預(yù)測是否可能出現(xiàn)出渣口堵塞。截頭圓錐形部件35和可選的管狀部件3 和3 包括一個或多個管道，在使用中沸騰的冷卻水或過冷的冷卻水流過所述管道。部件35、3fe和3 的管道設(shè)計可以變化，例如可能是螺旋狀形式、平行形式、包括多個U形彎或組合。優(yōu)選地，測量這些部件35和35a的蒸氣產(chǎn)生量或已用冷卻水的溫度來預(yù)測這些部件上的局部熔渣層的厚度。如果氣化過程在利于為特定原料(比如低灰含量的原料，如某些生物質(zhì)原料和焦油砂殘渣)形成足夠厚的熔渣層的溫度運行，這是特別有利的?；蛘咴诿涸习ň哂懈呷埸c的成分的情況下。這種操作的危險是積聚的熔渣會堵塞開口 36。通過測量冷卻水或蒸氣產(chǎn)生量的溫度可預(yù)測何時出現(xiàn)這種熔渣積聚并且調(diào)整工藝條件以避免這種堵塞。因此本發(fā)明還旨在通過如下步驟來避免根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器中的熔渣堵塞，⑴ 當(dāng)冷卻水從截頭圓錐形部件的管道排出或從管狀部件排出時測量其溫度，或者通過測量截頭圓錐形部件的管道中或來自管狀部件的蒸氣產(chǎn)生量，( )基于這些測量值預(yù)測是否可能出現(xiàn)熔渣堵塞，和(iii)如有必要調(diào)整工藝條件來避免這種堵塞。通常已用冷卻水的溫度的降低或蒸氣產(chǎn)生量的減少表示正在產(chǎn)生熔渣層。通常通過增加反應(yīng)室內(nèi)的氣化溫度來調(diào)整工藝，以使得熔渣將變得更有流動性并且因此導(dǎo)致減小部件35和3 上熔渣層的厚度。該反應(yīng)器優(yōu)選設(shè)有用來測量上述冷卻水溫度或蒸氣產(chǎn)生量的裝置、基于所述測量預(yù)測熔渣堵塞可能出現(xiàn)的裝置和調(diào)整氣化條件以避免熔渣堵塞的控制裝置。冷卻水的供給和排出管道未示于圖1中。浸管5在其下端10處通向反應(yīng)器容器30的內(nèi)部。該下端10遠離合成氣收集室 31定位并且與存在于容器壁12中的氣體出口 11流體連通。浸管部分地浸在水浴槽13內(nèi)。 在浸管5的下端周圍，設(shè)有引流管14來在形成于引流管14和浸管5之間的環(huán)形空間16內(nèi)
5向上引導(dǎo)合成氣。在環(huán)形空間16的上部排出端，設(shè)有導(dǎo)流板16a來提供夾帶的水滴和驟冷的合成氣間的粗略分離。導(dǎo)流板16a優(yōu)選為從浸管5的外壁伸出。如圖1所示，浸管5的下部恥優(yōu)選具有比上部fe小的直徑。因為下端的水層將增加并且因為用于水浴槽13的環(huán)形區(qū)域?qū)⒃黾樱赃@是有利的。因為它使得能夠使用反應(yīng)器容器30的更優(yōu)化、更小的直徑，所以這是有利的。上部的直徑和下部的直徑的比值優(yōu)選為在1. 25 1和2 1之間。圖1還示出優(yōu)選的噴水噴嘴18，所述噴水噴嘴位于浸管5中以在水向下流過浸管 5時將水滴噴射到合成氣中。噴嘴18優(yōu)選沿豎直方向與開口 19充分完全間隔開，以保證所有非蒸發(fā)水滴在噴入合成氣流時接觸浸管5的濕潤壁。申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果這種水滴碰觸非潤濕壁，灰可能堆積，從而形成很難去除的污垢層。在如上所述的包括具有較小直徑下部恥的浸管5的實施例中，優(yōu)選的是，噴嘴18定位在較大直徑的部分fe上。通過更大的直徑來實現(xiàn)更多的滯留時間，從而水在噴射時有充分的時間蒸發(fā)。在圖Ia中示出管狀部件3 的一個優(yōu)選實施例，其中管狀部件3 的下端由延伸至下一個管狀部件6下端的平面35b固定。因為在固體灰顆?？