专利名称：用于气化和骤冷的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于气化和骤冷的装置。
背景技术：
这种装置是已知的并且描述于W0-A-2007125046中。此公开文献描述了具有气化 反应器和合成气体冷却容器的气化系统。该气化反应器具有用于维持高于大气压的压力的 压力外壳。在该压力外壳内部，存在有气化室，在该气化室中在操作期间可形成合成气体。 气化反应器经由连接管路连接到冷却容器。在冷却容器中，合成气体通过与蒸发的水滴接 触而被冷却。如在W0-A-2007125046的附图中所示的连接管路是连接气化反应器的上部部 分与冷却容器的向上笔直的管路，或者是弯曲管路。连接管路的设计的一个缺陷是，图3的弯曲设计由于弧形部分而在结构上难以实 现。图2的设计是不利的，这是因为在冷却容器中发现有不希望的气体流动状态，其对通过 水滴的薄雾实现的冷却造成不利影响。
实用新型内容本实用新型的目的在于，提供一种改进的用于气化和骤冷的装置。用于气化和骤冷的装置包括竖直的细长的气化反应器，该气化反应器在其上端部 具有气体产物出口，该气体产物出口通过导管流体连接到竖直细长的骤冷容器的上端部， 其中气化反应器的上端部设有气体反转室，该气体反转室具有连接到导管的气体出口，并 且该导管在低于气体反转室的高度处与骤冷容器的上端部连接，导管包括向下定位的内 部管路，其中，在水平面与内部管路之间的角度在40°至70°之间。按照本实用新型的第一实施方案，内部管路具有水冷膜式壁。优选地，骤冷容器设有位于其上端部的气体入口以及用于冷却过的气体的出口， 骤冷容器在其上端部设有内部管状壁部分，该内部管状壁部分与气体入口流体连接，并且 内部管状壁部分在其下端部连接到终止于水浴器中的汲取管。按照本实用新型的第二实施方案，骤冷容器设有位于其上端部的气体入口以及位 于其下端部的用于冷却过的气体的出口，限定用于向下指向的气体产物流的路径，骤冷容 器在其上端部设有与气体入口流体连接的第一内部管状壁部分，并且第一内部管状壁部分 在其下端部与具有壁的发散的锥形部分连接，所述壁在所述路径的方向上向外倾斜，其中 在由发散的锥形部分包围的空间中存在多于一个喷嘴的布置结构，所述喷嘴用于将液体骤 冷介质雾化并沿向下方向喷射到所述路径中。优选地，第一内部管状壁部分和/或发散的锥形部分的壁具有水冷膜式壁设计。优选地，发散的锥形部分的壁的表面与垂直轴线之间的角度在3°至30°之间。优选地，发散的锥形部分在其下端部处由具有开口的下端部的、第二管状内壁跟 随，所述开口的下端部与用于冷却过的气体的出口流体连通。本实用新型的有益效果在于，可减少在管路中的聚积飞灰和高的腐蚀危险。
图1示出根据本实用新型的装置的一优选实施例。图2示出根据本实用新型的装置的另一优选实施例。
具体实施方式
在此说明书中使用术语“上”、“下”、“向下”和“竖直”对气化反应器和骤冷容器进 行限定。这些术语涉及根据本实用新型的装置在使用时的定向。气化反应器是竖直的细长的气化反应器，在其上端部具有气体产物出口。前述 W0-A-2007125046中描述了这样的气化反应器的一个示例。这样的气化反应器适合于气化 包含灰尘的给料。在使用时，在气化反应器的内壁上将存在熔化的矿渣层，其中熔化的矿渣 缓慢地向下移动到下面的矿渣出口。合成气体向上流动到较高的气体出口。合成气体因而 在其冷却之前与矿渣分离。从而不包括这样的气化反应器，该气化反应器在它们的下端部 产生骤冷区域，在该骤冷区域中合成气体和熔渣的温度在相同的冷却步骤中降低。在气化反应器中，获得其主体由氢气和一氧化碳组成的合成气体。给料适当地为 包含灰尘的含碳给料。这种给料的示例为煤、由煤得到的焦炭、煤液化残余物、石油焦炭、煤 烟、生物燃料、以及由油页岩、含浙青砂和焦油浙青获得的粉碎固体粒子。煤可以为任何类 型，包括褐煤、亚烟煤(sub-bituminous)、烟煤和无烟煤。