CN103384636B - 用于流化颗粒物的防堵喷嘴 - Google Patents

Abstract

用于流化流体/颗粒混合物中的颗粒物的设备、系统和方法。喷嘴包括进气段、出气段和维护段。出气段可被连接至出气段，出气段的纵轴线可被定向成相对于进气段的纵轴线成约70°至约110°的夹角。维护段可被连接至进气段和出气段并且维护段的纵轴线可与出气段的纵轴线基本对准。

Description

用于流化颗粒物的防堵喷嘴

相关申请的交叉引用

本申请要求申请号为12/975622、申请日为2010年12月22日的美国专利申请的优先权，其被援引纳入本文。

背景

技术领域

总体来说，本文描述的实施例涉及用于流化颗粒物的喷嘴。更具体地说，所述实施例涉及用于流化颗粒物的防堵喷嘴。

背景技术

气化是一种高温工艺，其通常在高压下进行以将含碳材料转化成一氧化碳和氢气。由于该气体经常被用于化学品的合成或合成烃类燃料，故其通常被称为“合成气体”或“合成气”。合成气可用做燃料来发电或产生蒸汽，或者用做氢源。

在气化工艺过程中，流体/颗粒混合物流过气化器中的一个或多个流体输送结构。流体输送结构通常包括压力壳和布置在压力壳的内表面上的耐热层。传统喷嘴延伸穿过压力壳和耐热层并引导流体如气体进入流体/颗粒混合物以流化所述颗粒物，从而颗粒物可继续流过流体输送结构。

然而，当该气化过程被中断时，比如发生计划外停工时，通过喷嘴被引入的流体也将停止流动。这可能使得流体输送结构中的颗粒物沉落在耐热层的内表面，且颗粒物在此处积聚在喷嘴中。当颗粒物积聚在喷嘴中时，最好将颗粒物吹扫出喷嘴，而不是将它们捅出或钻出，因为捅或钻的过程明显更加费时。然而，由于传统喷嘴的长度必须足以延伸穿过压力壳和耐热层，则颗粒堵塞物往往因为过大而无法被吹扫出去。

因此，需要有改进的系统和方法以能流化气化器中的颗粒物并同时防止明显的喷嘴堵塞。

附图说明

图1示出根据一个或多个实施例的示意性的流体输送结构的等距视图，该流体输送结构连接有多个示例性喷嘴。

图2示出根据一个或多个实施例的沿图1的线2-2所截取的流体输送结构和喷嘴的局部横截面视图。

图3示出根据一个或多个实施例的如图2所示的喷嘴的局部放大横截面视图。

图4示出根据一个或多个实施例的沿图3的线4-4截取的喷嘴的视图；

图5示出根据一个或多个实施例的示例性的气化器，其连接有多个示例性喷嘴。

具体实施方式

本发明提供了用于流化流体/颗粒混合物中的颗粒物的设备、系统和方法。喷嘴可包括进气段、出气段和维护段。该出气段可被连接至进气段，并且出气段的纵轴线可被定向成与进气段的纵轴线成约70°至约110°之间的夹角。该维护段可被连接至进气段和出气段，并且该维护段的纵轴线可与出气段的纵轴线基本对准。

图1示出根据一个或多个实施例的示例性流体输送结构110的等距视图，其连接有多个示例性喷嘴120a-j。该流体输送结构110可以是管道、管路、管件、通道或被构造成输送流体/颗粒混合物(未示出)从中穿过的任何其他合适的结构。该流体输送结构110可包括具有任何合适的横截面形状的压力壳112。比如，该压力壳112的横截面形状可以是圆形、椭圆形、卵形、矩形等。在一个或多个实施例中，该流体输送结构110可被用于涉及流体/颗粒混合物的任何应用场合。比如，该流体输送结构110可以是气化器100比如煤气化炉中的一根或多根管道。在另一个实例中，该流体输送结构110可以是颗粒物输送管线，比如煤输送管线。在另一个实例中，该流体输送结构110可以是催化裂化系统中的一根或多根管道，比如在流化催化裂化器中的催化剂输送管线。在一个或多个实施例中，流体输送结构110可以是水平的、竖直的或者以其间的任何夹角布置。

