用于产生合成气的增强型等离子体气化器制造技术

一种等离子体气化反应器及其操作方法，具有以下中的一个或全部：第一，反应器顶段的上部部分内的骤冷区，第二，穿过反应器中段的侧壁的进料口，进料口用于将进料供给到中段中的进料床，进料口位于靠近进料床处。骤冷区设有喷嘴，用于引入流体以充分降低熔融实心块的温度从而使在外部管道系统内的粘附最小化。中段进料口的设置有助于进料中的轻颗粒更加彻底地反应，否则轻颗粒将与气体产物一起排出。对于进料口，其可位于进料床之上并且向上倾斜以能够紧挨着进料床上表面而没有严重的辐射加热，或者其可位于某一高度处以将物料侧向直接供送到进料床中，在这种情况下，可提供冷却装置和进料机构，以有利于进料的通过。

For enhanced plasma gasification for the production of synthetic gas

A plasma gasification reactor and its operation method, with the following one or all of the second: first, the quench zone, the upper part of the top section of the reactor in the feeding side wall through the middle of the reactor inlet port, used to feed supply to the feed bed in the middle. The inlet is located near the feed bed. The quench zone is provided with nozzles for introducing fluids to sufficiently reduce the temperature of the molten solid blocks so as to minimize adhesion in the external duct system. The setting of the feed inlet in the middle helps the light particles in the feed react more thoroughly, otherwise the light particles will be discharged together with the gas product. The feeding port, which is located above the feed bed and upward inclined to feed next to the bed surface without radiation heating is serious, or which may be located at a certain height by the material directly for the lateral to feed the bed, in this case, can provide a cooling device and feed in order to facilitate the mechanism by feeding.

