CN102725382B - 气化反应器和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于通过使含碳原料气化而生产合成气的气化反应器（1）和方法。反应器包括气化器单元和骤冷器（5），所述气化器单元具有用于排放载有渣的热合成气流的排放通道（4），而所述骤冷器用于将骤冷气体流供入排放通道（4）中。设置至少一个鼓风机（10），所述鼓风机包括与骤冷气体的流动方向对齐的至少一个鼓风喷嘴（12），例如鼓风喷管。鼓风机（10）可连接至加压气体源，所述加压气体例如为合成气、氮气、二氧化碳、水蒸汽等。所述鼓风机可周期性地启动以吹走渣沉积物。

Description

气化反应器和方法
技术领域
本发明涉及用于通过使含碳原料气化而生产合成气的气化反应器和方法，其中反应器包括气化器单元和骤冷器，气化器单元具有用于排放载有渣的热合成气流的排放通道，而骤冷器用于将骤冷气体流供入排放通道。
背景技术
在用于生产合成气体或者说合成气的气化方法中，含碳原料如粉煤在反应器中被部分地氧化。最初，合成气通常具有1300-1600℃的温度。热合成气包含液体渣滴。为了避免在换热器上结垢，需要使在离开气化器的气体中夹带的液体渣滴固化，并且需要将液体渣滴冷却至使得它们不粘的温度。这意味着离开气化器的全部气体流必须被冷却至适当地低于渣软化温度的温度。为此目的，通过在气体流被运送至一个或多个换热器之前使已清洁并冷却的合成气反馈入气体流中，而将离开反应器的热合成气骤冷至介于1000-700℃之间的温度。这种再循环的已冷却气体通常被称作骤冷气体。
EP0347986A1公开了一种具有喷嘴的可更换的骤冷气体注射环，当未净化气体产品离开反应器时，所述喷嘴将已冷却并再循环的气体注射入未净化气体产品中。再循环的已冷却气体应当被均一地混合入热合成气中，并且在邻近在骤冷气体的供应管线排入气体流处的壁处，应当形成冷却气体膜。
在操作时，通常沿向上方向流动的热合成气流在其与已冷却再循环气体混合处形成沉积渣构成的竖直直立的倒刺状物和石笋状物。这些渣沉积物干扰气体流动。如果这些沉积物生长得太大，则再也不能获得期望的冷却气体膜，并且已冷却气体在热气体流内不均匀地混合。
发明内容
本发明的目的是提供一种在骤冷气体混合入热气体流中的位置处防止大渣沉积物的有效方式。
这个目的利用一种用于通过使含碳原料气化而生产合成气的气化反应器实现，其中反应器包括排放通道和骤冷器，排放通道用于排放载有渣的热合成气流，而骤冷器用于将骤冷气体流供入排放通道，其中设置至少一个鼓风机，所述鼓风机包括与骤冷气体的流动方向对齐的至少一个鼓风喷嘴。
这样，可通过启动鼓风机有效地去除渣沉积物。因为鼓风喷嘴与骤冷气体的流动方向对齐，它能够吹走可能防碍骤冷气体流的渣沉积物。这并非意谓着鼓风方向必须严格地平行于骤冷流动方向。
至少一个鼓风机可例如连接至加压鼓风气体的源，所述鼓风气体选自合成气、氮气、二氧化碳、水蒸汽及它们的混合物的组。
在一个特定实施例中，鼓风机被分成多个室，每个室包括一个或多个鼓风喷管（lances），其中偶数个相对的室对称地操作以便减轻进入所排放的合成气流的中心的鼓风冲击。鼓风机可例如被分成4-16个室，例如8个室，每个室包括多个鼓风喷管。通过启动两个相对的鼓风机室，可实现对称的鼓风而不需要同时地启动所有鼓风喷管。