一个或多个喷嘴(图中示出了十个，即120a-j)可被连接至流体输送结构110。该喷嘴120a-j可被构造成引导流体、比如气体至流体/颗粒混合物以流化颗粒物、比如固体，从而该颗粒物可流动通过该流体输送结构110。在一个或多个实施例中，该颗粒物可包括碳质材料、煤、生物材质、铁矿石、催化剂颗粒、灰、陶瓷材料、砂、聚合物材料或类似物。每个喷嘴120a-j可包括进气段122、出气段124和维护段126。部段122、124和126可包括从中穿过的流道。例如部段122、124和126可以是中空的或者以其他方式设有从中穿过的孔。进气段122可从位于压力壳112外的第一或外端128延伸通过压力壳112至位于压力壳112内的第二或内端130。所述第一端128可连接有法兰132，第二端130可被连接至出气段124和维护段126。依据给定的喷嘴120a-j的具体位置，第一端128可以就水平方向而言与第二端130等高或位于其上方或下方。如图1所示，喷嘴120a-j的第一端128可就水平方向而言布置成与第二端130等高或位于其上方。进气段122的长度范围可在从约10cm、约15cm或约20cm的下限至约50cm、约100cm或约200cm的上限之间。进气段122的内横截面宽度或平均内横截面宽度、比如内直径范围可在约0.25cm、约0.5cm或约1cm的下限至约5cm、约10cm或约15cm的上限之间。

出气段124可被连接至进气段122和维护段126，并从进气段122的纵轴线延伸入流体输送结构110。出气段124的长度范围可在约1cm、约2cm或约4cm的下限至约20cm、约40cm或约60cm的上限之间。比如，出气段124的长度可为约15cm。出气段124的内横截面宽度范围可在约0.25cm、约0.5cm或约1cm的下限至约5cm、约10cm或约15cm的上限之间。在一个或多个实施例中，出气段124的长度与出气段124的内横截面宽度的比值可为约12:1、约10:1、约8:1、约6:1、约4:1、约2:1或约1:1。在一个或多个实施例中，出气段124的长度与出气段124的内横截面宽度的比值可小于约12:1、小于约10:1、小于约8:1、小于约6:1、小于约4:1、小于约2:1或小于约1:1。

维护段126可与出气段124基本对准，并可从位于压力壳112外的第一或外端134延伸通过压力壳112至位于压力壳112内的第二或内端136。所述第一端134可连接有法兰138，第二端136可被连接至进气段122和出气段124。在一个或多个实施例中，法兰138可以是被构造成封闭维护段126的第一端134的盲板法兰。在一个或多个实施例中，可移除的塞子或堵头可至少部分地被布置在维护段126内。例如，可移除的塞子或堵头可设置在维护段126内从第一端134延伸至第二端136。维护段126的长度范围可在约10cm、约20cm或约30cm的下限至约50cm、约100cm或约150cm的上限之间。维护段126的内横截面宽度范围可在约0.25cm、约0.5cm或约1cm的下限至约5cm、约10cm或约15cm的上限之间。

虽然在图中喷嘴120a-j示出为两排、每排5个，即120a-e和120f-j，可以使用任何数量的排，并且每一排中可以布置任何数量的喷嘴120a-j。例如，排数可以为一个至几十、几百或几千。喷嘴的数量也可以为一个至几十、几百或几千。喷嘴120a-j可以由任何合适的金属、合金、复合材料、聚合材料等制成。比如，该喷嘴120a-j可以由包括但不限于镍、铁、铬、钴、硅、锰、钼、钛、碳、钨或者铌的合金制成。在另一个例子中，喷嘴120a-j可以由钢合金制成，比如310SS、304SS、800H、海恩斯120、海恩斯160、海恩斯556、低铬合金、碳素钢或类似物。喷嘴120a-j可被设计成能承受在约3000千帕、约5000千帕或约10000千帕的下限至约20000千帕、约40000千帕、约60000千帕或约70000千帕的上限之间的压力。例如，喷嘴120a-j可以被设计成能承受在约11000千帕到约19000千帕、约13000千帕到约17000千帕或约8000千帕至约22000千帕之间的压力。

根据一个或多个实施例，图2示出沿图1的线2-2截取的流体输送结构110和喷嘴120a-e的局部横截面图，图3示出图2的喷嘴120c的放大横截面视图。参见图2和图3并继续参见图1，流体输送结构110可包括布置在压力壳112的内表面上的一个或多个耐热层114(图中仅示出一个)。耐热层114可由氧化铝、氧化硅、氧化镁及其组合物或类似物制成。在一个或多个实施例中，耐热层114的深度范围可以为从约1厘米、约2厘米或约4厘米的下限至约10厘米、约30厘米或约50厘米的上限。对于每一个喷嘴120a-j，进气段122的第二端130、维护段126的第二端136和出气段124可被布置在耐热层114内。

在一个或多个实施例中，出气段124的最内端140可与耐热层114的内表面144齐平。在一个或多个实施例中，出气段124的最内端140并不延伸至耐热层114的内表面144。相反，耐热层114可限定出一内孔142，其从出气段124的最内端140延伸至耐热层114的内表面144并与其齐平。这样一来，内孔142可提供从出气段124至流体输送结构110内的流体/颗粒混合物的流道。在另一个实例中，最内端140可延伸经过耐热层114的内表面144并位于流体输送结构110的内腔内。

