专利名称：一种煤液化残渣与干煤粉联合气化喷嘴的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及气化喷嘴，更具体而言，涉及一种用于干煤粉气化炉的气化喷嘴。
背景技术：
气流床干煤粉加压气化是煤炭气化的一种重要的方法。原料干煤粉由载气(O)2或 N2)输送和气化剂一起经由气化喷嘴送入加压气化炉，在气化炉内进行充分的混合、燃烧和气化反应。由于在气化炉内气固相对差速率很低，气体夹带固体几乎是以相同的速率向相同的方向运动，因此称为气流床气化。在气流床干煤粉加压气化工艺过程中，气化喷嘴是其中的关键设备之一，其结构和性能直接影响干煤粉加压气化炉的连续、经济和安全运行。干煤粉加压气化技术在国外实现了工业化的主要有GSP、Prenflo和Shell三种煤气化技术。 我国于二十世纪末引进Shell干煤粉加压气化技术，并且于二十一世纪初引进了 GSP干煤粉加压气化技术，并实现了工业化应用。到目前已经有二十多家企业，近三十台干煤粉加压气化炉在建设或投入生产运行，主要用于合成氨、合成甲醇、煤制油、IGCC和煤制烯烃的生产。目前，干煤粉加压气化大多采用二流道式结构的气化喷嘴，喷嘴的中心管走煤粉、外环管走氧气，或中心管走氧气、外环管走煤粉。在煤直接液化工艺过程中，伴随着煤液化油品的生产，同时产生大量的煤液化残渣。在使用减压蒸馏的煤直接液化工艺中，所生产的煤液化残渣量约占液化原料煤质量的 30 %左右，如此大量的煤液化残渣，其综合利用问题一直是煤直接液化项目亟待解决的关键问题，其利用程度直接影响煤直接液化过程的技术、经济和环境性能。煤液化残渣具有较高的碳、氢含量，因此，以煤液化残渣为原料通过气化炉燃烧可以生产合成气(CCHH2)或其他有用的化工原料气体。但是，通常从煤直接液化过程中经减压蒸馏后生成的煤液化残渣为熔融的高温(180 320°C)粘稠液体，对于这种高温粘稠状的煤液化残渣，如果采用传统的干煤粉气化喷嘴将其送入气化炉进行气化，会导致煤液化残渣与喷嘴金属壁及冷流体间换热，致使煤液化残渣降温、增粘或凝固，从而影响煤液化残渣在喷嘴内的流动特性，甚至造成喷嘴堵塞，从而影响干煤粉气化炉的正常生产；如果将上述煤液化残渣冷却后再加以利用，势必将增加油渣冷却排放工序和研磨工序，并且煤液化残渣的降温、升温过程也会造成大量能量损失。另外，在石油工业中，原油经加热(360 370°C )后送入常压蒸馏塔、减压蒸馏塔可分别获得重油、渣油，对于这种高温粘稠的重油、渣油，如果采用传统的干煤粉气化喷嘴将其送入气化炉中气化燃烧，也存在类似问题。在国内外关于干煤粉气化喷嘴的文献中，对不同喷嘴的结构及使用性能有很多介绍，但尚没有将热法熔融的煤液化残渣与干煤粉一起送入气流床干煤粉气化炉内的气化喷嘴的报道。因此，需要开发一种适用于热法熔融的煤液化残渣并实现其与干煤粉联合气化的气化喷嘴。
