專利名稱：具有脈沖燃燒器類型的傳熱模塊的流化床反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于處理反應(yīng)材料以處理和/或再循環(huán)材料并提取能量 的流化床反應(yīng)器，所述反應(yīng)材料可以包括無機(jī)材料，并且也可以包括含碳材
料，例如黑液和生物質(zhì)(biomass)。更具體地，涉及一種具有一個(gè)或多個(gè)布 置成豎直隔開的組的脈沖燃燒器的裝置。脈沖燃燒器的共振管可以布置成不 伸入反應(yīng)容器的隔室內(nèi)。
背景技術(shù)：
圖1A和1B分別示出了現(xiàn)有技術(shù)的作為圓柱形重整器(reformer) 100 構(gòu)造的反應(yīng)器的頂視圖和側(cè)視圖。圓柱形重整器100包括形成反應(yīng)容器的圓 柱形隔室101。重整器100包括一個(gè)或多個(gè)脈沖加熱器102A、 102B，每個(gè) 脈沖加熱器包括連接到各自的共振管106A、106B的脈沖燃燒器104A、104B。 如同在圖1A中所見，脈沖加熱器102A、 102B沿一個(gè)方向延伸橫過圓柱體 直徑?？諝夂腿剂袭a(chǎn)物進(jìn)入脈沖燃燒器104A、 104B并且燃燒產(chǎn)物或廢氣離 開共振管106A、 106B。
脈沖加熱器102A、 102B如在美國專利US5059404中所披露，該美國專 利的內(nèi)容通過引用的方式結(jié)合于此，以能夠理解本發(fā)明。這種脈沖加熱器配 置成間接地加熱引入到重整器反應(yīng)容器101內(nèi)的流體和固體。共振管106A、 106B與脈沖加熱器102A、 102B —起充當(dāng)用于間接地加熱隔室101的內(nèi)容 的加熱管道。
如同在圖1A和1B中看到的那樣，第二對脈沖加熱器108A、 108B被定 向成與橫過隔室直徑的第一對脈沖加熱器102A、 102B成直角。如同在圖1B 中看到的那樣，這在隔室內(nèi)的由交叉的脈沖加熱器限定的區(qū)域內(nèi)留下豎直延 伸的四分之一136。
脈沖加熱器進(jìn)入到密相流化床110內(nèi)，該密相流化床110從隔室底部112 延伸到大約頂部床線114。最底部的脈沖加熱器102B位于在分配器122以 上高度H1米處以避免液體118涂抹共振管104B。在這些現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中，高度H1是大約2-3米。
廢液118注入到接近密相流化床110的底部的隔室101側(cè)面。一般而言， 廢液通過環(huán)繞圓柱形隔室101圓周布置的多個(gè)進(jìn)口 103注入到隔室內(nèi)。盡管 在圖1B中僅僅示出了四個(gè)這樣的進(jìn)口 102，可以理解的是可以提供其它數(shù) 量的圓周布置的進(jìn)口。在另一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)施方式中，廢液經(jīng)過在底部上 的多個(gè)進(jìn)口，通過隔室101的底部注入，該多個(gè)進(jìn)口或多或少地均勻分布在 底部上、或者布置成排或布置成其它樣式。
過熱蒸汽120,或其它流化介質(zhì)，從隔室101的底部進(jìn)入并且經(jīng)過分配 器122。分配器122有助于均勻地散布進(jìn)入的蒸汽120，其然后通過密相流 化床110。在流過一個(gè)或多個(gè)用來幫助脫落夾帶的床固體的內(nèi)部旋流器(未 示出)之后，產(chǎn)品氣體124從位于隔室101的頂部處的超高區(qū)126離開。
圖2A和2B示出了長方形重整器200形式的可選的現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)。長 方形重整器200具有當(dāng)從上面看時(shí)(參見圖2B )是長方形橫截面的隔室201。 布置成一排或多排的多個(gè)脈沖加熱器102穿過這個(gè)隔室201。這些排相對獨(dú): 此是交錯(cuò)的以增強(qiáng)傳熱。這些脈沖加熱器102中的每個(gè)包括共振管形式的加 熱管道，用于間接地加熱隔室的內(nèi)容物。
分配器222設(shè)置在隔室201的底部，非常像在圓柱形重整器100中。最 底部的脈沖加熱器202位于在分配器222以上高度H2處。在這些現(xiàn)有技術(shù) 系統(tǒng)中，高度H2也是大約2-3米。而且，正如在圓柱形重整器的情形下， 廢液218在接近底部處引入到隔室201側(cè)面。 一般而言，廢液通過環(huán)繞長方 形隔室201的沿著壁布置的多個(gè)進(jìn)口 203注入到隔室內(nèi)。在其它現(xiàn)有技術(shù)的 實(shí)施方式中，廢液經(jīng)過在底部上的多個(gè)進(jìn)口 ，通過隔室101的底部注入，該 多個(gè)進(jìn)口或多或少地均勾分布在底部上、或者布置成排或布置成其它樣式。。 同時(shí)，產(chǎn)品氣體224/人位于隔室201的頂部的超高區(qū)226離開?？梢岳斫獾?是在大部分材料方面，長方形重整器200的操作與上面描述的圓柱形重整器
100的#:作類似。
在小的工藝開發(fā)賴L才莫的裝置中，以上配置可滿意:t也工作。然而，當(dāng)它們 按比例放大成較大單元時(shí)，它們可遇到一定的局限性。
一個(gè)問題是沒有管的敞開的四分之一 (參見圖1B)的出現(xiàn)，或在脈沖 加熱器束之間有自由空間(參見圖2B)，這兩個(gè)都可以助長蒸汽/氣體的溝流 和蒸汽/氣體的旁通，這樣削弱了氣-固接觸和固體循環(huán)率。此外，這種大的豎直通道的出現(xiàn)促進(jìn)了大氣泡的形成，由于尺寸和速度的快速增加，其可以 毀壞重整器內(nèi)的管道、管、接合處和其它固定設(shè)備。
另一個(gè)問題是減少了固體循環(huán)率，導(dǎo)致在共振管表面上的較長的顆粒接 觸時(shí)間。這妨礙了顆粒的轉(zhuǎn)化，并且然后妨礙了從管傳熱。因此，管趨于較 熱地運(yùn)行并且這不利地影響了進(jìn)入床中的傳熱速度并且增加了來自脈沖加
熱器102A、 102B、 202的燃燒廢氣的排出溫度。另外，有形成局部熱點(diǎn)的 較大的傾向，其可以導(dǎo)致熔煉形成和/或顆粒結(jié)塊和污垢或環(huán)繞少數(shù)或多數(shù)管 集結(jié)。
另 一個(gè)局限性可以是燃燒腔室與共振管的強(qiáng)耦合，使得需要將管與管的 間隔或間距最小化，并且然后使共振管之間的間隙最小化。這樣做是為了促 進(jìn)燃燒腔室的合理的縱橫比(長度比直徑)。并且既然脈沖加熱器典型地設(shè) 計(jì)成亥姆霍茲共振器(Helmholtz resonator),它必須保持確定的幾何比例(共 振管的長度、共振管的體積和燃燒腔室的體積)。流化的床-管熱傳遞實(shí)驗(yàn)數(shù) 據(jù)和模型顯示隨著在管束中的管之間的間隔或間距的增加傳熱系數(shù)顯著地 提高。這是由于隨著管之間的間隔的增加減少了固體移動的阻力，其促進(jìn)更 頻繁地表面更新或顆粒傳送，并且然后促進(jìn)更大的傳熱系數(shù)。然而，在圖1B 中看到布置將管之間的間隙限制到了比流化床傳熱和操作性能的最佳值要 小得多的值。
此外，大部分燃燒和放熱在脈沖燃燒腔室內(nèi)發(fā)生。然而，由于在共振管 里的較低的氣體溫度雖然在較低的速率燃燒，但是燃燒在共振管里繼續(xù)進(jìn) 行。從傳熱的立場說在共振管里的剩余的燃燒和放熱是想要的，但是如果燃
著地增加是令人不滿意的。當(dāng)在燃燒器中的燃料燃燒率從設(shè)計(jì)燃燒率減少 時(shí)，這種結(jié)果出現(xiàn)的^f既率增加。