赡芊e聚的地方存在較小的停滯區(qū)，所以這種設(shè)計是有利的。圖2示出開口 19的一個優(yōu)選實施例的圖1中的細部A。圖2示出下一個管狀部件6終止于由浸管5包圍的空間內(nèi)的一點，從而在下一個管狀部件6和浸管5之間形成環(huán)形空間20。在環(huán)形空間20中，設(shè)有液態(tài)水的排出管道19'，所述排出管道具有的排出開口 21設(shè)置成沿著浸管5的內(nèi)壁引導(dǎo)液態(tài)水22。管道19'和管狀部件6優(yōu)選不相互固定，更優(yōu)選為彼此水平地間隔開。因為允許這兩個部件相對于彼此移動，所以這是有利的。由于兩個部件通常將具有不同的熱膨脹，因此這在使用容器時避免熱應(yīng)力。形成在管道19'和部件6之間的間隙19a將允許氣體從合成氣收集室2流到位于室2的壁和容器1的壁之間的空間加。因為這使所述兩個空間之間的壓力平衡，所以這是有利的。排出管道19'優(yōu)選沿著管狀部件6的外圍以閉合圓延伸并且具有縫隙式開口 21，用作位于排出管道19'和浸管 5的內(nèi)壁相會點處的排出開口。在使用中，液態(tài)水22于是將沿著浸管5的壁的整個內(nèi)圓周排出。如圖所示，管道19'不具有將水引入合成氣流的排出開口，該合成氣流通過合成氣出口 4排出。圖2還示出排出管道19'適當(dāng)?shù)亓黧w連接到圓形供給管道23。所述供給管道23 沿著排出管道19'的外圍延伸。管道19'和23通過沿著所述外圍的許多開口 M流體連接。替代地，未圖示于圖2和3的是這樣的實施例，其中排出管道19'相對于閉合圓的半徑成一角度直接流體連接到一個或多個液態(tài)水的供給管線17，從而在使用中導(dǎo)致液態(tài)水的流動出現(xiàn)在供給管道中。優(yōu)選地，排出管道19'或管道23連接到排氣孔。該排氣孔用來排除可能積聚在所述管道內(nèi)的氣體。排出管線優(yōu)選地通過密封件2c在容器1內(nèi)部布線，以流體連接到環(huán)形空間2b。所述空間2b中的低壓形成排氣孔的驅(qū)動力。選擇排出管線的尺寸(例如通過設(shè)置所述排出管線中的孔的尺寸)，從而允許最小的所需流量，可能同時將少量的水連同排出的氣體一起帶進環(huán)形空間2b。優(yōu)選地，如圖2所示，管道19'設(shè)有排氣孔，其中排出管道19' 具有遠離排出開口 21定位的延伸部件沈，該延伸部件沈流體連接到排氣管道27。圖3中的圓形供給管道23以角α適當(dāng)?shù)亓黧w連接到一個或多個液態(tài)水的供給管線17，從而在使用中導(dǎo)致液態(tài)水的流動出現(xiàn)在供給管道23中。角α優(yōu)選在0到45°之間， 更優(yōu)選在0到15°之間。供給管線17的數(shù)目可至少為2個，最大數(shù)目將取決于例如管道 23的尺寸。分離的供給管線17可結(jié)合在容器1的內(nèi)部和上游以限制容器1的壁中的開口數(shù)目。供給管線17的排出端優(yōu)選設(shè)有噴嘴，以增加液態(tài)水進入供給管道23時的速度。這將增加水在管道23中流動時的速度和渦流，從而避免固體積聚和形成沉淀物。噴嘴本身可以是易于更換的部件，具有比供給管線17的直徑更小的流出直徑。開口 M優(yōu)選具有相對于封閉圓的半徑25成角β的定向，從而在使用中，導(dǎo)致液態(tài)水的流動出現(xiàn)在排出管道19'中，其具有與供給管道23中的流動相同的方向。角β優(yōu)選為在45和90°之間。圖3還示出下一個管狀部件6，所述管狀部件是相互連接的平行設(shè)置的管28的布置排列，從而形成基本氣密的管狀壁四。
權(quán)利要求
