CN108473895B - 气化系统和工艺 - Google Patents

Abstract

一种气化系统，用于使含碳进料部分地氧化，以至少提供合成气，该气化系统包括：反应器室，其用于接收含碳进料，且使含碳进料部分地氧化，反应器室具有反应器室底板；在反应器室的底板的下方的激冷室，其用于容纳由液态冷却剂形成的浴池；在所述反应器室底板处的中介区段，中介区段具有反应器出口开口，反应器室穿过反应器出口开口而与激冷室连通，以将合成气从反应器室引导至激冷室的浴池中；至少一层耐火砖，其布置于反应器室底板上，且由反应器室底板支撑，耐火砖的下端区段包封反应器出口开口，且限定其内径；以及浸没管，其从反应器出口开口延伸至激冷室的浴池，浸没管具有扩宽的顶部区段。

Description

气化系统和工艺

技术领域

本发明涉及用于通过使含碳给料部分地燃烧而产生合成气的气化系统和工艺。

背景技术

含碳给料可例如包括粉煤、生物质、(重)油、原油残渣、生物油、烃类气体或任何其它类型的含碳给料或以上的含碳给料的混合物。

如本文中所使用的合成气或合成气体是包括氢气、一氧化碳以及有可能一些二氧化碳的气体混合物。合成气可例如用作燃料，或用作生成合成天然气(SNG)的工艺中的中介，且用于生产氨、甲醇、氢气、蜡、合成烃燃料或油产品，或用作用于其它化学工艺的进料。

本公开涉及一种系统，该系统包括用于制备合成气的气化反应器和用于从反应器接收合成气的激冷室。反应器的合成气出口经由管状浸没管而与激冷室流通地连接。例如US4828578和US5464592中所示的类型的部分氧化气化器包括高温反应室，该高温反应室被一层或多层隔热耐火材料(诸如，耐火粘土砖，也被称为耐火砖或耐火衬里)环绕，并且，被外部钢壳体或容器包覆。

如WO9532148A1中所描述的用于使液态含烃燃料部分地氧化的工艺可与上文中所引用的专利中所示的类型的气化器一起使用。燃烧器(诸如，US9032623、US4443230和US4491456中所公开的燃烧器)可与先前提到的专利中所示的类型的气化器一起使用，以将液态含烃燃料连同氧气一起且有可能还连同缓和剂气体一起向下或横向地引入至气化器的反应室中。

当燃料在气化器内起反应时，反应产物之一可为气态硫化氢，这是一种腐蚀剂。在气化工艺的期间，作为燃料与含氧气体之间的反应的副产物，还可形成熔渣或液态渣。渣的反应产物和量可取决于所使用的燃料的类型。包括煤的燃料将典型地比液态含烃燃料(例如，包括重油残渣)产生更多的渣。对于液态燃料，腐蚀剂所导致的腐蚀和合成气的升高的温度更突出。

渣也是众所周知的腐蚀剂，并且，沿着气化器的内侧壁部逐渐向下流动至水浴池。水浴池使从反应室离开的合成气冷却，并且，还使掉落至水浴池中的任何渣冷却。

向下流动的合成气在到达水浴池之前，流过气化反应器的底板部分处的中介区段，并且，流过通向水浴池的浸没管。

如上所述的气化器典型地还具有激冷环。激冷环可由耐腐蚀材料(诸如，铬镍铁合金或镍基合金(诸如，因康合金(R))形成，并且，布置成将水作为冷却剂而喷射或注射到着浸没管的内表面。US4828578和US5464592的气化器意图用于将产生渣的液态燃料(包括煤和水的浆)。激冷环的一些部分位于向下流动的熔渣的流路中，且因而，激冷环可被熔渣接触。激冷环的被渣接触的部分可经历大约1800 °F至2800 °F(980至1540 °C)的温度。因而，现有技术的激冷环易受热损伤和热化学降解的影响。取决于进料，渣还可凝固于激冷环上且积聚，以形成可限制或最终封闭合成气开口的塞。此外，激冷环上的任何积渣都将降低激冷环执行其冷却功能的能力。

在一种已知的气化器中，反应室的金属底板部分采取倒圆锥形壳体的平截头体的形式。金属底板可由与气化器壳体或容器相同的压力容器冶金制成。中介区段可包括气化器底板中的中心合成气出口开口处的喉部结构。

金属气化器底板支撑覆盖金属底板的耐火材料(诸如，陶瓷砖)，并且，还支撑覆盖气化器底板的上方的气化器容器的内表面的耐火材料。气化器底板还可支撑底下的激冷环和浸没管。

