用于氣化的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】一種系統(tǒng)，包括氣化器，所述氣化器構(gòu)造為氣化進(jìn)料，從而產(chǎn)生合成氣。所述氣化器包含第一軸線。所述系統(tǒng)還包括設(shè)置在氣化器內(nèi)的第一氣化反應(yīng)區(qū)域。所述第一氣化反應(yīng)區(qū)域至少部分地由基本上垂直于第一軸線的第一壁來限定。所述系統(tǒng)還包括連接至氣化器的第一進(jìn)料噴射器。第一進(jìn)料噴射器構(gòu)造為在相對(duì)于第一軸線的第一方向上將進(jìn)料噴射至第一壁下方的第一氣化反應(yīng)區(qū)域內(nèi)。
【專利說明】
用于氣化的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]在本文中公開的主題涉及氣化器，并且更特別地涉及用于設(shè)計(jì)氣化器的反應(yīng)區(qū)域的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氣化器將含碳材料轉(zhuǎn)化為一氧化碳和氫氣的混合物，其稱為合成氣體或合成氣。例如，整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)發(fā)電廠包括一個(gè)或更多個(gè)氣化器，其在高溫下使原料與氧氣和溫度緩和劑進(jìn)行反應(yīng)以產(chǎn)生合成氣，所述溫度緩和劑例如為蒸汽或水。不幸的是，在氣化器中，由氣化獲得的合成氣可能會(huì)包括較不期望的組分，例如熔渣和/或細(xì)灰。合成氣中的熔渣和/或灰分會(huì)影響氣化器下游設(shè)備的運(yùn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]下文概括與本發(fā)明范圍相當(dāng)?shù)奶囟ǖ膶?shí)施例。這些實(shí)施例并不意圖限定權(quán)利要求的范圍，與之相反的是，這些實(shí)施例僅意圖提供本發(fā)明可能形式的主要概括。確實(shí)地，本發(fā)明的實(shí)施例可以涵蓋與在下文闡述的實(shí)施例相似或不同的多種不同的形式。
[0004]在第一實(shí)施例中，系統(tǒng)包括氣化器，所述氣化器構(gòu)造為氣化進(jìn)料，從而產(chǎn)生合成氣。所述氣化器包含第一軸線。所述系統(tǒng)還包括在氣化器內(nèi)設(shè)置的第一氣化反應(yīng)區(qū)域。第一氣化反應(yīng)區(qū)域至少部分地通過基本上垂直于第一軸線的第一壁來限定。所述系統(tǒng)還包括連接至氣化器的第一進(jìn)料噴射器。第一進(jìn)料噴射器構(gòu)造為在相對(duì)于第一軸線的第一方向上將進(jìn)料噴射至第一壁下方的第一氣化反應(yīng)區(qū)內(nèi)。
[0005]在第二實(shí)施例中，方法包括在設(shè)置于氣化器內(nèi)的氣化反應(yīng)區(qū)域中氣化進(jìn)料以產(chǎn)生合成氣。所述氣化器包含第一軸線。所述方法還包括使用連接至氣化器的進(jìn)料噴射器將進(jìn)料噴射至氣化反應(yīng)區(qū)域內(nèi)，使用第一壁在基本上垂直于第一軸線的第一方向上使合成氣流經(jīng)氣化反應(yīng)區(qū)域，并在基本上平行于第一軸線的第二方向上由氣化反應(yīng)區(qū)域排出合成氣。
[0006]在第三實(shí)施例中，系統(tǒng)包括氣化器，構(gòu)造為氣化進(jìn)料從而產(chǎn)生合成氣。所述氣化器包含第一軸線。所述系統(tǒng)還包括設(shè)置于氣化器內(nèi)的氣化反應(yīng)區(qū)域。氣化反應(yīng)區(qū)域通過第一管道限定，所述管道具有基本上垂直于第一軸線的第二軸線。所述系統(tǒng)還包括設(shè)置于第一管道內(nèi)的第一出口。第一出口基本上以第一軸線為中心，并構(gòu)造為在基本上平行于第一軸線的第一方向上導(dǎo)向合成氣。所述系統(tǒng)還包括第一進(jìn)料噴射器，其連接至第一管道的第一端部。第一進(jìn)料噴射器構(gòu)造為在基本上垂直于第一軸線的第二方向上將進(jìn)料噴射至氣化反應(yīng)區(qū)域中。
[0007]本發(fā)明的第一技術(shù)方案提供了一種系統(tǒng)，包含:氣化器，構(gòu)造為氣化進(jìn)料以產(chǎn)生合成氣，其中，氣化器包含第一軸線;第一氣化反應(yīng)區(qū)域，設(shè)置在氣化器中，其中，第一氣化反應(yīng)區(qū)域至少部分地由大體垂直于第一軸線的第一壁限定;和第一進(jìn)料噴射器，連接至氣化器，其中，第一進(jìn)料噴射器構(gòu)造為在相對(duì)于第一軸線的第一方向上將進(jìn)料噴射入在第一壁下方的第一氣化反應(yīng)區(qū)域。
[0008]本發(fā)明的第二技術(shù)方案在于，在第一技術(shù)方案中，第一壁為凹入的，并且構(gòu)造為在第一方向上導(dǎo)向合成氣。
[0009]本發(fā)明的第三技術(shù)方案在于，在第一技術(shù)方案中，包含設(shè)置在第二壁中的反應(yīng)區(qū)域出口，第二壁設(shè)置為與第一壁相對(duì)，其中，反應(yīng)區(qū)域出口構(gòu)造為在大體平行于第一軸線的第一方向上導(dǎo)向合成氣。
[0010]本發(fā)明的第四技術(shù)方案在于，在第一技術(shù)方案中，氣化器包含氣化器出口，其構(gòu)造為在大體與第一方向相反的第二方向上運(yùn)輸來自氣化器的合成氣，第一方向大體平行于第一軸線。
[0011]本發(fā)明的第五技術(shù)方案在于，在第一技術(shù)方案中，包含連接至氣化器的第二進(jìn)料噴射器，其中，第二進(jìn)料噴射器與第一進(jìn)料噴射器大體相對(duì)地設(shè)置。
[0012]本發(fā)明的第六技術(shù)方案在于，在第一技術(shù)方案中，第一壁包含混合室，構(gòu)造為增強(qiáng)進(jìn)料、合成氣中的至少一者或二者的混合或膨脹中的至少一者或兩者。
[0013]本發(fā)明的第七技術(shù)方案在于，在第一技術(shù)方案中，第二壁朝向反應(yīng)區(qū)域出口傾斜，以允許在氣化期間產(chǎn)生的熔渣流向反應(yīng)區(qū)域出口。
[0014]本發(fā)明的第八技術(shù)方案在于，在第一技術(shù)方案中，包含連接至反應(yīng)區(qū)域出口的出口管道，其中，出口管道構(gòu)造為在第一方向上導(dǎo)向合成氣。
[0015]本發(fā)明的第九技術(shù)方案提供一種方法，包含:在設(shè)置于氣化器中的氣化反應(yīng)區(qū)域中氣化進(jìn)料以產(chǎn)生合成氣，其中，氣化器包含第一軸線;使用連接至氣化器的進(jìn)料噴射器將進(jìn)料噴射入氣化反應(yīng)區(qū)域;使用第一壁在大體垂直于第一軸線的第一方向上使合成氣流經(jīng)氣化反應(yīng)區(qū)域;和在大體平行于第一軸線的第二方向上由氣化反應(yīng)區(qū)域排出合成氣。
[0016]本發(fā)明的第十技術(shù)方案在于，在第九技術(shù)方案中，由氣化反應(yīng)區(qū)域排出合成氣包含使合成氣穿過第一反應(yīng)區(qū)域出口排出，第一反應(yīng)區(qū)域出口設(shè)置在第二壁中，第二壁設(shè)置成與第一壁相對(duì)。
