一種帶旋流器的用於氣態含碳物料製備合成氣的噴嘴的製作方法

2023-08-05 01:30:26

專利名稱：一種帶旋流器的用於氣態含碳物料製備合成氣的噴嘴的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種帶旋流器的燒嘴，尤其涉及用於氣態含碳物料部分氧化製備合成 氣(C0+H2)的噴嘴。
背景技術：
氣態含碳物料是指天然氣、焦爐氣、煤層氣、煉廠氣、油田伴生氣等富含CH4、(^He等 烴類的氣體。隨著人們能源和環境意識的增強，以前一些直接排空和直接燃燒排空的氣態 含碳物料(如焦爐氣、煤層氣)已轉變為具有高附加值的工業原料。以焦爐氣為例，我國是 世界主要焦炭生產國，每年副產大約900億立方米的焦爐氣，除回爐加熱自用及用於城市 煤氣、生產合成氨和甲醇外，每年直接排入大氣或者白白燒掉的焦爐氣相當於西氣東輸工 程每年的天然氣量，並造成嚴重的環境汙染。 氣態含碳物料轉化為合成氣(C0+H2)是氣態含碳物料整個產業鏈中的一個重要環 節，生產的合成氣可用於製備化學品、液體燃料、直接還原煉鐵、制氫等領域。氣態含碳物料 製備合成氣的主要工藝有催化部分氧化和非催化部分氧化，共同點是安裝於轉化爐上的噴 嘴在整個轉化工藝中都扮演舉足輕重的角色。噴嘴既要促進氣態含碳物料與氣化劑(空 氣、富氧空氣、空分氧氣、水蒸汽、二氧化碳或者其混合物)的混合，又要與爐體匹配形成適 宜的流場，進而形成適宜的溫度分布，達到保護噴嘴、耐火磚及催化劑的多重目的。 以某廠實際運行的焦爐氣催化部分氧化裝置為例，運行過程中存在如下使催化劑 燒損和失效的問題 (1)噴嘴燃燒火焰過長，轉化爐催化劑床層的上層催化劑與火焰直接接觸； (2)噴嘴混合效果差，氧氣在轉化爐燃燒區未反應殆盡即進入轉化爐的催化劑床層。 本發明的目的在於克服上述技術的不足，提出一種帶旋流器的用於氣態含碳物料 製備合成氣的噴嘴。通過在氣化劑的通道內設置旋流器，以優化噴嘴的混合效果，促進了氧 氣在轉化爐燃燒區儘可能反應完全；同時設置旋流器可穩定燃燒火焰長度和狀態，以達到 保護噴嘴、耐火磚及催化劑的作用，實現整個裝置安穩長滿優運行。

實用新型內容本實用新型提出一種帶旋流器的用於氣態含碳物料製備合成氣的噴嘴，其特徵在 於，所述噴嘴由依次同軸設置的中心噴頭(D、內環噴頭(2)、外環噴頭(3)，以及旋流器(4， 5)和冷卻系統(6)組合而成。 依次同軸設置的所述中心噴頭(1)之間形成中心通道(7)，所述內環噴頭(2)和所 述外環噴頭(3)之間形成外環通道(9);所述中心噴頭(1)和所述內環噴頭(2)之間形成 內環隙通道(8)。 所述的旋流器(4， 5)分別安裝於所述中心通道(7)和所述外環通道(9)內。 所述旋流器(4， 5)採用軸向螺旋槽式或軸向旋片式，旋流數為0. 1 0. 9。[0012] 所述中心通道(7)的出口氣化劑的流速為10 200m/s，所述內環隙通道(8)的出口氣態含碳物料的流速為20 300m/s，所述外環通道(9)的出口氣化劑的流速為20 300m/s。 中心噴頭(1)內直段長度H為噴嘴中心通道(7)端部直徑的1 4倍；中心噴頭(1)內收縮角a為45 80度；中心噴頭(1)外收縮角、內環噴頭(2)內收縮角P相等，為30 80度；內環噴頭(2)外收縮角、外環噴頭(3)內收縮角Y相等，為30 80度；中心噴頭(1)與內環噴頭(2)端部間距tl為1 5mm ;內環噴頭(2)與外環噴頭(3)端部間足巨t2為1 5mm。 氣化劑在所述中心通道(7)和所述外環通道(9)的分配比例為中心通道20 80% ;外環通道20 80%。 所述的氣態含碳物料是天然氣、焦爐氣、煤層氣、煉廠氣、油田伴生氣或者他們的混合物。 本實用新型噴嘴的適用壓力為常壓 lO.OMPa。 由於本實用新型的噴嘴採用帶有旋流器的多通道結構，促進了氣化劑與氣態含碳物料的混合和便於穩定噴嘴火焰長度和狀態，提高了噴嘴的氣化性能。本發明的噴嘴，具有結構簡單、製作維護方便，噴嘴、耐火磚、催化劑壽命長的特點，用途廣泛。

