CN1427879A

CN1427879A - 耐火压力容器

Info

Publication number: CN1427879A
Application number: CN 01808898
Authority: CN
Inventors: D·W·朱厄尔
Original assignee: Dow Global Technologies LLC
Current assignee: Dow Global Technologies LLC
Priority date: 2000-05-05
Filing date: 2001-05-04
Publication date: 2003-07-02
Also published as: JP2003532789A; RU2002132656A; NO20025248D0; MXPA02010887A; WO2001086220A3; WO2001086220A2; EP1285049A2; AU2001261220A1; NO20025248L; BR0110397A

Abstract

一种用于气化含碳物料的反应器，该反应器包括由一种或多种耐火材料制成的内衬，一个包围该耐火衬里的压力容器，其中该压力容器最好包括有一层抗腐蚀衬里，以及一个或多个用于循环传热流体的通道，该一个或多个通道基本上套式冷却该压力容器以控制压力容器壁温以及最好也控制停歇期间衬里的温度。

Description

耐火压力容器

技术领域

本发明涉及一种用于气化含碳材料的耐火容器，尤其涉及一种容器壁结构和温度控制系统。

背景技术

相关的发明包括在先的专利申请，其发明名称为用于从价值较低的卤化物中生产出一种或多种有用产品的方法和装置，PCT国际申请PCT/US/98/26298，公开日期为1999年7月1日，国际公开号为WO99/32937。该PCT申请公开一种方法和装置，经由在气化反应容器中局部氧化再形成步骤，通过该方法和装置可实现将基本上包含卤化物特别是通过一系列化学制造方法得到的副产品以及废氯代烃类转化成一种或多种“较高价值的产品”。

在这一方面，气化为一种公知的用于消耗副产品和无用的含碳物料、以及从中产生有用的价值较高的产品的技术。上段所述的相关申请提供了一种新的处理特殊等级的含碳材料和废物的方法，而该材料和废物现在主要在液体的热氧化设施中进行处理，上述该材料和废物即卤化物以及尤其是副产品和无用的氯代烃类。本发明的耐火压力容器在处理上述特殊等级的含碳材料时特别有用，但是在气化其他含碳材料时也是有用的。

气化对于液体热氧化提供了许多潜在的优点，该优点包括较低的经济成本，较少的排放以及进料成分的最大化学价值的获得。关于处理卤化的含碳材料，气化与其他卤化物废物处理技术相比也为一种适用性较强的技术(即除了液体热氧化技术之外)，其表现在气化可适用于范围更广的给料组分。

下面结合附图1中所示的方框流程图，对卤化物进行气化的过程的实施例予以讨论。在气化过程内，气化主要发生在局部氧化条件下，即氧气对燃料的比率在亚化学计量的情况下，同时氢气过量。反应温度大于1200℃，通常大于1400℃，反应压力为5bar(barg)左右。在这些条件下，卤化的有机材料中的卤化物应当被转化成其气态的卤化氢形式。

通常，卤化物在气相和冷凝后的液相下均具有腐蚀性。与卤化氢相接触的结构中的多数材料的干气相腐蚀率随着温度的升高按指数倍地增大。含水的卤化氢对于与其相接触的材料的腐蚀率也随着温度的升高而增大，但是当存在氧气或者被氧化的金属盐时其腐蚀率加剧。卤化氢的这种侵蚀性更需要人们在设计用作气化反应容器的安全可靠的压力容器时予以注意。

在与含卤进料不同的碳氢化合物的气化领域，使用两种主要的耐火容器设计。如图3所示，一种“热壁”设计设有一层或多层耐火材料，即热面20、绝缘耐火层22、陶瓷纤维纸24以及可选择设置的可铸的或塑料的耐火层26，该耐火层26只是限制热量从反应器腔室C向容器壁外侧28传递，可为碳钢壳体，聚四氟乙烯或耐盐酸镍基合金合金B-2(ID)内衬，最终限制热量向大气A损失。这种设计本身不提供控制容器壁温的主动装置。这导致容器壁温随着操作条件、耐火材料的一体性以及环境条件的变化而变化很大。本发明的一个方面在于改进这种设计，发现该设计在用于气化卤化的有机材料时不是最佳的，主要因为该设计缺少主动的壁温控制以及由这种控制所给予的卤化氢对容器壁腐蚀作用。

