專利名稱：部分氧化方法和帶有多孔噴嘴的燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過(guò)將氣態(tài)碳?xì)浠衔?、液態(tài)碳?xì)滟|(zhì)燃料或處于液態(tài)載體中的可泵送的固體碳質(zhì)燃料之漿料部分地氧化的方法來(lái)制造含有H2和CO的氣體混合物例如合成氣體、氣體燃料和還原氣體的改進(jìn)的工藝方法和燃燒器。
已經(jīng)應(yīng)用過(guò)多種環(huán)形燃燒器，將進(jìn)料液流引入到一種部分氧化氣體發(fā)生器中。例如，美國(guó)專利No.3528930公開過(guò)一種單環(huán)筒形燃燒器，美國(guó)專利No.3758037和3847564公開過(guò)雙環(huán)筒形燃燒器，而美國(guó)專利No.4443230和4525175則公開過(guò)三環(huán)筒形燃燒器。通過(guò)采用流逸氣體的熱傳導(dǎo)來(lái)冷卻燃燒器之表面則是美國(guó)專利No.4775314的主題。
使用一種燃燒器同時(shí)地將各種進(jìn)給液流引入到一種部分氧化氣體發(fā)生器(這里，又稱為氣化器)中，與燃燒器外表面接觸的循環(huán)氣體，其溫度可達(dá)大約1700°F-3500°F。燃燒器通常要采用通入冷卻液的冷卻通道來(lái)進(jìn)行冷卻才能經(jīng)受上述的高溫。一種類型的冷卻通道是圍繞燃燒器之外徑沿其長(zhǎng)度纏繞的盤管。一種環(huán)形的冷卻室提供對(duì)燃燒器端面的補(bǔ)充冷卻。由于在合成氣體發(fā)生器中熱腐蝕環(huán)境的作用，在燃燒器噴嘴的金屬中產(chǎn)生熱應(yīng)力開裂。而且，在燃燒器之端面易沉積灰塵。本發(fā)明的改進(jìn)的燃燒器的設(shè)計(jì)克服了上述的和其他的問(wèn)題。
本發(fā)明提供一種改進(jìn)的部分氧化工藝和下吸式燃燒器，用來(lái)將兩股或三股獨(dú)立的反應(yīng)劑進(jìn)料流同時(shí)引入到自流的部分氧化氣體發(fā)生器中，以制造合成氣體、氣體燃料或還原氣體。上述的獨(dú)立的進(jìn)料液流，對(duì)于三流路燃燒器來(lái)說(shuō)包括下述的(1)、(2)和(3)，而對(duì)于兩流路燃燒器則包括(2)和(3)，其中(1)是含有與降溫劑(如H2O)隨意混合的含游離氧的氣體，或與降溫劑(如H2O)隨意混合的碳?xì)浠衔餁怏w或循環(huán)氣體產(chǎn)物這一部分的氣態(tài)物質(zhì)流，(2)是與降溫劑隨意混合的液態(tài)碳?xì)滟|(zhì)燃料流，或處于液相(如冷卻水)中的可泵送的固定燃料漿流，(3)是與降溫劑氣體(如蒸汽)混合的含游離氧的氣體流。
本發(fā)明按照權(quán)利要求1提供一種燃燒器。
燃燒器的實(shí)施例可包含一個(gè)中心導(dǎo)管和若干隔開的同中心軸線的導(dǎo)管，在這些導(dǎo)管之間形成向下流動(dòng)的環(huán)形通道，其特征在于，上述的導(dǎo)管和環(huán)形通道的上游端是封閉的，而其下游端是敞開的;入口裝置與每個(gè)導(dǎo)管的上端連接，用來(lái)通過(guò)反應(yīng)劑進(jìn)料液流或冷卻液;一個(gè)同中心軸線的噴嘴與各通道之下游端連接;一個(gè)多孔的陶瓷或多孔金屬的冷卻裝置與上述燃燒器之下游端連接，其形狀是薄壁的平圓盤形或者帽罩形;冷卻液供給裝置與上述多孔冷卻裝置連通;其中，上述多孔冷卻裝置包含一個(gè)整體的具有均勻成分、均勻型厚和均勻孔隙率的多孔剛性部件，包括多孔內(nèi)表面和外表面以及一個(gè)帶有各種互相連接的孔的多孔心部;因此上述的通過(guò)上述多孔噴嘴冷卻裝置的冷卻液的流速是可控制的，上述的噴嘴冷卻裝置具有一個(gè)中央孔，用來(lái)自由通過(guò)上述反應(yīng)劑進(jìn)給液流到反應(yīng)區(qū)中去;因此，上述的冷卻液在壓力下通過(guò)上述多孔冷卻裝置的孔，并且汽化，從而冷卻上述燃燒器噴嘴。
液態(tài)碳?xì)滟|(zhì)燃料或固體碳質(zhì)燃料之漿料與含游離氧的氣體的內(nèi)部混合和霧化主要發(fā)生在反應(yīng)區(qū)。但是，在一個(gè)實(shí)施例中，中心導(dǎo)管和/或第二導(dǎo)管的端部是從燃燒器之端面向上游回縮的，所以，上述的混合有一部分可能發(fā)生在外導(dǎo)管出口孔處或外導(dǎo)管出口孔之前。在此情況下，在燃燒器之整個(gè)出口處就保持著燃料與含游離氧氣體(與降溫劑隨意混合的)的混合物的高的體效應(yīng)速度。采用本發(fā)明燃燒器，最好存在著含游離氧的氣體的高速流，以便與燃料流混合和霧化。含游離氧的氣體的流速的可保持在或接近于一個(gè)最佳值，以便分散液態(tài)碳?xì)滟|(zhì)燃料或固態(tài)碳質(zhì)燃料之漿料，并且保持反應(yīng)劑流動(dòng)模式的軸向?qū)ΨQ。通過(guò)水的汽化可防止灰塵在燃燒器之端面沉積，可防止燃燒器噴嘴的應(yīng)力開裂，延長(zhǎng)燃燒器工作壽命。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例涉及如下的改進(jìn)的部分氧化工藝在一種通過(guò)將進(jìn)料液流部分氧化的方法制造含有H2、CO、CO2和在H2O、N2、A、CH4、H2S和COS中的至少一種物質(zhì)的混合氣體的連續(xù)工藝中，所述的進(jìn)料液流包括一種處于液態(tài)載體中的可泵送的固體碳質(zhì)燃料之漿料，或一種與降溫劑隨意混合的液態(tài)碳?xì)滟|(zhì)燃料，和一種與降溫劑隨意混合的含游離氧的氣體進(jìn)給流;上述的部分氧化發(fā)生在自流氣體發(fā)生器的反應(yīng)區(qū)，其自燃溫度大約為927℃-1927℃(1700°F-3500°F)，其壓力范圍大約為1-302巴(1-300大氣壓)，其中的改進(jìn)在于(1)將含有處于液態(tài)載體中的固體碳質(zhì)燃料或一種與降溫劑(溫度約為260℃(500°F)左右，速度約為0.3-15m/s(1-50英尺/秒)隨意混合的液態(tài)碳?xì)滟|(zhì)燃料的第一反應(yīng)劑進(jìn)給液流通過(guò)燃燒器的第一環(huán)形通道，其中，上述的燃燒器包含一個(gè)圓筒形中心導(dǎo)管，其中心軸線與燃燒器的中心軸線重合;一個(gè)無(wú)阻礙的收斂出口噴嘴，在中心導(dǎo)管的下游端發(fā)展成一個(gè)直圓筒部分，在其下游端有一個(gè)圓形出口孔;與上述中心導(dǎo)管的上端連接并將它封閉的封閉裝置;與上述中心導(dǎo)管的上端連通的進(jìn)給裝置，用來(lái)引入速度