CN108410516A - 气化激冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气化激冷系统。所述系统包括激冷系统，所述激冷系统可以冷却气化腔中产生的合成气。所述激冷系统包括：激冷腔；汲取管，所述汲取管可以引导来自所述气化腔的合成气进入激冷液体中以冷却所述合成气，从而产生冷却合成气；以及通风管，所述通风管周向围绕所述汲取管设置并且可以接收所述冷却合成气。通道设置在所述汲取管的第一壁与所述通风管的第二壁之间，并且所述通风管包括位于所述通道的流动方向上的锥形构造。

Description

气化激冷系统

技术领域

本说明书中公开的主题涉及气化系统，并且更确切地说，涉及用于将夹带的激冷液体与合成气隔离的激冷系统构造。

背景技术

诸如固态煤、液态石油或生物质等化石燃料气化可以在气化后用于生产电力、化学物质、合成燃料，或用于各种其他应用。气化通常包括使碳质燃料与氧气在非常高的温度下反应以产生合成气体，通常称为合成气，所述合成气是一种含有一氧化碳和氢气的燃料。与气化前处于其原始状态的燃料相比，合成气燃烧更高效并且更清洁。除了合成气之外，气化还可能产生若干副产物，例如二氧化碳、硫化氢、氨水、炉渣、细灰分颗粒和未转化的碳。因此，使用之前，可以将合成气冷却并且进行进一步处理，以将副产物与合成气隔离。

发明内容

下文概述与最早提出权利要求的本发明的范围相符的某些实施例。这些实施例并不意图限制提出权利要求的本发明的范围，相反，这些实施例仅意图提供本发明的可能形式的简述。实际上，本发明可涵盖可能与下述实施例类似或不同的各种形式。

在本发明的第一实施例中，一种系统包括激冷系统，所述激冷系统可以冷却气化腔中产生的合成气。所述激冷系统包括：激冷腔；汲取管，所述汲取管可以引导来自所述气化腔的合成气进入激冷液体中以冷却所述合成气，从而产生冷却合成气；以及通风管(draft tube)，所述通风管周向围绕所述汲取管设置并且可以接收所述冷却合成气。通道设置在所述汲取管的第一壁与所述通风管的第二壁之间，并且所述通风管包括位于所述通道的流动方向上的锥形构造。

其中，所述第二壁包括多个段，并且所述多个段中的每一段径向偏置并且从所述多个段中的相邻段至少部分轴向偏置，以限定所述锥形构造。

其中，相邻段之间的径向距离从所述多个段中的一对相邻段到至少一对其他相邻段是可变的。

其中，相邻段之间的径向距离从所述多个段中的一对相邻段到至少一对其他相邻段是恒定的。

其中，所述第二壁的至少一段包括多个穿孔。

所述系统还包括具有外壳的气化器、设置在所述外壳中的所述气化腔、以及设置在所述外壳中位于所述气化腔的下游的所述激冷系统。

在本发明的第二实施例中，一种系统包括通风管，所述通风管可以在气化腔下游围绕气化器的激冷系统中的汲取管安装。所述通风管包括至少一个径向定向的开口和锥形构造。

其中，所述通风管包括布置成所述锥形构造的多个段。

其中，所述多个段中的每一段径向偏置并且从所述多个段中的相邻段至少部分轴向偏置，以限定所述锥形构造。

其中，所述多个段中的至少一段的一部分定向成相对于所述通风管的中心轴成锐角。

其中，所述多个段中的至少一段的一部分定向成相对于所述通风管的中心轴平行。

其中，所述多个段中的至少一段包括多个穿孔。

所述系统还包括所述激冷系统，所述激冷系统具有至少部分围绕所述汲取管设置的所述通风管。

所述系统进一步包括具有外壳的气化器、设置在所述外壳中的所述气化腔、以及设置在所述外壳中位于所述气化腔的下游的所述激冷系统。

在本发明的第三实施例中，一种方法包括：将来自气化腔的合成气输送通过汲取管并且进入激冷液体中，以冷却所述合成气以产生冷却合成气；以及将所述冷却合成气输送通过所述汲取管与周向围绕所述汲取管设置的通风管之间的通道。所述通风管包括位于所述通道的流动方向上的锥形构造。

附图说明

在参照附图阅读以下详细描述时，将更好地理解本发明的这些和其它特征、方面及优点，在附图中，相似符号表示各附图中的相似部分，其中：

图1是包括气化容器的气化系统的一个实施例的方框图，所述气化容器具有设置在激冷腔中的通风管，其中所述通风管包括锥形构造；

图2是图1的气化容器的一个实施例的截面图，其中所述通风管包括具有剪切板的分段外壁，所述剪切板径向和纵向隔开，并且定向成使通风管的径向尺寸沿所述通风管的流动方向逐渐增大；

图3是图2的通风管的一个实施例的局部截面图，其中每个剪切板之间的径向距离是可变的；

图4是图1的气化容器的一个实施例的截面图，其中所述剪切板包括一个或多个穿孔；

图5是图1的气化容器的一个实施例的截面图，其中所述通风管包括具有挡板的中间部分，所述挡板限定通风管的至少一部分并且与所述通风管的底部径向隔开，以使通风管具有阶梯状锥形构造；以及

图6是图5的气化容器的一个实施例的截面图，其中挡板的一部分包括一个或多个穿孔。

具体实施方式

下文将描述本发明的一个或多个具体实施例。为提供这些实施例的简明描述，本说明书中可能不会描述实际实施方案的所有特征。应了解，在开发诸如任何工程或设计项目中的任何实际实施方案时，必须做出与特定实施方案相关的大量决定，才能实现开发人员的特定目标，例如，遵守系统相关和业务相关限制，这些限制可能会因实施方案的不同而有所不同。另外，应当了解，此类开发工作可能复杂而且耗时，但对受益于本发明的所属领域中的普通技术人员而言，这将仍是设计、制造以及生产中的常规任务。

在介绍本发明的各实施例中的元件时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”旨在表示有一个或多个这种元件。术语“包含”、“包括”和“具有”旨在于包括性含义，且表示除了所列元件外，可能还有其他元件。