用于对碳氢化合物气化的耐火壁结构的第二设计即内“膜壁”设计表示在图4中。内“膜壁”设计在此设有一个或多个耐火材料层20、22、24以及一个可选择的26，该26位于压力容器28内设置的一个所谓的膜34内。该膜由任意数量的导管或通道38(通常为管道)形成，以循环流体热控制物质36。导管一起组成内“膜”支架。膜和耐火材料均容纳于压力容器(在膜和容器壁之间留出一个小空间)内。膜可由任意一种结构材料制成。传热流体流经膜导管以从反应器腔室C中吸收热量，从而限制容器壁温。的确提供了一种对容器壁控制的内膜系统具有其他缺点，如结构成本高以及在恶劣的环境中其维修成本高。如果想要“气密”设计的话，内膜设计还可进一步复杂化以减小气体向压力容器壁泄漏。本发明的一个方面在于改进这种内膜设计，该内膜用于对含碳材料尤其使卤化物进行气化(借此产生卤化氢)的反应器上。内膜设计在结构和维修方面太复杂且价格昂贵，后者(维修方面)尤其在恶劣的卤化氢气化环境中是非常危险的。

套式冷却技术是公知的。例如在R.E.Markovitz，“picking the bestvessel jacket”，Chem.Engr.pp 156-162，Nov.15，1971；R.E.Markovitz，Chapter：Heat transfer：Jacketed Vessels In Heat Transfer Design Methods，ed.JJ Mcketta，Marcel Dekker，1991；W.R.Penney，Section 3.14(3.14.1，.2和.3)In：Hemisphere Handbook of Heat Exchanger Design，G.F.Hewitt，ed.1981；I.H.Lehrer，“Jacket-Side Nusselt Number”，IEC Proc.Des.Dev.，9No.4，pp 553-558，1970；J.A.Kaferle，Jr.“Calculating Pressures forDimple Jackets”，Chem.Engr.，pp 86，November 24，1975。然而，设外套的反应器的传统应用为控制向反应器本身(通常为液相反应器)传热或者从反应器本身向外传热，以便控制反应温度或者反应器内容物的温度。与上述相反，本发明设计提供一种用于对含碳物料以及尤其卤化物进行气化的带外套的反应器。本发明的可控温的带外套的气化反应器不是用于控制反应器的内容物的平均温度，而是控制和限制压力容器壁和覆层的温度，如果使用上述外套设计，反应腔及其内容物本身的温度基本上低于正常运行水平。

这样，当前的气化主要使用“热壁”，其中设有用于在腐蚀条件下使用的合适材料或者衬里，或者使用一种内“膜壁”，该内“膜壁”用于防止热量通过耐火系统到达压力容器壁，然而本发明采取多种独特方式使得本发明具备上述“热壁”和内“膜壁”二者所达到的功能。本发明所设计的新颖的设外套的反应器带有用于壁温控制的传热流体循环，该循环包括运行期间的冷却以及停歇期间的加热。该壁温控制系统可限制最大或高的壁温，从而限制了热贫气的腐蚀。因为根据上述参考的PCT申请在处理过程中希望得到高水平的卤化氢，同时因为材料(如HCl)的气相腐蚀率随着温度的升高而急剧增大，所以，严格的壁温控制是非常重要的。

产生较高壁温的原因在于高的环境温度、高的内气化器运行温度或者气体渗透或者“旁通”过耐火材料而使得气体接触到容器壁。这些“过热点”在大型的设有耐火材料衬里的容器中并非少见。因此，如上所述，对于气化器长期的维修服务而言，简单的热壁设计是不可取的。另外，壁温控制在准备、启动、加热、(温度)下降或停歇期间对于气化器(尤其对于气化卤化物的气化器)是极其重要的。本发明的壁温控制最好设计成可防止冷或湿的含水酸尤其是卤化氢的冷凝。含水酸或者卤化氢的腐蚀性很大。对于结构中的多数材料的最佳腐蚀控制而言，防止上述冷凝的发生是很严格的。当使用现有技术中的热壁或内膜系统，因为周围环境冷、沉淀，这些“冷”状况可能发生在存在大量热损失的局部冷点(例如，在燃烧器，压力容器头)。这样，严格的壁温控制，对于防止湿的含水卤化氢冷凝以及与此发生的相关腐蚀，也是相当重要的。