中介区段处的气化器底板的周缘(也被称为前缘)可能暴露于高温高速的合成气(取决于进料的性质，该合成气可能已夹带侵蚀性的灰的颗粒)和渣的恶劣条件。在本文中，渣的量还可取决于进料的性质。

在现有技术的气化系统中，金属底板从前缘开始沿径向方向(从气化器的中心轴线起)且径向地向外前进而遭受损耗，直到热合成气所造成的恶劣条件与底下的激冷环的冷却效应平衡为止。因而，金属损耗作用从气化器的中心轴线径向地向外前进，直到到达“平衡”点或“平衡”半径为止。

平衡半径偶尔与气化器的中心轴线和底板的前缘相距足够远，以致于存在底板可能不再支承上覆的耐火材料的风险。如果耐火支撑件处于危险状态，则气化器可能要求提前关闭，以便在底板上进行重建工作且置换喉部耐火材料，这是一项非常费时费力的程序。

现有技术的气化器的中介区段或喉部区段处的另一问题是，激冷环的弯曲上表面暴露于来自气化器的反应室的全辐射热和可能包括灰和渣的高速高温的合成气的腐蚀效应和/或侵蚀效应。这样的恶劣条件还可能导致激冷环的损耗问题，如果这些问题足够严重，则可能迫使结束气化操作，以便进行必要的维修工作。如果上覆的底板明显地逐渐损耗，从而使激冷环的更大的部分暴露于热气和渣，则使该问题加剧。

据报道，上述的设计经历过频繁失效(诸如，耐火砖、金属底板以及激冷环的磨损和腐蚀)。喉部区段(即，反应器与激冷区段之间的交界部)可能具有以下问题：

- 中介区段和反应器出口的底部处的金属支撑结构易受高温腐蚀热气所造成的磨损的影响；

- 热且干燥的反应器与湿的激冷区域之间的交界部易受污染的影响；以及

- 激冷环具有热合成气所导致的过热的风险。

US4801307公开了一种耐火衬里，其中，中心通道的下游端部处的耐火衬里的平坦底面的后部部分由激冷环盖支撑，而耐火衬里的前部部分悬伸于激冷环面和盖的竖直支柱部分上。悬伸部以大约10至30度的范围内的角度向下倾斜。悬伸部为内表面提供免受热气的侵害的屏蔽。耐火保护环可固定至激冷环的内表面的前部。

US7141085公开了一种气化器，该气化器具有喉部区段和金属底板，金属底板带有在喉部区段处的喉部开口，金属底板中的喉部开口由金属气化器底板的内周缘限定。金属气化器底板具有上覆的耐火材料和金属底板的内周缘处的悬垂耐火砖，悬垂耐火砖具有底部部分，该底部部分包括附件，附件具有竖直范围，该竖直范围被选择为悬伸于金属气化器底板的内周缘的一部分上。在气化器底板的内周缘处，激冷环位于气化器底板的底下，附件足够长，以悬伸于激冷环的上表面上。

US9057030公开了一种气化系统，该气化系统具有激冷环保护系统，激冷环保护系统包括安置于激冷环的内周面内的保护屏障。激冷环保护系统包括滴落边缘，滴落边缘配置为定位成使熔渣从激冷环滴落，并且，保护屏障沿着大于沿着激冷环的轴线的轴向方向上的轴向尺寸的一部分的大约50%与内周面重叠，并且，保护屏障包括耐火材料。

US9127222公开了一种屏蔽气体系统，该屏蔽气体系统保护激冷环和反应器与底部激冷区段之间的过渡区域。激冷环位于气化反应器的金属底板的水平区段的下方。

根据专利文献，最常见的腐蚀点之一位于激冷环的前部处，激冷环是如下的装置：在耐火材料终止的点处，在浸没管的内侧，注射水膜。当在顶部收集气体时，激冷环不仅直接地暴露于热合成气，而且还可能遭受不充分的冷却，并且，可能发生热过载和/或腐蚀。

上述的现有技术的设计的长期运行指示了几个问题。例如，设计通过耐火层而保护金属底板免受热面侧的侵害，然而，热合成气仍然可穿过耐火砖的接缝而侵入，且最终到达金属底板。耐火砖可能被侵蚀或磨损，在这种情况下，将丧失金属底板的保护。另外，虽然现有技术的悬伸砖旨在保护激冷环，但使激冷环过热的风险仍然相对较高，因为，砖及其悬伸区段可能被侵蚀。行业已报道即使存在悬伸砖，也在激冷环处造成损伤和裂纹。最后，来自反应器的合成气典型地含有碳黑和灰颗粒，碳黑和灰颗粒可粘在干燥表面上，且开始积聚于例如激冷环上。激冷环处的碳黑和灰的积聚可阻塞激冷环的配水器出口。一旦激冷环的配水被扰乱，浸没管就可能经历干燥点和由此产生的过热，还导致对浸没管的损伤。

