本发明涉及合成气的生产，特别是指从含灰份的碳质物料中生产合成气，同时使气体在骤冷室出口处的灰份沉积量减少至最小。 本领域的技术人员都知道，从含灰份的碳质燃料（包括液体或固体物料）中可制备合成气。当物料具有高灰份含量特征时，诸如液态烃的残渣或固体碳质燃料（如低级煤），高灰份含量造成了额外的问题。必须将灰份从合成气产品中分离出来;并且积累在系统中的大量灰份也必须有效地从系统中移除，以防止堵塞管线和通道。
已经发现，骤冷室的出口管或通道特别容易被沉积在那里的细粒灰份堵塞。
本发明的一个目的是提供生成合成气的方法，其中在出口管内灰份的沉积被保持在一可接受的限度之内。本发明的其它目的对本领域的技术人员是显然的。
根据本发明的某些特点，本发明直接叙述了一种方法，该方法将含有固体的热合成气从最初的高温冷却到最后的较低的温度，并将固体从所说，的气体中移出。该方法包括：
将热合成气在最初的高温下向下流动第一接触层;
使冷却液体以膜地形式在第一接触层的壁上向下流动，并与所说的向下流动的合成气接触，冷却该合成气，得到冷却过的合成气;
将冷却过的合成气通过第二接触层中的水冷却液体，由此得到固体颗粒含量降低的、更冷的合成气;
回收上述含低量固体颗粒的、进一步冷却过的合成气;
将上述含低量固体颗粒的、进一步冷却过的合成气通过一个湿壁排放管，由此降低了排放管中固体颗粒的沉积;并且
从排放管中取出含低量固体颗粒的合成气。
由本发明方法制备的合成气也可通过煤的气化来制备。在典型的煤的气化方法中，物料煤一般被研磨至平均颗粒大小约20～500微米，较好是30～300微米，例如200微米，将其与水介质（一般为水）形成泥浆，其中含有40～80%重量的固体，较好含有50～75%重量的固体，如60%重量的固体。然后将该水煤泥浆引入燃烧室，在其中与含氧气体接触进行燃烧，含氧气体一般为空气或氧气，或富氧空气。该体系中氧与碳的原子比可以为0.7～1.2∶1，例如0.9∶1。反应一般在1800°F～2800°F（982～1538℃）下进行，例如2500°F（1371℃），压力为100～1500psig[磅/平方英寸（表压）]（6.9～103巴，表压），较好为500～1200psig（34.5～82.7巴，表压），例如900psig（62巴，表压）。
该合成气也可将液烃（例如燃料油的残渣，沥青等）或固体碳质材料（例如来自石油的焦炭，或来自焦油砂沥青的焦炭，以及煤氢化过程中的碳质残渣等）进行不完全燃烧来制备。
用于实施本发明的装置可包括一种气体发生器，特别是下例专利提出的发生器：
美国专利2，818，326 Eastman等人
美国专利2，896，927 Nagel等人
美国专利3，998，609 Crouch等人
美国专利4，218，423 Robin等人
在反应层中，物料被气化，生产出合成气。从反应层出来的物流的温度在1800°F至2800°F（982～1538℃），例如2500°F（1371℃）压力为100～1500psig[磅/平方英寸（表压）]（6.9-103巴，表压），较好为500～1200psig（34.5～82.7巴，表压），例如900psig（62巴，表压）。
在这些典型的操作条件下，合成气通常含有（以干料为基准）35～55%体积的一氧化碳（例如44.7%体积）;30～45%体积的氢气（例如35.7%体积）;10～20%体积的二氧化碳（例如18%体积）;0.3%～2%体积的硫化氢和COS（例如1%体积）;0.4～0.8%体积的氮气和氩气（例如0.5%体积）;以及约少于0.1%体积的甲烷。
