耐火壓力容器的制作方法

專利名稱：耐火壓力容器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于氣化含碳材料的耐火容器，尤其涉及一種容器壁結構和溫度控制系統。
在這一方面，氣化為一種公知的用于消耗副產品和無用的含碳物料、以及從中產生有用的價值較高的產品的技術。上段所述的相關申請提供了一種新的處理特殊等級的含碳材料和廢物的方法，而該材料和廢物現在主要在液體的熱氧化設施中進行處理，上述該材料和廢物即鹵化物以及尤其是副產品和無用的氯代烴類。本發明的耐火壓力容器在處理上述特殊等級的含碳材料時特別有用，但是在氣化其他含碳材料時也是有用的。
氣化對于液體熱氧化提供了許多潛在的優點，該優點包括較低的經濟成本，較少的排放以及進料成分的最大化學價值的獲得。關于處理鹵化的含碳材料，氣化與其他鹵化物廢物處理技術相比也為一種適用性較強的技術(即除了液體熱氧化技術之外)，其表現在氣化可適用于范圍更廣的給料組分。
下面結合附

圖1中所示的方框流程圖，對鹵化物進行氣化的過程的實施例予以討論。在氣化過程內，氣化主要發生在局部氧化條件下，即氧氣對燃料的比率在亞化學計量的情況下，同時氫氣過量。反應溫度大于1200℃，通常大于1400℃，反應壓力為5bar(barg)左右。在這些條件下，鹵化的有機材料中的鹵化物應當被轉化成其氣態的鹵化氫形式。
通常，鹵化物在氣相和冷凝后的液相下均具有腐蝕性。與鹵化氫相接觸的結構中的多數材料的干氣相腐蝕率隨著溫度的升高按指數倍地增大。含水的鹵化氫對于與其相接觸的材料的腐蝕率也隨著溫度的升高而增大，但是當存在氧氣或者被氧化的金屬鹽時其腐蝕率加劇。鹵化氫的這種侵蝕性更需要人們在設計用作氣化反應容器的安全可靠的壓力容器時予以注意。
在與含鹵進料不同的碳氫化合物的氣化領域，使用兩種主要的耐火容器設計。如圖3所示，一種“熱壁”設計設有一層或多層耐火材料，即熱面20、絕緣耐火層22、陶瓷纖維紙24以及可選擇設置的可鑄的或塑料的耐火層26，該耐火層26只是限制熱量從反應器腔室C向容器壁外側28傳遞，可為碳鋼殼體，聚四氟乙烯或耐鹽酸鎳基合金合金B-2(ID)內襯，最終限制熱量向大氣A損失。這種設計本身不提供控制容器壁溫的主動裝置。這導致容器壁溫隨著操作條件、耐火材料的一體性以及環境條件的變化而變化很大。本發明的一個方面在于改進這種設計，發現該設計在用于氣化鹵化的有機材料時不是最佳的，主要因為該設計缺少主動的壁溫控制以及由這種控制所給予的鹵化氫對容器壁腐蝕作用。
用于對碳氫化合物氣化的耐火壁結構的第二設計即內“膜壁”設計表示在圖4中。內“膜壁”設計在此設有一個或多個耐火材料層20、22、24以及一個可選擇的26，該26位于壓力容器28內設置的一個所謂的膜34內。該膜由任意數量的導管或通道38(通常為管道)形成，以循環流體熱控制物質36。導管一起組成內“膜”支架。膜和耐火材料均容納于壓力容器(在膜和容器壁之間留出一個小空間)內。膜可由任意一種結構材料制成。傳熱流體流經膜導管以從反應器腔室C中吸收熱量，從而限制容器壁溫。的確提供了一種對容器壁控制的內膜系統具有其他缺點，如結構成本高以及在惡劣的環境中其維修成本高。如果想要“氣密”設計的話，內膜設計還可進一步復雜化以減小氣體向壓力容器壁泄漏。本發明的一個方面在于改進這種內膜設計，該內膜用于對含碳材料尤其使鹵化物進行氣化(借此產生鹵化氫)的反應器上。內膜設計在結構和維修方面太復雜且價格昂貴，后者(維修方面)尤其在惡劣的鹵化氫氣化環境中是非常危險的。
