专利名称：一种带旋流器的用于气态含碳物料制备合成气的喷嘴的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种带旋流器的烧嘴，尤其涉及用于气态含碳物料部分氧化制备合成 气(C0+H2)的喷嘴。
背景技术：
气态含碳物料是指天然气、焦炉气、煤层气、炼厂气、油田伴生气等富含CH4、(^He等 烃类的气体。随着人们能源和环境意识的增强，以前一些直接排空和直接燃烧排空的气态 含碳物料(如焦炉气、煤层气)已转变为具有高附加值的工业原料。以焦炉气为例，我国是 世界主要焦炭生产国，每年副产大约900亿立方米的焦炉气，除回炉加热自用及用于城市 煤气、生产合成氨和甲醇外，每年直接排入大气或者白白烧掉的焦炉气相当于西气东输工 程每年的天然气量，并造成严重的环境污染。 气态含碳物料转化为合成气(C0+H2)是气态含碳物料整个产业链中的一个重要环 节，生产的合成气可用于制备化学品、液体燃料、直接还原炼铁、制氢等领域。气态含碳物料 制备合成气的主要工艺有催化部分氧化和非催化部分氧化，共同点是安装于转化炉上的喷 嘴在整个转化工艺中都扮演举足轻重的角色。喷嘴既要促进气态含碳物料与气化剂(空 气、富氧空气、空分氧气、水蒸汽、二氧化碳或者其混合物)的混合，又要与炉体匹配形成适 宜的流场，进而形成适宜的温度分布，达到保护喷嘴、耐火砖及催化剂的多重目的。 以某厂实际运行的焦炉气催化部分氧化装置为例，运行过程中存在如下使催化剂 烧损和失效的问题 (1)喷嘴燃烧火焰过长，转化炉催化剂床层的上层催化剂与火焰直接接触； (2)喷嘴混合效果差，氧气在转化炉燃烧区未反应殆尽即进入转化炉的催化剂床层。 本发明的目的在于克服上述技术的不足，提出一种带旋流器的用于气态含碳物料 制备合成气的喷嘴。通过在气化剂的通道内设置旋流器，以优化喷嘴的混合效果，促进了氧 气在转化炉燃烧区尽可能反应完全；同时设置旋流器可稳定燃烧火焰长度和状态，以达到 保护喷嘴、耐火砖及催化剂的作用，实现整个装置安稳长满优运行。
实用新型内容本实用新型提出一种带旋流器的用于气态含碳物料制备合成气的喷嘴，其特征在 于，所述喷嘴由依次同轴设置的中心喷头(D、内环喷头(2)、外环喷头(3)，以及旋流器(4， 5)和冷却系统(6)组合而成。 依次同轴设置的所述中心喷头(1)之间形成中心通道(7)，所述内环喷头(2)和所 述外环喷头(3)之间形成外环通道(9);所述中心喷头(1)和所述内环喷头(2)之间形成 内环隙通道(8)。 所述的旋流器(4， 5)分别安装于所述中心通道(7)和所述外环通道(9)内。 所述旋流器(4， 5)采用轴向螺旋槽式或轴向旋片式，旋流数为0. 1 0. 9。[0012] 所述中心通道(7)的出口气化剂的流速为10 200m/s，所述内环隙通道(8)的出口气态含碳物料的流速为20 300m/s，所述外环通道(9)的出口气化剂的流速为20 300m/s。 中心喷头(1)内直段长度H为喷嘴中心通道(7)端部直径的1 4倍；中心喷头(1)内收縮角a为45 80度；中心喷头(1)外收縮角、内环喷头(2)内收縮角P相等，为30 80度；内环喷头(2)外收縮角、外环喷头(3)内收縮角Y相等，为30 80度；中心喷头(1)与内环喷头(2)端部间距tl为1 5mm ;内环喷头(2)与外环喷头(3)端部间足巨t2为1 5mm。 气化剂在所述中心通道(7)和所述外环通道(9)的分配比例为中心通道20 80% ;外环通道20 80%。 所述的气态含碳物料是天然气、焦炉气、煤层气、炼厂气、油田伴生气或者他们的混合物。 本实用新型喷嘴的适用压力为常压 lO.OMPa。 由于本实用新型的喷嘴采用带有旋流器的多通道结构，促进了气化剂与气态含碳物料的混合和便于稳定喷嘴火焰长度和状态，提高了喷嘴的气化性能。本发明的喷嘴，具有结构简单、制作维护方便，喷嘴、耐火砖、催化剂寿命长的特点，用途广泛。
图1为实施例的喷嘴的结构示意图。 符号说明 1-中心喷头 2-内环喷头 3-外环喷头 4-中心通道旋流器 5-外环通道旋流器 6-冷却系统 7-中心通道 8-内环隙通道 9-外环通道 H-中心喷头内直段长度 a-中心喷头内收縮角 P-中心喷头外收縮角、内环喷头内收縮角 Y-内环喷头外收縮角、外环喷头内收縮角 tl-中心喷头与内环喷头端部间距 t2_内环喷头与外环喷头端部间距
