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CN102239236B - 用于冷却合成气的容器 - Google Patents

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CN102239236B CN200980148480.3A CN200980148480A CN102239236B CN 102239236 B CN102239236 B CN 102239236B CN 200980148480 A CN200980148480 A CN 200980148480A CN 102239236 B CN102239236 B CN 102239236B
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Abstract

本发明公开了一种用于冷却合成气的容器，该容器包括合成气收集腔和骤冷腔，其中合成气收集腔具有合成气出口，该合成气出口经由管状汲取管与骤冷腔流体连接，其中所述合成气出口包括与汲取管的取向共轴的管状部分，该管状部分具有比汲取管的直径小的直径，其中所述管状部分终止于汲取管内的一点处，从而在管状部分与汲取管之间形成环形空间，其中在环形空间中存在具有排放开口的用于液态水的排放管道，该排放开口定位成沿着汲取管的内壁引导液态水流，以及其中所述排放管道具有远离排放开口定位的延伸部分，该延伸部分与通风管道流体连接。

Description

用于冷却合成气的容器
技术领域
本发明涉及一种用于冷却合成气的容器，该容器包括合成气收集腔和骤冷腔。该合成气收集腔的合成气出口经由管状汲取管与骤冷腔流体连接。
背景技术
在US-A-4828578中描述了这样的容器。该公开描述了一种气化反应器，该气化反应器具有设置有燃烧器的反应腔，其中燃料和氧化剂被部分氧化以产生出热气体产物。热气体经由收缩的咽部传送以便在位于反应腔下方的液体浴中进行冷却。汲取管将热气体导引到液体浴中。在汲取管的上端部处存在骤冷环。骤冷环具有与压力水源流体连接的螺旋管形主体。形成于所述主体中的狭窄通道传送水流以便冷却汲取管的内壁。骤冷环还具有开口，以便在热气体流经过骤冷环时将水喷射到热气体流中。
US4808197公开了一种组合的汲取管和骤冷环，其与诸如水的液态冷却剂的压力源连通，而且其靠着汲取管引导表面引导液态冷却剂流，以便将这些表面保持在浸湿状态中。
US4474584描述了一种通过接触向下经过几个接触区的气体来冷却热的合成气体的方法。
US2008/0141588描述了一种用于与粉尘型或者液态燃料一起操作的曳出流气化的反应器，该反应器具有由以气密性方式焊接在一起的管子形成的冷却屏，冷却水流经各管子。
US4801307描述了一种骤冷液体分配环和汲取管的组件，该组件包括一环矩形底部的供料骤冷液体分配通道，并且在其上游端部环绕汲取管的外径。多个狭槽状孔口经过所述环形分配通道的内壁，以便在分配通道与环形间隙之间为骤冷液体提供自由通道。骤冷液体的螺旋层可被提供给圆筒状汲取管和骤冷液体分配通道内壁的内表面并且在圆筒状汲取管和骤冷液体分配通道内壁的内表面上进行分配。
US2007/0272129描述了一种用于在水浴中通过浸湿流体浸湿炭和/或熔渣的喷水环，该喷水环包括设置成环线的环形管道，该环形管道位于入口点处，该入口点设置有用于将浸湿流体沿着入口流动方向供给到环形管道中的入口，而且设置有多个用于将浸湿流体喷洒出环形管道的出口开口，其中入口流动方向在入口点处具有与浸湿流体经过环形管道的环线流动方向的相切的分量。在每个入口点处，入口流动方向与环线流动方向之间的夹角小于90°，优选地小于80°，更优选地小于50°。入口角度可以为45°。
发明内容
本发明的目的是提供一种冷却合成气的容器的改进设计，该容器包括合成气收集腔和骤冷腔。
这通过下述容器来实现。该容器包括：
合成气收集腔和骤冷腔，其中合成气收集腔具有合成气出口，所述合成气出口经由管状汲取管与骤冷腔流体连接，
其中所述合成气出口包括与汲取管的取向共轴的并且具有比汲取管的直径小的直径的管状部分，以及
其中所述管状部分终止于汲取管内的一点处，从而在管状部分与汲取管之间形成环形空间，
其中在环形空间中存在具有排放开口的用于液态水的排放管道，所述排放开口被定位成沿着汲取管的内壁引导液态水，以及
其中所述排放管道具有远离所述排放开口定位的延伸部分，所述延伸部分与通风管道流体连接。
