通过含烃燃料的气化来生产产物气体的反应器和方法与流程

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1.本发明涉及一种用于通过含烃燃料的气化来生产产物气体、尤其是合成气体的反应器和方法。本发明进一步涉及根据本发明的反应器用于由含烃燃料来生产合成气体的用途。

背景技术：

2.在已知的伴随着直接冷却的含烃燃料气化、尤其是气流床气化方法中，通常使来自反应空间的热的产物气体在冷却空间中从顶部流到底部。用冷却介质直接快速地冷却通常具有超过1000℃温度的产物气体在本领域的行话中也称为“骤冷”，并且反应器的冷却空间相应地称为“骤冷空间”。为了直接冷却产物气体，将所述气体例如经由雾化装置引入冷却空间中或经由被冷却入口进入冷却空间。然后在冷却空间中通过喷射冷却介质来冷却产物气体以实现其快速冷却。所采用的冷却介质通常是水。
3.产物气体替代性地经历冷却介质的浸渍或用冷气体进行处理。
4.经冷却的气体通常从冷却空间的一侧排出。
5.反应器的反应空间和冷却空间通过承重中间层彼此分隔开。此外，反应空间的内部通常设有耐高温耐火衬里，以进行保护而免于普遍高温的影响。
6.在de 10 2011 007 806 a1中披露了从现有技术已知的并且适用于对含烃燃料进行气流床气化的这种设计的反应器的一个示例。

技术实现要素：

7.由于经冷却的气体经由侧向出口从冷却空间中排出的流动条件，经冷却的气体通过可能的最直接路径流到/流入出口。正如发明人在cfd模拟过程中发现的那样，紧邻承重中间层处且在其下方的区域几乎没有任何流动。
8.在侧向出口上方且在中间层下方、尤其是附近，所得的低流量导致中间层仅被不充分地冷却。进一步发现，在侧向出口处和附近的区域中经冷却的气体的流量显著高于在远离该出口的区域中的流量。
9.这导致中间层整体被流动的产物气体冷却得不仅不充分而且程度不同。因此，中间层的整个面积上存在大的传热差异，从而相应地导致中间层的温度和所得热应力不同。在中间层处、在侧向出口附近的流动良好的区域与背向该出口的低流动的区域之间存在特别大的传热系数差异。在气体流到中间层的低传热区域中，这导致较少的热量散发到冷却空间那中，并且中间层相应地在这些点处可能变得显著更热。
10.这具有不利影响，即在设计反应器的过程中必须考虑中间层中预期的高温。换言之，反应器的可靠设计需要与反应介质接触的材料能够在相对长的时间段上可靠地承受相对高的温度和相对大的温差。对应部件的尺寸(例如厚度)也必须做得更大，这进而导致冷却效果较差。另外的可能的要求可以是反应空间的内部耐火衬里的层较厚以限制从反应空间到冷却空间的传热。与反应介质接触的材料的准许设计温度原则上必须足够高，以便在
耐火衬里失效的情况下具有足够高的储备。总而言之，这些各个方面都导致了以下缺点：使实现反应器的更高成本、尤其更高的资本成本(capex)成为必要。
11.因此，本发明的目的是至少部分地克服现有技术的上述缺点。
12.因此，本发明的目的在于提供一种反应器，在该反应器中，将反应空间与冷却空间分隔开的中间层在操作中被更均匀地冷却。
13.本发明的另外的目的是提供一种反应器，在该反应器中，中间层在操作期间被更好地冷却，因此不会变得那么热、尤其是具有较低的最高温度(温度峰值)。
14.本发明的另外的目的是提供一种反应器，就反应介质接触材料的温度而言，该反应器允许比已知反应器更低的温度设计。
15.本发明的另外的目的是提供一种反应器，就反应介质接触材料的部件的尺寸而言，该反应器与已知反应器相比允许这些部件的厚度减小。
16.本发明的另外的目的是提供一种反应器，该反应器与已知反应器相比允许在反应空间的中间层区域中具有更薄的耐火涂层。
17.本发明的另外的目的是提供一种至少部分地实现上述目的中的至少一个的方法。
18.独立权利要求有助于至少部分地实现上述目的中的至少一个。从属权利要求提供了优选实施例，其有助于至少部分地实现上述目的中的至少一个。根据本发明的一个类别的成分的优选实施例在相关的情况下对于根据本发明的相应的另一类别的相同命名的或对应的成分同样是优选的。
19.术语“具有”、“包括”或“包含”等不排除另外的要素、成分等的可能存在。不定冠词“一个/种”不排除复数的可能存在。
20.本发明的目的至少部分地通过一种用于通过含烃燃料的气化来生产产物气体、尤其是合成气体的反应器来实现，该反应器包括：
[0021]-反应空间，该反应空间包括用于引入反应介质、尤其是燃料与氧化剂的装置，以便用该氧化剂来部分氧化该燃料从而提供热产物气体；
[0022]-冷却空间，用于通过与冷却介质直接热交换来冷却该热气体；
[0023]-冷却介质入口，用于向该冷却空间供应新鲜冷却介质；