本发明的新颖的设外套的容器结构也能够消除上述膜设计中存在的裂缝和压力点。膜设计主要利用弯曲的以及焊接的管道或者通道而实现。这种弯曲的制作以及焊接的过程不可避免地导致剩余材料应力存在，同时也存在一些裂缝。这些较高压力的区域和裂缝导致膜材料中存在的较高的局部腐蚀率。与内膜设计相比，外设外套以控制温度的耐火压力容器提供了一种较简单、价格低廉的结构和维修程序。内膜壁需要将许多板或组件部件到压力容器内。为方便将来的维修，上述部件制作成足够小以便通过容器上设的人孔。上述部件必须被组装到容器内。这样，内膜设计是很复杂的，需要一定强度来支承所有耐火材料的重量，复杂还表现在允许耐火材料、膜壁以及压力容器壳体之间存在热增长差异。通过外部的可控温设外套容器可得到较均匀的壁温，从而上述热增长差异可被减小。

另外，与内膜壁设计相比，压力容器穿孔数量在外部的可控温且设外套的反应器设计中得以被限制。内膜壁需要多个用作冷却液进口和入口的喷嘴。这些容器壁穿孔给压力容器提供了不希望的压力点和裂缝腐蚀。相反，结合外部控温夹套的、光滑简单的内部形状的压力容器，可以用各种材料简单经济地进行包覆、涂覆、衬里。

另外，因为外部的可控温外套设计系统可以使得容器暴露的表面温度更均匀(这样可获得较好的腐蚀控制)，所以，外部的可控温带外套的反应器设计可减少惰性气体吹洗的必要。然而对于位于内膜壁后的气体空间或腔室上述惰性气体的吹洗是必要的。这些吹洗造成的气体稀释是不理想的。

发明内容

本发明包括一个用于尤其是卤化物的气化含碳材料的气化器。该反应器包括：用一种或多种耐火材料制成的限定反应器容器腔室的内衬，包围耐火衬里以及反应器腔室的压力容器，以及限定在压力容器周围且基本上绕着封闭的反应器腔的一个或多个通道，通过该通道将传热流体循环。该一个或多个通道与传热流体循环系统相连。从而，压力容器和衬里壁温得以控制。实际中，当反应器腔的温度高时，运行循环系统来冷却容器壁，或者将容器壁温维持在低于某一理想值之下。当反应器不运行时，运行循环系统以加热反应器腔衬里高于最小理想温度之上。最佳地，本发明包括一个抗腐蚀覆层衬里。

本发明包括一种用于在反应器中气化含碳进料(包括卤化物)的方法，该反应器包括一个带有耐火材料衬里的第一压力容器，该方法包括如下步骤：在还原条件下，将含碳进料和氧气供到反应器中以便从中生产出包括合成气在内的产品；将传热流体循环以接触第一压力容器壁部分的外侧，这样，在流体作用下将外反应器壁温控制在高于至少第一压力容器壁部分的外侧上的温度(该温度低于目标级)，该目标级基本上低于反应器的运行温度且最好约为150℃～250℃。

下面结合附图对本发明的最佳实施例予以详细地说明，以助于更好地理解本发明。

附图说明

图1为应用本发明的气化过程的最佳实施例的流程图；

图2A详示出图1中气化器的具体特征；

图2B示出与图2中的气化器一起使用的传热流体控制系统；

图3示出现有技术中反应器容器的热壁构思；

图4示出现有技术中用于气化器中的膜式水冷壁反应器容器的构思；

图5A-5F示出本发明的一体地外面设有套的容器以及“容器中容器”构思，该容器具有被各个部件(包括凹座和隔板)所限定的一个或多个通道；

图6A-6D示出本发明中的外膜式水冷壁或者板实施例，其中具有由盘绕形结构限定的通道；

图7示出套区域的布置。

具体实施方式

由于下述实施例为本发明的最初应用，所以下面对在我们相关的PCT申请(发明名称：用于从价值较低的卤化物中生产出一种或多种有用产品的方法和装置，PCT国际申请PCT/US/98/26298，公开日期为1999年7月1日，国际公开号为WO99/32937)中记载的卤化物的最佳的解释性的气化过程的一个实施例予以简要讨论。这种气化过程可看成包括多个主要处理区，这一点如在图1的方框流程图中所示，其中，

