CN201205497Y - 气化反应器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种气化反应器，其包括压力壳和反应区，其中，反应区以一个垂直定向的管状膜壁为界，所述壁具有一个或更多个开口，其中，具有固附于壁上并位于所述开口上方处的熔渣导流器。通过在膜壁的开口的上方设置熔渣导流器，导致了更少甚至没有熔渣进入，因而导致更少的损害。

Description

气化反应器
技术领域
本实用新型涉及一种包括压力壳和反应区的气化反应器，其中反应区部分地由垂直定向的管状膜壁限定边界。该膜壁具有一个或更多个开口。
背景技术
在美国专利US-A-4202672中描述了该气化反应器。该公开文本描述了一个具有压力壳、反应区和膜壁的煤气化反应器，其中膜壁部分地限定了反应区。该管状形膜壁包括相互连接的导管，在导管中存在蒸发冷却水。
在美国专利US-A-4959080中描述了一种煤气化工艺，该工艺可以在上述气化反应器中完成。该公开文本描述了在煤气化的过程中，在膜壁上会形成一层熔渣。该层熔渣将会沿着膜壁的内侧向下流。
根据Christofer Higman和Maarten van der Burgt所著的“气化”，2003，Elsevier Science，Burlington MA，第118-120页，壳牌煤气化工艺(ShellCoalGasification Process)也利用了气化反应器，反应器包括压力壳和由膜形成壁而围成的反应区。根据此出版物，该壳牌煤气化工艺一般在1500℃和30bar至40bar的压力下进行。水平燃烧器放置在膜壁的开口处。
申请人已经成功地采用了不同类型的原料实施了壳牌煤气化工艺。但是，当处理具有相当高灰含量的原料时，更特别的是当在更高的压力下处理该原料时，我们发现由于熔渣进入膜壁上的开口中导致该工艺的操作变得更加困难。熔渣进入可能引起形成燃烧器的开口的区域被损害。
实用新型内容
本实用新型的目的就是提供一种气化反应器，该气化反应器能够更适合地处理具有高灰含量的原料。
该目的由下述气化反应器完成。一种气化反应器，其包括压力壳和反应区，该反应区部分由垂直定向的管状膜壁限定边界，所述壁设有一个或更多个开口，其中，具有熔渣导流器(slag defleclor)，所述熔渣导流器固附在壁上并位于所述开口上方处。
申请人已经发现了，通过在膜壁的开口的上方设置熔渣导流器，导致了更少甚至没有熔渣进入，因而导致更少的损害。
优选为，所述熔渣导流器的上端设置在所述开口的上端以上0.1-3倍的开口宽度处。熔渣导流器可以为固附于膜壁上的凸缘，该凸缘(rim)优选为具有耐火涂层，优选地，导流器为固附于膜壁上的导管，具有入口端和出口端，分别用于冷却介质和使用过的冷却介质。更优选地，所述导管具有位于开口之上的更高位置的一部分和沿侧向延伸的该导管的较低部分，因而在使用中向下流动的渣的至少一部分被偏转而离开所述开口。该导管优选具有耐火涂层。
熔渣导流器优选由高达5wt％Cr含量的低合金钢或具有高于15wt％Cr含量的高合金钢制成。
优选地，2个或更多个导流器设置于开口上方，并且其中每个导流器与相邻的导流器在垂直方向隔开。最优选地，在开口上方放置两个导流器。第二个导流器优选地放置在第一个导流器的上端的上方0.5-3倍的所述开口的宽度处。在设有燃烧器的膜壁上的开口上方具有多于一个的导流器的这样一个实施例是特别适合的。在这样一个燃烧器开口上方的导流器优选地设计成使得一部分熔渣被引导离开更低位置处的开口，一部分熔渣保持垂直向下的流动路程。这样就导致更少的熔渣靠近开口，而同时导致足够的熔渣流量保持在所述开口附近从而提供必需的隔离功能。