渣倒刺状物通常在气化器单元的上部外周边缘上生长，在该处它通入气体排放通道中并且在该处在骤冷区域中利用冷却骤冷气体使热合成气骤冷。骤冷区域通常具有沿开口方向向下倾斜并与水平线形成锐角的底部，在反应器与骤冷区域之间产生尖锐的外周边缘。如果被鼓吹的渣倒刺状物在该外周边缘上留下一些残渣沉积物，则这些残余沉积物可能开始新的渣倒刺状物的生长。为了阻止这种情况，优选地应当将渣沉积物完全地吹走，而不必留下任何残留物。为此目的，鼓风机可指向反应器的该上部外周边缘。鼓风机优选地指向成在一鼓风角度下鼓风，该鼓风角度比骤冷气体的流动方向陡0.1-5度，骤冷气体的流动方向基本上平行于骤冷区域的倾斜底部。
为了有效清洁，鼓风机可包括沿排放通道的径向延伸的多个鼓风喷管，其中相邻喷管之间的角度为1-3度。
所述至少一个鼓风机可例如周期性地操作。为了以最佳速度鼓吹鼓风气体，鼓风气体的压力可例如保持比所排放的合成气的压力高10-100巴。气体可被以例如30-300m/s的速度鼓吹入骤冷区域。
为了保持鼓风喷嘴敞开及自由，可操作鼓风机以便释放除了周期性地释放的鼓风流之外的连续清洗流。这还具有以下优点，即冷却鼓风机尖端并且保护鼓风机尖端免受合成气热辐射影响。
附图说明
现在将参考附图描述本发明的示例性实施例，其中：
图1示意性地示出了根据本发明的气化反应器的纵向截面；
图2详细示出了图1的反应器的骤冷部分的径向横截面；
图3在俯视图中示出了图1的反应器的骤冷区域。
具体实施方式
图1中所示的气化反应器1包括气化器单元2，所述气化器单元2位于竖直地定向的伸长压力容器3中。气化器单元2被供以含碳原料，例如粉煤，其被位于气化器单元2中的多个燃烧器（未示出）部分地燃烧以便形成合成气。气化器单元2在其顶端包括开口15，开口15通到骤冷区域18中。骤冷区域18具有围绕开口15的略微倾斜的底部19，形成尖锐的上部外周边缘16。骤冷区域18形成排放通道4的始端。在骤冷区域18中，设置骤冷气体供应单元5，用于将冷却骤冷气体混合入所排放的热合成气流A中，以便将合成气冷却到由所排放的合成气承载的渣粒的软化温度以下。经骤冷的合成气沿骤冷气体流动方向B（参见图2）从骤冷气体供应单元5流入排放通道4中，并且进一步向骤冷气体供应单元5下游流动，将热合成气运送到换热器（未示出）以便进一步冷却。骤冷气体供应单元5包括多个径向地延伸的骤冷气体供应通道6，所述骤冷气体供应通道6沿与排放通道4和气化器单元2同轴的圆形排列结构布置。骤冷气体供应通道6具有朝向排放通道4的中心线X的开口端7，而其另一端连接至骤冷气体供应管线8。从供应管线8到开口端7，骤冷气体供应通道6向下倾斜。
当所排放的热合成气被骤冷气体冷却到低于渣粒软化温度的温度时，这些渣粒沉积以形成直立的石笋状物17，如图2中所示。
在骤冷气体供应通道6附近，气化反应器1进一步设置有鼓风机10，如图2中和图3的俯视图中更详细所示。鼓风机10由八个室11构成。每个室11包括多个径向地延伸的鼓风喷管12。每个鼓风喷管12与相邻鼓风喷管12形成大约2度的角度，产生大约11mm的平均距离。
鼓风喷管12指向成沿与骤冷流动方向B对齐的方向C（参见图2）鼓风，以便吹走妨碍骤冷气体流B的渣沉积物。鼓风机10指向成与骤冷区域18的倾斜底部19成一定角度α鼓风。所述角度α优选为0.1-5度。
渣沉积物特别地形成在气化器单元2顶端处的上部外周边缘16上。渣倒刺状物被吹走时，它们可能在该外周边缘16上留下一些残渣沉积物，这些残渣沉积物可能开始新的渣倒刺状物的生长。为了阻止这种情况，优选地应当将渣沉积物完全地吹走，而不必留下任何残留物。为此目的，鼓风机10在该实施例中指向气化器单元2的该上部外周边缘16。
