等离子体气化反应器的制造方法
【专利说明】等离子体气化反应器
[0001]本发明是中国发明专利名称为等离子体气化反应器、申请号为201080007559.7 (PCT/US2010/023184、国际申请日为2010年2月4日)的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及等离子体气化反应器，其具有可促进例如合成气制备的工艺的特征，特别是包括反应器容器上部部分构造；反应器出口端口构造；和/或反应器进料端口构造，与其中使用所述这些特征的等离子体气化反应器和系统的其他方面结合。
【背景技术】
[0003]介绍【背景技术】来简要描述本发明的来龙去脉。
[0004]等离子体气化反应器(有时称为PGR)是已知的，并且用于处理各种不同材料中的任何一种，包括例如废金属、有害废物、其他市政或工厂废物和垃圾填埋材料，以获得例如金属等可用材料，或使不期望的废物玻璃化，以更易于处置。对此类应用的关注还在继续。(在本发明的说明书中，“等离子体气化反应器”和“PGR”用来指同一一般类型的反应器，无论用于气化还是用于玻璃化，或者既用于气化又用于玻璃化)。
[0005]除了上述用途之外，PGR还适用于进行燃料改良或产生适用作燃料的气化反应产物，具有或不具有后序处理。
[0006]PGR及其多种用途描述于例如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 会议论文集中的名称为 “Plasma Gasificat1n:A ProvenTechnology” 的论文(长摘要 _AWTEC16-1938) ；ffillerton 的 2008 年 5 月 12-16 日由Air&ffaste Management Associat1n 赞助的第 27 届 Annual Internat1nal Conferenceon Thermal Treatment Technologies 论文集中的名称为 “Plasma Gasificat1n-Provenand EnvironmentalIy Responsible”(2008)的论文；Dighe 等人的 2008 年 12 月 4 日公布的名称为“System and Process for Upgrading Heavy Hydrocarbons” 的美国专利申请2008/0299019 ;Dighe 等人的 2008 年 6 月 14 日提交的名称为 “System and Process forReduct1n of Greenhouse Gas and Convers1n of B1mass” 的美国专利申请序列号N0.12/157，751，所有上述文献以引用的方式并入本文中，以获得其对PGR及它们的用途的描述。
【发明内容】
[0007]本
【发明内容】
简要描述了本发明的一些方面的特征。进行的说明旨在总体上提供信息，但是并非如所附权利要求一样具有限制性。
[0008]在各方面中，本发明涉及反应器容器的特征和组合，包括反应器容器几何形状、出口端口(或排放端口)构造和材料进料端口构造，其还具有独立的实用性。
[0009]本发明部分涉及PGR，特别地但是不限于，主要用作能够制备可用作燃料的合成气体(或合成气)的气化器的PGR，在具有竖直构造的容器中，其特征在于具有特定几何形状和结构特征的底部部分、上部部分和在所述上部部分上方的顶部部分。在一些公开实施例中，可为圆柱形的底部部分容纳碳质层，一个或多个等离子体炬将等离子体气体喷射在所述碳质层中，以形成至少约600°C (并且通常高达约2000°C )的操作温度，所述上部部分作为圆锥形壁从所述底部部分基本上连续地向上延伸到容器的顶部，不具有任何大的圆柱形或其他构造的部分，所述圆锥形壁倒置取向，即，其最窄横截面直径在底部部分处，其在这里与底部部分连接，并且有时本文称为具有截头倒置圆锥形状。
[0010]虽然一些之前公开的PGR构造具有上部部分，其在所述上部部分的下端和所述上部部分的上端之间加大，但是本发明公开的PGR的实施例不是之前已知的。
[0011]这样的示例性实施例还以其总体组合包括一个或多个用于将原料引入反应器容器中的进料端口的创新性布置方案，所述布置方案可有助于材料的更均匀分布。这样的分布式进料端口构造也可用于具有其他容器几何形状的PGR。
[0012]而且，在具有圆锥形壁的进一步的示例中，具有一个或多个出口端口，其每一个具有管道，所述管道从所述顶部延伸到所述容器外部，并且还通过侵入部而延伸到容器内部。这样的具有侵入部的出口端口也可用于PGR的其他位置和容器几何形状中。