[0024]-冷气体出口，该冷气体出口布置在该冷却空间的侧面、用于排出在该冷却空间中冷却的产物气体和可选地通过来自该冷却空间的产物气体的冷却而被加热的冷却介质的一部分；
[0025]-将该反应空间与该冷却空间彼此在空间上分隔开的中间层；
[0026]-气体管道，该气体管道布置在该中间层中并且延伸穿过该中间层以将待冷却的产物气体从该反应空间引导至该冷却空间；
[0027]-冷却介质出口，用于从该冷却空间中排出过量冷却介质；以及
[0028]-布置在该冷却空间中的成形本体，该成形本体部分地在该冷却空间的自由截面积上延伸并且实现对该冷却空间的截面积的部分阻挡，其中，该成形本体被布置成使得在围绕该成形本体流动之后，经冷却的产物气体的至少一部分随后经由该冷却空间的冷气体出口离开该反应器。
[0029]
以另一方式表达，该反应器包括布置在该冷却空间中的成形本体，该成形本体部分地在该冷却空间的自由截面积上延伸并且实现对该冷却空间的截面积的部分阻挡，其
中，该成形本体被布置成使得经冷却的产物气体的至少一部分可以围绕该成形本体流动，并且在围绕该成形本体流动之后，经冷却的产物气体可以经由该冷却空间的冷气体出口从该反应器排出。
[0030]
根据本发明，提供的是，在该反应器的冷却空间中提供了成形本体，该成形本体部分地在该冷却空间的自由截面积上延伸。部分地在冷却空间的自由截面积上延伸的该成形本体实现了对冷却空间的截面积的部分阻挡。
[0031]
该成形本体被布置成使得在穿过布置在反应器的中间层中的气体管道并通过与冷却介质直接接触而被冷却之后，待冷却的产物气体的至少一部分围绕该成形本体流动。换言之，至少一些经冷却的产物气体初始地流过该成形本体并且随后仅经由冷却剂空间的冷气体出口离开反应器。因此，至少一部分经冷却的产物气体在穿过气体管道之后不能直接到达冷却空间的冷气体出口，而是初始地围绕布置在冷却空间中的成形本体流动。
[0032]
因此，该成形本体布置在反应器的冷却空间中使得经冷却的产物气体在经由侧向冷气体出口离开冷却空间之前更均匀地流过该反应器的中间层。该成形本体对冷却空间的截面积的部分阻挡使得流动偏转，从而使沿中间层的气体流增加。因此，该成形本体实现了挡板的功能，确保了经冷却的产物气体更均匀地流过反应器的中间层。
[0033]
因此，根据本发明的反应器的优选实施例的特征在于，该成形本体被布置成使得在待冷却的产物气体从该反应空间引导至该冷却空间并且在该冷却空间中围绕该成形本体流动之后，经冷却的产物气体的至少一部分沿着该反应器的中间层流动，并且该经冷却的产物气体随后经由该冷气体出口离开该反应器。
[0034]
正如调查所显示的并且如以下更具体地阐明的，上述措施实现了对中间层区域的改进的冷却并且改善了其上的温度分布曲线均匀化。因此，中间层区域上的传热系数差异较小，并且温度峰值降低。还降低了在中间层处或其中出现的最高温度。相应地，产生较少的热应力并且改进了对中间层的冷却。这具有以下优点：可以选择用于某些反应介质接触部件、尤其就中间层的较低设计温度而言，和/或可以将这些部件可以做得更小、尤其就关于相应部件的所需厚度而言。
[0035]
通过布置成形本体所实现的针对性流动管理使得可以相对于没有成形本体的“静止”气体气氛来通过强制对流显著地改进热传递。如上文所阐明的，中间层区域上的冷却效果是被均匀化的，从而减少中间层内的应力。因此，有针对性地引入布置在冷却空间中的成形本体形式的部分阻挡及偏转还实现了中间层温度方面的安全储备的提高，并且在适当实施的情况下，在反应器的构造期间在耐火衬里和反应介质接触部件的壁厚方面节省了成本。就反应介质传导部件而言，还可以可选地选择更具成本效益的材料、尤其是更具成本效益的耐热合金。
[0036]
在一个实施例中，反应器的反应空间布置在反应器的上部分中，而冷却空间布置在反应器的下部分，其中，产物气体从顶部到底部流动、并且在从反应空间流到冷却空间时流经气体管道。该气体管道还可以替代性地称为原生态气体流出物。在一个实施例中，该气体管道形成冷却空间的一部分。热产物气体通过热气体与气体管道和/或冷却空间中的冷却介质的强烈接触而冷却。在一个实施例中，热产物气体在气体管道内至少部分地被冷却和/或预冷却。
[0037]
产物气体尤其是合成气体，其至少包含氢气、一氧化碳和二氧化碳成分。
[0038]
燃料可以是适合于气化的任何气态、液态或固态的含烃燃料，该燃料适合于部分氧化以形成产物气体、尤其是形成合成气体。
[0039]
在反应器中，含烃燃料优选地在使用燃烧器的火焰反应中优选地根据气流床气化的原理、在高达100巴的压力下和高于1000℃的温度下被转化为富含氢气和一氧化碳的合成气体。
[0040]
