合成气冷却器的制造方法
【专利说明】
[0001]技术领域本文中公开的主题涉及气化系统并且更具体地涉及用于冷却合成气的系统。
【背景技术】
[0002]气化器将含碳物质转化成一氧化碳和氢气的混合物，该混合物被称之为合成气体或合成气。例如，气化系统包括一个或多个气化器，该气化器使原料在高温下与氧气和/或蒸汽起反应以产生合成气。该合成气可被用于发电、化工生产、或任何其它适当的应用。在使用前，合成气可被在合成气冷却器中冷却并在气体处理系统中进行处理。
【发明内容】
[0003]在下文中概括了在范围上与原先要求保护的发明相当的特定实施例。这些实施例并非意在限制所要求保护的发明的范围，而是这些实施例旨在仅提供对于本发明的可能形式的简要概括。实际上，本发明可包含可与下文中所阐述的实施例相似或不同的多种形式。
[0004]在一个实施例中，一种系统包括气化器和合成气冷却器，该气化器可使原料气化以产生合成气，该合成气冷却器包括具有锥形构造的冷却室。该冷却室包括第一区段，该第一区段可从合成气中分离出颗粒并包括第一开口和第二开口。该第一开口具有比第二开口小的宽度。该系统还包括与第一区段流体连通的第二区段，该第二区段包括环绕第一区段的多个管道。多个管道的第一部分平行于冷却室的纵向轴线设置，并且多个管道的第二部分是成角度的，使得多个管道的第二部分形成该锥形构造。该系统还包括通道以使密封气体在合成气冷却器的壳体与第二区段之间流动。该壳体围住该冷却室。
[0005]在另一实施例中，一种系统包括具有第一区段的冷却室，该第一区段包括第一开口和第二开口。该第一开口可从气化器接收合成气并具有比第二开口小的宽度。该系统还包括与第一区段流体连通的第二区段并包括多个管道。多个管道的第一部分平行于容器的纵向轴线设置，并且多个管道的第二部分是成角度的，使得多个管道的第二部分形成锥形构造。该系统还包括可将第一区段与第二区段分离开的壁。该壁可阻挡合成气流进入第二区段中。
[0006]在再一实施例中，一种方法包括使合成气从气化器流到合成气冷却器中，该合成气冷却器包括具有第一开口和第二开口的第一区段。该第一开口具有比第二开口小的宽度。合成气冷却器还包括第二区段，该第二区段包括环绕第一区段的多个管道。多个管道的一部分与合成气冷却器的内壁一致，并且该内壁从第一开口至第二开口是成角度的以限定锥形构造。该方法还包括降低合成气在第一区段内的速度。该速度经由合成气在第一锥形构造中的扩散而降低。该方法还包括经由第二开口将合成气引导至第二区段。合成气在第二区段中的第二流动方向与合成气在第一区段中的第一流动方向大致相反。
【附图说明】
[0007]当参照附图阅读下列详细说明时，本发明的这些和其它特征、方面、和优点将得到更好的理解，在附图中，相似的附图标记在整个附图中表示相同的元件，其中:
[0008]图1是包括合成气冷却器的气化系统的实施例的示意性方框图；
[0009]图2是图1的合成气冷却器的实施例的侧视截面图；
[0010]图3是图2的合成气冷却器内的冷却室的实施例的侧视截面图；
[0011]图4是沿图2的线4-4获得的合成气冷却器的实施例的径向截面图；
[0012]图5是图3的冷却室的顶部部分的实施例的侧视截面图；
[0013]图6是图3的冷却室的顶部部分的实施例的侧视截面图；和
[0014]图7是图3的冷却室的顶部部分的实施例的侧视截面图。
【具体实施方式】
[0015]下面将描述本发明的一个或多个具体实施例。在试图提供对于这些实施方式作出的简要说明的过程中，实际实施方案的所有特征可能不在说明书中进行描述。应该了解的是，在任一这种实际实施方案的研发过程中，如在任一工程或设计方案中，必须作出多种为实施方案所特有的决定以实现研发者的具体目的，例如服从与系统相关并与商业相关的约束条件，这在实施方案之间可能是不同的。此外，应该了解的是，这种研发努力可能是复杂而耗时的，尽管如此，它对于受益于本公开的本领域技术人员而言会是一种设计、加工、和制造的常规任务。
