专利名称：气化反应器和方法
技术领域：
本发明涉及一种通过使含碳原料气化来生产合成气的气化反应器和方法，其中，所述气化反应器包括封装气化器单元和熔渣收集槽的压力容器。
背景技术：
通过使含碳原料(诸如煤粉)气化来生产合成气体或合成气。含碳原料在气化器单元中通过延伸到气化器中的多个燃烧器而被部分氧化。所生产的合成气含有作为副产品的熔渣颗粒和飞尘。熔渣颗粒向下涡旋运动到熔渣收集槽中，该熔渣收集槽通常装有水并且设有用于去除用过的水和所收集的熔渣的出口。熔渣颗粒的一部分在气化器单元的内壁表面上形成沉积物。如果熔渣结块足够大且重，它们下落到熔渣收集槽中。已经发现，至少对于一些类型的煤，熔渣结块在它们下落到熔渣收集槽中之前可能变得非常大而达到使得它们无法通过熔渣收集槽出口的程度。在一些情况下，甚至阻塞出口，从而必需使反应器停工。
发明内容
本发明的目的是减小使熔渣收集槽的出口堵塞的风险并且能够将气化反应器用于更宽范围类型的煤。该目的利用一种通过使含碳原料气化来生产合成气的气化反应器来实现，其中，该气化反应器包括封装气化器单元的压力容器，所述气化器单元具有反应器腔室，所述反应器腔室的下端部通到端部开放的裙部，所述裙部布置在熔渣收集槽上方，其中所述裙部布置在一个或多个敲击器的撞击范围内。
迄今为止，敲击器通常用于去除不会自行脱落的污垢。在这种情况下，对于熔渣去除来说，不需要敲击器，这是因为熔渣沉积物在它们的自身重力作用下能够从裙部落下来。然而，现在已经发现，通过使用一个或多个敲击器，熔渣沉积物的尺寸可得到控制并且保持足够小以防止熔渣收集槽排放口堵塞。这样，气化反应器可用于更宽范围类型的含碳原料，包括产生高熔渣含量类型的煤。裙部可例如具有沿从下向上方向变窄的狭窄上部部段，其中，裙部的较宽部分定位成朝向熔渣槽。这样的部段形成特别适于进行敲击的位置，这是由于在该位置的内表面处收集了最大的熔渣沉积物。可替代地或另外地，裙部可以包括管状(例如，圆筒形)的下部部段，所述下部部段布置在一个或多个敲击器的撞击范围内。可选地，裙部的上部部段和/或其它部分可由相互连接以形成气密性隔膜的平行的冷却剂管道构成。冷却剂可例如是水。通过使表面冷却，在表面上收集更多熔渣颗粒。结果，合成气中的熔渣含量显著降低。在一个可替代的实施例中，裙部可例如完全或部分地由一块或多块板制成，该裙部包括设有一条或多条冷却剂通道的外表面。为了加强和保护裙部的受撞击区域，砧板可设置在裙部的外表面上、在一个或多个敲击器的撞击范围内。
敲击器可以例如延伸穿过压力容器的壁。这提高了对敲击器进行维护和维修的可达性。敲击器例如可包括:壳体，所述壳体从压力容器的外表面延伸出；撞击杆，所述撞击杆具有通过壳体中的开口被可滑动地支撑的一个端部和接触砧板的一个端部；以及可激活的撞击装置，所述撞击装置具有撞锤头，所述撞锤头在远侧位置与撞击位置之间与撞击杆相一致地运动，所述远侧位置距撞击杆一距离，在所述撞击位置中，所述撞锤头撞击所述撞击杆。合适的敲击器例如是在W02010/063752或W02010/063755中所公开的敲击器类型。可选地，裙部可设有耐火材料衬里，但为了提高对敲击器的撞击阻力，可以省略耐火材料衬里。通常，裙部显示为是旋转对称的，例如，具有圆筒形的下部部段和圆锥形的上部部段，但是，如果期望的话，也可以使用其它合适的管状构造。裙部的上部部段可以是圆锥形的，或者，如果期望的话，它可具有其它变窄的几何形状。一个或多个敲击器可以被激活以所期望的频率进行敲击。频率越高，越小的熔渣颗粒下落到熔渣收集槽中。
现在将通过参考附图来描述本发明的一个示例性实施例，附图中:图1:示意性地示出了根据本发明的气化反应器的纵向截面；图2:示出了图1中的反应器的敲击器的详细截面。