形成产物气体所需的氧化剂是但不限于尤其与燃料发生放热反应(即在燃料反应时表现出负反应焓)的气体或气体混合物。同时实现燃料的部分氧化。因此，特别地，含烃燃料被完全氧化形成水和二氧化碳在根据本发明的反应器中仅以有限的程度发生，如果有的话。典型氧化剂的示例是空气、氧气和富氧空气。
[0041]
冷却介质可以是能够冷却直接接触的热产物气体而不与产物气体发生反应的任何介质。冷却介质优选地是水，在本领域的行话中，由于快速冷却，其也被称为骤冷水。
[0042]
在冷却空间中，产物气体通过与冷却介质的直接热交换而冷却。在此背景下，发生热产物气体与冷却介质的直接接触，这与例如在热交换器内经由管壁的间接冷却不同。
[0043]
根据本发明的反应器包括用于供应新鲜冷却介质的冷却介质入口。一旦使用这种新鲜冷却介质将热产物气体冷却至所需的温度，经冷却的产物气体就经由冷气体出口离开反应器。可选地，通过冷却产物气体而被加热的冷却介质的一部分也经由冷气体出口从反应器中排出。过量的冷却介质经由冷却介质出口从冷却空间中排出。在一个实施例中，冷却介质出口布置在反应器的贮槽区域中，即在下部区域或底部区域中。
[0044]
根据本发明的反应器的一个实施例的特征在于，该成形本体呈盘的形状、或者大致呈盘的形状。
[0045]
就其为盘状或大致盘状而言，成形本体不必但优选地为圆盘的形式。在本披露内容的背景中，术语“盘”应当被理解为是指成形本体也可以是多边形、或者可以呈现与圆盘不同的任何其他形状。在盘状或大致盘状实施例的背景下，在任何情况下，成形本体在一个方向上的范围是在垂直方向上的范围的许多倍。特别地，盘状或大致盘状的成形本体的水平范围是其竖直范围的许多倍。
[0046]
根据本发明的反应器的一个实施例的特征在于，该盘呈圆的部段的形状、或大致呈圆的部段的形状。
[0047]
在这种情况下，成形本体呈圆盘的形状，圆的扇形形状中的部段可以被认为已经从该圆盘中移除。在这种情况下，成形本体呈圆的部段的形状。这种成形本体特别容易集成到反应器的冷却空间中，该反应器典型地具有圆形截面或大致圆形截面。
[0048]
该反应器的一个实施例的特征在于，该盘状成形本体具有孔洞或凹陷，并且该孔洞或凹陷布置在该反应器的气体管道的区域中，使得该孔洞环绕该气体管道或者该凹陷部分地环绕该气体管道。
[0049]
术语“环绕”不一定是指成形本体在孔洞或凹陷区域中部分或完全接触气体管道。孔洞或凹陷可以被布置成使得通过在该区域中的布置在成形本体与气体管道之间形成狭槽。
[0050]
在该实施例中，成形本体尤其被布置在反应器的气体管道的高度处，并且成形本体中的孔洞完全环绕气体管道，或者成形本体中的凹陷部分地环绕气体管道。由于这种布置，至少一部分经冷却的产物气体一旦穿过气体通路开口就始终围绕成形本体流动，因此
这部分经冷却的产物气体不能直接流到冷气体出口。
[0051]
该反应器的一个实施例的特征在于，该部分地在该冷却空间的自由截面积上延伸的成形本体布置在该反应器的冷却空间的、面向该冷气体出口的一侧。因此，特别地，成形本体至少部分地布置在气体管道与侧向冷气体出口之间的区域中。成形本体优选地布置在冷气体出口下方。成形本体尤其至少部分地在气体管道与冷却空间的壁的内表面之间沿水平方向延伸，其中成形本体优选地在冷气体出口下方沿水平方向延伸。
[0052]
这使得至少一部分待冷却的产物气体不能从气体管道的出口直接流到冷气体出口。相反，该路径至少部分地被成形本体阻挡。因此，待冷却的产物气体可以被认为是“绕道”，因此更均匀地流过反应器的中间层。
[0053]
该实施例尤其在以下情况下是优选的，该盘状成形本体具有孔洞或凹陷，并且该孔洞或凹陷布置在该反应器的气体管道的区域中，使得该孔洞完全环绕该气体管道或者该凹陷部分地环绕该气体管道。
[0054]
该反应器的一个实施例的特征在于，该冷气体出口布置在该成形本体上方。该实施例尤其在以下情况下是优选的：将至少部分地在反应器的冷却空间的自由截面积上延伸的成形本体布置在该冷却空间的、面向冷气体出口的这侧，和/或盘状成形本体包括孔洞或凹陷，并且该孔洞或凹陷布置在反应器的气体管道的区域中，使得孔洞完全环绕气体管道，或者凹陷至少部分地环绕气体管道。进一步优选的是，冷气体出口布置在中间层下方。
[0055]
这具有改进的结果，即至少一部分待冷却的产物气体不能直接从气体管道的出口流到冷气体出口，因此更均匀地流过反应器的中间层。从气体管道的出口到冷气体出口的直接路径尤其被这些布置中的一种“阻挡”，并且经冷却的产物气体均匀地流过中间层。
[0056]
该反应器的一个实施例的特征在于，该成形本体就其主延伸平面而言水平地或基本上水平地布置在该冷却空间内、优选地就其主延伸平面而言相对于水平面成0
°