另外，利用浸没管的内表面上的水膜来保护浸没管的材料，该水膜防止沉积物逐渐积聚，且使浸没管的壁部冷却。在浸没管的内侧，如果浸没管的壁部区段不适当地冷却，或经历交替的干湿循环，则可能出现严重腐蚀。

发明内容

本公开的目标是，提供消除至少一个上述问题的改进的气化系统和方法。

本发明提供一种气化系统，该气化系统用于使含碳进料部分地氧化，以至少提供合成气，该系统包括：

反应器室，其用于接收含碳进料，且使含碳进料部分地氧化；

在反应器室的下方的激冷区段，其用于容纳由液态冷却剂形成的浴池；以及

中介区段，其将反应器室连接至激冷区段，中介区段包括：

反应器室底板，其设置有反应器出口开口，反应器室穿过反应器出口开口而与激冷区段连通，以将合成气从反应器室引导至激冷区段的浴池中；

至少一层耐火砖，其布置于反应器室底板上，并且，由反应器室底板支撑，耐火砖包封反应器出口开口；

系统还包括浸没管，浸没管从反应器出口开口延伸至激冷室的浴池，浸没管具有扩宽的顶部区段。

在实施例中，浸没管的扩宽的顶部区段包封反应器出口开口的外表面。

浸没管的扩宽的顶部区段可设置有激冷环，激冷环用于为浸没管的内表面提供液态冷却剂。激冷环的下端可布置于反应器出口开口的下端的上方的某一距离处。例如，激冷环可布置于相对于反应器出口开口的内表面的某一水平距离处。

在实施例中，扩宽的顶部区段包括弯曲区段。

任选地，反应器室底板包括圆锥形区段和水平区段，在交叉部处，水平区段连接至圆锥形区段；浸没管的扩宽的顶部区段限定浸没管与反应器室底板之间的间隙。所述间隙的最小距离可位于浸没管的扩宽的顶部区段的壁部与反应器室底板的交叉部底板区段之间。最小距离可限于5 cm或更小。

在实施例中，气化系统包括至少一个喷气喷嘴，喷气喷嘴指向浸没管与反应器室底板之间的间隙，以便清洁或吹扫该间隙。

浸没管可包括圆柱形中间区段，圆柱形中间区段连接至扩宽的顶部区段，中间区段具有基本上与反应器出口开口的内径相等的浸没管内径。浸没管的中间区段可在中间区段的外侧上设置有冷却包封件。冷却包封件可包括圆柱形元件，圆柱形元件带有封闭上端和封闭下端，留下圆柱形元件与中间浸没管区段的外径之间的环形空间，以便使冷却流体循环。

根据另一方面，本公开提供气化工艺，该气化工艺用于使含碳进料部分地氧化，以至少提供合成气，该气化工艺包括根据权利要求1的气化系统的使用。

附图说明

当参考附图而阅读以下的详述时，将更清楚地理解本发明的这些及其它特征、方面和优点，其中，在所有的附图中，相同的字符表示相同的部件，其中：

图1示出气化器的示范性的实施例的截面图；

图2A示出气化器的中介区段的实施例的图解截面图；

图2B示出图2A的实施例的细节；

图3示出气化器的中介区段的另一实施例的图解截面图；

图4示出气化器的中介区段的又一实施例的透视图；并且，

图5示出图4的实施例的截面图。

具体实施方式

在下文中详细地讨论的所公开的实施例适合于一种气化器系统，该气化器系统包括：反应室，其配置成将进料转化成合成气；激冷室，其配置成使合成气冷却；以及激冷环，其配置成为激冷室提供水流。从反应室传递至激冷室的合成气可处于高温。因而，在某些实施例中，气化器包括反应器与激冷室之间的中介区段的实施例，该中介区段配置成保护激冷环或金属部件免受可能在反应室中产生的合成气和/或熔渣的侵害。合成气和熔渣可统称为热气化产物。气化方法可包括：使反应室中的进料气化，以生成合成气；和使激冷室中的合成气激冷，以使合成气冷却。

图1示出气化器10的示范性的实施例的示意图。中介区段11布置于反应室12与激冷室14之间。保护屏障16可限定反应室12。保护屏障16可充当物理屏障、热障、化学屏障或以上的屏障的任何组合。