发明内容本实用新型的目的是提供一种新型的煤液化残渣与干煤粉联合气化喷嘴，采用该气化喷嘴可直接利用热法熔融的煤液化残渣与干煤粉进行联合气化，并能获得良好的气化效果。本实用新型所提供的煤液化残渣与干煤粉联合气化喷嘴包括煤液化残渣管、蒸汽环管、氧气环管、干煤粉环管、水冷环管以及煤液化残渣和蒸汽混合室，其中所述煤液化残渣管、蒸汽环管、氧气环管、干煤粉环管和水冷环管为由内到外依次同轴设置，所述煤液化残渣管、蒸汽环管、氧气环管和干煤粉环管上分别设有煤液化残渣进口、蒸汽进口、氧气进口和干煤粉进口 ；所述煤液化残渣和蒸汽混合室的一端与煤液化残渣管的末端连通，所述混合室的另一端与煤液化残渣和蒸汽喷口连通，所述混合室的室壁上设有与蒸汽环管相连通的蒸汽喷口 ；蒸汽环管的末端是封闭的；干煤粉环管的末端与干煤粉喷口连通，氧气环管的末端与氧气喷口连通。根据本实用新型所提供的气化喷嘴的一个优选实施方式，在煤液化残渣管的末端与煤液化残渣和蒸汽所述混合室之间设有渐扩通道，并且在所述混合室与所述煤液化残渣和蒸汽喷口之间设有渐缩通道。本实用新型对于所述渐扩通道和所述渐缩通道的形状并无特殊要求，一般为圆台状，只要能有助于煤液化残渣的顺利流入、为原料的气化提供足够的空间，并有利于气化后的原料经煤液化残渣和蒸汽喷口注入气化炉即可。进一步优选地，所述渐扩通道的室壁上设置有与蒸汽环管连通的蒸汽喷口。在本实用新型所提供的气化喷嘴中，对所述煤液化残渣和蒸汽混合室的形状没有特别限制。所述混合室除了可包括上述渐扩通道和渐缩通道外，其主体部分垂直于轴向的截面一般为圆形。根据本实用新型气化喷嘴的一个优选的实施方式，所述煤液化残渣和蒸汽混合室的最大径向尺寸与煤液化残渣管的直径之比为1.5 8 1，更优选为2 5 1。根据本实用新型气化喷嘴的另一个优选的实施方式，所述煤液化残渣和蒸汽混合室的轴向高度与所述混合室的最大径向尺寸之比为0.5 5 1，更优选为1 2. 5 1。在本实用新型中，术语“煤液化残渣和蒸汽混合室的最大径向尺寸”是指该所述合室内部的最大径向尺寸，术语“煤液化残渣和蒸汽混合室的轴向高度”是指所述混合室内部的轴向高度；术语“煤液化残渣管的直径”是指所述煤液化残渣管的内径。通常，设置在所述煤液化残渣和蒸汽混合室的室壁或所述渐扩通道的室壁上的蒸汽喷口的尺寸及数量根据蒸汽的用量确定，而蒸汽用量主要是根据煤液化残渣的进料量确定。因此，本实用新型对于所述蒸汽喷口的位置、尺寸及数量的具体设置并无特殊要求，只要有利于所述煤液化残渣的雾化即可。例如，所有蒸汽喷口可以是单层或多层设置，每层蒸汽喷口最好呈轴向对称地均勻分布，同一层的蒸汽喷口数量> 3 ；所有蒸汽喷口的开孔尺寸为1 15mm,优选为3 IOmm0在本实用新型提供的气化喷嘴中，所述蒸汽喷口的中心线可垂直于所述煤液化残渣和蒸汽混合室的室壁或渐扩通道的室壁设置，亦可与所述混合室的室壁或渐扩通道的室壁的垂直线形成一定的夹角。在本实用新型气化喷嘴的一个优选的实施方式中，同一层的蒸汽喷口的数量为3，所述蒸汽喷口的中心线与所述煤液化残渣和蒸汽混合室的室壁的垂直线之间的夹角为0 25° ；在本实用新型气化喷嘴的另一个优选的实施方式中，同一层的蒸汽喷口的数量>4，所述蒸汽喷口的中心线与所述煤液化残渣和蒸汽混合室的室壁的垂直线之间的夹角为0 35°。[0014]在本实用新型提供的气化喷嘴中，所述水冷环管可以采用套管式结构，也可以采用盘管式结构。采用本实用新型提供的气化喷嘴进行气化时，一方面，由于蒸汽环管与煤液化残渣管相邻，蒸汽可以为高温粘稠的煤液化残渣提供加热保温的作用；另一方面，由于蒸汽环管的出口端是封闭的，使得蒸汽通过蒸汽喷口全部进入煤液化残渣和蒸汽混合室，在该混合室内煤液化残渣和蒸汽充分混合，大大提高了进入气化炉的煤液化残渣的雾化性能。