如下文详述，本发明公开的实施例包括气化系统，所述气化系统包括激冷腔，所述激冷腔设计成去除气化系统中产生的合成气的夹带湿气(例如，水)。一般来说，在气化期间，燃料源或原料会在气化器中发生部分氧化，以产生合成气。所得的合成气在高温和高压下离开所述气化器并且进入所述激冷腔。因此，所述合成气可以冷却到预期温度。合成气的冷却还可以促使去除可能与离开所述气化器的合成气混合的气化副产物。所述激冷腔可以使用激冷液体(例如，水)来冷却合成气，这可能提高合成气的湿气含量(moisturecontent)。例如，所述合成气可以冲击激冷腔内的激冷液体池并且将大量激冷液体抽吸到合成气流中。激冷液体的一部分可能夹带在合成气中，产生两相气-液流，部分原因是合成气的流速会导致合成气向激冷液体施加拖曳力(drag forces)。合成气的温度可能导致激冷液体的至少一部分蒸发，从而提高进入合成气中的水蒸气的含量。因此，激冷腔可以包括促使夹带激冷液体和冷却合成气的通风管。

此外，通风管可以包括一个或多个特征，所述特征可促使在去除冷却合成气中夹带的激冷液体后，再将合成气引导到下游过程(例如，合成气处理、发电等)。例如，所述通风管可以包括特定特征，所述特征可降低冷却合成气的流动速度，并且因此而降低合成气作用于夹带激冷液体上的拖曳力。降低作用于夹带激冷液体上的拖曳力可将夹带激冷液体与冷却合成气分离，从而产生湿气含量显著小于冷却合成气的激冷合成气。

激冷腔包括所述通风管上游的汲取管，所述汲取管将所述热合成气引导向用于冷却合成气的激冷液体池。随着热合成气冲击激冷液体池，合成气的流速在激冷液体的至少一部分上施加拖曳力，导致合成气中夹带激冷液体(例如，两相气-液流)。因此，冲击激冷液体池之后，两相气-液合成气流入通风管中。所述通风管的构造使合成气中夹带激冷液体以冷却合成气(例如，在通风管的上游端)，并且促使从冷却合成气去除夹带激冷液体(例如，通风管的下游端)。所述通风管周向围绕所述汲取管设置，以使具有夹带激冷液体的部分冷却合成气沿与流动通过所述汲取管的合成气的流动方向(例如，向下方向)大体相反的流动方向(例如，向上方向)流入所述通风管中。例如，离开汲取管之后，部分冷却合成气(例如，两相气-液流)沿向上方向流入通风管的接触区中并且流向合成气出口。通风管的接触区提供合成气与激冷液体之间的最大接触，致使预期量的激冷液体夹带在合成气中并且促使合成气的冷却。此外，冷却合成气的流动方向从向下方向(例如，汲取管中)反转成向上方向(例如，通风管中)还可使得由于合成气作用于激冷液体上的拖曳力，通风管的上游端处能够夹带激冷液体以冷却合成气。

所述通风管还可以包括分离区，所述分离区具有能够通过例如降低通风管的下游端处作用于激冷液体上的拖曳力来将夹带激冷液体从冷却合成气分离的特征。例如，部分由于通风管中的冷却合成气的流动方向相对于向下流动通过汲取管的热合成气的方向相反，这不仅可使冷却合成气的流动速度降低，还可以减小由于冷却合成气的向上流动而作用于夹带激冷液体的拖曳力。由于流动速度减小，冷却合成气可能无法携带夹带激冷液体微滴。此外，冷却合成气的流动速度的降低可以提高冷却合成气经由合成气出口离开之前位于通风管内的时间，这还可以促使去除夹带激冷液体。如不使用本发明公开的实施例，在冷却合成气离开通风管之前，无法实现夹带激冷液体的分离。相应地，冷却合成气(例如，两相液-气流)可能不能在激冷腔内停留足够的时间，以便在冷却合成气离开合成气出口之前去除夹带激冷液体。因此，可能需要增大通风管的流动区域(例如，通风管的分离区的流动区域)，以随着冷却合成气沿向上方向流动通过通风管而进一步降低冷却合成气的流动速度。通风管还可以包括冲击盘(impinging trays)(例如，剪切板)，所述冲击盘还可以降低冷却合成气的流动速度并且促使经由沿通风管的壁设置的一个或多个排放开口去除冷却合成气中的夹带激冷液体。相应地，本说明书中提供一种激冷腔，所述激冷腔包括通风管，所述通风管的构造可提高冷却合成气的流动区域并且降低作用于夹带激冷液体上的拖曳力，从而允许通过沿通风管的壁设置的一个或多个排放开口高效去除夹带在冷却合成气中的激冷液体。

图1是气化系统10的一个实施例的示意图，所述气化系统配置成分离气化系统10中产生的合成气中的冷却流体(例如，激冷液体)。如图1中所示，气化系统10可以包括具有气化器14(例如，反应器)的气化容器12，所述气化器配置成气化原料16(例如，燃料)以产生未处理的合成气20。原料16可以包括煤、石油焦、煤和焦炭混合物、生物质、木基材料、农业废料、焦油、沥青、粗柴油、焦炉气、燃料气、天然气或其他含碳材料。原料16进入气化器14之前，可以通过例如对原料16进行切碎、磨碎、粉碎、磨粉、压块或制粒来改变所述原料的大小或形状。此外，原料16可以包括用于产生燃料浆料的添加剂，例如水。但是，在其他实施例中，原料16可以以干燥原料的形式进入气化器14。气化器14可以是一体式气化联合循环(IGCC)发电装置或采用或生产合成气的其他任何类型的装置中的一部分。气化器14可以是上吸式或下吸式固定床气化器；流化床气化器，例如鼓泡流化床气化器或循环流化床气化器；移动床气化器；或夹带流气化器。

在气化器14中时，原料16可以在设置于气化器14内的反应器28(例如，反应腔或气化腔)中与气化剂(gasifying agent)24(例如，氧化剂，例如，氧气、富氧空气或氧还原空气)和蒸汽26混合，以产生未处理的合成气20。确切地说，原料16可在高压(例如，绝对压力从约20巴至约85巴)和高温(例如，约700℃至约1600℃)下与有限量的气化剂24反应，以部分氧化原料16并且产生未处理的合成气20。由于气化剂24、蒸汽26与原料16内的碳之间的化学反应，未处理的合成气20可以包括氢气、一氧化碳、水、二氧化碳、硫化氢、甲烷和氨气以及其他组分，例如含碳燃料中存在的灰分、硫、氮气和氯化物。此外，未处理合成气20可以包括未转化碳(例如，不参与气化反应的原料)。

