從氣流中去除粒狀物的裝置的製作方法

2023-06-05 10:14:56

專利名稱：從氣流中去除粒狀物的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及從含有粒狀物的氣流中去除這些粒狀物，更具體地說，本發明涉及去除由含碳物質氣化或部分氣化所產生的合成氣流中所含的灰粒和未轉變的含碳粒子。
業已發展了含碳物質例如煤的氣化的三種基本方法，即(1)固定床氣化法，(2)流態床氣化法，(3)懸浮或者說夾帶氣化法。本發明涉及第三種方法，即懸浮或者說夾帶氣化法。
美國專利No.4872886(Henly)公開過實施夾帶氣化方法以生產合成氣體的一種方法。在該方法中，有兩級氣化反應，在一種非催化的臥式燒結成渣反應區或者說第一級反應器中，含氧的氣流在2400°F(1316℃)-3000°F(1649℃)的高溫下與首次加入的液態載體中的粒狀含碳固體漿料相反應。氧、含碳固體和液態載體轉變為氣流、液態載體的蒸氣、炭粉、渣子和氣態燃燒產物。在反應器中形成的渣子靠其重力流到反應器的底部，並通過出渣口流出外面。在第二級反應中，來自上述臥式燒結反應器的氣流、液態載體蒸氣、炭粉和氣態產物在一個非燒結的立式第二級反應器中與二次加入的液體載體中的粒狀含碳固體漿料的相接觸而產生氣流、液態載體蒸氣、合成氣體和夾在氣流中的炭粉。另外，還夾帶有小的粘性渣滴，這些渣滴容易粘附並汙染與它們接觸的表面，渣滴固化的溫度範圍較寬，通常高達1700°F(927℃)左右。在上述粘性階段，這些熔融渣粒或者說渣滴具有足以造成很難處理的粘度，因為這些渣粒或者說渣滴可粘附到氣化器下遊處的工藝設備的壁、閥、出口等並形成沉積物。上述的下遊設備的一部分通常是一種高溫熱回收裝置，或者說鍋爐，在上述的Henly的美國專利No.4872886中，高溫熱回收裝置是一種火管鍋爐。汙染的合成氣體產品流過火管鍋爐的管道，而熱交換流體(通常是水)則在殼體側面流動。雖然從資本開支方面來看使用火管鍋爐經濟得多，但是，管道的堵塞卻造成維修費用提高的缺點。因為供入的煤漿被分得很細，所以任何炭粒和渣滴通常都會通過火管鍋爐的管道。但是，這些粒子在反應器氣體出口管的通道內的聚積，原先堆積在反應器通道壁上和其他斷流點處的沉積物的碎落，以及沉積物在鍋爐入口處的覆蓋和堆積，全都會使鍋爐管口變窄而增加沿鍋爐系統的壓力降，最終堵住鍋爐管道。因此，希望提供一種系統或者說裝置，這種裝置要能防止鍋爐堵塞，或者至少能延遲這種堵塞，或者說，在關閉氣化器和清理鍋爐管道之前可經歷儘可能長的時間才使壓力降增高。
業已試用過各種過濾器，但未得到滿意的結果，因為過濾器本身很快被堵住，或者，在部分堵塞時，不能在本身不破裂的情況下承受足夠大的壓力降。現已發現，各種過濾篩的組合可使小的炭粒和渣粒通過火管鍋爐的管道而不堵塞，同時又可防止被擋住的較大的炭-渣聚積物或破落的沉積物進入火管鍋爐的管道中，並且仍然允許汙染的合成氣體在適宜的壓力降下通過組合篩。
已發現這種有利的組合篩可以滿意地應用於在工業條件下實施的煤氣化工藝過程，並可連續地作業一段相當的周期。上述的和其他的優點和目的將按照下面說明的本發明來達到。
本發明提供一種用於在氣流進入熱交換器之前去除其中所含的粒狀物以防被這些粒狀物淤塞和堵塞的裝置(上述的熱交換器具有穿過其前端部和管板的縱向軸線)，所述裝置由下列幾種過篩裝置組合而成(a)一個位於上述管板附近且沿氣流方向看處於管板上遊的終端過篩裝置，該裝置含有位於垂直於上述熱交換器的縱軸線的一個平面內的被支承的絲網材料和一個中央支承部分；(b)一個支承在上述的終端過篩裝置的中央支承部分上並具有至少一個其縱向軸線平行於上述熱交換器的縱軸線的圓筒形構件的中間過篩裝置，該裝置含有多個縱向設置的帶孔的內支承件和多個橫向設置的內支承件，這兩種內支承件一起組成多個外周被絲網材料覆蓋的部分；和(c)一個具有固定絲網材料用的支架構件並設置在中間過篩裝置之上遊側的起始過篩裝置。上述組合的過篩裝置可以承受高達10磅/英寸2(68.9Kpa)左右的壓力降，上述的絲網構件最好用含有鎳和鉻的合金製成。
