專利名稱：一種帶旋流器的用于氣態(tài)含碳物料制備合成氣的噴嘴的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶旋流器的燒嘴，尤其涉及用于氣態(tài)含碳物料部分氧化制備合成 氣(C0+H2)的噴嘴。
背景技術(shù)：
氣態(tài)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(huán)境意識的增強，以前一些直接排空和直接燃燒排空的氣態(tài) 含碳物料(如焦爐氣、煤層氣)已轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂懈吒郊又档墓I(yè)原料。以焦爐氣為例，我國是 世界主要焦炭生產(chǎn)國，每年副產(chǎn)大約900億立方米的焦爐氣，除回爐加熱自用及用于城市 煤氣、生產(chǎn)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于西氣東輸工 程每年的天然氣量，并造成嚴重的環(huán)境污染。 氣態(tài)含碳物料轉(zhuǎn)化為合成氣(C0+H2)是氣態(tài)含碳物料整個產(chǎn)業(yè)鏈中的一個重要環(huán) 節(jié)，生產(chǎn)的合成氣可用于制備化學(xué)品、液體燃料、直接還原煉鐵、制氫等領(lǐng)域。氣態(tài)含碳物料 制備合成氣的主要工藝有催化部分氧化和非催化部分氧化，共同點是安裝于轉(zhuǎn)化爐上的噴 嘴在整個轉(zhuǎn)化工藝中都扮演舉足輕重的角色。噴嘴既要促進氣態(tài)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(zhuǎn)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(zhuǎn)化爐燃燒區(qū)未反應(yīng)殆盡即進入轉(zhuǎn)化爐的催化劑床層。 本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)的不足，提出一種帶旋流器的用于氣態(tài)含碳物料 制備合成氣的噴嘴。通過在氣化劑的通道內(nèi)設(shè)置旋流器，以優(yōu)化噴嘴的混合效果，促進了氧 氣在轉(zhuǎn)化爐燃燒區(qū)盡可能反應(yīng)完全；同時設(shè)置旋流器可穩(wěn)定燃燒火焰長度和狀態(tài)，以達到 保護噴嘴、耐火磚及催化劑的作用，實現(xiàn)整個裝置安穩(wěn)長滿優(yōu)運行。

實用新型內(nèi)容本實用新型提出一種帶旋流器的用于氣態(tài)含碳物料制備合成氣的噴嘴，其特征在 于，所述噴嘴由依次同軸設(shè)置的中心噴頭(D、內(nèi)環(huán)噴頭(2)、外環(huán)噴頭(3)，以及旋流器(4， 5)和冷卻系統(tǒng)(6)組合而成。 依次同軸設(shè)置的所述中心噴頭(1)之間形成中心通道(7)，所述內(nèi)環(huán)噴頭(2)和所 述外環(huán)噴頭(3)之間形成外環(huán)通道(9);所述中心噴頭(1)和所述內(nèi)環(huán)噴頭(2)之間形成 內(nèi)環(huán)隙通道(8)。 所述的旋流器(4， 5)分別安裝于所述中心通道(7)和所述外環(huán)通道(9)內(nèi)。 所述旋流器(4， 5)采用軸向螺旋槽式或軸向旋片式，旋流數(shù)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(nèi)環(huán)隙通道(8)的出口氣態(tài)含碳物料的流速為20 300m/s，所述外環(huán)通道(9)的出口氣化劑的流速為20 300m/s。 中心噴頭(1)內(nèi)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(nèi)收縮角a為45 80度；中心噴頭(1)外收縮角、內(nèi)環(huán)噴頭(2)內(nèi)收縮角P相等，為30 80度；內(nèi)環(huán)噴頭(2)外收縮角、外環(huán)噴頭(3)內(nèi)收縮角Y相等，為30 80度；中心噴頭(1)與內(nèi)環(huán)噴頭(2)端部間距tl為1 5mm ;內(nèi)環(huán)噴頭(2)與外環(huán)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(huán)通道(9)的分配比例為中心通道20 80% ;外環(huán)通道20 80%。 所述的氣態(tài)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。 由于本實用新型的噴嘴采用帶有旋流器的多通道結(jié)構(gòu)，促進了氣化劑與氣態(tài)含碳物料的混合和便于穩(wěn)定噴嘴火焰長度和狀態(tài)，提高了噴嘴的氣化性能。本發(fā)明的噴嘴，具有結(jié)構(gòu)簡單、制作維護方便，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(jié)構(gòu)示意圖。 符號說明 1-中心噴頭 2-內(nèi)環(huán)噴頭 3-外環(huán)噴頭 4-中心通道旋流器 5-外環(huán)通道旋流器 6-冷卻系統(tǒng) 7-中心通道 8-內(nèi)環(huán)隙通道 9-外環(huán)通道 H-中心噴頭內(nèi)直段長度 a-中心噴頭內(nèi)收縮角 P-中心噴頭外收縮角、內(nèi)環(huán)噴頭內(nèi)收縮角 Y-內(nèi)環(huán)噴頭外收縮角、外環(huán)噴頭內(nèi)收縮角 tl-中心噴頭與內(nèi)環(huán)噴頭端部間距 t2_內(nèi)環(huán)噴頭與外環(huán)噴頭端部間距