如果燃料是固体碳质物料，未精制的产品合成气通常含有的固体（包括灰份、碳粒、炉渣等）量为每一千SCF（1.95Kmol）的干产品气是1～10磅（0.45～4.5公斤），例如4磅（1.8公斤）。这些固体颗粒的大小可从不足1微米至3000微米。物料煤的灰份含量可以少至0.5%（重量），或多至40%（重量），或更高。该灰份也存在于产品合成气中。根据本发明的改进方法，合成气含灰量少时，具有某些优点，但当该气体的固体含量为3%或更高时，本发明方法特别优异。
最初温度为1800°F～2800°F（982℃～1538℃）[例如2500°F（1371℃）]的热合成气向下通过第一接触层。第一接触层的顶部由气体发生器的反应室的低部出口部分限定。第一接触层一般由直立的（最好为垂直的）园周壁面形成，形成一个缩小的管，由这个壁面所形成的该层的截面最好基本上是园柱形的。在园柱壁低部，其出口或浸管或缩小管的低部末端最好带有锯齿状的周边。
第一接触层最好由直立延伸的，与燃烧室同轴的园柱形浸管的上部限定。
在浸管中第一接触层的顶部装有一个骤冷环，冷却液体（通常为水）通过该环进入第一接触层。从骤冷环出来，第一次冷却液流体定向沿浸管的内表面流动，并在其上形成一种很好的连续向下流动的降膜，该降膜与下降的合成气进行接触。冷却液体的进口温度可以是100°F～500°F（38℃-260℃），较好为300°F～480°F（149℃-249℃），例如420°F（216℃）进入浸管壁上落膜的冷却液体量为：每一千SCF（1.95Kmol）进入第一接触层的气体为20～120（9～54.4kg）磅，较好为30～100磅（13.6～45.4kg），例如85磅（38.5kg）。＊SCF：标准立方英尺
进入接触层的冷却液体，特别是进入骤冷环的液体，可以包括已经处理过的，具有较低固体含量的循环液体。
当冷却液体的落膜与下降的热合成气接触时，因为在这一阶段中通过第一接触层与落膜接触，热合成气的温度可以降低200°F～400°F（93℃～204℃），较好为300°F～400°F（149℃～204℃），例如300°F（149℃）。
气体通过第一接触层的时间可以为0.1～1秒，较好为0.1～0.5秒，例如0.3秒，速度为6～30英尺（ft）/秒（1.8～9米/秒），例如20英尺/秒（6米/秒）。从该第一层出来的气体，固体含量降低，温度约为1400°F～2300°F（760℃～1260℃），例如2200°F（1204℃）。
该气体离开第一接触层低部后，进入第二接触层，与冷却液体接触。在第二接触层中，气体于浸管的锯齿边下通过。
浸管的低部在一个液槽中，该液槽由确定第二接触层的，收集的冷却液构成。如果将其考虑为一个静止的液槽，则一般维持的液体水平面应使第二接触层的10～80%（例如50%）是浸没的。显然，对本领域技术人员来说，在实践中，在此高温和高气体速度下，对于这种搅动的液体，当然没有可辨认出的水平面。
进一步冷却过的合成气体离开第二接触层的典型温度为600°F～900°F（316℃～482℃），例如800°F（427℃）。该气体在第二接触层中通过冷却液体，并于浸管的底部典型的锯齿边下经过。通过冷却液体时，固体下降，并在那里积存起来，可从冷却液体的底部将固体排出。
一般情况下，离开第二接触层的气体也许含有从那里排出固体的75%或更多。
离开构成第二接触层的冷却液体后，进一步冷却过的气体温度为600°F～900°F（316℃～482℃），例如800°F（427℃）。该气体最好与冷却液体一起向上通过一个环形的通道进入第三接触层，流向骤冷室的气体出口。在一种实施情况下，这个环形通道由形成第一接触层的浸管的外表面和包围或环绕浸管的容器的内表面确定，其特征是该容器半径较浸管半径大。