[0017]本發(fā)明的第十一技術(shù)方案在于，在第九技術(shù)方案中，包含在急冷室、局部淬火器、合成氣冷卻器或反應(yīng)器或其任意組合中的至少一者中，接收在氣化反應(yīng)區(qū)域中產(chǎn)生的合成
Ho
[0018]本發(fā)明的第十二技術(shù)方案在于，在第九技術(shù)方案中，包含使用基本上平行于第一軸線的第三壁在與第一方向基本上相反的第三方向上使合成氣流經(jīng)氣化反應(yīng)區(qū)域。
[0019]本發(fā)明的第十三技術(shù)方案在于，在第九技術(shù)方案中，包含通過第二反應(yīng)區(qū)域出口，在與第二方向大體相反的第四方向上從氣化反應(yīng)區(qū)域排出合成氣的一部分。
[0020]本發(fā)明的第十四技術(shù)方案提供了一種系統(tǒng)，包含:氣化器，構(gòu)造為氣化進(jìn)料以產(chǎn)生合成氣，其中氣化器包含第一軸線;在氣化器中設(shè)置的氣化反應(yīng)區(qū)域，其中氣化反應(yīng)區(qū)域通過具有第二軸線的第一管道限定，第二軸線大體垂直于第一軸線;第一出口，設(shè)置在第一管道中，其中第一出口基本上繞第一軸線居中，并且構(gòu)造為在基本平行于第一軸線的第一方向上導(dǎo)向合成氣;和第一進(jìn)料噴射器，連接至第一管道的第一端部，其中第一進(jìn)料噴射器構(gòu)造為在基本垂直于第一軸線的第二方向上將進(jìn)料噴射入氣化反應(yīng)區(qū)域。
[0021 ]本發(fā)明的第十五技術(shù)方案在于，在第十四技術(shù)方案中，包含第二進(jìn)料噴射器，其連接至第一管道的第二端部，其中第二進(jìn)料噴射器構(gòu)造為在第三方向上將進(jìn)料噴射入氣化反應(yīng)區(qū)域，第三方向基本上與第二方向相反。
[0022]本發(fā)明的第十六技術(shù)方案在于，在第十四技術(shù)方案中，第一管道包含通道，其構(gòu)造為將在氣化期間產(chǎn)生的熔渣導(dǎo)向第一出口。
[0023]本發(fā)明的第十七技術(shù)方案在于，在第十四技術(shù)方案中，氣化器包含上出口，構(gòu)造為從第四方向接收合成氣的至少一部分，第四方向基本與第一方向相反。
[0024]本發(fā)明的第十八技術(shù)方案在于，在第十四技術(shù)方案中，包含第二管道，第二管道至少部分地圍繞第一管道。
[0025]本發(fā)明的第十九技術(shù)方案在于，在第十八技術(shù)方案中，包含在第二管道中設(shè)置的第二出口，其中第二出口構(gòu)造為在第四方向上導(dǎo)向合成氣的一部分，第四方向基本上與第一方向相反。
[0026]本發(fā)明的第二十技術(shù)方案在于，在第十四技術(shù)方案中，包含出口管道，其連接至第一出口，其中出口管道構(gòu)造為在第一方向上導(dǎo)向合成氣。
【附圖說明】
[0027]當(dāng)參考附圖閱讀下文的詳細(xì)說明時(shí)，將更好地理解本發(fā)明的這些和其它的技術(shù)特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件，其中:
[0028]圖1為根據(jù)本公開的具有反應(yīng)裝置的氣化器的實(shí)施例的示意圖；
[0029]圖2為根據(jù)本公開的具有反應(yīng)裝置的氣化器的實(shí)施例的截面圖；
[0030]圖3為圖2的氣化器的實(shí)施例的另一截面圖；
[0031 ]圖4為根據(jù)本公開的反應(yīng)裝置的實(shí)施例的截面圖；
[0032]圖5為根據(jù)本公開的反應(yīng)裝置的實(shí)施例的截面圖；
[0033]圖6為根據(jù)本公開的反應(yīng)裝置的實(shí)施例的截面圖；
[0034]圖7為根據(jù)本公開的具有反應(yīng)裝置的氣化器的實(shí)施例的截面圖；
[0035]圖8為根據(jù)本公開的具有反應(yīng)裝置的氣化器的實(shí)施例的截面圖；
[0036]圖9為根據(jù)本公開的包括至少兩個(gè)進(jìn)料噴射器的反應(yīng)裝置的實(shí)施例的截面圖；
[0037]圖10為根據(jù)本公開的包括三個(gè)進(jìn)料噴射器的反應(yīng)裝置的實(shí)施例的俯視圖；
[0038]圖11為根據(jù)本公開的具有包括至少兩個(gè)進(jìn)料噴射器的反應(yīng)裝置的氣化器的實(shí)施例的截面圖；
[0039]圖12為根據(jù)本公開的具有包括至少兩個(gè)進(jìn)料噴射器的反應(yīng)裝置的氣化器的實(shí)施例的截面圖；
[0040]圖13為根據(jù)本公開的具有包括至少兩個(gè)進(jìn)料噴射器的反應(yīng)裝置的氣化器的實(shí)施例的截面圖；并且
[0041]圖14為根據(jù)本公開的具有包括至少兩個(gè)進(jìn)料噴射器的反應(yīng)裝置的氣化器的實(shí)施例的截面圖。
具體實(shí)施例
[0042 ]本公開的一種或多種特別的實(shí)施例將在下文描述。在試圖提供這些實(shí)施例的簡要說明時(shí)，在說明書中可以不描述實(shí)際實(shí)施的所有技術(shù)特征。應(yīng)當(dāng)理解的是，在任何這樣的實(shí)際實(shí)施的改進(jìn)中，正如在任何工程或設(shè)計(jì)項(xiàng)目中的，必須要做出大量特殊的實(shí)施決策來實(shí)現(xiàn)開發(fā)人員特定的目標(biāo)，例如與系統(tǒng)相關(guān)的和商業(yè)相關(guān)的限制相適應(yīng)的，其在不同的實(shí)施例之間可以是不同的。此外，應(yīng)當(dāng)理解的是，這樣的改進(jìn)嘗試可能是復(fù)雜的和耗時(shí)的，但是對(duì)于得益于本公開的本領(lǐng)域技術(shù)人員所進(jìn)行的設(shè)計(jì)、制造和制備將會(huì)是常規(guī)的。
[0043]當(dāng)介紹本發(fā)明不同實(shí)施例的元件時(shí)，冠詞“一”、“一個(gè)”、“該”和“所述”意圖表示存在一個(gè)或更多個(gè)元件。術(shù)語“包含”、“包括”和“具有”意圖包括并表示除了所列出的元件之外可以存在其它的元件。
[0044]本發(fā)明提供了在氣化器內(nèi)設(shè)置的反應(yīng)裝置，用以促進(jìn)燃料進(jìn)料的碳轉(zhuǎn)化以及在氣化器中產(chǎn)生的合成氣和熔渣的分離。根據(jù)本公開，反應(yīng)裝置可以至少包括第一壁，其可在氣化器中基本上水平地布置(例如垂直于氣化器的縱軸線)。第一氣化反應(yīng)區(qū)域包括氣化器的通常位于第一壁下方的內(nèi)部區(qū)域。一個(gè)或更多個(gè)進(jìn)料噴射器可流體連接于第一氣化反應(yīng)區(qū)域，并構(gòu)造為在基本上水平的方向上將進(jìn)料噴射至第一氣化反應(yīng)區(qū)域中。所注射的進(jìn)料在第一氣化反應(yīng)區(qū)域中進(jìn)行部分氧化反應(yīng)以產(chǎn)生合成氣以及熔渣和粉末(例如，未轉(zhuǎn)化的或者部分轉(zhuǎn)化的進(jìn)料和細(xì)灰)。因?yàn)榈谝槐跒榘ㄎ崔D(zhuǎn)化的或部分轉(zhuǎn)化的碳的熔渣和粉末提供額外的表面，因而在排出第一氣化反應(yīng)區(qū)域之前接觸或沖擊，進(jìn)料的反應(yīng)區(qū)域和有效的反應(yīng)停留時(shí)間會(huì)增加。同樣地，反應(yīng)裝置(例如第一壁)會(huì)提高進(jìn)料的碳轉(zhuǎn)化。