套式冷卻技術是公知的。例如在R.E.Markovitz，“picking the bestvessel jacket”，Chem.Engr.pp 156-162，Nov.15，1971；R.E.Markovitz，ChapterHeat transferJacketed Vessels In Heat Transfer Design Methods，ed.JJ Mcketta，Marcel Dekker，1991；W.R.Penney，Section 3.14(3.14.1，.2和.3)InHemisphere Handbook of Heat Exchanger Design，G.F.Hewitt，ed.1981；I.H.Lehrer，“Jacket-Side Nusselt Number”，IEC Proc.Des.Dev.，9No.4，pp 553-558，1970；J.A.Kaferle，Jr.“Calculating Pressures forDimple Jackets”，Chem.Engr.，pp 86，November 24，1975。然而，設外套的反應器的傳統應用為控制向反應器本身(通常為液相反應器)傳熱或者從反應器本身向外傳熱，以便控制反應溫度或者反應器內容物的溫度。與上述相反，本發明設計提供一種用于對含碳物料以及尤其鹵化物進行氣化的帶外套的反應器。本發明的可控溫的帶外套的氣化反應器不是用于控制反應器的內容物的平均溫度，而是控制和限制壓力容器壁和覆層的溫度，如果使用上述外套設計，反應腔及其內容物本身的溫度基本上低于正常運行水平。
這樣，當前的氣化主要使用“熱壁”，其中設有用于在腐蝕條件下使用的合適材料或者襯里，或者使用一種內“膜壁”，該內“膜壁”用于防止熱量通過耐火系統到達壓力容器壁，然而本發明采取多種獨特方式使得本發明具備上述“熱壁”和內“膜壁”二者所達到的功能。本發明所設計的新穎的設外套的反應器帶有用于壁溫控制的傳熱流體循環，該循環包括運行期間的冷卻以及停歇期間的加熱。該壁溫控制系統可限制最大或高的壁溫，從而限制了熱貧氣的腐蝕。因為根據上述參考的PCT申請在處理過程中希望得到高水平的鹵化氫，同時因為材料(如HCl)的氣相腐蝕率隨著溫度的升高而急劇增大，所以，嚴格的壁溫控制是非常重要的。
產生較高壁溫的原因在于高的環境溫度、高的內氣化器運行溫度或者氣體滲透或者“旁通”過耐火材料而使得氣體接觸到容器壁。這些“過熱點”在大型的設有耐火材料襯里的容器中并非少見。因此，如上所述，對于氣化器長期的維修服務而言，簡單的熱壁設計是不可取的。另外，壁溫控制在準備、啟動、加熱、(溫度)下降或停歇期間對于氣化器(尤其對于氣化鹵化物的氣化器)是極其重要的。本發明的壁溫控制最好設計成可防止冷或濕的含水酸尤其是鹵化氫的冷凝。含水酸或者鹵化氫的腐蝕性很大。對于結構中的多數材料的最佳腐蝕控制而言，防止上述冷凝的發生是很嚴格的。當使用現有技術中的熱壁或內膜系統，因為周圍環境冷、沉淀，這些“冷”狀況可能發生在存在大量熱損失的局部冷點(例如，在燃燒器，壓力容器頭)。這樣，嚴格的壁溫控制，對于防止濕的含水鹵化氫冷凝以及與此發生的相關腐蝕，也是相當重要的。