另外，在注入到流化床110時(shí)，含碳原料經(jīng)歷干燥、脫揮發(fā)分作用、炭 形成和炭轉(zhuǎn)化。在蒸汽重整環(huán)境中，所有這些過程都是吸熱的也就是需要熱 輸入。床固體循環(huán)率越大并且床上的原料的分布越均勻，加熱速度就越快并 且原料的最終溫度就越高。這提高了有機(jī)物的熱分解，導(dǎo)致更高的揮發(fā)性產(chǎn) 量和更低的焦油形成和炭產(chǎn)量。由于流化床-脈沖加熱器結(jié)構(gòu)促進(jìn)了氣/蒸汽 溝流和旁通，這妨礙了固體循環(huán)率。這阻止將熱交換到原料注入?yún)^(qū)，降低了 在這區(qū)的溫度并且促進(jìn)焦油和炭的形成。另一個(gè)問題是干燥、脫揮發(fā)分作用、炭形成和炭轉(zhuǎn)化過程都在分配器
122、 222之上但是在底部脈沖加熱器之下的區(qū)域內(nèi)爭奪傳熱和傳質(zhì)。所有這 些過程都是冷源，并且如果進(jìn)入的流化介質(zhì)120是蒸汽并且其溫度在流化床 的溫度之下它可以是另一個(gè)冷源。僅有的熱源是脈沖加熱器并且這些通過在 上面描述的現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)施方式中的前面提到的距離Hl和H2從冷源顯著 地移走。僅有的連接是固體循環(huán)率并且如果這個(gè)沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，原料注入?yún)^(qū) 域急需熱并且反應(yīng)器性能遭受損害。
另外，為了實(shí)現(xiàn)令人滿意的炭轉(zhuǎn)化，傳熱和傳質(zhì)都是重要的。炭溫度和 反應(yīng)物或蒸汽濃度越高，炭轉(zhuǎn)化率就越大。僅僅在分配器之上的區(qū)域的特征 是高蒸汽或反應(yīng)物濃度，其有利于炭轉(zhuǎn)化，使炭溫度能維持在流化床溫度。 由于原料注入和減少的固體循環(huán)率，熱供應(yīng)受到限制，其很可能降低炭溫度 并且然后降低炭轉(zhuǎn)化率。在脈沖加熱器區(qū)域，傳熱是良好的，但是如果由于 溝流導(dǎo)致反應(yīng)物(蒸汽)旁通傳質(zhì)是不令人滿意的，又削弱了炭轉(zhuǎn)化。
商業(yè)單元通常要求深的或高的密集流化床，以容納大量傳熱管。由于相 對大的氣泡、增加的氣泡聚結(jié)和蒸汽/氣的旁通傾向， >(人傳熱和傳質(zhì)和氣/固 接觸的立場，在沸騰流化狀態(tài)下操作這些裝置受到相當(dāng)?shù)南拗?。相反地，?湍流流化狀態(tài)下操作提供優(yōu)秀的氣/固接觸和優(yōu)秀的傳熱和傳質(zhì)特性。然而， 比起沸騰狀態(tài)，這需要高得多的表面流化速度。 一個(gè)可行的方法是選擇不同 的換熱結(jié)構(gòu)和較小的床材料平均顆粒尺寸。
總之，上面討論的現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)提供了模塊化并且對于某些尺寸種類 或原料生產(chǎn)量有利。但是，由于需要大量的脈沖加熱器、復(fù)雜的互相連接、 管道系統(tǒng)、管道等和成本，這個(gè)方法對于大規(guī)模的或高原料吞吐量的裝置變 得是不實(shí)用的。所有這些約束按比例增加。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明涉及一種配置成將含碳材料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品氣體的流化床重 整器。該流化床重整器包括限定配置成接納可流化的含碳材料的隔室的反應(yīng) 容器，所述反應(yīng)容器具有至少第一壁部和第二壁部。連接到反應(yīng)容器的第一 傳熱模塊，所述第一傳熱模塊包括連接到第一聲腔室的第一脈沖燃燒器，其 中第 一脈沖燃燒器包括終止于第一聲腔室中的至少一個(gè)第一尾管。第一多個(gè) 傳熱管伸到所述隔室中，所述第一多個(gè)傳熱管中的每個(gè)通過所述第一壁部與
14聲腔室流體連通。所述第 一多個(gè)傳熱管中的每個(gè)被配置成使得從所述至少一 個(gè)第 一尾管排出的燃燒產(chǎn)物沿遠(yuǎn)離所述第 一壁部的方向，沿著每個(gè)傳熱管的 第一通道移動，并且然后沿朝向第一壁部的方向，沿著所述每個(gè)傳熱管的第 二通道移動。
多個(gè)這種傳熱模塊可以連接到反應(yīng)容器。
另一方面，本發(fā)明涉及一種配置成熱化學(xué)地或生物化學(xué)地處理反應(yīng)材料 的流化床反應(yīng)器。該反應(yīng)器包括限定適于接納反應(yīng)材料的隔室的反應(yīng)容器。 連接到反應(yīng)容器的多個(gè)傳熱模塊，每個(gè)傳熱模塊包括連接到的相關(guān)聲腔室的 脈沖燃燒器，其中每個(gè)脈沖燃燒器包括終止于相關(guān)聲腔室中的至少 一個(gè)尾 管。多個(gè)上部和下部傳熱管伸到所述隔室中，所述多個(gè)上部和下部傳熱管中 的每個(gè)通過反應(yīng)容器的重整器壁部與相關(guān)聲腔室流體連通。所述多個(gè)上部和 下部傳熱管中的每個(gè)被配置成使得從所述至少 一個(gè)尾管排出的燃燒產(chǎn)物沿 遠(yuǎn)離反應(yīng)容器的重整器壁部的方向，沿著每個(gè)傳熱管的第一通道移動，并且 然后沿朝向重整器壁部的方向，沿著所述每個(gè)傳熱管的第二通道移動。
再一方面，本發(fā)明涉及一種用于將含碳材料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品氣體的流化床重 整器。該流化床重整器包括限定適于接納碳材料的隔室的反應(yīng)容器。至少部 分地占用所述隔室并且在隔室內(nèi)的第 一豎直廣度上延伸的第 一組加熱管道。 在第 一組中的每個(gè)加熱管道配置成將熱從熱源傳導(dǎo)到隔室，在第 一組中的加 熱管道具有第一厚度。第二組加熱管道至少部分地占用所述隔室并且在隔室 內(nèi)的第二豎直廣度上延伸。第二組中的每個(gè)加熱管道配置成將熱從熱源傳導(dǎo) 到隔室，第二組中的加熱管道具有第二厚度。第二組加熱管道放置于第一組 加熱管道的豎直上方并且與其隔開第一間距，第一間距至少與第一和第二厚 度中較小的一個(gè)一樣大。多個(gè)原料進(jìn)口配置成在豎直地在第一和第二組加熱 管道之間的區(qū)域?qū)⒑疾牧弦氲椒磻?yīng)容器內(nèi)。
另一方面，本發(fā)明涉及一種將含碳材料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品氣體的方法。該方法 首先提供如就在上面描述的那樣的具有第一和第二組加熱管道的反應(yīng)容器， 將流化介質(zhì)引入到隔室內(nèi)，在豎直地在第一和第二組加熱管道之間的區(qū)域?qū)?含碳材料引入到隔室內(nèi)，并且然后控制在反應(yīng)容器內(nèi)的反應(yīng)使得至少一部分 含碳材料在流化床里轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品氣體。
再一方面，本發(fā)明涉及一種配置成熱化學(xué)地或生物化學(xué)地處理反應(yīng)材料 的流化床反應(yīng)器。該反應(yīng)器包括限定適于接納反應(yīng)材料的隔室的反應(yīng)容器。第一組加熱管道至少部分地占用所述隔室并且在隔室內(nèi)的第一豎直廣度上 延伸。第一組中的每個(gè)加熱管道配置成將熱從熱源傳導(dǎo)到隔室，在第一組中 的加熱管道具有第一厚度。第二組加熱管道至少部分地占用所述隔室并且在 隔室內(nèi)的第二豎直廣度上延伸。第二組中的每個(gè)加熱管道配置成將熱從熱源 傳導(dǎo)到隔室，在第二組中的加熱管道具有第二厚度，第二組加熱管道放置于 第一組加熱管道的豎直上方并且與其隔開第一間距，第一間距至少與第一和 第二厚度中較小的一個(gè)一樣大。多個(gè)原料進(jìn)口配置成在豎直地在第一和第二 組加熱管道之間的區(qū)域?qū)⒎磻?yīng)材料引入到反應(yīng)容器內(nèi)。
再另 一方面，本發(fā)明涉及一種熱化學(xué)地或生物化學(xué)地處理反應(yīng)材料以形 成產(chǎn)物的方法。該方法包括首先提供流化床反應(yīng)器，如上面描述的那樣，該 反應(yīng)器包括限定適于接納反應(yīng)材料的隔室的反應(yīng)容器、第 一組加熱管道和第 二組加熱管道。該方法繼續(xù)將流化介質(zhì)引入到隔室內(nèi)，在豎直地在第一和第
