具有內部多管壁和數個燃燒器的氣化反應容器的製作方法

2023-10-05 21:10:39

專利名稱：具有內部多管壁和數個燃燒器的氣化反應容器的製作方法
技術領域：
本發明涉及改進的氣化反應容器，所述氣化反應容器含有在容器 上半部的燃燒室和位置使得使用中向燃燒室內點火的燃燒器，其中燃 燒室的底端配有產物氣體出口。
背景技術：
在夾帶流氣化的領域中已經開發了兩種類型的氣化反應器，即例
如US-A-4202672、 US-B-6312482和DE-A-2425962中描述的類型和例
如US-A-5968212和US-A-2001/0020346中描述的類型。這兩種類型
的反應器都具有燃燒室，燃燒器向燃燒室中排入含氫和一氧化碳的產
物氣體。第一種類型的氣化反應器具有使用中在燃燒室上端的產物氣 體出口和在燃燒室的相對下端用於排放爐渣的開孔。第二種類型的反
應器具有使用中在燃燒室下端的同時用於產物氣體和爐渣的組合出 口。本發明涉及第二種類型的改進氣化反應器。
US-A-5968212描迷的氣化反應器的上端配有向下導引的燃燒器。
所述反應器也配有燃燒室。燃燒室的壁由耐火級襯裡組成。離開燃燒 室下端的開孔的產物氣體可以進入反應器的下部，該部分配有廢熱鍋 爐。
US-A-2001/0020346公開的氣化反應器的上端配有向下導引的燃 燒器。所述反應器也配有燃燒室。燃燒室壁包含放置在反應器壁內部 上的垂直和平行排列的管的布置。根據其公開內容，當使用含灰分的 進料作為氣化反應器的進料時，在燃燒室壁上將形成爐渣的保護層。 結塊的爐渣層將作為燃燒室和所述管之間的保溫層。根據其公開內容， 如果使用低灰分進料，將不會形成這樣的爐渣層。根據 US-A-2001/0020346,在這樣的情況下將使用耐火砌磚的襯裡。
4當向所述氣化反應器中加入低灰分進料時必須使用耐火砌磚的缺 點是所述耐火砌磚的壽命較低。似乎這種類型的耐火層的操作溫度窗 是非常有限的。臨時的高氣體溫度(例如在不正常操作中出現的情況) 將損壞和分解耐火材料。即使當進料中的灰分含量非常低時，也可能 發生這種情況。
本發明的目的是提供即使當灰分含量非常低時也可在延長的時長 內處理任意進料的氣化反應器。

發明內容
下面的氣化反應器實現了這個目的。氣化反應容器，其含有在容 器上半部的燃燒室和位置使得使用中向燃燒室內點火的燃燒器，其中 使用中燃燒室的底端配有產物氣體出口，所述燃燒器至少配有用於氧 化劑氣體和碳質進料的供應導管，
其中燃燒室壁和容器壁之間提供環狀空間，和
其中燃燒室壁含有互相連接的管的布置，和
其中在燃燒室壁中存在兩個燃燒器開孔，所述燃燒器開孔位於相 同的水平高度和互相對徑的位置上，和其中在所述燃燒器開孔中存在 燃燒器。
申請人已經發現通過將燃燒室壁穿過燃燒器導引，在燃燒室中產 生了螺旋形的氣流，這將爐渣推向壁。因此，在這樣的反應器中可以 使用低灰分進料，同時仍然可以形成爐渣的保溫層。這可以避免使用 耐火砌磚。因此，這樣的反應器的運行時間延長。該反應器的另一優 點是其生產能力大於僅具有一個燃燒器的現有技術反應器。通過下文 對反應器及其優選實施方案的詳細描述，將更清楚的了解另外的優點。


圖1圖示了根據本發明的反應器，同時也是圖2的反應器沿BB' 的截面圖。
圖2是圖1的反應器的沿AA'的截面圖。
圖3是燃燒器套筒(burner muffle)的詳細圖示。
5圖4是燃燒器套筒的詳細圖示。
具體實施例方式
應使用所附

本發明。
圖l顯示了容器(l),其含有在容器(1)的上半部中的燃燒室(6)。 容器(l)配有在燃燒室(6)底端的產物氣體出口 (7)和兩對對徑放置的 燃燒器(2)。使用中，容器(l)垂直取向。詞語"上部"、"下部"、