參看附圖可以更容易說明本發明的裝置，在每個附圖(未按比例)中，相同標號代表相同的零件。


圖1以局部剖切的透視圖示出本發明，其中虛線示出組成中間過篩裝置的幾個圓筒形構件的輪廓。圖中示出了各種支架和支撐，它們與容器壁上的點(未示出)相連接，但它們本身不是本發明的一部分。
圖2也是局部剖切的透視圖，示出了圖1所示裝置的背面。可以比圖1更清楚地看出中間過篩裝置的三個圓筒形構件。
圖3示出本發明的一部分，為了清楚看到中間過篩構件，圖中未畫出起始過篩裝置，該圖也是一個局部剖切的透視圖。
含碳物質的氣化過程(例如夾帶法或者說懸浮法)由在工藝過程管道和設備中流動的具有腐蝕性和侵蝕性的氣流形成一種高溫高壓環境。渣子、灰塵和炭粉的沉積物覆蓋在裝置的內表面上，當這些沉澱物碎落而懸浮、或者夾帶其他的夾雜固體物質時，便會產生嚴重的堵塞問題。高溫熱回收系統便是一個可能快速產生堵塞並需要使工藝過程停止的領域。在本發明的一個實施例中，用作高溫熱回收的裝置的火管鍋爐，通過一種可去除夾帶流式氣化器的氣態流出物中所含的各種粒狀物的裝置來防止灰塵、炭粉和渣子的聚結以及沉積物的碎落和堆積。一般說來，火管鍋爐是一個可以垂直安置或水平安置並具有一根縱向軸線的圓筒形容器，其兩端附加的管板與輸送工業廢氣的管道對準。殼體側面運送傳熱流體(最好是水)，用來將工業廢氣中的熱量傳送出去，並回收蒸汽。為了防止火管鍋爐的管道堵塞，在氣體進入火管鍋爐或任何類似的熱交換裝置之前，使用了一組過篩裝置。該過篩裝置組最好設置在管板的附近，並含有一個沿氣流方向看位於熱交換器前頭的終端過篩裝置，該裝置具有設置在支架上的絲網材料，這樣，其絲網便可阻止足以引起堵塞的粗大顆粒進入熱交換器。雖然這種終端過篩裝置可防止熱交換器或者說火管鍋爐等的堵塞，但是，如果只使用終端過篩裝置本身，也會很快被堵塞，因為它的平面結構只能承受大約3.5-4.0磅/英寸2(24.1-27.6KPa)的壓降。因此，終端過篩裝置本身不能有效地防止具有任何連續加工能力的熱交換器的堵塞。上述的終端過篩裝置具有一個支承組合的中間過篩裝置的中央部分。
中間過篩裝置位於終端過篩裝置的上遊，並支承在終端過篩裝置的中央部分上。它可以是任何長形的構件，而終端過篩裝置則是平面構件。這就是說，中間過篩裝置的總平面軸線垂直於終端過篩裝置的軸線且通常與熱交換器的縱軸線相符。較好的是，中間過篩裝置是至少一個具有由絲網材料包在其周圍的內支撐結構的彎曲構件。更好的是，終端過篩裝置的中央支承部分支承三個彎曲構件，這些構件的縱軸線垂直於終端過篩裝置的平面並平行於熱交換器的縱軸線。最好的是，中間過篩裝置是圓筒形的、且其縱軸線垂直於終端過篩裝置平面且與熱交換器的縱軸線相平行，其中，中間過篩裝置的圓筒形結構具有多個縱向支承件和多個構成由絲網材料包圍的支承區段的橫向支承件。由於中間過篩裝置的縱軸線(或者一個以上構件的軸線)垂直於終端過篩裝置的平面，流過中間過篩裝置的氣體不易被封住、塞住或堵住，除非經過預定的、比只用終端過篩裝置更長的時間之後。同樣地，由於氣體沿中間過篩裝置的軸線方向流動，並且不易堵塞，故通過中間過篩裝置的壓力降較低，中間過篩裝置能承受高達大約10磅/英寸2(68.9KPa)或更高(例如大約50磅/英寸2即344.74Kpa)的壓力降。
起始過篩裝置在中間過篩裝置的前頭或者說上遊起到保護其他兩個過篩裝置不被較大的聚結物或者碎落的沉積物堵塞的作用。該起始過篩裝置要求結構的強度更高，因為它首先遭遇熱氣和最大塊的粒狀物。起始過篩裝置的一個實施例含有固定絲網材料的支架構件，該起始過篩裝置最好在從氣化反應器到高溫熱回收系統的通道中蓋住整個中間過篩裝置。流出的氣流沒有旁路可繞過起始過篩裝置，除了從起始過篩裝置的上方流過並進入中間過篩裝置的頂部，但是，這種情況很少在起始過篩裝置嚴重堵塞之前發生。