二組加熱管道之間的區(qū)域?qū)⒎磻?yīng)材料引入到隔室內(nèi)；并且然后控制在反應(yīng)容
器中的反應(yīng)，使得至少一部分反應(yīng)材料在流化床里轉(zhuǎn)化成一種或多種產(chǎn)物。


為了更好的理解本發(fā)明并且為了示出實(shí)際上如何實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，現(xiàn)在將參
考附圖，其中
圖1A和1B分別示出了現(xiàn)有技術(shù)的圓柱形重整器的側(cè)視圖和頂視圖。 圖2A和2B分別示出了現(xiàn)有技術(shù)的長方形重整器的側(cè)視圖和頂視圖。 圖3A、 3B和3C分別示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的側(cè)視圖、側(cè)剖面圖和 頂剖面圖。
圖4A示出了圖3A、3B和3C的重整器容器的壁的第一個(gè)實(shí)施方式的局 部剖一見圖。
圖4B示出了沿著線4B-4B截取的圖4A的橫截面。 圖4C示出了沿著線4C-4C截取的圖4A的橫截面。 圖4D示出了沿著線4D-4D截取的圖4C的橫截面。 圖5A示出了圖3A、3B和3C的重整器容器的壁的第二個(gè)實(shí)施方式的局 部剖^L圖。
圖5B示出了沿著線5B-5B截取的圖5A的橫截面。 圖5C示出了沿著線5C-5C截取的圖5A的橫截面。圖6A示出了根據(jù)本發(fā)明的 一個(gè)實(shí)施方式的反應(yīng)器的側(cè)視圖。
圖6B示出了沿著線6B-6B截取的圖6A的反應(yīng)器的頂橫截面視圖。
具體實(shí)施例方式
專利號為5059404、 5306481、 5353721、 5536488、 5637192和6149765
的美國專利的內(nèi)容通過引用的方式結(jié)合于此，使得能理解本發(fā)明。
圖6A和6B示出了具有豎直地隔開的加熱管道組的流化床重整器600, 其中原料在隔開的組之間注入。流化床重整器600包括可作為反應(yīng)容器602 的隔室601 。如同在圖6B中最佳所見，反應(yīng)容器602具有包括兩個(gè)長側(cè)604A、 604B和兩個(gè)短側(cè)606A、 606B的長方形底部(footprint)(也就是，在水平 橫截面上是長方形的形狀)。多個(gè)脈沖加熱器608A、 608B穿過重整器容器 600的長側(cè)604A、 604B。在一個(gè)實(shí)施方式中，脈沖加熱器608A、 608B是本 領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的類型，例如在上面提到的美國專利US5059404中披露 的那些。與這些脈沖加熱器608A、 608B關(guān)聯(lián)的共振管609可作為用于間4妻 地加熱隔室601內(nèi)的內(nèi)容物的加熱管道。
脈沖加熱器608A、 608B組成豎直地隔開的兩組，第一或下部組610和 第二或上部組620。在示出的該實(shí)施方式中，每組610、 620包括一排或多排 脈沖加熱器。然而，可以理解的是，在一組內(nèi)的脈沖加熱器不需要與本發(fā)明 一致地成排布置。
如同在圖6A的實(shí)施方式中看到的那樣，屬于下部組610的脈沖加熱器 608A布置成單一的水平排612。既然它是僅有的排，排612可作為下部組 610的最上排612并且可作為下部組610的最下排612。下部組610的豎直 廣度(vertical extent) VI因此與排高Rl相當(dāng)。在這個(gè)例子中，排高Rl與 屬于這個(gè)排612的脈沖加熱器608A的厚度T1 (或者，更確切地，與脈沖加 熱器608A結(jié)合的加熱管道609的厚度T1)相應(yīng)。因此，在圓柱形的加熱管 道水平地布置的情形下，Rl就是加熱管道的直徑。盡管在這個(gè)排612中示 出了三個(gè)脈沖加熱器，可以理解的是一排可以具有不同數(shù)量的脈沖加熱器。
屬于上部組620的脈沖加熱器608B布置成一對水平排614A、 614B。 在示出的該實(shí)施方式中，上部組620的排614A、 614B是彼此交錯(cuò)的并且通 過排內(nèi)間隔V4彼此豎直地隔開。由于在上部組620中存在兩排614A、614B， 而在下部組610中存在單一排612,上部組620具有大于下部組610的豎直廣度VI的豎直廣度V2。在示出的該實(shí)施方式中，第二組602的最下排614A 排高R2對應(yīng)于與相應(yīng)的脈沖加熱器608B關(guān)聯(lián)的加熱管道的厚度T2。當(dāng)在 兩組610、 620中使用相同類型的加熱管道/脈沖加熱器時(shí)，上部組620的最 下排614A的排高R2與下部組610的最上排612的排高Rl是相同的。
如同在圖6A中看到的那樣，第一和第二組610、 620通過組間豎直間隔 Sl隔開。
在一個(gè)實(shí)施方式中，組610、 620隔開的足夠遠(yuǎn)，使得豎直間隔S1至少 與加熱管道厚度T1和T2中較小的一個(gè)一樣大。當(dāng)在給定的組中的加熱管道 具有不同的厚度時(shí)，那么為了確定最小的豎直間隔Sl，那組的平均加熱管 道厚度被用作'加熱管道厚度，。
在其它實(shí)施方式中，豎直間隔Sl至少與兩個(gè)豎直廣度VI、 V2中的專交 小的一個(gè)一樣大(也就是，Sl^min(Vl， V2))。
在其它實(shí)施方式中，豎直間隔Sl至少是兩個(gè)豎直廣度VI、 V2中的較 小的一個(gè)的兩倍(也就是，S122*min(Vl， V2))。
在組610、 620的前面的描述中，在每組中的脈沖加熱器608A、 608B 布置成水平排，并且因此排高R1、 R2與加熱管道厚度T1、 T2是相同的。 然而，可以理解的是在其它實(shí)施方式中，脈沖加熱器可以不布置成水平排， 而是可以從一個(gè)壁604A到相對壁604B是傾斜的或成角度的。在這種情形 下，排高與加熱管道厚度不相同?？梢岳斫獾氖窃谄渌鼘?shí)施方式中，脈沖加 熱器甚至可以根本不成排地布置。然而，在所有這些例子中，豎直間隔Sl 仍將至少與加熱管道厚度T1和T2中的較小的一個(gè)一樣大。
而且，盡管示出的第一和第二組610、 620各自具有不同數(shù)量的排，可 以理解的是在一些實(shí)施方式中兩組可以具有相同數(shù)量的排，并且這個(gè)相同數(shù) 量可以是l、 2、 3或更多。進(jìn)一步可以理解的是，盡管在圖6A-6B的實(shí)施方 式中，第二組620的排614A、 614B具有不同數(shù)量的脈沖加熱器608B,在 組內(nèi)的相鄰排可以具有相同數(shù)量的脈沖加熱器608B。這樣，例如，第二組 620的排614A、 614B可以各自具有三個(gè)脈沖加熱器608B,排仍是相對彼此 交錯(cuò)的。
排的總數(shù)和在每排中的脈沖加熱器的總數(shù)608A、 608B能按任何給定的 設(shè)計(jì)修改以適應(yīng)蒸汽重整器600的大小、原料類型和原料吞吐量。
在重整器容器602的底部是分配器622，流化介質(zhì)例如蒸汽引入到該分配器622內(nèi)。在分配器622正上方并且在第一組610正下方是增強(qiáng)的炭轉(zhuǎn)化 區(qū)640。區(qū)640提供良好的傳熱傳質(zhì)和高反應(yīng)物(蒸汽)濃度并且促進(jìn)增強(qiáng) 的炭轉(zhuǎn)化。這個(gè)區(qū)640的豎直廣度將取決于炭的反應(yīng)性和重整器的操作條件， 反應(yīng)越慢豎直廣度越大。
