專利名稱：一種煤液化殘渣氣化噴嘴的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及氣化噴嘴，更具體地說，涉及一種以高溫粘稠狀的重質燃料(例如煤液化殘渣)為原料用于氣流床氣化爐的氣化噴嘴。
背景技術：
在氣流床氣化工藝中，將原料物流噴入氣化爐進行燃燒的設備叫做氣化噴嘴。目前，國內(nèi)已經(jīng)大規(guī)模工業(yè)化應用的氣流床煤炭氣化技術主要有Texaco水煤漿氣化技術、 Shell干煤粉氣化技術、多元料漿氣化技術和多噴嘴對置式煤氣化技術。其中，水煤漿氣化技術通常采用三流道式氣化噴嘴結構，噴嘴的中心管走氧氣，內(nèi)環(huán)隙走水煤漿，外環(huán)隙走氧氣；干煤粉氣化技術通常采用二流道式氣化噴嘴結構，噴嘴的中心管走煤粉，外環(huán)隙走氧氣，或中心管走氧氣、外環(huán)隙走煤粉。中國專利ZL95111750. 5披露了一種帶有旋流器的三通道組合式水煤漿氣化噴嘴。美國專利US3705108披露了一種中心管走氧氣、內(nèi)環(huán)管走緩和劑以及外環(huán)管走油_緩和劑的三通道氣化噴嘴。在煤直接液化工藝過程中，伴隨著煤液化油品的生產(chǎn)，同時產(chǎn)生大量的煤液化殘渣。在使用減壓蒸餾的煤直接液化工藝中，所生產(chǎn)的煤液化殘渣量約占液化原料煤質量的30 %左右，如此大量的煤液化殘渣，其綜合利用問題一直是煤直接液化項目亟待解決的關鍵問題，其利用程度直接影響煤直接液化過程的技術、經(jīng)濟和環(huán)境性能。煤液化殘渣具有較高的碳、氫含量，因此，可以以煤液化殘渣為原料通過氣化爐燃燒生產(chǎn)合成氣(CCHH2) 或其他有用的化工原料氣體。但是，通常從煤直接液化裝置直接獲得的煤液化殘渣為高溫 (180 320°C )粘稠液體，如果使用上述傳統(tǒng)的氣化噴嘴對其直接進行氣化，會導致煤液化殘渣與噴嘴金屬壁及冷流體間換熱，致使煤液化殘渣降溫、增粘或凝固，從而影響煤液化殘渣在噴嘴內(nèi)的流動特性，甚至造成噴嘴堵塞，影響氣化爐的正常生產(chǎn)；如果將煤液化殘渣冷卻后再加以利用，勢必將增加油渣冷卻排放工序和研磨工序，并且煤液化殘渣的降溫、升溫過程也會造成大量能量損失。另外，在石油工業(yè)中，原油經(jīng)加熱(360 370°C )后送入常壓蒸餾塔、減壓蒸餾塔可分別獲得重油、渣油，對于這種高溫粘稠的重油、渣油，如果使用傳統(tǒng)的氣化噴嘴進行氣化燃燒，也存在類似問題。綜上所述，盡管國內(nèi)外關于“氣化噴嘴”的文獻對不同氣化噴嘴結構及使用性能都有介紹，但是對于高溫粘稠狀的重質燃料例如熔融的煤液化殘渣而言，采用現(xiàn)有的氣化噴嘴無法獲得較好的氣化效果。因此，需要開發(fā)一種適用于高溫熔融的煤液化殘渣直接進料的氣化噴嘴，以克服現(xiàn)有氣化噴嘴不適用于氣化高溫熔融的煤液化殘渣的缺陷。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種新型的煤液化殘渣氣化噴嘴，采用該噴嘴可直接利用高溫熔融的煤液化殘渣進行氣化，并能獲得良好的氣化效果。