本發明的新穎的設外套的容器結構也能夠消除上述膜設計中存在的裂縫和壓力點。膜設計主要利用彎曲的以及焊接的管道或者通道而實現。這種彎曲的制作以及焊接的過程不可避免地導致剩余材料應力存在，同時也存在一些裂縫。這些較高壓力的區域和裂縫導致膜材料中存在的較高的局部腐蝕率。與內膜設計相比，外設外套以控制溫度的耐火壓力容器提供了一種較簡單、價格低廉的結構和維修程序。內膜壁需要將許多板或組件部件到壓力容器內。為方便將來的維修，上述部件制作成足夠小以便通過容器上設的人孔。上述部件必須被組裝到容器內。這樣，內膜設計是很復雜的，需要一定強度來支承所有耐火材料的重量，復雜還表現在允許耐火材料、膜壁以及壓力容器殼體之間存在熱增長差異。通過外部的可控溫設外套容器可得到較均勻的壁溫，從而上述熱增長差異可被減小。
另外，與內膜壁設計相比，壓力容器穿孔數量在外部的可控溫且設外套的反應器設計中得以被限制。內膜壁需要多個用作冷卻液進口和入口的噴嘴。這些容器壁穿孔給壓力容器提供了不希望的壓力點和裂縫腐蝕。相反，結合外部控溫夾套的、光滑簡單的內部形狀的壓力容器，可以用各種材料簡單經濟地進行包覆、涂覆、襯里。
另外，因為外部的可控溫外套設計系統可以使得容器暴露的表面溫度更均勻(這樣可獲得較好的腐蝕控制)，所以，外部的可控溫帶外套的反應器設計可減少惰性氣體吹洗的必要。然而對于位于內膜壁后的氣體空間或腔室上述惰性氣體的吹洗是必要的。這些吹洗造成的氣體稀釋是不理想的。
本發明包括一種用于在反應器中氣化含碳進料(包括鹵化物)的方法，該反應器包括一個帶有耐火材料襯里的第一壓力容器，該方法包括如下步驟在還原條件下，將含碳進料和氧氣供到反應器中以便從中生產出包括合成氣在內的產品；將傳熱流體循環以接觸第一壓力容器壁部分的外側，這樣，在流體作用下將外反應器壁溫控制在高于至少第一壓力容器壁部分的外側上的溫度(該溫度低于目標級)，該目標級基本上低于反應器的運行溫度且最好約為150℃～250℃。
下面結合附圖對本發明的最佳實施例予以詳細地說明，以助于更好地理解本發明。
表示在圖2A和2B中的最佳實施例中的氣化器區200由兩個反應容器R-200、R-210以及主要為了重整鹵化物(主要是RCl’s)的輔助設備組成。在這個實施例中，含鹵的進料(氣流144)被霧化與氧氣291和氣流298一起進入主反應器R-200。在惡劣的氣化環境下，RCl等組分部分被霧化且轉化成一氧化碳、氯化氫、氫氣以及少量的水蒸氣和二氧化碳，另外還有少量的其他物質如煤煙(主要是碳)。從R-200出來的產品最好流入一個第二反應容器R-210，在該第二反應容器內完成所有的反應，這樣，高效地生產出所有的含鹵物種，同時可減少不想要的副產品如煤煙。
由于鹵化氫或者HCl無論作為熱的貧氣還是冷凝液均具有腐蝕性，所以，反應器殼體和連接管道最好加上外套，在下面根據本發明對這一點予以充分地說明。外套的設置產生一個或者多個與閉合的傳熱流體系統S-280相連的通道，該傳熱流體系統S-280部分地表示在圖2B中。
繼續圖1的方框流程圖中所示的氣化系統，從R-210出來的熱氣最好在驟冷區300處通過與循環水流的直接接觸而被冷卻。反應器流出物或者產品氣體以及該水流可在一個驟冷容器中直接地混合。該混合物然后流到一個氣液分離器筒中，驟冷后的氣體從氣液分離器筒的上部流出，底部液體可被冷卻且回收到該驟冷區。
從反應器系統出來的產品氣體中的微粒(如包括煤煙等)可在微粒回收步驟350的洗滌器中通過洗滌與氣流分離。從洗滌器出來的氣流然后最好被引入到一個鹵化氫或HCl吸收柱400中。非冷凝的組份流經吸收器的上部而繼續到達合成氣完成區700。從洗滌器出來的氣體中的HCl能夠被吸收以從底部提供含水酸流體。該含水酸流體被過濾且流經一個酸凈化裝置450以去除最后殘留的微粒和有機物，生產出一定等級的含水HCl產品。該產品可按需要被出售或者進一步地處理以生產無水HCl(該處理所需的合適步驟和裝置已經在先前的申請中公開)。該合成氣完成區700中包括堿洗氣器和合成氣廢氣處理系統。