1) 气化器200

2) 骤冷300

3) 微粒去除及回收350

4) 含水HCl的回收及清洗400，450

5) 合成气完成700

为便于下述的说明，所生产的卤化氢假设为HCl。

表示在图2A和2B中的最佳实施例中的气化器区200由两个反应容器R-200、R-210以及主要为了重整卤化物(主要是RCl’s)的辅助设备组成。在这个实施例中，含卤的进料(气流144)被雾化与氧气291和气流298一起进入主反应器R-200。在恶劣的气化环境下，RCl等组分部分被雾化且转化成一氧化碳、氯化氢、氢气以及少量的水蒸气和二氧化碳，另外还有少量的其他物质如煤烟(主要是碳)。从R-200出来的产品最好流入一个第二反应容器R-210，在该第二反应容器内完成所有的反应，这样，高效地生产出所有的含卤物种，同时可减少不想要的副产品如煤烟。

由于卤化氢或者HCl无论作为热的贫气还是冷凝液均具有腐蚀性，所以，反应器壳体和连接管道最好加上外套，在下面根据本发明对这一点予以充分地说明。外套的设置产生一个或者多个与闭合的传热流体系统S-280相连的通道，该传热流体系统S-280部分地表示在图2B中。

继续图1的方框流程图中所示的气化系统，从R-210出来的热气最好在骤冷区300处通过与循环水流的直接接触而被冷却。反应器流出物或者产品气体以及该水流可在一个骤冷容器中直接地混合。该混合物然后流到一个气液分离器筒中，骤冷后的气体从气液分离器筒的上部流出，底部液体可被冷却且回收到该骤冷区。

从反应器系统出来的产品气体中的微粒(如包括煤烟等)可在微粒回收步骤350的洗涤器中通过洗涤与气流分离。从洗涤器出来的气流然后最好被引入到一个卤化氢或HCl吸收柱400中。非冷凝的组份流经吸收器的上部而继续到达合成气完成区700。从洗涤器出来的气体中的HCl能够被吸收以从底部提供含水酸流体。该含水酸流体被过滤且流经一个酸净化装置450以去除最后残留的微粒和有机物，生产出一定等级的含水HCl产品。该产品可按需要被出售或者进一步地处理以生产无水HCl(该处理所需的合适步骤和装置已经在先前的申请中公开)。该合成气完成区700中包括碱洗气器和合成气废气处理系统。

已经对卤化物的气化过程的实施例进行描述之后，现在我们返回来详细地看一看图2中所示的气化器200。上述实施例中的气化器区200由两个反应容器R-200、R-210以及主要为了再形成含卤进料而的设的辅助设备组成。为便于说明，卤化的进料假设为包括含氯的有机物质。

所示的最佳实施例中的主气化器R-200用作一个向下喷射的搅拌反应器，该反应器的主要作用在于雾化供到R-200中的液体以及蒸发液体，以及大体地将蒸发后的液体与氧气、缓和剂以及热反应产品混合。气化器最好在温度为1450℃以及压力为5bar(75psig)的状况下工作。这些严格的条件确保所供到R-200中的所有进料组分几乎被完全地转化。

为防止上述实施例中的气化器壳体受到热的干卤化氢或者含水的卤化氢冷凝液的腐蚀，本发明揭示一种设有外套的气化器壳体以便于压力容器壁温度控制。

外套系统的一部分表示在图2B中，其中为方便控制壁温，该系统提供传热流体循环到一个或多个由该外套限定的通道内。该系统S-280包括一个冷却器E-280、收集筒D-280、以及多个用于循环传热流体的泵P-280，其中该传热流体最好为道氏热载体GRP(Dowtherm GRP)或syltherm800，但是也可为包括水在内的其他流体。热的带有耐火材料衬里的气体容器、泵送管道以及骤冷入口最好完全地设上外套。在正常的运行期间，通过从流体控制系统S-280来的传热流体的冷却作用下，从而带走该气化工艺腔室经由耐火材料衬里传递到容器外壳和管道(主要是不锈钢外壳)的热量。最好还设一个小型的加热器E-281，该加热器E-281用于将传热流体从冷态起动加热到工作条件，同时用于维持停工期间衬里的温度。

