專利名稱：用于生產(chǎn)合成氣的燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于經(jīng)含碳燃料部分氧化生產(chǎn)改進性能的合成氣的燃燒器。
合成氣的生產(chǎn)通常用氧氣或含氧氣如空氣于高壓和1000-1600℃相對高溫下將含碳物料部分氧化來完成。所用含碳物料為烴，固態(tài)含碳燃料在烴中的漿料或固態(tài)含碳燃料在水中的漿料如煤/水懸浮液。
EP0095103B1說明了用于生產(chǎn)合成氣的方法和燃燒器，該方法用3根同軸管構(gòu)成的燃燒系統(tǒng)完成，其中將3種物料送入反應(yīng)。含氧物流或含氧氣經(jīng)燃燒器內(nèi)外區(qū)，而含碳物流即煤/水懸浮液則經(jīng)內(nèi)外管形成的環(huán)狀空間。部分氧化所需總氧量的1-20%存在于外部物流，經(jīng)中間和外管形成的環(huán)狀空間進入反應(yīng)。
該燃燒器有3根同心管，每一根具有錐形頂端，在燃燒器出口區(qū)為冷卻室。
構(gòu)成中間物流的煤/水懸浮液以1-25，優(yōu)選2-15m/s的速度和1-20MPa壓力下送入反應(yīng)器，而內(nèi)外氣流則以50-300，特別是80-200m/s的速度送入反應(yīng)區(qū)。
由于同心管做成錐頂，3股物流相互以銳角會聚。正因為如此，煤/水懸浮流離開錐頂后會被內(nèi)氣流強制撕開。然后讓懸浮流水平折射而不會在自由落體過程中進入反應(yīng)區(qū)。因此，各個煤/水液滴平均停留時間延長，轉(zhuǎn)化率提高。
同時，外氣流沖擊內(nèi)氣流放寬的煤/水懸浮體并使氣體和懸浮液進一步混合，從而形成氣體或氧氣和極細懸浮液滴均勻分布區(qū)。這是使煤/水懸浮體盡可能最大限度反應(yīng)的基本前提。
已表明，為使用含烴燃料，如上述與煤/水懸浮液密切相關(guān)的類似條件是板其有效的。
含碳燃料，特別是烴部分氧化可制成化學上非常有效的混合物，其中含約30-50wt%一氧化碳，約30-50wt%氫氣，約3-20wt%CO2和未反應(yīng)蒸汽，并且除其它物料外，還含少量硫，鐵，釩，鎳，鈉，氯和鈣。
形成的氣化產(chǎn)物物料組成和灰含量一方面取決于燃料種類，另一方面取決于工藝條件，如氧氣量，所用溫度和壓力。含烴燃料部分氧化常在約1000-1600℃，特別是1200-1600℃和1.0-15.0，特別是2.0-10，優(yōu)選3.0-5.0MPa下進行。合成氣中所含氫氣來源于以液態(tài)和/或蒸汽態(tài)送入部分氧化反應(yīng)的水的反應(yīng)。反應(yīng)所需水可作為單獨物流或與其它物流，如與烴，氧或含氧氣流的混合物送去使用。還可以液態(tài)和蒸汽態(tài)在多股物流中分配水。
同樣也適用于含烴燃料和含氧物流或含氧氣體混合物的供料。這些物流也可作為單獨物流送入反應(yīng)或在多股物流間分配。
由于部分氧化所要求的條件，燃燒器在相當程度上要承受一系列物理和化學應(yīng)力。
由于物流特別是氣流的高速排放，會使燃燒器承受高度機械負荷的振動出現(xiàn)。
由于部分氧化，特別是高溫部分氧化達到的高度活性氣體混合物的組成，燃燒器還會在很大程度上承受化學侵蝕。另外，如沉積在燃燒器上的熔融態(tài)的渣粒會因化學反應(yīng)和腐蝕而導致燃燒器承受應(yīng)力，特別是在其端部。
另外，燃燒器會特別承受熱應(yīng)力，這是由于氣化過程中的高強度熱輻射引起的。含烴燃料氣化時的熱應(yīng)力高于煤/水懸浮液的相應(yīng)反應(yīng)，原因是一方面具有高氣化溫度且另一方面是燃燒器和氣化區(qū)間的距離短。高溫是烴易燃造成的，而短距離又起因于烴早期點火，因為與煤/水懸液相比，其起火溫度低。
