[发明专利]气化炉反应器内涂层

说明书

技术领域

本发明涉及一种气化炉反应器内涂层。

背景技术

本领域中公知一种特别用来气化煤炭的气化炉。煤炭气化工艺在本领域中所公知已有大约50年历史，目前该工艺正经历快速的发展，原因在于，能够使用该工艺由各式各样的碳氢材料，如煤炭、石油焦以及可循环使用的重油开始生产作为能量来源和化学工业基础化合物的合成气。该工艺还可以在排入大气之前去除不期望的组分，例如NOx、硫或汞等。

气化的操作方法包括在压力下、在水蒸汽或氧气的氛围中，并在大约1000℃到大约1600℃的温度下进行可控的不完全燃烧。

现有不同类型的反应器，也被称为“气化炉”，有固定床、流化床或驱动床等类型，这些反应器的区别在于引入反应物的模式、燃料和氧化剂的混合方式、温度和压力条件及排出反应产生的液体残渣或灰分的方法的不同。

论文“用于气化的耐火材料(Refractories for Gasification)”于2003年7-8月由圣-戈班工业陶瓷部能源系统中心(Energy Systems department of theSaint-gobain Idustrial Ceramics Division)的Wade Taber发表在“耐火材料应用和新闻(Refractories Applications and News)”期刊的第8卷第4期上，该文描述了气化炉内涂层的结构。气化炉涂有不同的耐火制品层，这些耐火制品可以耐受气化过程中其受到的温度、压力和化学环境的条件，因此耐火制品层可保护气化炉金属内壁受热，并且避免气体和残渣的腐蚀。

在受热面的耐火制品更尤其容易遭受灰分或熔渣的腐蚀和化学侵袭，导致化合物从液化的灰分或熔渣中渗透到耐火制品的孔里。腐蚀和热循环的结果是，这种渗透能够引起涂层剥落，最终使反应器停止工作。

为了提高耐火涂层的使用寿命，研究者试图增加涂层厚度，但是这种办法具有减少气化炉有用体积从而降低产率的缺陷。

James P.Bennett在论文“结渣气化炉中使用的耐火材料衬里(Refractory linerused in slagging gasifiers)”(2004年9/10月发表在“耐火材料应用和新闻(Refractories Applications and News)”期刊的第9卷第5期20-25页上)中阐明尽管耐火涂层中氧化铬的含量很高，目前气化炉耐火涂层的使用寿命特别是在空气冷却系统中仍受到极大限制。他特别提到了S.J.Clayton，G.J.Stiegel和J.G.Wimer的报告“气化工业，气化市场和工业-现在和未来，一个工业前景(Gasification Technologies，Gasification Markets and Technologies-Present andfuture，and Industry Perspective)”，美国DOE报告DOE/FE 0477(US DOE reportDOE/FE 0447)，2002年7月。

因此，对于耐火涂层有一个要求：能够比现有技术产品更有效和更持久地耐受气化炉里的腐蚀。

本发明的目的在于要满足上述要求。

发明内容

根据本发明，上述目的是通过气化炉内耐火层具有至少一个烧结材料区来实现的，该烧结材料包含至少45wt％的铬氧化物(Cr₂O₃)和至少1wt％、优选至少2wt％、更优选至少3wt％的氧化锆(ZrO₂)，所述氧化锆至少20wt％、优选至少30wt％以立方晶和/或四方晶形式稳定存在。

如同在说明书其余部分更详细描述的，出人意料的是，在有至少1wt％的氧化锆存在，且氧化锆中至少20wt％是以立方晶和/或四方晶形式稳定存在，这减少熔渣的渗透和侵袭，而没有降低涂层的其他功能特性。

本发明所述的涂层材料优选的有一个或多个如下的可选特征：

-至少60％的氧化锆以立方晶和/或四方晶形式稳定存在。

-所述的材料包含至少一种掺杂剂，该掺杂剂能稳定或不能稳定氧化锆，并选自于CaO、MgO、Y₂O₃和TiO₂中，优选的掺杂剂为CaO。所述材料的氧化钙(CaO)的含量优选低于1.0wt％。掺杂剂优选能稳定氧化锆，至少部分稳定氧化锆。

-氧化锆(ZrO₂)的含量大于4.5wt％，优选大于6wt％，和/或低于7wt％。