"頂部"、"底部"、"垂直"和"水平"涉及容器(l)的說明的方位。 如圖l中所示，因此使用中燃燒室(6)僅在底端有一個氣體出口 (7)。 除去在燃燒室的壁(8)的內部上永久爐渣層之外，通過該出口 (7)從該 燃燒室排出形成的所有產物氣體和所有爐渣。每個燃燒器(2)配有用於 氧化劑氣體(3)和碳質進料(4)的供應導管。也可向燃燒器(2)供應任選 的減速劑氣體和所謂的稀釋劑(fluxant)以降低爐渣的熔點和減小爐 渣層的厚度。圖1中顯示了具有4個燃燒器(2)的反應容器(1)。優選 在燃燒室(6)壁中的相同水平高度上存在4個或6個燃燒器開孔，所述 開孔沿著燃燒室管狀壁的圓周均勻分布。按照這種方式，獲得數對對 徑放置的燃燒器。作為替代，數對燃燒器(2)可以位於不同的水平面上。 可以按照相對另一高度的一對燃燒器成交錯的構形設計所述數對燃燒 器。在這樣的實施方案中，可以在兩個或更多個不同的水平面上存在 至多和包括8個燃燒器(2)。
使用中燃燒器(2)通過燃燒室(6)的壁(8)中存在的燃燒器開孔(5) 向燃燒室(6)內燃燒。用於每對對徑放置的燃燒器(2)的燃燒器開孔(5) 位於相同的水平高度上和互相對徑放置。壁(8)中的燃燒器開孔(5)優 選設計成如圖3中更詳細所示。在US-A-4887962、 US-A-4523529和 US-A-4510874中描述了用於固體碳質進料的適合的燃燒器(2)的實 例。可用於液體進料的燃燒器是已熟知用於這些進料的多環狀燃燒器。 圖1也顯示在燃燒室(6)的壁(8)和容器(1)的壁之間提供有環狀空 間(9)。燃燒室(6)的壁(8)包括互相連接的管(10)的布置。壁(8)的管 狀部件可包括如圖1中所示的垂直布置的管(IO),或者是由螺旋狀盤管構成。在壁(8)的管狀部件中，優選所述管是垂直排布的。管(IO) 中流動的冷卻介質可以是通過蒸發而冷卻壁的水或在管(10)中不蒸發 的過冷水。
包括互相連接的平行排布的管(10)的布置的燃燒室(6)的壁(8)產 生基本不漏氣的壁。這樣的壁也稱為膜式壁。管(10)從共用的較低位 置的分布器(12)延伸至較高位置的共用總管(11)。分布器(12)配有冷 卻水供應導管(14)。總管(11)配有蒸汽排放導管(13)。蒸汽排放導管 (13)和水供應導管(14)與蒸汽包(29)流體連通。蒸汽包(29)配有用於 新鮮水的供應導管(32)和用於產出的蒸汽的出口導管(30)。如圖所示， 蒸汽包(29)的位置高於共用總管(11)。如圖所示，存在優選的水泵(31) 以增強水從蒸汽包(29)至分布器(12)的流動。
申請人發現如圖1中所示，通過在管(10)中蒸發蒸汽來冷卻壁(8)， 甚至當沒有經(32)向蒸汽包(29)加入新鮮冷卻水時，提供的反應器也 能維持它的冷卻能力。因為蒸汽包(29)的位置高於共用總管(11),所 以蒸汽包(29)中存在的水將因為重力而流向氣化反應器的共用分布器 (12)。另 一優點是產出的蒸汽可有利地用於結合了氣化反應器的過程 的其它用途中。這些用途是用於任選的下遊變換反應的工藝蒸汽、用 於任選的液體碳質進料的加熱介質或在外部過熱之後作為燃燒器中的 減速劑氣體。通過使用該反應器，獲得了一種更能量有效的方法。具 有低灰分含量的可能液體進料是例如焦油砂源的液體渣油餾分。另一
用、的生物s源可:乂是木材或^農業產業'中、獲得的剩s物質，例如麥二
和草質材料。實例是棕櫚油產業、玉米產業、生物柴油產業中產生的 物流。可能的固體進料是低灰分煤和生物質。通過烘烤上述生物質源 預處理優選的生物質衍生的固體進料。烘烤是有利的，這是因為獲得 了類似煤顆粒的固體進料，和可通過已知的煤進料方法將其加入所述 反應器中進行使用。因為根據本發明的反應器的大生產能力與例如水 急冷的組合使用，所以所述反應器對於所有的含灰分進料例如所有種 類的煤也可以是有利的。管(io)優選塗覆有耐火材料，以保護所述管抗熔態爐渣的侵蝕。