至30
°
的角度布置在该冷却空间内。
[0057]
该反应器的一个实施例的特征在于，该成形本体在该冷却空间的截面积上延伸，使得就布置在该冷却空间内并且在该气体管道下方的平面的投影而言，实现了该平面的自由截面积的20％至90％的部分阻挡。
[0058]
该反应器的一个实施例的特征在于，该成形本体包括一个或多个通路开口。
[0059]
该成形本体可以包括一个或优选地多个通路开口。通路开口优选地是孔洞，其中对应孔洞的截面积尤其相对于成形本体的总截面积而言相对小。用于冷却产物气体和冷凝的冷却介质可以经由通路开口有效地排出，随后经由出口从反应器中排出。通路开口同时确保尽管成形本体布置在冷却空间中，但一部分待冷却的产物气体仍可以流经所述本体并直接到达冷气体出口。通过增加涡流和湍流的形成，可以进一步改进沿着中间层的流动均匀性。
[0060]“多个”通路开口尤其应理解为是指至少两个通路开口的数量，但尤其是至少10个通路开口或至少100个通路开口或至少200个通路开口、或至少500个通路开口、或至少1000个通路开口的数量。
[0061]
该反应器的一个实施例的特征在于，该成形本体的通路开口限定了该成形本体的开放孔隙率，并且该开放孔隙率为5％至95％、优选地30％至90％、更优选地40％至90％、更优选地45％至85％、并且更优选地50％至80％。
[0062]
成形本体的开放孔隙率是经冷却的产物气体可以自由流经的成形本体的体积分数。如果成形本体是例如圆形或圆部段状穿孔板，其中孔洞限定了圆形气体通路，则开放孔隙率由孔洞的总体积相对于具有孔洞的穿孔板的总体积限定。
[0063]
该反应器的一个实施例的特征在于，该成形本体的通路开口限定了该成形本体的开放孔隙率，并且该开放孔隙率为30％至70％、优选地40至60％、并且更优选地50％。
[0064]
cfd模拟表明，成形本体的约50％的开放孔隙率在中间层的、与侧向冷气体出口相反的一侧实现了特别有效的冷却。
[0065]
该反应器的一个实施例的特征在于，该成形本体的通路开口限定了该成形本体的开放孔隙率，并且该开放孔隙率为70％至90％、优选地75至85％、并且更优选地80％。
[0066]
cfd模拟表明，成形本体的约80％的开放孔隙率实现了中间层两侧、即冷气体出口这侧和与之背向的那侧的改进的冷却。
[0067]
该反应器的一个实施例的特征在于，该成形本体的通路开口的形状选自包括圆形、矩形、方形、杆状或菱形的组中的至少一种元素。
[0068]
该反应器的一个实施例的特征在于，该气体管道具有第一端和第二端，其中，该第一端邻近于该反应空间并且该第二端邻近于该冷却空间，并且其中，该成形本体被布置为邻近于该气体管道的第二端或者是连结至该气体管道的第二端。
[0069]
当成形本体被布置为邻近于气体管道的第二端或与其连结时，至少一部分经冷却的产物气体必然且有利地围绕所有或几乎所有成形本体流动。当冷气体出口布置在成形本体上方时，这种情况尤其有利。在该实施例中，成形本体邻近于气体管道的第二端，使得其直接接触气体管道的第二端或形成间隙或以互锁、力配合或整体结合的方式与之连结。
[0070]
在一个实施例中，成形本体连结至反应器冷却空间的壁的内表面、或邻近于该壁。当成形本体进一步被布置为邻近于气体管道的第二端或与之连结时，这是特别优选的。
[0071]
该反应器的一个实施例的特征在于，在该气体管道的内表面上或其一端处布置了一个或多个用于处理待用该冷却介质冷却的产物气体的装置、尤其是喷嘴。
[0072]
因此，在该实施例中，产物气体可以有利地在流经气体管道时被冷却并且随后围绕成形本体流动。冷却介质入口与该装置、尤其是喷嘴流体连接。
[0073]
该反应器的一个实施例的特征在于，该反应器的中间层、和/或该成形本体设有一个或多个挡流板。
[0074]
在反应器的中间层和/或成形本体处附接挡流板使得可以改进沿着中间层的流动均匀性。
[0075]
本发明的目的另外至少部分地通过
[0076]
根据上述任一实施例的本发明反应器用于由含碳输入材料、例如天然气、来自原油加工的馏分、来自合成的副产物、生物质、公共废物、煤和/或焦炭来生产合成气体的用途来实现。
[0077]
本发明的目的进一步至少部分地通过一种用于在反应器中通过含烃燃料的气化来生产产物气体、尤其是合成气体的方法来实现，该方法包括以下方法步骤：
[0078]
a)在该反应器的反应空间中通过用氧化剂将该含烃燃料部分氧化来产生热产物气体；
[0079]
b)使该热产物气体进入该反应器的冷却空间中，以通过与冷却介质直接热交换来
冷却该热产物气体；
[0080]
c)使该经冷却的产物的至少一部分围绕布置在该冷却空间中的成形本体流动；
[0081]
