合成氣冷卻器的制造方法
【專利說明】
[0001]技術領域本文中公開的主題涉及氣化系統(tǒng)并且更具體地涉及用于冷卻合成氣的系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]氣化器將含碳物質(zhì)轉化成一氧化碳和氫氣的混合物，該混合物被稱之為合成氣體或合成氣。例如，氣化系統(tǒng)包括一個或多個氣化器，該氣化器使原料在高溫下與氧氣和/或蒸汽起反應以產(chǎn)生合成氣。該合成氣可被用于發(fā)電、化工生產(chǎn)、或任何其它適當?shù)膽?。在使用前，合成氣可被在合成氣冷卻器中冷卻并在氣體處理系統(tǒng)中進行處理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]在下文中概括了在范圍上與原先要求保護的發(fā)明相當?shù)奶囟▽嵤├＿@些實施例并非意在限制所要求保護的發(fā)明的范圍，而是這些實施例旨在僅提供對于本發(fā)明的可能形式的簡要概括。實際上，本發(fā)明可包含可與下文中所闡述的實施例相似或不同的多種形式。
[0004]在一個實施例中，一種系統(tǒng)包括氣化器和合成氣冷卻器，該氣化器可使原料氣化以產(chǎn)生合成氣，該合成氣冷卻器包括具有錐形構造的冷卻室。該冷卻室包括第一區(qū)段，該第一區(qū)段可從合成氣中分離出顆粒并包括第一開口和第二開口。該第一開口具有比第二開口小的寬度。該系統(tǒng)還包括與第一區(qū)段流體連通的第二區(qū)段，該第二區(qū)段包括環(huán)繞第一區(qū)段的多個管道。多個管道的第一部分平行于冷卻室的縱向軸線設置，并且多個管道的第二部分是成角度的，使得多個管道的第二部分形成該錐形構造。該系統(tǒng)還包括通道以使密封氣體在合成氣冷卻器的殼體與第二區(qū)段之間流動。該殼體圍住該冷卻室。
[0005]在另一實施例中，一種系統(tǒng)包括具有第一區(qū)段的冷卻室，該第一區(qū)段包括第一開口和第二開口。該第一開口可從氣化器接收合成氣并具有比第二開口小的寬度。該系統(tǒng)還包括與第一區(qū)段流體連通的第二區(qū)段并包括多個管道。多個管道的第一部分平行于容器的縱向軸線設置，并且多個管道的第二部分是成角度的，使得多個管道的第二部分形成錐形構造。該系統(tǒng)還包括可將第一區(qū)段與第二區(qū)段分離開的壁。該壁可阻擋合成氣流進入第二區(qū)段中。
[0006]在再一實施例中，一種方法包括使合成氣從氣化器流到合成氣冷卻器中，該合成氣冷卻器包括具有第一開口和第二開口的第一區(qū)段。該第一開口具有比第二開口小的寬度。合成氣冷卻器還包括第二區(qū)段，該第二區(qū)段包括環(huán)繞第一區(qū)段的多個管道。多個管道的一部分與合成氣冷卻器的內(nèi)壁一致，并且該內(nèi)壁從第一開口至第二開口是成角度的以限定錐形構造。該方法還包括降低合成氣在第一區(qū)段內(nèi)的速度。該速度經(jīng)由合成氣在第一錐形構造中的擴散而降低。該方法還包括經(jīng)由第二開口將合成氣引導至第二區(qū)段。合成氣在第二區(qū)段中的第二流動方向與合成氣在第一區(qū)段中的第一流動方向大致相反。
【附圖說明】
[0007]當參照附圖閱讀下列詳細說明時，本發(fā)明的這些和其它特征、方面、和優(yōu)點將得到更好的理解，在附圖中，相似的附圖標記在整個附圖中表示相同的元件，其中:
[0008]圖1是包括合成氣冷卻器的氣化系統(tǒng)的實施例的示意性方框圖；
[0009]圖2是圖1的合成氣冷卻器的實施例的側視截面圖；
[0010]圖3是圖2的合成氣冷卻器內(nèi)的冷卻室的實施例的側視截面圖；
[0011]圖4是沿圖2的線4-4獲得的合成氣冷卻器的實施例的徑向截面圖；
[0012]圖5是圖3的冷卻室的頂部部分的實施例的側視截面圖；
[0013]圖6是圖3的冷卻室的頂部部分的實施例的側視截面圖；和
[0014]圖7是圖3的冷卻室的頂部部分的實施例的側視截面圖。
【具體實施方式】
[0015]下面將描述本發(fā)明的一個或多個具體實施例。在試圖提供對于這些實施方式作出的簡要說明的過程中，實際實施方案的所有特征可能不在說明書中進行描述。應該了解的是，在任一這種實際實施方案的研發(fā)過程中，如在任一工程或設計方案中，必須作出多種為實施方案所特有的決定以實現(xiàn)研發(fā)者的具體目的，例如服從與系統(tǒng)相關并與商業(yè)相關的約束條件，這在實施方案之間可能是不同的。此外，應該了解的是，這種研發(fā)努力可能是復雜而耗時的，盡管如此，它對于受益于本公開的本領域技術人員而言會是一種設計、加工、和制造的常規(guī)任務。