在一個更好的實施例中，起始過篩裝置是一種L形的結構，其上部處於垂直於終端過篩裝置平面的一個平面內，其下部處於平行於終端過篩裝置平面的一個平面內。
正如圖1所示的一個最佳實施例的結構，本發明的裝置10位於一個垂直設置的高溫熱回收系統例如火管鍋爐(未示出)的頂部。通過一根進口管將來自氣化反應器的氣態產物流導引至火管鍋爐爐身的上部，並使之在進入火管鍋爐前向下轉90°通過本發明的設備10。
當氣態產物流通過熱回收器的上部時，首先碰到具有垂直部分12和水平部分14的起始過篩裝置28，垂直部分12通常具有支承絲網材料30的矩形支架件32，上述的絲網材料起到去除氣態產物流中的粒狀物質的過篩器的作用。支承結構(例如支架件32)的類型總地說來是一個選擇和方便的問題，關於支架件32的形狀一般認為不是重要問題。支架件32也可以是其他幾何形狀的例如三角形、圓形、方形等。只是要求可藉助支架件32使起始篩28具有足以承受大約0.5磅/英寸2(3.45KPa)的壓力降和耐受以流速約為80英尺/秒流動的氣態產物流中的粒狀物質的衝擊力的強度。本最佳實施例中的起始過篩裝置28的水平部分14的下邊緣與垂直部分12相連接，並與它構成一個L形的構件。水平部分14也由支架件32構成，並且通常與支承高溫熱回收系統的容器的形狀(在本最佳實施是圓筒形)相符合。因此，水平部分14的外周邊做成圓周形。
垂直部分12和水平部分14都覆蓋有絲網材料30。絲網材料30按任何公知的方法例如焊接法或機械固緊件連接法與垂直部分12和水平部分14相連接。絲網材料30的結構材料可以是任何能承受氣體產物流的溫度和腐蝕性及侵蝕性環境的金屬，例如各類合金最適合於此用途。通常，含有鎳和鉻的合金例如InconelTM617(美國西維吉尼亞州，亨廷頓，因科國際合金公司的商用牌號)很適宜在腐蝕環境中應用。另外，IncoloyTM系列的合金例如IncoloyTM800HT具有可用於此類氣氛的理想特性。「Incoloy」也是因科國際合金公司的商業牌號。同理，上述起始過篩裝置28用的絲網材料30也可用於本發明的其他部分。
中間過篩裝置16設置在上述起始過篩裝置28的附近。正如圖1、2和3的最佳實施例所示，中間過篩裝置16由三個圓筒形構件或者說豎管組成，每個構件基本相同，但是，如果需要的話也可以不相同。垂直的內支承件26和水平的內支承件34用於支承中間過篩裝置16中的絲網材料30。使用多個垂直的內支承件26可在圓筒形構件周圍給予均勻的支承，在通過圓筒形的橫截面上看，它像一個輪子的輻條。每個垂直的內支承件26是有孔的，以便讓氣態產物流通過，所述的孔要足夠大到使裝置10不會堵塞，但是還要小到足以使垂直的內支承件保持足夠的強度以承受上述的壓力降。在本實施例的圓筒形中間過篩裝置16中，水平內支承件34的形狀最好是平的圓環形。該圓環的中央開口作為氣態產物流的通道，而圓環的邊緣為垂直的內支承件26提供水平方向的穩定性。水平內支承件34與垂直內支承件26之間合適的連接分別使中間過篩裝置16的整個結構具有強度和剛度。圖3示出沒有起始過篩裝置28的本發明的裝置10，故可更容易看清中間過篩裝置16。圖中還示出由絲網材料30覆蓋的圓筒形構件或者說豎管的頂部。
中間過篩裝置16由終端過篩裝置18的中央部分支承，在本最佳實施例中，終端過篩裝置18是一種覆蓋有絲網材料30的圓形平板狀構件，但其中央部分通常是金屬板。終端過篩裝置18由多根支承梁36支承，這些支承梁36不是本發明的部分，只是用於從整體上支承裝置10，它們又與固定到熱交換器或火管鍋爐的容器壁和/或管板(未示出)上的垂直支件24相連接。水平支撐或者說支架22通過焊接或機械連接件固定在中間過篩裝置16和容器壁上。一個或多個固定在起始過篩裝置28和容器壁上的水平穩定支架20保證起始過篩裝置保持在其預定的位置上。另外，用多個與垂直支件24相同或不同的起始篩網垂直支件38使水平部分14定位。