容器外壳的温度最好被控制在约200℃，或者介于250℃和150℃之间。含有气体混合物的卤化氢的理论露点温度约为130～150℃。然而实际的露点温度因盐、金属或其他腐蚀物质的加入而发生改变。这样，壁温最好保持在高于上述理论露点温度的一个安全限度。当温度高于200℃时，干气态HCl的腐蚀率与温度成指数规律地增长。因此，除了防止水凝结所需的加热之外不需要对容器外壳壁过多地加热。在运行系统的的最佳实施例中，除了需要进行系统维修，外套系统可以在的所有时间(即使在停工期)控制壁温。即使在停工期，通过这种控制可防止大气水分因系统中存在残余的HCl等而冷凝成腐蚀液。

如上所述，因为高温气体混合物和冷凝液存在潜在的巨大腐蚀性，最好稳定地控制反应器壁的温度。为了将反应器壁温度稳定而严格地控制在气化反应器的极端温度之下，本发明公开了一种具有耐火材料衬里的压力容器，最好细心地选择制成该容器的材料以确保气化器的寿命较长。

如上所述，现有技术中的如图3所示的“热壁”构思不是最佳的，且不能靠自身来控制压力容器壁的适于含碳材料(特别是含氯材料)气化的条件。利用现有技术中的“热壁”构思，壁温不能在所有时间以及必需的环境条件范围保持足够的要求，该要求包括温度高于露点温度且低于理想最大的不湿温度。例如，耐火材料20、22、24以及可选择的26的气体或者一个局部的耐火材料故障，能造成壁28被过度加热而导致较大的腐蚀率。另外，在启动、结束、停歇以及于冷环境条件下的正常运行期间，壁条件不能被控制。对于一个在5bar压力条件下运行的容器，特别是如果含有热HCl承载合成气的情况下，这种情况和危险的存在是很糟糕的。

如上所述，就壁温控制而言，现有技术中的如图4所示的内膜设计比图3中所示的“热壁”要好，但是仍然不理想。该膜34的结构很复杂同时需要用于覆盖整个容器28面积的多个板和部分，这给设计和生产方面带来一种挑战。膜34还带来主要是维修方面的问题，如需要进入容器、去掉耐火材料以及可能需要去掉膜板。因为膜必须属于高合金材料，所以，这种设计所需费用比本发明的设外套的设计要高。容器28需要衬里或者覆层30或者一个带有惰性垫料气体的复杂腔垫系统。这种垫料(主要是N₂)为一种不理想的气体稀释剂。在本发明的一些设计中，不设置这种覆层。

本发明的带外套的壳体包括如图5～11所示的一个或多个外通道，将该带外套壳体与图2B所示的传热流体控制系统相结合。该带外套的壳体为气化器容器的最佳设计，尤其对于气化卤化物的气化器容器而言更是如此。这种设计对于壁温控制、可靠性以及成本效率方面具有较好的水平。在基本上所有的运行模式下，本发明中容器的壁温也能够被维持在高于露点温度。即使对于气体旁通或局部耐热材料20和22的失效的情况下，上述设外套的传热设计具有高效、实用以及有规律的冷却能力以限制壁温。

如图5～11中所示的外套的其他设计方式包括内套、外膜壁或板、焊接的“半管”、表面微凹的套、容器的螺旋套以及外板。套式冷却可通过多种技术完成。温度控制套式冷却为“容器中容器”的设计，如图5和图2A所示。传热流体36被循环流经由这种外套40所限定的一个或多个通道38，其中该通道可以仅包括介于两个容器壁之间的空间。在该空间中，如图5B所示，最好利用一个方向任意的喷嘴将该热温度控制流体引入以在整个外套内形成回旋流。平板套式冷却的结构最简单，从而其初始成本也较低。该平板套式冷却较适于冷凝、加热介质，而不适用于敏感性流体。一个方面的原因在于较大的通道导致较低流速以及相应较低的传热效率，其中该效率大小主要由自然对流的状况确定。普通套式冷却实际上是在反应容器上加上复壁。特别地，如果在普通套式冷却中设置敏感性流体加热或冷却，建议使用如图5B中所示的搅拌喷嘴。搅拌喷嘴50可用于切向引导或多或少的进液36进入到外套40中，同时提高有效流速和紊流水平。然后被用于冷凝介质，极力建议采取冲击保护。此外也可使用较大或者多个进液喷嘴。