具體實施方式通過以下實施例的說明有助于理解本實用新型，但并不限制本實用新型的內(nèi)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于氣態(tài)含碳物料制備合成氣的噴嘴，該噴嘴應(yīng)用于焦爐氣自熱轉(zhuǎn)化制備和成氣，自熱轉(zhuǎn)化爐上部空間為燃燒區(qū)，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(nèi)環(huán)隙通道8的焦爐氣流速為120m/s，噴嘴外環(huán)通道9的氣化劑流速為100m/s。 氣化劑在中心通道7和外環(huán)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(huán)通道60%。 中心通道旋流器4、外環(huán)通道旋流器5的旋流數(shù)可以為0. 1 0. 9，此處均為0. 5。 中心噴頭內(nèi)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(nèi)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(nèi)環(huán)噴頭2內(nèi)收縮角13此處為70度，可在30 80度之
間變化。 內(nèi)環(huán)噴頭2的外收縮角、外環(huán)噴頭3的內(nèi)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(nèi)環(huán)噴頭2端部間距tl可以取值為1 5mm，此處為2mm。[0047] 內(nèi)環(huán)噴頭2與外環(huán)噴頭3端部間距t2可以取值為1 5mm，此處為2mm。
權(quán)利要求一種帶旋流器的用于氣態(tài)含碳物料制備合成氣的噴嘴，其特征在于，所述噴嘴由依次同軸設(shè)置的中心噴頭(1)、內(nèi)環(huán)噴頭(2)、外環(huán)噴頭(3)，以及旋流器(4，5)和冷卻系統(tǒng)(6)組合而成；依次同軸設(shè)置的所述中心噴頭(1)之間形成中心通道(7)，所述內(nèi)環(huán)噴頭(2)和所述外環(huán)噴頭(3)之間形成外環(huán)通道(9)；所述中心噴頭(1)和所述內(nèi)環(huán)噴頭(2)之間形成內(nèi)環(huán)隙通道(8)；所述的旋流器(4，5)分別安裝于所述中心通道(7)和所述外環(huán)通道(9)內(nèi)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的噴嘴，其特征在于，所述旋流器(4， 5)采用軸向螺旋槽式或軸 向旋片式，旋流數(shù)為0. 1 0. 9。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的噴嘴，其特征在于，所述中心通道(7)的出口氣化劑的流速 為10 200m/s，所述內(nèi)環(huán)隙通道(8)的出口氣態(tài)含碳物料的流速為20 300m/s，所述外 環(huán)通道(9)的出口氣化劑的流速為20 300m/s。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的噴嘴，其特征在于，所述中心噴頭(1)內(nèi)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(nèi)收縮角a為45 80度；所述中心 噴頭(1)的外收縮角和所述內(nèi)環(huán)噴頭(2)的內(nèi)收縮角13相等，為30 80度；所述內(nèi)環(huán)噴 頭(2)外收縮角和所述外環(huán)噴頭(3)的內(nèi)收縮角Y相等，為30 80度；所述中心噴頭(1) 與所述內(nèi)環(huán)噴頭(2)端部的間距tl為1 5mm ;所述內(nèi)環(huán)噴頭(2)與所述外環(huán)噴頭(3)端 部的間距t2為1 5mm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1 4任一所述的噴嘴，其特征在于，氣化劑在所述中心通道(7)和所 述外環(huán)通道(9)的分配比例為中心通道20 80% ;外環(huán)通道20 80%。
專利摘要本實用新型提出了一種帶旋流器的用于氣態(tài)含碳物料制備合成氣的噴嘴，主要由中心噴頭、內(nèi)環(huán)噴頭、外環(huán)噴頭、中心通道旋流器、外環(huán)通道旋流器和冷卻系統(tǒng)組成。該噴嘴可用于天然氣、焦爐氣、煤層氣、煉廠氣、油田伴生氣等氣態(tài)含碳物料部分氧化制備合成氣。由于本噴嘴在中心通道和外環(huán)通道內(nèi)設(shè)置了旋流器，促進了物料混合和便于穩(wěn)定火焰長度和狀態(tài)，具有良好的工藝性能，并能達到保護噴嘴、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(yōu)先權(quán)日2009年7月15日
發(fā)明者于廣鎖, 代正華, 劉海峰, 周志杰, 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(xué)