在一个或多个实施例中，进气段122的纵轴线N可相对出气段124的纵轴线X和/或维护段126的纵轴线A被定向成在约60°至约120°之间，相对出气段124的纵轴线X和/或维护段126的纵轴线A被定向成在约70°至约110°之间，或者相对出气段124的纵轴线X和/或维护段126的纵轴线A被定向成在约80°至约100°之间。例如，进气段122的纵轴线N可被定向成相对出气段124的纵轴线X和/或维护段126的纵轴线A的夹角范围为从约60°、约65°、约70°、约75°或约80°的下限至约95°、约100°、约105°、约110°或约115°的上限之间。在另一个实例中，进气段122的纵轴线N可被定向成相对出气段124的纵轴线X和维护段126的纵轴线A为约90°，并形成T形。在一个或多个实施例中，可以有一个或多个撑板146连接至进气段122和压力壳112。所述一个或多个撑板146可在进气段122延伸离开压力壳112的情况下支撑进气段122。

进气段122的第一端128可被定位成就水平方向而言与进气段122的第二端130等高或位于其上方。在一个或多个实施例中，进气段122的纵轴线N可被定向成相对水平方向在约0°和60°之间。如图所示，喷嘴120c的进气段122可是水平的，喷嘴120b和120d的进气段122可被定向成相对水平方向为约22.5°，喷嘴120a和120e的进气段122可被定向成相对水平线为约45°。然而可以明白，进气段122的数量和角度比如可以根据压力壳112的具体应用场合和/或构造在很大的范围内做出改变。

每个喷嘴120a-j的维护段126的纵轴线A和出气段124的纵轴线X及由耐热层114限定的相应的内孔142可以是对准的，并具有从中穿过的轴线“F”。如图所示，每根轴线F基本延伸穿过流体输送结构110的纵轴线“L”。比如，穿过喷嘴120c的轴线F可以是竖直的，穿过喷嘴120b和120d的轴线F可被定向成相对竖直方向为约22.5°，穿过喷嘴120a和120e的轴线F可被定向成相对竖直方向为约45°。然而，可以明白，每根轴线F可被定向成相对竖直方向在约0°和约60°之间。任何两根相邻轴线F之间的夹角范围可在从约5°、约10°或约15°的下限至约30°、约40°或约50°的上限之间。虽然在图中没有示出，但是在一个或多个实施例中，可将一根或多根轴线F定向成基本不会延伸穿过纵轴线L。

流体输送结构110的纵轴线L可以被定向于在水平方向和竖直方向之间的任意角度并包括水平方向和竖直方向。在非竖直取向的流体输送结构110中，比如图1中所示的水平取向的流体输送结构110中，出气段124可被布置在流体输送结构110的下部。此处所用的“下部”指的是流体输送结构110、压力壳112和/或耐热层114的位于线M下方的部分，该线M水平地延伸穿过图2所示横截面图的中央。

图4示出了根据一个或多个实施例的在图3中沿线4-4截取的喷嘴120c的横截面图。参见图4，并继续参见图1-3，延伸经过进气段122和维护段126(及出气段124)的喷嘴平面“Z”可相对横截面“C”以一夹角“α”定位，该横截面C垂直于沿纵向延伸穿过流体输送结构110的轴线L。在一个或多个实施例中，该夹角α可相对横截面C朝任一方向在约0°、约2°、约6°或约10°的下限至约20°、约30°或约40°的上限之间。例如夹角α的范围可为约3°至约37°、约2°至约15°、约5°至约25°、约8°至约22°、约1°至约33°或者约10°至约20°。从图1可清楚看出，夹角α可防止喷嘴120a-j之一的进气段122与喷嘴120a-j中相邻的另一个的维护段126相交。

在运行中，流体/颗粒混合物(未示出)可流过流体输送结构110。连接至进气段122的第一端128的法兰132的流体源(未示出)可引导工艺流体比如气体、液体或其组合进入进气段122。在一个或多个实施例中，工艺流体可以是或包括但不限于空气、蒸汽、水、氮气、回收气体、合成气、二氧化碳、一氧化碳或类似物。其它适宜的工艺过程流体可包括但不限于烃类气体，如甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁烷、丁烯或它们的任意组合。该工艺流体可流经进气段122、出气段124并在具有耐热层的情况下流经内孔142至流体输送结构110中的流体/颗粒混合物。该工艺流体可流化所述流体/颗粒混合物中的颗粒物，从而颗粒物继续流动通过流体输送结构110而不是沉积在耐热层114的内表面上。