燃燒室(6)的產物氣體出口 (7)流體連通容器(1)的頂部與氣化反 應器的下部(23)。燃燒室(6)的下部優選具有斜面以使爐渣層流向產物 氣體出口 (7),所述產物氣體出口 (7)的直徑小於燃燒室(6)本身的直 徑。如圖1中所示，該燃燒室(6)的斜面部分由互相連接的管(24)的布 置組成，使用中冷卻介質如在管(10)中一樣流過所述互相連接的管 (24)。下部(23)配有用於產物氣體的出口 (26)。該下部(23)優選配有 用於冷卻當離開燃燒室(6)時具有高溫的產物氣體的措施。如之前提及 的US-A-5968212中所示，該冷卻措施可以是通過在廢熱鍋爐中間接冷 卻。作為替代，可以如DE-A-19952754中所述通過將冷卻介質注入熱 產物氣體中實現冷卻。更優選通過在水急冷區(19)中的水浴(20)中進 行急冷而實現冷卻。為實現在所述水浴(20)中急冷，燃燒室(6)的出口 開孔(7)優選與汲取管(16)流體連通。汲取管(16)部分浸入位於反應器 (1)下端的水浴(20)中。優選在汲取管(16)的上端存在注入設備(18) 以在使用中將急冷介質加入向下流動的熱產物氣體(即氫和一氧化碳 的混合物)中。汲取管(16)優選與燃燒室(6)垂直對齊並具有管狀外形。
水急冷區(19)存在於熱產物氣體的路徑上，熱產物氣體在出口 (17) 處偏轉為向上的方向(參見箭頭)，並向上流動通過在容器(1)的壁和汲 取管(16)之間形成的環狀空間(21)。在環狀空間(n)中，熱產物氣體 與水以急冷操作模式密切接觸。環狀空間(H)中將存在水位(25)。在 所述水位(25)之上，在反應容器(1)的壁中存在一個或多個產物氣體出 口 (26)以排放急冷後的產物氣體。在空間(21)和環狀空間(9)之間，可 任選存在分離壁(27)。產物氣體將主要由氫和一氧化碳組成。這樣的 氣體也稱為合成氣。
在氣化反應器(l)的下端，適合地存在爐渣排放開孔(28)。通過熟 知的爐渣排放設備例如US-A-4852997和US-A-67559802中所述的間門 系統以通過該排放開孔(28)從容器中排出爐渣與部分水。
操作時，根據本發明的氣化反應器優選使得當從出口 (7)排出熱產
物氣體時，熱產物氣體的溫度為1000-i800t:和更優選1300-i8oor;。
8燃燒室中的壓力和由此產物氣體的壓力優選是0. 3-12 MPa和優選2-8 MPa。選定溫度條件使得爐渣形成層。爐渣層將流向反應器中較低位置 的爐渣出口i史備。經注入設備(18)提供的急冷介質優選是水、合成氣或蒸汽或它們 的組合。水可以是新鮮水。任選地，所述水可以是任選的下遊水煤氣 變換裝置的工藝冷凝物。在優選的實施方案中，可用含水的固體部分 或完全替代新鮮水。優選在水急冷區(19)中獲得含水的固體。作為替 代，含水的固體可以是任選的下遊水洗裝置(未顯示)的排放物流。本 文描述的使用含水的固體的優點是可以免去或至少有限地使用水處理 步驟。在水急冷區(19)中與氣體接觸之後，在出口 (26)處從反應器(1)排 出的產物氣體的溫度優選是130-330t:。圖la顯示了圖l的反應器，其中增加了引流管(16a)。引流管(16a) 包住汲取管(16)，並優選使用中在水急冷區(19)中向下延伸至低於汲 取管(16)下部極點終止的高度。熱產物氣體在出口 (17)處偏轉向上(參 見箭頭)以向上流動通過引流管(16a)和汲取管(16)之間形成的環狀空 間(21a)。