专利名称：用于部分氧化液体含碳燃料的燃烧器及方法
技术领域：
本发明涉及一种利用蒸汽和含氧气体部分氧化液体含碳燃料的燃烧器，并涉及通过部分氧化所述燃料来制备合成气的方法，在该方法中使用了根据本发明的燃烧器。
背景技术：
通过部分氧化液体含碳原料来制备合成气的一种已知方法例如是在Ullmann的工业化学百科全书，第六版，第15卷，3. 2. 2节中描述的鲁奇法。在这样的方法中，含烃原料流、例如重油，与含氧氧化剂、例如富氧空气，以及可能的缓和剂(主要是蒸汽或二氧化碳)在反应器空间(燃烧室)中在1200到1500°C的温度和介于30到75巴之间的高压下被转化为主要由一氧化碳和氢气组成的合成气。 反应器配备有一个或更多个燃烧器，所述一个或更多个燃烧器通常安装在反应器顶部，使得所述燃烧器的火焰自顶部到底部垂直地导入到反应器中，以至于仅燃烧器喉部的下端伸入到燃烧室中并暴露在燃烧室的高温和腐蚀环境中。在DE19860479C1和DE19931373A1中描述了这样的燃烧器。在用于制备合成气的这些方法中获得的高温和腐蚀性气体限制了燃烧器的耐用性。因此，至少燃烧器的经受高负荷的部件由所谓高温合金制备。这些是耐高温合金，诸如高碳镍一铬一铁合金。关于高温合金的基础描述可在罗姆普斯化学百科全书(第8版，弗朗契出版社，斯图加特)(Rompps Chemie-Lexikon, 8th edition,Franckh' scheVerlagshandlung, Stuttgart)中找至丨J0除了选择特别坚固的结构材料外，已发展出大量结构性方法来延长燃烧器的使用寿命。在EP 0545281B I中提出了在燃烧器喉部的端面装衬由一个挨着一个地布置的单独陶瓷板组成的层。在EP 1284234A2中提出了将内燃烧器管分隔成可拆卸地连接至彼此的两半，其中仅面对燃烧器端面的下半部由特别耐高温的和高熔点的金属合金制成。外燃烧器管的端面设有供冷却介质通过的空间，除此之外伸入到反应器中的燃烧器喉部被冷却盘管包围。DE 60120674T2提出了在燃烧器喉部的端面安装环形防热层，该环形防热层是由具有高熔点的材料制成的。先前提出的用于延长燃烧器使用寿命的解决方案的不足之处在于它们干扰了燃烧器喉部的结构，使得在该结构中，必须找到在燃烧器的实际功能和保护其免受腐蚀的措施之间的折衷。
发明内容
因此，目的在于寻求一种延长燃烧器的使用寿命的解决方案，该解决方案既不干涉燃烧器的构造，并且还可以经济地实施。结合权利要求I的具有特色的特征和通用部分的特征基本上能够获得根据本发明的目的的解决方案。能够由从属权利要求得到本发明进一步的优势方面。本发明还涉及利用蒸汽和含氧气体来部分氧化液体含碳燃料的方法，在该方法中使用了根据本发明的燃该目的的解决方案在于被引导朝向燃烧室的出口孔的部分完全地或部分地设有涂层或扩散层，用于相对于热负荷和/或腐蚀进行保护。通过如在例如DE3543802A1中所报道的，在热燃气涡轮的结构中为暴露于高温和腐蚀性气体的部分提供保护性陶瓷层的已被证明的实践而引出该目的的创造性解决方案。发明的优选方面根据本发明的优选方面，根据本发明的燃烧器设有涂层，该涂层具有粘合层和绝热层，所述粘合层和绝热层均是通过热喷涂法例如等离子喷涂而涂覆的，其中粘合层由金属混合物MCrAH (M代表Ni、Co、Pt或Pd元素中的至少一种元素)组成，并且其中绝热层优选由氧化的喷涂材料组成，具体地由ZrO2组成。发现了就延长燃烧器的使用寿命而言，材料的这种组合是特别有效的。
在本发明的另一方面，建议在工件表面中通过铝化、铬化或硅化处理仅产生扩散层。省略了单独的绝热层，这有利于根据本发明的燃烧器的结构简化。按照根据本发明的特别优选的方面，根据本发明设计的燃烧器在其被导向燃烧室的出口孔的部分上完全地或部分地设有用于相对于热负荷进行保护的涂层和扩散层的组合。这样，实现了特别显著的使用寿命延长和相关操作成本优势。本发明还涉及一种利用蒸汽和含氧气体来部分氧化液体含碳燃料的方法，其特征在于，使用了至少一个根据权利要求I至4中的至少一项所述的燃烧器。本方法的细节和燃烧器的构造细节是本领域技术人员公知的，并且已经例如在文献DE 19931373A1、DE19860479CUDE 10152686A1和DE 10156980A1中描述，其公开内容通过引用而在此被包括在本申请中。
还能够从以下实施例的描述和附图进一步了解本发明的开发、优势和潜在应用。所描述和/或示出的所有特征本身或以任意结合、独立于它们被包括在权利要求或它们的回弓I权利要求中的特征形成本发明。在附图中图I示出根据本发明的燃烧器在燃烧室中的布置，图2示出根据本发明第一优选方面的保护层的位置和层结构，图3示出根据本发明第二优选方面的保护层的位置和层结构，
