[发明专利]生产合成气的方法以及装置

说明书

本申请要求于2009年4月30日递交的美国临时专利申请序列号为No.61/174,036以及于2009年12月23日递交的美国临时专利申请序列号为No.61/289,643的优先权，通过引用将这两篇申请的全部内容结合于此。

背景技术

合成气是一氧化碳和氢气的组合。虽然在很多条件下可以形成，但是它主要通过碳源与蒸汽在高温下反应，一般在没有氧气的情况下形成。这会导致碳源与蒸汽发生反应，形成一氧化碳和氢气。一个特别适合使用在合成气的形成的反应器是Klepper，美国专利6,863,878。这种反应器将烧焦物(char)与蒸汽在高温下相结合。它公开了一种无需热解的、特别有效的形成烧焦物的方法。

发明内容

本发明基于这样的前提：合成气可通过在氧气存在下，将碳源直接和燃料(优选合成气)燃烧形成的燃烧蒸汽(combustion stream)相结合，并将反应产物与蒸汽和额外的氧气(如果需要)相结合形成。碳源和蒸汽、燃烧气体相结合以形成合成气。所述合成气直接流入旋风分离器，任何未反应的灰分落在所述旋风分离器的底部，合成气从所述旋风分离器的顶部被收集。

反应器包括水平反应室，所述燃烧气体和蒸汽从所述水平反应室的一端引入以形成热气的水平气流。可以用螺旋式装置引入碳原料，并使碳原料落入反应气体的流动气流中。所述水平反应室沿着切线与旋风分离器连接，以产生反应产物的切向流。所述旋风分离器的底部指向优选装有水的收集容器，用来收集和淬灭形成的各种灰分。收集管(collector tube)存在于旋风分离器的顶部，为形成的合成气提供流道。这提供了一种简单、直接的由含碳原料形成合成气的方法。

本发明的目的和优点将在下面的详细描述和附图中进一步说明。

附图说明

图1是在本发明中使用的装置的截面图；

图2是按图1的线2-2截取的截面图；以及

图3是本发明中使用的烧嘴的放大截面图。

具体实施方式

如图1所示，合成气反应器10包括进料输送系统12，所述进料输送系统12通向具有烧嘴16的水平反应器14。烧嘴16可以将引入到水平反应器14中的碳源加热。水平反应器14又通向具有出气口20的圆柱形储存室18。

如图所示，所述水平反应器14包括钢外壳21和耐火内衬22，所述耐火内衬22限定了管状的水平反应区域23。所述进料输送系统12将碳原料从入口24引入到反应区域23，所述反应区23位于烧嘴16紧前面(immediately forward)的燃烧区26的紧下游。反应的宽度和长度取决于进料速度和产生所需的热量的能力。

烧嘴16连接到所述水平反应器14的第一末端。所述烧嘴16包括燃料入口28和氧气入口30。所述氧气入口30通向所述燃料入口28周围的同心路径，并且通向燃烧室34。

所述烧嘴还包括氧气蒸汽入口36，该氧气蒸汽入口36又通向同心路径38，而同心路径38通向位于燃烧室34紧上游的出口39。

最后，所述烧嘴16包括通向同心路径42的蒸汽入口40，所述同心路径42包围在用作氧气蒸汽入口36的所述同心路径38的周围。该同心路径42被外壁44所限定，所述外壁44被设计成使通过该路径的蒸汽形成漩涡。特别是，所述壁44可以被加工或内刻螺旋形槽线(rifled)，以促进气体形成漩涡。

在一种可选实施方式中，原子氢焰可以用来提供热量以代替燃烧室。

所述进料输送系统12包括垂直入口50，所述垂直入口50与物料源，如下述的液化单元(devolatilization unit)连接。所述垂直入口50包括中央螺旋52，所述中央螺旋52引导物料沿着箭头方向53至水平进料段54。所述水平进料段54同样包括螺旋56，所述螺旋56将物料从垂直入口50推进到垂直管道58，所述垂直管道58与位于烧嘴16紧下游的反应区23相连通。

水平反应区23的第二末端60通向储存室18内。如图所示，所述反应区23与圆柱形储存室18沿切线对齐。如图1和2所示，所述储存室18具有圆柱形的壁62和封闭顶部64。所述壁具有钢外壳66和耐火内衬68。气体出口20从所述顶部64延伸到所述储存室18的中心67，所述中心67略低于水平反应区23的入口60。从封闭顶端64延伸的还有测试端口(test port)入口82。