当喷嘴120a-j停止引导工艺流体至流体输送结构110中的流体/颗粒混合物时，颗粒物将下落经过该混合物并沉积在流体输送结构110的底部。因此，部分颗粒物会下落经过内孔142并进入出气段124。如果有足够的颗粒物聚集在内孔142和/或出气段124中，颗粒物将会塞住或堵住内孔142和/或出气段124，从而当再次启动时，工艺过程流体将无法从中流过。然而，由于进气段122的第一端128可被定位成就水平方向而言与进气段122的第二端130等高或位于其上方，进气段122可防止被颗粒物塞住或堵住，因为颗粒物不可能或者至少不太可能朝侧向或上方流动。在一个或多个实施例中，可移除的塞子或堵头可设置在维护段126内，比如从第一端134延伸至第二端136，以防止颗粒物下落至维护段126内。

当颗粒物堵塞物形成在内孔142和/或出气段124中，堵塞物可被排回至流体/颗粒物混合物内。若堵塞不是太严重，则流体源可被连接至进气段122的第一端128和/或维护段126的第一端134，并且喷射流体可被引导以将堵塞物吹回至流体/颗粒混合物内。示例性的喷射流体可以是或包括与工艺过程流体相同或类似的流体或不同的流体。然而，当堵塞很严重时，喷吹步骤可能无法施加足够的作用力喷出该堵塞物。当该情况发生时，可用手或机器将一根杆插入维护段126内以排出该堵塞物。在另一个实施例中，可将钻头插入至维护段126中，将该堵塞物钻出。然而，可以明白，使用杆或钻来排出堵塞物可能远比更简单的喷吹步骤费时。

除其它因素外，颗粒物堵塞的严重程度可能与出气段124和/或内孔142的长度和内横截面宽度之间的比值相对应。当长宽比小于约12:1时，所述堵塞物更有可能被吹出。由于出气段124和/或内孔142的所述长宽比可小于约12：1，存在于出气段124和/或内孔142中的任何堵塞物均很可能通过更简单的喷吹步骤被排出。

图5示出根据一个或多个实施例的示例性的气化器500，其连接有多个示例性喷嘴120a、120b、120f、120g。气化器500可包括一个或多个独立的串联或并联的反应管路。每个独立的反应管路可包括一个或多个氧化区502、贫氧区504、混合区506、立管508和分离器510和512。每个反应管路可独立操作，或可以按照共享一个或多个氧化区502、贫氧区504、混合区506、立管508和分离器510和512中的任意一种方式进行操作。为了描述的简便，以下将描述有单个反应管路情况下的气化器500的多个实施例。

一种或多种通过管路522的原料并且一种或多种通过管路524的氧化剂可被导入至气化器500，以产生粗制合成气流526。在一个或多个实施例中，至少一部分原料可通过管路522被导入至贫氧区504、立管508和/或过渡线路514。虽然未在图中示出，至少一部分通过管路522的原料和通过管路524的氧化剂可在混合区506中混合，以形成混合气，该混合气可被燃烧以产生热。在一个或多个实施例中，原料和氧化剂可被分别喷射至混合区506，或者在被喷射入混合区506内之前被混合(未示出)。在一个或多个实施例中，该原料和氧化剂可依次或同时被喷入气化器500内。可根据所需的产品类型和等级连续或间歇地将通过管路522的原料以及通过管路524的氧化剂导入至气化器500。

本文所用的术语“原料”指原材料，无论是固体、气体还是液体。比如，通过管路522的原料可包括一种或多种含碳材料。在一个或多个实施例中，该含碳材料可包括但不限于生物材质(比如植物和/或动物物质或者植物和/或动物的衍生物质)；煤(例如高钠和低钠褐煤，褐煤，次烟煤，和/或无烟煤)；油页岩；焦炭；焦油；沥青；低灰或无灰聚合物；烃基聚合材料；生物材质衍生材料；或来自生产操作的副产品。烃基聚合物材料可以包括，例如，热塑性塑料、弹性体、橡胶、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯和其他聚烯烃、均聚物、共聚物、嵌段共聚物以及它们的共混物、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、聚共混物、含氧聚烃、重烃淤泥、石油炼油厂和石油化工厂的残留物如烃蜡、及其共混物、衍生物和它们的组合。

在一个或多个实施例中，通过管路522的原料可包括两种或两种以上含碳材料的混合物或组合物。在一个或多个实施例中，原料可包括两种或两种以上低灰或无灰聚合物、生物材质衍生材料或生产过程的副产品的混合物或组合物。在一个或多个实施例中，原料可包括一种或多种再生塑料，比如聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、其衍生物、共混物或者其任意组合。因此，该方法可用于合适地处理之前所生产的材料。

在一个或多个实施例中，通过管路522的原料可以是干料或以浆或悬浮物形式被输送至气化器500。在一个或多个实施例中，原料可被干燥至如18%的湿度，然后在被送入气化器500前由碾磨单元如一个或多个平行的球磨机粉碎。在一个或多个实施例中，原料的平均粒径可以为约10微米至约500微米、约100微米至约400微米或者从约200微米至300微米。