气化器14还可以包括反应器28下游的激冷腔30。在特定实施例中，激冷腔30可与气化器14构成整体。在其他实施例中，激冷腔30可以是独立于气化器14的单独单元。激冷腔30可以冷却未处理合成气20，并且将其与气化副产物(例如，熔渣)分离。在反应器28内，可以对原料16加热以执行多个转化过程，包括热解和部分氧化。根据特定实施例，视所使用的原料16而定，在约150℃到700℃温度的反应器28内可以发热解，并且在从约1100℃到1500℃的温度下可以发生部分氧化。这些过程可以产生诸如木炭和残渣等固体，诸如熔渣等液体，以及诸如一氧化碳、氢气、水和甲烷等气体。随着未处理合成气20和气化副产物经由反应器28的底端36(或喉管)离开反应器28，气化器14的激冷腔30可以接收所述未处理合成气和气化副产物，如箭头20所示。一般来说，激冷腔30可以用于激冷从而降低未处理合成气20和气化副产物的温度，并且将气化副产物(例如，熔渣)的一部分与未处理合成气20分离。在特定实施例中，激冷液体38(例如，水)可以流动通过底端36并且填充激冷腔30，以促进未处理合成气20和气化副产物(例如，熔渣)的冷却。例如，随着未处理合成气20和气化副产物流动通过底端36(例如，箭头20)，激冷腔30内的激冷液体38的至少一部分可以通过吸取未处理合成气20和熔渣的热量而加热和/或蒸发，从而使未处理合成气20冷却并使熔渣冷却和冻结，形成固体炉渣39。在特定实施例中，激冷腔30可以包括位于底端36处(例如，激冷腔30的入口40处)的激冷环(例如，激冷环118，图2)，所述激冷环配置成接收并且向激冷腔30提供激冷液体38。激冷或冻结的炉渣39可以聚积在激冷槽48的底部，之后可以排出炉渣39并且引向配置成处置炉渣39的下游处理系统。

激冷系统30还包括从反应器28的底端36向激冷腔30的激冷槽48的底部延伸的汲取管46(例如，环状汲取管)，所述汲取管将未处理热合成气20和气化副产物输送到激冷液体38中。汲取管46可采用适用于促进未处理合成气20的冷却和/或将未处理合成气20引导向激冷槽48底部的任何形式。例如，汲取管46(例如，环状汲取管)可以具有围绕内腔或通道47周向延伸的壁45(例如，环状壁)。在特定实施例中，汲取管46的下端50可以延伸到激冷液体38中位于激冷液体38的表面液位37的下方。相应地，汲取管46可以将未处理合成气20经由内部47(例如，通道或腔)向激冷液体38输送，以使未处理合成气20冲击并且围绕汲取管46的下端50流动通过(例如，鼓泡通过)激冷液体38，如箭头60所示。激冷液体38冷却未处理合成气20并且被至少部分夹带在未处理合成气20中，从而产生具有夹带激冷液体38的冷却合成气20(例如，两相液-气流)。

激冷腔30还包括通风管52，所述通风管围绕汲取管46设置(与汲取管同轴)并且配置成增强未处理合成气20与激冷液体38之间的接触。例如，通风管52(例如，环状通风管)可以具有围绕汲取管46的壁45周向延伸的壁51(例如，环状壁)，从而限定中间腔或通道(例如，环状通道或环带56)。如下文详述，通风管52包括接触区，所述接触区提供未处理合成气20与激冷液体38之间的预期接触量，以使得激冷液体38能够夹带在未处理合成气20中。通风管52还包括分离区，所述分离区具有使夹带激冷液体38从冷却合成气中分离的特征。

操作中，合成气20沿向下方向从反应器28的底端36流动通过汲取管，向激冷槽48流动。未处理合成气20冲击激冷槽48中的激冷液体38，并且经由激冷槽48离开汲取管46。例如，未处理合成气20鼓泡通过激冷液体36并且离开激冷液体38向上流动通过汲取管46与通风管52之间的环带(annulus)56，流入通风管52的接触区59中，如箭头60和62所示。通风管52的接触区59配置成允许未处理合成气20与激冷液体38之间充分接触，进而使得未处理合成气流20中夹带预期量的夹带激冷液体38，从而产生冷却合成气62。冷却合成气62沿与流动通过汲取管46的未处理合成气20的方向大体相反的方向流动通过通风管52。

在经过通风管52的接触区59之后，冷却合成气62流入通风管52的分离区61中。分离区61可以包括促使去除未处理合成气20中的夹带激冷液体38的特征。此外，冷却合成气62的流动方向的改变可以促使夹带激冷液体38在分离区61中通过例如重力的作用从冷却合成气62中分离出来。例如，随着冷却合成气62向上流动通过环带56，冷却合成气62可能无法携带夹带激冷液体38，因为向上流动通过通风管52的冷却合成气62的流动方向的改变会引起冷却合成气62的流动速度降低。在特定实施例中，通风管52的分离区61可以包括可进一步促使去除冷却合成气62中的夹带激冷液体38的特征。例如，如下文进一步详述，通风管52的分离区61(例如，下游部分)可以具有锥形或发散构造的壁51(例如，通过通风管52的冷却合成气62的流动方向的直径增大)和/或多个剪切板(例如，冲击板)，可随着冷却合成气62流动通过通风管52的环带56而降低冷却合成气62的流动速度，并且因此降低冷却合成气62作用于夹带激冷液体上的拖曳力。如下文参照图3进一步详述，通风管可以包括一个或多个径向开口(例如，径向排放开口)，可将从未处理合成气20分离出来的夹带激冷液体38排放到激冷槽48中。通过这种方式，通风管52将夹带激冷液体38从冷却合成气62去除以产生夹带激冷液体38含量减少的第二冷却合成气66(例如，含水量小于约5％、10％、15％、20％或25％)。例如，第二冷却合成气66的夹带激冷液体38可以比在不包括具有分离区61的通风管的激冷腔中冷却的合成气少。例如，第二冷却合成气66的夹带激冷液体38可以比在不包括分离区61的通风管中冷却的合成气少约75％到约99％。