具体实施例方式图1示出了用于通过使含碳`原料(特别是煤粉)部分燃烧来生产合成气的气化反应器I。气化反应器I包括在竖直取向的细长压力容器3中的气化器单元2。气化器单元2包括反应器腔室2A和裙部2B。反应器腔室2A具有:向下变窄到开口 5的下端部4，所述开口开口至被裙部2B包围的空间；和开放的上端部6，所述上端部形成合成气的出口，所述合成气可以被进一步输送到例如冷却器。裙部2B包括布置在熔渣收集槽7上方的圆筒形下部部段8和沿从下向上方向变窄的圆锥形上部部段9，从而围住开口 5，使得圆锥形上部部段9的上端部在与反应器腔室2A下端部的连接点处与在圆锥形上部部段9的底部部分处相比更窄。裙部2B由螺旋盘绕的管道34 (参见图2)构成，所述管道用于输送诸如水的冷却液。管道34相互连接以形成气密性隔膜。在一个可替代的实施例中，裙部可由一块或多块板制成，所述一块或多块板在其外表面上包括冷却剂通道。熔渣槽7包括圆筒形壳体11，该圆筒形壳体封装圆锥形漏斗12，该圆锥形漏斗向下朝向熔渣排放口 13变窄。在附图所示的实施例中，裙部2B不设有耐火材料衬里。然而，在其他实施例中，如果期望的话，可以使用耐火材料衬里。多个燃烧器14延伸到反应器腔室2A中，以供给煤粉、氧和蒸汽的混合物。该混合物被点燃而部分燃烧，从而产生合成气体或合成气以及产生作为副产物的熔渣和飞尘。合成气向上朝向开口6流动。新产生的合成气包含熔渣颗粒。较大且较重的部分下落到熔渣收集槽7中。热合成气的一部分经由开口 5向下涡旋运动到由裙部2B所包围的空间。这在裙部2B内形成湍流。裙部2B的圆筒形部段8和圆锥形上部部段9被液体冷却剂冷却，所述液体冷却剂循环通过形成裙部2B的管道。在由裙部2B包围的空间内涡旋运动合成气沿着冷却表面8、9流动。合成气冷却下来，将固化的熔渣颗粒的沉积物留在裙部2B的冷却隔膜(membrane)上。一旦沉积物已经变得足够重，则它们从裙部2B的冷却隔膜上下落到熔渣收集槽7中。为了去除所收集的熔渣，通过打开溶渣排放口 13来定期清空熔渣收集槽7。为了防止熔渣沉积物在下落之前变得太大，裙部2B的圆锥形上部部段9被敲击器15撞击，该敲击器在图2中更详细地不出。在一个可替代的实施例中，敲击器15可例如撞击裙部2B的圆筒形部段8。还可以将撞击圆锥形上部部段9的敲击器15与撞击圆筒形部段8的敲击器结合起来。敲击器15延伸通过压力容器3的壁。敲击器15包括撞击装置16，该撞击装置连接到在压力容器3壁上的壳体17。该壳体17包括从压力容器3的壁分支出的第一带凸缘的舱18。舱18包括连接到顶部凸缘20的凸缘19，该顶部凸缘限定出用于撞击杆22的通道开口 21。圆筒形的间隔件23与通道开口 21排成直线。间隔件23承载撞击装置16，该撞击装置具有撞锤头24,该撞锤头与撞击杆22排成直线并且与撞击杆22的自由端25相对。在裙部2B的上部部段9的圆锥形表面附近，撞击杆22包括与砧板27接合的端部
26。砧板27具有:遵循裙部2B的外表面的一个侧面27A ;和带有与撞击杆19的端部26相接合的竖直平坦面的相对侧面27B。撞击杆22行进穿过压力容器3内的圆筒形支撑构件28。所述圆筒形支承构件28的一个端部被带有中心开口 30的端壁29封闭，撞击杆22被可滑动地支承在该中心开口内。圆筒形支撑部件28的相对的第二端以气密方式连接到顶部凸缘20。
圆筒形支撑构件28包围内部空间31，该内部空间开放连接至密封气体供给通路32，该密封气体供给通路可操作地连接到密封气体供给装置33。为了防止热、易燃且有毒性的合成气通过通道开口 30泄漏，将惰性的密封气体(诸如氮气)吹到圆筒形支撑构件28的内部空间31中。压力容器3内的压力明显高于大气压。结果，在撞击杆22上施加作用力以将其经由通道开口 21推出压力容器3。为了补偿该作用力，将密封气体在过压下供给到圆筒形支撑构件28，从而在撞击杆22上产生反作用力。该过压可以使得撞击杆22被紧紧地压靠在站板27上。撞击装置16可被致动以进行敲击，其中撞击装置的敲击头24将一定撞击力施加到撞击杆22的端部上。撞击杆22将撞击载荷经由站'板27传递到圆锥形上部部段9。撞击载荷使熔渣沉积物变松，该熔渣沉积物下落到熔渣收集槽7中。在附图所示的实施例中，仅仅示出了一个敲击器15。但是，如果期望的话，可以使用一个以上的敲击器15。
