[发明专利]倾倒冷却的气化器

说明书

技术领域

本发明涉及气化器(gasifier)，尤其涉及倾倒冷却(dump-cooled)的气化器。

背景技术

气化处理过程包括将煤或其它含碳物质转变为合成气体。由于煤的成本小于天然气和石油，存在较大的经济动机来发展气化技术。现有的气化技术的问题是它们通常具有高资本成本和/或相对低的实用性。实用性指设备在线及制造产品的时间量。低实用性的一个原因是复杂的或短期的气化器衬管(liner)设计。目前正用于气化器的衬管的例子为耐火材料衬管(refractory liner)、膜衬管(membrane liner)、及再生冷却的衬管(regeneratively cooled liner)。耐火材料衬管要求耐火材料每年替换，具有大约90％的实用性。虽然膜衬管比耐火材料衬管具有更长的寿命，但衬管的复杂度可能将气化器的成本增加至2到3倍。

再生冷却的衬管还用于气化处理过程，并通常相比于耐火材料衬管和膜衬管表现出较低的成本、较长的寿命。这些优点导致再生冷却的衬管的侧壁上的凝结熔渣(slag)层。当比较于利用耐火材料衬管和膜衬管的气化器设备时，再生冷却的衬管可以显著地降低由气化器产生的电、氢、及合成气体成本。再生冷却的衬管的一个例子公开于美国专利第6,920,836号(Sprouse)，其通过引用结合于此处。

虽然比较于利用耐火材料衬管和膜衬管时，再生冷却的衬管在气化技术中提供显著的益处，使用再生冷却的衬管的一个技术问题是管理衬管的热增长。衬管可以由陶瓷形成，其通常附于气化器的金属支撑结构上。因此，当气化器里边的温度升高时，陶瓷衬管和金属支撑结构的热膨胀率是失配的。

关于再生冷却的衬管的另一问题是金属/陶瓷连接的具体实施要求建立闭环(再生)冷却回路。

发明内容

倾倒冷却的气化器包括容器、衬管、及冷却剂。衬管具有头端、尾端、及多个沿容器长度延伸的通道。衬管的尾端相对于衬管的头端轴向和径向可膨胀(expandable)。冷却剂(coolant)在衬管的头端进入，流经衬管，并从衬管的尾端排出，直接进入容器中。

附图说明

图1为倾倒冷却的气化器的截面图；

图2为倾倒冷却的气化器的衬管的透视图；

图3为倾倒冷却的气化器的导管壁衬管的示例性实施例的局部放大图；

图4为倾倒冷却的气化器的通道壁衬管的示例性实施例的局部放大图；

图5为倾倒冷却的气化器的通道壁衬管的示例性实施例的局部放大图。

具体实施方式

图1示出了倾倒冷却的气化器10的截面图，通常包括衬管12、金属压力容器14、绝热器(insulator)16、喷射器(injector)18、歧管20、激冷区段(quench section)22、及反应腔24。相对于其它衬管，在气化器10内使用的衬管12提供低成本，并延长气化器10的寿命。通过降低或排除金属/陶瓷的连接问题及热增长失配问题，还降低了气化处理的各种技术风险。倾倒冷却的气化器10内的衬管12的配置还允许直接控制衬管12的温度。

容器14安置于激冷区段22之上，并包括反应腔24。容器14容置气化器的衬管12和绝热器16。衬管12沿容器14的长度延伸，并包括头端26、尾端28、及内径30。通过衬管12的内径30处的机械密封件32将衬管12的头端26连接到至少容器14、喷射器18、及歧管20。如图1中可见，衬管12悬伸于容器14内，以使衬管12的尾端28不附于容器14或气化器10的任何其它部件上。衬管12的尾端28因此在容器14内相应于任何热量变化轴向并径向地自由膨胀和接触。在示例性的实施例中，衬管12的长度在大约10英尺与大约30英尺之间。

由于反应腔24内侧的温度可以达到大约2000(1093摄氏度，℃)和大约6000(3316℃)之间，沿衬管12的温度必须通过冷却剂流经衬管12而连续地控制。绝热器16安置于衬管12与容器14之间，以有助于保持衬管12和容器14的温度在操作限度内。衬管12的适合温度范围在大约1000(538℃)和大约2000(1093℃)之间。衬管12特别适合的温度范围在大约1200(649℃)和大约1800(982℃)之间。虽然图1描述绝热器16直接附接于衬管12上，可选地，绝热器16可以不直接附接于衬管12上。