此外，采用本实用新型的气化喷嘴进行气化时，热法熔融的煤液化残渣可以不经过降温，经过加料泵加压，再经过本实用新型气化喷嘴与干煤粉一起引入干煤粉气化炉内， 突破了传统的干煤粉气化炉的单一进料方式，为粘稠状的重质燃料例如热法熔融的煤液化残渣、高温液态的重油及渣油等的热法回收利用开辟了一条新的途径；将本实用新型提供的气化喷嘴用于传统的干煤粉气化炉上，可以实现高温粘稠状的煤液化残渣和干煤粉同时进料，省去了高温粘稠物料的冷却排放和研磨工序，相比于采用现有的气化喷嘴需要对煤液化残渣先降温冷却、后升温气化的过程，减少了能量损失，提高了能量回收利用率。当煤液化残渣的生产出现波动进而影响干煤粉气化炉的正常生产时，可以通过调节干煤粉进料量的方式控制气化喷嘴的总进料量，使气化装置能够满足系统开车时低负荷、正常生产时满负荷以及单炉运行时超负荷等不同工况的要求。另外，本实用新型气化喷嘴还具有结构紧凑、制造工艺简单的特点，适合于大规模生产，并且具有良好的气化性能，不易堵塞，安装、拆卸方便。
图1是根据本实用新型的一个优选实施方式的气化喷嘴的结构示意图；图2是图1中所示的气化喷嘴沿A-A向的截面示意图；其中1-煤液化残渣进口2-蒸汽进口3-氧气进口4-干煤粉进口5-煤液化残渣和蒸汽喷口6-氧气喷口7-干煤粉喷口8-煤液化残渣管9-蒸汽环管10-氧气环管11-干煤粉环管12-蒸汽喷口13-蒸汽喷口14-煤液化残渣和蒸汽混合室15-水冷环管16-冷却水进水导管17-冷却水出水导管[0036]18-冷却水进口19-冷却水出口20-联接法兰
具体实施方式
以下结合附图进一步详细说明本实用新型所提供的气化喷嘴，但本实用新型并不因此而受到任何限制。只要不偏离本实用新型的基本构思和限定的范围，本实用新型可以有其它的变形，例如，所述“煤液化残渣管”可以是其他高温粘稠的重质燃料管，所述“煤液化残渣和蒸汽混合室”可以是其他高温粘稠的重质燃料和蒸汽的混合室，所述“煤液化残渣和蒸汽喷口”可以是其他高温粘稠的重质燃料和蒸汽的喷口。图1示出了根据本实用新型的一个优选实施方式的气化喷嘴。所述气化喷嘴包括由内到外依次同轴设置的煤液化残渣管8、蒸汽环管9、氧气环管10、干煤粉环管11，各个物流管之间为插入式结构，所述煤液化残渣管8、蒸汽环管9、氧气环管10和干煤粉环管11上分别设有煤液化残渣进口 1、蒸汽进口 2、氧气进口 3和干煤粉进口 4 ；所述氧气环管10的末端与氧气喷口 6连通；所述干煤粉环管11的末端与干煤粉喷口 7连通。在煤液化残渣和蒸汽混合室14的一端与煤液化残渣管8的末端之间设有圆台状的渐扩通道，在混合室渐扩通道的室壁上设有四个轴向对称分布的蒸汽喷口 12，该混合室的另一端与煤液化残渣和蒸汽喷口 5之间设有圆台状的渐缩通道，在所述混合室的室壁上也设有四个轴向对称分布的蒸汽喷口 13。如图2所示，混合室14主体部分的横截面为圆形，混合室14主体部分的内径W 与煤液化残渣管8的内径D之比为W D = 3 1，混合室14的轴向高度H与内径W之比为H W=2 1 ；并且蒸汽喷口 12和13的中心线分别垂直于混合室渐扩通道的室壁和混合室主体部分的室壁；蒸汽环管9的末端为渐缩式结构，蒸汽环管9的渐缩式末端的内壁面与混合室渐缩通道的外壁面均为精加工的光滑表面，蒸汽环管9的渐缩式末端与混合室渐缩通道之间为插入式无间隙安装或设置耐高温密封圈，从而使所述蒸汽环管9的末端形成一封闭结构，使蒸汽全部经由蒸汽喷口 12和13进入煤液化残渣和蒸汽混合室14中与煤液化残渣混合，同时也便于蒸汽环管9的安装和拆卸；通过联接法兰20将气化喷嘴设置在气化炉(未示出)上，并将套管式水冷环管15焊接在该联接法兰上，使所述水冷环管同轴设置在氧气环管10的外侧。