一種氣態(tài)烴轉(zhuǎn)化爐燒嘴的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種氣態(tài)控轉(zhuǎn)化工藝燒嘴。
【背景技術(shù)】
[0002] 天然氣、頁巖氣、煤層氣、油田氣、煉廠氣、焦?fàn)t氣、熱解氣等氣態(tài)控W甲燒為主要 成分，是重要的基礎(chǔ)能源和化工原料。氣態(tài)控轉(zhuǎn)化制合成氣是運(yùn)些氣態(tài)控利用的重要技術(shù) 路線之一。其中，氣態(tài)控部分氧化制備合成氣技術(shù)日益受到工業(yè)界的重視。
[0003] 氣態(tài)控部分氧化制備合成氣過程是指，在一定溫度和壓力下，氣態(tài)控與氣化劑 (如氧氣、蒸汽、二氧化碳等）通過轉(zhuǎn)化爐頂部的噴嘴高速噴入轉(zhuǎn)化爐內(nèi)，在轉(zhuǎn)化爐上部主 要發(fā)生燃燒反應(yīng)，為轉(zhuǎn)化過程提供熱量；在轉(zhuǎn)化爐的下部發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)。氣態(tài)控部分氧化制 備合成氣根據(jù)轉(zhuǎn)化爐下部是否裝填催化劑，可分為非催化部分氧化（無催化劑）和自熱轉(zhuǎn) 化（有催化劑）。
[0004] 燒嘴對氣態(tài)控燃料與氣化劑的混合效果影響巨大，是關(guān)鍵設(shè)備之一。目前氣態(tài)控 轉(zhuǎn)化爐存在著燒嘴端部燒蝕嚴(yán)重、壽命短，轉(zhuǎn)化爐拱頂耐火磚壽命短、易超溫，W及CH4轉(zhuǎn)化 率不高等問題。燒嘴端部燒蝕嚴(yán)重主要是由于不合理的燒嘴設(shè)計導(dǎo)致火焰區(qū)距離燒嘴端部 過近造成。一些現(xiàn)有技術(shù)中，在燒嘴流道設(shè)計上使得純氧與燃料（天然氣或爐內(nèi)合成氣）直 接接觸，導(dǎo)致氧氣離開噴嘴后迅速與燃料發(fā)生反應(yīng)，在燒嘴附近釋放大量熱量使得燒嘴端 面溫度過高，產(chǎn)生燒嘴燒蝕現(xiàn)象，縮短了噴嘴壽命。耐火磚壽命短問題也主要是由于燒嘴設(shè) 計的不合理導(dǎo)致。在一些現(xiàn)有技術(shù)中，燒嘴采用旋流方式或者漸擴(kuò)流道設(shè)計方式，導(dǎo)致火焰 (高溫區(qū)）向轉(zhuǎn)化爐徑向擴(kuò)張，與耐火磚接觸，從而引起耐火磚燒蝕。而且在現(xiàn)有設(shè)計中，由 于熱量集中在燒嘴附近釋放，導(dǎo)致燒嘴附近溫度極高，而其他區(qū)域溫度較低，不利于甲燒轉(zhuǎn) 化反應(yīng)（吸熱反應(yīng)）的進(jìn)行。由于轉(zhuǎn)化爐內(nèi)物料混合不均勻，轉(zhuǎn)化爐出口甲燒轉(zhuǎn)化率較低。
[0005] 因此，實(shí)踐中迫切需要長壽命高轉(zhuǎn)化率的氣態(tài)控轉(zhuǎn)化燒嘴來滿足系統(tǒng)長周期穩(wěn)定 安全運(yùn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 鑒于上述問題，本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中的用于轉(zhuǎn)化爐中的燒嘴在高溫下 壽命短、產(chǎn)生的火焰燒蝕耐火磚等缺陷，提供一種新的轉(zhuǎn)化爐工藝燒嘴。本發(fā)明提出的轉(zhuǎn)化 爐工藝燒嘴通過特殊的流道設(shè)計避免了氧氣與燃料直接接觸，實(shí)現(xiàn)了無焰燃燒，使火焰區(qū) 遠(yuǎn)離燒嘴端面，最高溫度明顯降低且溫度分布均勻；本發(fā)明燒嘴產(chǎn)生的火焰高溫區(qū)位于爐 體軸線附近，避免了高溫火焰與耐火磚的接觸，對耐火磚起到保護(hù)作用；轉(zhuǎn)化爐內(nèi)物料混合 均勻，可W使甲燒的轉(zhuǎn)化率得到提高。本發(fā)明提出的轉(zhuǎn)化爐燒嘴壽命長，氣態(tài)控轉(zhuǎn)化率高， 大大提高了轉(zhuǎn)化爐的運(yùn)行周期。具體技術(shù)方案如下：