最好采取图5C、5D中所示的带有内隔板的“套中套”设计。其中，传热流体被循环流经由两个压力容器壁(内压力容器壁28和外套压力容器壁40)和多个隔板52所限定的腔室。流体的循环受到循环控制系统的控制以严格控制传热流体的流速和传热效率，以便将容器壁和覆层的温度保持在一定的范围内，基本上不受反应器内的温度的影响。最佳的导管设计能够平衡传热系数和压力降之间的关系。在一最佳实施例中，将最佳的隔板以螺旋状的形式绕在反应器壳体28上。

通常，螺旋的板式隔板由沿着压力容器壳体焊接的螺旋带组成。这使得外套中的流体以较小的通道绕着容器流动。隔板边缘和外套的内侧之间自然地存在一些间隙，一部分循环流体可通过该间隙。否则，外套可被看作很像一个螺管。

图5E、5F中所示的表面微凹的外套为带隔板的外套的另一种设计形式。如图5E、5F所示，外壳40上设有其制成材料与壳体材料相同的规则的凹部54。这些凹部52呈规则形式且用于引起紊流。这些凹部52被焊接到容器壁28上。

另一种套式冷却技术可使用如图6A～6D中所示的膜壁、“半管”外套或者板式螺管方法。对于图6B、6C中所示的半管设计而言，多个半管式导管56被焊接到容器壳体28上以便为传热流体36流提供平行的通道38。设有出入口58来循环传热流体36。图6A中所示的用于内膜系统中的热控制螺管260也可用作外套40。半管式外套主要包括一个沿纵向切开的管道，然后将该管焊接到壳体上。这种设计适用于需要高的外套压力的场合，但是因为需要沿着割管的每个边设的两个长焊缝，所以该方法的成本昂贵。因为几何结构是公知的且不可能有旁通，所以传热被很好地限定。半管式外套较适用于水或其他类似传热流体这样的敏感性流体。

也可为图6D中所示的焊接的平盘蛇管，带有凸出部分以设置相当好的流体通道。也可在平盘蛇管上设置夹板，该夹板是夹持到容器上而不是焊接到容器上。

如图7所示，外套可分成几个部分，每个部分具有独立的入口和出口。在一些要求高的场合，这些区域的设置有利于改善容器中温度的均匀性以便当使用冷凝介质时可迅速地从外套的所有区域除去冷凝液，另外可减小敏感性介质中的温度变化、控制在任一蒸汽空间区域中的焊接温度以及将外套中的压力降保持在允许值。

根据本发明，覆盖压力容器壁是理想的。对于气化器容器而言，非金属覆层的设计是不理想的，因为非金属不够“坚韧”，难以保证较长的寿命。因耐火材料的失效或者气体的旁通造成的难控制的热运动和局部过热点有可能破坏现有的公知的非金属衬里的整体性。因此，在本发明的最佳实施例中，最好使用高合金的抗腐蚀性的金属覆层30。

如上所述，在实际运行中，容器壁内侧部分的温度最好保持在或略高于200℃以保证高于露点温度。大部分HCl气体露点温度估计在130～150℃的范围内，但是因金属腐蚀产品的加入造成的局部露点温度升高使得运行温度较高。基于上述考虑，在循环通路38中使用较高温度的合成传热流体(如Dowtherm A)。流体的高温度稳定性对于减小过热点对长期的流体稳定性和温度控制的影响是很重要的。流体特性和壳体失效情况应当支配外套系统的运行压力。