約為20英尺/秒至聲速的氣態(tài)進(jìn)料流，該進(jìn)料流含有與降溫劑(如H2O)隨意混合的含游離氧的氣體，或一種與降溫劑(如H2O)隨意混合的碳?xì)浠衔餁怏w或循環(huán)氣體產(chǎn)物之一部分;一個(gè)第二導(dǎo)管與上述中心導(dǎo)管沿其長(zhǎng)度同中心軸線，一個(gè)收斂的出口噴嘴在上述第二導(dǎo)管之下游端發(fā)展成一個(gè)帶有圓形出口孔的直圓筒部分;用來(lái)徑向地隔開上述中心導(dǎo)管和第二導(dǎo)管并在它們間形成第一環(huán)形通道的裝置，所述環(huán)形通道在靠近下游端處發(fā)展成一個(gè)垂直的環(huán)形通道;封閉裝置與上述第二導(dǎo)管和第一環(huán)形通道在它們的上游端連接并封閉它們，上述的中心導(dǎo)管通過(guò)上述第二導(dǎo)管的上游封閉端并與它們形成氣密密封;入口裝置與第二導(dǎo)管之上游端連通，用來(lái)引入上述第一反應(yīng)劑進(jìn)料流;一個(gè)外導(dǎo)管沿其長(zhǎng)度與上述第二導(dǎo)管同中心軸線，徑向地隔開上述第二導(dǎo)管和外導(dǎo)管并在它們間形成一條第二環(huán)形通道的裝置，所以環(huán)形通道向著下游端發(fā)展成一個(gè)收斂的截頭錐體部分;封閉裝置與上述第二環(huán)形通道和外導(dǎo)管在它們的上游端連接并封閉它們，上述的第二導(dǎo)管通過(guò)外導(dǎo)管的封閉上游端并與它形成一氣密密封，和入口裝置與上述外導(dǎo)管的上游端連通，用來(lái)引入一種與降溫劑隨意混合的含游離氧的氣體進(jìn)給流到上述第二通道中，其流速為大約6m/s(20英尺/秒)至聲速;獨(dú)立的進(jìn)料導(dǎo)管從外部與上述各入口裝置連接;在每根上述進(jìn)料導(dǎo)管上有流速控制裝置，用來(lái)分別地控制通過(guò)上述進(jìn)料導(dǎo)管的進(jìn)料流速;帶法蘭的裝置與上述外導(dǎo)管的外表面連接，用來(lái)在上述燃燒器之下游端向下通過(guò)氣體發(fā)生器的頂部孔口時(shí)沿氣體發(fā)生器的中心軸線對(duì)準(zhǔn)上述燃燒器的縱向中心軸線;一個(gè)多孔陶瓷或多孔金屬冷卻裝置與上述燃燒器的噴嘴連接;冷卻液供給與排放裝置與上述多孔冷卻裝置連通;其特征在于，上述多孔冷卻裝置包含一個(gè)具有均勻成分、均勻壁厚和孔隙率的多孔剛性部件，包括多孔內(nèi)表面和外表面，以及一個(gè)帶有各種互相連接孔的多孔心部;其中，通過(guò)上述多孔噴嘴冷卻裝置的上述冷卻液的流速是可控制的，上述多孔噴嘴冷卻裝置含有一個(gè)中央孔，使上述進(jìn)料液流自由流動(dòng)到反應(yīng)區(qū)內(nèi);至少有一部分上述冷卻液在壓力下通過(guò)上述多孔冷卻裝置的孔并且汽化，所述壓力大約為0.07-42巴(1-600磅/英寸)，例如1.4-14.8巴(20-200磅/英寸2)，該壓力大于上述氣化器的壓力;其特征還在于上述中心導(dǎo)管和第二導(dǎo)管的端部可以從外導(dǎo)管出口孔向上游收縮，或者可以端接到垂直于燃燒器之縱向軸線的帶有外導(dǎo)管出口孔的同一平面上;其特征還在于，一股帶有氣態(tài)心部的圓柱形漿料流流過(guò)燃燒器之前部，并受到與降溫劑隨意混合的含游離氧的氣體的高速流的沖擊，所以沖擊發(fā)生在燃燒器噴嘴、噴嘴之前或噴嘴之下游，使進(jìn)給漿料與含游離氧的氣體充分混合并霧化。
為了較詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，參考附圖所示實(shí)施例，附圖中，圖1是一個(gè)三流路燃燒器的最佳實(shí)施例的通過(guò)其上游端和下游端的縱剖面圖，示出了與燃燒器的下游端連接的多孔金屬帽罩形冷卻裝置。
本發(fā)明涉及一種用在非催化型部分氧化工藝中的新型燃燒器，用來(lái)制取合成氣體、燃燒氣體或還原氣體。燃燒器最好用一種反應(yīng)劑燃料流，該燃料流包含一種液態(tài)碳?xì)滟|(zhì)燃料或一種處于液態(tài)載體中的固體碳質(zhì)燃料的可泵送的漿料，采用這種燃燒器，一種與降溫劑混合或不與降溫劑混合的含游離氧的氣體的反應(yīng)劑進(jìn)料流與反應(yīng)劑燃料流混合，并與降溫劑隨意混合。霧化和混合發(fā)生在下游普通部分氧化氣體發(fā)生器的反應(yīng)區(qū)內(nèi)。
在非催化的帶耐火襯的自由流動(dòng)的部分氧化氣體發(fā)生器的反應(yīng)區(qū)中產(chǎn)生一種熱原氣流，其溫度達(dá)大約927℃-1927℃(1700°F-3500°F)，壓力大約為1-304巴(1-300大氣壓)例如約5.1-253巴(5-250大氣壓)，最好大約10.1-101巴(10-100大氣壓)。在美國(guó)專利No.2809104公開過(guò)一種普通的部分氧化氣體發(fā)生器。從氣體發(fā)生器排出的原氣流中含有H2和CO，也含有下列物質(zhì)中的一種或幾種CO2、H2O、N2、A、CH4、H2S和COS。根據(jù)燃料情況和操作條件，可能與原氣流一起夾帶著一些物質(zhì)如積炭粒、細(xì)灰或渣子。
燃燒器包含一個(gè)圓筒形中心導(dǎo)管，其縱向中心軸線與氣化器的縱向中心軸線重合，它有一收斂的噴嘴，在下游端發(fā)展成一個(gè)垂直的較小直徑的圓筒部分，根據(jù)不同實(shí)施例，或者1、2圓筒形導(dǎo)管或3圓筒形導(dǎo)管被徑向地隔開，并沿其長(zhǎng)度與中心導(dǎo)管呈同一中心軸線，一個(gè)無(wú)阻礙的收斂出口噴嘴置于最外導(dǎo)管的下游端，通過(guò)該噴嘴排出進(jìn)料液流。第二導(dǎo)管內(nèi)表面和收斂部分以及中心導(dǎo)管的內(nèi)表面和外表面在接近它們的下游端處發(fā)展成直圓筒形部分。用一般的隔片將導(dǎo)管彼此徑向隔開，并在它們之間形成可以是第一無(wú)阻礙環(huán)形通道，或者第一和第二無(wú)阻礙環(huán)形通道，或者第一至第五無(wú)阻礙環(huán)形通道，這要根據(jù)具體實(shí)施例的情況而定。例如，可以用對(duì)準(zhǔn)銷、凸棱、對(duì)心片、墊片或其他的一般方法彼此相對(duì)對(duì)稱地隔開各導(dǎo)管，并使它們保持穩(wěn)定對(duì)準(zhǔn)位置，以大大減少對(duì)自由流動(dòng)進(jìn)給流的阻礙。