在第一組610和第二組620之間是具有如前面所討論的高度Sl的干燥 和脫揮發(fā)分作用區(qū)642。這個(gè)區(qū)有助于良好的固體循環(huán)、熱傳輸和氣-固接觸， 且用于使得干燥和脫揮發(fā)分作用最大化及使得焦油和炭形成最小化。在一個(gè) 實(shí)施方式中，大體表示為637的原料進(jìn)口終止于豎直地在兩組610、 620之 間的區(qū)域。這樣，在這個(gè)實(shí)施方式中，原料在第一組脈沖加熱器豎直上方且 在第二組脈沖加熱器620豎直下方的位置處注入到與主炭反應(yīng)區(qū)640隔開的 區(qū)642內(nèi)?？梢岳斫獾氖牵线M(jìn)口 637具有大體上相同的高度并且沿著重 整器容器602的短側(cè)606A、 606B隔開。
最后，在第二組620正上方的區(qū)域是密相床區(qū)域644,其延伸到頂部床 線646。超高區(qū)域648占據(jù)重整器容器602的最頂部部分。產(chǎn)品氣體649通 過旋流器和本領(lǐng)域技術(shù)人員所已知的其它設(shè)備(未示出)從超高區(qū)域648出 來。
可以理解的是，為了改變?nèi)紵屎蛡鳠崧室愿玫仄ヅ湓诹黧w重整器 600內(nèi)的裝載量并且也增強(qiáng)重整器的調(diào)節(jié)，流體重整器600的脈沖加熱器 608A、 608B是由計(jì)算機(jī)控制(未示出)的。
從前述可以看出，在多個(gè)方面圖6A和6B的流體重整器600與在圖2 中看到的現(xiàn)有技術(shù)的流體重整器200是相似的。然而， 一個(gè)主要不同是在流 體重整器600中的脈沖加熱器608A、 608B布置成了隔開的組610、 620,然 而在現(xiàn)有技術(shù)的流體重整器200中的脈沖加熱器都屬于單一組。第二個(gè)不同 是，在一些實(shí)施方式中，原料在位于最下部脈沖加熱器之上的區(qū)域引入到隔 室602內(nèi)，在一個(gè)實(shí)施方式中，原料在兩組610、 620之間的區(qū)域引入。
流化床重整器的從含碳材料產(chǎn)生產(chǎn)品氣體的操作從上面描述的種類的 裝置開始。隨后將流化介質(zhì)引入到隔室內(nèi)，在豎直地在第一和第二組之間的 區(qū)域?qū)⒑疾牧弦氲礁羰覂?nèi)，并且然后控制在反應(yīng)容器里的反應(yīng)，使得在 流化床里至少 一部分含碳材料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品氣體。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員熟悉控制反應(yīng)的多個(gè)方面，例如反應(yīng)物流動，溫度 和壓力監(jiān)測等。在那些使用脈沖加熱器的情形下，這種控制需要脈沖加熱器的操作，包括調(diào)節(jié)它們的燃燒率，空氣-燃料混合，和其它參數(shù)。重整器可 以配置成在湍流流化狀態(tài)下操作，并且流化介質(zhì)可以選自蒸汽、空氣、富氧 空氣、氧氣、氮?dú)?、二氧化碳、再循環(huán)產(chǎn)品氣體及其混合物。
盡管重整器600的以上描述關(guān)注具有長方形底部的流化床重整器，在具 有其它形狀的重整器中實(shí)現(xiàn)本發(fā)明同樣是可能的。這樣，例如，具有正方形 底部或圓柱形底部的重整器也可以從本發(fā)明受益，只要在脈沖加熱器之間有 足夠的豎直間隔并且設(shè)置進(jìn)口以將原料引入到脈沖加熱器組之間的區(qū)域。
另夕卜，在上面的描述中，使用脈沖加熱器作為加熱管道提供的間接熱源。 然而，可以理解的是，上面描述的反應(yīng)器可以使用不同于脈沖加熱器的熱源
以通過加熱管道609產(chǎn)生間接地供應(yīng)的熱。這種其它熱源的例子包括在加熱 管道內(nèi)的電加熱器、火管等。
圖3A示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面的反應(yīng)器300的側(cè)視圖。在接下 來的描述中，反應(yīng)器假定為重整器300。重整器300包括重整器容器302和 一對傳熱模塊310、 350,在重整器容器302的任一側(cè)有一個(gè)傳熱模塊310、 350。重整器容器302限定配置成接納可流化含碳材料的隔室。如同在圖3A 中看到的那樣，兩個(gè)傳熱模塊相對彼此地豎直偏移。在示出的該實(shí)施方式中， 第二傳熱模塊350位于比第一傳熱模塊310稍微地高一些的位置處。
第一傳熱模塊310包括第一聲腔室311和第一脈沖燃燒器312。第一脈 沖燃燒器312包括連接到尾管314的脈沖燃燒腔室313。如同在圖3的實(shí)施 方式中看到的那樣，脈沖燃燒腔室313放置于第一聲腔室311的頂部上。同 時(shí)，尾管314大體上完全在第一聲腔室311內(nèi)，并且在其內(nèi)在豎直向下的方 向上延伸。也如同在這個(gè)實(shí)施方式中看到的那樣，尾管出口316布置于沿著 聲腔室311的豎直廣度的大約中間位置處，聲腔室311具有2xH3的高度。 這允許第 一聲腔室311在第 一脈沖燃燒器312啟動時(shí)共振并且在聲腔室內(nèi)產(chǎn) 生駐波。
風(fēng)室318坐落于脈沖燃燒腔室313的頂部上，其包圍閥320。閥可以包 括單閥，或可以包括多級閥320。閥320給脈沖燃燒腔室313的進(jìn)口提供了 門，并且因而允許可燃物322例如燃料和/或氣體產(chǎn)物，和空氣324進(jìn)入到后 者中?？諝?24可以進(jìn)入風(fēng)室318并且在注入到脈沖燃燒腔室313之前在接 近閥320的出口處與可燃物混合。
從尾管314的端部316出來進(jìn)入到第 一聲腔室311內(nèi)的燃燒產(chǎn)物通過形成在重整器容器302的第一壁322中的開口并且進(jìn)入到連接到第一壁322的多個(gè)傳熱管326內(nèi)。傳熱管326屬于第一上部傳熱管束328U或第一下部傳熱管束328L。第一上部和下部傳熱管束328U、 328L伸入到重整器容器302中，在那里熱傳給其中的流體。
每束328U、 328L、 368U、 368L包括多個(gè)傳熱管。如同在圖3B中看到的那樣，每束328U、 328L可以包括多排330管326。屬于單一束的排330優(yōu)選是交錯(cuò)的，如同在圖3B中示出的那樣，盡管它們可以簡單的彼此豎直地對準(zhǔn)。每排330可以包括多個(gè)管326,準(zhǔn)確數(shù)量受到管直徑、管間隔和管326連接到的容器壁332的長度L的限制。
排的總數(shù)和傳熱管326的總數(shù)能按任何給定的設(shè)計(jì)修改以適合蒸汽重整器的大小、原料類型和原料吞吐量。 一旦這些參數(shù)是已知的，第一脈沖燃燒器312和第一聲腔室311能設(shè)計(jì)成與傳熱負(fù)荷相匹配。既然排的數(shù)量和列的數(shù)量是可以改變的，重整器例如重整器300可以從小尺寸按比例放大為大尺寸。不管總體尺寸，傳熱管326能配置成在重整器容器302內(nèi)布置以幫助促進(jìn)氣-固接觸和減少氣/蒸汽溝流和旁通。
在重整器300內(nèi)，第一脈沖燃燒器312與傳熱管326物理地隔開的，但是通過第一聲腔室311功能連接。第一聲腔室31 1完全包圍尾管314，尾管出口 316位于聲腔室的幾何中心附近。隨著第一脈沖燃燒器312設(shè)計(jì)成亥姆霍茲和四分之一波長共振器，尾管出口 316對應(yīng)于速度反節(jié)點(diǎn)(velocityanti-node),或壓力波節(jié)點(diǎn)(pressure node )。第 一聲腔室配置成可作為在其端部311A、 311B處具有壓力反節(jié)點(diǎn)，或速度節(jié)點(diǎn)的駐波發(fā)生器。
兩束傳熱管328U、 328L被設(shè)置成使得上部束328U接近位于第一聲腔室311的頂部311A處的壓力反節(jié)點(diǎn)，同時(shí)下部束328L接近位于第一聲腔室311的底部311B處的壓力反節(jié)點(diǎn)。這促使從第一脈沖燃燒器312到第一上部和下部束328U、 328L的傳熱管326的聲音的有效地傳遞。它也提供周期性的邊界層的滌氣(scrubbing)和傳熱率的提高。