可用于保护屏障16的材料的示例包括(但不限于)耐火材料、耐火金属、非金属材料、粘土、陶瓷、金属陶瓷以及铝、硅、镁和钙的氧化物。另外，用于保护屏障16的材料可为砖、浇注料、涂层或以上的材料的任何组合。在本文中，耐火材料是在高温下保持其强度的材料。ASTM C71将耐火材料限定为“具有使材料适用于结构的那些化学性质和物理性质的非金属材料或暴露于高于1000 °F(538 °C)的环境的系统的构件”。

反应器12和耐火包覆层16可由保护壳体2包封。壳体例如由钢制成。壳体2优选地可至少承受反应器内部的所设计的运行压力与工厂基地中的压力之间的压力差，该压力差典型地处于大气压，即，大约1个大气压。在本文中，1个标准大气压(atm)等于101325 Pa或14.696 psi。

可将进料4与氧气6和任选的缓和剂8(诸如，蒸汽)一起穿过一个或多个入口而引入至气化器10的反应室12中，以转化成原始或未经处理的合成气(例如，一氧化碳(CO)和氢气(H₂)的组合)，该合成气还可能包括渣及其它污染物。可使进料、氧气和缓和剂的入口组合在一个或多个燃烧器9中。在如图所示的实施例中，在反应器的顶端处，气化器设置有单个燃烧器9。例如，在反应器的侧面处，可包括另外的燃烧器。在某些实施例中，可使用空气或增氧空气，以代替氧气6。增氧空气的含氧量可在80至99%(例如，大约90至95%)的范围内。未经处理的合成气还可描述为未经处理的气体。

通过取决于所利用的气化器10和进料的类型，使进料经历升高的压力(例如，大约20 bar至100 bar或35至55 bar)和温度(例如，大约1300摄氏度至1450摄氏度)下的蒸汽和氧气，从而可完成气化器10中的转化。

在气化器的运行的期间，典型的反应室温度可在大约2200 °F(1200 °C)至3300 °F(1800 °C)的范围内变动。对于液态燃料，反应室中的温度可为大约1300至1500 °C。运行压力可在10至200个大气压的范围内变动。对于液态燃料，压力可在30至70个大气压的范围内。因而，穿过燃烧器喷嘴的含烃燃料通常在气化反应器的内部的运行温度下自燃。

在这些条件下，渣处于熔融状态，并且，被称为熔渣。在其它实施例中，熔渣可能并非完全地处于熔融状态。例如，熔渣可包括悬浮于熔渣中的固体(非熔融)颗粒。

液态进料(诸如，来自炼油厂的重油残渣)可生成含灰的金属氧化物。与液态燃料(诸如，重油残渣)相关联的具体的磨损可包括以下的磨损中的一个或多个磨损：

- 侵蚀，其作为高速与硬颗粒(诸如，金属氧化物)组合的结果；

- 粘性灰，因为较低的熔点的元素可能导致结渣；

- 硫化，因为进料中的相对较高的含硫量由于硫化而导致腐蚀；以及

- 羰基形成物，因为存在CO的情况下的油残渣中的镍(Ni)和铁(Fe)可形成{Ni(CO)₄Fe(CO)₅}，其不溶于水，且因此，在激冷之后，可转移到气体处理。

如箭头20所图示的，来自反应室12的高压高温的未经处理的合成气可穿过保护屏障16的底端18中的合成气开口52而进入激冷室14。合成气开口设置于反应器室底板50中。底板50可包括支撑区段54，支撑区段54设置有保护屏障16，且支撑保护屏障16。

大体上，可使用激冷室14来降低未经处理的合成气的温度。在某些实施例中，激冷环22可定位成最接近于保护屏障16的底端18。激冷环22配置成为激冷室14提供激冷水。

如图所示，激冷水23(例如，从气体洗涤器单元回收利用的激冷水23)可穿过激冷水入口24而被接收至激冷室14中。大体上，激冷水23可提供至激冷环22，并且，穿过激冷环22且沿着浸没管26向下流动至激冷室集液槽28中。照此，如箭头32所图示的，激冷水23可使未经处理的合成气冷却，在冷却之后，该合成气可随后穿过合成气出口30而离开激冷室14。

在其它实施例中，同轴的导向管36可环绕浸没管26，以产生环形通道38，未经处理的合成气可穿过环形通道38而上升。导向管36典型地同中心地放置于浸没管26的下部的外部，并且，可在压力容器2的底部处被支撑。在另外的实施例中，可使用喷射激冷系统40来帮助使未经处理的合成气冷却。