管路524中的合适的氧化剂524可包括但不限于：空气；氧气；高浓度氧；富氧空气；氧气和空气的混合物；氧气和惰性气体比如氮气和氩气的混合物；过氧化氢；臭氧或其组合物。在一个或多个实施例中，氧化剂可包含约65%(体积)以上的氧气、约70%(体积)以上的氧气、约75%(体积)以上的氧气、约80%(体积)以上的氧气、约85%(体积)以上的氧气、约90%(体积)以上的氧气、约95%(体积)以上的氧气或约99%(体积)以上的氧气。本文所用的术语“高浓度氧”指的是含有51%(体积)以上氧气的空气。在本文中所使用的术语“富氧空气”指的是含有21%以上氧气的空气。富氧空气和/或高浓度氧例如可得自于空气低温精馏、变压吸附、膜分离或它们的任意组合。

在一个或多个实施例中，通过管路524的氧化剂可以是无氮或基本无氮的。“基本无氮”指的是通过管路524的氧化剂包含约5%(体积)以下的氮气、约4%(体积)以下的氮气、约3%(体积)以下的氮气、约2%(体积)以下的氮气或约1%(体积)以下的氮气。

在一个或多个实施例中，通过管路524的氧化剂可以以适于控制混合区506的温度的速率被引入混合区506。在一个或多个实施例中，氧化剂与碳的摩尔比可被保持在亚化学计量配比值，以有利于在混合区506中与二氧化碳相比更多地形成一氧化碳。在一个或多个实施例中，通过管路524被引入至混合区506的氧气可小于所有被供给至混合区506的碳被完全燃烧所需氧气的化学计量的百分之五。空气中的过量的氧气和蒸汽可在操作期间或者供给中断期间(如有)因再循环的固体稳定反应器温度而被消耗。

还可加入一种或多种吸附剂至气化器500。在一个或多个实施例中，加入吸附剂的目的是收集合成气中的污染物，比如气化器500内的气相钠蒸汽。在一个或多个实施例中，加入吸附剂的目的是清除氧气，其速率和数量足以延迟或防止氧气达到这样的浓度，即可导致与混合区506内的原料的氢(如水)发生不利的副反应。在一个或多个实施例中，吸附剂可用于喷撒或涂覆气化器中的原料颗粒物，以减少颗粒物结团的可能性。在一个或多个实施例中，通过管路524的氧化剂可被引入至混合区506的底部，以通过将再循环颗粒物内所含任何碳燃烧成灰(炭)而增加混合区506和立管508内的温度。在一个或多个实施例中，吸附剂可被研磨至约5微米至约100微米或者约10微米至约75微米的平均粒径。例示的吸附剂可包括但不限于富碳灰、石灰岩、白云石和碎焦炭。原料所释放的残留硫磺可被原料中的原生钙或者钙基吸附剂获得以形成硫酸钙。

气化器500中的停留时间和温度可足以使水煤气转变反应达到平衡。比如，原料在混合区506中的停留时间可以为大于约2秒、约5秒或约10秒。在一个或多个实施例中，气化器500的操作温度范围可在从约260℃、约400℃或约540℃的下限至约650℃、约820℃或约980℃的上限之间。在一个或多个实施例中，气化器500的操作温度范围可从约370℃至约950℃、从约480℃至约870℃或者从约650℃至约870℃。

在一个或多个实施例中，气化器500可在不会熔化所述灰的温度范围内进行操作，比如从约560℃至约1040℃，或从约840℃至约930℃。可通过在再循环的固体接触进入的原料之前燃烧混合区506下部中的再循环固体中的碳来供热。在一个或多个实施例中，可以以这样的方式实施启动，即通过使混合区506达到从约510℃至约650℃的温度，并且优选供应碎焦炭或等效物至混合区506以进一步将混合区506的温度增加至约900℃。还可使用启动加热器528来将混合区加热至理想的启动温度。

在一个或多个实施例中，可通过以下方式来控制气化器500的操作温度，即立管508内的固体的再循环速度和停留时间、在再循环至混合区506之前降低灰的温度、加入蒸汽至混合区506和/或加入氧化剂至混合区506。再循环的固体还可加热进入的原料，从而使焦油的形成最小化。

在一个或多个实施例中，所述混合区506可在从约50千帕至约4500千帕的压力下工作以增加每单位反应室横截面积的热输出，并增加任何后续动力循环中的能量输出。在一个或多个实施例中，混合区506可在从700千帕至约3800千帕、从约700千帕至约3100千帕或者从约700千帕至约2400千帕的压力下进行工作。