在通过通风管52减少夹带激冷液体38之后，合成气20和剩余的夹带水从环带56的出口横穿到合成气出口64。在一些实施例中，可以使用挡板，例如一批周向挡板来重定向合成气并且从合成气20分离更多的夹带水。第二冷却合成气66之后可以经由合成气出口64离开气化容器12，并且可以流入合成气处理系统68中。合成气处理系统68配置成去除第二冷却合成气66中的残余颗粒(例如，炉渣、烟灰、未转化碳等)，并且产生经处理的合成气70。例如，合成气处理系统68可以包括洗涤器72，所述洗涤器采用水来去除第二冷却合成气66中的从气化容器12携带过来的残余颗粒和其他组分。洗涤器72可以经由洗涤器管线76接收来自除气器74的流体(例如，脱气水)。来自除气器74的流体可以促使去除第二冷却合成气66中的残余颗粒，并且产生黑水流80(例如，水和所去除残余颗粒的混合物)。在特定实施例中，可以将黑水80引向黑水处理系统81进行进一步处理(例如，未转化碳的回收、处置等)。在其他实施例中，黑水80可以循环到气化容器12。例如，如线82所示，可以将黑水80的至少一部分引导到激冷腔30(例如，经由激冷环和/或激冷槽48引到汲取管46)，并且用于冷却未处理合成气20。在一个实施例中，可以将黑水80引向反应器28，如线85所示或以其他方式。反应器28可以气化黑水80中的未反应碳，从而与不回收和气化未转化碳的气化系统相比，提高了气化系统10的效率。

除了洗涤器72之外，合成气处理系统68还可以包括其他部件，例如变换反应器69、低温气体冷却(LTGC)联动装置71以及/或者酸性气体去除(AGR)单元73，用于去除第二冷却合成气66中的其他任何剩余不需要的杂质(例如，稀释剂、N2、酸性气体，等)以产生经处理的合成气70。经处理的合成气70随后可以用于多个过程，例如化学加工或发电(例如，燃气涡轮机等)。例如，可以将经处理的合成气70引到发电系统80(例如，驱动地连接到发电机86的燃气涡轮机84)。

气化系统10还可以包括控制气化系统10的操作的控制器86。控制器86可通过在整个气化系统10内与传感器、控制阀以及泵或其他流动调整特征进行电通信来独立地控制气化系统10的操作。控制器86可包括分布式控制系统(distributed control system，DCS)，或完全或部分自动化的任何基于计算机的工作站。例如，控制器86可以是采用通用处理器或专用处理器87的任何装置，这两者通常都可包括用于存储诸如气化参数(例如，原料16的气化条件)等指令的存储器电路88。处理器87可包括一个或多个处理装置，并且存储器电路88可包括一个或多个有形、非暂态机器可读介质，所述介质共同存储可由处理器执行的指令以便控制本说明书中所述的操作。

在一个实施例中，控制器86可以操作控制装置(例如，阀、泵等)以控制不同系统部件之间的量和/或流量。应了解，整个气化系统10中可以设有用于调整系统部件之间的不同量和/或流量的阀。例如，控制器86还可以控制阀的操作，以控制进入气化器14的原料16、气化剂24和蒸汽26的量或者调整它们的流量。在特定实施例中，控制装置可以是在原料16进入气化器14之前测量该原料的量的称重机构(weighing mechanism)的一部分。此外，控制器86可以调整供应到激冷腔30的激冷液体38的量，以维持适用于冷却未处理合成气20的激冷蒸发液位。

在特定实施例中，控制器86可以使用经由输入信号提供的信息来执行包含在机器可读或计算机可读存储介质88上的指令或代码，并且产生送到多个控制装置(例如，阀和泵)的一个或多个输出信号90，以在整个气化系统10中控制流体流(例如，原料16、气化剂24、蒸汽26、激冷液体38、冷却合成气62、黑水80、经处理的合成气70或者其他任何适当流体)。

如上所述，气化系统10可以配置成去除冷却合成气62中的夹带液体38(例如，水)。例如，激冷腔30可以包括促使去除冷却合成气62中的夹带液体38的一个或多个特征(例如，挡板)。现在转到图2，其中示出了气化容器12的一部分的一个实施例的截面图。气化容器12可以具有轴向轴线或方向100、离开轴线100的径向轴线或方向102以及围绕轴线100的周向轴线或方向104。例如，轴线100对应于纵向中心线106或纵向方向，轴线102对应于相对于纵向中心线106的横向或径向方向，以及轴线104对应于围绕纵向中心线106的周向。如上所述，气化容器12包括同轴布置的反应器28和激冷腔30(例如，沿轴向轴线100)。气化容器12包括用作气化容器12(例如，环状容器)的壳体或外壳的外壳108，也称为壳体(例如，环状壳体)。气化容器12还可以包括促使气化容器12连接到用于产生合成气(例如，未处理合成气20和经处理的合成气70)的原料16源的特征。例如，气化容器12可以包括配置成接纳喷射器的入口110(例如，在气化容器12的顶点处的轴向口)，所述喷射器向气化器14(例如，反应器28)供应原料16，如箭头112所示。在特定实施例中，所述喷射器可以向气化器14供应蒸汽、气化剂(例如，氧化剂)或其他任何适用的流体，以促使气化器14内的原料16气化。

气化器14还可包括防护屏障116。如上所述，气化器14配置成在超过约700℃的温度和至少约20巴的压力下热解和部分氧化反应器28内的原料16。防护屏障116可以通过降低与原料16的气化关联的温度和压力影响来提高气化器14的耐久性。相应地，防护屏障116可以限定反应器28和底端36。防护屏障116可充当物理屏障、热屏障、化学屏障、或者它们的任何组合。可用于防护屏障116的材料实例包括，但不限于，耐火材料、耐火金属、非金属材料、粘土、陶瓷、水泥以及铝、硅、镁和钙的氧化物。此外，用于防护屏障116的材料可以是砖块、浇筑块(castable)、涂层或者其他任何适当材料，或者它们的组合。此外，在特定实施例中，防护屏障116可以包括冷却壁或表面润湿膜以提供额外的容器保护。在特定实施例中，防护屏障116还可以覆盖激冷环118和汲取管46。