如在圖3A中看到的那樣，上部束328U、 368U組成上部束組329U，同時(shí)下部束328L、 368L組成下部束組329L。上部束組329U的最下部成員通過組間豎直間隔Dl與下部束組329L的最上部成員隔開。組間豎直間隔Dl大體上超過排間豎直間隔D2,排間豎直間隔D2是在束內(nèi)的排之間的間隔。在一個(gè)實(shí)施方式中，組間豎直間隔D1與排間豎直間隔D2的比D1/D2大于
21或等于2。在一些實(shí)施方式中，組間豎直間隔D1也超過上部束組329U或下部束組329L的最大組高D3，可以理解的是組不需要具有相同的高度，或相同數(shù)量的排。在一個(gè)實(shí)施方式中，組間豎直間隔D1與最大組高D3的比D1/D3大于或等于2。下部和上部組329L和329U都浸入到密相床342內(nèi)。
第二傳熱模塊350包括第二聲腔室351和第二脈沖燃燒器352。第二脈沖燃燒器的結(jié)構(gòu)與第一脈沖燃燒器的結(jié)構(gòu)相似。第二脈沖燃燒器352從而包括連接到尾管354的脈沖燃燒腔室353。也提供風(fēng)室358和與第二脈沖燃燒器352結(jié)合的閥360，用于引入可燃物362。
離開尾管354進(jìn)入到第二聲腔室351的燃燒產(chǎn)物穿過形成在重整器容器302的第二壁334中的開口并且進(jìn)入到連接到第二壁334的多個(gè)傳熱管366內(nèi)。優(yōu)選地與傳熱管326具有相同結(jié)構(gòu)的傳熱管366屬于第二上部傳熱管束368U或第二下部傳熱管束368L。
重整器容器302的隔室303包括許多豎直隔開的具有不同功能作用的區(qū)域并且在這些區(qū)域里進(jìn)行不同的活動。
在重整器容器302的底部是供例如蒸汽等流化介質(zhì)335引入到其內(nèi)的分配器336。最底部傳熱管326位于靠近分配器336的位置以促進(jìn)熱源和冷源之間的良好交流。在一個(gè)實(shí)施方式中，在分配器336和最底部的傳熱管326之間的間隔H4 (參見圖3B)在0.5-1.5米之間。然而，其它的間隔也是可能的。
在分配器336之上并且在下部束328L、 368L的頂部之下的區(qū)域被稱為增強(qiáng)的炭轉(zhuǎn)化區(qū)340。區(qū)340提供良好的傳熱傳質(zhì)和高反應(yīng)物(蒸汽)濃度并且促進(jìn)增強(qiáng)的炭轉(zhuǎn)化。這個(gè)區(qū)的豎直廣度取決于炭反應(yīng)性和重整器操作條件，反應(yīng)越慢豎直廣度越大。
在下部束328L、 368L和上部束328U、 368U之間是具有如前面所討論的那樣的高度D1的干燥和脫揮發(fā)份作用區(qū)342。這個(gè)區(qū)有助于良好的固體循環(huán)、傳熱和氣-固接觸，用于使得干燥和脫揮發(fā)份作用最大化并且使得焦油和炭形成最小化。在一個(gè)實(shí)施方式中，總體如箭頭337所示的原料進(jìn)口終止于垂直地在下部傳熱束328L、 368L和上部傳熱束328U、 368U之間的區(qū)域。這樣，在這個(gè)實(shí)施方式中，原料在豎直地在下部傳熱束328L、 368L之上并且在上部傳熱束328U、 368U之下的位置處被注入到與主炭反應(yīng)區(qū)340隔開的區(qū)342中。盡管僅僅示出了單個(gè)的原料進(jìn)口 337,可以理解的是這個(gè)原料進(jìn)口 337用來代表多個(gè)這樣的進(jìn)口 。多個(gè)進(jìn)口都具有大體上相同的高度,并且沿著不與聲腔室311、 351鄰接的容器302的暴露側(cè)相隔開，如同在圖3B和3C中最佳所見。
最后，在上部束328U、 368U正上方的區(qū)域是延伸到頂部密相床線346的密相床區(qū)域344。超高區(qū)域348占據(jù)重整器容器302的最頂部部分。產(chǎn)品氣體349通過旋流器和本領(lǐng)域技術(shù)人員所已知的其它設(shè)備(未示出)從頂板區(qū)域348出來。
在示出的該實(shí)施方式中，重整器300具有兩個(gè)傳熱模塊310、 350,每個(gè)具有聲腔室311、 351和相關(guān)脈沖燃燒器312、 352。在操作期間，兩個(gè)傳熱模塊310、 350由計(jì)算機(jī)控制以改變?nèi)紵屎蛡鳠崧蕪亩玫仄ヅ湓谥卣?00內(nèi)的負(fù)荷且增強(qiáng)重整器的極限負(fù)荷(turndown )。
在脈沖燃燒器312、 352中，燃燒化學(xué)計(jì)量可以基于燃料燃燒率單獨(dú)地調(diào)節(jié)以確保在尾管314、 354或聲腔室311、 351內(nèi)完全燃燒。此外，向聲腔室311、 351內(nèi)供應(yīng)調(diào)溫空氣和/或再循環(huán)廢氣以調(diào)節(jié)進(jìn)入到傳熱管326、 366中的氣體溫度和/或使得污染物排放最小化。此外，脈沖燃燒器312、 352和它們的相關(guān)腔室313、 353、尾管314、 354和閥320、 360的幾何形狀可被設(shè)計(jì)成使得燃燒和聲學(xué)性能最大化，同時(shí)能傳熱束(在該束內(nèi)的保護(hù)管的直徑和長度、外管的直徑和長度以及管-管間隔或縫隙)可被設(shè)計(jì)成優(yōu)化傳熱性能和流化床操作性。在這種方式下，可以操作脈沖燃燒器以給傳熱管提供受控量的熱，從而處理引入到重整器容器302內(nèi)的反應(yīng)材料。流化床操作領(lǐng)域的普通技術(shù)人員熟悉控制重整器300、脈沖燃燒器312、 352、原料和流化介質(zhì)。因此，通過這種控制，并取決于正被處理的材料，可以選擇在沸騰床狀態(tài)下或在湍流流化狀態(tài)下操作重整器300。
圖4A示出了屬于在第一聲腔室311和重整器容器302之間的壁332的第一壁部400的第一個(gè)實(shí)施方式的剖面圖。第一壁部400包括管板406,其本身可以包括面對第一聲腔室311的耐火材料402。在這個(gè)實(shí)施方式中，壁部400包括一對管板406、 408，它們一起形成了被向內(nèi)突出的傳熱管打斷的環(huán)形膜式水冷壁404。
每個(gè)傳熱管326、 328具有環(huán)形結(jié)構(gòu)，并且包括內(nèi)保護(hù)管410和稍^t長一些的外管412 (流化床傳熱管)，在它們之間限定了環(huán)狀空間。內(nèi)管板406(相對于重整器容器302，其實(shí)際上是最外面的管板)支撐屬于束的內(nèi)保護(hù)管410。同時(shí)，外管板408 (相對于重整器容器302，其實(shí)際上是最內(nèi)部的管 板)支撐屬于束的外管412。在一個(gè)實(shí)施方式中，外管板408在預(yù)先確定的 位置處焊接到容器壁332上，或通過法蘭聯(lián)接螺栓連接到那里。類似地，內(nèi) 管板406也法蘭連接到和螺栓連接到鄰近容器壁332的分離器。
從尾管噴出的燃燒產(chǎn)物，例如廢氣，從聲腔室流入到內(nèi)保護(hù)管410內(nèi)， 如箭頭413所示。廢氣首先沿遠(yuǎn)離壁332的方向、沿著包括內(nèi)保護(hù)管410的 空心的第一通道409并且朝向傳熱管的端壁411流動。廢氣然后轉(zhuǎn)向，并且 沿朝向壁332的方向，通過由形成在內(nèi)保護(hù)管410和其它保護(hù)管420之間的 環(huán)狀空間限定的第二通道415流動，如箭頭414指示的那樣。第二通道415 與形成在兩管板406、 408之間的歧管416流體連通。因此，廢氣從第二通 道415進(jìn)入歧管416，從那里它導(dǎo)向廢氣管417，如箭頭418指示的那樣。
當(dāng)它們沿著內(nèi)保護(hù)管410移動時(shí)，在其內(nèi)的廢氣分別使得位于內(nèi)和外保 護(hù)管410、 312之間的環(huán)形區(qū)域內(nèi)的在相反方向上移動的氣體變暖。由于熱 傳導(dǎo)給了流化床，隨著它們從環(huán)狀空間的進(jìn)口流出，在環(huán)狀空間內(nèi)的廢氣趨 于變涼，但是被從在內(nèi)保護(hù)管410內(nèi)的廢氣傳導(dǎo)過來的熱稍微再次加熱。