合成气出口30可大体上定位成与激冷室集液槽28分离，且位于激冷室集液槽28的上方，并且，可用于将未经处理的合成气和任何水传输至例如一个或多个处理单元33。处理单元可包括(但不限于)碳黑去除单元、水处理单元和/或处理单元。例如，碳黑去除单元可去除微细的固体颗粒及其它污染物。处理单元(诸如，洗涤器)可从未经处理的合成气去除夹带的水，该水随后可用作气化器10的激冷室14内的激冷水。来自气体洗涤器单元的经处理的合成气最后可被引导至例如化学工艺或燃气涡轮发动机的燃烧器。

图2A示出根据本公开的中介区段11的实施例。浸没管26设置有扩宽的顶部区段200。顶部区段200具有内径ID₂₀₀，内径ID₂₀₀超过浸没管26的中间区段204的内径ID₂₀₄。区段204可一直延伸至水浴池，因而同样地形成下部区段。上部浸没管区段200可为例如扩口或喇叭状。上部区段200可例如包括弯曲区段202，如图2A所示，弯曲区段202在横截面中弯曲。弯曲区段202可连接至浸没管的圆柱形区段204。

如图2中所示的喇叭形状可指示，直径ID₂₀₀沿着顶部区段200的至少一部分不断增大。直径ID₂₀₀可向上部区段的上缘206不断增大。优选地，在合成气出口52处，顶部区段200的至少一部分包封金属底板54。上缘206已指示内径ID₂₀₆。

激冷环22可布置于扩宽的顶部区段200的上端206处。激冷环连接至用于冷却流体(典型地，水)的供应线路208。优选地，激冷环包封合成气出口52的外表面。

在实施例中，激冷环可包括壁部区段210。壁部区段210可连接至浸没管的上端206。壁部区段210可为竖直的(图2A)，或相对于竖直而(略微)倾斜(图3)。另外，激冷环可包括包封壁部区段210的管状流体容器212。流体容器可包括唇缘214，唇缘214包封壁部区段210的顶缘215，从而在其间产生狭缝217，狭缝217提供唇缘与壁部210的顶部之间的足够的空间，以允许冷却流体通过。

如图2B中所指示的，激冷环的下端218可布置于合成气出口52的下端68的上方的距离72处。激冷环的上端216位于下端68的上方的距离74处。唇缘214的下缘219可位于合成气出口的下端68的上方的距离73处。因而，激冷环以至少水平距离70、竖直距离被屏蔽而免受合成气的侵害，并且，被保护屏障16和合成气出口52的底板54屏蔽。

浸没管的顶部区段200布置于相对于气化器底板54的最小距离234处，留下间隙230。

激冷环可适应于例如将冷却流体提供至竖直壁部区段210，或直接地提供至弯曲区段202上。

参考图3，浸没管可包括圆柱形中间区段204。顶部区段200连接至中间区段204。弯曲区段202设置于中间区段的顶部上，具有曲率半径211。笔直区段209可设置于弯曲区段202的上端处。

图2B示意地指示中介区段11的各个元件之间的距离。图2B示出布置于相对于合成气出口52的内表面224的水平距离70处的激冷环22。激冷环22的下端218布置于出口52的下端68的上方的竖直距离72处。激冷环22的上端216与出口52的下端68相距一距离74。

图2B和图3还指示浸没管的顶部区段200与反应器12的底板54之间的间隙230。所述间隙230的最小距离234例如位于浸没管的壁部与底板区段54和86的交叉部232之间。

参考图2B，水平距离70和竖直距离72、74允许浸没管与合成气出口52的外表面和/或反应器底板54的外表面之间有空间140。由于由激冷环22提供来自冷却流体膜240的辐射冷却，因而使空间140相对地冷却(图3)。由于上部浸没管区段200的内径减小，因而流体膜240的厚度向浸没管的中间区段204增大，因此，由流体膜提供的冷却效应也增强。

另外，由于间隙230所提供的空间有限，因而向空间140而离开出口52的热合成气的循环有限。

任选地，使得浸没管区段204的内径ID₂₀₄基本上与合成气出口的内径ID₅₂类似的设计可进一步限制合成气的再循环。

此外，包封的空间140可在其上端处例如由密封板114封闭，从而限制空间140中的气体循环，限制热合成气穿过间隙230进入。

本公开的实施例限制合成气出口52的内表面与浸没管之间的中断部242。在中断部242中，合成气向区域140的循环被康达效应限制，康达效应引起合成气向浸没管的壁部流动至向下流动的冷却液体膜240。可使浸没管的上部区段200的设计和形状优化，以使该效应最大化。如图5中所示的浸没管设计可表示该效应的优化。在本文中，合成气出口的圆柱形内表面基本上在浸没管区段204的圆柱形内表面上连续，具有基本上相同的内径，且在其间仅留下最小的中断部242。