[0007] 一種氣態(tài)控轉(zhuǎn)化爐燒嘴，所述燒嘴包括同軸設(shè)置的中屯、噴管5、內(nèi)環(huán)噴管6、外環(huán) 噴管7,W及氣化劑通道1、輔助氣化劑通道2、燃料通道3和冷卻系統(tǒng)4 ; 陽00引所述中屯、噴管5、內(nèi)環(huán)噴管6和外環(huán)噴管7由內(nèi)向外依次設(shè)置，分別形成中屯、通道、 內(nèi)環(huán)通道和外環(huán)通道；
[0009] 所述氣化劑通道1由所述中屯、噴管5構(gòu)成的所述中屯、通道組成；
[0010] 所述輔助氣化劑通道2由所述中屯、噴管5和內(nèi)環(huán)噴管6構(gòu)成的所述內(nèi)環(huán)通道組 成； W11] 所述燃料通道3由所述外環(huán)噴管7和內(nèi)環(huán)噴管6構(gòu)成的所述外環(huán)通道組成。
[0012] 所述中屯、噴管5采用直管結(jié)構(gòu)；所述內(nèi)環(huán)噴管6的頭部采用直管結(jié)構(gòu)或者漸縮結(jié) 構(gòu)；所述外環(huán)噴管7的頭部采用直管結(jié)構(gòu)或者漸縮結(jié)構(gòu)。
[0013] 所述內(nèi)環(huán)噴管的頭部采用漸縮結(jié)構(gòu)時，外傾斜角a為45~90° ;所述外環(huán)噴管 的頭部采用漸縮結(jié)構(gòu)時，外傾斜角P為45~90°。
[0014] 進(jìn)入所述氣化劑通道1的氣化劑為氧氣與水蒸氣或者氧氣與二氧化碳的混合物； 進(jìn)入所述輔助氣化劑通道2的氣化劑為水蒸氣或二氧化碳。
[0015] 所述氣化劑通道的物流速度在60~150m/s之間，所述內(nèi)環(huán)通道的物流速度在 40~150m/s之間，所述外環(huán)通道的物流速度在60~150m/s之間。
[0016] 所述氣化劑的摩爾流量為所述氣態(tài)控摩爾流量的0. 5~0. 8倍；所述輔助氣化劑 的摩爾流量為所述氣化劑摩爾流量的0. 1~0. 5倍。
[0017] 所述氣態(tài)控是指天然氣、頁巖氣、油田氣、煤層氣、煉廠氣、焦?fàn)t氣、熱解氣中的一 種或其混合物。
[0018] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：通過該燒嘴的使用可W使氣態(tài)控火焰溫度顯著降低，轉(zhuǎn)化爐 內(nèi)溫度分布更加均勻，高溫區(qū)域遠(yuǎn)離噴嘴從而使得噴嘴壽命大大提高；通過該燒嘴的使用 還可W使氣態(tài)控的轉(zhuǎn)化率得到提高。
【附圖說明】
[0019] 圖1是實(shí)施例1的氣態(tài)控轉(zhuǎn)化爐燒嘴的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖2是距噴嘴出口Im處溫度的徑向分布圖；
[0021] 圖3是轉(zhuǎn)化爐軸向上的溫度分布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合實(shí)例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明，但不限于運(yùn)些實(shí)例，該領(lǐng)域的技術(shù) 人員可W根據(jù)上述發(fā)明的內(nèi)容對本發(fā)明進(jìn)行非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。 陽〇2引 實(shí)施例1
[0024] 如圖1所示，本實(shí)施例中，所述的氣態(tài)控轉(zhuǎn)化爐燒嘴包括同軸設(shè)置的一中屯、噴管 5、一內(nèi)環(huán)噴管6、一外環(huán)噴管7W及氣化劑通道1、輔助氣化劑通道2、燃料通道3和冷卻系 統(tǒng)4。
