[发明专利]用于生产合成气体的方法和设备

说明书

技术领域

本发明主要涉及气化系统，例如用于整体气化联合循环(IGCC)发电装备的气化系统，且更具体而言，涉及用于利用气化系统喷射装置优化合成气体生产的方法和设备。

背景技术

大多数已知的IGCC装备包括与至少一个发电涡轮系统整体形成的气化系统。例如，已知的气化系统将燃料、空气或氧气、液态水，和/或蒸汽，和/或CO₂的混合物转化成合成气体，或“合成气”。合成气经引导通向燃气涡轮发动机的燃烧器，该燃烧器提供动力给向电力网供应电力的发电机。来自至少一些已知燃气涡轮发动机的排气供应给产生蒸汽用于驱动蒸汽涡轮的热回收蒸汽发生器(HRSG)。由蒸汽涡轮所产生的动力还驱动提供电力给电力网的发电机。

至少一些已知的与IGCC装备相关的气化系统通过混合反应剂流(如氧气)与浆状含碳材料流(如石油焦)而产生合成气燃料。在氧气(O₂)和含碳材料之间有助于发生至少一种放热反应，该反应产生包括氢气(H₂)、一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO₂)的合成气。石油焦相对于其碳含量和热含量通常具有相对较低的氢含量，从而升高了气化器温度。而且，气化系统构件，例如，气化反应器耐火材料，可限制反应温度，且因此限制氧/碳比率，从而限制了在形成CO和CO₂以及相关放热时碳的使用。未使用的碳通常与渣料产物(通常呈烧焦物或煤烟的形式)相结合，或者与一部分渣料一起再循环重新进行反应，或者与渣料一起作为副产废物从处理中去除。降低的氧/碳比率通常导致增加形成渣料和烧焦物。上述综合影响可降低气化系统和IGCC装备的效率，同时具有更高的操作和投资成本。

发明内容

在一个方面，提供了一种产生合成气体(合成气)的方法。该方法包括经由至少一个喷射装置喷射多个反应剂流到气化反应器中，该至少一个喷射装置具有多个喷射环状空间、围绕延伸经过该至少一个喷射装置的中心线而环形地延伸的内部部分，以及围绕该内部部分大致环形地延伸的外部部分。外部部分的至少一部分关于该至少一个喷射装置中心线倾斜地定向。该方法还包括将该多个反应剂流中的各个反应剂流的至少一部分混合在一起，使得由反应剂流限定出多个回流区。该方法还包括经由混合该多个反应剂流中的各个反应剂流的至少一部分而在该多个回流区中产生合成气。

在另一方面，提供了一种喷射装置。该喷射装置包括围绕延伸经过该喷射装置的中心线而环形地延伸的内部部分。该装置还包括大致环形地围绕该内部部分延伸的外部部分，该外部部分包括关于喷射装置中心线倾斜地定向的至少一个含碳反应剂喷射端口和关于该喷射装置中心线倾斜地定向的至少一个外部面中的至少一个。该至少一个含碳反应剂喷射端口构造成用以在距喷射装置的预定距离处至少部分地限定多个回流区。

在又一方面，提供了一种气化系统。该气化系统包括至少一个含碳反应剂源和至少一个含氧反应剂源。该系统还包括至少一个气化反应器，该至少一个气化反应器包括与该至少一个含碳反应剂源和该至少一个含氧反应剂源成流动连通地联接的至少一个喷射装置。该喷射装置包括围绕延伸经过该喷射装置的中心线而环形地延伸的内部部分。该装置还包括围绕该内部部分大致环形地延伸的外部部分，该外部部分包括关于该喷射装置中心线倾斜地定向的至少一个含碳反应剂喷射端口和关于该喷射装置中心线倾斜地定向的至少一个外部面中的至少一个。该至少一个含碳反应剂喷射端口构造成用以在距喷射装置的预定距离处至少部分地限定多个回流区。

如文中所述的用于合成气体(或合成气)生产的方法和设备有助于气化系统的操作。具体而言，以预定的定向喷射流体流到气化反应器中提高了合成气生产效率。更具体而言，构造具有预定尺寸的多个反应剂喷射端口有助于形成小的反应剂微滴，这些微滴利用改进的雾化而容易地蒸发，从而有助于提高反应剂热解和气化的效率和有效性。提高热解和气化的效率和有效性有助于提高合成气的生产率，同时降低灰烬和副产烧焦物的产生率。组装和操作如文中所述的气化反应器有助于优化地操作合成气生产工艺，以有助于改善气化系统和IGCC装备的生产效率，从而有助于降低投资和操作成本。此外，如文中所述的用于产生该种合成气的方法和设备有助于降低与组装该种IGCC装备相关联的投资成本。

附图说明

图1是示例性整体气化联合循环(IGCC)发电装备的示意性示图；

图2是可用于合成气体生成(例如，可结合图1中所示的IGCC发电装备使用)的气化反应器的示意性截面视图；

图3是可结合图2中所示的气化反应器使用的示例性喷射器进给组件的示意性透视图；