如上所述，汲取管46接收来自反应器28的未反应合成气20。随后，随着未处理合成气20沿第一方向流动，所述未处理合成气由汲取管46引入激冷液体中，其中所述未处理合成气通过与激冷槽48中的激冷液体38接触来冷却，以产生冷却合成气62。在未处理合成气20首次(initial)与激冷液体38接触之后，冷却合成气62向上通过接触区59(例如，通风管52的下部/上游部分)或者形成于汲取管46的壁45(例如，外壁表面124)与通风管52的壁51之间的通风管52的环带56的第一部分，将激冷液体吸入环带56中，以增强冷却合成气62与夹带激冷液体38(例如，液态水、水分)之间的接触。通风管52的接触区59包括第一内部尺寸128(例如，壁45与51之间的径向间隙)，并且分离区61包括第二内部尺寸129(壁45与通风管52的分段壁126之间的径向间隙)，所述第二内部尺寸沿与第一方向120大体相反的第二方向130(例如，向上方向)轴向100增大。例如，通风管52的第二内部尺寸129向合成气出口64增大，以使通风管52的最宽尺寸132位于合成气出口64附近。因此，通风管52的分段壁126具有锥形或发散构造(例如，锥形壁结构或弧形环状壁结构)，以使通风管52的分离区61是锥形的，并且第一管端134(例如，合成气出口64附近)相对于通风管52的第二管端136(例如，下端50附近)较宽。换言之，通风管52可描述成多区域环状通风管52，所述多区域环状通风管具有位于壁45与51之间的接触区59(例如，上游部分)，以及具有分段环状壁126的分离区61(例如，下游部分)，所述分段环状壁从汲取管46的壁45逐渐发散，以形成发散的环状通道或环带56。

通过将锥形构造并入通风管52中，分离区61可以具有增大的流动区域，以允许在通风管52内将夹带激冷液体38从冷却合成气62分离，然后通过设置在分段环状壁126上的一个或多个径向开口(例如，排放开口)去除激冷液体38，如下文参照图3所述。所分离的激冷液体可以增多，并且可以实现夹带激冷液体的去除。例如，分离区61的所述锥形构造可以使冷却合成气62沿径向102膨胀(例如，从中心轴发散)，以填充通风管52的环带56。随着冷却合成气62径向地膨胀通过环带56(例如，部分146中)，冷却合成气62的速度降低并且可以提高冷却合成气62在通风管52内的停留时间。相应地，可以降低由冷却合成气62作用于夹带激冷液体38上的拖曳力，从而促使分离冷却合成气62中的夹带激冷液体38并且产生第二冷却合成气66。

除了具有锥形构造之外，通风管52的分段壁126还可以包括可进一步使得夹带激冷液体38从冷却合成气62中分离的特定特征。例如，通风管52的分段壁126可以具有冲击或剪切盘125(例如，壁部分或段)和开口127(例如，环状或径向定向的开口)，可进一步降低冷却合成气62的流动速度，同时能够分离夹带激冷液体38。在所示的实施例中，分段壁126包括通风管52下端136邻近处的底部140以及冲击部分146。冲击部分146设置在邻近合成气出口64的顶部142(例如，环状挡板)与底部140之间。部分146(例如，环状壁段或部分)限定锥形构造和通风管52的环带56的第一部分，并且顶部(例如，环状挡板)限定环带56的位于通风管52下游的第二部分。底部140(延伸的(extended)合成气-水接触部分)接收与来自槽48的激冷液体38一起离开汲取管46下端50的冷却合成气62。在图示的实施例中，底部140包括第一壁部分150，所述第一壁部分离开汲取管46的下端50沿轴向100向通风管52的第一端132延伸第一距离152。第一距离152可以使第一壁部分150沿轴向100延伸到汲取管46的约20％到约70％之间。第一壁部分150限定环带56的第一内部尺寸128，并且包括第二端136的第二壁部分156限定通风管52的第二内部尺寸158。第二内部尺寸158可以大于第一内部尺寸128。例如，第二内部尺寸158可以大于第一内部尺寸128约5％到约30％。在特定实施例中，第二内部尺寸158到更窄的第一内部尺寸128的过渡可以是逐渐的。例如，第二内部尺寸158可以逐渐向第一壁部分150减小，以使底部140具有第一锥形构造159。但是，在一个实施例中，第二内部尺寸158可以在第二壁部分156的整个长度上是恒定的，以使从第二内部尺寸158向底部140的第一内部尺寸128突然(例如，垂直)过渡。在其他实施例中，不存在过渡并且内部尺寸128和158相同。

在操作中，未处理合成气20向下(例如，向下的第一流动方向120)流动通过汲取管46，进入围绕汲取管46的下端50的激冷液体38中，如箭头60所示，进入通风管52的底部140中，然后向上进入汲取管46与通风管52之间的环带56中，同时还从槽48抽吸激冷液体。通过这种方式，未处理合成气20被激冷液体38的至少一部分冷却并且夹带所述激冷液体，从而将带有夹带激冷液体38的部分冷却合成气62引入通风管52的底部140中。除其他因素之外，根据汲取管46的截面流动面积相对于汲取管46与通风管52之间的环带56的截面流动面积之间的比率(例如，小于、大于或等于1)，合成气20、62的流动速度将在从汲取管46流入通风管52中时降低、增大或保持大体相同。一旦在环带56内，冷却合成气62和夹带激冷液体38在汲取管46的壁45与通风管52的分段壁51、126之间向上(例如，向上的第二流动方向130)流动，增强合成气62和合成气副产物与激冷液体38之间的接触。