【技术实现步骤摘要】
用于产生合成气的增强型等离子体气化器本申请是专利技术名称为“用于产生合成气的增强型等离子体气化器”、国际申请日为2012年1月12日、国际申请号为PCT/US2012/021060、国家申请号为201280012949.2的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及一种等离子体气化器(本文有时也称为PGs，其也可称为等离子体气化反应器或PGRs)，其具有可促进诸如合成气产生的过程的特征。
技术介绍
在大量专利和其它类型的文献中都论述了用于对各类进料(包括例如，诸如城市固体废弃物(MSW)的废料)进行处理以产生合成气体或合成气的等离子体气化器的结构和操作。这种技术在废弃物处理以及弃置废弃物转化以形成用作燃料的合成气方面都是很有利的。用于这种目的的技术的一些示例包含于或参考了由Dighe等人转让给AlterNrg公司的2010年8月12日的公开美国专利申请第20100199557号以及由WestinghousePlasma公司于2005年公开在描述性公告27-501中的《工业等离子体火炬系统(IndustrialPlasmaTorchSystems)》，所有这些描述都将以引用的方式并入本文。在本说明书中，“等离子体气化反应器”和“PGR”意在指无论是适用于气化或是玻璃化或者适用于这两者的总体类型相同的反应器。除非文中指明，否则本文中使用的术语例如“气化器”或“气化”可以理解为替代性地或附加地应用于“玻璃化装置”或“玻璃化”，反之亦然。现有实践具有一定程度上的成功运行，持续地希望对该运行进行改进。
技术实现思路
本申请展示了用于改进性能的创新，以实现以下之一或全部：(1)使颗粒进料更加彻底地气化，和(2)使进料的与合成气一起排出反应器容器并沉积在从反应器容器出口出发的外部管道系统的内壁上的未反应的熔融颗粒的存在最少化。部分地，本专利技术在于提供一种等离子体气化器和用于操作等离子体气化器的方法，以便通过涵盖一种或全部下面的技术而将诸如废料转换为合成气。尽管通常的情况是PGRs可单独利用下面的技术，但将它们结合使用可以是优选的。尤其是当结合使用时，可增加从各种各样的进料组分中更多地输出优质合成气的机会。一种技术是在所述反应器容器的顶段的上部部分(例如，顶盖)中提供骤冷流体入口装置，并注入流体，所述流体例如但不限于水、蒸汽或水和蒸汽的混合物，以充分冷却未反应进料的软性或熔融块以使排出所述反应器容器并且可能沉积在外部管道系统内的这些软性或熔融块的量最小化。所述骤冷流体入口装置(本文有时称为骤冷系统(或部分骤冷系统))最好与具有额外体积(称为骤冷区)的反应器容器结合，所述额外体积为来自骤冷流体入口的膨胀的流体的体积留有余地以便使对从所述骤冷区下的稀相区域(freeboardregion)到合成气出口的合成气流动的任何不利影响最小化。在现有实践中，从合成气出口出发的管道系统经常遭受沉积物的聚积，且很难在管道中建造具有良好性能的骤冷系统。前述的同伴专利申请中还公开了另一种技术(没有骤冷系统)的一个实施例，该技术提供了一种具有底段、中段和顶段的反应器容器，所述底段用于容纳碳质床，所述中段用于容纳沉积进料床，所述顶段包括稀相区域和在稀相区域上方的顶盖，并且该反应器容器具有穿过所述中段的侧壁的一个或多个进料口，所述进料口接近进料床的上表面并且位于该上表面之上、或者通入所述床本身中。这使得所述进料能够：(a)对于较重的部分，快速直接地沉积在进料床上以便反应以及(b)对于被上升的热气保持在进料床上方的较轻的颗粒(或“悬浮物”)，在容器内具有较长的停留时间，所述较长的停留时间促进了所述颗粒更加完全的反应(气化)。通入所述床本身中的进料口，有时也称为下部进料，可大大地防止悬浮物。对比申请也解释了这种装置如何有助于在所述底段的碳质床中更少地使用碳。这种装置与具有仅位于远高于进料床的顶段中的一个或多个进料口的PGRs的一些现有实践形成了对比。这里，所包括的实施例通过使进料口的位置不高于进料床之上一段短距离同时使所述顶段中的气体出口远离进料床，而使进料口和气体出口之间的距离较大。仅仅以示例的方式，反应器容器的提及的段，尤其是所述中段和所述顶段，可具有倒置的截头圆锥形，其上端较宽，这有助于对在所述容器中上升的气体的增加的量实现大体上恒定的气体速度(对于这种圆锥形结构，参见上述公开的专利申请)。顶段圆锥形壁相对于所述反应器容器的中心轴线所成的角度可比中段圆锥形壁相对于所述反应器容器的中心轴线所成的角度小；所述顶段具有额外的上体积，称为骤冷区，在所述骤冷区中(即，在一个图示的示例中，在所述顶段的圆锥形部分之上的圆柱形部分中)骤冷流体入口是有效的。具体的，但不只是，在具有上面提及的圆锥形特征的反应器容器中，本专利技术的实施例可将下列特征结合：底段(可为圆柱形)，所述底段具有碳质床(焦炭的或在同伴申请中展示的)和等离子体喷嘴；中段(圆锥形)，所述中段具有多个(例如，两个或三个)侧向进料口，以将处理物料供给到所述碳质床上或所述碳质床正上方，并且使处理物料在所述中段的内部具有良好的分布；所述中段上方的顶段，所述顶段具有稀相区域(具有圆锥形结构，其角度可小于所述中段)和位于所述稀相区域上方的骤冷区(可具有圆柱形结构)这两者，在所述骤冷区中，注入的流体至少部分地对与气态反应产物一起从下面上升到一个或多个位于骤冷区顶部或接近骤冷区顶部的出口的实心块状物质骤冷(即，硬化或使其软度变小)。下面的说明和附图将帮助理解这些创新及其各种实施例和变体。附图说明图1和图2分别是等离子体气化器的示例的正视图和俯视图；图3和图4是反应器中的产物气体流和骤冷流体流的示例图；图5至图8是具有位于进料床的顶部表面之下的进料口的气化器的示例的截面正视图。具体实施方式图1和图2图示了具有合成气骤冷系统和进料口这两者的等离子体气化器的一个示例，所述进料口将进料引到气化器反应器容器的中段中。图1和图2中的气化器示例包括带耐火材料衬里的反应器容器10，反应器容器10具有三个主要的区段，从下至上是底段12、中段22、顶段32。底段12包括碳质床13、一个或多个等离子体炬风口14、渣和熔融金属放出口15(可以有多个放出口)、下部启动燃烧器口(也用作紧急放出口)16和一个或多个碳床风口17。底段的碳质床13(有时也称为C床)可为冶金焦炭或从化石燃料或从非化石源(例如，从如上面提到的同伴申请中公开的各种类型的生物质)提取的其它碳质材料。在本示例中，等离子体炬风口14和C床风口17的数量可均为六个；它们围绕底段的圆柱形壁18对称地布置，从水平面向下倾斜大约15％，并且向中心地指向C床13中。等离子体炬风口14用于将等离子体注入到C床13中。还另外地提供C床风口17以可选地用于将诸如空气或氧气的气体引入C床13中。下部燃烧器口16可用于通过天然气(或其它燃料)燃烧器加热沿着反应器容器的壁的耐火材料，以提供高于被引入容器中的诸如碳、氢、CO和合成气的可燃物的自燃温度的容器内部温度。这样，等离子体、进料和其它反应物的供给可以在更加安全并具有低爆炸风险的情况下进行。所述中段22具有穿过所述中段的圆锥形的向上扩展(有助于使气体的速度更加恒定)的壁24的一个或多个(例如三个)进料口23。所述底段12的圆柱形壁18和所述中段本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对固体进料进行气化以产生合成气的方法，所述方法包括以下步骤：在反应器容器的底段中提供等离子加热的碳质床；将进料进给到所述反应器容器中，以在所述底段中的所述碳质床的顶部上形成沉积进料床；使进料与从所述底段上升的热气反应；在所述反应器容器的中段形成合成气混合物，所述合成气混合物含有变化量的未反应进料颗粒；使所述合成气混合物朝着位于所述反应器容器的顶盖中的一个或多个合成气出口上升到所述反应器容器的包括圆锥形部分的顶段中；保持所述反应器容器中的环境以使得来自所述中段的未反应颗粒在位于所述顶段的下部的第一部分中经历进一步反应；以及通过将包括水、蒸汽或其混合物的骤冷流体经由在所述顶盖中的多个骤冷流体入口注入到位于所述顶段的上部的第二部分中的骤冷区中，对未反应颗粒中的至少一些未反应颗粒至少部分地进行骤冷，从而足以减少从所述反应器容器排出并且可能沉积在外部管道系统的壁上的未反应颗粒的数量，其中，所述骤冷区位于介于所述顶段的圆锥形部分和所述顶盖之间的圆柱形部分中。