在气化反应器中，在1200°C到1800°C的范围内的、优选地在1400°C至1800°C之间 的温度下，在1到200巴的范围内的、优选地在20至100巴之间的、更优选地在40至70巴 之间的压力下，在气化室中进行气化。优选地，合成气体在被供应给冷却容器之前被部分冷 却。合成气体在气体离开气化室时利用气体或液体骤冷优选部分地被冷却。优选地，进入 骤冷容器的合成气体具有在500°C至900°C之间的、更优选地在600°C至900°C之间的温度。 当包含灰尘的给料被气化时，合成气体将典型地包含一些残余的灰尘颗粒、飞灰。在骤冷容器中，通过使合成气体与合适的液体骤冷介质接触而将合成气体从升高 的温度冷却到较低的温度。气体在离开骤冷容器时的温度优选地在200°C至600°C之间，并 且更优选地在300°C至500°C之间，甚至更优选地在350°C至450°C之间。骤冷介质可以是具有所希望的冷却能力的任何液体。非限制性的示例为碳氢化合 物液体、在使用合成气体作为给料的下游处理中获得的废液流。优选地，该液体包括质量百 分比为至少50%的水。最优选地，该液体基本由水组成(即，水的体积百分比>95%)。在 优选的实施例中，如在可能的下游合成气体洗涤器中获得的废水(还称作黑水)被用作骤 冷介质。与液体骤冷介质的接触能以不同方式执行，对于此优选使用不同类型的骤冷容 器。根据一种方法，合成气体经由汲取管(diptube)通过水浴器。根据另一方法，液体骤冷 介质的液滴被喷射到合成气体流中。图1和2将示出适合于这两种方法的骤冷容器。当液体骤冷介质被喷射时，在喷射点处在普通压力情况下，所述液体的温度为起 泡点以下至多50°C，尤其是至多15°C，甚至更优选地为起泡点以下至多10°C。为此，如果 喷射的骤冷介质为水，其通常具有高于90°C的、优选地高于150°C的、更优选地为200°C到 270°C的、例如为230°C的温度。该温度显然将依赖于气化反应器的工作压力，即下文将提及
4的未处理的合成气体的压力。从而，实现喷射的骤冷介质的快速汽化，同时避免冷点。此外，优选的是，骤冷介质被以细小液滴雾的形式喷射。更优选地，该雾包括具有 从50 ii m到200 u m的、更优选地50 y m到150 u m的直径的液滴。优选地，所喷射液体的体 积百分比的至少60%是具有所指出的大小的液滴的形式。为了增强未处理的合成气体的骤冷，骤冷介质优选地以在10至60m/s、更优选地 在20至50m/s之间的平均速度进行喷射。喷射优选地通过一个喷嘴或多个喷嘴的布置结构执行。更优选地，使用多于一个 喷嘴的布置结构，所述喷嘴用于将液体雾化并沿向下方向喷射。向下方向尤其指的是液体 在被从喷嘴排出时的方向是竖直向下。当然，应理解成，骤冷介质流在其被从喷嘴排出时 将具有锥形状，并且此锥的平均方向将是液体在其被从喷嘴喷射时的方向。喷嘴可以是液 压喷嘴。液压喷嘴需要典型地比合成气体的压力高至少40巴的高喷射压力。这是因为， 当喷射压力和未处理的合成气体的压力之间的压差较低时，被喷射的雾中的液滴可变得过 大。后者可通过使用所谓的双流体喷嘴至少部分地抵消，其中雾化气体使流体雾化成细小 液滴，该雾化气体可以是例如N2、C02、(水)蒸汽或合成气体。优选的雾化气体是被从下游 处理步骤再循环获得的合成气体。使用雾化气体具有这样的优点在实现相同的液滴大小 和速度的同时，喷射压力和未处理的合成气体的压力之差可减小。这种双流体喷嘴众所周 知，并且例如可以从 Spraying Systems Co 购得。在 US-A-5732885 和 US-A-2004/0222317 中描述了适当喷嘴的实例。当喷嘴为双流体喷嘴时，优选的是，骤冷介质被以这样的喷射压力喷射，该喷射压 力比未处理的合成气体的压力高至少5巴、优选地从比未处理的合成气体的压力高至少10 巴直至比未处理的合成气体的压力高20巴。