在特定实施例中，至少约75％到95％的夹带激冷液体38可以在底部140的下游，例如在冲击部分146中，被去除。冲击部分146限定第二锥形构造161的一部分，所述第二锥形构造沿第二方向130扩宽(broadens)(例如，扩张或发散)。通风管52的第二锥形构造161的扩宽可以在冷却合成气62沿向上第二方向130流动时，降低冷却合成气62的流动速度。例如，第二锥形构造161提高通过通风管52环带56的冷却合成气62的流动面积。因此，随着冷却合成气62沿径向102膨胀以填充第二锥形构造161限定的流动区域，冷却合成气62的流动速度以及合成气作用于夹带激冷液体38上的拖曳力降低，并且可以允许去除夹带在冷却合成气62内的激冷液体38以产生第二冷却合成气66。在图示的实施例中，冲击部分146由多个剪切板(shear plates)160(例如，环状剪切板或盘127)限定，所述剪切板轴向100和径向102隔开并且限定分段壁126的一部分。在一些实施例中，多个剪切板160中的每对相邻剪切板可以沿轴向100至少部分重叠或交错，如相邻剪切板160之间的轴向重叠区163所示。此外，多个剪切板160中的每个剪切板可以定向成相对于中心轴106成第一锐角162。多个剪切板160的间隔、轴向重叠区163以及锐角162的组合可增大冲击表面积、提高环带56的容积并且形成再循环区165(例如，夹带激冷液体38的流动方向可以逆转的低速度区域)，这其中的每一者均有助于加大夹带激冷液体38从冷却合成气62的分离。

多个剪切板160中的一个剪切板相对于另一个剪切板的第一锐角162可以相同或不同(例如，沿方向130增大或减小)。第一锐角162可以等于、小于或大于约5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70或75度。在特定实施例中，第一锐角162可以是约1到60度、1到45度、1到30度或者5到15度。由于多个剪切板160中的每个剪切板沿径向102与多个剪切板160中的相邻剪切板隔开并且定向成第一锐角162，第二锥形构造161逐渐从部分142的底部向部分142的顶部增大。例如，冲击部分146可以具有相对于中心轴106的锥角168。锥角168可以从底部140到顶部142是恒定或可变的(例如，沿方向130增大或减小)。例如，锥角168可以等于、小于或大于约5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70或75度。在特定实施例中，锥角168可以是约1到60度、1到45度、1到30度或者5到15度。通过布置多个剪切板160中与通风管52的分段壁126(例如，环状壁)重合的每个剪切板来形成第二锥形构造161，通风管52可以在底部140的下游具有增大的流动区域。相应地，如上所述，随着冷却合成气62沿第二流动方向130从底部140流到冲击区域146，冷却合成气62沿径向102膨胀(例如，发散或扩散)以填充由冲击部分146限定的区域。

冲击区域146内的冷却合成气62的膨胀可以降低冷却合成气62的流动速度，并且因此而降低作用于夹带在冷却合成气62中的激冷液体38上的拖曳力。例如，作用于激冷液体38上的拖曳力(例如，由于沿向上的第二流动方向130流动通过通风管52的冷却合成气62的流动速度)可引起冷却合成气62中夹带激冷液体38。作用于激冷液体38上的拖曳力与冷却合成气62的气体速度的平方成比例。因此，冲击激冷液体38并且流动通过通风管52的环带56的冷却合成气62的流动速度越大，夹带在冷却合成气62中的激冷液体38的量越大。相应地，随着冷却合成气62流动通过通风管52，降低通风管52内的冷却合成气62的流动速度还可以降低作用于激冷液体38上的拖曳力。因此，与不包括锥形构造的通风管相比，具有锥形构造161的通风管52中可以减少激冷液体38的夹带。降低由冷却合成气62作用于夹带激冷液体38上所形成的拖曳力可促使去除冷却合成气62中的夹带激冷液体38，以产生夹带激冷液体38百分比减小的第二冷却合成气66。例如，第二冷却合成气66中的夹带激冷液体38含量减少，例如，小于约5％、10％、15％、20％或25％。再如，第二冷却合成气66可以大体上不含夹带激冷液体38(例如，小于约1％、2％、3％、4％或5％)。

除了增大冲击部分146的流动区域以降低冷却合成气62的流动速度之外，多个剪切板160中的每个剪切板包括板冲击内表面170，所述板冲击内表面可对夹带激冷液体38产生剪切力(produce shear)。再者，多个剪切板160的间隔、轴向重叠区163以及锐角162的组合可增大冲击表面积(例如，表面积170)、提高环带56的容积并且形成再循环区165(例如，流动方向逆转并且激冷液体可能聚集(may pool)的低速区域)，这其中的每一者均有助于加大夹带激冷液体38从冷却合成气62的分离。例如，随着冷却合成气62沿径向102膨胀以填充冲击部分146中的流动区域，可以降低冷却合成气62的流动速度，从而使冷却合成气62释放夹带激冷液体38(例如，由于冷却合成气62的流动速度降低，液体38不再能够夹带在冷却合成气62中)。也就是说，由于冷却合成气62作用于夹带激冷液体38上的拖曳力减小，可能不足以输送夹带激冷液体沿向上第二流动方向130通过通风管52，并且流向合成气出口64。因此，与冷却合成气62混合的夹带激冷液体38被剪切(例如，脱出、释放)，从而产生第二冷却合成气66和剪切的激冷液体176。

冲击部分146包括多个开口174，这些开口沿通风管52的分段壁126轴向100和径向102隔开。例如，多个开口174中的每个开口可以与多个开口127、174中的相邻开口径向102隔开第一径向尺寸177。此外，多个剪切板160中的每个剪切板与多个剪切板160中的一个相邻剪切板轴向100隔开。多个剪切板中的每对相邻剪切板之间的轴向100和径向102隔开/间隔(spacing)将在多个剪切板160中的每对相邻剪切板之间产生与多个开口127、174中的每个开口对应的间隙(例如，环状开口)。多个开口174可以允许剪切的激冷液体176离开通风管52的环带56，并且流入激冷腔30的激冷槽48中。多个开口174中的每个开口的大小等于第一径向尺寸177，并且所述开口的尺寸设置成允许剪切的激冷液体176和任何相关的固态气化副产物(例如，炉渣、未反应碳颗粒等)流动，而不闭塞(例如，阻塞)多个开口174。

此外，多个开口174可以允许冷却合成气62的至少一部分(例如，约5％到25％之间)流入激冷腔30的环状空间178中。环状空间178设置在通风管52的分段壁126与外壳108(例如，外壳108的环状内壁)之间。环状空间178周向地104围绕通风管52。冷却合成气62可以流动通过多个开口174并且进入环状空间178中，其中所述冷却合成气可在离开气化容器12(例如，经由合成气出口64)之前进一步径向地102膨胀以填充环状空间178。冷却合成气62的径向膨胀可以进一步降低冷却合成气62的流动速度、以及作用于冷却合成气62中剩余的夹带激冷液体38上的拖曳力。相应地，冷却合成气62可以继续脱除夹带激冷液体38，以产生上述夹带激冷液体38的含量减小的第二冷却合成气66。