這種布置可以消除對在重整器容器內(nèi)的熱膨脹連接和相關(guān)資金、操作和 維護(hù)成本的需要。此外，保護(hù)管-環(huán)狀空間設(shè)計(jì)促進(jìn)在外管412的外表面上 的接近一致的氣體溫度，這樣減少了位于外管412上的局部熱點(diǎn)的可能。它 也幫助增強(qiáng)將熱傳導(dǎo)到重整器容器內(nèi)的流化床。在一個(gè)實(shí)施方式中，管410 和412的橫截面和長度被選擇，使得傳熱束和聲腔室的相應(yīng)部分作為亥姆霍 茲和/或四分之一波長共振管操作。
如圖4B、 4C和4D所示，管板406、 408可以是水冷的，4吏用膜式水冷 壁結(jié)構(gòu)。外管板406支撐與出口集管(outlet header) 422A豎直地隔開的進(jìn) 口集管(inlet header) 420A。水424A被泵送到進(jìn)口集管420A內(nèi)，通過多 個(gè)冷卻管404向上移動并且進(jìn)入出口集管422A。水/蒸汽混合物426A然后 從該出口集管422A出來。類似地，內(nèi)管板408支撐與出口集管422B豎直 地隔開的進(jìn)口集管420B。水424B被泵送到進(jìn)口集管420B內(nèi)，通過多個(gè)冷 卻管428向上移動并且進(jìn)入出口集管422B。水/蒸汽混合物426B然后從該 出口集管422B出來。
可以理解的是，在一些實(shí)施方式中，為聲腔室311提供至少兩個(gè)這種壁 部400， 一個(gè)用于下組的傳熱管，并且另一個(gè)用于上組的傳熱管。進(jìn)一步可以理解的是，在圖3中看到的種類的重整器300內(nèi)，每個(gè)聲腔室311、 351 將有兩個(gè)這種與之相關(guān)的壁部、兩個(gè)與壁322相關(guān)并且另外兩個(gè)與壁334相 關(guān)，總共有四個(gè)這樣的壁部。
進(jìn)一步可以理解的是壁334具有相似的壁部并且因此兩個(gè)傳熱模塊 310、 350都將它們的廢氣傳遞到共同的反應(yīng)容器內(nèi)。
圖5A示出了屬于在第一聲腔室311和重整器容器302之間的壁332的 壁部500的第二個(gè)實(shí)施方式的剖面圖。壁部500包括第一水套532，其可以 包括面對聲腔室的耐火材料502。每個(gè)傳熱管包括內(nèi)保護(hù)管510和稍微長一 點(diǎn)的外管512，在兩者之間限定了環(huán)狀空間。
在這個(gè)實(shí)施方式中， 一對水套532、 534包圍傳熱管。第一水套532由 第一對管板542A、 542B形成，同時(shí)第二水套534由第二對管板544A、 544B 形成。內(nèi)保護(hù)管水套532對束的內(nèi)保護(hù)管510進(jìn)行冷卻，同時(shí)外管水套534 對束的外管512進(jìn)行冷卻。如同在圖5B和5C的實(shí)施方式中看到的那樣， 當(dāng)從重整器容器觀看時(shí)水套532、 534可以具有環(huán)形面。如果蒸汽壓力相對 低，或者如果它們的周邊按照重整器容器的壓力需要而充分地加強(qiáng)，水套可 以具有長方形面。
在圖5A的實(shí)施方式中，乂人尾管噴出的燃燒產(chǎn)物例如廢氣，從聲腔室流 入到內(nèi)保護(hù)管510內(nèi)，如箭頭513描述的那樣。廢氣沿著內(nèi)保護(hù)管510移動 到它的端部，回轉(zhuǎn)，并且通過外環(huán)狀空間流動，如箭頭514指示的那樣。廢 氣然后進(jìn)入形成在兩水套532、 534之間的歧管516。廢氣從歧管被引導(dǎo)到廢 氣管517，如箭頭518指示的那樣，并且從那里流出重整器容器，如箭頭519 指示的那樣。
在前面的簡單描述中，所示的脈沖燃燒器312、352分別具有單個(gè)閥320、 360和分別具有單個(gè)尾管314、 354。然而，可以理解的是，當(dāng)需要的時(shí)候脈 沖燃燒器312、 352可以分別包括多個(gè)這種閥和/或多個(gè)這種尾管。
重整器可以配置成在湍流流化狀態(tài)下操作，并且流化介質(zhì)可以由選自蒸 汽、空氣、富氧空氣、氧氣、氮?dú)?、二氧化氮、再循環(huán)產(chǎn)品氣體及其混合物。
另外，盡管上面的描述是關(guān)于能量轉(zhuǎn)化和合成氣生產(chǎn)的，應(yīng)當(dāng)注意的是 所披露的反應(yīng)器300也可以有有益地用于使用熱化學(xué)的和/或生物化學(xué)方法 處理任何反應(yīng)材料。這里所考慮的反應(yīng)材料不但包括含碳材料，而且也包括 無機(jī)物及其他。可以理解的是流化床操作領(lǐng)域的普通技術(shù)人員熟悉控制反應(yīng)器、脈沖燃燒器、原料進(jìn)口和流化介質(zhì)，以熱化學(xué)地或生物化學(xué)地處理多種 不同反應(yīng)材料。
上面描述的本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施方式旨在描述和示例性闡明本發(fā)明的多 個(gè)方面，并且不是旨在將本發(fā)明限制于這些實(shí)施方式。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員將理解在不偏離本發(fā)明的情況下可以對描述的實(shí)施方式進(jìn)行一定的修改。 所有這種修改都在附屬權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種配置成將含碳材料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品氣體的流化床重整器，該重整器包括限定隔室的反應(yīng)容器，所述隔室配置成接納可流化的含碳材料，所述反應(yīng)容器具有至少第一壁部和第二壁部；連接到所述反應(yīng)容器的第一傳熱模塊，所述第一傳熱模塊包括連接到第一聲腔室的第一脈沖燃燒器，其中所述第一脈沖燃燒器包括終止于所述第一聲腔室中的至少一個(gè)第一尾管；和伸到所述隔室中的第一多個(gè)傳熱管，所述第一多個(gè)傳熱管中的每個(gè)通過所述第一壁部與所述聲腔室流體連通，其中所述第一多個(gè)傳熱管中的每個(gè)配置成使得從所述至少一個(gè)第一尾管排出的燃燒產(chǎn)物沿遠(yuǎn)離所述第一壁部的方向，沿著每個(gè)傳熱管的第一通道移動，并且然后沿朝向所述第一壁部的方向，沿著所述每個(gè)傳熱管的第二通道移動。
2. 如權(quán)利要求1所述的流化床重整器，其中 所述第一多個(gè)傳熱管中的每個(gè)包括內(nèi)保護(hù)管和外管； 所述內(nèi)保護(hù)管形成第一通道；并且形成在所述內(nèi)保護(hù)管和所述外管之間的環(huán)狀空間形成第二通道。
3. 如權(quán)利要求2所述的流化床重整器，進(jìn)一步包括與所述第二通道流體 連通的歧管。
4. 如權(quán)利要求3所述的流化床重整器，其中所述歧管形成在與所述內(nèi)保 護(hù)管關(guān)聯(lián)的第 一管板和與所述外管關(guān)聯(lián)的第二管板之間。
5. 如權(quán)利要求4所述的流化床重整器，其中所述第一和第二管板中的每 個(gè)焊接到或者螺栓連接到所述第 一壁部。
6. 如權(quán)利要求1所述的流化床重整器，進(jìn)一步包括與所述第一多個(gè)傳熱 管關(guān)聯(lián)的冷卻系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)包括與出口集管豎直隔開的進(jìn)口集管，和在所述進(jìn)口集管和所述出口集管之間的多個(gè)冷卻管。
7. 如權(quán)利要求1所述的流化床重整器，進(jìn)一步包括與所述第一多個(gè)傳熱管關(guān)if關(guān)的冷卻系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)包括一對;波此隔開的套，第一套冷卻所述第一多個(gè)傳熱管的內(nèi)管，且第二套冷卻所述第一多個(gè)傳熱管的外管。