[0045]因?yàn)榈谝粴饣磻?yīng)區(qū)域通常位于第一壁的下方，所以所產(chǎn)生的合成氣、熔渣和粉末可以在基本向下的方向上排出第一氣化區(qū)域。在合成氣、熔渣和粉末排出反應(yīng)區(qū)域出口時(shí)，合成氣的至少一部分以及粉末的一部分會(huì)在氣化器內(nèi)大體向上地運(yùn)動(dòng)，并且熔渣以及合成氣和粉末的其它部分在氣化器內(nèi)大體向下運(yùn)動(dòng)。粉末與熔渣的分離至少部分地由于粉末和熔渣性質(zhì)上的不同而起作用，例如尺寸分布和密度。同樣地，反應(yīng)裝置可以促進(jìn)合成氣與恪渣在氣化器內(nèi)的分離，以及粉末與恪渣在氣化器內(nèi)的分離。
[0046]根據(jù)本公開，除了第一壁，反應(yīng)裝置可以包括其它結(jié)構(gòu)組件。在一些實(shí)施例中，反應(yīng)裝置可以包括第一壁和第二壁，二者可以基本上水平地設(shè)置在氣化器內(nèi)，其中，第二壁相對(duì)于第一壁向下地設(shè)置。由此，第一氣化反應(yīng)區(qū)域包括氣化器的內(nèi)部區(qū)域，其通常設(shè)置在第一壁和第二壁之間，或者至少部分地由第一壁和第二壁包圍。一個(gè)或更多個(gè)進(jìn)料噴射器可以流體連接于第一氣化反應(yīng)區(qū)域，并構(gòu)造為將進(jìn)料噴射至第一氣化反應(yīng)區(qū)域中。第二壁可以包括開口或出口(例如反應(yīng)區(qū)域出口)，以用于導(dǎo)向所產(chǎn)生的合成氣以及熔渣和粉末在大體向下的方向上排出第一氣化區(qū)域。第一壁和第二壁二者可以對(duì)熔渣和粉末、包括未轉(zhuǎn)化的或部分轉(zhuǎn)化的碳提供額外的表面來進(jìn)行接觸或沖擊，由此提高進(jìn)料的碳轉(zhuǎn)化。此外，由于合成氣的一部分(以及粉末的一部分)可以大體向上地運(yùn)動(dòng)以排出反應(yīng)區(qū)域出口，并由于合成氣的其它部分(以及熔渣和粉末的其它部分)可以大體向下地運(yùn)動(dòng)以排出反應(yīng)區(qū)域出口，所以反應(yīng)裝置可以促進(jìn)合成氣與熔渣在氣化器內(nèi)的分離，以及粉末與熔渣在氣化器內(nèi)的分離。
[0047]參考上文，圖1描述了根據(jù)本公開的具有反應(yīng)裝置11的氣化器10的實(shí)施例。公開的實(shí)施例可以相對(duì)于軸向軸線或方向12、徑向軸線或方向14和周向軸線或方向16來描述。此夕卜，氣化器10可以具有第一軸線18，其大體平行于軸向軸線12。在描述的實(shí)施例中，反應(yīng)裝置11包括進(jìn)料噴射器22和第一壁26。進(jìn)料噴射器22將進(jìn)料20噴射至氣化器10中。進(jìn)料20可以包括任何合適的燃料，例如煤、石油焦炭、生物質(zhì)、木質(zhì)材料、農(nóng)業(yè)廢棄物、焦油、瀝青、殘?jiān)?、天然氣、燃料氣或含碳材料，或其任意組合。
[0048]如所述的，進(jìn)料噴射器22將進(jìn)料20導(dǎo)向至第一氣化反應(yīng)區(qū)域28。第一氣化反應(yīng)區(qū)域28可以是在氣化器10內(nèi)的區(qū)域，通常位于第一壁26下方及其附近。如在圖1中所示的，第一壁26可以基本上垂直于(例如約90° ±10°)第一軸線18。因此，第一壁26在第一氣化反應(yīng)區(qū)域28中在大體徑向方向14上導(dǎo)向進(jìn)料20，該徑向方向14基本上垂直于第一軸線18。第一壁26可以是大體平面的或曲面的(例如向下凹入)。
[0049]在第一氣化反應(yīng)區(qū)域28內(nèi)，進(jìn)料20可被加熱經(jīng)歷不同的過程，包括部分氧化反應(yīng)。作為部分氧化反應(yīng)的結(jié)果，會(huì)產(chǎn)生合成氣24(例如一氧化碳和氫氣)。此外，源自進(jìn)料20的非可氣化灰材料、未轉(zhuǎn)化的燃料和/或未完全轉(zhuǎn)化的燃料可以作為該過程的副產(chǎn)物產(chǎn)生。這些副產(chǎn)物可存在更大顆粒的熔渣(例如非可氣化灰材料)，通常稱為熔渣29，以及更小的顆粒(例如未轉(zhuǎn)化燃料或部分轉(zhuǎn)化燃料，和細(xì)灰)，通常稱為粉末31。
[0050]在氣化器10內(nèi)，合成氣24、熔渣29和粉末31可以在不同的方向上運(yùn)動(dòng)。如所示的，合成氣24的一部分以及粉末31的一部分在排出第一氣化反應(yīng)區(qū)域28后，可在平行于第一軸線18的大體向上方向上運(yùn)動(dòng)，以排出氣化器10(例如在氣化器10的頂部33處或附近)。合成氣24和粉末31的其它部分以及熔渣29在排出第一氣化反應(yīng)區(qū)域28后，可在平行于第一軸線18的大體向下方向上運(yùn)動(dòng)，從而排出氣化器10(例如在氣化器10的底部35處或其附近)。如在下文更加詳細(xì)地討論的，在特定的實(shí)施例中，在氣化器10內(nèi)可以設(shè)置額外的氣化反應(yīng)區(qū)域(例如，第二氣化反應(yīng)區(qū)域34)，從而能夠在氣化器10內(nèi)使進(jìn)料20進(jìn)行額外的部分氧化，和/或允許提高進(jìn)料20的碳轉(zhuǎn)化。
[0051]根據(jù)本公開，在排出第一氣化反應(yīng)區(qū)域28之前，第一壁26可用于對(duì)熔渣29和粉末31、包括未轉(zhuǎn)化的或部分轉(zhuǎn)化的碳提供額外的表面來接觸或沖擊，由此提高進(jìn)料20的碳轉(zhuǎn)化。換句話說，與第一壁26接觸的粉末31的部分(例如，未轉(zhuǎn)化或部分轉(zhuǎn)化的部分)可進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為合成氣24。在排出第一氣化反應(yīng)區(qū)域28后，合成氣24和粉末31 (或者至少其一部分)可以沿著第一軸線18大體向上地運(yùn)動(dòng)。在排出第一氣化反應(yīng)區(qū)域28后，熔渣29可以沿著第一軸線18大體向下地運(yùn)動(dòng)，由此與合成氣24和粉末31分離。
[0052]根據(jù)本公開，除了第一壁26，反應(yīng)裝置11可以包括其它的結(jié)構(gòu)部件(例如壁、護(hù)罩、殼體)，以用于在排出第一氣化反應(yīng)區(qū)域28之前，為熔渣29和粉末31、包括未轉(zhuǎn)化的或部分轉(zhuǎn)化的碳提供額外的表面來接觸或沖擊，由此提高進(jìn)料20的碳轉(zhuǎn)化。作為例子，反應(yīng)裝置11可以包括第二壁32，其基本上垂直于(例如約90° ±10°)第一軸線18設(shè)置并位于第一壁26下方。同樣地，第一氣化反應(yīng)區(qū)域28可以是氣化器10內(nèi)的區(qū)域，其通常由第一壁26和第二壁32來限定(由其包圍或者部分包圍)。在某些實(shí)施例中，第一壁26和第二壁32可相互分離。例如，第一壁26和第二壁32為通常是相互平行的兩個(gè)單獨(dú)的板。在其它實(shí)施例中，第一壁26和第二壁32可以是整合在一起的。例如，第一壁和第二壁32可以是管道側(cè)壁的部分。