已經對鹵化物的氣化過程的實施例進行描述之后，現在我們返回來詳細地看一看圖2中所示的氣化器200。上述實施例中的氣化器區200由兩個反應容器R-200、R-210以及主要為了再形成含鹵進料而的設的輔助設備組成。為便于說明，鹵化的進料假設為包括含氯的有機物質。
所示的最佳實施例中的主氣化器R-200用作一個向下噴射的攪拌反應器，該反應器的主要作用在于霧化供到R-200中的液體以及蒸發液體，以及大體地將蒸發后的液體與氧氣、緩和劑以及熱反應產品混合。氣化器最好在溫度為1450℃以及壓力為5bar(75psig)的狀況下工作。這些嚴格的條件確保所供到R-200中的所有進料組分幾乎被完全地轉化。
為防止上述實施例中的氣化器殼體受到熱的干鹵化氫或者含水的鹵化氫冷凝液的腐蝕，本發明揭示一種設有外套的氣化器殼體以便于壓力容器壁溫度控制。
外套系統的一部分表示在圖2B中，其中為方便控制壁溫，該系統提供傳熱流體循環到一個或多個由該外套限定的通道內。該系統S-280包括一個冷卻器E-280、收集筒D-280、以及多個用于循環傳熱流體的泵P-280，其中該傳熱流體最好為道氏熱載體GRP(Dowtherm GRP)或syltherm800，但是也可為包括水在內的其他流體。熱的帶有耐火材料襯里的氣體容器、泵送管道以及驟冷入口最好完全地設上外套。在正常的運行期間，通過從流體控制系統S-280來的傳熱流體的冷卻作用下，從而帶走該氣化工藝腔室經由耐火材料襯里傳遞到容器外殼和管道(主要是不銹鋼外殼)的熱量。最好還設一個小型的加熱器E-281，該加熱器E-281用于將傳熱流體從冷態起動加熱到工作條件，同時用于維持停工期間襯里的溫度。
容器外殼的溫度最好被控制在約200℃，或者介于250℃和150℃之間。含有氣體混合物的鹵化氫的理論露點溫度約為130～150℃。然而實際的露點溫度因鹽、金屬或其他腐蝕物質的加入而發生改變。這樣，壁溫最好保持在高于上述理論露點溫度的一個安全限度。當溫度高于200℃時，干氣態HCl的腐蝕率與溫度成指數規律地增長。因此，除了防止水凝結所需的加熱之外不需要對容器外殼壁過多地加熱。在運行系統的的最佳實施例中，除了需要進行系統維修，外套系統可以在的所有時間(即使在停工期)控制壁溫。即使在停工期，通過這種控制可防止大氣水分因系統中存在殘余的HCl等而冷凝成腐蝕液。
如上所述，因為高溫氣體混合物和冷凝液存在潛在的巨大腐蝕性，最好穩定地控制反應器壁的溫度。為了將反應器壁溫度穩定而嚴格地控制在氣化反應器的極端溫度之下，本發明公開了一種具有耐火材料襯里的壓力容器，最好細心地選擇制成該容器的材料以確保氣化器的壽命較長。
如上所述，現有技術中的如圖3所示的“熱壁”構思不是最佳的，且不能靠自身來控制壓力容器壁的適于含碳材料(特別是含氯材料)氣化的條件。利用現有技術中的“熱壁”構思，壁溫不能在所有時間以及必需的環境條件范圍保持足夠的要求，該要求包括溫度高于露點溫度且低于理想最大的不濕溫度。例如，耐火材料20、22、24以及可選擇的26的氣體或者一個局部的耐火材料故障，能造成壁28被過度加熱而導致較大的腐蝕率。另外，在啟動、結束、停歇以及于冷環境條件下的正常運行期間，壁條件不能被控制。對于一個在5bar壓力條件下運行的容器，特別是如果含有熱HCl承載合成氣的情況下，這種情況和危險的存在是很糟糕的。