[0016]當介紹本公開的多種實施例的元件時，冠詞“一”、“一個”、“該”和“所述”意欲意指存在一個或多個元件。術語“包括”、“包含”和“具有”被規(guī)定成是包括在內(nèi)的并且意指可能存在除所列元件之外的附加元件。
[0017]如在下文中詳細討論的那樣，所公開的實施例包括一種氣化系統(tǒng)，該氣化系統(tǒng)包括合成氣冷卻器，例如福射式合成氣冷卻器(RSC)，該合成氣冷卻器被設計成減少傳熱表面的結垢并提高冷卻效率。通常來說，在氣化期間，燃料源在氣化器中經(jīng)歷部分氧化以產(chǎn)生合成氣。最終得到的合成氣離開該氣化器并在高溫和高壓下進入該RSC。因此，在進一步處理(例如，移除氣化副產(chǎn)品)之前，合成氣可被冷卻至所需溫度。RSC的冷卻性能可取決于合成氣與傳熱表面的自然對流和輻射傳熱。然而，傳熱表面的結垢會降低RSC的整體性能。例如，最終得到的合成氣可包括可能在RSC的傳熱表面上形成沉積物的副產(chǎn)品(例如，爐渣、飛塵、硫化物等)。同樣，包含副產(chǎn)品沉積物的傳熱表面可不參與傳熱，從而降低RSC的整體效率。傳熱表面的結垢可通過改變在冷卻期間RSC內(nèi)的合成氣的流型(flow pattern)和/或降低該合成氣的速度而得到最小化。合成氣流型會受到RSC的構造的影響。因此，本文中所提供的是具有下列構造的RSC，該構造調(diào)整合成氣流型并增強合成氣的冷卻。
[0018]通過將錐形構造結合到RSC中，可提高RSC的整體冷卻效率。例如，該錐形構造可致使合成氣在RSC內(nèi)散開(例如，遠離中央軸線發(fā)散)，使得合成氣充滿該錐形構造。當合成氣擴散時，合成氣的速度降低并且合成氣在RSC內(nèi)的滯留時間會被增大，從而導致更為有效的冷卻。此外，合成氣的對流傳熱通過擴散而得到促進，從而進一步提高了 RSC的冷卻效率。此外，因合成氣的較低沖擊速度，RSC的該錐形構造可減少RSC內(nèi)的傳熱表面的結垢。
[0019]圖1是示出了氣化系統(tǒng)100的實施例的方框圖，該氣化系統(tǒng)100為例如但不限于整體氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)系統(tǒng)、甲醇制低碳烯烴化工廠(MTO)、和/或合成天然氣化工廠(SNG) ο該氣化系統(tǒng)100包括氣化器和諸如福射式合成氣冷卻器(RSC)之類的合成氣冷卻器，該氣化器可產(chǎn)生合成氣，該合成氣冷卻器可冷卻該合成氣。氣化系統(tǒng)100的元件可包括諸如固體加料器103之類的燃料源102，該燃料源102可被用作用于氣化系統(tǒng)100的能量源。該燃料源102可包括煤、石油焦炭、生物質(zhì)、木基物質(zhì)、農(nóng)業(yè)廢棄物、焦油、焦爐氣、瀝青、來自精煉廠的重質(zhì)殘渣、或其它含碳產(chǎn)品。
[0020]燃料源102的燃料可被轉到原料制備單元104。該原料制備單元104可例如通過對該燃料源102進行截斷、磨碎、粉碎、壓碎、壓塊、制丸來為該燃料源102重新確定尺寸或重新成形以產(chǎn)生原料105。因此，原料制備系統(tǒng)104可包括一個或多個研磨機、碾磨機或可在運轉期間利用燃料源102的大顆粒產(chǎn)生小顆粒的任何相似的單元。此外，水、或其它適當?shù)囊后w可在原料制備單元104中被添加至燃料源102以形成漿狀原料。在其它實施例中，并未向燃料源添加液體，由此產(chǎn)生干原料。在其它實施例中，如果燃料源102是液體，則可省略掉該原料制備單元104。
[0021]氣化系統(tǒng)100 (例如，IGCC、MTO或SNG)可還包括空氣分離單元(ASU) 106。該ASU106可起作用以通過例如蒸餾技術將空氣分離成組分氣體。該ASU 106可從輔助空氣壓縮機供給至該ASU106的空氣中分離出氧氣107，并且該ASU 106可將分離出的氧氣107傳遞至氣化器108。
[0022]原料105以及在特定實施例中來自ASU 106的氧氣107可從原料制備單元104被轉至氣化器108 (例如，部分氧化容器)。如將在下文中更為詳細描述的那樣，氣化器108包括設置在氣化容器中的反應器或反應室以使氣化能夠產(chǎn)生合成氣110。該氣化器108可將原料105轉換成合成氣110，例如，一氧化碳(CO)與氫氣的組合物。根據(jù)所利用的氣化器108的類型，該轉換可通過使原料105在諸如從約20巴(bar)至85bar之類的升高壓力和諸如約700°C至1600°C之類的溫度下經(jīng)受受控量的蒸汽112