附图的详细描述图1示出用于气化和骤冷的装置1，包括竖直的细长的气化反应器2和竖直细长的 骤冷容器6。气化反应器2在其上端部4具有气体产物出口 3，该气体产物出口通过导管7 连接到骤冷容器6的上端部5。气化反应器2的上端部4设有气体反转室8，该气体反转室 具有连接到导管7的气体出口 9。导管7在低于气体反转室8的高度处与骤冷容器6的上 端部5连接。优选地，导管7包括向下定位的同轴的内部管路11，其中该内部管路具有水冷 壁，合适地为所谓的膜式壁。在水平面与内部管路11之间的角度a在40°至70°之间， 更优选地从45°到50° ；由于在管路11中可能聚积飞灰，所以更小的角度是不利的。由于 气体必须经过的急转弯导致高的腐蚀危险，因此更高的角度也是不利的。术语膜式壁是公知的并且是指冷却壁布置结构。这种壁是气密的，并且包括互连 管路的布置结构。冷却通常通过使冷却水蒸发来实现。这些管路经由共用分配器流体连接 到冷却介质的供应源上，并且在它们的另外端部处流体连接到共用汇管上以排出用过的冷 却介质。气化反应器2设有气化室35。气化室35流体连接到用于排出矿渣的下部开口 32， 并且在其上端部流体连接到竖直的传输管路34。传输管路34在其下端部设有喷射环33， 以喷射骤冷气体或液体以便部分地冷却如在气化室中形成的热的合成气体。竖直的传输管 路的上端部连接到气体反转室8。气体反转室8合适地为竖直的传输管路34的共线的延伸 部，在其上端部被封闭，并且在其竖直壁中设有开口，该开口与内部管路11流体连接。[0031]含碳给料和含氧流经由管线31被供应给气化室35。在气化室35中，获得未处理 的合成气体和矿渣。为此，在气化室35中通常存在若干个燃烧器(未示出)。气化室35的 各壁和传输管路34的各壁优选地被水冷，优选利用膜式壁。图1还示出骤冷容器6设有在其上端部5的气体入口 12，以及用于冷却过的气体 的出口 13。骤冷容器6在其上端部5设有第一内部管状壁部分16，该内部管状壁部分16 与气体入口 12流体连接。内部管状壁部分16在其下端部17连接到终止于水浴器19中的 汲取管18。内部管状壁部分16和汲取管18具有小于骤冷容器6的直径，结果在所述的内部 管状壁部分16和骤冷容器6的壁之间形成上部环形空间21以及在汲取管18和骤冷容器 6的壁之间形成下部环形空间22。环形空间21和22优选被密封件23气密地隔离，以避免 灰尘颗粒从空间22进入空间21。内部管状壁部分16优选具有这样的直径，即该直径在内部管状壁部分16的出口 17处小于管状的汲取管18的直径。如图所示，内部管状壁部分16与汲取管18同轴地定 向。汲取管18在其下端部18a朝骤冷容器6的内部开放。该下端部18a与在骤冷容器壁 6a中存在的气体出口 13流体连通。汲取管18部分地浸没在水浴器19中。围绕汲取管18的下端部存在吸出管27，以在吸出管27和汲取管18之间形成的 环形空间28中向上引导合成气体。在环形空间28的上部的排出端处存在偏转板27a，以 在曳出水滴和被骤冷的合成气体之间提供粗选。偏转板27a优选从汲取管18的外壁延伸 出。优选地，如图1所示，汲取管18的下部部分26具有比上部部分25小的直径。这是有 利的，因为存在于汲取管18内壁上的水层将在所述的下端部中增加。另一结果是，用于水 浴器19的环形区域将增加。这是有利的，因为这使得用户能够对于骤冷容器6使用更优化 的、更小的直径。骤冷容器6还设有用于包含例如飞灰的水的出口 20。内部管状壁部分16优选由互连的平行排列的管的布置结构形成，结果得到从冷 却水分配器延伸到汇管的基本上气密的管状壁。内部管状壁部分16的冷却可通过过冷 (sub-cooled)水或沸水进行。汲取管18的壁优选为简单设计，例如为金属板壁。在汲取管18的上端部优选存在排出管路30，该排出管路具有用于液态水的流出 口，该流出口定向成使得在使用时沿汲取管18的内壁实现水膜。排出管路30连接到供水 管路29。