气体悬浮物向上运动通过混合区506进入立管508，在此位置，额外的停留时间使得发生焦炭的气化、甲烷/蒸汽重整、焦油裂解和/或水煤气变换反应。立管508可在比混合区506更高的温度下进行工作，并可具有比混合区506更小的直径或横截面积。在一个或多个实施例中，立管508中的表面气速范围可为从约3m/s至约30m/s、从约6m/s至约25m/s、从约9m/s至约20m/s、或从约12m/s至约16m/s。立管508中的合适温度范围可为约300℃至约1000℃。

混合气离开立管50并进入分离器510和512，在此位置，至少有一部分颗粒物可与气体分离并通过一根或多根管道，包括但不限于竖管516和/或J形腿518，重新循环进入混合区506。在一个或多个实施例中，分离器510和512可以是旋风分离器。在一个或多个实施例中，一个或多个颗粒物转移装置520，比如一个或多个回路密封，可被定位于分离器510和512的下游以收集分离出的颗粒物。

J形腿518可包括非机械式“J形阀”以增加有效固体停留时间、增加碳转化、和/或使回收固体至混合区506所需的通气需求最小化。一个或多个喷嘴(仅示出了四个：120a/b/f/g；见图1)可被布置于气化器500内。在一个或多个实施例中，喷嘴120a/b/f/g可连接至流体输送结构110比如J形腿，并构造成引导流体比如气体以流化流动通过J形腿518的颗粒物。在一个或多个实施例中，气体可以以约0.1m/s、约0.5m/s或约1m/s的下限至约5m/s、约15m/s或约25m/s的上限之间的速度流过喷嘴120a/b/f/g。在一个或多个实施例中，气体可以以约20kg/hr(千克/小时)、约50kg/hr或约100kg/hr的下限至约500kg/hr、约1000kg/hr或约2000kg/hr的上限的速度流过喷嘴120a/b/f/g。在一个或多个实施例中，流过喷嘴120a/b/f/g的气体的压力范围可以在约150千帕、约500千帕或约1000千帕的下限至约5000千帕、约10000千帕或约70000千帕的上限之间。

在一个或多个实施例中，气化器500中所产生的合成气可包括一氧化碳、氢、氧、烃类、硫、固体、其混合物、其衍生物或其组合。在一个或多个实施例中，气化器500中产生的合成气可基本上是无氮的。在一个或多个实施例中，该工艺过程将原料中的至少约85%、约90%、约95%、约98%或约99%的碳转化成合成气。

在一个或多个实施例中，气化器500中产生的合成气可包含约5%(体积)至约50%(体积)的一氧化碳、约15%(体积)至约40%(体积)的一氧化碳、约20%(体积)至约30%(体积)的一氧化碳。在一个或多个实施例中，合成气可以包含约5%(体积)至约25%(体积)的氢气、约10%(体积)至约25%(体积)的氢气或约10%(体积)至约20%(体积)的氢气。在一个或多个实施例中，合成气可以包含约0.5%(体积)至约3.0%(体积)的氮气、约0.5%(体积)至约2.0%(体积)的氮气或约1.5%(体积)至约3.0%(体积)的氮气。在一个或多个实施例中，合成气可以包含约1%(体积)至约20%(体积)的甲烷、约5%(体积)至约15%(体积)的甲烷或约5%(体积)至约10%(体积)的甲烷。在一个或多个实施例中，合成气可以包含小于约30%(体积)的二氧化碳、小于约25%(体积)的二氧化碳、小于约20%(体积)的二氧化碳、小于约15%(体积)的二氧化碳或小于约10%(体积)的二氧化碳。

在一个或多个实施例中，通过管路526离开气化器500的合成气的热值在针对热损失和稀释效应校正后为约50BTU/SCF(英制热量单位/立方英尺)至约75BTU/SCF、约50BTU/SCF至约100BTU/SCF、约50BTU/SCF至约110BTU/SCF、约50BTU/SCF至约140BTU/SCF、约50BTU/SCF至约180BTU/SCF、约50BTU/SCF至约200BTU/SCF、约50BTU/SCF至约250BTU/SCF或约50BTU/SCF至约275BTU/SCF。

蒸汽可被提供至气化器500，以控制气化器500内的氢气与一氧化碳的比率(H2:CO)。由于气化器500的出口温度比相当的气化器(即炉渣型气化器)相应地更小，气化器500中的热量与化学热的比率相对更小。因此，与其他在更高的温度下操作的气流床气化器相比，蒸汽可以更小的能量损失调整氢气与一氧化碳的比率。由于气化器内被降低的工作温度(即低于800℃)，更少的能量消耗即能控制和优化氢气与一氧化碳的比率，从而无需相应地增加气化器500内的蒸汽用量即可增加氢气的产出。比如，离开气化器500的合成气可具有至少0.2的氢气与一氧化碳比率。在一个或多个实施例中，氢气与一氧化碳的比率在约0.25至约2.5之间、在约0.4至约2.0之间、在约0.5至1.5之间或在约0.8至约1.0之间。