1.一種用于制備合成氣的反應(yīng)器容器，所述反應(yīng)器容器包括管狀的合成氣收集室、驟冷室以及連接合成氣收集室與驟冷室的浸入管，其中該合成氣收集室通過出渣口連接到浸入管，該出渣口包括截頭圓錐形部件，所述截頭圓錐形部件從合成氣收集室的管狀壁的下端開始并且偏斜到流體連接到浸入管內(nèi)部的開口，所述開口的直徑小于浸入管的直徑，該截頭圓錐形部件包括一個或多個具有冷卻介質(zhì)進口和已用冷卻介質(zhì)出口的管道，出渣口也包括連接到截頭圓錐形部件的開口并沿浸入管的方向延伸的第一管狀部件，第二管狀部件連接到截頭圓錐形部件或者連接到管狀部件并且沿著浸入管的方向延伸，具有小于浸入管的直徑且大于截頭圓錐形部件的開口直徑的直徑，并且第二管狀部件與浸入管間隔開以提供環(huán)形空間，并且在所述環(huán)形空間中設(shè)有液態(tài)水的排出管道，所述排出管道具有定位成沿著浸管的內(nèi)壁引導(dǎo)液態(tài)水的液態(tài)水排出開口，而且第一管狀部件的至少一半的豎直長度在該液態(tài)水排出開口下方延伸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于該截頭圓錐形部件直接連接到冷卻供給管道并且直接連接到冷卻排出管道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項所述的反應(yīng)器，其特征在于該第一管狀部件包括一個或多個具有冷卻介質(zhì)進口和已用冷卻介質(zhì)出口的管道。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項所述的反應(yīng)器，其特征在于該第一管狀部件的下端由延伸至第二管狀部件的下端的平面固定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的反應(yīng)器，其特征在于一個或多個噴水噴嘴位于浸管中，所述噴水噴嘴在使用中將水滴噴入向下流過浸管的合成氣的流中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的反應(yīng)器，其特征在于該合成氣收集室包括形成從分配器到集管延伸的氣密管狀壁的、相互連接平行設(shè)置的管的布置排列，所述分配器設(shè)有冷卻水供給管道并且所述集管設(shè)有蒸氣排出管道。
全文摘要
一種用于制備合成氣的反應(yīng)器容器包括管狀合成氣收集室、驟冷室和連接合成氣收集室與驟冷室的浸入管，其中該合成氣收集室通過出渣口連接到浸入管，該出渣口包括截頭圓錐形部件，所述截頭圓錐形部件從合成氣收集室的管狀壁的下端開始并且偏斜到流體連接到浸入管內(nèi)部的開口，所述開口的直徑小于浸入管的直徑，該截頭圓錐形部件包括一個或多個具有冷卻介質(zhì)進口和已用冷卻介質(zhì)出口的管道，出渣口也包括連接到截頭圓錐形部件的開口并沿浸入管的方向延伸的第一管狀部件，第二管狀部件連接到截頭圓錐形部件或者連接到管狀部件并且沿著浸入管的方向延伸，具有小于浸入管的直徑且大于截頭圓錐形部件的開口直徑的直徑，并且第二管狀部件與浸入管間隔開以提供環(huán)形空間，并且在所述環(huán)形空間中設(shè)有液態(tài)水的排出管道，所述排出管道具有定位成沿著浸管的內(nèi)壁引導(dǎo)液態(tài)水的液態(tài)水排出開口，而且第一管狀部件的至少一半的豎直長度在該液態(tài)水排出開口下方延伸。
文檔編號C10J3/48GK102272269SQ200980153234
公開日2011年12月7日 申請日期2009年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月4日
發(fā)明者B·I·M·滕博施, H·J·海嫩, M·H·施米茨-格布, T·埃布納, W·K·哈特維爾德 申請人:國際殼牌研究有限公司