专利名称：用于生产合成气的燃烧器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于经含碳燃料部分氧化生产改进性能的合成气的燃烧器。
合成气的生产通常用氧气或含氧气如空气于高压和1000-1600℃相对高温下将含碳物料部分氧化来完成。所用含碳物料为烃，固态含碳燃料在烃中的浆料或固态含碳燃料在水中的浆料如煤/水悬浮液。
EP0095103B1说明了用于生产合成气的方法和燃烧器，该方法用3根同轴管构成的燃烧系统完成，其中将3种物料送入反应。含氧物流或含氧气经燃烧器内外区，而含碳物流即煤/水悬浮液则经内外管形成的环状空间。部分氧化所需总氧量的1-20%存在于外部物流，经中间和外管形成的环状空间进入反应。
该燃烧器有3根同心管，每一根具有锥形顶端，在燃烧器出口区为冷却室。
构成中间物流的煤/水悬浮液以1-25，优选2-15m/s的速度和1-20MPa压力下送入反应器，而内外气流则以50-300，特别是80-200m/s的速度送入反应区。
由于同心管做成锥顶，3股物流相互以锐角会聚。正因为如此，煤/水悬浮流离开锥顶后会被内气流强制撕开。然后让悬浮流水平折射而不会在自由落体过程中进入反应区。因此，各个煤/水液滴平均停留时间延长，转化率提高。
同时，外气流冲击内气流放宽的煤/水悬浮体并使气体和悬浮液进一步混合，从而形成气体或氧气和极细悬浮液滴均匀分布区。这是使煤/水悬浮体尽可能最大限度反应的基本前提。
已表明，为使用含烃燃料，如上述与煤/水悬浮液密切相关的类似条件是板其有效的。
含碳燃料，特别是烃部分氧化可制成化学上非常有效的混合物，其中含约30-50wt%一氧化碳，约30-50wt%氢气，约3-20wt%CO2和未反应蒸汽，并且除其它物料外，还含少量硫，铁，钒，镍，钠，氯和钙。
形成的气化产物物料组成和灰含量一方面取决于燃料种类，另一方面取决于工艺条件，如氧气量，所用温度和压力。含烃燃料部分氧化常在约1000-1600℃，特别是1200-1600℃和1.0-15.0，特别是2.0-10，优选3.0-5.0MPa下进行。合成气中所含氢气来源于以液态和/或蒸汽态送入部分氧化反应的水的反应。反应所需水可作为单独物流或与其它物流，如与烃，氧或含氧气流的混合物送去使用。还可以液态和蒸汽态在多股物流中分配水。
同样也适用于含烃燃料和含氧物流或含氧气体混合物的供料。这些物流也可作为单独物流送入反应或在多股物流间分配。
由于部分氧化所要求的条件，燃烧器在相当程度上要承受一系列物理和化学应力。
由于物流特别是气流的高速排放，会使燃烧器承受高度机械负荷的振动出现。
由于部分氧化，特别是高温部分氧化达到的高度活性气体混合物的组成，燃烧器还会在很大程度上承受化学侵蚀。另外，如沉积在燃烧器上的熔融态的渣粒会因化学反应和腐蚀而导致燃烧器承受应力，特别是在其端部。
另外，燃烧器会特别承受热应力，这是由于气化过程中的高强度热辐射引起的。含烃燃料气化时的热应力高于煤/水悬浮液的相应反应，原因是一方面具有高气化温度且另一方面是燃烧器和气化区间的距离短。高温是烃易燃造成的，而短距离又起因于烃早期点火，因为与煤/水悬液相比，其起火温度低。