[00巧]氣化劑通道1由中屯、噴管5構(gòu)成中屯、通道組成；輔助氣化劑通道2由中屯、噴管5 和內(nèi)環(huán)噴管6構(gòu)成內(nèi)環(huán)通道組成；燃料通道3由外環(huán)噴管7和內(nèi)環(huán)噴管6構(gòu)成外環(huán)通道組 成。 陽0%] 中屯、噴管5的頭部為直管結(jié)構(gòu)；內(nèi)環(huán)噴管6頭部的外傾斜角為75° ;外環(huán)噴管7 頭部的外傾斜角為70°。
[0027] 本實(shí)施例中，氣化劑純氧通過中屯、的氣化劑通道1進(jìn)入爐內(nèi)；氣化劑水蒸氣通過 內(nèi)環(huán)通道即輔助氣化劑通道2進(jìn)入爐內(nèi)。氣態(tài)控通過外環(huán)通道即燃料通道3進(jìn)入爐內(nèi)。
[0028] 與氣態(tài)控?zé)煜嚓P(guān)的參數(shù)如下：氧氣純度為99.6%，溫度為220°C，壓力為 4. 4MPag，流量為17020kg/h，氣速為105m/s;水蒸氣溫度為320°C，壓力為4. 5MPag，流量為 7800kg/h，氣速為45m/s;天然氣組成如表1所示，溫度為280°C，壓力為3. 95MPag，流量為 1482化g/h，氣速為llOm/s。
[00巧]表1天然氣組成（mol% )
[0030]
[0031] 與氣態(tài)控轉(zhuǎn)化爐相關(guān)的參數(shù)如下：轉(zhuǎn)化爐內(nèi)徑2m，轉(zhuǎn)化爐操作壓力為3. 75MPag。
[0032] 離燒嘴Im處溫度的徑向分布如圖2所示，轉(zhuǎn)化爐軸向的溫度分布如圖3所示?？?W看出，火焰最高溫度為1700°C，且火焰區(qū)域遠(yuǎn)離燒嘴出口。
[0033] 由于氧氣位于中屯、通道，無法與爐內(nèi)高溫合成氣直接接觸，且氣化劑和燃料的進(jìn) 料溫度均低于混合物的自點(diǎn)燃溫度，所W氧氣通過該發(fā)明的噴嘴進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐后無法直接與 燃料發(fā)生反應(yīng)，而是需要卷吸爐內(nèi)高溫合成氣，被高溫合成氣稀釋和加熱到自點(diǎn)燃溫度后 才能發(fā)生燃燒反應(yīng)。因此，火焰區(qū)域遠(yuǎn)離噴嘴端面，從而保護(hù)了噴嘴及拱頂耐火磚。氧氣的 濃度在運(yùn)個過程中被大大稀釋，抑制了燃燒反應(yīng)速率，實(shí)現(xiàn)了爐內(nèi)無焰燃燒，大大降低了火 焰溫度，提高了溫度分布的均勻性。轉(zhuǎn)化爐內(nèi)均勻的溫度分布也促進(jìn)了甲燒的轉(zhuǎn)化。該發(fā) 明中，天然氣通過外通道進(jìn)入爐內(nèi)，使得甲燒離開噴嘴后就與高溫合成氣混合接觸并發(fā)生 反應(yīng)，提高了甲燒的轉(zhuǎn)化率。
[0034] W上對本發(fā)明做了詳盡的描述，其目的在于讓熟悉此領(lǐng)域技術(shù)的認(rèn)識能夠了解本 發(fā)明的內(nèi)容并加W實(shí)施，并不能W此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡根據(jù)本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)所 做的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種氣態(tài)烴轉(zhuǎn)化爐燒嘴，其特征在于，所述燒嘴包括同軸設(shè)置的中心噴管（5)、內(nèi)環(huán) 噴管（6)、外環(huán)噴管（7)，以及氣化劑通道（1)、輔助氣化劑通道（2)、燃料通道（3)和冷卻系 統(tǒng)⑷； 所述中心噴管（5)、內(nèi)環(huán)噴管（6)和外環(huán)噴管（7)由內(nèi)向外依次設(shè)置，分別形成中心通 道、內(nèi)環(huán)通道和外環(huán)通道； 所述氣化劑通道（1)由所述中心噴管（5)構(gòu)成的所述中心通道組成； 所述輔助氣化劑通道（2)由所述中心噴管（5)和內(nèi)環(huán)噴管（6)構(gòu)成的所述內(nèi)環(huán)通道組 成； 所述燃料通道（3)由所述外環(huán)噴管（7)和內(nèi)環(huán)噴管（6)構(gòu)成的所述外環(huán)通道組成。