本文所描述的实施例还涉及以下的任意一个或多个段落：

1.一种喷嘴，包括：进气段；与该进气段连接的出气段，其中该出气段的纵轴线被定向成相对进气段的纵轴线成约70°至约110°的夹角；与该进气段和出气段连接的维护段，其中该维护段的纵轴线与该出气段的纵轴线基本对准。

2.根据段1中的喷嘴，其中进气段与出气段之间的夹角在约80°至约100°之间。

3.根据段2中的喷嘴，其中进气段与出气段之间的夹角约为90°。

4.根据段1-3中任一段所述的喷嘴，其中所述出气段具有小于约12:1的长度与内横截面宽度比。

5.根据段4所述的喷嘴，其中所述内横截面宽度为直径。

6.根据段5所述的喷嘴，其中出气段具有小于约6:1的长度与直径比。

7.根据段1-6中任一段所述的喷嘴，其中出气段的长度小于约15cm。

8.根据段7所述的喷嘴，其中出气段的内横截面宽度小于约5cm。

9.根据段1-8中任一段所述的喷嘴，其中所述喷嘴由800H钢合金制成。

10.一种用于流化流体/颗粒混合物中的颗粒物的系统，包括：被构造成输送流体/颗粒混合物通过其中的流体输送结构，该流体输送结构包括压力壳和设置在该压力壳的内表面上的耐热层；以及与该流体输送结构连接并被构造成引导流体进入流体/颗粒混合物内的喷嘴，该喷嘴包括：从位于压力壳外的第一端延伸穿过压力壳至位于压力壳内的第二端的进气段，其中该第一端就水平方向而言与第二端等高或位于其上方；与进气段的第二端连接的出气段；以及延伸闯过压力壳并连接至进气段的第二端和出气段的维护段，其中维护段与出气段基本对准。

11.根据段10的系统，其中进气段的纵轴线被定向成相对水平方向成约0°至45°的夹角。

12.根据段10或11的系统，其中出气段被定位于流体输送结构的下部。

13.根据段12的系统，其中出气段的纵轴线被定向成相对竖直方向成约0°至约45°的夹角。

14.根据段13的系统，其中出气段的纵轴线被定向成相对进气段的纵轴线成约80°至约100°的夹角。

15.根据段10-14中任一段的系统，其中出气段的最内端与耐热层的内表面齐平。

16.根据段10-15中任一段所述的系统，其中耐热层限定有从出气段的最内端延伸至耐热层内表面的内孔，该内孔与出气段对齐。

17.根据段10-16中任一段所述的系统，其中出气段具有小于约4:1的长度与内横截面宽度比。

18.根据段10-17中任一段所述的系统，其中所述流体输送结构为气化器的一部分。

19.一种用于流化流体/颗粒混合物中的颗粒物的方法，包括：输送流体/颗粒混合物通过具有外部压力壳的流体输送结构；引导工艺流体至进气段的第一端，其中该第一端与压力壳的外部流体连通；将工艺流体从进气段的第一端输送至第二端，其中第二端位于压力壳内，第一端被定位成就水平方向而言与第二端等高或位于其上方；通过出气段将工艺流体从进气段的第二端输送至流体/颗粒混合物，其中该第二端被连接至出气段。

20.根据段19所述的方法，还包括：当颗粒堵塞物形成于出气段内时，引导喷射流体至进气段的第一端；以及使用喷射流体将颗粒堵塞物吹扫回至流体/颗粒混合物内。

本文通过使用一组数值上限和一组数值下限描述了某些实施例和特征。应该理解，除另有说明外，可以想到由任意这些下限至任意这些上限所得到的范围。一定的下限值、上限值和范围会在下文的一个或多个权利要求中体现。所有的数值是所指示的值“大约”或“近似”，并要考虑本技术领域的普通技术人员能够预料的实验误差和变化。

上文已经定义了各种术语。如果权利要求所用的术语未受上文限定，其应是最广义的界定，相关领域的技术人员可以根据至少一个印刷出版物或授权专利反映的内容定义该术语。此外，本申请引用的所有专利、测试过程和其它文件通过援引以与本发明不相违的方式被完全加入本文，且适用于这样的援引加入可被允许的司法管辖区。

虽然上文是针对本发明的实施例，但在不偏离本发明的基本范围的情况下可以想到本发明的其它或进一步实施例，本发明的范围由以下的权利要求来限定。

Claims (27)