激冷环位于合成气出口52的下缘68的上方的某一距离处。因而，激冷环在运行的期间保持相对地较冷，被屏蔽而免受热合成气以及渣和灰的侵害。这减轻激冷环的磨损和腐蚀，并且，显著地延长寿命。可由冷却流体膜240使暴露于热合成气的部件(诸如，浸没管的中间部分204)冷却，从而限制磨损。

出口52的内表面受具有预定的厚度的一层保护屏障保护。合成气穿过出口52处或出口52附近的保护屏障16的耐火砖之间的交界部的可能的泄漏被气密的底板区段54、86阻塞。由于通过来自流体膜240的辐射冷却而使所述底板区段冷却，因而金属底板的温度可限于预定的温度阈值，因而限制金属底板的腐蚀。在优选的实施例中，金属底板54的温度可限于预定的温度范围。可通过相应地调整对激冷环22的流体供应，从而适应流体膜240的厚度。

在图3的实施例中，中介区段可设置有一个或多个任选的喷气喷嘴或吹扫喷嘴250。喷气喷嘴可布置于底板54与激冷环22之间的空间140中。喷嘴250可适应于向例如间隙230喷出增压的吹扫气体或吹扫液体，以便去除灰和固体。例如定期地吹扫和清洁间隙的方案可防止间隙中或弯曲的浸没管区段202上的碳黑颗粒的积聚或可能的固体积聚。因而，吹扫喷嘴可防止来自再循环的合成气的灰阻塞反应器底板与浸没管之间的间隙。

备选地，一个或多个喷气喷嘴250可指向反应器底板54、86的外表面，或被起动，以进行反应器底板的另外的冷却。将另外的冷却流体喷射至金属支撑底板54上的方案可防止热合成气的不需要的侵入的情况下的金属支撑件的过热。

第二吹扫喷嘴252可沿着浸没管上缘206的端部而指向或被指向该端部上，以从积聚于上部浸没管端部200的倾斜区段209上和/或上缘206附近的激冷环水去除可能的固体积聚。

图4和图5示出气化器的中介区段11的实施例。中介区段11可包括可呈圆锥形的反应器底板50。反应器底板50可在底部处终止于反应器出口52中。圆锥形的反应器底板50可具有内表面，该内表面相对于反应器的竖直垂直线路58而以适当的角度α(图5)(例如，30至70度的范围内，例如，大约60度)设置。圆锥的总角度(即，2α)可为大约100至140度，例如，大约120度。

保护屏障16可包括多层耐火砖或浇注料。在反应器底板处，保护屏障18(例如，包括耐火砖)可由金属底板54支撑。在圆锥形底板区段54的底部处，底板可包括水平区段86，以支撑保护屏障的下端区段96。

保护屏障16可包括例如多层耐火砖，例如，两层或三层。保护屏障的下部区段18可包括相同数量的层。这些层的砖的类型可与保护屏障的圆柱形中间部分19中所包括的砖完全相同。

在反应器底板的位于合成气开口52附近的底部处，保护屏障16可限定出口尺寸(诸如，开口52的内径ID₅₂)。开口52的内径可基本上沿着其竖直长度恒定。

任选地，保护衬套可设置到水平壁部区段的底部的至少一部分和/或保护屏障16的下端62。保护衬套可提供另外的免受腐蚀和可能的由热合成气导致的过热的侵害的保护。保护衬套可例如包括浇注耐火材料，该浇注耐火材料用于生成覆盖保护屏障的下表面的整体的衬里。

存在适合作为耐火浇注料的多种多样的原料(包括熟料、红柱石、铝土矿、莫来石、刚玉、板状氧化铝、碳化硅)，并且，珍珠岩和蛭石两者都可用于隔热目的。可利用可承受1300 °C至1800 °C的温度的高铝(A1203)水泥来生成合适的密实的浇注料。

浇注料衬里66可为整体的，这意味着，浇注料衬里66无接缝，且因而防止合成气侵入，从而保护水平底板区段86。

保护屏障的下端68可沿合成气流的方向延伸到水平底板区段86的内周缘之外，且以角度β向下倾斜。角度β可在15至60度的范围内(例如，大约30度或45度)。

任选地，密封件可将空间140与激冷室密封开。密封件选择包括弯曲或折叠的密封板114(图4)。在本文中，密封板114中的(若干)折叠部可适应于各个材料之间的膨胀系数的差。另一选择包括例如激冷环216的顶部与底板区段54之间的水平密封板(未示出)。

在优选的实施例中，浸没管内表面上的水膜240通过辐射冷却而提供足够的冷却，以保持金属底板54、86的温度高于合成气的露点，因而防止金属的露点腐蚀。例如，可调整一个或多个以下的参数，以实现预定的冷却能力：