8. 如權(quán)利要求1所述的流化床重整器，進(jìn)一步包括 伸到所述隔室內(nèi)的第二多個(gè)傳熱管，所述第二多個(gè)傳熱管中的每個(gè)也與所述第 一聲腔室流體連通，所述第二多個(gè)傳熱管與所述第 一多個(gè)傳熱管豎直 地隔開，其中所述第二多個(gè)傳熱管中的每個(gè)配置成使得從所述尾管排出的燃燒產(chǎn)物 沿遠(yuǎn)離所述第一壁部的方向，沿著每個(gè)傳熱管的第一通道移動，并且然后沿 朝向所述第 一壁部的方向，沿著所述每個(gè)傳熱管的第二通道移動。
9. 如權(quán)利要求8所述的流化床重整器，進(jìn)一步包括與所述隔室流體連通 的至少一個(gè)原料進(jìn)口 ，所述至少一個(gè)原料進(jìn)口終止于豎直地在所述第一和第 二多個(gè)傳熱管之間的區(qū)域。
10. 如權(quán)利要求8所述的流化床重整器，進(jìn)一步包括連接到所述反應(yīng)容器的第二傳熱模塊，所述第二傳熱模塊包括連接到第 二聲腔室的第二脈沖燃燒器，其中所述第二脈沖燃燒器包括終止于所述第二 聲腔室中的第二尾管，和伸到所述隔室中的第三多個(gè)傳熱管，所述第三多個(gè)傳熱管中的每個(gè)通過 所述第二壁部與所述第二聲腔室流體連通，其中所述第三多個(gè)傳熱管中的每個(gè)被配置成使得從所述第二尾管排出的燃 燒產(chǎn)物沿遠(yuǎn)離第二壁部的方向，沿著所述第三多個(gè)傳熱管中的每個(gè)的第一通 道移動，并且然后沿朝向所述第二壁部的方向，沿著所述第三多個(gè)傳熱管中 的每個(gè)的第二通道移動。
11. 如權(quán)利要求IO所述的流化床重整器，進(jìn)一步包括伸到所述隔室中的第四多個(gè)傳熱管，所述第四多個(gè)傳熱管中的每個(gè)也與所述第二聲腔室流體連通，所述第四多個(gè)傳熱管與所述第三多個(gè)傳熱管豎直 地隔開，其中所述第四多個(gè)傳熱管中的每個(gè)被配置成使得從所述第二尾管排出的燃 燒產(chǎn)物沿遠(yuǎn)離所述第二壁部的方向，沿著所述第四多個(gè)傳熱管中的每個(gè)的第 一通道移動，并且然后沿朝向所述第二壁部的方向，沿著所述第四多個(gè)傳熱 管中的每個(gè)的第二通道移動。
12. 如權(quán)利要求11所述的流化床重整器，進(jìn)一步包括與所述隔室流體連通的至少一個(gè)原料進(jìn)口 ，所述至少一個(gè)原料進(jìn)口終止于豎直地在所述第一和 第二多個(gè)傳熱管之間并且也在所述第三和第四多個(gè)傳熱管之間的區(qū)域。
13. 如權(quán)利要求1所述的流化床重整器，包括連接到所述反應(yīng)容器的多個(gè)傳熱模塊，每個(gè)傳熱模塊包括連接到相關(guān)聲 腔室的脈沖燃燒器，其中每個(gè)脈沖燃燒器包括終止于所述相關(guān)聲腔室中的至 少一個(gè)尾管；和伸到所述隔室內(nèi)的多個(gè)上部和下部傳熱管，所述多個(gè)上部和下部傳熱管 中的每個(gè)通過反應(yīng)容器的壁部與相關(guān)聲腔室流體連通，其中所述多個(gè)上部和下部傳熱管中的每個(gè)被配置成使得從所述至少一個(gè)尾 管排出的燃燒產(chǎn)物沿遠(yuǎn)離所述反應(yīng)容器的所述壁部的方向，沿著每個(gè)傳熱管 的第一通道移動，并且然后沿朝向所述壁部的方向，沿著所述每個(gè)傳熱管的 第二通道移動。
14. 一種配置成熱化學(xué)地或生物化學(xué)地處理反應(yīng)材料的流化床反應(yīng)器， 該反應(yīng)器包括限定適于接納反應(yīng)材料的隔室的反應(yīng)容器；連接到所述反應(yīng)容器的多個(gè)傳熱模塊，每個(gè)傳熱模塊包括連接到的相關(guān) 聲腔室的脈沖燃燒器，其中每個(gè)脈沖燃燒器包括終止于相關(guān)聲腔室中的至少 一個(gè)尾管，和伸到所述隔室中的多個(gè)上部和下部傳熱管，所述多個(gè)上部和下部傳熱管 中的每個(gè)通過反應(yīng)容器的壁部與相關(guān)聲腔室流體連通，其中所述多個(gè)上部和下部傳熱管中的每個(gè)被配置成使得從所述至少一個(gè)尾管排出的燃燒產(chǎn)物沿遠(yuǎn)離所述反應(yīng)容器的所述壁部的方向，沿著每個(gè)傳熱管的第一通道移動，并且然后沿朝向所述壁部的方向，沿著所述每個(gè)傳熱管的第二通道移動。
15. 如權(quán)利要求14所述的流化床反應(yīng)器，其中每個(gè)傳熱管包括內(nèi)保護(hù)管和外管；所述內(nèi)保護(hù)管形成所述第一通道；并且形成在所述內(nèi)保護(hù)管和所述外管之間的環(huán)狀空間形成所述第二通道。
16. 如權(quán)利要求15所述的流化床反應(yīng)器，進(jìn)一步包括與所述第二通道流體連通的歧管。
17. 如權(quán)利要求16所述的流化床反應(yīng)器，其中所述歧管形成在與所述內(nèi)保護(hù)管關(guān)聯(lián)的第一管板和與所述外管關(guān)聯(lián)的第二管板之間。
18. 如權(quán)利要求17所述的流化床反應(yīng)器，其中所述第一和第二管板中的每個(gè)焊接到或者螺栓連接到所述反應(yīng)容器的所述壁部。
19. 如權(quán)利要求14所述的流化床反應(yīng)器，進(jìn)一步包括與所述上部和下部傳熱管中的至少一個(gè)相關(guān)的冷卻系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)包括與出口集管豎直地隔開的進(jìn)口集管，和在所述進(jìn)口集管和所述出口集管之間的多個(gè)冷卻管。
20. 如權(quán)利要求14所述的流化床反應(yīng)器，進(jìn)一步包括與第一多個(gè)傳熱管關(guān)聯(lián)的冷卻系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)包括一對彼此隔開的套，第一套冷卻第一多個(gè)傳熱管的內(nèi)管，且第二套冷卻第一多個(gè)傳熱管的外管。
21. 如權(quán)利要求14所述的流化床反應(yīng)器，進(jìn)一步包括與所述隔室流體連通的至少一個(gè)原料進(jìn)口，所述至少一個(gè)原料進(jìn)口終止于豎直地在所述多個(gè)上部和下部傳熱管之間的區(qū)域。
22. —種用于將含碳材料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品氣體的流化床重整器，該流化床重整器包括限定適于接納含碳材料的隔室的反應(yīng)容器；至少部分地占據(jù)所述隔室并且在所述隔室內(nèi)的第一豎直廣度上延伸的 第一組加熱管道，第一組中的每個(gè)加熱管道配置成將熱從熱源傳遞到所述隔 室，所述第一組中的所述加熱管道具有第一厚度；至少部分地占據(jù)所述隔室并且在所述隔室內(nèi)的第二豎直廣度上延伸的 第二組加熱管道，第二組中的每個(gè)加熱管道配置成將熱從熱源傳遞到所述隔 室，第二組中的加熱管道具有第二厚度，第二組加熱管道放置于所述第一組 加熱管道的豎直上方并且與其隔開第一間距，所述第一間距至少與第一和第 二厚度中較小的一個(gè)一樣大；和配置成在豎直地在所述第一和第二組加熱管道之間的區(qū)域?qū)⒑疾牧?虧1入到所述反應(yīng)容器中的多個(gè)原料進(jìn)口 。
23. 如權(quán)利要求22所述的流化床重整器，其中所述第一間距至少與所述 第一和第二豎直廣度中較小的一個(gè)一樣大。
24. 如權(quán)利要求23所述的流化床重整器，其中所述第一間距至少是所述 第一和第二豎直廣度中較小的一個(gè)的兩倍。
25. 如權(quán)利要求22所述的流化床重整器，其中反應(yīng)容器具有長方形的橫 截面。
26. 如權(quán)利要求22所述的流化床重整器，其中所述加熱管道與脈沖加熱 器關(guān)聯(lián)。
27. 如權(quán)利要求22所述的流化床重整器，其中所述第一和第二組加熱管 道中的至少一組包括兩排或多于兩排加熱管道。