具体实施例方式图I示出燃烧器喉部⑴如何利用外燃烧器管⑵的下端通过反应器壁⑶延伸到反应器的燃烧室(4)中。在该示例中，燃烧器喉部(I)由两个同心管构建。内管(5)输送含碳燃料和蒸汽的混合物￠)，外管(2)输送燃烧和/或部分氧化所必须的氧气(7)，氧气
(7)可能混有蒸汽或二氧化碳。作为示例，图I示出燃烧器喉部的内管(5)端和外管(2)端是直管件。然而，其它的管形状也是可以的，诸如朝管端成圆锥形地渐缩的管或加宽的管。还可能的是，外管(2)设有含有冷却剂的冷却腔(9)。在图I所示的该例子中，外管(2)的被引导到燃烧室(4)中的端面设有保护层(8)，根据本发明，该保护层(8)能够是涂层或扩散层。当然，内管(5)的下端面也能够设有这样的保护层，这在图I中没有示出。如图I所示，保护层(8)不仅能够覆盖端面，还能够覆盖在燃烧器喉部的管的内部区域或外部区域中的表面。图2示出根据权利要求2所述的保护层(图I中的(8))的层结构。在本发明的根据权利要求2的方面，通过热喷涂法例如等离子喷涂分别将粘合层
(11)和绝热层(13)涂覆到工件(10)上，其中粘合层(11)由金属混合物MCrAH (M代表元素Ni、Co、Pt或Pd中的至少一种)组成，并且其中绝热层(13)优选由氧化的喷涂材料组成、具体地由ZrO2组成。以扩散处理的方式，通过所谓的渗铝/渗硅处理利用铝和硅原子强化粘合层(11)的表面(12)。 在Ullamann的工业化学百科全书，第六版，卷21，章节5中描述了对目的的解决方案有用的热涂覆法，诸如等离子喷涂。通过填充(priming)这种类型的粘结层来提高保护层的耐用性的事实对于本领域技术人员来说是已知的，例如从US4，321，310得知。在本发明的开发中，已经成功地使用了商品名为SICOAT 2464的MCrAH喷涂材料。图3示出根据权利要求3所述的保护层(图I中的(8))的结构。根据权利要求3的发明的变体在于省略了工件(10’ )的涂覆，而改为只有待被保护的表面经受了扩散处理，其中将铝和/或硅和/或铬原子扩散到表面(12’)中。这些工艺作为渗铝、渗硅和渗铬而被本领域技术人员熟知。在罗姆普斯化学百科全书(第8 版，弗朗契出版社，斯图加特)(Rompps Chemie-Lexikon, 8th edition, Franckh’ scheVerlagshandlung, Stuttgart)中描述了所使用的扩散处理的基本原理。工业实用性本发明提供了一种燃烧器，其特征在于对热负荷和腐蚀负荷的高抗性。附图标记列表(I)燃烧器喉部(2)外燃烧器管⑶反应器壁(4)燃烧室(5)内燃烧器(6)含碳燃料和蒸汽的混合物(7)氧气(8)保护层(9)冷却腔(10)，(10，)工件(11)粘合层(12)，(12’ )粘合层的表面(13)绝热层
权利要求
1.一种利用蒸汽和含氧气体来部分氧化液体含碳燃料的燃烧器，所述燃烧器的出口孔被引导到燃烧室中，其特征在于，被导向所述燃烧室的所述出口孔的部分完全地或部分地设有用于相对于热负荷和/或腐蚀进行保护的涂层或扩散层。
2.根据权利要求I所述的燃烧器，其特征在于，所述涂层由粘合层和绝热层组成，所述粘合层和所述绝热层均是通过热喷涂法例如等离子喷涂而涂覆的，其中所述粘合层由金属混合物MCrAH(M代表元素Ni、Co、Pt或Pd中的至少一种元素)组成，并且其中所述绝热层优选由氧化的喷涂材料组成，具体地由ZrO2组成。
3.根据权利要求I或2所述的燃烧器，特征在于，通过渗铝、渗铬或渗硅处理，在工件表面中仅产生扩散层。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的燃烧器，其特征在于，被导向所述燃烧室的所述出口孔的所述部分完全地或部分地设有用于相对于热负荷进行保护的涂层和扩散层的组合。
5.一种利用蒸汽和含氧气体来部分氧化液体含碳燃料的方法，其特征在于，使用至少一个根据权利要求1-4中的至少一项所述的燃烧器。
全文摘要
本发明涉及一种用于使液体含碳燃料部分氧化的燃烧器，所述燃料含有水蒸汽和含氧气体，并涉及一种方法，在该方法中使用了所述燃烧器，其中被导向燃烧室的燃烧器出口孔的部分完全地或部分地设有用于相对于热负荷和/或腐蚀进行保护的涂层或扩散层。
文档编号F23D11/00GK102883993SQ201180021041
公开日2013年1月16日 申请日期2011年3月24日 优先权日2010年8月10日
发明者克里斯托弗·拜尔, 洛塔尔·布雷姆, 霍尔格·施利希廷, 冈特·海因茨, 迪特尔·乌尔伯, 于尔根·伯勒 申请人:鲁奇有限责任公司