应当注意维护气化压力容器上包含物、喷嘴的设计以及配件。壳体的熔深应当最小，必需的熔深应当设有外套同时设计成温度控制的形式。

如图5～11所示的本发明的设外套的反应器设计利用一个或多个内耐火材料层20、22、24以及一个可选择的适于暴露于热原料气中的26，上述热原料气可能是含有氯化氢的气体，见图5A。上述一层或多层内耐火材料主要包括耐化学腐蚀性的“热面”耐火材料层20以及用于传热控制的绝缘耐火材料层22。带有绝缘耐火砖的耐火材料的高氧化铝耐火砖(大于99％)为一种选择。这个耐火系统直接地设于压力容器28内。还可包括外绝缘层32。如果需要，可将任意数量的抗腐蚀性材料包围在耐火材料层周围以作为覆层，以保护压力容器壁防止腐蚀性介质的腐蚀。例如，容器壁壳体可设有塑料材料、陶瓷、玻璃的衬里或其他涂覆层。然而，最佳地，容器壁用抗腐蚀合金30的金属作覆层。该合金具有最好的抗腐蚀性和机械强度。因为耐火材料的热运动或者衬里和不锈钢壳体之间的不同的膨胀率，其他公知的衬里可能常遭受损坏和发生透气现象。耐盐酸镍基合金合金B3和耐盐酸镍基合金合金C-276为两种良好的覆层以替换衬里。每一种具有对干氯化氢以及含水氯化氢溶液良好的抗腐蚀性。耐盐酸镍基合金合金C-276对纯含水氯化氢溶液的抗腐蚀性较小，但是对于含有金属盐和溶解氧等小杂质的溶液却具有很高的抗腐蚀性。使用抗腐蚀性的合金层还使得可在实际的压力容器壳体28结构中使用低合金不锈钢。

通过一个外部的套式冷却系统40而设的一个或多个通道，进而分别地、独立地(在限制值即给定的反应器温度范围内)控制压力容器28和衬里的温度，这样可获得本发明的抗腐蚀性和容器的整体性。这样，压力容器和衬里的温度可被维持在高于容器内容物的冷凝温度之上，加上一个正常的安全富裕量(50℃)。确保这样的温度控制还有利于覆层材料的选择以便获得最大的干气阶段的抗腐蚀性。

如上所述，在本发明中，容器壁温度控制是通过“套式冷却”容器实现的，即容器上设有一个或一个以上的导管38以及使得温度控制介质36通过上述导管。如图2B所示，导管应当与流体循环控制系统相连。

本发明的最佳实施例可利用一阶段或两阶段传热。两阶段系统需要较复杂的设计和管路系统，但是传热系数较高。最佳的设计如图2A和2B所示，利用简单的一阶段传热流体。传热流体可为水或其他市场上可得到的流体，例如Dowthern^产品或Therminol^产品等。在选择流体时所考虑的重要参数涉及流体的物理特性和性能以及与外套设计的相互作用。这些性能包括运行温度、最大温度、最小运行温度、粘度、密度、蒸汽压力、表面张力、热导性、结垢特性以及降解产物。在由G.E.Guffey II著的在Chemical Engineering上于1997年10月发表的“估量传热流体和加热器”中对许多选择传热流体的因素进行了讨论。

本发明的传热流体循环系统S-280的一个最佳实施例包括一个用于保持流体总量的中间鼓或罐D-280、一个适于将液体泵送到网路和外套中的泵P-280，以及一个换热器H-280，该换热器的作用在于：(1)在正常运行条件下，将热量传到大气或其他介质中；(2)加热传热流体以在引入卤化的有机材料之前将系统带入运行条件。该系统S-280被装配有合适的装置(未示)以将带外套的反应器表面温度控制在一个理想值，该理想值反映出在通常气化反应器过程的状况。

为便于理解本发明的设计，举例如下：

例1

下面的进气流通过一个合适的混合喷嘴被供给气化器：

含氯的有机材料： 9037kg/hr

氧气(99.5％的纯度)： 4419kg/hr

回收的蒸汽或缓和剂： 4540kg/hr

[58.8wt％水蒸汽，41.2 wt％氯化氢]

这样的气化反应生成富含氯化氢的合成气流以及温度约为1450℃压力为5bar的腔室条件。在本例中，反应器内设有6”(1524cm)厚的热面高氧化铝耐火砖，该砖被面设有9”(22.86cm)厚的绝缘耐火砖。这种耐火安装设计阻止了热量向容器壁的损失。压力容器为其上带有3mm厚的耐盐酸镍基合金C-276的低合金不锈钢覆层。容器包括一个整体外套，该外套覆盖基本上所有的容器表面。外套包括内隔板以引导液体流动以及控制流速和传热系数。典型的限制值为最小值1m/sec以减小结垢以及维持可接受的传热系数。最大4m/sec的速度将压力降限制在可接受的范围内。传热流体被存储在低压坛中。该坛可装填有惰性气体以控制压力和从系统中排除氧气。典型的流量为1200gpm的流体被离心泵泵送经过套式冷却系统。从外套返回的流体流经一个水冷式热交换器以从系统中排除热量。热交换器出口温度控制在200℃，该温度高于容器内的流体的纯假定冷凝温度约50℃。该50℃为一安全值以避免使冷凝温度升高的杂质的影响。这样，将表面温度控制在200℃左右。