1.一种喷嘴，包括：

进气段；

与该进气段连接的出气段，其中该出气段的纵轴线以相对于该进气段的纵轴线成70°至110°的夹角来定向；以及

与该进气段和该出气段连接的维护段，其中该维护段具有连通至该出气段的通孔，并且该维护段的纵轴线与该出气段的纵轴线基本对准。

2.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，该进气段与该出气段之间的夹角在80°至100°之间。

3.根据权利要求2所述的喷嘴，其中，该进气段与该出气段之间的夹角为90°。

4.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，该出气段具有小于12:1的长度与内横截面宽度比。

5.根据权利要求4所述的喷嘴，其中，该内横截面宽度为直径。

6.根据权利要求5所述的喷嘴，其中，该出气段具有小于6:1的长度与直径比。

7.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，该出气段的长度小于15cm。

8.根据权利要求7所述的喷嘴，其中，该出气段的内横截面宽度小于5cm。

9.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，该喷嘴由钢合金制成。

10.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，该维护段的第一端被连接至法兰，该维护段的第二端被连接至该进气段和该出气段。

11.根据权利要求10所述的喷嘴，其中，该法兰是被构造成封闭该维护段的第一端的盲板法兰。

12.根据权利要求10所述的喷嘴，其中，可移除的塞子或可移除的堵头至少部分地被布置在该维护段内。

13.根据权利要求12所述的喷嘴，其中，该可移除的塞子或该可移除的堵头设置在该维护段内并从第一端延伸至该维护段的第二端。

14.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，该喷嘴被配置成能承受3000千帕至70000千帕的压力。

15.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，该喷嘴被配置成能承受8000千帕至22000千帕的压力。

16.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，该喷嘴由包括但不限于镍、铁、铬、钴、硅、锰、钼、钛、碳和钨元素的金属制成。

17.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，该进气段与该出气段之间的夹角在80°至100°之间，该喷嘴由金属制成并且被配置成能承受3000千帕至70000千帕的压力，该出气段具有小于6:1的长度与直径比，该出气段的长度小于15cm，该出气段的内横截面宽度小于5cm，并且该维护段的第一端被连接至法兰，该维护段的第二端被连接至该进气段和该出气段，可移除的塞子或可移除的堵头至少部分地被布置在该维护段内，其中该可移除的塞子或该可移除的堵头设置在该维护段内并从第一端延伸至该维护段的第二端。

18.一种用于流化流体/颗粒混合物中的颗粒物的系统，包括：

被构造成输送流体/颗粒混合物通过其中的流体输送结构，该流体输送结构包括压力壳和布置在该压力壳的内表面上的耐热层；

与该流体输送结构连接并被构造成引导流体进入所述流体/颗粒混合物的喷嘴，该喷嘴包括：

从位于所述压力壳外的第一端延伸穿过该压力壳至位于该压力壳内的第二端的进气段，其中该第一端就水平方向而言定位成与该第二端等高或位于其上方；

与该进气段的第二端连接的出气段；以及

维护段，其具有延伸穿过该压力壳并连接至该进气段的第二端和该出气段的通孔，其中该维护段与该出气段基本对齐。

19.根据权利要求18所述的系统，其中，该进气段的纵轴线被定向成相对于水平方向成0°至45°的夹角。

20.根据权利要求18所述的系统，其中，该出气段被定位于所述流体输送结构的下部。

21.根据权利要求20所述的系统，其中，该出气段的纵轴线被定向成相对于竖向成0°至45°的夹角。

22.根据权利要求21所述的系统，其中，该出气段的纵轴线被定向成相对于该进气段的纵轴线成80°至100°的夹角。

23.根据权利要求18所述的系统，其中，该出气段的最内端与所述耐热层的内表面齐平。

24.根据权利要求18所述的系统，其中，该耐热层限定出从所述出气段的最内端延伸至所述耐热层内表面的内孔，该内孔与该出气段对准。

25.根据权利要求18所述的系统，其中，该出气段具有小于4:1的长度与内横截面宽度比。

26.根据权利要求18所述的系统，其中，该流体输送结构为气化器的一部分。

27.一种用于流化流体/颗粒混合物中的颗粒物的方法，包括：

输送流体/颗粒物混合物通过具有外部压力壳的流体输送结构；

引导工艺流体至进气段的第一端，其中该第一端与该压力壳的外部流体连通；

将工艺流体从进气段的第一端输送至第二端，其中该第二端位于该压力壳内，该第一端被定位成就水平方向而言与该第二端齐平或位于其上方；

通过出气段将工艺流体从进气段的第二端输送至流体/颗粒混合物，其中该第二端被连接至出气段；

当颗粒堵塞物形成在出气段内时引导喷射流体至进气段的第一端；和

使用喷射流体将颗粒物堵塞物吹扫回至流体/颗粒混合物内。