在另一种实施情况下，环形通道可由形成第一和第二接触层的浸管内的外表面和包围或环绕浸管的园形通气管的内表面确定，其特征是该通气管半径较浸管半径大。
冷却液体和进一步冷却的合成气[进口温度为600°F～900°F（316～482℃），例如800°F（427℃）]的混合物向上通过环形的第三冷却层，这两相流体在此处从热的气体到冷却液体进行有效的热交换：在这个第三冷却层中强烈的搅拌最大限度减少了粒子在任何接触表面上的沉淀。典型的情况是，被冷却的气体从该环形第三接触层出来，温度为350°F～600°F（177～316℃），例如500°F（260℃）。离开第三接触层的气体每1000SCF（1.95Kmol）气体含有0.1～2.5磅（0.045～1.1公斤）固体，例如0.4磅（0.18kg）固体/1000SCF气体，即约85%～95%的固体将从气体中除去。
固体，即在接触层内与水接触时从合成气中除去的灰份颗粒（包括物料和未转变的燃料）向下流动进入接触层下部的沉降层。固体颗粒在那里累积。这些颗粒可以通过第一个有阀的通道在阀开期间周期性取出，进入一个封闭的贮槽，固体累积在该槽中。典型的情况是，进入封闭的贮槽的物料每100份水中可含有10～50份固体，如30份固体/100份水。封闭贮槽的压力一般为100～1500磅/平方英寸（表压）（6.9-103巴，表压），温度一般为100～220°F（38～104℃），例如180°F（82℃）。固体可以通过第二个有阀的通道从封闭贮槽的底部取出，进而从系统中除去。
离开第三接触层的气体从骤冷室中引出。它首先通过气体出口管的进口部分，然后通过气体出口管的其余部分。目前已经发现，气体出口管的进口部分的堵塞是由于来自燃烧的细灰粉结块而在那里造成沉淀。
在一典型例子中，气体骤冷室有一40厘米直径的出口管，人们发现这些灰份颗粒从进口到该管占据了1-5倍直径的长度，例如2倍直径（即40～200厘米长，例如80厘米长）。灰份很容易形成大量沉积，占据大部分出口管的总截面积。
你们将会发现，在这个新型的骤冷管装置的排放管中，从充满固体的气体中沉降的固体将会减少，该装置包括一个具有内外圆周表面的、缩小的竖直浸管，该浸管有一个上部进口端，一个下部出口端;即：
邻近浸管出口端有一浸管的出口部分;
有一骤冷环紧挨在浸管进口端的内园周表面上，该骤冷环适于引导液体沿浸管的内园周表面流动，同时流向浸管的出口端;
在浸管出口部分的出口端上带有锯齿;
从骤冷室引出的排放管，该排放管邻近缩小的竖直浸管的上部进口端;
在排放管进口处的入口部分;
将液体引入排放管，并在其中形成一个接近排放管入口部分的湿壁的喷射装置;
由此，被引入浸管的进口端的物料气可以与通过第一接触层向下流动的冷却液膜在浸管中接触;在浸管中的第二接触层中，气体与冷却液体接触;向上通过第三接触层时与冷却液体接触;最后横向地通过排放管进口的湿壁入口部分。由此，减少了含在物料气中固体颗粒在排放管中的沉降。
根据本发明实践的方法，通过采用连接骤冷气室的出口管或排放管，至少是采用包括湿壁的该管的进口部分，沉降被最大限度地减少，在某些情况下，消除了沉降。湿壁（用于本说明书的术语）意指离开骤冷室的出口管的内表面基本上完全由液膜或液体喷射（最好为水）浸湿;在较好的实施情况下，该液膜基本上连续至出口管末端，以至通过出口管的气体（其中含有固体）不与该管的金属表面或耐熔表面接触，而与其上的液体薄膜接触。
在某种意义上，本发明提供一种骤冷室装置，该装置包括：
一个缩小的直立浸管，该浸管具有内外园周表面，一个上部进口端和一个下部出口端;
浸管的出口部分邻近其出口端;
一个骤冷环，该环靠在浸管进口端处的内园周表面上，并适于引导液体沿浸管的内园周表面流动，流向浸管的出口端;
从骤冷室引出的排放管，邻近缩小的直立浸管的上部进口端;
