JP6585631B2 - 合成ガスを冷却するための熱交換装置及びそれを組み立てる方法 - Google Patents
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Description
シンガス冷却器は、通常はシンガスのための流路を画定する流路壁を含む。流路壁は、平行なチューブ状の管路を含むメンブレンウォールによって形成される。メンブレンウォールは通常は円筒形状である。シンガスは、通常は流路を通って実質的に下向きの方向で流れる。平行なチューブ状の管路は、シンガスの流れの方向に対して平行に、即ち実質的に垂直に伸びている。
隣接する入れ子構造の熱交換面の間にシンガスのための異なる複数の流動通路が形成され、外側の熱交換流路とメンブレンウォールの間に1つの外側の流動通路が形成される。最も内側の熱交換面の内側の流動通路は閉止することができ、又は閉止可能にすることができる。
・気体流を受容するための入口を有する流路(flow channel)を画定する流路壁;
・流路の内側に配置されて、流路を通る気体流のための異なる平行な複数の流動通路(flow path)を生成する1以上の熱交換面、ここで熱交換面の少なくとも1つには流体熱交換媒体のための1以上の流動通路が埋め込まれており;
・流路の内側に配置され、気体流を流路壁から離隔して偏向させるように流路壁に取り付けられている1以上の偏向部材;
を含む、合成ガスを冷却するための熱交換装置が提供される。
異なる流動通路は、異なる熱交換面の間の1以上の流動通路、及び流路壁に沿った流動通路を含む。
熱交換面には、流体熱交換媒体を供給及び排出するための供給及び排出接続部を含ませることができる。
一態様によれば、流路壁は、冷却媒体のための1以上の流動通路を形成する複数の管路を含むメンブレンウォールである。
閉形状は、三角形又は四角形のような任意の好適な形状を有していてよいが、好ましくは閉形状は円形であり、したがって入れ子構造の熱交換面は、例えばWO−2011/003889及びUS−5,482,110に記載されているような円筒形の形状を有する。熱交換面は、通常は円筒形である流路壁内に同軸状に配置するか又は入れ子状に配置することができる。場合によっては、支持構造体によって入れ子構造の熱交換面の一連の2以上の束を支持することができる。
熱交換面の上流に偏向部材を配置することによって、気体流を過度に攪乱させることなく外側の熱交換面と流路壁の間の気体流が最小になる。気体流の方向が下向きであるように熱交換装置を構成する場合には、偏向部材は熱交換面の上方に配置する。
間隙の寸法は、具体的な要件に対して適合及び最適化することができる。
偏向面はバッフル板によって形成することができる。
偏向面は、流路壁から角度βで流路中に突出し、ここで角度βは、下向き方向の気体流の主要方向又は流路壁の本体中心軸Rと、偏向面が流路壁から伸長する方向の間の角度である。角度βは、10°≦β≦45°の範囲、好ましくは15°≦β≦25°の範囲であってよい。かかる偏向面によって気体流の滑らかな偏向が与えられる。
示されている範囲の角度に広がる偏向部材を与えることによって、偏向部材は比較的小さく維持され、これにより設置及び取り外しが比較的容易になる。また、これにより、限定された範囲の内周の上に偏向部材を与えることによって、気体流と流路壁の間の熱伝達を比較的正確に調整することが可能になる。例えば、それぞれ30°をカバーする6つの偏向部材を与えて、それによって流路壁の内周の半分に広げることができる。気体流と流路壁の間の熱伝達が高すぎるとみなされる場合には、1以上の更なる偏向部材を加えることができる。気体流と流路壁の間の熱伝達が低すぎるとみなされる場合には、1以上の偏向部材を取り外すことができる。
これによって、偏向部材を好ましくは流路壁の外側から溶接することによって取り付けることが可能である。而して、溶接操作などを行うために作業者が流路壁に入り込む必要はない。偏向部材は未だに流路壁の内側を通して配置及び取り外す必要があるが、取付及び取り外しは外側から行われる。
