專利名稱：改進的燃氣發(fā)生器驟冷環(huán)的制作方法
在用燃燒碳質(zhì)燃料混合物的方法獲得可用合成氣的生產(chǎn)中，在高溫高壓條件下操作是最有效的。例如，為從諸如顆粒煤、焦炭甚至油這樣的碳質(zhì)燃料生產(chǎn)燃氣，優(yōu)選的操作溫度范圍是2000-3000°F，同時應(yīng)保持大約5-250的大氣壓。這個方法的苛刻操作條件，特別是很寬的溫度變化范圍，使燃氣發(fā)生器或反應(yīng)器及有關(guān)設(shè)備的許多部件嚴重地變形。
本發(fā)明述及燃氣發(fā)生器結(jié)構(gòu)的改進，特別是驟冷環(huán)和浸入管結(jié)構(gòu)的改進。按照其功能，后者易遭到燃氣發(fā)生器的最惡劣溫度條件的影響，這是因為當燃氣從反應(yīng)室流出時，這種熱的產(chǎn)品氣或流體和這些部件相接觸引起的。
就現(xiàn)有技術(shù)而論，U.S.P4，218，423(Robin等人，1980年8月19日頒布)闡述了一種形式的驟冷環(huán)和浸入管，它們能用本發(fā)明的方案改進。U.S.P4，444，726(Crotty等人，1984年4月24日頒布)也闡述了一種反應(yīng)器的浸入管和驟冷環(huán)。在這篇專利中，燃氣發(fā)生器冷卻系統(tǒng)的一部分是隔熱的，但不能有效避免或減少由于熱流氣體和驟冷環(huán)之間緊密接觸可能產(chǎn)生的不利后果。
這種經(jīng)常發(fā)生于和冷卻水相接觸的驟冷環(huán)中的熱變形是燃氣發(fā)生器由于高溫而產(chǎn)生的問題之一。這種變形是由于該環(huán)和熱流體流非常接近，即驟冷環(huán)必須處于冷卻的位置上引起的。通常的問題表現(xiàn)為驟冷環(huán)部件的斷裂和裂縫，主要發(fā)生在突然轉(zhuǎn)折的部位上。在后一種情況下，將表現(xiàn)為機械和熱變形，最終結(jié)果將導(dǎo)致液體冷卻劑的泄漏，這是不希望發(fā)生的。
本發(fā)明的目的是提供一種生產(chǎn)可用合成氣的改進型燃氣發(fā)生器，在這種發(fā)生器中，燃氣發(fā)生器的浸入管被配備了內(nèi)水循環(huán)體系的驟冷環(huán)所潤濕。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種攜帶液體的燃氣發(fā)生器的驟冷環(huán)，通過采用內(nèi)水循環(huán)管的方法，該環(huán)不被暴露于氣化過程產(chǎn)生的熱流體之中。
本發(fā)明還有一個目的是提供一類新設(shè)計的驟冷環(huán)，該環(huán)裝配了有效的內(nèi)冷卻系統(tǒng)，以便在環(huán)的金屬結(jié)構(gòu)上減少由于熱效應(yīng)導(dǎo)致的變形。
為了克服新型的氣體發(fā)生器的上述缺陷，本發(fā)明提供了一種具有內(nèi)水循環(huán)管的氣體發(fā)生器驟冷環(huán)。在一實施方案中，該內(nèi)水循環(huán)管被驟冷環(huán)內(nèi)側(cè)伸出的一個配件所限定，該配件由外套或擋板包圍，因而形成布水環(huán)或支管。攜帶冷卻劑的管復(fù)蓋了布水環(huán)的整個內(nèi)壁，布水環(huán)的外表面暴露于熱的流體中并維持充滿水的狀態(tài)。此管使水迅速流動，隨后水對著浸入管的導(dǎo)向面泄出。這樣促進了燃氣發(fā)生器的反應(yīng)室和液體槽之間流體的流動。
因此，本發(fā)明提供了一種氣化碳質(zhì)燃料混合物的反應(yīng)器，該反應(yīng)器用以生產(chǎn)由殘渣和至少一種有用的合成氣組成的熱流體。該反應(yīng)器包括一個氣化燃料混合物的反應(yīng)室，該室的底板形狀使液體殘渣易于向外流動。