通過使用引流管(16a)獲得了更好的水循環，其中水經環狀 空間(21a)向上流動和經容器壁和引流管(16a)之間存在的環狀空間 (21b)向下流動。這對於冷卻熱氣體和汲取管(16)的壁都是有利的。例 如在US-A-4605423中描述了這樣的引流管。圖2是圖1的反應器沿AA'的截面圖。圖2中的相應附圖標記與圖 l中的具有相同的含義。為了更好的圖示，僅顯示了管(24)的一部分。 優選燃燒器相對連接燃燒器開孔(5)與容器軸(15)的水平線(22)的點 火角(ct)是l。-8。。燃燒器的燃燒線(220的方向是燃燒器本身的縱軸。 已發現這樣的所謂切線燃燒進一步提升了產物氣體螺旋運動的流動和 因此進一步將爐渣推向壁。圖2也顯示了啟動燃燒器(34)的壁(8)中的優選開孔(33)。圖3顯示了所謂的燃燒器套筒(114)，它是壁(8)中的優選燃燒器 開孔(5)。圖3中的相應附圖標記與圖1中的具有相同的含義。申請人9已發現通過向圖3中所示的燃燒器套筒(114)的表面提供適當的冷卻， 獲得了耐用的設計，其壽命延長和可在不同的氣化條件下進行操作。 燃燒器套筒(II4)包括數個垂直取向的互相連接的同中心的環(115)。 優選至少1個或多個和更優選所有的環(115)是具有用於經管線(120) 的冷卻介質的單獨入口和用於經管線(122)的使用過的冷卻介質的單 獨出口的導管。導管壁的厚度優選儘可能小以實現良好的傳熱和限制 壁的溫度。將通過局部所需的機械強度確定最小壁厚度。本領域技術 人員可以很容易確定該導管的正確尺寸。導管的直徑優選是 0. 02-0. 08 m。所述環優選由Cr含量至多5 wtM的低合金鋼或Cr含量 大於15 wt^的高合金鋼製得。管線(120)和管線(122)分別與冷卻介質(通常是水)分布器(119) 和共用(通常是水/蒸汽混合物)總管(121)流體連通。經管線(120)供應 的冷卻水可與供應至壁(8)的管(10)的冷卻水具有相同來源。它也可來 自不同的來源，它可以具有更低的水溫度和/或不同的壓力。所述環優 選焊接在一起。環(115)的直徑相對其附近的環(115)增大，使得燃燒器套筒(114) 的一端具有用於燃燒器頭(117)的套筒開孔(116)和另 一 (火焰)排放端 (123)具有更大的開孔(118)。開孔(118)與圖1和圖2的開孔(5)相同。 套筒開孔(116)離更大的開孔(118)具有一定的水平距離。這導致連接 的環具有圓錐體狀外形。優選水平線(126)和在用於燃燒器頭(117)在套筒開孔(116)處的 靠內放置的環(129)與鄰近內環(129)的下一個環(129a)之間的直線 (125a)之間的角度ctl是15-60°。優選水平線(126)和在套筒開孔(116) 處用於燃燒器頭(117)的靠內放置的環(129)與在火焰排放端(123)的 開孔(118)處的靠外放置的環(130)之間的直線(125)之間的角度oc2 是20-70。。如圖3中所示，從環(129)的中心至環(130)的中心畫出直 線(125)。優選otl大於cx2。靠外放置的環(130)是形成用於燃燒器頭 (117)的套筒開孔(116)的環。優選環(115)的數目是6-10。環(115)可以沿如圖所示的直線(125)這樣的密封(128)避免了反應區中存在的氣體和任意的飛灰和/或爐渣進入容器(1)的壁和壁(8)之間的空間中存在的燃燒器軸套(136)。通過避免這樣的氣體流動，進一步減少了局部的熱通量。密封(128)優選是靈活密封的，它可以適應局部的熱膨脹。適合的密封材料的實例是織造纖維和/或針織金屬絲網類密封。圖3也顯示了壁(8)和管(10)的一部分。壁(8)包括數根垂直和互 相連接的管(10)。