以煤直接液化工艺装置中排放的高温熔融的煤液化残渣为气化原料、以氧气为气化剂与干煤粉联合生产合成气(CCHH2)或制H2原料气为例，粘稠状的煤液化残渣经过加料泵加压后由煤液化残渣进口 1进入煤液化残渣管8中，进而流入煤液化残渣和蒸汽混合室 14中；同时，蒸汽经由蒸汽进口 2进入蒸汽环管9中，并分别经由蒸汽喷口 12和蒸汽喷口 13进入煤液化残渣和蒸汽混合室14中，在混合室内所述蒸汽与煤液化残渣充分混合后经由煤液化残渣和蒸汽喷口 5喷出，因此，蒸汽还起到气化剂的作用，大大提高了煤液化残渣进入气化炉的雾化性能，此外，蒸汽给煤液化残渣管8内的煤液化残渣提供加热保温的作用，使煤液化残渣在喷嘴内始终保持良好的流动特性；与此同时，氧气经由氧气进口 3进入氧气环管10中，经由氧气喷口 6喷出；干煤粉经由干煤粉进口 4进入干煤粉环管11中，经由干煤粉喷口 7喷出；同时，冷却水从冷却水进口 18进入，并经由冷却水进水导管16流入套管式水冷环管15，再经由冷却水出水管17从冷却水出口 19流出，保护喷嘴在高温气化炉中不被烧毁。下面通过实施例进一步说明本实用新型所提供的气化喷嘴，但本实用新型并不因此而受到任何限制。实施例将两个如图1所示的气化喷嘴水平对喷状设置在一台Siell干煤粉气化炉中， 所述气化喷嘴的水冷环管通过联接法兰可拆卸地固定在所述气化炉上；以神华煤制油化工有限公司的煤直接液化装置油渣排放处取得的高温熔融的煤液化残渣作为气化原料之一，并将产自神府东胜煤田的神华煤制成煤粉作为另一气化原料，在上述Siell干煤粉气化炉气化炉中采取直接进料的方式对上述两种气化原料进行联合气化，以生产合成气 (CCHH2)，所述煤液化残渣与神华煤干煤粉的质量流量比为1 1。煤液化残渣的总进料量为 48000kg/h，干煤粉的总进料量为48000kg/h，因此，每个气化喷嘴中的煤液化残渣的进料量为M000kg/h，干煤粉的进料量为M000kg/h，蒸汽用量为煤液化残渣进料量的8. 5wt%，因此，每个气化喷嘴中的蒸汽流量为2040kg/h，每个气化喷嘴中所有蒸汽喷口的开孔尺寸均为 3. Omm0表1中示出了实施例中所用的煤液化残渣和神华煤的工业分析数据，表2中示出了采用设置了本实用新型气化喷嘴的Sie 11干煤粉气化炉对上述煤液化残渣和神华煤干煤粉进行联合气化时的气化条件和气化性能。表1煤液化残渣和神华煤的工业分析数据
权利要求1.一种煤液化残渣与干煤粉联合气化喷嘴，其特征在于，所述气化喷嘴包括煤液化残渣管(8)、蒸汽环管(9)、氧气环管(10)、干煤粉环管(11)、水冷环管(1 以及煤液化残渣和蒸汽混合室(14)，其中所述煤液化残渣管(8)、蒸汽环管(9)、氧气环管(10)、干煤粉环管 (11)和水冷环管(1 为由内到外依次同轴设置，所述煤液化残渣管(8)、蒸汽环管(9)、氧气环管(10)和干煤粉环管(11)上分别设有煤液化残渣进口(1)、蒸汽进口 O)、氧气进口 (3)和干煤粉进口(4)；所述煤液化残渣和蒸汽混合室(14)的一端与煤液化残渣管(8)的末端连通，所述混合室的另一端与煤液化残渣和蒸汽喷口( 连通，所述混合室的室壁上设有与蒸汽环管(9)相连通的蒸汽喷口(12、1；3)；蒸汽环管(9)的末端是封闭的；干煤粉环管(11)的末端与干煤粉喷口(7)连通，氧气环管(10)的末端与氧气喷口(6)连通。