含水槽的驟冷室位于反應(yīng)器的下部，接收并冷卻熱流體。一連接反應(yīng)室和驟冷室的喉管將流體導(dǎo)入浸入管。通常該管有一個導(dǎo)向通道，將流體導(dǎo)入水槽。
燃氣發(fā)生器內(nèi)的環(huán)形驟冷環(huán)配有一位于浸入管上方的布水環(huán)，以便將冷卻水流導(dǎo)向浸入管的導(dǎo)向面。
驟冷環(huán)包括一個和壓力水源相連的室或支管，支管又和位于鄰近的布水環(huán)連接，后者通過環(huán)形的冷卻劑管接收并循環(huán)水。由于其狹窄的通路，通過該管的水迅速流動，這就穩(wěn)定并冷卻了暴露于高溫流體中的驟冷管的外壁。
因此，循環(huán)水被分布在和熱流體接觸的浸入管的導(dǎo)向面上。
現(xiàn)用實例來描述本發(fā)明的一個實施方案，并參見附圖，其中

圖1是所設(shè)計的燒氣發(fā)生器反應(yīng)器的截面垂直正視圖。
圖2是圖1中內(nèi)管型驟冷環(huán)的局部放大圖。
圖3是圖2沿3-3剖線的局部放大圖。
參照圖1，簡要地說，為達到上述目的，提供了一種將固體、液體或氣體的碳質(zhì)燃料混合物氣化的燃氣發(fā)生器或反應(yīng)器。通過部分氧化，氣化過程生產(chǎn)至少包括一種可用的合成氣的熱流體，并且當燃料是煤或焦炭那樣的固體時，通常還產(chǎn)生顆粒狀灰塵形成的殘渣。燃氣發(fā)生器有豎直的厚壁鋼外殼，該外殼應(yīng)使含合成氣的熱流體形成向下流動的氣流。
殼內(nèi)的反應(yīng)室通過燃料入射噴嘴接受加壓的燃料混合物流。噴咀和碳質(zhì)燃料源及象氧或空氣那樣的支持氣化的介質(zhì)源連接，以便形成可燃的混合物。
氣化產(chǎn)物或者在反應(yīng)室中產(chǎn)生的熱流體通過反應(yīng)室底部流出，并在盛液體的驟冷室內(nèi)冷卻。
當熱流體從反應(yīng)室流出時，為使其容易流出，浸入管的位置應(yīng)適于導(dǎo)引熱流進入液體槽。通常，豎直方向的浸入管被傳送液體的驟冷環(huán)支撐著，后者沿著浸入管的暴露導(dǎo)向面或流體接觸壁導(dǎo)引氣流或水流。
參見圖1，設(shè)計的新型的燃氣發(fā)生器或反應(yīng)器10裝有一伸長的鋼外殼11。燃氣發(fā)生器通常處于豎直方向操作，以便所產(chǎn)生的產(chǎn)物向下流動，外殼11的上部包圍著反應(yīng)室12，以便抵擋所期望的高達約2000-3000°F的操作溫度。室12襯多層內(nèi)壁13，后者最好是用耐火材料做的。
在外殼11的上壁或頂部有可移動的噴咀14，將碳質(zhì)燃料混合物如顆粒狀煤或焦炭從源16注入反應(yīng)室12，來自壓力源17的一定量的支持氣化的介質(zhì)，作為燃料混合物的一部分和燃料一起送入噴咀14。
本發(fā)明能同樣有效地適用于燃燒各種碳質(zhì)固體、液體或氣體燃料的燃氣發(fā)生器。為了說明本實施方案，假設(shè)噴咀14和焦炭源16相連。焦炭最好事先研磨并加足量的水以形成所需稠度的炭漿，源17的加壓氣體通常是氧氣、空氣或其混合物。
反應(yīng)室12的下部是向下傾斜的由耐火材料構(gòu)成的底18，這種結(jié)構(gòu)有助于熱氣體，特別是液化的流體從反應(yīng)室12排出。
外殼11的下部包圍著驟冷室19，氣化的產(chǎn)物被導(dǎo)入其中。固體和氣體產(chǎn)物在這里相接觸并被迫進入液體槽21，其最普通情況是盛水，被冷卻的氣體在通過管道22離開燃氣發(fā)生器前從驟冷室21進入釋放區(qū)26。這樣冷卻的氣體可在后續(xù)設(shè)備中加工并轉(zhuǎn)化成可供使用的形式。流體中的固體或渣通過槽21下沉，并通過排放口23排至制動漏斗24。