申请人发现通过在环形空间中提供排放管道获得了一种更坚固耐用的设计。被冷却的管状部分可用作有效的热屏障，从而保护排放管道免受热应力。
附图说明
通过下述附图来进一步描述本发明及其优选实施例。
图1是根据本发明的容器。
图2是图1中细节A的侧视图。
图3是图1中细节A的俯视图。
图4是根据本发明的气化反应器。
图4a显示出图4所示反应器的一部分的可替代设计。
具体实施方式
合成气是指一种包括一氧化碳和氢的混合物。合成气优选地通过气化包括含碳给料的灰烬来制备，该含碳给料例如是煤、石油焦炭、生物物质、脱沥青的焦油砂残余物。煤可以是褐煤、烟煤、亚烟煤、无烟煤和褐色煤。存在于合成气收集腔中的合成气可具有从600℃到1500℃范围内的温度，而且具有2MPa到10MPa之间的压力。合成气优选在根据本发明的容器中被冷却到比气体成分的饱和温度高50℃的温度以下。更优选地，合成气被冷却到比气体成分的饱和温度高20℃的温度以下。
图1显示出容器1，该容器包括合成气收集腔2和骤冷腔3。在使用时，该容器如该图所示是竖直取向的。对竖直、水平、顶部、底部、上部和下部的参考基准涉及该取向。所述术语用于帮助更好地理解本发明，而决不旨在将权利要求书的范围限制成具有所述取向的容器。合成气收集腔2具有合成气出口4，该合成气出口经由管状汲取管5与骤冷腔3流体连接。合成气收集腔2和汲取管5具有比容器1小的直径，从而在所述合成气收集腔2与容器1的壁之间产生上部环形空间2a和在汲取管5与容器1的壁之间产生下部环形空间2b。环形空间2a和2b优选通过密封件2c气密性地分隔开，以便避免灰烬颗粒从空间2b进入空间2a，以及避免气体经由开口19a(图2)旁经汲取管。
合成气出口4包括管状部分6，该管状部分6的直径小于管状汲取管5的直径。如该图所示，管状部件6被取向成与汲取管5共轴。如图1所示的容器1在其上端部处设置有合成气入口7以及连接管8，该连接管设有用于合成气的通道10。用于合成气的通道由壁9限定。连接管8优选连接至如在WO-A-2007125046中更详细描述的气化反应器。
汲取管5在其下端部10处通向容器1的内部。该下端部10远离合成气收集腔2定位并且与存在于容器壁12中的气体出口11流体连通。汲取管部分地浸没在水浴13中。在汲取管5的下端部周围存在引流管14，以便在由引流管14和汲取管5形成的环形空间16中向上引导合成气。在环形空间16的上排放端部处存在偏转板16a，以提供所曳出的水滴与骤冷过的合成气之间的大致分离。偏转板16a优选从汲取管5的外壁延伸。如图1所示，汲取管5的下部部分5b具有比上部部分5a小的直径。这是有利的，因为下端部中的水层将增大，而且因为用于水浴13的环形区域将增大。这是有利的，因为它能够使人们使用对于容器1来说更优化的、较小的直径。上部部分的直径与下部部分的直径的比值优选地在1.25∶1到2∶1之间。骤冷区3还设置有用于含有例如飞尘和/或熔渣的水的出口15。
管状部分6优选由互连的平行布置的管装置形成，从而产生从冷却水分配器延伸到集管(header)的基本气密性的管状壁。管状部件6的冷却可通过低温冷却水或沸水进行。
合成气收集腔2的壁优选地由互连的平行布置的管装置构成，从而产生从分配器延伸到集管的基本气密性的壁，所述分配器设置有冷却水供给管道，所述集管设置有用于水或蒸汽的排放管道。汲取管的壁优选具有较简单的设计，例如金属板壁。
图1还显示出优选的水喷射喷嘴18，该喷嘴位于汲取管5中，以便在合成气向下流经汲取管5时将水滴喷射到合成气中。还示出了水供给管道17和排放管道19，这将会通过图2和3详细地描述。喷嘴18优选在竖直方向与排放管道19充分间隔开，以确保被喷射到合成气流中的未蒸发的水滴将接触汲取管5的浸湿壁。申请人已经发现，如果该水滴撞击未浸湿的壁，则灰烬可能沉积，从而形成很难去除的结垢层。在利用如上所讨论的具有较小直径的下部部分5b的汲取管5实施例中，优选的是，喷嘴18定位于较大直径部分5a中。通过较大直径获得更多滞留时间，从而使得所注入的水具有足够的蒸发时间。