如上所述，多个剪切板160中的每个剪切板与多个剪切板160中的相邻剪切板轴向100和径向102隔开。在特定实施例中，多个剪切板160中的每对相邻剪切板之间的间隔(例如，第一径向尺寸177)相同。在其他实施例中，多个剪切板160中的每对相邻剪切板之间的间隔不同。例如，图3示出了通风管52的分段壁126的一部分的一个实施例，其中多个剪切板160中的每对相邻剪切板之间的径向间隔是可变的。在图示的实施例中，第一径向尺寸177沿离开汲取管46的径向方向102在多个剪切板160的每对相邻剪切板之间逐渐增大，分别如第二径向尺寸180和第三径向尺寸182所示。例如，径向尺寸180、182可以大于第一内部尺寸177约0.5％到约75％或以上。在一些实施例中，径向尺寸177、180可以小于径向尺寸182的约5％、10％、15％、20％、25％、30％、40％、50％、60％或70％。但是，在特定实施例中，第二径向尺寸180可以大于径向尺寸177、182。也就是说，径向尺寸177、180、182可以沿朝向顶部142的轴向方向100在增大径向尺寸与减小径向尺寸之间交替。例如，径向尺寸177、182可以大于第二径向尺寸180约5％到约25％。

除了设置在多个剪切板160的每对相邻剪切板之间的径向尺寸177、180、182之外，通风管52还包括底部140与冲击部分146之间的第四径向尺寸186(例如，第一壁部分160与多个剪切板160的一个相邻剪切板之间)。第四径向尺寸186可以小于或等于径向尺寸177、180、182。例如，第四径向尺寸186可以小于径向尺寸177、180、182约0.5％到约75％，或者等于径向尺寸177、180、182。在一些实施例中，径向尺寸186可以小于径向尺寸177、180、182的约5％、10％、15％、20％、25％、30％、40％、50％、60％或70％。但是，在特定实施例中，第四径向尺寸186大于径向尺寸177、180、182。

类似于径向尺寸177、180、182、186，多个剪切板160的每对相邻剪切板之间的轴向尺寸190可以相同或者不同。在图示的实施例中，在多个剪切板160中的每对相邻剪切板之间，轴向尺寸190相同。此外，多个剪切板160的每个剪切板轴向设置成使多个剪切板160中的一个剪切板的第一板端192在多个剪切板160中的一个相邻剪切板的第二板端194下方。也就是说，在此特定构造中，多个剪切板160布置成使多个剪切板160中的对应剪切板的端192、194之间不存在轴向100间隙。例如，多个剪切板160可以沿轴向尺寸100设置成交错构造，以使多个剪切板160的端192、194之间形成部分重叠区163。多个剪切板160中的每个剪切板之间不存在轴向间隙(例如，重叠区163)，可促使通过将夹带激冷液体38的流动方向从第二方向130逆转成第一方向120以引导夹带激冷液体38的一部分引入环状空间178中，从而去除冷却合成气62中的夹带激冷液体38。在环状空间178中时，冷却合成气62的流动方向可以再次从第一方向120改为第二方向130，并且可以继续径向膨胀以填充环状空间178。因此，环状空间178中的冷却合成气62的流动速度可继续降低并且允许脱除额外的夹带激冷液体38，以产生第二冷却合成气66。在特定实施例中，多个剪切板160布置成使多个剪切板160中的相邻对剪切板的端192、194之间存在轴向间隙。在此特定实施例中，冷却合成气62可以继续径向膨胀到环状空间178中，从而降低冷却合成气62的流动速度并且促使夹带激冷液体38的去除，如上所述。

在特定实施例中，多个剪切板160中的每个剪切板可以包括沿多个剪切板160的壁轴向和周向隔开的一个或多个穿孔。例如，图4示出了气化容器12的一个实施例，所述气化容器具有沿多个剪切板160的壁198的至少一部分设置的一个或多个穿孔196。如图所示，一个或多个穿孔中的每个穿孔与一个或多个穿孔160的相邻穿孔轴向100和周向104隔开。一个或多个开孔196可以将冷却合成气62、66的流引入环状空间178中，其中冷却合成气62可以继续径向膨胀并且脱除夹带激冷液体38，如上所述。尽管在图示的实施例中，多个剪切板160中的每个剪切板包括一个或多个穿孔196，但在特定实施例中，多个剪切板160中只有一部分(例如，有限数量)包括一个或多个穿孔196。例如，通风管52可以包括多个剪切板160中包括一个或多个穿孔196的第一部分(例如，第一数量)的剪切板、以及多个剪切板160中不包括一个或多个穿孔196的第二部分(例如，第二数量)的剪切板。

如图2和4中所示，在特定实施例中，流动通过通风管52的环带56的冷却合成气62的至少一部分可以继续沿第二方向130(例如，向上方向)向顶部142流动。因此，冷却合成气62可以继续径向102膨胀以填充汲取管46与通风管52的顶部142之间的环带56。随着这部分的冷却合成气62流入顶部142中，这部分的冷却合成气62可以冲击第二内壁表面200、激冷腔30的顶部内表面208(例如，环状顶部表面)或者这两者，这样可以继续降低冷却合成气62的流动速度并且促使去除夹带激冷液体38以产生第二冷却合成气66。例如，冷却合成气62冲击第二内壁表面200和/或顶部内表面208可以将冷却合成气62的流动方向从第二流动方向130(例如，向上方向)改为第一方向120(例如，向下方向)，以经由多个开口174中的一个开口将冷却合成气流62引向环状空间178。冷却合成气62可以在经由合成气出口30离开气化容器12之前，继续脱除冲击部分146中未去除的残余夹带激冷液体38。