ガス化反応器と熱交換装置の間には、シンガスの最初の冷却を得るための急冷手段のような更なる設備を存在させることができる。また、熱交換装置の下流に更なる熱交換装置を存在させて、ガスを更に冷却することができる。
(a)気体流を受容するための入口を有する流路を画定する流路壁を与え;
(b)流路の内側に配置されて、流路を通る気体流のための異なる平行な複数の流動通路を生成する1以上の熱交換面を与え、ここで熱交換面の少なくとも1つには流体熱交換媒体のための1以上の流動通路が埋め込まれており;
(c)流路壁に取り付けることによって気体流を流路壁から離隔して偏向させる1以上の偏向部材を流路の内側に設置する;
ことを含む、熱交換装置を組み立てる方法が提供される。
動作(b)には、1以上の閉形状の同軸の入れ子構造の熱交換面を与えることを含ませることができる。
一態様によれば、1以上の偏向部材はバッフル板及び固定部材を含み、バッフル板は固定部材に接続されており、(c)は、
(c1)流路壁内に開口を与え;
(c2)バッフル板を有する1以上の偏向部材を流路壁の内側に配置し、固定部材を流路壁内の開口を貫通して流路壁の外側に向けて突出させ;
(c3)偏向部材を流路壁の外側に取り付ける;
ことを含む。
(c1)に関して、流路壁はチューブ−フィン−チューブ配列によって形成されるメンブレンウォールであってよく、ここでは開口はフィン内に形成される。開口は、固定部材とタイトフィットを生成させるような寸法にすることができる。
・熱交換面から排出される流体熱交換媒体の温度を求め;
・偏向部材の数、寸法、位置、及び/又は形状を調節する;
ことを更に含む。
結果に応じて、偏向部材を調節することができ、例えば、
・偏向部材の数を増加又は減少させることができ;
・偏向面の長さ及び/又は偏向部材が覆う流路壁の内周に沿った角度αなどの偏向部材の寸法を調節することができ;
・偏向部材の位置を変化させることができ(これは、熱交換装置の上流の非対称の状態の結果として気体流が流路全体に均一に分布していない状況において特に有用である);
・偏向面と流路壁の間の角度βのような偏向部材の形状を変化させることができる。
それぞれの熱交換面5a〜5eの下端は、それぞれ隣接する外側の熱交換面の下端を超えて伸長している。このようにすると、叩打装置(図示せず)を用いることによって、それぞれの個々の熱交換面を個々に清掃することができる。
図3aは、フィン32によって相互接続されて気密の管状膜を形成している平行な垂直の冷却液導管31によって形成されている流路壁3の一部の(本体中心軸Rの方向の)断面上面図を模式的に示す。フィンの1つにおいては、下記においてより詳細に説明するように開口33が模式的に示されている。
図5bは、流路壁3の一部を示し、2つの導管31及びその間に配置されているフィンを示している。フィン32は、固定部材42を開口33内に配置することを可能にする寸法を有する開口33を含む。
図5a〜5cに示されるように、開口33は、開口31と固定部材42の間にタイトフィットが形成されるようなものである。これは、半径方向の位置しか変化させることができないので、偏向部材40の位置決めを比較的容易にするためである。しかしながら、これによって、偏向部材を位置決めする際に位置決めの自由度が制限される可能性がある。
上記の記載は例示の意図であり、限定の意図はない。而して、以下に示す特許請求の範囲から逸脱することなく記載した発明に対して修正を行うことができることは、当業者に明らかになるであろう。
本発明は、以下の態様を含んでいる。
(1)・気体流を受容するための入口を有する流路(7)を画定する流路壁(3);
・流路(3)の内側に配置されて、流路を通る気体流のための異なる平行な複数の流動通路を生成する1以上の熱交換面(5a〜5e)、ここで熱交換面(5a〜5e)の少なくとも1つには流体熱交換媒体のための1以上の流動通路が埋め込まれており;