d)在至少一部分经冷却的产物气体已经根据c)而围绕该成形本体流动之后，将经冷却的产物气体从该冷却空间中排出。
[0082]
根据本发明的方法的一个实施例的特征在于，经冷却的产物气体在从该冷却空间中排出之前沿着该反应器的中间层流动，其中，该中间层将该反应空间与该冷却空间彼此在空间上分隔开。
[0083]
工作示例
[0084]
下文通过附图和工作示例具体化本发明，其中，附图和工作示例不旨在以任何方式限制本发明。除非另有说明，否则附图未按比例绘制。
[0085]
在附图中：
[0086]
图1示出了根据本发明的反应器的示意性表示，
[0087]
图2示出了本发明成形本体分别具有和不具有气体通路开口的两个实施例，
[0088]
图3示出了根据对比示例和两个本发明示例的反应器的中间层上的传热系数分布的图形表示，并且
[0089]
图4示出了根据对比示例和两个本发明示例的反应器的中间层上的传热系数分布的图形表示。
[0090]
图1出了根据本发明的反应器1的示例的高度简化的示意性表示。反应器1具有上部反应空间2和下部冷却空间6。反应空间2和冷却空间6通过承重中间层20彼此在空间上分隔开。布置在中间层20中并延伸穿过中间层20的气体管道12在反应空间2与冷却空间6之间形成流体连接。气体管道12具有邻近于反应空间2的第一端12a和邻近于冷却空间6的第二端12b。
[0091]
反应空间2具有燃烧器4以及含烃燃料与氧化剂的入口3。含烃燃料与氧化剂的混合物5从反应器的上侧经由入口3被引入反应空间2中并使用燃烧器4形成火焰，而部分地转化为热产物气体8，随后通过流经气体管道12离开反应空间2并进入冷却空间6。
[0092]
该燃料例如是来自原油加工的液体馏分、尤其是来自原油加工的高沸点残渣。氧化剂例如是空气。由于反应空间2中普遍超过1000℃的高温，因此所述空间的内部设有耐火衬里(未示出)。反应空间2的反应器外壳由耐热合金制成。所形成的热产物气体8是富含一氧化碳和富含氢气的合成气体。
[0093]
形成反应器1下部分的冷却空间6具有冷却介质入口9，冷却空间6通过该冷却介质入口被供应新鲜冷却介质7。供应至冷却空间6的冷却介质7经由布置在气体管道12内的喷嘴(未示出)以细雾的形式分布，并且因此通过从流经该气体管道的热产物气体8到冷却介质7的直接传热来冷却该热产物气体。被蒸发的一部分冷却介质与经冷却的产物气体一起经由布置在反应器1的冷却空间6一侧处的冷气体出口10离开反应器1。过量的冷却介质收集在冷却空间6的包括冷却介质储器19的贮槽中，并且作为过量的冷却介质15经由冷却介质出口14从反应器1的冷却空间6中连续排出。
[0094]
在冷却空间6中布置了成形本体13，该成形本体部分地在冷却空间6的自由截面积上延伸。成形本体13呈圆的部段的形式，其内部具有凹陷，该凹陷邻近于气体管道12的第二端12b并且因此与气体管道12接触。取决于实施例和布置，该凹陷可以完全或部分地环绕气
体管道12。成形本体13基本上布置在气体管道12与反应器的冷却空间6的壁的内表面之间、在面向冷气体出口10的一侧。取决于紧固的类型，成形本体13可以以互锁、力配合或整体结合的方式连结至气体管道12的第二端12b、和/或紧固至冷却空间6的壁。
[0095]
冷气体出口10布置在成形本体13上方且在中间层20下方。这种布置使得在穿过气体管道12之后，经冷却的产物气体11a不会主要直接流向冷气体出口10，而这导致中间层20下方的区域上仅有少量流动。相反地，将成形本体13布置成部分地阻挡冷却空间6的自由截面积使得在图1中，经冷却的产物气体至少部分地经由左侧流到冷气体出口10，从而实现中间层20(尤其是背向冷气体出口10的区域)的更均匀且更好的冷却。
[0096]
如果像现有技术已知的反应器那样不在冷却空间内布置本发明的成形本体13，则结果是经冷却的产物气体11a几乎不流经中间层20下方的区域，因为它大部分在距中间层20显著距离处从气体管道12的第二端12b直接流到冷气体出口10。停留在中间层20下方区域中的气体对中间层20仅具有很小的冷却效果。这导致中间层20仅局部地且排他地在邻近于冷气体出口10的区域中或多或少地被有效地冷却。
[0097]
本发明的成形本体13确保经冷却的产物气体11a的全部或至少大部分流动被转向，使得经冷却的产物气体11a更大程度地沿着中间层20下方流动。这使得对中间层20的冷却效果增大且均匀化。因此，可以显著地降低或完全避免中间层20过热的风险和由于过度热应力(包括在中间层的耐高温衬里(未示出)失效的情况下)导致的材料失效风险。
[0098]
根据图1的成形本体13进一步包括用于产物气体和骤冷水的多个通路开口。通路开口一方面改善了过量的冷却介质沿反应器贮槽的方向的排出，还可以实现冷却空间6中的流量比的改善。