在连续操作中，燃烧器不仅承受因高活性合成气带来的振动和化学侵蚀。虽然高级燃料，特别是高合金特种钢如Incoloy和Hastelloy用作插入气化反应器仅具有极有限的预期寿命，约3-4月。这对于生产合成气的现代设备的操作是很不利的缺点，因为燃烧器仅在关机时才能更换。但是，关掉合成气设备结果是使装置在压力下冷却和减压。在有问题的燃烧器由新燃烧器代替后，设备必须再加热并加压后才能再生产合成气。
因此本发明目的是制造预期寿命大大延长的燃烧器。
为达到该目的而提出含碳燃料部分氧化生产合成气的燃烧器，其中包括相互同心设置的3或多根管，在燃烧器出口有锥顶，以及冷却室，在燃烧器端部绕燃烧器出口设置。而对部分氧化区的端部套有由单独组邻近设置的陶瓷片。
本发明燃烧器包括至少3，特别是3-6，优选3-4，特别优选为3根相互同心设置的管。相互同心设置的管的锥顶处于燃烧器出口，形成各物流的出口锐孔，最内管形成十字形出口锐孔，而其余相互同心设置的管形成相应环状出口锐孔。
本发明燃烧器宜于煤/水悬浮体和烃或含烃燃料的部分氧化。已证明燃烧器特别宜于经烃或含烃燃料的部分氧化生产合成气。
燃烧器面对气化区的端部套有各自的陶瓷片，但相互邻近设置，以拼合方式覆盖表面。单独陶瓷片相互连接并用陶瓷粘合剂与燃烧器端相连。陶瓷粘合剂在燃烧器端部形成埋有单独陶瓷片的覆盖层。
根据一具体方案，单独陶瓷片具有一或多个凸边，燃烧器端有相应的凹槽以与凸边相配。将陶瓷片下边的凸边插入相配形状的凹槽，陶瓷片和端部另外粘结并同时提高其机械强度。已证明将凸边和凹槽设计为鸠尾形或燕尾形是特别合适的，但其它形状如钉状或旋扭形也是可以的。
也可在燃烧器端以任何符合要求的形式将陶瓷片相互邻近分布，从而覆盖表面。单独陶瓷片的特别有利排列方式是使其形成环形，每种情况下如此。多个这样的环相互同心围绕并覆盖燃烧器表面。
单独环的陶瓷片的有利排列方式是使其可相互代换。这样可避免形成连续长结，这可能避免对夹套的机械稳定性的不利影响。
单独陶瓷片可具有任何要求的形状，可呈圆形，方状，长方形，长菱形，三角形，四角形或具有规则或不规则多角形。相同或不同形状的陶瓷片可相互邻近排列。
具有斜方形或环段形陶瓷片特别适用。这种形状可促进单独陶瓷片排列成环。
单独陶瓷片层厚1-10，特别是2-5mm，每种情况下计算而得，其中设有凸边在燃烧器端部作为锚固装置。单独陶瓷片的侧面不应选得太长。各侧面长度最多50mm应足够。在许多情况下，建议采用每一侧面长5-35，特别是6-30，优选8-20的陶瓷片。
单独陶瓷片由耐气化反应中各条件的陶瓷制成。适宜物料为氧化物物陶瓷，其中例如包括Al2O3，Cr2O3，MgO，ZrO2和/或SiO2，或非氧化物陶瓷，其中例如包括硼，铝或硅的碳化物和氮化物，特别是氮化硅。
陶瓷粘合剂必须能够耐气化反应中的条件并保证单独的陶瓷片和燃烧器端部间具有长久的弹性结合。
已证明特别有效的是采用基于硅铝酸盐的陶瓷粘合剂，因为其与陶瓷片的热膨胀性相吻合。
附图详细示出了本发明，但并不限制本发明。
图1表明本发明燃烧器纵向截面，其下部面向气化区。该燃烧器中包括具有锥顶的外夹套管1，送冷却剂的内套管2以及相互同心设置并且具有锥顶3a，4a和5a的内芯套管3，4和5。单独物流经过夹套空间，先是由夹套管1和内套管3形成，然后是由内套管3和其中的管4形成，最后是由其中的内套管4和燃烧器中间设置的管5形成。另外的物流经管5。物流从锥顶1a，3a，4a和5a形成的环状锐孔并经管5的锥顶5a流出。