如果膜壁中的开口涉及到设备的开口，其将会仅仅在启动时使用，一种更坚固的熔渣导流器是优选的。这是因为熔渣在正常的操作过程中在这样的开口中可能会积聚和凝固。在启动过程中设置在这种开口中的设备的例子是启动燃烧器、点火器和探测火焰工具，如:火焰监视器。无论什么原因，如果该气化反应器需要关闭和重启，该硬化熔渣都需要从这些开口上机械地去除，为此目的，启动燃烧器和点火器需要拆卸。这是一种浪费时间的操作，优选地要避免该操作。本申请人现在发现，通过将熔渣导流器设置在这些开口上方—该熔渣导流器在正常运行过程中使所有熔渣都偏转—因此可以避免熔渣进入所述开口中和在其中固化。
其余的优点和优选的实施例如下所述，参考图1-4。
附图说明
图1为根据本实用新型优选的气化反应器。
图2为图1所示反应器膜壁中的燃烧器开口的细节图，并图示了在图3中所示的相同细节的CC’剖视图。
图3为图1所示反应器在膜壁中的燃烧器开口的细节图。
图3a和图3b分别为图3中BB’和AA’的剖视图。
图4为图1所示反应器在膜壁中的启动燃烧器开口的细节图。
图4a为图4中DD’的剖视图。
具体实施方式
图1表示了一种气化反应器，其具有垂直定向的管状压力壳1、膜壁3和反应区2。膜壁3的部分3a为管状形状，膜壁3由若干个水从其中流过的垂直导管构成，水通过连到一个共同分配器5的供给线4被供给到膜壁，使用过的冷却水—一般地为一种水/汽混合物的形式—从反应器中通过共用集管6和排出管线7放出。该反应器进一步设有骤冷气供应8，本实用新型特别适合于这种反应器，其中反应区2在其上端具有一产品气体的出口9，在其下端具有一熔渣的排出出口10。产品气体包括在气化反应器中制备的氢气和一氧化碳的混合气体。在膜壁3上显示了两沿直径方向布置的开口13。在这些开口13中，放置了两沿直径方向布置的燃烧器14。该反应器可以包括，例如，两对或者更多对在相同的高度上或者在不同的高度上的这样的燃烧器。燃烧器14适合于进行一种包含灰的固体或者液体含碳原料的气化。对于固体含碳原料—适当的是煤—合适的燃烧器例如在美国专利US-A-4523529和US-A-4510874中均有描述。这些燃烧器通过煤供应管道11和氧气供应管道12供应。出于清楚考虑而未在图1中表示的其余的开口也可被提供在膜壁3上以安装启动燃烧器、点火器和火焰监测器(flame eye)。图中表示了位于开口13上方的熔渣导流器15。
图2为图1所示反应器开口13的细节图，该开口13位于膜壁3中的管状部分3a中。本图中，图示了两个导流器15a和15b，它们在开口13上方相互间隔放置。在开口13中，有一个燃烧器14，在燃烧器14和它的火焰中，气化反应发生。开口13进一步设有一隔焰耐火罩(muffle)16。该隔焰耐火罩16包括几个垂直定向的、同心的并相连的环17。优选地，至少一个或更多个和更优选全部环17均为导管，导管具有通过管线20的冷却介质的进口和通过管线22的冷却介质的出口。所述环17优选地由一种具有高达5wt％Cr含量的低合金钢或具有高于15wt％Cr含量的高合金钢做成。隔焰耐火罩16如图所示延伸一定距离进入反应区2，产生一熔渣槽18，从而允许残余熔渣19a当其流向开口13时围绕着开口13流动，避免了熔渣19a进入到开口13。
图2还表示了在膜壁3a上的耐火涂层21。为了保持使涂层21固定到所述壁3a上，设置了柱螺栓23与壁3a相连。
管线20分别与一般为水的冷却介质、分配器24以及共用的一般为水/汽混合物的集管25流体地相连。这些环17优选为焊接到一起。