[0099]
图2中以简化示意性形式示出了成形本体13的两个示例的平面视图，其中成形本体13a示出了没有通路开口的成形本体13，而成形本体13b示出了具有通路开口的成形本体13。
[0100]
成形本体13a具有盘的基本形状、尤其是圆的部段的形状。成形本体13a由总共六个成形本体部段16a(例如耐热金属片)构成。圆部段形状的成形本体13a进一步包括凹陷18a，该凹陷至少部分地环绕根据图1的气体管道12。在冷却空间6内水平布置的情况下，成形本体13a如图1所示将阻挡冷却空间的自由截面积的约75％。
[0101]
成形本体13b具有盘的基本形状、尤其是圆的部段的形状。成形本体13b由总共四个成形本体部段16b(例如耐热金属片)构成。每个部段包括二十八个圆形通路开口17(孔洞)，其中通路开口或孔洞的数量实际上可以多得多。圆部段形状的成形本体13b进一步括凹陷18b，该凹陷至少部分地环绕根据图1的气体管道12。在冷却空间6内水平布置的情况下，成形本体13b如图1所示将阻挡冷却空间的约50％自由截面积(减去了通路开口的面积)。
[0102]
成形本体13的构型决不限于图2的示例，而是在其几何形状方面原则上是可自由选择的并且仅受其引入冷却空间6的器皿中的限制。成形本体的紧固和定位可以使用例如冷却空间6中呈夹具、支架或用于悬挂的杆的形式的固持器来实现。成形本体13的气体通路开口17的几何形状原则上同样是可自由选择的，并且由本领域技术人员相应地根据反应器中的流动条件以及针对每种情况的可用性和可接近性来适配。
[0103]
图3以图形表示示出了没有成形本体的对比示例(a)和具有成形本体13的两个本
发明示例(b)和(c)的cfd模拟结果。在本发明示例(b)中，对配置为半圆形几何形状的多孔板的成形本体进行cfd模拟。成形本体具有50％的开放孔隙率并且阻挡反应器1的冷却空间6的自由截面积的约50％。成形本体13沿水平方向延伸至气体管道12的高度、并且布置在气体管道12与冷却空间6的壁的内表面之间、且在冷气体出口10的下方。示例(c)的边界条件与示例(b)相同，但成形本体的开放孔隙率为80％。
[0104]
该图使用以瓦特每平方米(w/m2)为单位的传热系数示出了中间层20上的传热分布。总是需要尽可能最高且最均匀的传热来实现对中间层20的最佳冷却和最小热应力。每个子图的左侧示出了背向冷气体出口10的一侧，而右侧示出了面向冷气体出口10或与其相邻的一侧。底纹颜越深，传热越差，而颜越浅，传热越好。
[0105]
对比示例(a)尤其在背向冷气体出口的左侧示出了具有非常低传热系数的大表面积区域(以黑示出)。此外，仅紧邻冷气体出口10的非常小的、几乎点状的区域表现出非常好的传热系数(白区域)。因此，根据对比示例(a)，中间层的冷却很差且不均匀。示例(b)和(c)以具有高传热系数的显著较大区域(白)和具有低传热系数的显著较小区域(黑)的形式示出了显著改进。因此，成形本体13的安装明显使经冷却的产物气体11a的流动在更大程度上朝中间层20表面的方向偏转。在中间层20上的流动也尤其在背向冷气体出口10的一侧的区域中实现。
[0106]
图3的相同模拟的图形表示进一步阐明，与对比示例(a)相比，尤其是示例(b)(孔隙率50％)在背向冷气体出口10的一侧的大部分表面积上实现了更好的传热。在示例(c)(孔隙率80％)中，与对比示例(a)相比，在两侧都实现了改进的冷却。
[0107]
附图标记清单
[0108]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
反应器
[0109]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
反应空间
[0110]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
燃料与氧化剂入口
[0111]4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
具有火焰的燃烧器
[0112]5ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
燃料与氧化剂的混合物
[0113]6ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
冷却空间
[0114]7ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
新鲜冷却介质
[0115]8ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