反應(yīng)室12通過在其底部18上的狹窄喉管27和驟冷室19連接。為了使熱流體離開反應(yīng)室12時和槽21中的液體有效地接觸，如圖所示，驟冷室19裝入浸入管29。浸入管29在鄰近狹窄喉管27的下側(cè)具有上邊緣31，它還具有在冷卻劑槽21內(nèi)終止的下邊緣32。
參見圖2，狹窄喉管27有使高溫高壓流體首先通過的導(dǎo)向通道。由于浸入在驟冷室19中(圖1)，渣及產(chǎn)生的氣體被冷卻，使這種氣體易于處理。但是，當熱流體離開喉管27的下邊時，它將向外擴張，并被驟冷環(huán)(33)壁暴露的外表面導(dǎo)引，后者起布水環(huán)的作用。
從功能上，浸入管29的內(nèi)壁設(shè)計成園筒形導(dǎo)向面，便于高溫下流體的流動，熱流體包括高速離開喉管27的氣體及固體組分。如圖所示;為有效起見，由于反向?qū)б还苫蚨喙杉訅核?，潤濕了園筒形浸入管29的內(nèi)壁或?qū)蛎妫岳诹黧w的流動。
在驟冷環(huán)33的一個實施方案中，它由環(huán)形的金屬體34組成，后者用許多螺栓36固定在燃燒室12的下部支持底板15上。如所見到的那樣，耐火材料18向內(nèi)伸出足夠距離，至少防止驟冷環(huán)的一部分受到熱氣體的直接危害。
上述環(huán)形體34被加工成內(nèi)環(huán)形支管或室37，以便攜帶冷卻水。環(huán)形體34的下邊裝有一個可移動的或焊接固定的板38，后者聯(lián)著至少一個，最好是多個直管39。如圖1所示，直管39通過導(dǎo)管42和加壓水源41相通。
環(huán)形體34的內(nèi)壁或間壁43裝備有園形支撐襯套，使園筒形浸入管29的上端31支撐固定在其上。上述壁43沿其外表面還裝有通常由水平管頸44組成的環(huán)形附件，直立的邊緣46從管頸44伸出構(gòu)成了環(huán)形冷卻劑循環(huán)管47，該管包圍并冷卻驟冷環(huán)暴露的整個接觸面49。
環(huán)形體34暴露的外表面51裝有一個由此懸出的流體導(dǎo)向板或外罩48，其內(nèi)表面49離所說的附件44、46有一空間，形成狹窄的環(huán)形冷卻管47。
流體導(dǎo)向板48的暴露外表面51被適當?shù)膹澢?，以便加快和該表面接觸的熱流體的迅速下流，并減少它的干擾。在一個實施方案中，凸狀的外表面51限定是流體導(dǎo)向流的上部分。上述暴露面的下部，一般是環(huán)形的部分，引導(dǎo)流體下流，使其和浸入管接觸面接觸。如所見到的那樣，表面51采取弧形或半園彎曲形，以便使流體易于通過。
在狹窄冷卻管47的下邊裝一出口或伸出槽52，冷卻水在離開冷卻管前通過一個或幾個狹窄排出孔53被擠入該槽。在一優(yōu)選的實施方案中，連續(xù)排放口53構(gòu)成一個狹窄的通道，處于板48向下的延伸邊54和浸入管表面相對部分之間。為了維持狹窄的出口53，可放一墊片，墊片的位置應(yīng)使開口在一段時間內(nèi)不關(guān)閉。
參見圖2和圖3，為了將水從攜帶冷卻劑的支管37引導(dǎo)到狹窄的管47，在中間壁43內(nèi)構(gòu)成了一個或幾個橫穿通道56。這些通道最好是從支管室37的上部伸展到冷卻管47的上部。各橫穿通道56在中間壁43的周邊處最好間隔相等。更好的排列方式是使它們進入冷卻管47的各條水流大部分以切線方向流進該管管壁，這樣可產(chǎn)生迅速的渦流作用，或是在水向下流入排放口53以前流進冷卻劑中。
冷卻水從支管37流到排放口53的設(shè)計有幾個優(yōu)點。主要是通道56的位置保證了管47總是充滿水的。又由于水的循環(huán)流動，其結(jié)果水將溢出邊緣46，并能接觸內(nèi)表面或表面48。
這種比較均勻有效的冷卻作用將保證外暴露面51同樣能被冷卻，總的結(jié)果是消除了外暴露面51或板48的任何部分可能發(fā)生的應(yīng)力開裂。