靠近第一環(huán)形通道的下游端是一個(gè)收斂的環(huán)形截頭圓錐體部分，該部分發(fā)展成一直立圓柱環(huán)形部分。靠近第二和外環(huán)形排出通道之下游端是收斂的環(huán)形截頭錐體部分。上述導(dǎo)管和環(huán)形通道在其上游端是用普通方法封閉的，是不漏氣的，例如可用法蘭、板件或螺旋蓋的方法來(lái)密封。在一個(gè)三流路燃燒器的最佳實(shí)施例中，一個(gè)帶法蘭的入口與各導(dǎo)管之上游端連通，以引入如下的進(jìn)給液流;(1)中心導(dǎo)管-引入一種含有與降溫劑如H2O隨意混合的含游離氧的氣體的氣態(tài)物質(zhì)，或含有一種與降溫劑例如H2O隨意混合的碳?xì)浠衔餁怏w或循環(huán)氣體產(chǎn)物之一部分的氣態(tài)物質(zhì);(2)第二導(dǎo)管-引入與降溫劑如H2O、CO2隨意混合的液態(tài)碳?xì)滟|(zhì)燃料，或一種固體碳質(zhì)燃料的含水漿料;和(3)外導(dǎo)管-引入一種與降溫氣體如H2O隨意混合的含有游離氧的氣體的高速流。在另一實(shí)施例中，燃燒器的兩股進(jìn)給流包含(1)與降溫氣流例如H2O、N2隨意混合的或不混合的含游離氧的氣體流過(guò)中心導(dǎo)管;和一種與降溫劑例如蒸汽隨意混合的液態(tài)碳?xì)滟|(zhì)燃料或一種固體碳質(zhì)燃料的含水漿料流過(guò)外環(huán)形通道。
第二環(huán)形通道和外環(huán)形通道在靠近下游端向縱向中心軸線收斂，其收斂角大約為15°-60°例如大約20°-40°。
對(duì)于圖1所示實(shí)施例，其中心導(dǎo)管、第二導(dǎo)管和/或外導(dǎo)管的排出孔口的內(nèi)徑沿水平方向依次一個(gè)比一個(gè)大。中心導(dǎo)管的排出口、第二導(dǎo)管的排出口和外導(dǎo)管的排出口可能位于燃燒器噴嘴的同一水平面上，或者從外導(dǎo)管的水平圓形出口孔向上游回縮，該出口孔在燃燒器噴嘴處(即下游終端)。
因此，中心導(dǎo)管，第二導(dǎo)管的端部可能具有相對(duì)于外導(dǎo)管端部的O垂直回縮，或者它們可能逐漸地或非逐漸地向上游回縮。
在這個(gè)具有中心導(dǎo)管和第二導(dǎo)管回縮的實(shí)施例中，在外導(dǎo)管出口孔或剛好在出口孔前已發(fā)生少量的混合，而且，在燃燒器的整個(gè)出口孔上保持著固體碳質(zhì)燃料之漿料和與降溫劑隨意混合的含游離氧之氣體的混合物的高體效應(yīng)速度。
通過(guò)本發(fā)明燃燒器的中心導(dǎo)管和外環(huán)形通道的氣態(tài)流(與降溫劑混合或不混合)的流速大約為6m/s(20英尺/秒)至聲速，例如大約46-229m/s(150-750英尺/秒)，通過(guò)第一環(huán)形通道的液態(tài)碳?xì)滟|(zhì)燃料流或固態(tài)碳質(zhì)燃料之漿料流的流速大約為0.3-15m/s(1-50英尺/秒)，例如大約3-7.5m/s(10-25英尺/秒)，每種氣體流的速度至少為17m/s(56英尺/秒)，大于液態(tài)漿料流的流速。
全部含游離氧的氣體，根據(jù)不同的實(shí)施例，可分離開為兩股流，或保持其單股流。因此，含游離氧的氣體的兩個(gè)獨(dú)立的部分可通過(guò)中心導(dǎo)管和外環(huán)形通道。另一方面，全部含游離氧的氣體可以或者通過(guò)中心導(dǎo)和或者通過(guò)外環(huán)形通道。在全部含游離氧的氣體通過(guò)中心導(dǎo)管和外環(huán)形通道的實(shí)施例中，通過(guò)燃燒器的含游離氧的氣體的總流量可以在上述導(dǎo)管和通道之間分配如下(按體積百分?jǐn)?shù))中心導(dǎo)管大約為5-60%，例如大約10-20%，而其余的通過(guò)外環(huán)形通道。選擇通過(guò)每個(gè)導(dǎo)管或通道的含游離氧的氣體的量要使得100%的含游離氧的氣體流通過(guò)燃燒器。
采用本發(fā)明的改進(jìn)的燃燒器設(shè)計(jì)可避免燃燒器噴嘴的熱應(yīng)力開裂，可延長(zhǎng)燃燒器的工作壽命。使用冷卻液流例如水流或液態(tài)二氧化碳流來(lái)冷卻燃燒器的下游端部。
多孔的陶瓷或多孔的金屬平板或帽罩用來(lái)保護(hù)和冷卻燃燒器的下游端，使之不受靠近燃燒器下端的氣體發(fā)生器的酷熱環(huán)境的損害。燃燒器必須與含有H2、CO2、H2O、NH3、HCOOH、H2S、COS、碳粒和煙灰的混合物的氣體產(chǎn)物的循環(huán)流相接觸。氣化器中的溫度可能高達(dá)927℃-1927℃(1700°F3500°F)。通過(guò)多孔冷卻裝置的冷卻液例如水的汽化，可以冷卻燃燒器噴嘴，另外，通過(guò)水閃蒸多孔冷卻裝置的外表面也可得到某些額外的好處。這種蒸汽流可以減少灰塵在燃燒器端面上沉積的可能性。此外，可能使燃燒器噴嘴的溫度更均勻，并且更低，例如約149℃-427℃(300°F-800°F)，通常為204℃(400°F)，從而降低了熱疲勞應(yīng)力。
為了在包圍燃燒器噴嘴的氣化器的溫度在大約1260℃-1427℃(2300°F-2600°F)例如約1371℃(2500°F)的時(shí)候保持燃燒器端部的多孔陶瓷或多孔金屬板或帽罩的溫度在大約149℃-427℃(300°F-800°F)例如大約204℃(400°F)，從燃燒器噴嘴的多孔板或罩的外表面每平方厘米多孔表面積上蒸發(fā)的冷卻水的量(加侖/分鐘)將取決于所用燃燒器的尺寸、燃燒器噴嘴的幾何形狀、以及燃燒器噴嘴的熱負(fù)荷。例如，對(duì)于工業(yè)上用的燃燒器，每平方厘米多孔表面積每分鐘至少蒸發(fā)0.03dm3(0.01加侖)，才能適應(yīng)熱負(fù)荷791.292KJ/h(750，000BTU/n)的需要。但是，由于進(jìn)入氣化器的水受熱(這種熱量通常是通過(guò)普通的水冷卻和外部熱交換的方法從系統(tǒng)中排出的)而蒸發(fā)，所以工藝過(guò)程的熱效率稍有改善。而且，通過(guò)多孔冷卻裝置進(jìn)入工藝過(guò)程的水不影響漿料在燃燒器噴嘴的混合和濃縮，所以也不會(huì)影響煤漿料一氧混合物的燃燒效率。
用來(lái)制造保護(hù)燃燒器噴嘴的圓盤形或帽罩形構(gòu)件的多孔陶瓷材料是親水性的，其粒子尺寸范圍大約為0.01μm-100μm例如0.1-40μm，其均勻的孔隙率范圍約為46.1-54.8%，例如約為48.5-52.3%。雖然α-氧化鋁是最好的多孔性陶瓷，但是，其他的多孔性類陶瓷如γ-氧化鋁、氧化鋯、氧化硅、氧化鈦以及它們的混合物都是適用的。用來(lái)制造圓盤形或帽罩形構(gòu)件的多孔性金屬材料，具有均勻孔隙率大約為46.1-54.8%，例如約48.5-52.3%，此類材料有多孔性不銹鋼，(例如300系列型)、鎳合金(例如Inconel、Incoloy)和鈷合金(例如Haynes169，UMCO50)。上述多孔性金屬的粒度尺寸范圍大約為0.01-100μm，例如0.1-40μm。