【技术特征摘要】
2011.02.05 US 61/462,601;2011.09.09 US 13/199,8131.一种用于对固体进料进行气化以产生合成气的方法，所述方法包括以下步骤：在反应器容器的底段中提供等离子加热的碳质床；将进料进给到所述反应器容器中，以在所述底段中的所述碳质床的顶部上形成沉积进料床；使进料与从所述底段上升的热气反应；在所述反应器容器的中段形成合成气混合物，所述合成气混合物含有变化量的未反应进料颗粒；使所述合成气混合物朝着位于所述反应器容器的顶盖中的一个或多个合成气出口上升到所述反应器容器的包括圆锥形部分的顶段中；保持所述反应器容器中的环境以使得来自所述中段的未反应颗粒在位于所述顶段的下部的第一部分中经历进一步反应；以及通过将包括水、蒸汽或其混合物的骤冷流体经由在所述顶盖中的多个骤冷流体入口注入到位于所述顶段的上部的第二部分中的骤冷区中，对未反应颗粒中的至少一些未反应颗粒至少部分地进行骤冷，从而足以减少从所述反应器容器排出并且可能沉积在外部管道系统的壁上的未反应颗粒的数量，其中，所述骤冷区位于介于所述顶段的圆锥形部分和所述顶盖之间的圆柱形部分中。2.根据权利要求1所述的方法，其中：在未反应颗粒到达所述反应器容器的一个或多个出口之前，骤冷步骤将未反应颗粒的温度减小大约150℃到300℃。3.根据权利要求1所述的方法，其中：骤冷步骤将进入所述顶段的所述合成气混合物的温度从大约1000℃至1150℃减少到大约850℃。4.根据权利要求1所述的方法，其中：未反应颗粒中的至少一些未反应颗粒被充分地固态化，以使得未反应颗粒不会粘到所述外部管道系统的壁上。5.根据权利要求1所述的方法，其中：包含在骤冷流体中的蒸汽有助于裂解所述合成气混合物中的重质碳氢化合物。6.根据权利要求1所述的方法，其中：通过所述反应器容器的顶盖中的多个喷嘴向下注入骤冷流体。7.根据权利要求6所述的方法，其中：所述喷嘴定位在所述合成气出口附近。8.根据权利要求7所述的方法，其中：所述喷嘴围绕所述反应器容器中的出口对称地定位。9.根据权利要求1所述的方法，其中：通过多个喷嘴注入骤冷流体并且流经所述喷嘴的骤冷流体的流动是不均匀的。10.根据权利要求1所述的方法，还包括：气体温度感测和流体流量调节系统，所述气体温度感测和流体流量调节系统配置成当在至少一个喷嘴附近遇到较热气体时增加被注入的骤冷流体的体积。11.根据权利要求1所述的方法，其中：骤冷流体有助于使从稀相区域上升到骤冷区中的任何多环芳烃(PAHs)转换为CO、CO2、H2和/或H2O。12.根据权利要求1所述的方法，其中：蒸汽用作动力气体以使骤冷流体中的水雾化。13.根据权利要求1所述的方法，其中：反应器中骤冷区的体积是注入到骤冷区中或者在骤冷区中形成的骤冷流体的液滴尺寸的函数。14.根据权利要求1所述的方法，其中：根据引入进...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·戈罗德斯基，J·圣扬尼，S·恰夫达，S·库卡迪亚，
申请(专利权)人：阿尔特NRG公司，
类型：发明
国别省市：加拿大,CA