如上所述，就壁溫控制而言，現有技術中的如圖4所示的內膜設計比圖3中所示的“熱壁”要好，但是仍然不理想。該膜34的結構很復雜同時需要用于覆蓋整個容器28面積的多個板和部分，這給設計和生產方面帶來一種挑戰。膜34還帶來主要是維修方面的問題，如需要進入容器、去掉耐火材料以及可能需要去掉膜板。因為膜必須屬于高合金材料，所以，這種設計所需費用比本發明的設外套的設計要高。容器28需要襯里或者覆層30或者一個帶有惰性墊料氣體的復雜腔墊系統。這種墊料(主要是N2)為一種不理想的氣體稀釋劑。在本發明的一些設計中，不設置這種覆層。
本發明的帶外套的殼體包括如圖5～11所示的一個或多個外通道，將該帶外套殼體與圖2B所示的傳熱流體控制系統相結合。該帶外套的殼體為氣化器容器的最佳設計，尤其對于氣化鹵化物的氣化器容器而言更是如此。這種設計對于壁溫控制、可靠性以及成本效率方面具有較好的水平。在基本上所有的運行模式下，本發明中容器的壁溫也能夠被維持在高于露點溫度。即使對于氣體旁通或局部耐熱材料20和22的失效的情況下，上述設外套的傳熱設計具有高效、實用以及有規律的冷卻能力以限制壁溫。
如圖5～11中所示的外套的其他設計方式包括內套、外膜壁或板、焊接的“半管”、表面微凹的套、容器的螺旋套以及外板。套式冷卻可通過多種技術完成。溫度控制套式冷卻為“容器中容器”的設計，如圖5和圖2A所示。傳熱流體36被循環流經由這種外套40所限定的一個或多個通道38，其中該通道可以僅包括介于兩個容器壁之間的空間。在該空間中，如圖5B所示，最好利用一個方向任意的噴嘴將該熱溫度控制流體引入以在整個外套內形成回旋流。平板套式冷卻的結構最簡單，從而其初始成本也較低。該平板套式冷卻較適于冷凝、加熱介質，而不適用于敏感性流體。一個方面的原因在于較大的通道導致較低流速以及相應較低的傳熱效率，其中該效率大小主要由自然對流的狀況確定。普通套式冷卻實際上是在反應容器上加上復壁。特別地，如果在普通套式冷卻中設置敏感性流體加熱或冷卻，建議使用如圖5B中所示的攪拌噴嘴。攪拌噴嘴50可用于切向引導或多或少的進液36進入到外套40中，同時提高有效流速和紊流水平。然后被用于冷凝介質，極力建議采取沖擊保護。此外也可使用較大或者多個進液噴嘴。
最好采取圖5C、5D中所示的帶有內隔板的“套中套”設計。其中，傳熱流體被循環流經由兩個壓力容器壁(內壓力容器壁28和外套壓力容器壁40)和多個隔板52所限定的腔室。流體的循環受到循環控制系統的控制以嚴格控制傳熱流體的流速和傳熱效率，以便將容器壁和覆層的溫度保持在一定的范圍內，基本上不受反應器內的溫度的影響。最佳的導管設計能夠平衡傳熱系數和壓力降之間的關系。在一最佳實施例中，將最佳的隔板以螺旋狀的形式繞在反應器殼體28上。
通常，螺旋的板式隔板由沿著壓力容器殼體焊接的螺旋帶組成。這使得外套中的流體以較小的通道繞著容器流動。隔板邊緣和外套的內側之間自然地存在一些間隙，一部分循環流體可通過該間隙。否則，外套可被看作很像一個螺管。
圖5E、5F中所示的表面微凹的外套為帶隔板的外套的另一種設計形式。如圖5E、5F所示，外殼40上設有其制成材料與殼體材料相同的規則的凹部54。這些凹部52呈規則形式且用于引起紊流。這些凹部52被焊接到容器壁28上。
另一種套式冷卻技術可使用如圖6A～6D中所示的膜壁、“半管”外套或者板式螺管方法。對于圖6B、6C中所示的半管設計而言，多個半管式導管56被焊接到容器殼體28上以便為傳熱流體36流提供平行的通道38。設有出入口58來循環傳熱流體36。圖6A中所示的用于內膜系統中的熱控制螺管260也可用作外套40。半管式外套主要包括一個沿縱向切開的管道，然后將該管焊接到殼體上。這種設計適用于需要高的外套壓力的場合，但是因為需要沿著割管的每個邊設的兩個長焊縫，所以該方法的成本昂貴。因為幾何結構是公知的且不可能有旁通，所以傳熱被很好地限定。半管式外套較適用于水或其他類似傳熱流體這樣的敏感性流體。