如上所述，通风管52可以具有锥形构造，所述锥形构造通过降低通过通风管52的冷却合成气62的流动速度来促使去除冷却合成气62中的夹带激冷液体38，这样还可降低作用于夹带激冷液体38上的拖曳力。图5示出通风管52的一个替代实施例，其中形成第二锥形构造161的通风管52的扩宽是阶梯式(例如，突然的)，而不是逐渐的(例如，图2和图4)。例如，在图示的实施例中，通风管52包括中间部分210，所述中间部分具有设置在底部145与顶部142之间的激冷出口挡板212(例如，环状挡板)，以使部分140、210和142共同限定分段壁126。激冷出口挡板212与汲取管46径向地102隔开第五径向尺寸214，所述第五径向尺寸大于设置在汲取管46与第一壁部分150之间的第一内部尺寸128。激冷出口挡板212轴向100延伸并且周向104围绕汲取管46的至少一部分。激冷出口挡板212可以定向成平行于气化容器12的中心轴106，以使第一内部尺寸128与第五径向尺寸214之间的过渡是阶梯式的或突然的。类似地，第五径向尺寸214与第六径向尺寸224之间的过渡(例如，中间部分210与顶部142之间的界面)是阶梯式的。

尺寸128、214、224之间的阶梯式增大可使得沿通风管52在第二流动方向130上突然扩宽，这样可随着冷却合成气62径向102膨胀以填充部分142、210中的环带56，使所述冷却合成气的流动速度减小。如上所述，径向膨胀引起的冷却合成气62的流动速度降低还会减小冷却合成气62作用于夹带激冷液体38上的拖曳力。因此，夹带激冷液体38可以从冷却合成气62脱除，以产生第二冷却合成气66和剪切的激冷液体176。剪切的激冷液体176可以经由开口174流入激冷槽48中。

与图4中所示的多个剪切板160类似，激冷开口挡板212可以包括一个或多个穿孔196，如图6中所示。一个或多个穿孔196沿挡板壁226径向地102和周向地104隔开。如上所述，一个或多个穿孔196将冷却合成气62引入环状空间178中。因此，冷却合成气62可以在其填充环状空间178时继续径向102膨胀，从而进一步降低冷却合成气62的流动速度，促使夹带激冷液体38的去除，并且产生第二冷却合成气66。一个或多个穿孔196的大小设置成缓解可能夹带在冷却合成气62、66的颗粒引起的闭塞(例如，堵塞)。

在特定实施例中，排放通路228(例如，锥形环状排放壁)可以设置在邻近第一壁部分150的第一终端230处。随着冷却合成气62的速度降低，排放通路(drain)228可以收集并且排放剪切的激冷液体176。排放通路228在离开汲取管46的方向上离开第一终端230沿径向102延伸。此外，排放通路228可以定向成相对于第一壁部分150的纵向轴线100成锐角240。通过这种方式，排放通路228可以收集并且引导剪切的激冷液体176进入激冷槽48中。由于大百分比(例如，约75％到约95％)的夹带激冷液体可以在中间部分210中去除，将排放通路设置在邻近第一终端230处可以缓解进入中间部分210中的冷却合成气62重新夹带剪切的激冷液体176。尽管在图示的实施例中，排放通路228设置在邻近第一终端230处，但在其他实施例中，排放通路228可以设置在邻近激冷出口挡板212的第二终端234处或者邻近终端230、234处。

如上所述，气化系统10的特定实施例可以包括周向围绕激冷腔30中的汲取管46的锥形通风管(例如，通风管52)。通风管52的锥形构造可以降低冷却合成气62的速度，从而促使通过降低冷却合成气62作用于夹带激冷液体38上的拖曳力来去除夹带激冷液体38。此外，通风管52的锥形构造可以增加冷却合成气62的停留时间，这样还可以促使去除夹带激冷液体38以产生第二冷却合成气66。通过这种方式，第二冷却合成气66可以大体上不含夹带激冷液体38。沿通风管52的多个开口174可以将剪切的激冷液体176引入激冷槽48中，其中所述激冷液体可重新用于冷却激冷腔30中的合成气20。

本说明书使用各个实例来揭示本发明，包括最佳模式，同时也让所属领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造并使用任何装置或系统，以及实施所涵盖的任何方法。本发明的可授予专利的范围由权利要求书限定，并且可包括所属领域中的技术人员得出的其他实例。如果其他此类实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或如果此类实例包括的等效结构要素与权利要求书的字面意义无实质差别，则此类实例也应在权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种系统，包括：

激冷系统，所述激冷系统配置成冷却气化腔中产生的合成气，其中所述激冷系统包括：

激冷腔；

汲取管，所述汲取管流体地配置成引导来自所述气化腔的所述合成气进入激冷液体中，以冷却所述合成气从而产生冷却合成气；以及

通风管，所述通风管周向地围绕所述汲取管设置并且配置成接收所述冷却合成气，其中通道设置在所述汲取管的第一壁与所述通风管的第二壁之间，并且所述通风管包括位于所述通道的流动方向上的锥形构造。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二壁的至少一部分定向成相对于所述通风管的中心轴成锐角，以限定所述锥形构造，使所述通道的径向尺寸沿所述流动方向逐渐增大。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二壁包括多个段，并且所述多个段中的每一段径向偏置并且从所述多个段中的相邻段至少部分轴向偏置，以限定所述锥形构造。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述系统包括所述多个段中的每对相邻段之间的至少一个开口，其中所述至少一个开口与腔流体连通，所述腔周向地围绕所述通风管并且与合成气出口流体连通；其中，所述系统还包括排放通路，所述排放通路离开所述多个段中的至少一段向所述开口延伸，其中所述排放通路定向成相对于所述通风管的中心轴成角度，并且配置成将来自所述通道的流体流引向所述腔。

5.根据权利要求3所述的系统，其中所述多个段中的至少一段定向成相对于所述通风管的中心轴成角度。

6.根据权利要求3所述的系统，其中所述多个段中的至少一段定向成相对于所述通风管的中心轴平行。

7.一种系统，包括：

通风管，所述通风管配置成围绕气化器的激冷系统中的汲取管安装，位于气化腔的下游，其中所述通风管包括至少一个径向定向的开口和锥形构造。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述通风管包括布置成所述锥形构造的多个段。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述多个段中的每一段径向偏置并且从所述多个段中的相邻段至少部分轴向偏置，以限定所述锥形构造。

10.一种方法，包括：

将来自气化腔的合成气输送通过汲取管并且进入激冷液体中以冷却所述合成气，以产生冷却合成气；以及

将所述冷却合成气输送通过所述汲取管与周向围绕所述汲取管设置的通风管之间的通道，其中所述通风管包括位于所述通道的流动方向上的锥形构造。