多孔板件或帽罩件的壁厚大約為0.1-3cm，例如大約0.3-1.0cm。
在一個(gè)最佳實(shí)施例中，作為冷卻液的冷卻水進(jìn)入和接觸多孔陶瓷或多孔金屬平盤或帽罩的內(nèi)表面時(shí)的溫度大約為16℃-49℃(60°F-120°F)。絕大多數(shù)冷卻液態(tài)在接觸多孔平盤或多孔帽罩后作為液體離開燃燒器時(shí)的溫度大約為24℃-57℃(75°F-135°F)。在整個(gè)多孔冷卻裝置的冷卻液的正壓差大約為0.07-42巴(1-600磅/英寸2)，例如約2.4-14.8巴(20-200磅/英寸2)，該壓差使得少部分冷卻液通過(guò)多孔裝置。通過(guò)多孔裝置的冷卻液的量可通過(guò)裝在冷卻液出口管道上的普通壓力控制閥來(lái)控制。通過(guò)多孔裝置的水可用一循環(huán)水系統(tǒng)和液面控制水箱來(lái)控制，其中，將根據(jù)由于通過(guò)多孔裝置(見圖1)使水離開系統(tǒng)而造成液面降低的情況，補(bǔ)加新鮮純水。這樣，就可以根據(jù)各種不同的操作工況適宜地保持對(duì)燃燒器噴嘴的冷卻控制。為了延長(zhǎng)多孔陶瓷或多孔金屬噴嘴冷卻裝置的工作壽命，冷卻劑最好用過(guò)濾和軟化的水，或純化的和蒸餾的水。在另一實(shí)施例中，用液態(tài)二氧化碳作為冷卻液。在此情況下，將會(huì)在部分氧化氣體發(fā)生器中產(chǎn)生的附加的CO。
在燃燒器操作過(guò)程中，流量控制裝置可用來(lái)起動(dòng)、終止和調(diào)節(jié)進(jìn)入燃燒器各通道的進(jìn)料液流的流動(dòng)。各進(jìn)料液流進(jìn)入燃燒器并且同時(shí)地順流地以不同速度通過(guò)，以便彼此在燃燒器噴嘴、噴嘴之前或噴嘴之下游緊密接觸和混合。一種反應(yīng)劑流(例如處于液態(tài)載體中的固體碳質(zhì)燃料的漿料)與另一種反應(yīng)劑流(例如與降溫劑隨意混合的含游離氧的氣體流)在高速下的緊密接觸使液態(tài)漿料碎裂成細(xì)小霧狀，在反應(yīng)區(qū)中產(chǎn)生多相混合物。
用安裝在每條進(jìn)入燃燒器的進(jìn)料管道上的流量控制閥來(lái)控制每條含游離氧的氣體流的流速。用安裝在進(jìn)入燃燒器的進(jìn)料管道上的速度控制泵來(lái)控制固體碳質(zhì)燃料的可泵送漿料的流速。在保持氧碳原子比和H2O與燃料重量比基本恒定時(shí)，燃燒器的關(guān)閉和開動(dòng)受每條進(jìn)料流的流動(dòng)速度所影響。通過(guò)調(diào)節(jié)每條含游離氧氣流的進(jìn)料管道上的流量控制閥，即使在開動(dòng)和關(guān)閉時(shí)，總是保持著高的壓差和高的流速。因此，在圖1所示實(shí)施例中，帶有從燃燒器的前部排放的氣態(tài)心部的圓柱形漿料流就在燃燒器噴嘴、噴嘴之前或噴嘴之下游受到含游離氧氣體的高速流的沖擊，從而保證漿料流的有效霧化以及漿料與含游離氧的氣體流的充分混合。
通過(guò)在燃燒器噴嘴的中心出口孔和環(huán)形出口孔以及一種大于火焰擴(kuò)展速度的速度排放反應(yīng)劑進(jìn)料液流可以防止可燃物質(zhì)在通過(guò)燃燒器的同時(shí)發(fā)生燃燒?；鹧嫠俣扰c混合物成分、溫度和壓力這類因素有關(guān)。該速度可用常規(guī)方法計(jì)算出來(lái)或憑經(jīng)驗(yàn)確定。
本發(fā)明的燃燒器組件向下插入一個(gè)緊湊的、中空的、自由流動(dòng)的、非催化的、帶耐火襯的合成氣體發(fā)生器的頂部入口，該氣體發(fā)生器例如美國(guó)專利No.3544291所述的那一種。燃燒器沿帶有直接向反應(yīng)區(qū)排料的下游端的氣體發(fā)生器的中心軸線延伸。反應(yīng)劑進(jìn)料流與引入氣體發(fā)生器的降溫劑的相對(duì)比例要仔細(xì)調(diào)節(jié)，以便將燃料中的大部分碳例如大約98%(重量%)或更高轉(zhuǎn)換成碳氧化物，并保持反應(yīng)區(qū)的自燃溫度范圍大約為927℃-1927℃(1700°F-3500°F)，最好為1260℃-1427℃(2300°F-2600°F)。
反應(yīng)區(qū)中的暫歇時(shí)間為大約1-10秒，最好大約為2-8秒。當(dāng)基本上純的氧送入氣體發(fā)生器時(shí)，從氣體發(fā)生器排出氣體的成分如下(按折干計(jì)算的克分子百分?jǐn)?shù))H210-60;CO 20-60;CO25-40;CH40.01-5;H2S+COS 0-5;N20-5;A 0-1.5。當(dāng)空氣送入氣體發(fā)生器時(shí)，其排出氣體的成分大約如下(按折干計(jì)算的克分子百分?jǐn)?shù))H22-30;CO 5-35;CO25-25;CH40-2;H2S+COS 0-3;N245-80;A 0.5-1.5。在排出氣體流中也含有不可轉(zhuǎn)換的炭粒、灰塵和渣子或它們的混合物。
含有干固體量約30-75wt%例如約50-70wt%的固態(tài)碳質(zhì)燃料的可泵送的漿料可通過(guò)第一環(huán)形排放通道的入口通道。漿料的入口溫度約為260℃(500°F)左右，但是，最好低于固體碳質(zhì)燃料的載體在給定的進(jìn)口壓力約為1-304巴(1-300大氣壓)，例如5.1-253巴(5-250大氣壓)，通常約為20.2-101巴(20-100大氣壓)時(shí)的蒸發(fā)溫度。
術(shù)語(yǔ)“固態(tài)碳質(zhì)燃料”(這里用來(lái)描述固態(tài)碳質(zhì)原料)本想包括下面一組不同物質(zhì)及其混合物，即煤、用煤煉的焦炭、用煤制的黑炭、煤液化殘?jiān)?、石油焦炭、粒狀炭黑、以及?lái)自油頁(yè)巖、柏油砂和瀝青的固體。所有類型的煤都可以用，包括無(wú)煙煤、煙煤、黑色次煙煤和褐煤。粒狀炭黑可以是來(lái)自部分氧化過(guò)程的副產(chǎn)物，或者是通過(guò)燃燒礦物燃料而獲得。術(shù)語(yǔ)“固態(tài)碳質(zhì)燃料”還包括垃圾碎塊、排出的生活污水和半固態(tài)物質(zhì)如瀝青、橡膠和類橡膠材料(包括汽車的橡膠車胎)。
固態(tài)碳質(zhì)燃料最好磨細(xì)到粒子尺寸，以便使100%的該種燃料通過(guò)一個(gè)ASTM E11-70篩子標(biāo)號(hào)標(biāo)準(zhǔn)1.40mm(替換品No.14)。另外，在一個(gè)實(shí)施例中，至少80%通過(guò)ASTM E11-70篩子標(biāo)號(hào)標(biāo)準(zhǔn)4.25mm(替換的No.40)。固體碳持燃料粒子的含水量大約為0-40wt%，例如2-20wt%。