[0053]在具有第二壁32的實(shí)施例中，反應(yīng)區(qū)域出口30(例如開口、管道或流路)可被設(shè)置在第二壁32上(例如繞第二壁32的中間部分)。反應(yīng)區(qū)域出口 30構(gòu)造為導(dǎo)向合成氣24、熔渣29和粉末31，從而在平行于第一軸線18的大體向下的方向上從第一氣化反應(yīng)區(qū)域28排出。在特定實(shí)施例中，第二壁32朝向反應(yīng)區(qū)域出口 30傾斜，從而促使合成氣24、熔渣29和粉末31朝向反應(yīng)區(qū)域出口 30的流動(dòng)。例如，第二壁32可以是基本上V形的(例如截頭圓錐形的)，反應(yīng)區(qū)域出口 30繞V形第二壁32的頂點(diǎn)設(shè)置。與如上所討論的類似的，在排出反應(yīng)區(qū)域出口 30的熔渣29沿著第一軸線18大體向下地運(yùn)動(dòng)，并且排出反應(yīng)區(qū)域出口 30的合成氣24和粉末31(或至少其一部分)沿著第一軸線18大體向上地運(yùn)動(dòng)時(shí)，可增加熔渣29與合成氣24的分離，以及熔渣29與粉末31的分離。
[0054]除了第二壁32，或者作為備選，反應(yīng)裝置11可以包括第三壁37，其大體與進(jìn)料噴射器22相對(duì)地設(shè)置。第三壁37構(gòu)造為在進(jìn)料噴射器22的相對(duì)端部處完全地或者部分地密封第一氣化反應(yīng)區(qū)域28。同樣地，第三壁37可以幫助導(dǎo)向合成氣24、恪渣29和粉末31，以沿著第一軸線18大體向下地排出第一氣化反應(yīng)區(qū)域28。在特定實(shí)施例中，第一壁32和第二壁32中的一者或二者可以在氣化器10的內(nèi)表面39(例如壁、殼體或護(hù)罩)鄰接，來與具有第三壁37的實(shí)施例具有類似的構(gòu)型，由此幫助導(dǎo)向合成氣24、熔渣29和粉末31，從而沿著第一軸線18大體向下地排出第一氣化反應(yīng)區(qū)域28。
[0055]反應(yīng)裝置11的第一壁26、第二壁32和第三壁37可以由適用于氣化器10運(yùn)行條件的任何材料來制造，包括任何合適的耐火材料。在某些實(shí)施例中，第一壁26、第二壁32或第三壁37、或其任意組合可以包括主動(dòng)冷卻系統(tǒng)，來改善一個(gè)或更多個(gè)壁的完整性或溫度性能。主動(dòng)冷卻系統(tǒng)可以是一個(gè)或更多個(gè)冷卻管道，冷卻劑(例如水、蒸汽、氮?dú)?、氬氣、二氧化碳、有機(jī)溶劑或熱穩(wěn)定鹽)可以在其中流動(dòng)，從而傳遞熱以用于在別處利用，或排放至大氣(例如，通過冷卻水或空氣冷卻系統(tǒng))，其獨(dú)立于氣化器10或與之整合。
[0056]圖2和3描述了根據(jù)本公開的具有反應(yīng)裝置11(例如第一反應(yīng)裝置40)的氣化器10的實(shí)施例。圖2和3為氣化器10和第一反應(yīng)裝置40的實(shí)施例的剖視圖，其中，圖3沿著圖2的線3-3作出。如所示的，第一反應(yīng)裝置40包括第一管道42和第二管道44，二者均可具有基本上圓柱形的形狀。第一管道42具有基本上垂直于第一軸線18的縱軸線，并且第二管道44具有基本上平行于第一軸線18的縱軸線。在所示出的實(shí)施例中，第一管道42和第二管道44中的每一者具有基本上圓形的橫截面。然而，應(yīng)當(dāng)注意到，第一管道42和第二管道44中的每一者均可以帶有例如可以是正方形、矩形、三角形或橢圓形的橫截面的具有任何其它合適的形狀(垂直于它們各自的縱軸線)。而且，應(yīng)當(dāng)注意到，第二管道44的內(nèi)部體積可以大于、等于或小于第一管道42的內(nèi)部體積。
[0057]如所述的，進(jìn)料噴射器22繞第一管道42的第一端部45流體連接于第一管道42，使得進(jìn)料20由進(jìn)料噴射器22導(dǎo)向至第一管道42內(nèi)。第一管道42的第二端部48與第一端部45相對(duì)，并且第二端部48可以是對(duì)氣化器10的內(nèi)部開啟的或者閉合的。在示出的實(shí)施例中，第二端部48對(duì)氣化器10的內(nèi)部開啟，并允許第一管道42(例如第一壁26和第二壁32)在氣化器10內(nèi)的不同的熱膨脹，從而避免壓力在氣化器10或第一反應(yīng)裝置40內(nèi)的過量的應(yīng)力發(fā)展。在某些實(shí)施例中，第一管道42的第二端部48例如通過內(nèi)部壁39或第三壁37部分地或者基本上完全地密封，從而使得所產(chǎn)生的合成氣24和熔渣29可以沖擊內(nèi)部壁39或第三壁37，并在排出第一氣化反應(yīng)區(qū)域28之前，在相對(duì)于進(jìn)料噴射方向的基本上相反的方向上返回。第一氣化反應(yīng)區(qū)域28可涉及由第一管道42所覆蓋的氣化器10中的區(qū)域。第一壁26和第二壁32通?？煞Q為第一管道42的上半壁和下半壁(相對(duì)于軸線46)。第二管道44流體連接于第一管道42(例如繞第一管道42的中間部分)，并通過反應(yīng)區(qū)域出口 30大體向下地對(duì)氣化器10的內(nèi)部開啟。由第二管道44所覆蓋的區(qū)域可被稱為第二氣化反應(yīng)區(qū)域34，因?yàn)檫M(jìn)料20 (例如源自第一氣化反應(yīng)區(qū)域28的粉末31的一部分)可以在該區(qū)域進(jìn)行額外的氣化反應(yīng)。也就是說，從第一氣化反應(yīng)區(qū)域28至第二氣化反應(yīng)區(qū)域34，未轉(zhuǎn)化燃料在粉末31中的含量可以降低。
[0058]如上所述的，在排出反應(yīng)區(qū)域出口 30后，合成氣24的至少一部分(例如第一部分)和粉末31的至少一部分(例如第一部分)可在大體向上的方向上運(yùn)動(dòng)，從而在氣化器10的頂部33附近排出氣化器10(例如經(jīng)過上端口 108)。在合成氣24和粉末31的第一部分向上運(yùn)動(dòng)經(jīng)過第一反應(yīng)裝置40周圍時(shí)，粉末31的第一部分的未轉(zhuǎn)化的或部分轉(zhuǎn)化燃料可經(jīng)受進(jìn)一步的氣化反應(yīng)。同樣地，氣化器10的通常圍繞第一反應(yīng)裝置40的內(nèi)部區(qū)域可被稱為第三氣化反應(yīng)區(qū)域53。從第二氣化反應(yīng)區(qū)域34至第三氣化反應(yīng)區(qū)域53，粉末31中的未轉(zhuǎn)化燃料的量可以進(jìn)一步降低。在頂部33附近排出氣化器10之后，合成氣24和粉末31的第一部分可被用于產(chǎn)生高壓蒸汽，或被用作在第二級(jí)氣化器中的反應(yīng)物。同樣地，氣化器10的頂端108可被連接至氣化裝置(例如IGCC發(fā)電裝置)的一個(gè)或更多個(gè)其它部件，包括合成氣冷卻器、局部淬火器、反應(yīng)器、洗滌器、酸氣去除(AGR)單元、變換反應(yīng)器或低溫氣體冷卻(LTGC)序列和/或熱循環(huán)單元。在排出反應(yīng)區(qū)域出口 30后，熔渣29可以在平行于第一軸線18的大體向下的方向上運(yùn)動(dòng)。在某些實(shí)施例中，合成氣24的另一部分(例如第二部分)和粉末31的另一部分(例如第二部分)以及熔渣29可以在平行于第一軸線18的大體向下的方向上運(yùn)動(dòng)。氣化器10可以包括淬火區(qū)域50，其相對(duì)于第一反應(yīng)裝置40(例如沿著第一軸線18)向下地設(shè)置。淬火區(qū)域50能夠冷卻并還能夠分離熔渣29和粉末31與合成氣24(例如合成氣24的第二部分)。