在連續(xù)操作中，燃燒器不僅承受因高活性合成氣帶來的振動和化學侵蝕。雖然高級燃料，特別是高合金特種鋼如Incoloy和Hastelloy用作插入氣化反應(yīng)器僅具有極有限的預(yù)期壽命，約3-4月。這對于生產(chǎn)合成氣的現(xiàn)代設(shè)備的操作是很不利的缺點，因為燃燒器僅在關(guān)機時才能更換。但是，關(guān)掉合成氣設(shè)備結(jié)果是使裝置在壓力下冷卻和減壓。在有問題的燃燒器由新燃燒器代替后，設(shè)備必須再加熱并加壓后才能再生產(chǎn)合成氣。
因此本發(fā)明目的是制造預(yù)期壽命大大延長的燃燒器。
為達到該目的而提出含碳燃料部分氧化生產(chǎn)合成氣的燃燒器，其中包括相互同心設(shè)置的3或多根管，在燃燒器出口有錐頂，以及冷卻室，在燃燒器端部繞燃燒器出口設(shè)置。而對部分氧化區(qū)的端部套有由單獨組鄰近設(shè)置的陶瓷片。
本發(fā)明燃燒器包括至少3，特別是3-6，優(yōu)選3-4，特別優(yōu)選為3根相互同心設(shè)置的管。相互同心設(shè)置的管的錐頂處于燃燒器出口，形成各物流的出口銳孔，最內(nèi)管形成十字形出口銳孔，而其余相互同心設(shè)置的管形成相應(yīng)環(huán)狀出口銳孔。
本發(fā)明燃燒器宜于煤/水懸浮體和烴或含烴燃料的部分氧化。已證明燃燒器特別宜于經(jīng)烴或含烴燃料的部分氧化生產(chǎn)合成氣。
燃燒器面對氣化區(qū)的端部套有各自的陶瓷片，但相互鄰近設(shè)置，以拼合方式覆蓋表面。單獨陶瓷片相互連接并用陶瓷粘合劑與燃燒器端相連。陶瓷粘合劑在燃燒器端部形成埋有單獨陶瓷片的覆蓋層。
根據(jù)一具體方案，單獨陶瓷片具有一或多個凸邊，燃燒器端有相應(yīng)的凹槽以與凸邊相配。將陶瓷片下邊的凸邊插入相配形狀的凹槽，陶瓷片和端部另外粘結(jié)并同時提高其機械強度。已證明將凸邊和凹槽設(shè)計為鳩尾形或燕尾形是特別合適的，但其它形狀如釘狀或旋扭形也是可以的。
也可在燃燒器端以任何符合要求的形式將陶瓷片相互鄰近分布，從而覆蓋表面。單獨陶瓷片的特別有利排列方式是使其形成環(huán)形，每種情況下如此。多個這樣的環(huán)相互同心圍繞并覆蓋燃燒器表面。
單獨環(huán)的陶瓷片的有利排列方式是使其可相互代換。這樣可避免形成連續(xù)長結(jié)，這可能避免對夾套的機械穩(wěn)定性的不利影響。
單獨陶瓷片可具有任何要求的形狀，可呈圓形，方狀，長方形，長菱形，三角形，四角形或具有規(guī)則或不規(guī)則多角形。相同或不同形狀的陶瓷片可相互鄰近排列。
具有斜方形或環(huán)段形陶瓷片特別適用。這種形狀可促進單獨陶瓷片排列成環(huán)。
單獨陶瓷片層厚1-10，特別是2-5mm，每種情況下計算而得，其中設(shè)有凸邊在燃燒器端部作為錨固裝置。單獨陶瓷片的側(cè)面不應(yīng)選得太長。各側(cè)面長度最多50mm應(yīng)足夠。在許多情況下，建議采用每一側(cè)面長5-35，特別是6-30，優(yōu)選8-20的陶瓷片。
單獨陶瓷片由耐氣化反應(yīng)中各條件的陶瓷制成。適宜物料為氧化物物陶瓷，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，鋁或硅的碳化物和氮化物，特別是氮化硅。
陶瓷粘合劑必須能夠耐氣化反應(yīng)中的條件并保證單獨的陶瓷片和燃燒器端部間具有長久的彈性結(jié)合。
已證明特別有效的是采用基于硅鋁酸鹽的陶瓷粘合劑，因為其與陶瓷片的熱膨脹性相吻合。
附圖詳細示出了本發(fā)明，但并不限制本發(fā)明。


圖1表明本發(fā)明燃燒器縱向截面，其下部面向氣化區(qū)。該燃燒器中包括具有錐頂?shù)耐鈯A套管1，送冷卻劑的內(nèi)套管2以及相互同心設(shè)置并且具有錐頂3a，4a和5a的內(nèi)芯套管3，4和5。單獨物流經(jīng)過夾套空間，先是由夾套管1和內(nèi)套管3形成，然后是由內(nèi)套管3和其中的管4形成，最后是由其中的內(nèi)套管4和燃燒器中間設(shè)置的管5形成。另外的物流經(jīng)管5。物流從錐頂1a，3a，4a和5a形成的環(huán)狀銳孔并經(jīng)管5的錐頂5a流出。