術(shù)語(yǔ)“液態(tài)載體”(這里用作制造可泵送的固體碳質(zhì)燃料漿料的懸浮介質(zhì))意欲包括下列各種物質(zhì)液態(tài)水、液態(tài)碳?xì)滟|(zhì)材料、及它們的混合物、但是，液態(tài)水是固態(tài)碳質(zhì)燃料粒子的最佳載體。在一個(gè)實(shí)施例中，液態(tài)載體是液態(tài)二氧化碳。在此情況下，液態(tài)漿料可能含有40-70wt%固態(tài)碳質(zhì)燃料，其余為液態(tài)CO2。CO2一固態(tài)燃料漿料可在溫度大約為-55℃-38℃(-67°F-100°F)(根據(jù)壓力值而定)引入燃燒器中。
這時(shí)所用術(shù)語(yǔ)“含游離氧的氣體”意欲包括空氣、富氧的空氣(即大于21%克分子氧)和基本上純的氧(即大于95%克分子的氧)，(其余為含有N2和稀有氣體)。
含游離氧的氣體流與燃料流同時(shí)供入氣體發(fā)生器的反應(yīng)區(qū)，其溫度約為室溫至816℃(1500°F)，最好是，對(duì)于富氧空氣約為室溫至149℃(300°F)，對(duì)于空氣，大約為260℃-816℃(500°F-1500°F)。部分氧化反應(yīng)區(qū)的壓力大約為1-304巴(1-300大氣壓)例如20.2-101巴(20-100大氣壓)。游離氧原子加在固體碳質(zhì)燃料中有機(jī)結(jié)合的氧原子與固體燃料中碳原子之比(O/C原子比)可以大約為0.5-1.95。
這里用的術(shù)語(yǔ)“降溫劑”包括水、蒸汽、CO2、N2以及氣流產(chǎn)物的冷卻循環(huán)部分。降溫劑可與燃料流和/或氧化劑混合。但是，如果用氣流產(chǎn)物的冷卻循環(huán)部分，它就不能與氧化劑混合。
這里用的術(shù)語(yǔ)“碳?xì)浠衔餁怏w”包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和天然氣。
在一個(gè)實(shí)施例中，進(jìn)料液流包含一種液態(tài)碳?xì)滟|(zhì)物質(zhì)和固態(tài)碳質(zhì)燃料的漿料，液相的水可與液態(tài)碳?xì)滟|(zhì)載體混合例如作為一種乳狀液。一部分水即大約總水量的0-25wt%可引入作為與含游離氧的氣體隨意混合的液流，H2O燃料之比可以大約為0-5，例如約0.1-3。
這里用的術(shù)語(yǔ)“液態(tài)碳?xì)滟|(zhì)燃料”包括各種物質(zhì)例如液化石油氣、石油蒸餾物和殘?jiān)⑵?、粗汽油、煤油、原油、瀝青油、粗柴油、殘油、柏油砂和油頁(yè)巖油、煤煉油、芳香碳?xì)浠衔?如苯、甲苯、二甲苯分餾物)、煤柏油、來(lái)自流體催化裂變操作的循環(huán)氣油、煉焦氣油的呋喃提取物、甲醇、乙醇和其他的醇類和來(lái)自氧化或氫氧合成法的副產(chǎn)品的含氧液態(tài)碳?xì)浠衔?，以及上述物質(zhì)的混合物。
參考表示本發(fā)明細(xì)節(jié)的附圖可以更圓滿地理解本發(fā)明。但是，雖然


了本發(fā)明的實(shí)施例，但我們無(wú)意將本發(fā)明局限于所述的具體裝置或材料。
參看附圖1，該圖示出了一個(gè)最佳的三流道燃燒器。在這里，該實(shí)施例被稱為圖1實(shí)施例A。三流道燃燒器同時(shí)地接納三股單獨(dú)的進(jìn)料液流。燃燒器1有下游端，該端部向下穿過(guò)一自流的部分氧化合成氣體發(fā)生器(未示出)頂部的一個(gè)孔口。燃燒器1的縱向中心軸線最好通過(guò)安裝法蘭3與合成氣體發(fā)生器的中心軸線對(duì)準(zhǔn)。燃燒器1分別包含同心的圓柱形中心導(dǎo)管8、第二導(dǎo)管9和外導(dǎo)管10、在燃燒器的下游端部設(shè)置一多孔的水冷金屬端部帽罩12，燃燒器1的下游部分可圍繞有外冷卻圈13。用來(lái)對(duì)燃燒器供料的帶法蘭的進(jìn)口管21-22分別與中心導(dǎo)管8、以及同心的圓柱形空心導(dǎo)管9和10連接。
燃燒器具有兩條供進(jìn)料液流無(wú)壓流動(dòng)的無(wú)阻礙圓環(huán)形通道，該通道是通過(guò)徑向隔開三條導(dǎo)管而形成的。因此，第一圓環(huán)形通道位于中心導(dǎo)管8的外直徑與第二導(dǎo)管9的內(nèi)直徑之間，中心導(dǎo)管與第二導(dǎo)管間的間隙由壁墊片26來(lái)保持。外圓環(huán)通道27位于第二導(dǎo)管9的外直徑與外導(dǎo)管10的內(nèi)直徑之間。用壁墊片28來(lái)保持第二導(dǎo)管與第三導(dǎo)管間的徑向間隙。
上述各導(dǎo)管和圓環(huán)形通道的上游端被封閉。蓋板35-37分別密封中心導(dǎo)管8、圓環(huán)形通道25和外圓環(huán)形通道27?？捎靡话愕臋C(jī)構(gòu)將蓋板固定在導(dǎo)管的端部，例如用法蘭、焊接、螺紋連接來(lái)固定?？梢匝b密封墊防止漏泄。
在燃燒器的下游端，中心導(dǎo)管8的外徑和第二導(dǎo)管的內(nèi)徑是逐漸減少的，例如減小大約30-50%，并分別發(fā)展成直立圓柱形部分40和41。垂直的圓環(huán)形通道42位于直立圓柱形部分40和41之間。第二導(dǎo)管9和中心導(dǎo)管8的尖端44和隨意尖端部分43分別地逐漸從燃燒器的端面向上游回縮，以形成一發(fā)散的截頭錐形區(qū)47(見附圖)，換句話說(shuō)，尖端部43和44可以在燃燒器的下游面端接一個(gè)垂直于燃燒器的中心軸線的同一水平面。最好，冷卻室12的最前面部分在燃燒器的面部46端接同樣的水平平面。
在靠近燃燒器1的下游端部的點(diǎn)31處，外導(dǎo)管10分成兩分支壁50和51。分支壁50是截頭錐形，向著燃燒器下游面收斂，它的內(nèi)表面與第二導(dǎo)管9的下游發(fā)散部分52的外表面通過(guò)墊片28隔開，從而形成外環(huán)形通道27的下游排料部分53。多孔的帽罩12通過(guò)焊接、釬焊、螺栓、粘接、或其他合適方法與燃燒器1的噴嘴連接，以便形成一防漏的空心環(huán)形冷卻液室54。例如，多孔金屬帽罩12之側(cè)壁上端是沿圓周焊接到或其他方法連接到外導(dǎo)管10的分支壁51的端部。接縫55受冷卻，并由靠近的冷卻液管70和71加以保護(hù)。多孔帽罩12的內(nèi)底面59是沿圓周在點(diǎn)56上焊接到或其他方法圍繞孔57密封到分支壁50的端部。