权利要求
1.一种用于通过使含碳原料气化来生产合成气的气化反应器(1)，其中，所述气化反应器包括封装气化器单元(2)的压力容器(3)，所述气化器单元具有反应器腔室(2A)，所述反应器腔室的下端部通到端部开放的裙部(2B)，所述裙部布置在熔渣收集槽(7)上方，所述裙部(2B)包括上部部段(9)，所述上部部段连接到反应器腔室(2A)的下端部，所述上部部段(9)的狭窄顶端部在与反应器腔室(2A)的下端部的连接点处与在上部部段(9)的底部部分处相比更窄，一块或多块敲击器砧板(27)设置在上部部段(9)的外表面处、在一个或多个敲击器(15)之一的撞击范围内。
2.根据权利要求1所述的气化反应器，其中，所述裙部包括设置在所述一个或多个敲击器(15)的撞击范围内的管状下部部段(8)。
3.根据权利要求1或2所述的气化反应器，其中，所述裙部(2B)的至少上部部段(9)由相互连接以形成气密性隔膜的平行的冷却剂管道构成。
4.根据前述权利要求中任一项所述的气化反应器，其中，所述裙部至少部分地由一块或多块板制成，所述裙部包括设有一条或多条冷却剂通道的外表面。
5.根据前述权利要求中任一项所述的气化反应器，其中，所述一个或多个敲击器(15)延伸穿过所述压力容器(3)的壁。
6.根据前述权利要求中任一项所述的气化反应器，其中，所述敲击器的至少一部分包括:壳体(17)，所述壳体从压力容器(3)的表面延伸出；撞击杆(22)，所述撞击杆具有通过壳体中的开口被滑动地支撑的一个端部和接触砧板(27)的一个端部；以及可激活的撞击装置(16)，所述撞击装置具有撞锤头(24)，所述撞锤头能够在远侧位置与撞击位置之间与撞击杆成直线地运动，在所述撞击位置中，所述撞锤头撞击所述撞击杆。
7.根据前述权利要求中任一项所述的气化反应器，其中，所述裙部(2B)的上部部段(9)是圆锥形的。
8.根据前述权利要求中任一项所述的气化反应器，其中，所述裙部(2B)不设有耐火材料衬里。
9.一种用于通过在气化反应器(I)中使含碳原料气化以生产合成气的方法，所述气化反应器包括封装气化器单元(2)的压力容器(3)，所述气化器单元具有反应器腔室(2A)，所述反应器腔室的下端部通到端部开放的裙部(2B)，所述裙部布置在熔渣收集槽(7)上方，所述裙部(2B)包括上部部段(9)，所述上部部段连接到反应器腔室(2A)的下端部，所述上部部段(9)在与反应器腔室(2A)的下端部的连接点处与在上部部段(9)的底部部分处相比更窄，一块或多块敲击器砧板(27)设置在上部部段(9)的外表面处、在一个或多个敲击器(15)之一的撞击范围内，使所述裙部(2B)的外表面被所述一个或多个敲击器(15)有规律地撞击，以从裙部的内表面去除所收集的熔渣,随后将所述熔渣收集在所述熔渣收集槽内。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，使所述裙部(2B)至少部分地被循环通过冷却剂管道的冷却剂冷却。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，所述裙部(2B)的上部部段(9)是圆锥形的。
全文摘要
本发明涉及一种用于通过使含碳原料气化来生产合成气的气化方法和气化反应器(1)。所述气化反应器包括封装气化器单元(2)的压力容器(3)，所述气化器单元具有反应器腔室(2A)，所述反应器腔室的下端部通到端部开放的裙部(2B)，所述裙部布置在熔渣收集槽(7)上方。所述裙部(2B)布置在一个或多个敲击器(15)的撞击范围内。
文档编号C10J3/52GK103119134SQ201180045581
公开日2013年5月22日 申请日期2011年9月22日 优先权日2010年9月23日
发明者T·P·冯科萨克格洛切维斯基, J·帕彭迪克, H·C·图尔 申请人:国际壳牌研究有限公司