夹套管1在其锥顶1a端封闭。该封闭部分形成燃烧器端6，其上面套上由单独的相互邻近排列陶瓷片构成的层7。冷却剂，优选为水流经插入夹套管1的管2。结果是夹套1，特别是在其锥顶1a的区域作为冷却室。
图1a表明了燃烧器纵向截面细节放大图。在这里，1a代表夹套管1的锥顶，与导入冷却剂的管2一起形成冷却室，6代表端夹套层，具有陶瓷片7a，其形状中具有鸠尾形凸边。陶瓷片相互结合，并经陶瓷粘合剂层8与燃烧器端6结合。
图2示出了部分盖有陶瓷片7a的燃烧器端6的顶视图。为简化起见，内管3，4和5未包括在该图中。
环端6具有3根鸠尾形环状凹槽7b以接收陶瓷片7a的鸠尾形凸边。每一环状凹槽具有扩大的开口7c，可用来插入陶瓷片7a的鸠尾形凸边。滑动陶瓷片，其鸠尾形凸边就被导入环状槽7b中。再顺序排列单独的陶瓷片，相应环就形成了。最后引入的陶瓷片鸠尾形凸边先插入扩大开口7c，由单独陶瓷片形成的整个环中，然后空出扩大开口7c长度的一半。这样就保证了邻近扩大开口7c的两块陶瓷片，至少部分地以其鸠尾形凸边7a处于环状槽7b中。在单独陶瓷片之间，有陶瓷粘合剂层8填充的节。
图2a示出了完全覆盖了单独的相互设置的陶瓷片7a的燃烧器端6的顶视图。
陶瓷片7a具有梯形并顺序排列，从而形成3个同心设置的环状表面。在单独陶瓷片之间，有陶瓷粘合剂层8填充的节。
如图2所示，为简化起见，内管3，4和5未包括在图中。
权利要求
1.含碳燃料部分氧化生产合成气的燃烧器，其中包括相互同心设置的3或多根管，在燃烧器出口有锥顶，以及冷却室，在燃烧器端部绕燃烧器出口设置，面对部分氧化区的端部套有单独但相邻设置的陶瓷片。
2.权利要求1的燃烧器，其中单独陶瓷片相互结合并通过陶瓷粘合剂与燃烧器端部结合。
3.权利要求1或2的燃烧器，其中单独陶瓷片具有一或多个凸边并且燃烧器端部具有相应的凹槽以接收凸边。
4.权利要求1-3中一项或多项的燃烧器，其中凸边和相应的凹槽为鸠尾形。
5.权利要求1-4中一项或多项的燃烧器，其中单独陶瓷片相互邻近排列成环。
6.权利要求1-5中一项或多项的燃烧器，其中单独陶瓷片具有十字形，梯形或环段形，特别是梯形或环段形。
7.权利要求1-6中一项或多项的燃烧器，其中单独陶瓷片具有1-10，特别是2-5mm的层厚。
8.权利要求1-7中一项或多项的燃烧器，其中单独陶瓷片每侧面长5-35，特别是6-30，优选8-20mm。
9.权利要求1-8中一项或多项的燃烧器，其中单独陶瓷片由以氧化物陶瓷为基础的陶瓷构成，氧化物陶瓷中含Al2O3，Cr2O3，MgO，ZrO2和/或SiO2，或基于非氧化物陶瓷，其中含硼，铝或硅的碳化物和氮化物，特别是氮化硅。
10.权利要求1-8中一项或多项的燃烧器，其中陶瓷粘合剂含耐高温硅铝酸盐。
全文摘要
本发明涉及含碳燃料部分氧化生产合成气的燃烧器，其中包括3或多根相互同心排列的管，其面对部分氧化区的燃烧器顶部套有由单独的但相邻排列的陶瓷片组成的覆盖层。
文档编号C10J3/46GK1073472SQ9211408
公开日1993年6月23日 申请日期1992年12月4日 优先权日1991年12月5日
发明者U·戈哈杜斯, B·施莱泊 申请人:赫彻斯特股份公司