本发明的上述说明以及公开的内容仅为解释性的，在不背离本发明精神的前体下可对上述系统的尺寸、性状以及材料以及其他细节方面作各种变形。本发明使用术语来限定，其中该术语取决于一个历史性的假定即一个部件包含一个或多个这样的部件，两个部件包含两个或两个以上具体的部件。

Claims

1.一种用于气化物料的反应器，该反应器包括：

由一种或多种耐火材料制成的内衬；

一个包围耐火衬里的第一压力容器；以及

一个或多个用于循环传热流体的通道，该一个或多个通道基本上套式冷却该第一压力容器的外部的至少一部分且与该传热流体循环系统相连，其该传热流体循环系统用于去除热量以将容器壁温限制在反应器温度之下。

2.如权利要求1所述的反应器，其中该一个或多个通道基本上给该第一压力容器的整个耐火衬里装上套。

3.如权利要求2所述的反应器，其中该循环系统用于增加热量。

4.如权利要求3所述的反应器，其中循环系统和该一个或多个通道与反应器结合制造以在反应器运行期间控制压力容器壁温低于一个最大目标运行值，同时在反应器停歇期间增大衬里温度高于一个最小目标值。

5.如权利要求1所述的反应器，其中压力容器包括有一层抗腐蚀衬里。

6.如权利要求1所述的反应器，其中在该一个或多个通道的外面设有绝缘层。

7.如权利要求1所述的反应器，其中该一个或多个耐火材料包括位于耐火材料里侧的热面耐火材料。

8.如权利要求5所述的反应器，其中抗腐蚀衬里包括抗腐蚀金属合金。

9.如权利要求5所述的反应器，其中抗腐蚀衬里包括非金属衬里。

10.如权利要求1所述的反应器，其中该一个或多个通道至少部分是由包围第一压力容器的第二压力容器所限定的。

11.如权利要求10所述的反应器，其中包括位于该第一压力容器的第二压力容器之间的隔板。

12.如权利要求2所述的反应器，其中该一个或多个通道至少部分是由包围第二压力容器的第一压力容器所限定的。

13.如权利要求12所述的反应器，其中包括位于该第一压力容器的第二压力容器之间的隔板。

14.如权利要求2所述的反应器，其中套式冷却该第一压力容器的该一个或多个通道是由螺管形成的，该螺管形成基本上覆盖第一压力容器的外表面的一部分的外套。

15.如权利要求1所述的反应器，其中反应器包括一个适于将液态卤化物输送到反应器中的进料喷嘴以及一个适于将气体从反应器排出的气体输出口。

16.如权利要求1所述的反应器，其中该一个或多个耐火材料包括一个适于面对至少为1550℃的反应器温度的热面材料。

17.一种用于在反应器中气化包括卤化物在内的含碳进料的方法，该反应器包括一个带有耐火材料衬里的第一压力容器，该方法包括如下步骤：

在还原条件下，将含碳进料和氧气供到反应器中以便从中生产出包括合成气在内的产品；

将传热流体循环以接触第一压力容器壁部分的外侧，这样，在流体作用下将外反应器壁温控制在比至少第一压力容器壁部分的外侧上的温度高出150℃～250℃。

18.如权利要求17所述的方法，其中包括将反应器容器内的运行温度维持在约1300～1500℃之间。

19.如权利要求17所述的方法，其中包括将反应器容器内的运行压力维持在约5barg。

20.如权利要求17所述的方法，其中循环传热流体包括将流体在位于该第一压力容器和外套结构之间的一个或多个通道中循环。

21.如权利要求17所述的方法，其中循环传热流体包括循环位于该第一压力容器和第二压力容器之间的流体。

22.如权利要求17所述的方法，其中将第一压力容器用涂敷材料予以加上内衬。

23.如权利要求17所述的方法，其中包括当反应器不运行时，将衬里的温度维持在高于200℃。

24.如权利要求17所述的方法，其中包括在反应器运行期间冷却第一压力容器壁部分，以及在停歇期间加热反应器衬里。

25.如权利要求17所述的方法，其中含碳物料为卤化物。