热产物气体
[0116]9ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
冷却介质入口
[0117]
10
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冷气体出口
[0118]
11a、11b
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经冷却的产物气体
[0119]
12
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气体管道
[0120]
12a
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气体管道的第一端
[0121]
12b
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气体管道的第二端
[0122]
13
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成形本体
[0123]
13a
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无通路开口的成形本体
[0124]
13b
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
带有通路开口的成形本体
[0125]
14
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
冷却介质出口
[0126]
15
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
过量冷却介质
[0127]
16a、16b
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
成形本体部段
[0128]
17
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
通路开口
[0129]
18a、18b
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
凹陷
[0130]
19
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
带有冷却介质储器的贮槽
[0131]
20
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中间层

技术特征：

1.一种用于通过含烃燃料的气化来生产产物气体、尤其是合成气体的反应器，包括-反应空间，该反应空间包括用于引入反应介质、尤其是燃料与氧化剂的装置，以便用该氧化剂来部分氧化该燃料从而提供热产物气体；-冷却空间，用于通过与冷却介质直接热交换来冷却该热气体；-冷却介质入口，用于向该冷却空间供应新鲜冷却介质；-冷气体出口，该冷气体出口布置在该冷却空间的侧面、用于排出在该冷却空间中冷却的产物气体和可选地通过来自该冷却空间的产物气体的冷却而被加热的冷却介质的一部分；-将该反应空间与该冷却空间彼此在空间上分隔开的中间层；-气体管道，该气体管道布置在该中间层中并且延伸穿过该中间层以将待冷却的产物气体从该反应空间引导至该冷却空间；-冷却介质出口，用于从该冷却空间中排出过量冷却介质；以及-布置在该冷却空间中的成形本体，该成形本体部分地在该冷却空间的自由截面积上延伸并且实现对该冷却空间的截面积的部分阻挡，其中，该成形本体被布置成使得在围绕该成形本体流动之后，经冷却的产物气体的至少一部分随后经由该冷却空间的冷气体出口离开该反应器。2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，该成形本体被布置成使得在待冷却的产物气体从该反应空间引导至该冷却空间并且在该冷却空间中围绕该成形本体流动之后，经冷却的产物气体的至少一部分沿着该反应器的中间层流动，并且该经冷却的产物气体随后经由该冷气体出口离开该反应器。3.根据权利要求1或2所述的反应器，其特征在于，该成形本体呈盘的形状。4.根据权利要求3所述的反应器，其特征在于，该盘为圆的部段的形状。5.根据权利要求3或4所述的反应器，其特征在于，该盘状成形本体具有孔洞或凹陷，并且该孔洞或凹陷布置在该反应器的气体管道的区域中，使得该孔洞环绕该气体管道或者该凹陷部分地环绕该气体管道。6.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其特征在于，该至少部分地在该冷却空间的自由截面积上延伸的成形本体布置在该反应器的冷却空间的、面向该冷气体出口的一侧。7.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其特征在于，该成形本体就其主延伸平面而言水平地或基本上水平地布置在该冷却空间内、优选地就其主延伸平面而言相对于水平面成0