如圖所示，管(10)配有供應和排放管線(131)。管(10) 塗覆有耐火材料(124)。使用中耐火材料(124)將被爐渣層(132)覆蓋。圖3也顯示了圍繞燃燒器套筒(114)安裝的耐火體(127)，它防止 爐渣進入套筒(114)的背面並因此可能形成至燃燒器頭(117)的捷徑。也可設計圖3的燃燒器套筒(114)使得它伸入燃燒室(6)中。申請 人已發現該突起可有利於避免爐渣(132)進入燃燒器套筒(114)。優選 燃燒器套筒(114)的至少一個環(115)伸入燃燒室(6)。
權利要求
1.氣化反應容器，所述氣化反應容器含有在容器上半部的燃燒室和位置使得使用中向燃燒室內點火的燃燒器，其中使用中燃燒室的底端配有產物氣體出口，所述燃燒器至少配有用於氧化劑氣體和碳質進料的供應導管，其中燃燒室壁和容器壁之間提供環狀空間，和其中燃燒室壁含有互相連接的管的布置，和其中在燃燒室壁中存在兩個燃燒器開孔，所述燃燒器開孔位於相同的水平高度和互相對徑的位置上，和其中在所述燃燒器開孔中存在燃燒器。
2. 權利要求l的反應器，其中在燃燒室壁中的相同水平高度上存 在4個或6個燃燒器開孔，所述開孔沿著燃燒室管狀壁的圓周均勻分布。
3. 權利要求l-2的反應器，其中在兩個或更多個不同的水平面上 存在至多和包括8個燃燒器開孔。
4. 權利要求l-3任一項的反應器，其中相對於連接燃燒器開孔與 容器軸的水平線的所述燃燒器的點火角是1°_8°。
5. 權利要求l-4任一項的反應器，其中除去燃燒器開孔之外，所 述壁中還存在用於啟動燃燒器的開孔，所述開孔提供在水冷壁中，和 其中啟動燃燒器位於所述開孔中。
6. 權利要求l-5任一項的反應器，其中所述燃燒室壁塗覆有耐火 材料。
7. 權利要求l-6任一項的反應器，其中燃燒室底端的產物氣體出 口與汲取管流體連通，所述汲取管部分浸入位於反應容器下端的水浴 中。
8. 權利要求7的反應器，其中在汲取管的頂端存在在使用中將急 冷介質加入氫和一氧化碳的向下流動混合物中的設備。
9. 權利要求l-8任一項的反應器，其中在反應容器的下端存在爐 渣排放開孔以從反應容器排出爐渣。
10. 權利要求1-9任一項的反應器，其中所述燃燒器開孔是燃燒 器套筒，所述燃燒器套筒包括數個垂直取向的互相連接的同中心的環， 其中所述環的直徑相對其附近的環增大，導致燃燒器套筒的一端具有 用於燃燒器的套筒開孔和另 一火焰排放端具有更大的開孔，所述環是 具有用於冷卻介質的入口端和用於使用過的冷卻介質的出口的導管， 和其中用於燃燒器的套筒開孔位於容器壁和燃燒室壁之間。
11. 權利要求10的反應器，其中所述燃燒器套筒伸入燃燒室中。
12. 權利要求11的反應器，其中所述燃燒器套筒的至少一個環伸 入燃燒室。
全文摘要
氣化反應容器(1)，所述氣化反應容器(1)含有在容器上半部的燃燒室(6)和位置使得使用中向燃燒室(6)內點火的燃燒器(2)，其中燃燒室(6)的底端配有產物氣體出口(7)，所述燃燒器(2)至少配有用於氧化劑氣體和碳質進料的供應導管，其中燃燒室(6)的壁(8)和容器(1)的壁之間提供環狀空間(9)，和其中燃燒室(6)的壁(8)含有互相連接的管的布置(垂直排布或是螺旋狀盤管)，和其中在燃燒室壁中存在兩個燃燒器(2)開孔，所述燃燒器開孔位於相同的水平高度和互相對徑的位置上，和其中在所述燃燒器開孔中存在燃燒器(2)。
文檔編號C10J3/76GK101675146SQ200880000872
公開日2010年3月17日 申請日期2008年3月13日 優先權日2007年3月15日
發明者J·沃爾夫, S·揚克, Tp·馮科薩克-格洛夫切夫斯基 申請人:國際殼牌研究有限公司