圖1的實(shí)施例B(未示出)與實(shí)施例A基本相同，不同之處在于，接縫56是從燃燒器面46向上游縮，以便保護(hù)該接縫在燃燒器面上免受渦動(dòng)的熱燃?xì)獾膿p害。在此情況下，端部帽罩12的多孔金屬底壁便突然改變方向，并沿向上的方向在58處形成圓周接縫，因此構(gòu)成一個(gè)短的截頭錐體形的多孔唇部，其高度大約為燃燒器面上中心孔57的直徑的1/4到1/2。在58處，上述多孔金屬唇部的上游端與截頭錐形壁50的下游端沿圓周焊接，以形成一防漏密封件。多孔帽罩12之底部的同軸孔57的直徑可使所有從燃燒器中的全部進(jìn)料通道進(jìn)料的液體自由地排放出去。
進(jìn)料流體通過(guò)獨(dú)立的與位于燃燒器1之上端帶有法蘭的進(jìn)口管20-22連接的進(jìn)料管道引入燃燒器中。因此，一種包含與降溫劑(如H2O)隨意混合的碳?xì)浠衔餁怏w或一種冷卻循環(huán)氣體產(chǎn)物的一部分的氣態(tài)物質(zhì)使通過(guò)管道60、流量控制閥61、管道62和進(jìn)口管20進(jìn)入燃燒器，而一種與降溫劑隨意混合的含有游離氧的氣體的獨(dú)立汽流則通過(guò)管道66、流量控制閥67、管道68和進(jìn)口管22通入燃燒器。
通過(guò)管道70將冷卻液例如水供入環(huán)形的冷卻液室54。冷卻液是在壓力下流過(guò)冷卻液室54的，所以有一部分冷卻液就通過(guò)端部帽罩12的底壁和側(cè)壁而流出。流出帽罩12的水和帽罩12的外表面的水吸收帽罩12的熱量，并轉(zhuǎn)化為蒸汽，從而冷卻了燃燒器噴嘴。當(dāng)冷卻液流入和流出冷卻液室54時(shí)則通過(guò)傳導(dǎo)吸附加的熱量。冷卻液通過(guò)管道71離開冷卻液室，并流過(guò)環(huán)繞器外徑的盤管13。在另一實(shí)施例中，冷卻液通過(guò)兩根管道70和71進(jìn)入冷卻液室54。
實(shí)施例C(未示出)與圖1的實(shí)施例A或B基本相同，但用一個(gè)平坦的多孔陶瓷圓盤或多孔金屬圓盤替換上述噴嘴帽罩12。在此情況下，分支壁51可延續(xù)到燃燒器噴嘴，在這里與襯墊焊接在一起或用其他方法例如螺栓連接，以便對(duì)平坦的多孔陶瓷盤形成防漏密封。分支壁50的端部也可同樣地連接到平的多孔盤上，它要焊到中心孔57的頂表面或/或內(nèi)邊或在多孔的端部金屬冷卻件上的58處的向上延伸的端部。
在另一個(gè)實(shí)施例(此處稱之為圖1的實(shí)施例D但未示出)中，燃燒器引入兩股進(jìn)料流體，例如，從圖1所示燃燒器中去除第二導(dǎo)管9、收斂部分52和進(jìn)口管21。一股與降溫劑例如蒸汽隨意混合的含游離氧的氣體通過(guò)或者進(jìn)口噴嘴20或者進(jìn)口噴嘴22。一股與降溫劑(例如蒸汽)隨意混合的液體燃料流(例如液態(tài)碳?xì)滟|(zhì)燃料)、或者一股固體碳?xì)滟|(zhì)燃料的含水漿料通過(guò)其余的自由通道。
在不背離本發(fā)明的精神的范圍的情況下，可以對(duì)上面所述的本發(fā)明內(nèi)進(jìn)行改進(jìn)或改變。因此，本發(fā)明只應(yīng)由權(quán)利要求書所限定。
權(quán)利要求
1.一種用來(lái)使含有液態(tài)碳?xì)滟|(zhì)燃料或處于液體載體中可泵送的固體碳質(zhì)燃料之漿料的反應(yīng)劑燃料液流的部分氧化燃燒器，包含一個(gè)導(dǎo)管和若干隔開的同軸導(dǎo)管，在這些導(dǎo)管之間形成向下延伸的環(huán)形通道，其中，所述導(dǎo)管和環(huán)形通道在其上游端封閉，而在它們的下游端敞開；與每個(gè)導(dǎo)管的上游端部連接用來(lái)通入反應(yīng)劑進(jìn)料液流或冷卻液流的進(jìn)口裝置；一個(gè)端接在每條通道上下游端的同軸噴嘴；其特征在于一個(gè)多孔的陶瓷或金屬冷卻裝置與上述燃燒器的下游端連接；與上述多孔冷卻裝置呈流體連通的冷卻液供給和排出裝置；其中，上述的多孔冷卻裝置包含一種均勻結(jié)構(gòu)、均勻壁厚和均勻孔隙率的部件包括多孔的內(nèi)表面和外表面以及具有各種互相連接的孔洞的多孔心部；因此，通過(guò)上述多孔端部冷卻裝置的上述冷卻液的流速是可控制的，而且，上述端部冷卻裝置含有一個(gè)使上述反應(yīng)劑進(jìn)料液流自由地通入反應(yīng)區(qū)的中心孔，因此，至少有一部分上述冷卻液在壓力下依次通過(guò)上述多孔冷卻裝置的多孔內(nèi)表面、多孔心部和多孔外表面，并且汽化，從而冷卻了上述燃燒器之噴嘴。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的燃燒器，其特征在于，上述多孔冷卻裝置是帽罩形的或者平圓盤形的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的燃燒器，其特征在于，上述的多孔冷卻裝置用一種多孔性陶瓷材料制成，所選的陶瓷材料可以是α氧化鋁、γ氧化鋯、氧化鋯、氧化硅、氧化鈦及它們的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的燃燒器，其特征在于，所述的多孔冷卻裝置用多孔的金屬制成，所選金屬可以是多孔性不銹鋼、諸如Inconel和Incoloy的鎳合金以及諸如Haynes168和UMCO50的鈷合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的燃燒器，其特征在于，上述多孔金屬冷卻裝置的均勻孔隙率范圍大約為46-54.89%，其壁厚大約為0.1-3cm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或5的燃燒器，其特征在于，裝有供給上述冷卻液的裝置，其正壓差范圍為大約0.07-42巴(1-600磅\英寸2)，驅(qū)動(dòng)冷卻液通過(guò)多孔裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或5的用來(lái)同時(shí)向下引入含游離氧的氣體流和可泵送的燃料流至自由流動(dòng)的部分氧化體發(fā)生器的反應(yīng)區(qū)內(nèi)的燃燒器，包含一個(gè)圓筒形中心導(dǎo)管，該導(dǎo)管的中心縱向軸線與燃燒器的縱向中心軸線重合;一個(gè)無(wú)阻礙的收斂出口噴嘴，它在中心導(dǎo)管之下游端部發(fā)展成帶有圓形出口孔的直線圓筒部分;與上述中心導(dǎo)管的上游端連接的封閉裝置，用來(lái)封閉中心導(dǎo)管，與中心導(dǎo)管之上游端連能的入口裝置，用來(lái)引入含有與降溫(如H2O)，隨意混合的含游離氧的氣體流、或與降溫劑(如H2O)隨意混合的碳?xì)錃怏w或循環(huán)氣體產(chǎn)物流;一個(gè)沿其長(zhǎng)度與上述中心導(dǎo)管同心同軸的第二導(dǎo)管;一個(gè)收斂的出口噴嘴，它在上述第二導(dǎo)管之下游端發(fā)展成一個(gè)直立圓筒部分;徑向地隔開上述中心導(dǎo)管和第二導