图2显示出图1的细节A。图2显示出管状部件6终止于由汲取管5封闭的空间内的一点处，以使得在管状部分6与汲取管5之间形成环形空间20。在环形空间20中，存在具有排放开口21的用于液态水的排放管道19，该排放开口被定位成使得沿着汲取管5的内壁引导液态水22。管道19和管状部件6优选不彼此固定，更优选彼此水平间隔开。这是有利的，因为这允许两个部件都能相对于彼此运动。在使用容器时，这在两个部件通常具有不同热膨胀时避免热应力。在管道19与管状部分6之间所形成的间隙19a将允许气体从合成气收集腔2流到位于合成气收集腔的壁2与容器1的壁之间的空间2a。这是有利的，因为它导致所述两个空间之间的压力平衡。排放管道19优选在沿着管状部件6的外周的封闭圆中延伸，而且具有作为排放开口的狭缝状开口21，该狭缝状开口位于排放管道19与汲取管5的内壁会合的位置处。在使用时，液态水22于是将沿着汲取管5的壁的整个内圆周排放。如所示的，管道19不具有用于将水引导到合成气流中的排放开口，合成气流经由合成气出口4排放。
图2还显示出排放管道19适当地流体连接至圆形供给管道23。所述供给管道23沿着排放管道19的外周延伸。管道19和23都沿所述外周通过很多个开口24流体连接。可替代地，在图2和3中未显示，有一个实施例，其中排放管道19直接流体连接至一条或多条与闭合圆的半径成一角度的用于液态水的供给管线17，以使得在使用时在供给管道中形成液态水流。
优选地，排放管道19或者管道23连接至通风装置。该通风装置用于去除可能积累在所述管道中的气体。通风管线优选在容器1内部行进穿过密封件2c，以便流体连接至环形空间2b。所述空间2b中的较低压力形成用于通风的驱动力。通风管线的尺寸(例如所述通风管线中的孔口大小)被选择成允许最小的所需流量，还可能将很小量的水以及通风气体传送到环形空间2b中。优选地，管道19设置有如图2所示的通风装置，其中排放管道19具有远离排放开口21定位的延伸部分26，该延伸部分26流体连接至通风管道27。
图3的圆形供给管道23可适当地以一角度α流体连接至用于液态水的一条或多条供给管线17，以使得在使用时在供给管道23中产生液态水流。角度α优选在0°至45°之间，更优选在0°至15°之间。供给管线17的数量可以是至少2。最大数量取决于例如管道23的尺寸。独立的供给管线17可结合在容器1的上游或容器内，以便限制容器1的壁中的开口数量。供给管线17的排放端部优选地设置有喷嘴，以用于在液态水进入供给管道23时增大液态水的速度。这将在水在管道23中流动时增大水的速度和湍流，从而避免固体积累和形成沉积物。喷嘴本身可以是具有比供给管线17的直径小的流出直径的易于更换部件。
开口24优选具有与闭合圆的半径25成角度β的取向，以使得在使用时在排放管道19中产生具有与供给管道23中的流动方向相同的液态水流。角度β优选在45°至90°之间。
图3还显示出作为互联的平行布置的管28装置从而形成基本气密性的管状壁29的管状部分6。
图4显示出根据本发明的容器30，其中合成气收集腔2是设置有4个水平点火燃烧器32的反应腔31。燃烧器的数量可以适当地为从1到8个燃烧器。对于所述燃烧器来说，含碳给料和含气体的氧经由管道32a和32b提供。反应腔31的壁33优选是互联的平行布置的管34装置，从而形成基本气密性的管状壁。在图4中绘制出管的仅仅一部分。管34从在较低处布置的冷却水分配器37延伸到在较高处布置的集管38。如例如在文献WO-A-2008110592中所述的，在图4中布置燃烧器32，该公开文献结合到本文以作参考。例如如在文献WO-A-2008065184或US-A-2007079554中所述的，一个或多个燃烧器可替代地被向下导向。在使用时，在壁33的内部存在液态熔渣层。该熔渣将向下流动并且将经由出口15从反应器中排出。
图4中的附图标记(在图1-3中也使用的)涉及具有相同功能的结构。图4的细节A参照图2和3。
合成气出口4由起始于管状壁33的下端部并且向开口36偏斜的截头圆锥形部分35组成。优选地，截头圆锥形部分35具有管状部分35a，该管状部分35a与所述部分35的出口开口连接，以用于将熔渣向下引导到汲取管5中。这是有利的，因为这于是避免熔渣颗粒使排放管道19结垢。如果这样的管状部分35a不存在，则小的熔渣颗粒可能通过再循环的气体而被带到管道19中。通过使用具有足够长度的管状部分，避免了在管道19区域中的这种再循环。优选地，管状部分35a的长度使得下端部终止于排放管道19处或下方。甚至更优选地，下端部终止于排放管道19下方，其中管状部分35a的竖直长度的至少一半在排放管道19下方延伸。