[0059]如所述的，氣化器10的淬火區(qū)域50可以包括封液管52，其延伸至具有液體冷卻劑(例如水)的浴槽5 6。但是可使用用于淬火合成氣16的任何合適的液體(例如非反應(yīng)性液體)。在某些實(shí)施例中，封液管52的下端延伸至液體冷卻劑，從而幫助合成氣24的第二部分流至液體冷卻劑中。合成氣24的第二部分和粉末31的第二部分以及熔渣29可以通過在浴槽56中與液體冷卻劑接觸而被冷卻。經(jīng)冷卻的合成氣24的第二部分(和未由液體冷卻劑捕集的任何粉末31和熔渣29)可以在徑向方向14和軸向方向12上脫離液體冷卻劑，并隨后可以通過在淬火區(qū)域50附近的合成氣出口 60排出氣化器10。剩余的粉末31和熔渣29的第二部分可以作為顆粒在液體冷卻劑中的懸浮液而被導(dǎo)向至下出口62(或端口)，從而繞氣化器10的底部35排出氣化器10。在某些實(shí)施例中，使用兩個(gè)或更多個(gè)下出口62，并且在液體冷卻劑中捕集的粉末31和熔渣29可以基于浴槽56和下出口 62內(nèi)的構(gòu)造和條件而進(jìn)一步分離(例如，液體冷卻劑經(jīng)過下出口 62的相對(duì)位置和流速，液體冷卻劑的溫度、比重和粘度，以及所捕集的粉末31和熔渣29的尺寸、形狀和密度)。在某些實(shí)施例中，作為淬火區(qū)域50的備選，合成氣冷卻器、局部淬火或者反應(yīng)器可以相對(duì)于第一反應(yīng)裝置40(例如沿著第一軸線18)向下設(shè)置。氣化器10可被進(jìn)一步連接至氣化裝置的各種其它部件(例如，通過合成氣出口 60)，包括洗滌器、酸氣去除(AGR)單元、變換反應(yīng)器、和/或低溫氣體冷卻(LTGC)序列。
[0060]圖4描述了根據(jù)本公開的反應(yīng)裝置11的另一種實(shí)施例(例如第二反應(yīng)裝置70)。第二反應(yīng)裝置70包括第一氣化反應(yīng)區(qū)域28，第二氣化反應(yīng)區(qū)域34，第三氣化反應(yīng)區(qū)域53(例如第二反應(yīng)裝置70周圍)和第四氣化反應(yīng)區(qū)域55。如在圖4中所述的，第二反應(yīng)裝置70包括與如在圖2中所述的第一反應(yīng)裝置40相同的第一管道42。在第二反應(yīng)裝置70中，第一管道42的第二端部48流體連接至第三管道72。第三管道72通過反應(yīng)區(qū)域出口 30進(jìn)一步流體連接至第二管道44，該第二管道44對(duì)氣化器10的內(nèi)部開啟。
[0061]第三管道72可以是部分圓筒，其提供排出第一氣化反應(yīng)區(qū)域28的合成氣24、粉末
31和熔渣29的非對(duì)稱流動(dòng)。例如，第三管道72和第一管道42通常處于共軸或同心的配置。第三管道72的直徑74可以大于第一管道42的直徑76。第三管道72至少部分地覆蓋第一管道42的第一軸向部分77。第三管道72可以包括非對(duì)稱環(huán)形部分73和端部部分75(例如穹頂形)。環(huán)形部分73的上部78可以相鄰于第一管道42的第二端部48密封。環(huán)形部分73的下部80可以覆蓋第一管道42的至少第二軸向部分79。例如，沿著管線84的橫截面為基本上圓形的，并且沿著管線86的橫截面為基本上半圓形的。第四氣化反應(yīng)區(qū)域55可被限定為在第三管道72內(nèi)的在第三管道72的端部部分75附近的區(qū)域。同樣地，在第一氣化反應(yīng)區(qū)域28內(nèi)產(chǎn)生的合成氣24、粉末31和熔渣29可以基本上沿著徑向軸線14運(yùn)動(dòng)至第四氣化反應(yīng)區(qū)域55，沖擊端部部分75的側(cè)壁81(例如與噴射器22相對(duì)的)，并在環(huán)形部分73的下部80以基本上相反的徑向方向14返回。所返回的合成氣24、粉末31和熔渣29隨后可在第二管道44中運(yùn)動(dòng)至第二氣化反應(yīng)區(qū)域34，并通過反應(yīng)區(qū)域出口 30排出至氣化器10的內(nèi)部。
[0062]如在圖4中所述的，第四氣化反應(yīng)區(qū)域55可允許額外地部分氧化進(jìn)料20。例如，未反應(yīng)的或者部分反應(yīng)的進(jìn)料20(例如排出第一氣化反應(yīng)區(qū)域28的粉末31)可以在第四氣化反應(yīng)區(qū)域55內(nèi)進(jìn)行進(jìn)一步的部分氧化反應(yīng)以產(chǎn)生額外的合成氣24。在通過反應(yīng)區(qū)域出口 30排出之前，除了第一壁26和第二壁32，覆蓋第二氣化反應(yīng)區(qū)域34的第三管道72的側(cè)壁，例如側(cè)壁81可以對(duì)粉末31和熔渣29、包括未轉(zhuǎn)化的或部分轉(zhuǎn)化的碳提供額外的表面來接觸。由此，第二氣化反應(yīng)區(qū)域34和第四氣化反應(yīng)區(qū)域55的額外的表面區(qū)域可以提高進(jìn)料20在氣化器10內(nèi)的碳轉(zhuǎn)化。從第一氣化反應(yīng)區(qū)域28經(jīng)過第四氣化反應(yīng)區(qū)域55和第二氣化反應(yīng)區(qū)域34至第三氣化反應(yīng)區(qū)域53，粉末31中的未轉(zhuǎn)化燃料的含量可以下降。盡管在所述的實(shí)施例中，第三管道72為部分圓筒，但是應(yīng)當(dāng)注意到，與第一管道42和第二管道44類似的，第三管道72可以具有任意合適的形狀。例如，第三管道72沿著管線84的橫截面可以是正方形、矩形、三角形或橢圓形。
[0063]圖5描述了根據(jù)本公開的反應(yīng)裝置11(例如第三反應(yīng)裝置90)的另一實(shí)施例。第三反應(yīng)裝置90還包括第一氣化反應(yīng)區(qū)域28(例如大體由第一管道42限定)，第二氣化反應(yīng)區(qū)域34(例如通常由第二管道44限定)，第三氣化反應(yīng)區(qū)域53 (例如在第三反應(yīng)裝置90周圍)，和第四氣化反應(yīng)區(qū)域55(例如通常由第三管道72限定)。如在圖5中所述的，第三反應(yīng)裝置90與如在圖4中所述的第二反應(yīng)裝置70類似，除了第三管道72能夠使源自第一氣化反應(yīng)區(qū)域28的合成氣24、粉末31和熔渣29對(duì)稱地流動(dòng)。
[0064]如所述的，第三管道72圍繞第一管道42的至少一部分，環(huán)形部分73的上部78和下部80 二者提供排出第一氣化反應(yīng)區(qū)域28的合成氣24、粉末31和熔渣29的返回通路(例如在沖擊端部部分75的側(cè)壁81之后)。同樣地，在第一氣化反應(yīng)區(qū)域28中產(chǎn)生的合成氣24、粉末31和熔渣29在徑向方向14上運(yùn)動(dòng)至第四氣化反應(yīng)區(qū)域55，沖擊與噴射器22相對(duì)的側(cè)壁81，并在第三通道72的環(huán)形部分73的上部78和下部80二者以基本上相反的徑向方向14返回。所返回的合成氣24、粉末31和熔渣29隨后可由第四氣化反應(yīng)區(qū)域55流至第二管道44(例如第二氣化反應(yīng)區(qū)域34)，隨后通過反應(yīng)區(qū)域出口 30排出至氣化器10的內(nèi)部。
[0065]圖6描述了根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)裝置11的另一種實(shí)施例(例如第四反應(yīng)裝置100)。第四反應(yīng)裝置100還包括第一氣化反應(yīng)區(qū)域28(例如通常由第一管道42限定)，第二氣化反應(yīng)區(qū)域34(例如通常由第二管道44限定)，第三氣化反應(yīng)區(qū)域53(例如第四反應(yīng)裝置100周圍)，和第四氣化反應(yīng)區(qū)域55(例如通常由第三管道72限定)。如在圖6中所述的，第四反應(yīng)裝置100與如在圖5中所述的第三反應(yīng)裝置90類似，除了第三管道72通過軸向位于第一管道42上方的第二反應(yīng)區(qū)域出口 104流體連接于第四管道102，所述第四管道102對(duì)氣化器10的內(nèi)部開啟。