(dǎo)管并在它們之間形成第一環(huán)形通道的裝置，該環(huán)形通道在接近下游端處發(fā)展成一個(gè)直立環(huán)形通道;與上述的第二導(dǎo)管和第一環(huán)形通道在它們的上游端連接的封閉裝置，用來(lái)將它們封閉;上述的中心導(dǎo)管通過(guò)上述第二導(dǎo)管的上游封閉端，并形成一種氣密密封;與第二導(dǎo)管;上游端連通的入口裝置，用來(lái)引入含有與降溫劑隨意混合的液態(tài)碳?xì)淙剂匣蚩杀盟偷墓虘B(tài)碳質(zhì)燃料的進(jìn)料液流;一個(gè)沿其長(zhǎng)度與上述第一導(dǎo)管同心的外導(dǎo)管;徑向地隔開上述第二導(dǎo)管和外導(dǎo)管并在它們間形成第二環(huán)形通道的裝置，上述第二環(huán)形通道發(fā)展成一個(gè)向著下游端收斂的截頭錐部分，與上述第二環(huán)形通道和外導(dǎo)管的上游端連接用來(lái)將它們封閉的封閉裝置;上述的第二導(dǎo)管通過(guò)上述外導(dǎo)管的上游封閉端，并形成不漏氣密封;與上述外導(dǎo)管的上游端連通的入口裝置，用來(lái)引入一種與降溫劑隨意混合的含游離氧的氣體的進(jìn)料流至上述的第二環(huán)形通道內(nèi);獨(dú)立的進(jìn)料導(dǎo)管在外部與上述每個(gè)入口裝置連接;在每個(gè)上述進(jìn)料導(dǎo)管上有流速控制裝置，用來(lái)分別控制通過(guò)上述進(jìn)料導(dǎo)管的進(jìn)料液流的流速;與上述外導(dǎo)管的外表面連接的法蘭機(jī)構(gòu)用來(lái)在上述燃燒器的下游端向下通過(guò)氣體發(fā)生器之頂部孔口時(shí)沿氣體發(fā)生器之中心軸線對(duì)準(zhǔn)上述燃燒器的縱向中心軸線;上述的多孔陶瓷或多孔金屬冷卻裝置與上述燃燒器之端部連接，并形成一中空環(huán)狀冷卻液室;其特征在于，上述中心導(dǎo)管和/或第二導(dǎo)管的端部或者從外導(dǎo)管出口孔向上回縮，或者端接帶有外導(dǎo)管出口孔的垂直于燃燒器縱向軸線的同一平面;而且，其特征在于，一股帶有氣體心部的圓柱形漿料流通過(guò)燃燒器的前部，并受到與降溫劑隨意混合的含游離氧的氣體的高速流的沖擊，所述沖擊發(fā)生在燃燒器噴嘴、噴嘴之前或噴嘴之下游，以形成噴霧，并使含游離氧的氣體與進(jìn)給漿料進(jìn)行內(nèi)在混合。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的燃燒器，其特征在于，上述的多孔冷卻裝置是一種多孔金屬，并是在基底部帶有同軸中心孔(用來(lái)排放上述進(jìn)料液流)的帽罩形的;上述的外導(dǎo)管的壁在燃燒器之下游端發(fā)展成一個(gè)垂直分支壁和收斂的分支壁;上述的多孔的帽罩形冷卻裝置與上述燃燒器噴嘴連接，其連接方法是將上述多孔帽罩的垂直壁的上端焊接到上述外導(dǎo)管的垂直分支壁的下端，并且將上述帽罩之底部焊接到上述外導(dǎo)管的上述收斂分支壁的下游端，或者將多孔帽罩的底部的向上延伸部分的頂部圍繞著中心孔焊到上述外導(dǎo)管的上述收斂分支壁的下游端，從而在燃燒器噴嘴處形成一個(gè)多孔的環(huán)狀的冷卻液室。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8燃燒器，其特征在于，上述中心導(dǎo)管和第二導(dǎo)管的端部是從外導(dǎo)管出口孔逐漸向上回縮的;以便在燃燒器之下游端之前形成一發(fā)散的截頭錐形排放區(qū)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的燃燒器，其特征在于，裝有一進(jìn)口管，用來(lái)將上述冷卻液引入上述多孔的環(huán)形室內(nèi);還有一出口管，用來(lái)將冷卻液從上述多孔環(huán)形式排出，還裝有冷卻盤管，圍繞在上述燃燒器之下游端，并與上述冷卻液排出管連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求1或2或5的用來(lái)同時(shí)引導(dǎo)含游離氧的氣流和可泵送的燃料流向下進(jìn)入自由流動(dòng)的部分氧化氣體發(fā)生器的反應(yīng)區(qū)的燃燒器，包含一個(gè)圓筒形中心導(dǎo)管，其縱向中心軸線與燃燒器縱向中心軸線重合;一個(gè)無(wú)阻礙的收斂出口噴嘴，它在中心導(dǎo)管的下游端部發(fā)展成帶有圓形出口孔的直立圓筒部分;與上述中心導(dǎo)管的上游連接并將它封閉的封閉裝置;一個(gè)與中心導(dǎo)管之上游端連通的一入口裝置，用來(lái)引入如下的反應(yīng)劑進(jìn)料液流;(1)含有與降溫氣體隨意混合的含游離氧的氣體進(jìn)料流，或(2)含有與降洗劑隨意混合的液態(tài)碳?xì)滟|(zhì)燃料或含水的固態(tài)碳?xì)滟|(zhì)燃料的漿料的進(jìn)料液流;一個(gè)沿其長(zhǎng)度與上述中心導(dǎo)管同軸同心的外導(dǎo)管，一個(gè)收斂的出口噴嘴，它在上述外導(dǎo)管的下游端發(fā)展成一個(gè)截頭錐體部分;用來(lái)經(jīng)向地隔開上述中心導(dǎo)管和外導(dǎo)管并在它們間形成第一環(huán)形通道的裝置;與上述外導(dǎo)管和第一環(huán)形通道的在它們的上端連接并將其封閉的封閉裝置，上述中心導(dǎo)管通過(guò)上述外導(dǎo)管的上游封閉端并形成一氣密密封;一個(gè)第二入口裝置與外導(dǎo)管的上游端連通，用來(lái)引入上述(1)或(2)中任一種不通入上述第一入口裝置的進(jìn)料液流;一個(gè)獨(dú)立的進(jìn)給導(dǎo)管從外部與每個(gè)上述的入口裝置連接，并在上述每個(gè)進(jìn)給導(dǎo)管中帶有流量控制裝置，用來(lái)分別控制通過(guò)上述進(jìn)料導(dǎo)管的進(jìn)料液流的流速;與上述外導(dǎo)管的外表面連接的法蘭機(jī)構(gòu)，用來(lái)在上述燃燒器之下端向下通過(guò)氣體發(fā)生器的頂部孔口時(shí)沿氣體發(fā)生器的中心軸線對(duì)準(zhǔn)上述燃燒器的縱向中心軸線;上述多孔的陶瓷或多孔的金屬冷卻裝置控制一部分通過(guò)它的上述冷卻液的流速，并構(gòu)成一中空的環(huán)狀冷卻液室;其特征在于，上述中心導(dǎo)管的端部，或者從外導(dǎo)管出口孔向上回縮，或者與外導(dǎo)管出口孔端接在垂直于燃燒器縱軸的同一平面上;其特征還在于，上述的反應(yīng)劑進(jìn)料流在燃燒器噴嘴之前、噴嘴上或噴嘴下游一起碰撞，以形成一種霧化的和內(nèi)在混合的燃料。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的燃燒器，其特征在于，上述的多孔冷卻裝置是帽罩形的，并且與上述燃燒器的末端連接，以構(gòu)成一上述冷卻液的防漏冷卻液室。