圖1為實施例的噴嘴的結構示意圖。 符號說明 1-中心噴頭 2-內環噴頭 3-外環噴頭 4-中心通道旋流器 5-外環通道旋流器 6-冷卻系統 7-中心通道 8-內環隙通道 9-外環通道 H-中心噴頭內直段長度 a-中心噴頭內收縮角 P-中心噴頭外收縮角、內環噴頭內收縮角 Y-內環噴頭外收縮角、外環噴頭內收縮角 tl-中心噴頭與內環噴頭端部間距 t2_內環噴頭與外環噴頭端部間距
具體實施方式通過以下實施例的說明有助於理解本實用新型，但並不限制本實用新型的內容。[0036] 實施例1[0037] 參見圖l，本實用新型提出的一種帶旋流器的用於氣態含碳物料製備合成氣的噴嘴，該噴嘴應用於焦爐氣自熱轉化製備和成氣，自熱轉化爐上部空間為燃燒區，下部為催化劑床層。 焦爐氣的典型組成為(v% ) :H2 58、C0 6、C02 2 . 7、CH4 26、N2 4、C2+ 2.5、S 0.02。氣化劑由純氧和水蒸汽組成。純氧和焦爐氣的比例為0. 26Nm302/Nm3焦爐氣，蒸汽和焦爐氣的比例為0. 3kg蒸汽/Nm3焦爐氣。 噴嘴的中心通道7的氣化劑流速為100m/s，噴嘴內環隙通道8的焦爐氣流速為120m/s，噴嘴外環通道9的氣化劑流速為100m/s。 氣化劑在中心通道7和外環通道9的分配比例為中心通道40% (可以在20 80%之間變化)，外環通道60%。 中心通道旋流器4、外環通道旋流器5的旋流數可以為0. 1 0. 9，此處均為0. 5。 中心噴頭內直段長度H為噴嘴中心通道7端部直徑的2倍。 中心噴頭1的內收縮角a此處為60度，可在45 80度之間變化。 中心噴頭l的外收縮角、內環噴頭2內收縮角13此處為70度，可在30 80度之
間變化。 內環噴頭2的外收縮角、外環噴頭3的內收縮角Y此處為70度，可在30 80度之間變化。 中心噴頭1與內環噴頭2端部間距tl可以取值為1 5mm，此處為2mm。[0047] 內環噴頭2與外環噴頭3端部間距t2可以取值為1 5mm，此處為2mm。
權利要求一種帶旋流器的用於氣態含碳物料製備合成氣的噴嘴，其特徵在於，所述噴嘴由依次同軸設置的中心噴頭(1)、內環噴頭(2)、外環噴頭(3)，以及旋流器(4，5)和冷卻系統(6)組合而成；依次同軸設置的所述中心噴頭(1)之間形成中心通道(7)，所述內環噴頭(2)和所述外環噴頭(3)之間形成外環通道(9)；所述中心噴頭(1)和所述內環噴頭(2)之間形成內環隙通道(8)；所述的旋流器(4，5)分別安裝於所述中心通道(7)和所述外環通道(9)內。
2. 根據權利要求l所述的噴嘴，其特徵在於，所述旋流器(4， 5)採用軸向螺旋槽式或軸 向旋片式，旋流數為0. 1 0. 9。
3. 根據權利要求l所述的噴嘴，其特徵在於，所述中心通道(7)的出口氣化劑的流速 為10 200m/s，所述內環隙通道(8)的出口氣態含碳物料的流速為20 300m/s，所述外 環通道(9)的出口氣化劑的流速為20 300m/s。
4. 根據權利要求l所述的噴嘴，其特徵在於，所述中心噴頭(1)內直段長度為所述中心 通道(7)端部直徑的1 4倍；所述中心噴頭(1)的內收縮角a為45 80度；所述中心 噴頭(1)的外收縮角和所述內環噴頭(2)的內收縮角13相等，為30 80度；所述內環噴 頭(2)外收縮角和所述外環噴頭(3)的內收縮角Y相等，為30 80度；所述中心噴頭(1) 與所述內環噴頭(2)端部的間距tl為1 5mm ;所述內環噴頭(2)與所述外環噴頭(3)端 部的間距t2為1 5mm。
5. 根據權利要求1 4任一所述的噴嘴，其特徵在於，氣化劑在所述中心通道(7)和所 述外環通道(9)的分配比例為中心通道20 80% ;外環通道20 80%。
專利摘要本實用新型提出了一種帶旋流器的用於氣態含碳物料製備合成氣的噴嘴，主要由中心噴頭、內環噴頭、外環噴頭、中心通道旋流器、外環通道旋流器和冷卻系統組成。該噴嘴可用於天然氣、焦爐氣、煤層氣、煉廠氣、油田伴生氣等氣態含碳物料部分氧化製備合成氣。由於本噴嘴在中心通道和外環通道內設置了旋流器，促進了物料混合和便於穩定火焰長度和狀態，具有良好的工藝性能，並能達到保護噴嘴、耐火磚及催化劑的作用，延長其使用壽命。
文檔編號C01B3/38GK201538685SQ200920078278
公開日2010年8月4日 申請日期2009年7月15日 優先權日2009年7月15日
發明者於廣鎖, 代正華, 劉海峰, 周志傑, 李偉鋒, 梁欽鋒, 王亦飛, 王興軍, 王輔臣, 許建良, 郭慶華, 郭曉鐳, 陳雪莉, 龔欣 申請人:華東理工大學