[0066]如所述的，第四管道102流體連接至第三管道72的環(huán)形部分73的上部78，并且第二管道44流體連接至第三管道72的環(huán)形部分73的下部80。同樣地，在第一氣化反應(yīng)區(qū)域28中產(chǎn)生的合成氣24、粉末31和熔渣29在徑向方向14上運(yùn)動(dòng)至第四氣化反應(yīng)區(qū)域55，沖擊與噴射器22相對(duì)的側(cè)壁81，并在第三管道72的環(huán)形部分73的上部78和下部80 二者中在基本上相反的徑向方向14上返回。所返回的合成氣24、粉末31和熔渣29的第一部分可以由第四氣化反應(yīng)區(qū)域55流至第二管道44(例如第二氣化反應(yīng)區(qū)域34)，并通過軸向位于第一管道42下方的反應(yīng)區(qū)域出口 30排出至氣化器10的內(nèi)部。所返回的合成氣24、粉末31和熔渣29的第二部分可以由第四氣化反應(yīng)區(qū)域55流至第四管道102，并通過第二反應(yīng)區(qū)域出口 104大體向上地沿著第一軸線18排出至氣化器10的內(nèi)部。
[0067]圖7和8為氣化器10的實(shí)施例的截面圖，分別描述了將反應(yīng)裝置11(例如反應(yīng)裝置40、70、90、100之一)設(shè)置在氣化器10中的兩種方式。圖7描述了反應(yīng)裝置11設(shè)置在氣化器10的上端口 108和淬火區(qū)域50之間。圖8描述了反應(yīng)裝置11設(shè)置在氣化器1的上端口 108上。
[0068]更特別地，如在圖7中所示的，反應(yīng)裝置11(例如圖2、4、5、6分別的反應(yīng)裝置40、70、90、100之一)設(shè)置在氣化器10的上端口 108和淬火區(qū)域50之間。反應(yīng)裝置11包括基本上徑向設(shè)置的第一管道42(例如垂直于第一軸線18)，并且第二管道44基本上平行于第一軸線18設(shè)置。進(jìn)料噴射器22連接至氣化器10的側(cè)壁110，從而使得進(jìn)料20通過進(jìn)料噴射器22從氣化器10的一側(cè)(例如平行于第一軸線14)噴射至氣化器10中(例如第一氣化反應(yīng)區(qū)域28)。合成氣24、粉末31和熔渣29由第一氣化反應(yīng)區(qū)域28經(jīng)過第二管道44內(nèi)的第二氣化反應(yīng)區(qū)域34、通過反應(yīng)區(qū)域出口 30排出至氣化器10的內(nèi)部。合成氣24和粉末31的至少一部分(例如在上文參見圖2和3所描述的第一部分)大體向上地運(yùn)動(dòng)并通過上端口 108排出氣化器10，其中，合成氣24和粉末31例如可被用于產(chǎn)生高壓蒸汽或者作為在第二級(jí)氣化器中的反應(yīng)物。合成氣24和粉末31的另一部分(例如在上文參見圖2和3所描述的第二部分)以及熔渣29大體向下地運(yùn)動(dòng)至淬火區(qū)域50。如上所述的，淬火區(qū)域50可以構(gòu)造為冷卻并進(jìn)一步分離合成氣24和粉末31 (例如第二部分)與熔渣29，并導(dǎo)向經(jīng)分離的合成氣24和減少量的粉末31，從而通過合成氣出口 60排出氣化器10。經(jīng)分離的熔渣29和剩余的粉末10可以通過氣化器10的下出口62排出氣化器10。
[0069]如在圖8中所述的，反應(yīng)裝置11(例如圖2、4、5分別的反應(yīng)裝置40、70、90之一)設(shè)置在氣化器10的上端口 108上。反應(yīng)裝置11包括基本上徑向設(shè)置的第一管道42(例如垂直于第一軸線18)，并且第二管道44基本上平行于第一軸線18設(shè)置，并流體連接于氣化器10的上端口 108。進(jìn)料噴射器22構(gòu)造為從第一管道42的一個(gè)端部將進(jìn)料20噴射至第一管道42內(nèi)(例如第一氣化反應(yīng)區(qū)域28)。合成氣24、粉末31和熔渣29通過反應(yīng)區(qū)域出口 30由第一氣化反應(yīng)區(qū)域28排出至氣化器10的內(nèi)部。合成氣24、粉末31和熔渣29流向淬火區(qū)域50。淬火區(qū)域50可以構(gòu)造為冷卻并作用于合成氣24的第二部分與粉末31的第二部分以及熔渣29的進(jìn)一步分離，并導(dǎo)向經(jīng)分離的合成氣24和減少量的粉末31，通過合成氣出口 60排出氣化器10。經(jīng)分離的熔渣29和剩余的粉末31可以通過氣化器10的下出口 62排出氣化器10。
[0070]如上所述的，一個(gè)進(jìn)料噴射器(例如進(jìn)料噴射器22)連接至反應(yīng)裝置11(例如第一管道42的第一端部45)。根據(jù)本發(fā)明，多于一個(gè)(例如2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多個(gè))的進(jìn)料噴射器可被連接至反應(yīng)裝置11。例如，圖9為根據(jù)本發(fā)明的具有反應(yīng)裝置11 (例如第五反應(yīng)裝置120)的氣化器10的一種實(shí)施例的截面圖，所述反應(yīng)裝置11連接至兩個(gè)進(jìn)料噴射器22、122。如所述的，第一管道42基本上徑向地設(shè)置(例如垂直于第一軸線18)，并包括兩個(gè)端部45、48。第一端部45流體連接至進(jìn)料噴射器22，并且第二端部48流體連接至進(jìn)料噴射器122。如所述的，進(jìn)料噴射器22和122處于基本上相反的徑向方向上，從而使得通過進(jìn)料噴射器22和122噴射的進(jìn)料流20可以在基本上相反的方向上沿著第一管道42朝向第一管道42的中間區(qū)域124運(yùn)動(dòng)。第一氣化反應(yīng)區(qū)域28可涉及為在第一管道內(nèi)的兩個(gè)端部45、48之間的區(qū)域。通過進(jìn)料噴射器22、122噴射的兩個(gè)燃料流20可以在第一氣化反應(yīng)區(qū)域28內(nèi)混合，由此提高進(jìn)料20的碳轉(zhuǎn)化。此外，第一氣化反應(yīng)區(qū)域28內(nèi)的每個(gè)進(jìn)料流20的粉末31和熔渣29還可以與其它的進(jìn)料流20沖擊和/或混合，由此提高進(jìn)料20在氣化器10內(nèi)的碳轉(zhuǎn)化。
[0071]第二管道44流體連接至第一管道42。例如，第二管道44連接至第一管道42的中間區(qū)域124。第二管道44通過反應(yīng)區(qū)域出口 30大體向下地開向氣化器10的內(nèi)部。與如上所述的類似地，所產(chǎn)生的合成氣24和粉末31的第一部分大體向上地運(yùn)動(dòng)以排出氣化器10(例如通過上端口 108)，并且所產(chǎn)生的合成氣24和粉末31的第二部分以及所產(chǎn)生的熔渣29大體向下地朝向淬火區(qū)域50運(yùn)動(dòng)，用于進(jìn)一步分離(例如分離合成氣24和熔渣29，分離粉末和熔渣29)。與如上所討論的類似地，第一管道42和第二管道44中的每一者均具有基本上圓形的橫截面。然而，可以理解的是，第一管道42和第二管道44中的每一者可以具有任何其它合適的橫截面形狀，例如正方形、矩形、三角形或橢圓形。