28. 如權(quán)利要求27所述的流化床重整器，其中在所述第一和第二組中的 至少一組內(nèi)的相鄰排的加熱管道是交錯(cuò)的。
29. 如權(quán)利要求27所述的流化床重整器，其中所述第一和第二組加熱管道均包括兩排或多于兩排加熱管道。
30. 如權(quán)利要求29所述的流化床重整器，其中在每組內(nèi)的相鄰排加熱管 道是交錯(cuò)的。
31. 如權(quán)利要求22所述的流化床重整器，包括流化介質(zhì)，所述流化介質(zhì) 是蒸汽、空氣、富氧空氣、氧氣、氮?dú)?、二氧化碳、再循環(huán)產(chǎn)品氣體及其混 合物中的一種。
32. 如權(quán)利要求31所述的流化床重整器，配置成在湍流流化狀態(tài)下操作。
33. —種將含碳材料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品氣體的方法，該方法包括 提供流化床重整器，所述流化床重整器包括限定適于接納含碳材料的隔室的反應(yīng)容器；至少部分地占據(jù)所述隔室并且在所述隔室內(nèi)的第一豎直廣度 上延伸的第一組加熱管道，第一組中的每個(gè)加熱管道配置成將熱從 熱源傳遞到所述隔室，第 一組中的所述加熱管道具有第 一厚度；至少部分地占據(jù)所述隔室并且在所述隔室內(nèi)的第二豎直廣度 上延伸的第二組加熱管道，第二組中的每個(gè)加熱管道配置成將熱從 熱源傳遞到所述隔室，第二組中的加熱管道具有第二厚度；所述第 二組加熱管道^:置于所述第一組加熱管道的豎直上方并且與其隔 開第 一間距，所述第 一間距至少與所述第 一和第二厚度中較小的一 個(gè)一纟羊大；和 將流化介質(zhì)引入到所述隔室內(nèi)；在豎直地在所述第 一和第二組加熱管道之間的區(qū)域?qū)⒑疾牧弦氲?所述隔室中；控制在所述反應(yīng)容器中的反應(yīng)，使得至少一部分所述含碳材料在流化床 中轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品氣體。
34. 如權(quán)利要求33所述的方法，包括提供具有脈沖加熱器的反應(yīng)容器，所述加熱管道與所述脈沖加熱器關(guān) 聯(lián)；并且其中控制在所述反應(yīng)容器內(nèi)的反應(yīng)包括控制脈沖加熱器的操作。
35. 如權(quán)利要求33所述的方法，包括在湍流流化狀態(tài)下操作反應(yīng)容器。
36. 如權(quán)利要求33所述的方法，其中所述流化介質(zhì)是蒸汽、空氣、富氧 空氣、氧氣、氮?dú)?、二氧化碳、再循環(huán)產(chǎn)品氣體及其混合物中的一種。
37. —種配置成熱化學(xué)地或生物化學(xué)地處理反應(yīng)材料的流化床反應(yīng)器， 該反應(yīng)器包括限定適于接納反應(yīng)材料的隔室的反應(yīng)容器；至少部分地占據(jù)所述隔室并且在所述隔室內(nèi)的第一豎直廣度上延伸的 第一組加熱管道，第一組中的每個(gè)加熱管道配置成將熱/人熱源傳遞到所述隔 室，第一組中的所述加熱管道具有第一厚度；至少部分地占據(jù)所述隔室并且在所述隔室內(nèi)的第二豎直廣度上延伸的 第二組加熱管道，第二組中的每個(gè)加熱管道配置成將熱從熱源傳遞到所述隔 室，第二組中的加熱管道具有第二厚度；所述第二組加熱管道布置于所述第 一組加熱管道的豎直上方并且與其隔開第一間距，所述第一間距至少與所述 第一和第二厚度中較小的一個(gè)一樣大；和配置成在豎直地在第 一和第二組加熱管道之間的區(qū)域?qū)⒎磻?yīng)材料引入 到所述反應(yīng)容器內(nèi)的多個(gè)原料進(jìn)口 。
38. 如權(quán)利要求37所述的流化床反應(yīng)器，其中所述第一間距至少與所述 第一和第二豎直廣度中較小的一個(gè)一樣大。
39. 如權(quán)利要求38所述的流化床反應(yīng)器，其中所述第一間距至少是所述 第一和第二豎直廣度中較小的一個(gè)的兩倍。
40. 如權(quán)利要求37所述的流化床反應(yīng)器，其中加熱管道與脈沖加熱器關(guān)聯(lián)。
41. 如權(quán)利要求37所述的流化床反應(yīng)器，其中所述第一和第二組加熱管 道中的至少一組包括兩排或多于兩排加熱管道。
42. 如權(quán)利要求41所述的流化床反應(yīng)器，其中在所述第 一和第二組中的 至少一組內(nèi)，相鄰排的加熱管道是交錯(cuò)的。
43. 如權(quán)利要求40所述的流化床反應(yīng)器，其中所述第一和第二組加熱管 道均包括兩排或多于兩排加熱管道。
44. 如權(quán)利要求43所述的流化床反應(yīng)器，其中在每組內(nèi)，相鄰排的加熱 管道是交錯(cuò)的。
45. —種熱化學(xué)地或生物化學(xué)地處理反應(yīng)材料以形成產(chǎn)品的方法，該方 法包括提供流化床反應(yīng)器，所述流化床反應(yīng)器，包括限定適于接納反應(yīng)材料的隔室的反應(yīng)容器；至少部分地占據(jù)所述隔室并且在所述隔室內(nèi)的第一豎直廣度 上延伸的第一組加熱管道，第一組中的每個(gè)加熱管道配置成將熱從 熱源傳遞到所述隔室，第一組中的加熱管道具有第一厚度；和至少部分地占據(jù)所述隔室并且在所述隔室內(nèi)的第二豎直廣度 上延伸的第二組加熱管道，第二組中的每個(gè)加熱管道配置成將熱從 熱源傳遞到所述隔室，第二組中的加熱管道具有第二厚度，所述第 二組加熱管道布置于所述第一組加熱管道豎直上方并且與其隔開 第 一 間距，所述第 一間距至少與所述第 一和第二厚度中較小的一個(gè) 一樣大；將流化介質(zhì)《I入到所述隔室內(nèi)；在豎直地在所述第 一和第二組加熱管道之間的區(qū)域?qū)⒎磻?yīng)材料引入到 所述隔室中；以及控制在所述反應(yīng)容器內(nèi)的反應(yīng)，使得至少一部分所述反應(yīng)材料在流化床中轉(zhuǎn)化成一種或多種產(chǎn)
46. 如^又利要求45的方法，包括向所述反應(yīng)容器提供脈沖加熱器，所述加熱管道與脈沖加熱器關(guān)聯(lián)；并 且其中控制在所述反應(yīng)容器內(nèi)的反應(yīng)包括控制脈沖加熱器的操作。
47. 如權(quán)利要求45所述的方法，包括在湍流流化狀態(tài)下操作反應(yīng)容器。
48.如權(quán)利要求47所述的方法，其中所述流化介質(zhì)是蒸汽、空氣、富氧 空氣、氧氣、氮?dú)狻⒍趸?、再循環(huán)產(chǎn)品氣體及其混合物中的一種。
全文摘要
具有反應(yīng)容器的流化床反應(yīng)器，該反應(yīng)容器具有配置成處理反應(yīng)材料以形成一種或多種產(chǎn)物的隔室。包括脈沖燃燒器和相關(guān)聲腔室的至少一個(gè)傳熱模塊連接到反應(yīng)容器。脈沖燃燒器具有終止于它的相關(guān)聲腔室中的至少一個(gè)尾管。從尾管出來的廢氣從聲腔室經(jīng)過，通過將聲腔室與反應(yīng)容器隔開的壁部并進(jìn)入到伸入反應(yīng)容器的隔室內(nèi)的傳熱管內(nèi)。原料進(jìn)口配置成將反應(yīng)材料引入到豎直地在第一和第二組傳熱管之間的區(qū)域。傳熱管具有環(huán)形結(jié)構(gòu)，使得廢氣沿遠(yuǎn)離壁部的方向經(jīng)過內(nèi)保護(hù)管，轉(zhuǎn)向，并且沿朝向壁部的方向上返回，在那里它們被導(dǎo)向到歧管。第一組加熱管道至少部分地占用隔室并且在隔室內(nèi)的第一豎直廣度上延伸。第二組加熱管道至少部分地占用隔室并且在隔室內(nèi)的第二豎直廣度上延伸。第一組加熱管道在第二組加熱管道的豎直下方并且與其隔開第一間距。
文檔編號B01J7/00GK101479026SQ200780023620
公開日2009年7月8日 申請日期2007年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月24日
發(fā)明者拉維·錢德蘭 申請人:國際熱化學(xué)恢復(fù)股份有限公司