13.一種用來(lái)通過(guò)將一進(jìn)料液流部分地氧化的方法制造含有H2、CO、CO2以及在H2O、N2、A、CH4、H2S和COS中的至少一種的混合氣體的連續(xù)工藝，上述的進(jìn)料液流包含一種處于液態(tài)載體中可泵送的固體碳質(zhì)燃料的漿料，或一種與降溫劑意混合的液態(tài)碳?xì)滟|(zhì)燃料，和一種與降溫劑隨意混合的含游離氧的氣體進(jìn)料流;上述的部分氧化發(fā)生在自流氣體發(fā)生器的反應(yīng)區(qū)，其自燃溫度約1700°F-3500°F，壓力為1-300大氣壓，其特征在于，(1)第一反應(yīng)劑進(jìn)料液流通過(guò)燃燒器的第一環(huán)形通道，該液流包含處于液態(tài)載體中的固體碳質(zhì)燃料之漿料，或與降溫劑隨意混合的液態(tài)碳?xì)滟|(zhì)燃料，其溫度約為260℃(500°F)，壓力約為1-304巴(1-300大氣壓)，流速約為0.3-15m/s(1-50英尺/秒)，其中，上述燃燒室包含一中圓筒形中心導(dǎo)管，它的縱向中心軸線與燃燒器的縱向中心軸線重合;一個(gè)無(wú)阻礙的收斂出口噴嘴在中心導(dǎo)管的下游端發(fā)展成帶有圓形出口孔的直圓筒部分;封閉裝置與上述中心導(dǎo)管之上游端連接將將它封閉;入口裝置與上述中心導(dǎo)管的上游端連通，用來(lái)引入與降溫劑混合或不混合的氣體進(jìn)料流，速度范圍大約為6m/s(20英尺/秒)至聲速，進(jìn)料流包含與降溫劑(如H2O)隨意混合的含游離氧的氣體，或者與降溫劑(如H2O)隨意混合的碳?xì)錃怏w或循環(huán)氣體產(chǎn)物之部分;一個(gè)第二導(dǎo)管與上述中心導(dǎo)管沿其長(zhǎng)度同心同軸，一個(gè)收斂的出口噴嘴在第二導(dǎo)管之下游端發(fā)展成一個(gè)帶有圓形出口孔的直立圓筒形部分;徑向地隔開上述中心導(dǎo)管和第二導(dǎo)管并在它們之間形成一個(gè)第一環(huán)形通道的裝置，該環(huán)形通道在接近下游端部發(fā)展成一個(gè)垂直環(huán)形通道;與上述第二導(dǎo)管和第一環(huán)形通道在它們的上游端連接并將它們封閉的封閉裝置，上述的中心導(dǎo)管通過(guò)上述第二導(dǎo)管的上游封閉端，并形成一個(gè)氣密密封;與上述第二導(dǎo)管的上游端連通的入口裝置，用來(lái)引入上述的第一反應(yīng)劑進(jìn)料流;一個(gè)與上述第二導(dǎo)管沿其長(zhǎng)度同心同軸的外導(dǎo)管，用來(lái)徑向地隔開上述第二導(dǎo)和和外導(dǎo)管并在它們之間形成一個(gè)第二環(huán)形通道的裝置，所述環(huán)形通道發(fā)展成一個(gè)向著下游端收斂的截頭圓錐體;與第二環(huán)形通道和外導(dǎo)管在它們的上游端部連接以便封閉它們的封閉裝置，所述第二導(dǎo)管通過(guò)外導(dǎo)管的封閉的上游端形成一個(gè)氣密密封，與上述外導(dǎo)管之上游端連通的入口裝置用來(lái)引入一種與降溫劑隨意混合的含游離氧的氣體進(jìn)料流到上述第二環(huán)形通道內(nèi)，其速度范圍大約為6m/s(20英尺/秒)至聲速;獨(dú)立的進(jìn)給導(dǎo)管在外部與每個(gè)上述的入口裝置連接;在每個(gè)上述的進(jìn)料導(dǎo)管中有流速控制裝置，用來(lái)分別地控制通過(guò)上述進(jìn)料導(dǎo)管的進(jìn)料液流之流速;帶法蘭裝置與上述外導(dǎo)管之外表面連接，以便在上述燃燒器的下游端向下通過(guò)氣體發(fā)生器的頂部的孔口時(shí)，沿氣體發(fā)生器的中心軸線對(duì)準(zhǔn)上述燃燒器的縱向中心軸線;一個(gè)多孔的陶瓷或多孔的金屬冷卻裝置，與上述燃燒器噴嘴連接;冷卻液的供給與排出裝置與上述多孔冷卻裝置連通;其特征在于，上述的多孔冷卻裝置包含一個(gè)是有均勻結(jié)構(gòu)、均勻壁厚和均勻孔隙率的多孔剛性部件包括多孔的內(nèi)表面和外表面以及帶有各種相連接的多孔的心部;其特征還在于，通過(guò)上述多孔端部冷卻裝置的上述冷卻液的流速是可控制的，上述多孔端部冷卻裝置含有一個(gè)中心孔，使上述進(jìn)料液流自由流入反應(yīng)區(qū);其特征還在于上述冷卻液的至少一部分在壓力下(約0.07-42巴)(1-600磅/英寸2)，該壓力大于上述氣化器中的壓力)通過(guò)上述多孔冷卻裝置上的孔，并且汽化，從而冷卻了上述燃燒器的噴嘴;其特征還在于，上述的中心導(dǎo)管和/或第二導(dǎo)管，或者從外導(dǎo)管出口孔向上回縮，或者端接到與燃燒器的中心軸線垂直的帶有外導(dǎo)管出口孔的同一平面上;一股帶有氣體心部的圓柱形漿料流通過(guò)燃燒器之前部，并受到一股與降溫劑隨意混合的含游離氧的氣體高速流的沖擊，所述的沖擊發(fā)生在燃燒器之噴嘴處、噴嘴之前或噴嘴之下游，以便形成一種噴霧及進(jìn)給漿料與含游離氧的氣體的內(nèi)在混合。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的工藝，其特征在于上述的冷卻液是水或液態(tài)二氧化碳。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的工藝，其特征在于所述的水是經(jīng)過(guò)過(guò)濾和軟化或純化和蒸餾的。
全文摘要
一種部分氧化方法和新型燃燒器用來(lái)同時(shí)地引入兩股或三股單獨(dú)的進(jìn)料液流到一種自流的部分氧化氣體發(fā)生器中以制造合成氣體的氣體燃料，或還原氣體。反應(yīng)劑進(jìn)料流包括液態(tài)碳?xì)滟|(zhì)燃料，或可泵送的固體碳質(zhì)燃料的漿料，和含游離氧的氣體例如空氣或氧氣。燃燒器包含中心導(dǎo)管和一組隔開的同中心軸線的導(dǎo)管，彼此間形成向下延伸的環(huán)形通道。本發(fā)明可防止燃燒器噴嘴開裂，可延長(zhǎng)燃燒器工作壽命，并防止灰塵在燃燒器端面沉積。
文檔編號(hào)F23D17/00GK1101113SQ9311821
公開日1995年4月5日 申請(qǐng)日期1993年9月28日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月28日
發(fā)明者阿伯特·布倫特, 羅伯特·J·斯特拉西奧, 米穗·S·納佳, 杰羅德·S·凱斯曼 申請(qǐng)人:德士古發(fā)展公司