图1还示出优选的喷水喷嘴24，这些喷水喷嘴位于汲取管18中以在合成气体向下 流经汲取管18时将水滴喷射到合成气体中。喷嘴24优选在竖直向下的方向上与排出管路 30充分间隔开，以确保任何未蒸发的水滴在被喷射到合成气体流中时将接触汲取管18的 润湿的壁。申请人已发现，如果这种水滴将撞击未润湿的壁，则灰尘会沉积，从而形成非常 难以去除的污垢层。优选的是，喷嘴24定位在汲取管18的直径较大的部分25中。较大直 径导致更长的停留时间，使得水在被喷射时有足够长的时间来蒸发。图2示出如图1所示的装置，但是其中骤冷容器是不同的。附图标记2-4、7_9、11、 a >31-35与图1所示的附图标记具有相同含义和相同的参数选择。骤冷容器6’在其上端 部5’设有气体入口 12’、在其下端部41设有用于冷却过的气体的出口 40，限定用于向下指 向的气体产物流的路径42。骤冷容器6’在其上端部5’设有与气体入口 12’流体连接的第 一内部管状壁部分43。该第一内部管状壁部分43在其下端部44连接到具有壁46的发散的锥形部分45，这些壁46在用于气体的路径42的方向上向外倾斜。在由发散的锥形部分 45包围的空间48中，存在多于一个喷嘴47的布置结构，该喷嘴用于将液体骤冷介质雾化 并沿向下方向喷射到用于气体流的路径42中。用于将液体雾化并沿向下方向喷射的多于一个喷嘴47的布置结构可具有使合成 气体流能够与液体介质接触的任何设计。申请人已发现如下的优选设计，其中该布置结构 包括多个径向设置的臂，这些臂从骤冷容器的壁延伸出并且通过发散的锥形部分的壁中的 开口延伸到中心位置。该臂设有一个或更多个向下指向的喷嘴。优选地，喷嘴的出口开口 的中心与发散的锥形部分的壁之间的最小水平距离在0. 2m至lm之间。优选存在4到15个臂。每个臂可适当地具有3到且包含10个喷嘴。优选地，最接 近中心位置的喷嘴具有在向下方向和到中心位置的方向之间的、稍微倾斜的主流出方向。 臂优选存在于一个水平平面中。或者，臂可存在于不同平面内，例如处于交错结构中。相信 通过在此位置提供多于一个喷嘴47的布置结构进一步减小了灰尘沉积在壁上的危险，而 不希望一定要遵循理论。由于合成气体包含大量的非气态成分，在这些条件下可能有利的是，设置用于在 喷嘴周围提供保护气体的装置。出于相同的理由，所述臂设有用于避免或者除去要在臂顶 部聚积的沉积物的装置。这种装置可以是机械敲击装置，其直接位于该臂本身上或者位于 放在所述臂上方的金属外壳上。这种装置还可以是声学清洁装置。这种装置还可以是鼓风 装置，以连续或断续地吹散任何固体沉积物，或者还除去任何固体沉积物。保护气体和/或 鼓风气体可以是例如N2、co2、蒸汽或合成气体，并且更优选地为与雾化气体相同的来源。第一内部管状壁部分43和/或发散的锥形部分45的壁46优选具有水冷膜式壁 设计。在发散的锥形部分45的壁46的表面与垂直轴线之间的角度0优选在3°到30° 之间，并且更优选地在5°到10°之间。优选地，发散的锥形部分45在其下端部49处由具 有开口的下端部51的第二管状内壁50跟随。这里“跟随”指的是这两个部分可任选地相 互固定以形成气密连接。下端部51与用于冷却过的气体的出口 40流体连通。第二管状内壁50可任选地设计成膜式壁。由于在骤冷容器6’的该部分处的温度 条件更加适度，因此对于此部分优选地采用适当地由高合金钢板制成的更简单的设计。第 一内部管状壁部分43、发散的锥形部分45以及第二管状内壁51可设有一个或多个清洁装 置51’，该清洁装置可以是机械敲击器、气动鼓风设备或声学清洁设备。限定用于气体流的路径42的内部容器尺寸选择为使得针对给定的设计产量实现 合成气体的特定的最小向下气体速度。优选地，当气体通过第一内部管状壁部分43时，气 体速度为至少lm/s。第二管状内壁51的在气体流动路径的方向上的长度应长到足以在已在上游部分 中添加骤冷介质之后实现希望的冷却。优选地，第二管状内壁的内径与其长度的比例在 1 1至lj 1 6之间。