[0016]当介绍本公开的多种实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”意欲意指存在一个或多个元件。术语“包括”、“包含”和“具有”被规定成是包括在内的并且意指可能存在除所列元件之外的附加元件。
[0017]如在下文中详细讨论的那样，所公开的实施例包括一种气化系统，该气化系统包括合成气冷却器，例如福射式合成气冷却器(RSC)，该合成气冷却器被设计成减少传热表面的结垢并提高冷却效率。通常来说，在气化期间，燃料源在气化器中经历部分氧化以产生合成气。最终得到的合成气离开该气化器并在高温和高压下进入该RSC。因此，在进一步处理(例如，移除气化副产品)之前，合成气可被冷却至所需温度。RSC的冷却性能可取决于合成气与传热表面的自然对流和辐射传热。然而，传热表面的结垢会降低RSC的整体性能。例如，最终得到的合成气可包括可能在RSC的传热表面上形成沉积物的副产品(例如，炉渣、飞尘、硫化物等)。同样，包含副产品沉积物的传热表面可不参与传热，从而降低RSC的整体效率。传热表面的结垢可通过改变在冷却期间RSC内的合成气的流型(flow pattern)和/或降低该合成气的速度而得到最小化。合成气流型会受到RSC的构造的影响。因此，本文中所提供的是具有下列构造的RSC，该构造调整合成气流型并增强合成气的冷却。
[0018]通过将锥形构造结合到RSC中，可提高RSC的整体冷却效率。例如，该锥形构造可致使合成气在RSC内散开(例如，远离中央轴线发散)，使得合成气充满该锥形构造。当合成气扩散时，合成气的速度降低并且合成气在RSC内的滞留时间会被增大，从而导致更为有效的冷却。此外，合成气的对流传热通过扩散而得到促进，从而进一步提高了 RSC的冷却效率。此外，因合成气的较低冲击速度，RSC的该锥形构造可减少RSC内的传热表面的结垢。
[0019]图1是示出了气化系统100的实施例的方框图，该气化系统100为例如但不限于整体气化联合循环(IGCC)系统、甲醇制低碳烯烃化工厂(MTO)、和/或合成天然气化工厂(SNG) ο该气化系统100包括气化器和诸如福射式合成气冷却器(RSC)之类的合成气冷却器，该气化器可产生合成气，该合成气冷却器可冷却该合成气。气化系统100的元件可包括诸如固体加料器103之类的燃料源102，该燃料源102可被用作用于气化系统100的能量源。该燃料源102可包括煤、石油焦炭、生物质、木基物质、农业废弃物、焦油、焦炉气、沥青、来自精炼厂的重质残渣、或其它含碳产品。
[0020]燃料源102的燃料可被转到原料制备单元104。该原料制备单元104可例如通过对该燃料源102进行截断、磨碎、粉碎、压碎、压块、制丸来为该燃料源102重新确定尺寸或重新成形以产生原料105。因此，原料制备系统104可包括一个或多个研磨机、碾磨机或可在运转期间利用燃料源102的大颗粒产生小颗粒的任何相似的单元。此外，水、或其它适当的液体可在原料制备单元104中被添加至燃料源102以形成浆状原料。在其它实施例中，并未向燃料源添加液体，由此产生干原料。在其它实施例中，如果燃料源102是液体，则可省略掉该原料制备单元104。
[0021]气化系统100 (例如，IGCC、MTO或SNG)可还包括空气分离单元(ASU) 106。该ASU106可起作用以通过例如蒸馏技术将空气分离成组分气体。该ASU 106可从辅助空气压缩机供给至该ASU106的空气中分离出氧气107，并且该ASU 106可将分离出的氧气107传递至气化器108。
[0022]原料105以及在特定实施例中来自ASU 106的氧气107可从原料制备单元104被转至气化器108 (例如，部分氧化容器)。如将在下文中更为详细描述的那样，气化器108包括设置在气化容器中的反应器或反应室以使气化能够产生合成气110。该气化器108可将原料105转换成合成气110，例如，一氧化碳(CO)与氢气的组合物。根据所利用的气化器108的类型，该转换可通过使原料105在诸如从约20巴(bar)至85bar之类的升高压力和诸如约700°C至1600°C之类的温度下经受受控量的蒸汽112