也可為圖6D中所示的焊接的平盤蛇管，帶有凸出部分以設置相當好的流體通道。也可在平盤蛇管上設置夾板，該夾板是夾持到容器上而不是焊接到容器上。
如圖7所示，外套可分成幾個部分，每個部分具有獨立的入口和出口。在一些要求高的場合，這些區域的設置有利于改善容器中溫度的均勻性以便當使用冷凝介質時可迅速地從外套的所有區域除去冷凝液，另外可減小敏感性介質中的溫度變化、控制在任一蒸汽空間區域中的焊接溫度以及將外套中的壓力降保持在允許值。
根據本發明，覆蓋壓力容器壁是理想的。對于氣化器容器而言，非金屬覆層的設計是不理想的，因為非金屬不夠“堅韌”，難以保證較長的壽命。因耐火材料的失效或者氣體的旁通造成的難控制的熱運動和局部過熱點有可能破壞現有的公知的非金屬襯里的整體性。因此，在本發明的最佳實施例中，最好使用高合金的抗腐蝕性的金屬覆層30。
如上所述，在實際運行中，容器壁內側部分的溫度最好保持在或略高于200℃以保證高于露點溫度。大部分HCl氣體露點溫度估計在130～150℃的范圍內，但是因金屬腐蝕產品的加入造成的局部露點溫度升高使得運行溫度較高。基于上述考慮，在循環通路38中使用較高溫度的合成傳熱流體(如Dowtherm A)。流體的高溫度穩定性對于減小過熱點對長期的流體穩定性和溫度控制的影響是很重要的。流體特性和殼體失效情況應當支配外套系統的運行壓力。
應當注意維護氣化壓力容器上包含物、噴嘴的設計以及配件。殼體的熔深應當最小，必需的熔深應當設有外套同時設計成溫度控制的形式。
如圖5～11所示的本發明的設外套的反應器設計利用一個或多個內耐火材料層20、22、24以及一個可選擇的適于暴露于熱原料氣中的26，上述熱原料氣可能是含有氯化氫的氣體，見圖5A。上述一層或多層內耐火材料主要包括耐化學腐蝕性的“熱面”耐火材料層20以及用于傳熱控制的絕緣耐火材料層22。帶有絕緣耐火磚的耐火材料的高氧化鋁耐火磚(大于99％)為一種選擇。這個耐火系統直接地設于壓力容器28內。還可包括外絕緣層32。如果需要，可將任意數量的抗腐蝕性材料包圍在耐火材料層周圍以作為覆層，以保護壓力容器壁防止腐蝕性介質的腐蝕。例如，容器壁殼體可設有塑料材料、陶瓷、玻璃的襯里或其他涂覆層。然而，最佳地，容器壁用抗腐蝕合金30的金屬作覆層。該合金具有最好的抗腐蝕性和機械強度。因為耐火材料的熱運動或者襯里和不銹鋼殼體之間的不同的膨脹率，其他公知的襯里可能常遭受損壞和發生透氣現象。耐鹽酸鎳基合金合金B3和耐鹽酸鎳基合金合金C-276為兩種良好的覆層以替換襯里。每一種具有對干氯化氫以及含水氯化氫溶液良好的抗腐蝕性。耐鹽酸鎳基合金合金C-276對純含水氯化氫溶液的抗腐蝕性較小，但是對于含有金屬鹽和溶解氧等小雜質的溶液卻具有很高的抗腐蝕性。使用抗腐蝕性的合金層還使得可在實際的壓力容器殼體28結構中使用低合金不銹鋼。
通過一個外部的套式冷卻系統40而設的一個或多個通道，進而分別地、獨立地(在限制值即給定的反應器溫度范圍內)控制壓力容器28和襯里的溫度，這樣可獲得本發明的抗腐蝕性和容器的整體性。這樣，壓力容器和襯里的溫度可被維持在高于容器內容物的冷凝溫度之上，加上一個正常的安全富裕量(50℃)。確保這樣的溫度控制還有利于覆層材料的選擇以便獲得最大的干氣階段的抗腐蝕性。