具体实施方式通过以下实施例的说明有助于理解本实用新型，但并不限制本实用新型的内容。[0036] 实施例1[0037] 参见图l，本实用新型提出的一种带旋流器的用于气态含碳物料制备合成气的喷嘴，该喷嘴应用于焦炉气自热转化制备和成气，自热转化炉上部空间为燃烧区，下部为催化剂床层。 焦炉气的典型组成为(v% ) :H2 58、C0 6、C02 2 . 7、CH4 26、N2 4、C2+ 2.5、S 0.02。气化剂由纯氧和水蒸汽组成。纯氧和焦炉气的比例为0. 26Nm302/Nm3焦炉气，蒸汽和焦炉气的比例为0. 3kg蒸汽/Nm3焦炉气。 喷嘴的中心通道7的气化剂流速为100m/s，喷嘴内环隙通道8的焦炉气流速为120m/s，喷嘴外环通道9的气化剂流速为100m/s。 气化剂在中心通道7和外环通道9的分配比例为中心通道40% (可以在20 80%之间变化)，外环通道60%。 中心通道旋流器4、外环通道旋流器5的旋流数可以为0. 1 0. 9，此处均为0. 5。 中心喷头内直段长度H为喷嘴中心通道7端部直径的2倍。 中心喷头1的内收縮角a此处为60度，可在45 80度之间变化。 中心喷头l的外收縮角、内环喷头2内收縮角13此处为70度，可在30 80度之
间变化。 内环喷头2的外收縮角、外环喷头3的内收縮角Y此处为70度，可在30 80度之间变化。 中心喷头1与内环喷头2端部间距tl可以取值为1 5mm，此处为2mm。[0047] 内环喷头2与外环喷头3端部间距t2可以取值为1 5mm，此处为2mm。
权利要求一种带旋流器的用于气态含碳物料制备合成气的喷嘴，其特征在于，所述喷嘴由依次同轴设置的中心喷头(1)、内环喷头(2)、外环喷头(3)，以及旋流器(4，5)和冷却系统(6)组合而成；依次同轴设置的所述中心喷头(1)之间形成中心通道(7)，所述内环喷头(2)和所述外环喷头(3)之间形成外环通道(9)；所述中心喷头(1)和所述内环喷头(2)之间形成内环隙通道(8)；所述的旋流器(4，5)分别安装于所述中心通道(7)和所述外环通道(9)内。
2. 根据权利要求l所述的喷嘴，其特征在于，所述旋流器(4， 5)采用轴向螺旋槽式或轴 向旋片式，旋流数为0. 1 0. 9。
3. 根据权利要求l所述的喷嘴，其特征在于，所述中心通道(7)的出口气化剂的流速 为10 200m/s，所述内环隙通道(8)的出口气态含碳物料的流速为20 300m/s，所述外 环通道(9)的出口气化剂的流速为20 300m/s。
4. 根据权利要求l所述的喷嘴，其特征在于，所述中心喷头(1)内直段长度为所述中心 通道(7)端部直径的1 4倍；所述中心喷头(1)的内收縮角a为45 80度；所述中心 喷头(1)的外收縮角和所述内环喷头(2)的内收縮角13相等，为30 80度；所述内环喷 头(2)外收縮角和所述外环喷头(3)的内收縮角Y相等，为30 80度；所述中心喷头(1) 与所述内环喷头(2)端部的间距tl为1 5mm ;所述内环喷头(2)与所述外环喷头(3)端 部的间距t2为1 5mm。
5. 根据权利要求1 4任一所述的喷嘴，其特征在于，气化剂在所述中心通道(7)和所 述外环通道(9)的分配比例为中心通道20 80% ;外环通道20 80%。
专利摘要本实用新型提出了一种带旋流器的用于气态含碳物料制备合成气的喷嘴，主要由中心喷头、内环喷头、外环喷头、中心通道旋流器、外环通道旋流器和冷却系统组成。该喷嘴可用于天然气、焦炉气、煤层气、炼厂气、油田伴生气等气态含碳物料部分氧化制备合成气。由于本喷嘴在中心通道和外环通道内设置了旋流器，促进了物料混合和便于稳定火焰长度和状态，具有良好的工艺性能，并能达到保护喷嘴、耐火砖及催化剂的作用，延长其使用寿命。
文档编号C01B3/38GK201538685SQ200920078278
公开日2010年8月4日 申请日期2009年7月15日 优先权日2009年7月15日
发明者于广锁, 代正华, 刘海峰, 周志杰, 李伟锋, 梁钦锋, 王亦飞, 王兴军, 王辅臣, 许建良, 郭庆华, 郭晓镭, 陈雪莉, 龚欣 申请人:华东理工大学