图3，3a和3b图示了如图2中所示的膜壁3a的反应器部分从反应区2的中心看去的视图，附图标记指的是相同的部件。如图所示，导流器15a具有一用于冷却介质的入口27和用于使用过的冷却介质的出口26。导流器15b还设有入口29和出口28，分别用于冷却介质和使用过的冷却介质。导流器15a和15b设有向下延伸的下部部分，当从侧面沿水平方向看具有90°-140°的角α，如图3所示。
图4图示了一种优选在设备的开口上方使用的熔渣导流器30，其仅仅在如上讨论过的启动过程中使用。在图4和4a中，表示了一种启动燃烧器37和点火器36。熔渣导流器30由两平行的导管31和32组成，该导流器与图2中的导流器15a和15b相比向反应区2中延伸得更多，这将导致所有的熔渣38在正常操作过程中被偏转离开开口33。导流器30设有入口34和出口35，分别用于冷却介质和使用过的冷却介质。
供应到隔焰耐火罩16或者上述图示的导流器实施例的冷却介质—优选为冷却水—可以来自与通过4供应至膜壁的冷却水相同的来源。也可以来自不同的可能具有更低的水温和/或不同的压力的来源。
申请人发现根据本实用新型制造的气体反应器特别适合从一种具有6-50wt％的灰含量的原料中制备一氧化碳和氢气的混合物。已经发现根据本实用新型的反应器特别适合具有高灰含量的原料，更优选地为高于15wt％，更优选的高于20wt％。由于经济原因，灰含量优选为低于40wt％。具有甚至更高的灰含量的原料优选为与更低灰含量的原料混合，从而使得组合成的原料的总灰含量为一个在上述范围内的值。适合的含灰的固体含碳原料为煤和生物质，如木材和农业废物。适合的含灰的液体含碳原料为沥青砂分馏物和其它含沥青的油。一种特殊的合适原料为具有上述的灰含量的煤。
原料的气化，或者也称为部分氧化，在含氧气体和优选地为阻滞剂(moderator)气体的存在下进行。一种合适的阻滞剂气体为蒸汽。固体含碳原料优选地作为在运载气体中的固体颗粒的混合物被提供给燃烧器。合适的载气为二氧化碳和氮。在反应区2中的气化在1200-1800℃的温度范围内和1-200bar的压力下进行，优选地在30-100bar的范围内，更优选地在高于35bar和低于70bar的压力范围内。

Claims (10)

1、一种气化反应器，其包括压力壳和反应区，所述反应区由垂直定向的管状膜壁限定边界，所述壁设有一个或更多个开口，其中，具有固附于壁上并位于所述开口上方的熔渣导流器。
2、根据权利要求1所述的气化反应器，其中，所述熔渣导流器为固附于膜壁上的导管，该导管设有用于冷却介质的入口端和用于使用过的冷却介质的出口端，并且其中，所述导管具有位于开口之上的更高位置的一部分和沿侧向延伸的该导管的较低部分，这样在使用中向下流动熔渣的至少一部分被偏转而离开开口。
3、根据权利要求1-2任一项所述的气化反应器，其中两个或更多个导流器设置于开口上方，其中每个导流器与相邻的导流器在垂直方向上隔开。
4、根据权利要求2-3任一项所述的气化反应器，其中导流器部分向下延伸，以致当从侧面方向看形成90-140°的角。
5、根据权利要求1-4任一项所述的气化反应器，其中在开口中有启动燃烧器和/或点火器。
6、根据权利要求1-5任一项所述的气化反应器，其中在开口中有火焰监测器。
7、根据权利要求1-6任一项所述的气化反应器，其中在开口中有燃烧器，该燃烧器用于进行一种含灰的固体或液体含碳原料的气化。
8、根据权利要求7所述的气化反应器，其中燃烧器通过燃烧器隔焰耐火罩安置于开口内。
9、根据权利要求1-8任一项所述的气化反应器，其中导流器由具有高达5wt％Cr含量的低合金钢或者具有高于15wt％Cr含量的高合金钢制成。
10、根据权利要求1-9任一项所述的气化反应器，其中反应区在其上端具有用于产品气体的出口而在其下端具有用于熔渣的出口。
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