- 可调整如激冷环所提供的冷却流体的通量，以提高其冷却能力；

- 可调整(例如，降低)冷却流体的温度，以提高冷却能力；且/或

- 可设计底板区段54、86和上部浸没管端部，以使相互距离最小化。例如，可缩短间隙230处的距离234，以提高冷却流体膜240对底板的辐射冷却。

图中所示的距离可在优选的范围内，以使上述的优点优化。水平距离70优选地超过预定的最小阈值，以确保激冷环的最佳屏蔽，且/或允许容易接近激冷环，以便维护。间隙230的最小距离234可限于上限阈值，以限制空间140中的循环，且防止合成气再循环而进入空间140。水平距离70可超过例如10至15 cm。水平距离可在30至50 cm的范围内。

竖直距离72、74可超过最小阈值，以确保将激冷环适当地屏蔽而免受热合成气及其中的腐蚀性的元素的侵害。竖直距离72可超过10 cm，并且，为例如至少15 cm。竖直距离74可超过30 cm。

出口52的直径为例如至少 60 cm。ID₅₂可处于1 m的数量级。浸没管的中间区段204的ID₂₀₄可处于ID₅₂的数量级。浸没管内径ID₂₀₄可基本上与出口内径ID52相等，以限制合成气的湍流和再循环。内径ID₅₂具有例如大约60 cm或更大的最低要求(人孔标准，即，优选地，人应当可穿过)。

开口230的距离234可处于几厘米的数量级。距离234可在大约1至5 cm的范围内(图2B、图3)。

浸没管的弯曲区段202的半径211可在20至50 cm的范围内。由激冷环供应的激冷水可沿着浸没管26的内侧表面一直向下流动至水浴池28。

如图3中所示，任选的冷却包封件可布置于浸没管的外侧上。冷却包封件包括例如圆柱形元件92，圆柱形元件92带有封闭上端93和下端95，在圆柱形部92与浸没管区段204的外表面之间留下环形空间94。冷却流体(诸如，水)可经由冷却流体供应线路118来穿过环形空间94而供应和循环。环形件94可具有处于1至10 cm的数量级的宽度。

底板区段54、86连接，且优选地，提供气密屏障，以防止合成气有可能从反应器12泄漏至激冷环22。

本公开的实施例提供激冷环，激冷环藏在圆锥形部50的后面，被屏蔽而免受热合成气的侵害。浸没管的扩宽的上端提供中间浸没管区段204的改进的冷却。从上端206向中间区段204以平滑曲线缩短的直径造成上部区段202的下方的浸没管的内表面上的加厚的水膜。上部浸没管端部202的内表面上的水膜例如通过辐射而为反应器底板的金属底板54、86提供冷却。另外，水膜可接合金属底板的至少一部分。本公开的实施例允许中间浸没管区段具有缩短的内径。浸没管的中间区段的内径可例如基本上限于合成气出口的内径。后者使合成气再循环最小化，从而防止灰和固体积聚。ID₂₀₄可例如在ID₅₂的大约95%至110%的范围内。反应器出口的ID₅₂可在0.5至1.5 m(例如，大约0.6至1 m)的范围内。上缘206的内径ID₂₀₆可为大约1.5至2 m。ID₂₀₆可超过ID₅₂至少10至50%。

本公开提供反应器与激冷室之间的改进的中介区段，其中，激冷环向外相对更远地定位。结果，激冷环可为系统的更大的部分(诸如，浸没管的内表面)提供保护和冷却水膜。因而，本公开的系统防止浸没管的内表面上的干燥点，因而防止腐蚀且延长寿命。

在被屏蔽而免受热辐射的侵害的区域中，激冷环定位成远离热合成气。因此，可消除使激冷环表面和/或反应器底板冷却的另外的主动式冷却元件。

结构底板(诸如，金属反应器底板的圆锥形区段54和水平区段86的一部分)同样地受浸没管内表面上的水膜保护，这是因为，辐射温度将从膜传输至金属底板。因而，同样地可消除对金属底板的主动式冷却。

另外，本公开的实施例允许保护屏障16的布置，其中，金属底板的顶部上的保护屏障的厚度基本上恒定。至少可消除在横截面上在金属部件(诸如，反应器底板54)与面对屏障16的表面的反应器之间的明显的台阶或阶梯式变化。结果，本公开允许：