・流路(7)の内側に配置され、気体流を流路壁(3)から離隔して偏向させるように流路壁(3)に取り付けられている1以上の偏向部材(40);
を含む、合成ガスを冷却するための熱交換装置(1)。
(2)流路壁(3)が、冷却媒体のための1以上の流動通路を形成する複数の管路(31)を含むメンブレンウォールである、(1)に記載の熱交換装置(1)。
(3)1以上の熱交換面(5a〜e)が、閉形状の同軸の入れ子構造の熱交換面(5a〜5e)である。(1)〜(2)のいずれかに記載の熱交換装置。
(4)1以上の偏向部材(40)が熱交換面の上流に配置されている、(1)〜(3)のいずれかに記載の熱交換装置(1)。
(5)偏向部材が、流路壁(3)に対して角度(β)の偏向面(41)を含む、(1)〜(4)のいずれかに記載の熱交換装置(1)。
(6)個々の偏向部材(40)が流路壁(3)の内周に沿って角度αに広がっており、角度が10°≦α≦45°の範囲、好ましくは10°≦α≦20°の範囲である、(1)〜(5)のいずれかに記載の熱交換装置(1)。
(7)偏向部材がバッフル板(43)及び固定部材(42)を含み、バッフル板(43)は固定部材(42)に接続されており、
バッフル板(43)は、気体流を流路壁(3)から離隔して偏向させるように流路壁(3)の内側に配置されており、固定部材(42)は流路壁(7)内の開口(33)を貫通して流路壁(3)から外側に伸長していて、流路壁(7)の外側の上で流路壁(7)に取り付けられている、(1)〜(6)のいずれかに記載の熱交換装置(1)。
(8)バッフル板(43)と流路壁(3)の間に間隙(d2)が存在する、(7)に記載の熱交換装置1。
(9)炭素質供給材料を部分的に酸化して合成ガスを生成させる少なくとも1つのガス化反応器(101)を含むプラント(100)であって、ガス化反応器は生成した合成ガスのための放出セクション(103)を含み、前記プラント(100)は(1)〜(8)のいずれかに記載の熱交換装置(1)を有する少なくとも1つのセクションを更に含み、流路(7)の入口はガス化反応器(101)の生成した合成ガスのための放出セクション(103)と流体連絡している、合成ガスを製造するための前記プラント(100)。
(10)(a)気体流を受容するための入口を有する流路を画定する流路壁(3)を与え;
(b)流路(3)の内側に配置されて、流路を通る気体流のための異なる平行な複数の流動通路を生成する1以上の熱交換面(5a〜d)を与え、ここで熱交換面(5a〜d)の少なくとも1つには流体熱交換媒体のための1以上の流動通路が埋め込まれており;
(c)流路壁に取り付けることによって気体流を流路壁(3)から離隔して偏向させる1以上の偏向部材を流路の内側に設置する;
ことを含む、熱交換装置を組み立てる方法。
(11)1以上の偏向部材(40)がバッフル板(43)及び固定部材(42)を含み、バッフル板(43)は固定部材(42)に接続されており、前記(c)工程は、
(c1)流路壁(7)内に開口(33)を与え;
(c2)バッフル板(43)を有する1以上の偏向部材(40)を流路壁(3)の内側に配置し、固定部材(42)を流路壁(3)内の開口(33)を貫通して流路壁(3)の外側に向けて突出させ;
(c3)偏向部材(40)を流路壁(7)の外側に取り付ける;
ことを含む、(10)に記載の方法。
(12)・熱交換面(5a〜5e)から排出される流体熱交換媒体の温度を求め;
・偏向部材(40)の数、寸法、位置、及び/又は形状を調節する;
ことを更に含む、(10)〜(11)のいずれかに記載の方法。
Claims (10)
- ・気体流を受容するための入口を有する流路(7)を画定する流路壁(3);
・前記流路壁(3)の内側に配置されて、前記流路を通る前記気体流のための異なる平行な複数の流動通路を生成する1以上の熱交換面(5a〜5e)、ここで前記熱交換面(5a〜5e)の少なくとも1つには流体熱交換媒体のための1以上の前記流動通路が埋め込まれており;