截头圆锥形部分35和可选的管状部分35a和35b包括一条或多条管道，在使用时，冷却水或过冷冷却水流动通过该一条或多条管道。部分35、35a和35b的管道设计可改变而且例如可以螺旋状地形成或者包括多个U形转弯的平行地形成或者它们的组合。部分35、35a和35b可甚至具有各自的冷却水供给和排放系统。优选地，用过的冷却水和这些部件35和35a产生的蒸汽的温度被测量以预测在这些部分上的局部熔渣层的厚度。这是特别有利的，如果气化工艺在有益于形成对于特定给料(诸如低量的含如某些生物物质进料和焦油砂残余物的给料的灰烬)来说足够厚的熔渣层的温度下运行，或者在煤给料包括具有高熔点的组分的情况下。这样的操作的危险在于出口4可能被积累的熔渣堵塞。通过测量冷却水或所产生的蒸汽的温度，人们可预测何时产生这样的熔渣积累，以及调节工艺条件以避免这样的堵塞。本发明因此还针对一种方法，该方法通过测量冷却水或这些部件35和35a产生的蒸汽的温度来预测何时产生熔渣积累堵塞以及调节工艺条件以避免这样的堵塞，从而避免在如图4所示的反应器的反应腔出口处的熔渣堵塞。通常，用过的冷却水的温度降低或者所产生的蒸汽的温度降低表明熔渣层增厚。该工艺通常通过升高反应腔的气化温度来调节，以使得熔渣变得更为流动，而且因此减小部分35和35a上的熔渣层的厚度。在图4中未显示出用于该冷却水的供给管道和排放管道。
截头圆锥形部分35在其下端部附近连接至管状部分6。开口36的直径小于管状部分6的直径，以使得液态熔渣在其下落到水浴13中和固化时不太容易撞击管状部分6的壁或者汲取管5的壁。在水浴13中，固化的熔渣颗粒借助于倒置的截头圆锥部分39被引导至出口15。
在图4a中，显示出用于管状部分35a的一个优选实施例，其中管状部分35a的下端部通过延伸到管状部分6的下端部的平面35b固定。该设计是有利的，因为在固态熔渣颗粒会积累的位置处存在较小的淤塞区。

Claims (12)

1.一种用于冷却合成气的容器，所述容器包括：
合成气收集腔和骤冷腔，其中合成气收集腔具有合成气出口，所述合成气出口经由管状汲取管与骤冷腔流体连接，
其中所述合成气出口包括与汲取管的取向共轴的管状部分，所述管状部分具有比管状的汲取管的直径小的直径，以及
其中所述管状部分终止于汲取管内的一点处，从而在管状部分与汲取管之间形成环形空间，
其中在环形空间中存在具有排放开口的用于液态水的排放管道，所述排放开口被定位成沿着汲取管的内壁引导液态水，以及
其中所述排放管道具有远离所述排放开口定位的延伸部分，所述延伸部分与通风管道流体连接。
2.根据权利要求1所述的容器，其中所述通风管道流体连接至存在于所述汲取管与所述容器的壁之间的环形空间。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的容器，其中所述管状部分由互连的平行布置的管装置形成，从而形成从冷却水分配器延伸到集管的气密性管状壁。
4.根据权利要求1所述的容器，其中所述排放管道在沿着管状部分的外周的封闭圆中延伸，并且在所述排放管道与所述汲取管的内壁会合的位置处具有狭缝状开口，以使得在使用时液态水沿着所述汲取管的壁的整个内圆周排放。
5.根据权利要求4所述的容器，其中所述排放管道与一条或者多条用于液态水的供给管线以与所述封闭圆的半径成一角度地流体连接，以使得在使用时在所述用于液态水的供给管线中形成液态水流。
6.根据权利要求4所述的容器，其中所述排放管道与圆形供给管道流体连接，所述圆形供给管道沿着所述排放管道的外周延伸，排放管道和供给管道都沿着所述外周通过许多开口流体连接，圆形供给管道与一条或者多条用于液态水的供给管线以与所述封闭圆的半径成一角度地流体连接，以使得在使用时在供给管道中形成液态水流。
7.根据权利要求6所述的容器，其中所述供给管线的排放端部设置有喷嘴，以便在液态水进入所述供给管道时增加液态水的速度。
8.根据权利要求6-7中任一项所述的容器，其中所述圆形供给管道与所述供给管线之间的角度在0°到45°之间。
9.根据权利要求6-7中任一项所述的容器，其中在所述排放管道与所述供给管道之间的所述开口是具有与所述封闭圆的半径成一角度的取向的通道，以使得在使用时在排放管道中产生与供给管道中的流动具有相同方向的液态水流。
10.根据权利要求9所述的容器，其中所述圆形排放管道的半径与所述通道之间的角度在45°到90°之间。
11.根据权利要求1-2中任一项所述的容器，其中所述合成气收集腔包括互连的平行布置的管装置，从而形成从分配器延伸到集管的气密壁，所述分配器设置有冷却水供给管道，而且所述集管设置有蒸汽排放管道。
12.根据权利要求1-2中任一项所述的容器，其中所述管状部分与所述排放管道彼此间隔开，以使得在所述合成气收集腔与所述容器的壁之间的环形空间与被合成气收集腔包围的空间流体连接。
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