絲網材料30的絲線之間一般呈方形孔，孔的尺寸大於約0.625英寸(1.588cm)，最好是，絲網材料30中方形網孔的尺寸大約為0.625英寸(1.588cm)-0.75英寸(1.9cm)。
雖然本發明的裝置10設計用來去除合成氣流中的粒狀物質，但是粒狀物質(最主要的是炭粒)的尺寸和絲網材料中網孔的尺寸以及熱交換器管道尺寸都不能使較小的粒子不流過工作系統，還必須通過其他裝置將它們去除並回收起來再循環進入氣化器。採用本發明的裝置足以使合成氣體的生產有序地進行幾周和幾個月或更長的時間。
一般說來，本發明的裝置10必須用能夠承受氣態產物流的溫度(通常約為1700°F或927℃以上)的材料製成。上述系統內的壓力可高達約350磅/英寸2(2413.2KPa)-450磅/英寸2(3102.6KPa)，故裝置10應當能承受約10磅/英寸2(68.95KPa)的壓力差。
雖然上面已說明了至少一個本發明的最佳的非限制性的實施例，但是，熟悉本技術的人可以設想出許多的改型和替代方案，因此，請將本發明僅限於下述權利要求中規定的合法範圍。
權利要求
1.一種用於在氣流進入熱交換器之前去除其中所含的粒狀物以防止被這種粒狀物質淤塞和堵塞的裝置，上述的熱交換器具有穿過前端部和管板的縱向軸線，所述裝置由下列幾種過篩裝置組合而成a)一個位於上述管板附近且沿氣流方向看處於管板上遊的終端過篩裝置，該裝置含有位於垂直於上述熱交換器的縱向軸線的一個平面內的被支承的絲網材料和一個中央支承部分；b)一個支承在上述中央支承部分上並具有至少一個其縱向軸線平行於上述熱交換器縱軸線的圓筒形結構件的中間過篩裝置，該裝置含有多個縱向設置的帶孔的內支承件和多個橫向設置的內支承件，上述中間過篩裝置的上述的內支承件一起組成多個周圍被絲網材料覆蓋的部分；和c)一個具有固定絲網材料的支架構件並設置在中間過篩裝置之上遊側的起始過篩裝置。
2.根據權利要求1的裝置，其特徵在於，上述的中間過篩裝置至少含有3個圓筒形構件。
3.根據權利要求1的裝置，其特徵在於，上述的終端過篩裝置、上述的中間過篩裝置和上述的起始過篩裝置的絲網具有尺寸大於約0.625英寸(1.588cm)的方形孔眼。
4.根據權利要求3的裝置，其特徵在於，上述的方形孔眼是正方形的，其邊長尺寸範圍是約0.625英寸(1.588cm)-約0.74英寸(1.9cm)。
5.根據權利要求1的裝置，其特徵在於，上述的絲網由鉻-鎳合金製成。
6.根據權利要求1的裝置，其特徵在於，該裝置能夠承受沿本裝置的從下遊一側至上遊一側的大約10磅/英寸2(68.95Kpa)的壓力降。
7.根據權利要求1的裝置，其特徵在於，上述的起始過篩裝置位於鄰近上述中間過篩裝置的位置上。
8.根據權利要求1的裝置，其特徵在於，上述的起始過篩裝置具有一個處於垂直於上述終端過篩裝置平面 的一個平面內的上部分和一個處於平行於上述終端過篩裝置平面的一個平面內的下部分。
9.根據權利要求8的裝置，其特徵在於，上述的起始過篩裝置做成L形，上述的上部分是L形的垂直部分，上述的下部分是L形的水平部分。
10.根據權利要求1的裝置，其特徵在於，上述的終端過篩裝置、上述的中間過篩裝置和上述的起始過篩裝置是連結在一起的。
全文摘要
一種用於從夾帶流式的煤的氣化器的氣態產物流中去除粒狀物質的裝置,該裝置含有一個起始過篩裝置、一個與氣態產物流的流動方向一致的中間過篩裝置和一個垂直於氣態產物流動方向設置的終端過篩裝置。本發明的裝置能夠在氣態產物流的溫度下承受至少大約10磅/英寸
文檔編號C10K1/02GK1199768SQ98105908
公開日1998年11月25日 申請日期1998年3月30日 優先權日1997年3月31日
發明者佩頓·L·史密斯, 約翰·C·莫爾斯 申請人:德斯特克能源公司