・前記流路(7)の内側に配置され、前記気体流を前記流路壁(3)から離隔して偏向させるように前記流路壁(3)に取り付けられている1以上の偏向部材(40);
を含む、合成ガスを冷却するための熱交換装置(1)であって、
前記偏向部材(40)がバッフル板(43)及び固定部材(42)を含み、前記バッフル板(43)は前記固定部材(42)に接続されており、
前記バッフル板(43)は、前記気体流を前記流路壁(3)から離隔して偏向させるように前記流路壁(3)の内側に配置されており、前記固定部材(42)は前記流路壁(3)内の開口(33)を貫通して前記流路壁(3)から外側に伸長していて、前記流路壁(3)の外側の上で前記流路壁(3)に取り付けられている、熱交換装置(1)。 - 前記流路壁(3)が、冷却媒体のための1以上の前記流動通路を形成する複数の管路(31)を含むメンブレンウォールである、請求項1に記載の熱交換装置(1)。
- 1以上の前記熱交換面(5a〜e)が、閉形状の同軸の入れ子構造の熱交換面(5a〜5e)である。請求項1〜2のいずれか1項に記載の熱交換装置(1)。
- 1以上の前記偏向部材(40)が前記熱交換面の上流に配置されている、請求項1〜3のいずれか1項に記載の熱交換装置(1)。
- 前記偏向部材が、前記流路壁(3)に対して角度(β)の偏向面(41)を含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の熱交換装置(1)。
- 個々の前記偏向部材(40)が前記流路壁(3)の内周に沿って角度αに広がっており、角度が10°≦α≦45°の範囲である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の熱交換装置(1)。
- 前記バッフル板(43)と前記流路壁(3)の間に間隙(d2)が存在する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の熱交換装置(1)。
- 炭素質供給材料を部分的に酸化して前記合成ガスを生成させる少なくとも1つのガス化反応器(101)を含むプラント(100)であって、前記ガス化反応器は生成した前記合成ガスのための放出セクション(103)を含み、前記プラント(100)は請求項1〜7のいずれか1項に記載の熱交換装置(1)を有する少なくとも1つのセクションを更に含み、前記流路(7)の入口は前記ガス化反応器(101)の生成した前記合成ガスのための前記放出セクション(103)と流体連絡している、前記合成ガスを製造するための前記プラント(100)。
- (a)気体流を受容するための入口を有する流路を画定する流路壁(3)を与え;
(b)前記流路壁(3)の内側に配置されて、前記流路を通る前記気体流のための異なる平行な複数の流動通路を生成する1以上の熱交換面(5a〜d)を与え、ここで前記熱交換面(5a〜d)の少なくとも1つには流体熱交換媒体のための1以上の前記流動通路が埋め込まれており;
(c)前記流路壁に取り付けることによって前記気体流を前記流路壁(3)から離隔して偏向させる1以上の偏向部材を流路の内側に設置する;
ことを含む、熱交換装置を組み立てる方法であって、
1以上の前記偏向部材(40)がバッフル板(43)及び固定部材(42)を含み、前記バッフル板(43)は前記固定部材(42)に接続されており、前記(c)工程は、
(c1)前記流路壁(3)内に開口(33)を与え;
(c2)前記バッフル板(43)を有する1以上の前記偏向部材(40)を前記流路壁(3)の内側に配置し、前記固定部材(42)を前記流路壁(3)内の前記開口(33)を貫通して前記流路壁(3)の外側に向けて突出させ;
(c3)前記偏向部材(40)を前記流路壁(3)の外側に取り付ける;
ことを含む、方法。 - ・前記熱交換面(5a〜5e)から排出される前記流体熱交換媒体の温度を求め;
・前記偏向部材(40)の数、寸法、位置、及び/又は形状を調節する;
ことを更に含む、請求項9に記載の方法。
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