在排放管进口处的入口部分;
在排放管入口附近有一使液体进入排放管内周边的装置以及在内周边上形成湿壁的方法;
由此，进入浸管进口端的物料气与向下流动通过第一接触层的冷却液膜在浸管中接触;并在浸管的第二接触层中与冷却液体接触;在第三层接触层中进一步与冷却液体接触;然后通过排放管出口处的入口部分与湿壁接触，因此，减少了含在物料气中固体颗粒在排放管中的沉淀。
这个湿壁最好保持在排放管从入口处至出口处的一段长度上，该长度一般为排放管直径的1～5倍，最好1～3倍，例如约2倍。
排放出口管的湿壁也可由环绕该管外围的一个套管提供，该套管使液体很好地进入出口管，其轴向分速度可以是150～1500，较好为300～1000厘米/秒，例如500厘米/秒。另一种可能获得湿壁的方法是，在最接近气体进入排放出口管处的一点上将液体喷射入出口管。
可以发现湿壁能最大限度地减少或消除固体在出口管中沉淀，特别是在出口管的进口处沉淀。虽然其原因不清楚，很显然下列一种或多种因素有关的：
（ⅰ）在湿壁上的液膜实际上防止了气体中的固体和金属表面接触;
（ⅱ）液膜的运动洗掉了沉淀在金属表面上的任何固体;
（ⅲ）液体的蒸发可能除去了沉淀在金属表面的任何固体;
（ⅳ）流体的存在可能使邻近液膜处形成一个内蒸汽膜，作为另一个屏障，阻止可能直接落到管壁上的粒子;
（ⅴ）在气流中增加的水可作为对于气体中固体的增溶介质，或可能作为包围颗粒的膜，阻止相邻的粒子相互粘着，并且阻止其粘着在管壁上;
（ⅵ）水流的径向速度分量可以改变靠近管壁的气体速度分布，其改变情况阻止了固体粒子在管壁上沉淀。
用来形成湿壁的液体可以是任何可行的液体。最好是含有极少量夹带或溶解固体的水介质。将水喷入出口管，最好是沿轴向引入出口管的入口，使其内表面湿润，这样做足以防止固体在出口管内沉积。
附图1表示发生器和与其连用的骤冷室及出口管的立面示意图。附图2更详细地示出特别关于附图1出口管20的较好的实施方案。图3示出在出口管入口处水喷射装置的另一个实施方案。图4是图3部分的剖面图，图5示出另一实施方案。
这个实例表达了实施本发明的最佳方式。附图1和2中有一个带有耐熔衬里12和进口喷管13的反应器11。反应室15带有出口部分14，它包括与开口17相接的窄喉管部分16。开口17导入在浸管21内的第一接触层18。浸管21底端（带有锯齿23）浸在装有骤冷液的槽22中。骤冷室19包括气体排放管20，该管最好位于骤冷室上部。
骤冷环24安装在浸管21的顶端。这个骤冷环可以包括一个上表面26，该表面最好靠着反应器11中衬里12的底部。骤冷环的下表面最好靠着浸管21的顶端。骤冷环的内表面28可以紧接着开口17的边缘。
骤冷环24包括出口喷嘴25，该喷嘴可以是一系列孔或喷管，环绕在骤冷环24的周边，紧接着浸管21的内表面。通过通道或喷嘴25射出的液体一般以平行于浸管21的轴向方向流动，并形成冷却液体的薄层降膜，在浸管21的内表面上下降。这个冷却液体的降膜形成第一接触层的外围界限。
在第一接触层18的底端，有一个第二接触层30，向下延伸到锯齿23，该接触层也由向着浸管21底部管壁方向流动的下降的冷却液膜来确定边界。
通过与槽22中的水接触，从气体中除去的固体（包括灰份粒子，碳和转变的燃料）累积并收集在液体22的底部。循环操作时，阀37被关闭，固体粒子被保留在沉降层。在开阀的循环操作时间，阀37被打开，固体粒子通过阀37下降，并从系统中取出。
气体向下流动通过锯齿23进入第三接触层，并在浸管21的外围和骤冷室19之间向上流动。
固体粒子含量降低的进一步冷却的合成气朝排放管20的方向向上流动。气体进入排放管20。如图2详图所示，在这个较好的实施方案中，排放管20的入口或出口部分安装了一个喷射内件。