如上所述，在本發明中，容器壁溫度控制是通過“套式冷卻”容器實現的，即容器上設有一個或一個以上的導管38以及使得溫度控制介質36通過上述導管。如圖2B所示，導管應當與流體循環控制系統相連。
本發明的最佳實施例可利用一階段或兩階段傳熱。兩階段系統需要較復雜的設計和管路系統，但是傳熱系數較高。最佳的設計如圖2A和2B所示，利用簡單的一階段傳熱流體。傳熱流體可為水或其他市場上可得到的流體，例如Dowthern產品或Therminol產品等。在選擇流體時所考慮的重要參數涉及流體的物理特性和性能以及與外套設計的相互作用。這些性能包括運行溫度、最大溫度、最小運行溫度、粘度、密度、蒸汽壓力、表面張力、熱導性、結垢特性以及降解產物。在由G.E.Guffey II著的在Chemical Engineering上于1997年10月發表的“估量傳熱流體和加熱器”中對許多選擇傳熱流體的因素進行了討論。
本發明的傳熱流體循環系統S-280的一個最佳實施例包括一個用于保持流體總量的中間鼓或罐D-280、一個適于將液體泵送到網路和外套中的泵P-280，以及一個換熱器H-280，該換熱器的作用在于(1)在正常運行條件下，將熱量傳到大氣或其他介質中；(2)加熱傳熱流體以在引入鹵化的有機材料之前將系統帶入運行條件。該系統S-280被裝配有合適的裝置(未示)以將帶外套的反應器表面溫度控制在一個理想值，該理想值反映出在通常氣化反應器過程的狀況。
為便于理解本發明的設計，舉例如下例1下面的進氣流通過一個合適的混合噴嘴被供給氣化器含氯的有機材料 9037kg/hr氧氣(99.5％的純度) 4419kg/hr回收的蒸汽或緩和劑 4540kg/hr[58.8wt％水蒸汽，41.2 wt％氯化氫]這樣的氣化反應生成富含氯化氫的合成氣流以及溫度約為1450℃壓力為5bar的腔室條件。在本例中，反應器內設有6”(1524cm)厚的熱面高氧化鋁耐火磚，該磚被面設有9”(22.86cm)厚的絕緣耐火磚。這種耐火安裝設計阻止了熱量向容器壁的損失。壓力容器為其上帶有3mm厚的耐鹽酸鎳基合金C-276的低合金不銹鋼覆層。容器包括一個整體外套，該外套覆蓋基本上所有的容器表面。外套包括內隔板以引導液體流動以及控制流速和傳熱系數。典型的限制值為最小值1m/sec以減小結垢以及維持可接受的傳熱系數。最大4m/sec的速度將壓力降限制在可接受的范圍內。傳熱流體被存儲在低壓壇中。該壇可裝填有惰性氣體以控制壓力和從系統中排除氧氣。典型的流量為1200gpm的流體被離心泵泵送經過套式冷卻系統。從外套返回的流體流經一個水冷式熱交換器以從系統中排除熱量。熱交換器出口溫度控制在200℃，該溫度高于容器內的流體的純假定冷凝溫度約50℃。該50℃為一安全值以避免使冷凝溫度升高的雜質的影響。這樣，將表面溫度控制在200℃左右。
本發明的上述說明以及公開的內容僅為解釋性的，在不背離本發明精神的前體下可對上述系統的尺寸、性狀以及材料以及其他細節方面作各種變形。本發明使用術語來限定，其中該術語取決于一個歷史性的假定即一個部件包含一個或多個這樣的部件，兩個部件包含兩個或兩個以上具體的部件。
權利要求
1.一種用于氣化物料的反應器，該反應器包括由一種或多種耐火材料制成的內襯；一個包圍耐火襯里的第一壓力容器；以及一個或多個用于循環傳熱流體的通道，該一個或多個通道基本上套式冷卻該第一壓力容器的外部的至少一部分且與該傳熱流體循環系統相連，其該傳熱流體循環系統用于去除熱量以將容器壁溫限制在反應器溫度之下。
2.如權利要求1所述的反應器，其中該一個或多個通道基本上給該第一壓力容器的整個耐火襯里裝上套。