权利要求1.用于气化和骤冷的装置(1)，包括竖直的细长的气化反应器(2)，该气化反应器在其 上端部(4)具有气体产物出口(3)，该气体产物出口通过导管(7)流体连接到竖直的细长的 骤冷容器(6，6’ )的上端部(5，5’)，其中所述气化反应器(2)的上端部(4)设有气体反转 室(8)，该气体反转室具有连接到导管(7)的气体出口(9)，并且导管(7)在低于气体反转 室(8)的高度处与骤冷容器(6，6’)的上端部(5，5’)连接，导管(7)包括向下定位的内部 管路(11)，其特征在于，在水平面与内部管路(11)之间的角度(α)在40°至70°之间。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述内部管路(11)具有水冷膜式壁。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的装置，其特征在于，所述骤冷容器(6)设有位于 其上端部(5)的气体入口(12)以及用于冷却过的气体的出口(13)，骤冷容器(6)在其上端 部(5)设有内部管状壁部分(16)，该内部管状壁部分(16)与气体入口(12)流体连接，并且 内部管状壁部分(16)在其下端部(17)连接到终止于水浴器(19)中的汲取管(18)。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述骤冷容器(6’)设有位于其上端部 (5，)的气体入口(12’)以及位于其下端部(41)的用于冷却过的气体的出口(40)，限定用 于向下指向的气体产物流的路径(42)，骤冷容器(6’ )在其上端部(5’ )设有与气体入口 (12’ )流体连接的第一内部管状壁部分(43)，并且第一内部管状壁部分(43)在其下端部 (44)与具有壁(46)的发散的锥形部分(45)连接，所述壁(46)在所述路径(42)的方向上 向外倾斜，其中在由发散的锥形部分(45)包围的空间(48)中存在多于一个喷嘴(47)的布 置结构，所述喷嘴用于将液体骤冷介质雾化并沿向下方向喷射到所述路径(42)中。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，第一内部管状壁部分(43)和/或发散的 锥形部分(45)的壁(46)具有水冷膜式壁设计。
6.根据权利要求4至5中任一项所述的装置，其特征在于，发散的锥形部分的壁的表面 与垂直轴线之间的角度(β)在3°至30°之间。
7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，发散的锥形部分(45)在其下端部(49)处 由具有开口的下端部(51)的、第二管状内壁(50)跟随，所述开口的下端部(51)与用于冷 却过的气体的出口(40)流体连通。
专利摘要本实用新型涉及一种用于气化和骤冷的装置(1)，其包括竖直的细长的气化反应器(2)，该气化反应器在其上端部(4)处具有气体产物出口(3)，该气体产物出口通过导管(7)连接到竖直细长的骤冷容器(6，6’)的上端部(5，5’)，其中所述气化反应器(2)的上端部(4)设有气体反转室(8)，该气体反转室具有连接到导管(7)的气体出口(9)，并且导管(7)在低于气体反转室(8)的高度处与骤冷容器(6，6’)的上端部(5，5’)连接，导管(7)包括向下定位的内部管路(11)，其中在水平面与内部管路(11)之间的角度(α)在40°至70°之间。本实用新型的有益效果在于，可减少在管路中的聚积飞灰和高的腐蚀危险。
文档编号C10J3/48GK201785362SQ20102013796
公开日2011年4月6日 申请日期2010年3月4日 优先权日2009年3月4日
发明者E·J·范霍尔顿, J·帕彭迪克, R·E·范登伯格, T·P·冯科萨克-格洛切斯基, W·K·哈特威尔德 申请人:国际壳牌研究有限公司