2.根据权利要求1所述的气化喷嘴，其特征在于，在所述煤液化残渣管(8)的末端与煤液化残渣和蒸汽混合室(14)之间设有渐扩通道，并且在所述混合室(14)与煤液化残渣和蒸汽喷口( 之间设有渐缩通道。
3.根据权利要求2所述的气化喷嘴，其特征在于，在所述渐扩通道的室壁上设有与所述蒸汽环管(9)连通的蒸汽喷口(12)。
4.根据权利要求3所述的气化喷嘴，其特征在于，所述煤液化残渣和蒸汽混合室(14) 的最大径向尺寸与煤液化残渣管(8)的直径之比为1.5 8 1。
5.根据权利要求4所述的气化喷嘴，其特征在于，所述煤液化残渣和蒸汽混合室(14) 的最大径向尺寸与煤液化残渣管⑶的直径之比为2 5 1。
6.根据权利要求5所述的气化喷嘴，其特征在于，所述煤液化残渣和蒸汽混合室(14) 的轴向高度与所述混合室的最大径向尺寸之比为0.5 5 1。
7.根据权利要求6所述的气化喷嘴，其特征在于，所述煤液化残渣和蒸汽混合室(14) 的轴向高度与所述混合室的最大径向尺寸之比为1 2. 5 1。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的气化喷嘴，其特征在于，所述蒸汽喷口采用单层或多层设置，每层蒸汽喷口呈轴向对称均勻分布，并且位于同一层的蒸汽喷口数量>3。
9.根据权利要求8所述的气化喷嘴，其特征在于，位于同一层的蒸汽喷口的数量为3， 并且所述蒸汽喷口的中心线与所述渐扩通道的室壁或煤液化残渣和蒸汽混合室(14)的室壁的垂直线之间的夹角为0-25°。
10.根据权利要求8所述的气化喷嘴，其特征在于，位于同一层的蒸汽喷口的数量>4， 并且所述蒸汽喷口的中心线与所述渐扩通道的室壁或煤液化残渣和蒸汽混合室(14)的室壁的垂直线之间的夹角为0-35°。
11.根据权利要求8所述的气化喷嘴，其特征在于，所述蒸汽喷口的开孔尺寸为1 15mm0
12.根据权利要求11所述的气化喷嘴，其特征在于，所述蒸汽喷口的开孔尺寸为3 IOmm0
专利摘要一种煤液化残渣与干煤粉联合气化喷嘴，包括煤液化残渣管、蒸汽环管、氧气环管、干煤粉环管、水冷环管以及煤液化残渣和蒸汽混合室，其中煤液化残渣管、蒸汽环管、氧气环管、干煤粉环管和水冷环管为由内到外依次同轴设置，煤液化残渣管、蒸汽环管、氧气环管和干煤粉环管分别设有煤液化残渣进口、蒸汽进口、氧气进口和干煤粉进口；混合室的一端与煤液化残渣管的末端连通，混合室的另一端与煤液化残渣和蒸汽喷口连通，混合室的室壁上设置有与蒸汽环管相连通的蒸汽喷口；蒸汽环管末端封闭；干煤粉环管末端与干煤粉喷口连通，氧气环管末端与氧气喷口连通。通过本实用新型气化喷嘴，可实现熔融的煤液化残渣、高温液态的重油及渣油等粘稠的重质燃料与干煤粉的联合气化。
文档编号C01B3/36GK202116516SQ20112022874
公开日2012年1月18日 申请日期2011年6月30日 优先权日2011年6月30日
发明者高聚忠 申请人:中国神华煤制油化工有限公司, 神华集团有限责任公司