[0072]盡管在圖9中示出一對(duì)進(jìn)料噴射器(例如進(jìn)料噴射器22和122)，但是在某些實(shí)施例中，在氣化器10中可以包括數(shù)對(duì)相對(duì)的進(jìn)料噴射器。例如，反應(yīng)裝置11可以包括多于一個(gè)(例如2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多個(gè))的徑向管道，其類似于所描述的第一管道42。多個(gè)徑向管道中的每一個(gè)可以在各個(gè)徑向管道的兩個(gè)端部包括一對(duì)進(jìn)料噴射器，并且進(jìn)料流可以在共同的中間區(qū)域(例如第一管道42的中間區(qū)域124)相互交叉。所述共同的中間區(qū)域可以進(jìn)一步流體連接至第二管道44，從而向下地導(dǎo)向所產(chǎn)生的合成氣24和熔渣29，以通過反應(yīng)區(qū)域出口 30排出至氣化器10的內(nèi)部。此外，在另一種實(shí)施例中，如在圖9中所述的第五反應(yīng)裝置120可以與圖2的反應(yīng)裝置40、70、90和100中的任意一個(gè)或更多個(gè)相結(jié)合，分別為4、5和6個(gè)。例如，如在圖10中所述的，第五反應(yīng)裝置120可以與第一反應(yīng)裝置40相結(jié)合，從而使得第五反應(yīng)裝置120的第一管道42基本上垂直于第一反應(yīng)裝置40的第一管道42在由徑向軸14和周向軸16限定的平面上設(shè)置。圖10為具有反應(yīng)裝置11(例如第六反應(yīng)裝置125)的氣化器10的俯視圖，所述反應(yīng)裝置11結(jié)合有第五反應(yīng)裝置120和第一反應(yīng)裝置40。第五反應(yīng)裝置120的第一管道42與第一反應(yīng)裝置40的第一管道42在第五反應(yīng)裝置120的第一管道42的中間區(qū)域124周圍的共同區(qū)域相互交叉。所述共同區(qū)域可以進(jìn)一步流體連接至具有反應(yīng)區(qū)域出口30的第二管道44。同樣地，三個(gè)進(jìn)料20流可被噴射至所結(jié)合的反應(yīng)裝置中，并在其中混合。所產(chǎn)生的合成氣24、粉末31和熔渣29可以通過反應(yīng)區(qū)域出口 30由反應(yīng)區(qū)域排出至氣化器10的內(nèi)部。應(yīng)當(dāng)注意到，反應(yīng)裝置40、70、90和100中的一個(gè)或更多個(gè)可以采用與如在圖9中所描述的相類似地設(shè)置的多個(gè)徑向管道。
[0073]圖11-14為具有不同實(shí)施例的反應(yīng)裝置11的氣化器10的截面圖，所述反應(yīng)裝置11包括兩個(gè)進(jìn)料噴射器。更特別地，圖11描述了設(shè)置在氣化器10的上端口 180和淬火區(qū)域50之間的反應(yīng)裝置11 (例如第七反應(yīng)裝置130)，第一管道42的端部45、48由氣化器10的側(cè)壁110延伸出。圖12描述了設(shè)置在氣化器10的上端口 108和淬火區(qū)域50之間的反應(yīng)區(qū)域11(例如第八反應(yīng)裝置140)，第一管道42基本上包括在氣化器10的內(nèi)部中。進(jìn)料噴射器22、122延伸至氣化器10內(nèi)。圖13描述了設(shè)置在氣化器10的上端口 108和淬火區(qū)域50之間的反應(yīng)裝置11(例如第九反應(yīng)裝置150)，蓋帽部分152(例如穹頂形)連接至第一管道42。圖14描述了連接至氣化器10(例如開口頂部氣化器162)的反應(yīng)裝置11(例如第十反應(yīng)裝置160)，設(shè)置在氣化器162的頂部164和淬火區(qū)域50之間，沖擊壁166設(shè)置在第一管道42的端部45、48周圍。
[0074I如在圖11中所述的，第七反應(yīng)裝置130包括第一管道24，其在兩個(gè)端部45、48周圍延伸出氣化器10的側(cè)壁110。進(jìn)料噴射器22和122分別流體連接至兩個(gè)端部45和48，并構(gòu)造為在相反的徑向方向上將進(jìn)料20噴射至第一氣化反應(yīng)區(qū)域28中。如在圖11中所述的反應(yīng)裝置11的實(shí)施例(例如第七反應(yīng)裝置130)還可涉及為具有延伸的徑向(例如水平)室。如在圖12中所述的第八反應(yīng)裝置140與如在圖11中所述的第七反應(yīng)裝置130類似，除了第八反應(yīng)裝置140的第一管道42不會(huì)延伸出氣化器10的側(cè)壁110。此外，如在圖11中所述的第七反應(yīng)裝置130的第一管道42的直徑132與第七反應(yīng)裝置130的第二管道44的直徑134相近或大致相同，同時(shí)如在圖12中所述的第八反應(yīng)裝置140的第一管道42的直徑142小于第八反應(yīng)裝置140的第二管道44的直徑134。如在圖12中所述的反應(yīng)裝置11的實(shí)施例(例如第八反應(yīng)裝置140)還可涉及為具有最小水平室，其與第七反應(yīng)裝置130相比為結(jié)構(gòu)更加緊密的。
[0075]如在圖13中所述的第九反應(yīng)裝置150也是與如在圖11中所述的第七反應(yīng)裝置130類似的，除了第九反應(yīng)裝置150包括連接至第一管道42(例如第一管道42的第一壁26)的額外管道(例如蓋帽部分152)。蓋帽部分152設(shè)置在第一管道42相對(duì)于第二管道44和反應(yīng)區(qū)域出口30的相對(duì)側(cè)上附近。在某些實(shí)施例中，蓋帽部分152可以相對(duì)于第二管道44設(shè)置在其它方向上(例如基本上垂直于第二管道44，并基本上位于由徑向軸14和周向軸16限定的平面上)。在特定實(shí)施例中，蓋帽部分152可以具有擴(kuò)大部分，設(shè)置在沿著第一管道42的中間附近。這種蓋帽部分152可以在第一氣化反應(yīng)區(qū)域28中提供增加停留時(shí)間和/或降低火焰沖刷作用的膨脹區(qū)域。應(yīng)當(dāng)注意到，蓋帽部分152可以是任意合適的形狀，例如具有圓形、正方形、矩形、三角形或橢圓形的橫截面。
[0076]蓋帽部分152可以在第一管道42上方提供凸出區(qū)域154(例如混合室)。所述凸出區(qū)域154可以允許進(jìn)料20在加熱時(shí)的膨脹，并朝向第一管道42的中間區(qū)域124反應(yīng)。相對(duì)于第七反應(yīng)裝置130，凸出區(qū)域154還可以提高第一氣化反應(yīng)區(qū)域28的表面積。同樣地，凸出區(qū)域154可以提供額外的表面區(qū)域和體積，用于混合和/或膨脹由進(jìn)料噴射器22、122噴射的燃料流。另外地，或者在替換形式中，凸出區(qū)域154可以增強(qiáng)粉末31和熔渣29與凸出區(qū)域154的側(cè)壁之間的沖擊。此外，凸出區(qū)域154可以增強(qiáng)粉末31和熔渣29與進(jìn)料20的混合，和/或所產(chǎn)生的合成氣24、粉末31和熔渣29的膨脹。據(jù)此，凸出區(qū)域154可進(jìn)一步促使進(jìn)料20的碳轉(zhuǎn)化。在所述的實(shí)施例中，所產(chǎn)生的合成氣24、粉末31和熔渣29可以通過第二管道44(例如通過反應(yīng)區(qū)域出口 30)排出第一氣化反應(yīng)區(qū)域28。在某些實(shí)施例中，蓋帽部分152可以在蓋帽部分152的上壁156上包括開口，從而使得所產(chǎn)生的合成氣24、粉末31和熔渣29除了反應(yīng)區(qū)域出口30，可以通過所述開口排出第一氣化反應(yīng)區(qū)域28。