夾套管1在其錐頂1a端封閉。該封閉部分形成燃燒器端6，其上面套上由單獨的相互鄰近排列陶瓷片構(gòu)成的層7。冷卻劑，優(yōu)選為水流經(jīng)插入夾套管1的管2。結(jié)果是夾套1，特別是在其錐頂1a的區(qū)域作為冷卻室。
圖1a表明了燃燒器縱向截面細節(jié)放大圖。在這里，1a代表夾套管1的錐頂，與導入冷卻劑的管2一起形成冷卻室，6代表端夾套層，具有陶瓷片7a，其形狀中具有鳩尾形凸邊。陶瓷片相互結(jié)合，并經(jīng)陶瓷粘合劑層8與燃燒器端6結(jié)合。
圖2示出了部分蓋有陶瓷片7a的燃燒器端6的頂視圖。為簡化起見，內(nèi)管3，4和5未包括在該圖中。
環(huán)端6具有3根鳩尾形環(huán)狀凹槽7b以接收陶瓷片7a的鳩尾形凸邊。每一環(huán)狀凹槽具有擴大的開口7c，可用來插入陶瓷片7a的鳩尾形凸邊?；瑒犹沾善?，其鳩尾形凸邊就被導入環(huán)狀槽7b中。再順序排列單獨的陶瓷片，相應(yīng)環(huán)就形成了。最后引入的陶瓷片鳩尾形凸邊先插入擴大開口7c，由單獨陶瓷片形成的整個環(huán)中，然后空出擴大開口7c長度的一半。這樣就保證了鄰近擴大開口7c的兩塊陶瓷片，至少部分地以其鳩尾形凸邊7a處于環(huán)狀槽7b中。在單獨陶瓷片之間，有陶瓷粘合劑層8填充的節(jié)。
圖2a示出了完全覆蓋了單獨的相互設(shè)置的陶瓷片7a的燃燒器端6的頂視圖。
陶瓷片7a具有梯形并順序排列，從而形成3個同心設(shè)置的環(huán)狀表面。在單獨陶瓷片之間，有陶瓷粘合劑層8填充的節(jié)。
如圖2所示，為簡化起見，內(nèi)管3，4和5未包括在圖中。
權(quán)利要求
1.含碳燃料部分氧化生產(chǎn)合成氣的燃燒器，其中包括相互同心設(shè)置的3或多根管，在燃燒器出口有錐頂，以及冷卻室，在燃燒器端部繞燃燒器出口設(shè)置，面對部分氧化區(qū)的端部套有單獨但相鄰設(shè)置的陶瓷片。
2.權(quán)利要求1的燃燒器，其中單獨陶瓷片相互結(jié)合并通過陶瓷粘合劑與燃燒器端部結(jié)合。
3.權(quán)利要求1或2的燃燒器，其中單獨陶瓷片具有一或多個凸邊并且燃燒器端部具有相應(yīng)的凹槽以接收凸邊。
4.權(quán)利要求1-3中一項或多項的燃燒器，其中凸邊和相應(yīng)的凹槽為鳩尾形。
5.權(quán)利要求1-4中一項或多項的燃燒器，其中單獨陶瓷片相互鄰近排列成環(huán)。
6.權(quán)利要求1-5中一項或多項的燃燒器，其中單獨陶瓷片具有十字形，梯形或環(huán)段形，特別是梯形或環(huán)段形。
7.權(quán)利要求1-6中一項或多項的燃燒器，其中單獨陶瓷片具有1-10，特別是2-5mm的層厚。
8.權(quán)利要求1-7中一項或多項的燃燒器，其中單獨陶瓷片每側(cè)面長5-35，特別是6-30，優(yōu)選8-20mm。
9.權(quán)利要求1-8中一項或多項的燃燒器，其中單獨陶瓷片由以氧化物陶瓷為基礎(chǔ)的陶瓷構(gòu)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，鋁或硅的碳化物和氮化物，特別是氮化硅。
10.權(quán)利要求1-8中一項或多項的燃燒器，其中陶瓷粘合劑含耐高溫硅鋁酸鹽。
全文摘要
本發(fā)明涉及含碳燃料部分氧化生產(chǎn)合成氣的燃燒器，其中包括3或多根相互同心排列的管，其面對部分氧化區(qū)的燃燒器頂部套有由單獨的但相鄰排列的陶瓷片組成的覆蓋層。
文檔編號C10J3/46GK1073472SQ9211408
公開日1993年6月23日 申請日期1992年12月4日 優(yōu)先權(quán)日1991年12月5日
發(fā)明者U·戈哈杜斯, B·施萊泊 申請人:赫徹斯特股份公司