- 优化在反应器中和穿过反应器出口的合成气的流型。这包括有限的合成气再循环和有限的湍流；

- 限制或最小化用于灰、污染和固体的沉积的表面；

- 最小化激冷室的容积。气化器可更短，这限制成本(CAPEX)；

- 将激冷环布置于相对地易接近的方位处。易接近的方位使维护简化，且因此限制停机时间和运营支出。激冷环可位于激冷室的可利用的相对较大的空间的位置处，并且，可经由激冷室的相对较宽广的部分而接近；

- 组合激冷环和任选的另外的浸没管冷却系统。例如，另外的浸没管冷却系统可例如在中间部分204处包括包封浸没管的外表面的一部分的圆柱形元件；

- 延长气化系统的寿命且提高可靠性(或降低击穿和失效的敏感度)；以及

- 最小化保护气化器底板的金属支撑底板且使其冷却的冷却设备。

简易设置限制用于设备和维护的成本。

在实际的实施例中，反应器室中的温度可典型地在1300至1700 °C的范围内。当使用包括重油和/或油残渣的流体含碳进料时，反应器中的温度例如在1300至1400 °C的范围内。反应器室中的压力可在25至70 barg(例如，大约50至65 barg)的范围内。

本公开不限于如上所述的实施例，其中，在所附权利要求的范围内，可想到许多变型。例如，可使各个实施例的特征组合。

Claims (14)

1.一种气化系统，用于使含碳进料部分地氧化，以至少提供合成气，所述系统包括：

反应器室，其用于接收所述含碳进料且使所述含碳进料部分地氧化；

在所述反应器室的下方的激冷区段，其用于容纳由液态冷却剂形成的浴池；以及

中介区段，其将所述反应器室连接至所述激冷区段，所述中介区段包括：

反应器室底板，其设置有反应器出口开口，所述反应器室穿过所述反应器出口开口而与所述激冷区段连通，以将所述合成气从所述反应器室引导至所述激冷区段的浴池中；

至少一层耐火砖，其布置于所述反应器室底板上，且由所述反应器室底板支撑，所述耐火砖包封所述反应器出口开口；

所述系统还包括浸没管，所述浸没管从所述反应器出口开口延伸至所述激冷室的浴池，所述浸没管具有扩宽的顶部区段；

其中，所述浸没管的扩宽的顶部区段设置有激冷环，所述激冷环用于为所述浸没管的内表面提供液态冷却剂，所述激冷环的下端布置于所述反应器出口开口的下端的上方的某一距离处。

2.根据权利要求1所述的气化系统，其特征在于，所述浸没管的扩宽的顶部区段包封所述反应器出口开口的外表面。

3.根据权利要求1所述的气化系统，其特征在于，所述激冷环布置于相对于所述反应器出口开口的内表面的某一水平距离处。

4.根据权利要求1所述的气化系统，其特征在于，包括用于密封所述激冷环与所述反应器室底板之间的空间的密封件。

5.根据权利要求1或2所述的气化系统，其特征在于，所述扩宽的顶部区段包括弯曲区段。

6.根据权利要求1或2所述的气化系统，其特征在于，所述反应器室底板包括圆锥形区段和水平区段，所述水平区段在交叉部处连接至所述圆锥形区段；并且，

所述浸没管的扩宽的顶部区段限定所述浸没管与所述反应器室底板之间的间隙。

7.根据权利要求6所述的气化系统，其特征在于，所述间隙的最小距离位于所述浸没管的扩宽的顶部区段的壁部与所述反应器室底板的交叉部底板区段之间。

8.根据权利要求7所述的气化系统，其特征在于，所述最小距离为5 cm或更小。

9.根据权利要求6所述的气化系统，其特征在于，包括至少一个喷气喷嘴，所述喷气喷嘴指向所述浸没管与所述反应器室底板之间的间隙，以便清洁或吹扫所述间隙。

10.根据权利要求1或2所述的气化系统，其特征在于，所述浸没管包括圆柱形中间区段，所述圆柱形中间区段连接至所述扩宽的顶部区段，所述中间区段具有为所述反应器出口开口的内径的95%至110%的浸没管内径。

11.根据权利要求10所述的气化系统，其特征在于，所述浸没管的中间区段在所述中间区段的外侧上设置有冷却包封件。

12.根据权利要求11所述的气化系统，其特征在于，所述冷却包封件包括圆柱形元件，所述圆柱形元件带有封闭上端和封闭下端，在所述圆柱形元件与所述中间浸没管区段的外径之间留下环形空间，以便使冷却流体循环。

13.根据权利要求1或2所述的气化系统，其特征在于，所述含碳进料是至少包括油或重油残渣的液态进料。

14.一种气化工艺，用于使含碳进料部分地氧化，以至少提供合成气，所述气化工艺包括在根据权利要求1所述的气化系统中使所述含碳进料气化，以提供所述合成气。

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