[0013]PGR的这些和其他方面可与所述的圆锥形壁一起选择地用于PGR的一般用途中的任一个，特别地包括但不限于，制备在通过所述出口端口离开所述容器后可用于燃料应用的合成气的PGR。一些公开的示例利用了对反应器结构特征可怎样影响例如气流和反应物停留时间等特征的更深的理解，这些特征可有助于获得所供给材料的更完全的反应，以提高所需生产产品的产量。
[0014]下面的说明展示了关于本发明示例性实施例的更多方面和信息。
【附图说明】
[0015]图1是根据本发明的等离子体气化反应器的一个示例的部分剖视正视图；
[0016]图2和图3是其他示例PGR的外形视图；
[0017]图4是根据本发明的一个示例的PGR的顶部的平面视图；
[0018]图5-8是可用于本发明一些示例中的进料端口布置方式的局部示意视图；
[0019]图9是根据本发明一个示例的PGR系统的外形示意视图。
【具体实施方式】
[0020]图1示出例如用于气化碳原料和非碳原料(例如煤和生物质的混合物)来制备合成气、熔渣和金属的示例性PGR。“合成气”是指通常得自与氧气(例如来自空气)和水(例如蒸汽)一起经受气化的包括碳材料(例如煤)或烃材料(例如生物质或重油)等原料的“合成气体”的术语。所得的合成气通常包含可用的氢气和一氧化碳。另外，根据供给的固态和气态材料，可能在合成气中出现大量的气化烃。所制备的合成气可用作燃料，例如作为气轮机的燃料，或进一步处理来形成液体燃料，例如用于交通目的的乙醇。例如图1的PGR也可用于例如金属废物利用等目的，其中气态产物排出而经过或不经过后序处理。
[0021]图1的以其左半部分为完整正视图、右半部分竖直剖开显示的反应器具有反应器容器10，其通常为耐火材料衬里的钢(衬里在图中没有具体示出)，其主要部分包括上部部分12、底部部分14和顶部16。上部部分12的下端和上端分别以气密方式连接到底部部分14和顶部16。图1实施例中一个特别引人关注的方面是，上部部分12具有从底部部分14(较小的横截面)延伸到顶部16 (较大的横截面)的圆锥形壁18。壁18在基本上其整个延伸长度上相对于反应器容器10的竖直轴成角度(α，图1中)(例如在约5°到约25°范围内的角度)。这是可辅助操作气体流的构造(下面进一步讨论)的一个实例。但是，如果进行较小的改变也可获得可用构造和有益效果，例如类似于壁18的壁，但是在沿其延伸长度的任意位置处，圆锥形斜面在其沿壁18向上行进时相对于竖直方向以不超过约5°的变化而改变为较大的角度，或改变为较小的角度，或其中所述壁无论任何原因包括不超过其总长的约10%到20%的较小部分为变型或非圆锥形(例如为圆柱形)形状(其中，最高达总长的约20%的圆柱形状的使用可特别用于进料端口的位置，如将参照图6进一步说明)。
[0022]图2和图3示出作为其他合适的创新型布置方式的实例的实施例，其中上部部分的下部12a的圆锥形壁部18a呈与上部部分的上部12b的圆锥形壁部18b略微不同的角度。图2中，下部12a的壁18a比上部12的壁18b更向外倾斜。图3中，变化在于壁18b比壁18a更向外倾斜。图2和图3的其他方面将在下面讨论。
[0023]返回到图1，反应器容器10的底部部分14的示例可以是任何传统构造，并且通常为圆柱形。其直接与上部部分12的圆形底部配合，但是具有小的圆锥形过渡部13，圆锥形过渡部13具有比壁18的大部分更大的角度。因而，底部部分14的顶部和上部部分12的底部具有类似的构造，或在其间具有小长度的过渡部。
[0024]通常是有利的是，在容器的竖直延伸长度上，上部部分12及其基本上圆锥形壁18在水平高度处具有圆形横截面。另一个变化是上部部分12的横向横截面不是圆形的情况，例如，正交横向尺寸比率在大于1:1范围内的椭圆形横截面是合适的，包括高达约3:1的椭圆形横截面。所描述的任何示例可具有圆形或非圆形横截面结构，以及PGR的其他所述方面。
[0025]如图1中所示并且在其他PGR示例中进行了一些改变的壁18的几何特征总结如下:
[0026]壁18或其至少约80%到90%具有相对于竖直轴成在约5°和约25°之间的角度α的斜面；
[0027]壁角度α全部相同或随壁从底部部分14到顶部16向上而递增地变得更宽，或在α变得更小的示例中，随着壁竖直向上行进，具有从较大α到较小α的过渡部，任何这样的过渡部具有不超过约5°的角度，并且上部仍具有大于零的角度α ;
[0028]圆锥形壁18可具有圆形横截面(最典型的例子)，或另一些包括椭圆形横截面，例如两个正交直径比例高达约3:1的椭圆形横截面；和
[0029]PGR上部部分12的侧壁的从底部部分14到顶部16的不符合任何上述标准的任何部分，例如关于竖直方向成零度角度的圆柱形壁，限于不超过上部部分竖直高度的约10%，但设置有一个或多个横向进料端口的圆柱形侧壁的情况除外，其可占上部部分竖直高度的约