[0077]如在圖14中所述的第十反應(yīng)裝置160也與如在圖11中所述的第七反應(yīng)裝置130類似，除了第十反應(yīng)裝置160包括在第一管道42的端部45、48周圍設(shè)置的沖擊壁166。此外，第十反應(yīng)裝置160設(shè)置在可被用于氣化或IGCC系統(tǒng)中的開口頂部氣化器162內(nèi)，其中氣化器162直接連接至下游的系統(tǒng)，例如合成氣冷卻器、第二反應(yīng)器或局部淬火。沖擊壁166可與氣化器162的側(cè)壁110對(duì)齊，從而使得至少由第一壁26、第二壁32和沖擊壁166限定的第一氣化反應(yīng)區(qū)域28基本上位于氣化器162內(nèi)。除了第一壁26和第二壁32，沖擊壁166可以為所產(chǎn)生的粉末31和熔渣29提供額外的區(qū)域，以在第一氣化反應(yīng)區(qū)域28內(nèi)沖擊，由此提高進(jìn)料20的碳轉(zhuǎn)化。沖擊壁166可以由適用于氣化器162的內(nèi)壁39的任何材料制造，例如耐火材料。沖擊壁166可以包括一個(gè)或更多個(gè)開口，構(gòu)造為使所噴射的進(jìn)料20由噴射器22、122噴射至第一氣化反應(yīng)區(qū)域28ο在某些實(shí)施例中，反應(yīng)裝置可以在第一管道42的任一端部45、48周圍包括個(gè)沖擊壁166。
[0078]如所述的，第十反應(yīng)裝置160設(shè)置在開口頂部氣化器162內(nèi)。然而，應(yīng)當(dāng)注意到第十反應(yīng)裝置160可以類似地設(shè)置在任何合適的氣化器10內(nèi)，例如在圖11-13中所描述的那些。同時(shí)，反應(yīng)裝置130、140、150可以類似地設(shè)置在開口頂部氣化器162內(nèi)。此外，應(yīng)當(dāng)注意到包括兩個(gè)進(jìn)料噴射器22、122的反應(yīng)裝置130、140、150、160還可以設(shè)置在氣化器10的頂部上，例如設(shè)置在如在圖8中所述的上端口 108上。此外，應(yīng)當(dāng)注意到氣化器10可以包括根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)裝置11的實(shí)施例的任意組合(例如反應(yīng)裝置40、70、90、100、120、130、140、150、160)。
[0079]本說明書使用實(shí)施例來描述實(shí)施例，包括最佳形式，并且還能夠使本領(lǐng)域技術(shù)人員實(shí)施本發(fā)明，包括制造和使用任何設(shè)備或系統(tǒng)，并執(zhí)行任何所結(jié)合的方法。本發(fā)明可授予專利權(quán)的范圍由權(quán)利要求來限定，并且可以包括本領(lǐng)域技術(shù)人員所認(rèn)識(shí)到的其它實(shí)施例。如果它們具有并不會(huì)與權(quán)利要求的文字表述不同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果它們包括與權(quán)利要求的文字表述不存在本質(zhì)不同的等價(jià)的結(jié)構(gòu)元件，那么這樣的其它實(shí)施例就意圖處于權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種系統(tǒng)，包含: 氣化器，構(gòu)造為氣化進(jìn)料以產(chǎn)生合成氣，其中，所述氣化器包含第一軸線； 第一氣化反應(yīng)區(qū)域，設(shè)置在所述氣化器中，其中，所述第一氣化反應(yīng)區(qū)域至少部分地由大體垂直于所述第一軸線的第一壁限定;和 第一進(jìn)料噴射器，連接至所述氣化器，其中，所述第一進(jìn)料噴射器構(gòu)造為在相對(duì)于所述第一軸線的第一方向上將所述進(jìn)料噴射入在所述第一壁下方的所述第一氣化反應(yīng)區(qū)域。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第一壁為凹入的，并且構(gòu)造為在所述第一方向上導(dǎo)向所述合成氣。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，包含設(shè)置在第二壁中的反應(yīng)區(qū)域出口，所述第二壁設(shè)置為與所述第一壁相對(duì)，其中，所述反應(yīng)區(qū)域出口構(gòu)造為在大體平行于所述第一軸線的所述第一方向上導(dǎo)向所述合成氣。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述氣化器包含氣化器出口，其構(gòu)造為在大體與所述第一方向相反的第二方向上運(yùn)輸來自所述氣化器的所述合成氣，所述第一方向大體平行于所述第一軸線。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，包含連接至所述氣化器的第二進(jìn)料噴射器，其中，所述第二進(jìn)料噴射器與所述第一進(jìn)料噴射器大體相對(duì)地設(shè)置。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第一壁包含混合室，構(gòu)造為增強(qiáng)所述進(jìn)料、所述合成氣中的至少一者或二者的混合或膨脹中的至少一者或兩者。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第二壁朝向所述反應(yīng)區(qū)域出口傾斜，以允許在氣化期間產(chǎn)生的熔渣流向所述反應(yīng)區(qū)域出口。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，包含連接至所述反應(yīng)區(qū)域出口的出口管道，其中，所述出口管道構(gòu)造為在所述第一方向上導(dǎo)向所述合成氣。9.一種方法，包含: 在設(shè)置于氣化器中的氣化反應(yīng)區(qū)域中氣化進(jìn)料以產(chǎn)生合成氣，其中，所述氣化器包含第一軸線； 使用連接至所述氣化器的進(jìn)料噴射器將所述進(jìn)料噴射入所述氣化反應(yīng)區(qū)域； 使用第一壁在大體垂直于所述第一軸線的第一方向上使所述合成氣流經(jīng)所述氣化反應(yīng)區(qū)域;和 在大體平行于所述第一軸線的第二方向上由所述氣化反應(yīng)區(qū)域排出所述合成氣。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，由所述氣化反應(yīng)區(qū)域排出所述合成氣包含使所述合成氣穿過第一反應(yīng)區(qū)域出口排出，所述第一反應(yīng)區(qū)域出口設(shè)置在第二壁中，所述第二壁設(shè)置成與所述第一壁相對(duì)。
【文檔編號(hào)】C10J3/00GK105838443SQ201511036303
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2015年12月16日
【發(fā)明人】J·S·斯特文森
【申請(qǐng)人】通用電氣公司