°
至30
°
的角度布置在该冷却空间内。8.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其特征在于，该成形本体在该冷却空间的截面积上延伸，使得就布置在该冷却空间内并且在该气体管道下方的平面的投影而言，实现了该平面的自由截面积的20％至90％的部分阻挡。9.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其特征在于，该成形本体包括一个或多个通路开口。10.根据权利要求9所述的反应器，其特征在于，该成形本体的通路开口限定了该成形本体的开放孔隙率，并且该开放孔隙率为5％至95％、优选地30％至90％、更优选地40％至90％、更优选地45％至85％、并且更优选地50％至80％。
11.根据权利要求10所述的反应器，其特征在于，该成形本体的通路开口限定了该成形本体的开放孔隙率，并且该开放孔隙率为30％至70％、优选地40至60％、并且更优选地50％。12.根据权利要求10所述的反应器，其特征在于，该成形本体的通路开口限定了该成形本体的开放孔隙率，并且该开放孔隙率为70％至90％、优选地75至85％、并且更优选地80％。13.根据权利要求9至12中任一项所述的反应器，其特征在于，该成形本体的通路开口的形状选自包括圆形、长方体、矩形、杆状或菱形的组中的至少一种元素。14.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其特征在于，该冷气体出口布置在该成形本体上方。15.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其特征在于，该气体管道具有第一端和第二端，其中，该第一端邻近于该反应空间并且该第二端邻近于该冷却空间，并且其中，该成形本体被布置为邻近于该气体管道的第二端或者是连结至该气体管道的第二端。16.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其特征在于，在该气体管道的内表面上或其一端处布置了一个或多个用于处理待用该冷却介质冷却的产物气体的装置、尤其是喷嘴。17.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其特征在于，该反应器的中间层、和/或该成形本体设有一个或多个挡流板。18.根据前述权利要求中任一项的本发明反应器用于由含碳输入材料例如天然气、来自原油加工的馏分、来自合成的副产物、生物质、公共废物、煤和/或焦炭来生产合成气体的用途。19.一种用于在反应器中通过含烃燃料的气化来生产产物气体、尤其是合成气体的方法，包括以下方法步骤：a)在该反应器的反应空间中通过用氧化剂将该含烃燃料部分氧化来产生热产物气体；b)使该热产物气体进入该反应器的冷却空间中，以通过与冷却介质直接热交换来冷却该热产物气体；c)使待冷却的产物气体的至少一部分围绕布置在该冷却空间中的成形本体流动；d)在至少一部分经冷却的产物气体已经根据c)而围绕该成形本体流动之后，将经冷却的产物气体从该冷却空间中排出。20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，经冷却的产物气体在从该冷却空间中排出之前沿着该反应器的中间层流动，其中，该中间层将该反应空间与该冷却空间彼此在空间上分隔开。

技术总结

本发明涉及一种用于通过含烃燃料的气化来生产产物气体、尤其是合成气体的反应器和方法。该反应器具有反应空间和冷却空间以及将该反应空间与该冷却空间在空间上分隔开的中间层。用于将待冷却的产物气体从该反应空间引导至该冷却空间的气体管道延伸穿过该中间层。根据本发明提供的是，在该反应器的冷却空间中布置成形本体，该成形本体至少部分地在该冷却空间的自由截面积上延伸并且实现对该冷却空间的截面积的部分阻挡，其中，该成形本体被布置成使得在围绕该成形本体流动之后，经冷却的产物气体的至少一部分随后经由该冷却空间的冷气体出口离开该反应器。该成形本体的布置实现了中间层的改进且更均匀的冷却。了中间层的改进且更均匀的冷却。了中间层的改进且更均匀的冷却。