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)化爐燒嘴，其特征在于，所述中心噴管（5)采用直管結(jié)構(gòu)； 所述內(nèi)環(huán)噴管(6)的頭部采用直管結(jié)構(gòu)或者漸縮結(jié)構(gòu)；所述外環(huán)噴管（7)的頭部采用直管 結(jié)構(gòu)或者漸縮結(jié)構(gòu)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)化爐燒嘴，其特征在于，所述內(nèi)環(huán)噴管的頭部采用漸縮結(jié) 構(gòu)時，外傾斜角α為45~90° ;所述外環(huán)噴管的頭部采用漸縮結(jié)構(gòu)時，外傾斜角β為45~ 90。。4. 根據(jù)權(quán)利要求1~3任一所述的轉(zhuǎn)化爐燒嘴，其特征在于，進(jìn)入所述氣化劑通道（1) 的氣化劑為氧氣與水蒸氣或者氧氣與二氧化碳的混合物；進(jìn)入所述輔助氣化劑通道（2)的 氣化劑為水蒸氣或二氧化碳。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)化爐燒嘴，其特征在于，所述氣化劑通道的物流速度在 60~150m/s之間，所述內(nèi)環(huán)通道的物流速度在40~150m/s之間，所述外環(huán)通道的物流速 度在60~150m/s之間。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)化爐燒嘴，其特征在于，所述氣化劑的摩爾流量為所述 氣態(tài)經(jīng)摩爾流量的0. 5~0. 8倍；所述輔助氣化劑的摩爾流量為所述氣化劑摩爾流量的 0· 1 ~0· 5 倍。7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的氣態(tài)烴轉(zhuǎn)化爐燒嘴，其特征在于，所述氣態(tài)烴是指天然 氣、頁巖氣、油田氣、煤層氣、煉廠氣、焦?fàn)t氣、熱解氣中的一種或其混合物。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種氣態(tài)烴轉(zhuǎn)化爐燒嘴，主要包括同軸設(shè)置的一中心噴管、一內(nèi)環(huán)噴管、一外環(huán)噴管，以及氣化劑通道、輔助氣化劑通道、燃料通道和冷卻系統(tǒng)。本發(fā)明提出的氣態(tài)烴轉(zhuǎn)化燒嘴應(yīng)用于氣態(tài)烴轉(zhuǎn)化爐中，氣化劑和燃料相對位置的設(shè)置不僅使得燒嘴所形成的火焰溫度低且分布均勻，可在轉(zhuǎn)化爐內(nèi)實(shí)現(xiàn)無焰轉(zhuǎn)化，而且裝置內(nèi)物料混合均勻，可以使甲烷的轉(zhuǎn)化率得到提高。本發(fā)明提供的燒嘴具有結(jié)構(gòu)簡單、壽命長，甲烷轉(zhuǎn)化率高、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。
【IPC分類】C01B3/36
【公開號】CN105271115
【申請?zhí)枴緾N201510831241
【發(fā)明人】王輔臣, 代正華, 李新宇, 李超, 于廣鎖, 劉海峰, 龔欣, 王亦飛, 梁欽鋒, 許建良, 郭慶華, 陳雪莉, 李偉鋒, 王興軍, 郭曉鐳, 趙輝, 陸海峰, 龔巖, 劉霞, 王立
【申請人】華東理工大學(xué), 上海熠能燃?xì)饪萍加邢薰?br>【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年11月25日