喷射内件包括一个供水喷射管40，安在管41的管边上，并从出口管或排放管20中穿出。在这个实施方案中，供水管40有一喷头42，邻近排放管20的入口43。喷头42带有喷孔45，引导液体流动在管20的内表面44上，最好用液体的湿膜完全覆盖表面44。
图3～4详细示出供水喷射管40和其中的喷孔45的一种实施方案。
图5示出另一种使液体进入排放管20，并在邻近排放管的入口部位形成湿壁的方法。
图5的实施方案包括一个套管46，该套管最好包括一个园柱形结构，最好安装在邻近室19和出口管20相接处的室19的壁上。通过线46，液体可进入套管45，套管45带有狭长口或开口47，冷却液体由47通过，在管20的湿壁44上形成膜。冷却液体最好大部分以轴向方向进管，在管壁上形成液膜，顺流延伸。
实施例Ⅱ
实施本发明方法时，图1的装置为较好的实施方案;单位时间含有100份物料煤和60份水（除非另有指定，所有部分均按重量计）的浆液通过进口管13进入装置。该物料特征如下：
表
组份 重量%（干）
碳 67.6
氢 5.2
氮 3.3
硫 1.0
氧 11.1
灰份 11.8
装置中还引进90份含量为99.5%（体积）的纯氧。在室15中燃烧，使温度提高到2500°F（1371℃），压力为900Psig[（磅/平方英寸）（表压）。产品合成气，通过出口部分14，和喉管部分16，含有下列气相组成。
表
体积%
组份 湿基 干基
CO 35.7 44.7
H228.5 35.7
CO214.4 18
H2O 20 -
H2S+COS 0.9 1.1
N2+氩 0.4 0.5
CH40.08 0.1
对该合成气，每1000SCF（1.95kmol）干气也可含约4.1磅（1.85公斤）的固体（碳和灰份）。
离开喉管部分16的产品合成气通过在骤冷环24中的开口17进入第一接触层18。420°F（216℃）的水冷却液通过进口34进入骤冷环24，再通过出口喷管25流出，在浸管21的内表面上以降膜形式向下流动，该降膜限定了第一接触层18的外围界限。约2500°F（1371℃），进入第一接触层的合成气向下通过层18，与水冷却液体的降膜接触，冷却到约2150°F～2200°F（1177℃～1204℃）。
然后，所谓的合成气再进入第二接触层30，在锯齿边23下通过，与液体接触。图中的“水面线”表示了静止的情况，但是很显然，在操作中，随着气体向下通过液体，经过锯齿边23离开浸管21，再向上通过浸管外围的液体，第二接触层中的气体和液体呈剧烈的湍流态。
进一步冷却的合成气在与冷却液体接触过程中至少失去一部分固体含量。离开第二接触层30中的液体22，灰份粒子含量降低的进一步冷却过的合成气一般含固体（包括灰份和碳）量约为0.6磅（0.27公斤）/1000SCF（1.95kmol）干气。
要离开的500°F（260℃）下的气体进入排放管20的入口43。当该气体离开这个系统时，它经过入口43和与其相邻的管壁44而离开。
在实施本发明方法中，含水液体由供水喷射管40进入。该液体通过喷头42的喷嘴射出，并使其撞击在44的内壁上，形成湿壁。出去的气体通过出口管20，由于有管上的湿壁，因此在44上有极少或没有固体沉积。
出去气体中的固体在通过排放管20时，没有在其中沉淀。在以前的一个系统中，出去的气体通过一个没有所述喷射管40和喷射头42的管子，因此，人们发现大量的固体沉积在一般由结构43和44所围的面积之中，最后，沉积达到一定程度，以致必须关闭整个装置，进行清洗。
尽管本发明参照具体实施方案进行说明，但是很显然，对于本领域的技术人员来说，对本发明做得各种变更和改良将明显地落入本发明范围之内。