3.如權利要求2所述的反應器，其中該循環系統用于增加熱量。
4.如權利要求3所述的反應器，其中循環系統和該一個或多個通道與反應器結合制造以在反應器運行期間控制壓力容器壁溫低于一個最大目標運行值，同時在反應器停歇期間增大襯里溫度高于一個最小目標值。
5.如權利要求1所述的反應器，其中壓力容器包括有一層抗腐蝕襯里。
6.如權利要求1所述的反應器，其中在該一個或多個通道的外面設有絕緣層。
7.如權利要求1所述的反應器，其中該一個或多個耐火材料包括位于耐火材料里側的熱面耐火材料。
8.如權利要求5所述的反應器，其中抗腐蝕襯里包括抗腐蝕金屬合金。
9.如權利要求5所述的反應器，其中抗腐蝕襯里包括非金屬襯里。
10.如權利要求1所述的反應器，其中該一個或多個通道至少部分是由包圍第一壓力容器的第二壓力容器所限定的。
11.如權利要求10所述的反應器，其中包括位于該第一壓力容器的第二壓力容器之間的隔板。
12.如權利要求2所述的反應器，其中該一個或多個通道至少部分是由包圍第二壓力容器的第一壓力容器所限定的。
13.如權利要求12所述的反應器，其中包括位于該第一壓力容器的第二壓力容器之間的隔板。
14.如權利要求2所述的反應器，其中套式冷卻該第一壓力容器的該一個或多個通道是由螺管形成的，該螺管形成基本上覆蓋第一壓力容器的外表面的一部分的外套。
15.如權利要求1所述的反應器，其中反應器包括一個適于將液態鹵化物輸送到反應器中的進料噴嘴以及一個適于將氣體從反應器排出的氣體輸出口。
16.如權利要求1所述的反應器，其中該一個或多個耐火材料包括一個適于面對至少為1550℃的反應器溫度的熱面材料。
17.一種用于在反應器中氣化包括鹵化物在內的含碳進料的方法，該反應器包括一個帶有耐火材料襯里的第一壓力容器，該方法包括如下步驟在還原條件下，將含碳進料和氧氣供到反應器中以便從中生產出包括合成氣在內的產品；將傳熱流體循環以接觸第一壓力容器壁部分的外側，這樣，在流體作用下將外反應器壁溫控制在比至少第一壓力容器壁部分的外側上的溫度高出150℃～250℃。
18.如權利要求17所述的方法，其中包括將反應器容器內的運行溫度維持在約1300～1500℃之間。
19.如權利要求17所述的方法，其中包括將反應器容器內的運行壓力維持在約5barg。
20.如權利要求17所述的方法，其中循環傳熱流體包括將流體在位于該第一壓力容器和外套結構之間的一個或多個通道中循環。
21.如權利要求17所述的方法，其中循環傳熱流體包括循環位于該第一壓力容器和第二壓力容器之間的流體。
22.如權利要求17所述的方法，其中將第一壓力容器用涂敷材料予以加上內襯。
23.如權利要求17所述的方法，其中包括當反應器不運行時，將襯里的溫度維持在高于200℃。
24.如權利要求17所述的方法，其中包括在反應器運行期間冷卻第一壓力容器壁部分，以及在停歇期間加熱反應器襯里。
25.如權利要求17所述的方法，其中含碳物料為鹵化物。
全文摘要
一種用于氣化含碳物料的反應器，該反應器包括由一種或多種耐火材料制成的內襯，一個包圍該耐火襯里的壓力容器，其中該壓力容器最好包括有一層抗腐蝕襯里，以及一個或多個用于循環傳熱流體的通道，該一個或多個通道基本上套式冷卻該壓力容器以控制壓力容器壁溫以及最好也控制停歇期間襯里的溫度。
文檔編號B01J3/00GK1427879SQ01808898
公開日2003年7月2日 申請日期2001年5月4日 優先權日2000年5月5日
發明者D·W·朱厄爾 申請人:陶氏環球技術公司