當然，不脫離本發(fā)明的精神和范圍可進行許多改進或變化，但是，必須接受權(quán)利要求書所指出的那些限定條件。
權(quán)利要求
1.一種用高溫氣化碳質(zhì)燃料混合物生產(chǎn)至少含一種可用合成氣的熱流體的燃氣發(fā)生器(10)，該燃氣發(fā)生器由以下三部分組成一個具有反應(yīng)室(12)的外殼(11)，燃料混合物在反應(yīng)室內(nèi)于高溫高壓下至少部分地發(fā)生反應(yīng)；一個在上述外殼(11)內(nèi)含液體槽(21)的驟冷室(19)，用以冷卻上述熱流體；連接相應(yīng)的反應(yīng)室(12)和驟冷室(19)形成喉管(27)的裝置，它還包括一個位于上述喉管裝置附近的伸長的浸入管(29)，它有一個帶有流體導(dǎo)向通道的接觸面，用以將上述熱流體導(dǎo)入上述液體槽，和一個位于上述喉管(27)下部的驟冷環(huán)(33)，它又包括一個形成傳送液體的環(huán)狀支管(37)裝置的環(huán)形體(34)，支管(37)有一內(nèi)壁(43)，內(nèi)壁(43)有一向外伸出的對著上述流體導(dǎo)向通道的附件(44，46)；一個從上述環(huán)形體(34)懸出的液體分配環(huán)(48)，它和上述附件(44，46)有一間隙，其間形成一狹窄的環(huán)形液體循環(huán)管；連接上述液體循環(huán)管(47)和上述液體傳送支管(37)的橫穿通道裝置(56)及在上述液體分配環(huán)(48)內(nèi)至少形成一個排放口(53)的裝置，它和上述浸入管的接觸面匹配，反向?qū)б后w冷卻劑流。
2.按照權(quán)利要求1的燃氣發(fā)生器，其中上述分配環(huán)包括一個從上述環(huán)形體(34)懸出的并具有彎曲外表面(5)的流體流動導(dǎo)向板(48)，其彎曲外表面決定所說的中心開口。
3.按照權(quán)利要求2的燃氣發(fā)生器，其中上述分配環(huán)流動導(dǎo)向板(48)裝有一帶有上述中心開口的凸型外表面(51)。
4.按照權(quán)利要求3的燃氣發(fā)生器，其中流動導(dǎo)向板(48)裝有一弧形外表面(51)，其上部大體上和熱流體流同心。
5.按照權(quán)利要求1-4中任何一項的燃氣發(fā)生器，其中所述的冷氣管(47)包括一狹窄的前部和一伸出的出口管(52)，后者至少通到一個所述的排放口(53)。
6.按照權(quán)利要求1-5中任何一項的燃氣發(fā)生器，其中所述的流動導(dǎo)向板的外表面包括一個位于其上的表層，該表層是抗蝕金屬。
7.按照權(quán)利要求1-6中任何一項的燃氣發(fā)生器，其中所述的橫穿通道裝置包括許多等間隔的傳送液體的橫穿通道(56)。
8.按照權(quán)利要求7的燃氣發(fā)生器，其中各橫穿通道在上述冷卻管(47)上的開口大體上位于冷卻管壁的切線方向上。
全文摘要
一種隔熱外殼(11)包圍著用氣化碳質(zhì)燃料生產(chǎn)可用氣體的反應(yīng)器(10)。氣化產(chǎn)品或液體包括熱的產(chǎn)品氣，它通過狹窄的喉管(27)在液體槽(21)中被冷卻。將熱流體導(dǎo)入液體槽的浸入管(29)被來自驟冷環(huán)(33)的冷卻劑流潤濕。驟冷環(huán)位于反應(yīng)室(12)下邊并包括一個和加壓水源(41)相連的環(huán)形體(34)，在環(huán)形體(34)內(nèi)形成的狹管(47)攜帶著迅速運動的水流均勻地冷卻流體導(dǎo)向板(48)，因而使后者穩(wěn)定并減少由于和熱氣體接觸而發(fā)生的熱變形。
文檔編號C01B3/32GK1035838SQ8910105
公開日1989年9月27日 申請日期1989年1月9日 優(yōu)先權(quán)日1988年2月29日
發(fā)明者阿爾弗雷德·倫納德·丹尼斯·伯萊克 申請人:泰克薩科開發(fā)公司