倾倒冷却的气化器制造技术

一种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、及沿容器的长度延伸的多个通道。衬管的尾端相对于衬管的头端轴向和径向可膨胀。冷却剂在衬管的头端进入，流经衬管，并在衬管的尾端排出，直接进入容器中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及气化器(gasifier)，尤其涉及倾倒冷却(dump-cooled)的气化器。
技术介绍
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。
技术实现思路
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。歧管20容纳于喷射器18和衬管12的头端26之间。为防止从歧管20流至衬管12的冷却剂漏入容器14内或漏出容器14到空气中，至少在衬管12的内径30处将衬管12密封而与喷射器18相密封，衬管12与喷射器18相密封，衬管12与容器14相密封，且容器14与喷射器18相密封。通过将衬管12与喷射器18相密封，而不是直接与金属压力容器14相密封，排除了任何的金属/陶瓷的连接问题。通过允许衬管12的尾端28自由地膨胀和收缩，还阻止了由金属形成的容器14与由陶瓷、陶瓷复合物、或异金属形成的衬管12之间的热增长失配问题。因为衬管12的尾端28没有附于容器14上，任何热增长失配限制于衬管12的头端26，通过机械密封件32将其夹紧于容器14与喷射器18之间。衬管12的头端26附于喷射器18上仅超过几英寸，导致喷射器18与衬管12之间的易管理的负荷。金属衬管的热膨胀在每英寸每华氏温度-->(in/in-)大约5.5E-06英寸和大约8.0E-06in/in-之间。相比较，陶瓷基质复合物衬管的热膨胀在大约1.7E-06in/in-和大约3.3E-06in/in-之间。在示例性的实施例中，可以形成衬管12的材料包括，但不限于：陶瓷、陶瓷基质复合物、及耐腐蚀金属。市场上可得到的耐腐蚀金属的例子包括，但不限于：Inconel625；Haynes188及HR-160，从印第安那州的科科莫(Kokomo，IN)的Haynes国际有限公司(HaynesInternational，Inc.)可得到。虽然已讨论的气化器10包括歧管20，气化器10可以可选择地没有歧管构成，或用不同配置的歧管构成，而不脱离本专利技术的意图范围。操作中，冷却剂流入歧管20，在那里其被引导进入衬管12的头端26。虽然在衬管12和喷射器18以及在衬管12和容器14的连接处可能有较小的冷却剂泄漏，但因为冷却剂会最终离开进入容器14中，泄漏是可接受的。当冷却剂穿过衬管12，冷却剂从反应腔24获得热量并冷却衬管12。因为衬管12的尾端28悬伸于容器14内，冷却剂最终倾倒进入容器14，紧接于激冷区段22的上游。适合的冷却剂的例子包括，但不限于：蒸汽、氮、二氧化碳、及合成气体。适合的冷却剂的温度范围在大约100(38℃)与大约1200(649℃)之间。特别适合的冷却剂的温度范围在大约600(316℃)与大约1000(760℃)之间。以某一速率流经衬管12的冷却剂足够沿衬管12的外表面36凝结熔渣层34。从流经反应腔24的富含碳的燃料内的灰分中形成的熔渣层34。气化器10在高温度中操作，灰变成熔渣。流经衬管12的冷却剂的温度足够低，以将衬管12保持在将溶渣层34凝结在外表面36上的温度。溶渣层34保护衬管12不被高速度微粒磨损，并不被在反应腔24内的气相活性物质化学侵蚀。或者，如果溶渣层34没有沿衬管12的外表面36沉积，那么衬管12可以由硬化的或涂覆的裸金属形成，以抵抗磨损，并被冷却以达到能够经受住化学侵蚀的表面温度。冷却剂从衬管12离本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种倾倒冷却的气化器，包括：　　　　容器；　　　　衬管，其具有头端、尾端、及沿所述容器的长度延伸的多个通道，其中，所述衬管的所述尾端相对于所述衬管的所述头端轴向和径向可膨胀；及　　　　冷却剂，其流经所述衬管，在所述衬管的所述头端进入，并在所述衬管的所述尾端直接排入所述容器中。

【技术特征摘要】
US 2006-12-18 11/6406611.一种倾倒冷却的气化器，包括：容器；衬管，其具有头端、尾端、及沿所述容器的长度延伸的多个通道，其中，所述衬管的所述尾端相对于所述衬管的所述头端轴向和径向可膨胀；及冷却剂，其流经所述衬管，在所述衬管的所述头端进入，并在所述衬管的所述尾端直接排入所述容器中。2.如权利要求1所述的倾倒冷却的气化器，其特征在于：还包括沿所述衬管的外表面延伸的熔渣层。3.如权利要求1所述的倾倒冷却的气化器，其特征在于：所述多个通道整体地连接。4.如权利要求1所述的倾倒冷却的气化器，其特征在于：所述衬管为导管壁衬管。5.如权利要求1所述的倾倒冷却的气化器，其特征在于：所述衬管为通道壁衬管。6.如权利要求1所述的倾倒冷却的气化器，其特征在于：所述衬管由包含陶瓷和陶瓷基质复合物的组中的其中至少一个所形成。7.如权利要求1所述的倾倒冷却的气化器，其特征在于：所述衬管由耐腐蚀金属形成。8.如权利要求1所述的倾倒冷却的气化器，其特征在于：所述衬管和所述喷射器通过机械密封件连接。9.一种气化器，包括：容器；倾倒冷却的衬管，其具有多个细长的整体通道、头端、和尾端；及开口，用于将冷却剂引导进入所述倾倒冷却的衬管；其中，所述冷却剂从所述倾倒冷却的衬管的所述尾端排入所述容器中。10....

【专利技术属性】
技术研发人员：SA尤斯，SP富塞尔曼，
申请(专利权)人：普拉特及惠特尼火箭达因公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]