每个鼓风喷管12经由圆形分配管线13连接至加压鼓风气体的源，所述圆形分配管线13连接至供应管线14。鼓风喷管能以30-300m/s的速度鼓吹气体。鼓风气体的压力比所排放的合成气的压力高10-100巴。成对的相对的室11对称地操作以便减轻进入所排放的合成气流的中心X的鼓风冲击。
周期性地操作鼓风机10以便吹走气化器单元2的顶端开口周围的渣沉积物，在该处热合成气被骤冷气体冷却。鼓风机10进一步释放除了周期性地释放的鼓风流之外的连续清洗流。

Claims (10)

1.一种用于通过使含碳原料气化而生产合成气的气化反应器（1），其中所述气化反应器包括气化器单元（2）和骤冷器（5），所述气化器单元（2）具有用于排放载有渣的热合成气流的排放通道（4），所述骤冷器用于将骤冷气体流供入排放通道（4）中，其中设置至少一个鼓风机（10），所述鼓风机包括与骤冷气体的流动方向（B）对齐的至少一个鼓风喷管（12），并且其中所述鼓风机（10）指向气化反应器（1）的气化器单元（2）的合成气出口的上部边缘（16），在所述合成气出口处所述气化器单元（2）通入所述排放通道（4）中。
2.根据权利要求1所述的气化反应器，其中，所述至少一个鼓风机（10）连接至加压气体源，所述加压气体选自合成气、氮气、二氧化碳、水蒸汽及它们的混合物的组。
3.根据前述权利要求中任一项所述的气化反应器，其中，所述至少一个鼓风机（10）设置成以30-300m/s的速度鼓吹气体。
4.根据权利要求1所述的气化反应器，其中，所述鼓风机（10）被分成多个室（11），每个室包括一个或多个鼓风喷管（12），其中偶数个相对的室对称地操作以便减轻进入所排放的合成气流的中心的鼓风冲击。
5.根据权利要求4所述的气化反应器，其中，所述鼓风机被分成4-16个室（11），每个室包括多个鼓风喷管（12）。
6.根据权利要求1所述的气化反应器，其中，所述骤冷器（5）设置于骤冷区域（18）中，所述骤冷区域具有朝向气化器单元的所述上部边缘（16）向下倾斜的底部，其中所述鼓风机指向成在一鼓风角度下鼓风，该鼓风角度比所述骤冷区域（18）的倾斜底部陡0.1-5度。
7.根据权利要求1所述的气化反应器，其中，所述鼓风机（10）包括沿排放通道（4）的径向延伸的多个鼓风喷管（12），其中相邻鼓风喷管（12）之间的角度为1-3度。
8.一种用于通过在反应器（1）中使含碳原料气化而生产合成气的方法，所述反应器包括气化器单元（2）和骤冷器（5），所述气化器单元通入用于排放载有渣的热合成气流的排放通道（4），所述骤冷器用于将骤冷气体流供入排放通道（4）中，其中至少一个鼓风机（10）包括与骤冷气体的流动方向对齐地指向的至少一个鼓风喷管（12），并且其中所述鼓风机（10）指向气化反应器（1）的气化器单元（2）的合成气出口的上部边缘（16），在所述合成气出口处所述气化器单元（2）通入所述排放通道（4）中。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，鼓风气体的压力比所排放的合成气的压力高10-100巴。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，操作至少一部分鼓风机（10）以释放除了周期性地释放的鼓风流之外的连续清洗流。
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