本實用新型所提供的煤液化殘渣氣化噴嘴包括煤液化殘渣管、蒸汽環(huán)管、氧氣環(huán)管、水冷環(huán)管以及煤液化殘渣和蒸汽混合室，其中所述煤液化殘渣管、蒸汽環(huán)管、氧氣環(huán)管和水冷環(huán)管為由內(nèi)到外依次同軸設置，所述煤液化殘渣管、蒸汽環(huán)管和氧氣環(huán)管上分別設有煤液化殘渣進口、蒸汽進口和氧氣進口 ；煤液化殘渣和蒸汽混合室的一端與煤液化殘渣管的末端連通，所述混合室的另一端與煤液化殘渣和蒸汽噴口連通；所述蒸汽環(huán)管的末端是封閉的；所述混合室的室壁上設置有與蒸汽環(huán)管相連通的蒸汽噴口 ；所述氧氣環(huán)管的末端與氧氣噴口連通。根據(jù)本實用新型提供的煤液化殘渣氣化噴嘴的一個優(yōu)選實施方式，在煤液化殘渣管的末端與煤液化殘渣和蒸汽混合室之間設有漸擴通道，并且在所述混合室與所述煤液化殘渣和蒸汽噴口之間設有漸縮通道。本實用新型對于所述漸擴通道和漸縮通道的形狀并無特殊要求，只要能有助于煤液化殘渣的順利流入、為原料的氣化提供足夠的空間，并有利于氣化后的原料經(jīng)煤液化殘渣和蒸汽噴口注入氣化爐即可，一般為圓臺狀。進一步優(yōu)選地，所述漸擴通道的室壁上設置有與蒸汽環(huán)管連通的蒸汽噴口。
在本實用新型提供的煤液化殘渣氣化噴嘴中，對所述煤液化殘渣和蒸汽混合室的形狀沒有特別限制。所述混合室除了可包括上述漸擴通道和漸縮通道外，其主體部分的垂直于軸向的截面一般為圓形。根據(jù)本實用新型提供的煤液化殘渣氣化噴嘴的一個優(yōu)選實施方式，所述煤液化殘渣和蒸汽混合室的最大徑向尺寸與所述煤液化殘渣管的直徑之比為1.5 8 1，更優(yōu)選為 2 5 1。根據(jù)本實用新型提供的煤液化殘渣氣化噴嘴的一個優(yōu)選實施方式，所述煤液化殘渣和蒸汽混合室的軸向高度與所述混合室的最大徑向尺寸之比為0.5 5 1，更優(yōu)選為 1 2. 5 1。在本實用新型中，術語“煤液化殘渣和蒸汽混合室的最大徑向尺寸”是指所述混合室內(nèi)部的最大徑向尺寸，術語“煤液化殘渣和蒸汽混合室的軸向高度”是指所述混合室內(nèi)部的軸向高度；術語“煤液化殘渣管的直徑，，是指所述管的內(nèi)徑。通常，設置在所述煤液化殘渣和蒸汽混合室的室壁上或所述漸擴通道的室壁上的蒸汽噴口的尺寸及數(shù)量根據(jù)蒸汽的用量確定，而蒸汽用量主要是根據(jù)煤液化殘渣的進料量確定。因此，本實用新型對于所述蒸汽噴口的位置、尺寸及數(shù)量的具體設置并無特殊要求， 只要有利于所述煤液化殘渣的霧化即可。例如，所有蒸汽噴口可以是單層或多層設置，每層蒸汽噴口最好呈軸向對稱均勻分布，同一層的蒸汽噴口數(shù)量> 3 ；所有蒸汽噴口的開孔尺寸為1 15mm,優(yōu)選為3 IOmm0進一步優(yōu)選地，蒸汽噴口的中心線可垂直于所述煤液化殘渣和蒸汽混合室的室壁或漸擴通道的室壁設置，亦可與所述混合室的室壁或漸擴通道的室壁的垂直線形成一定的夾角。在本實用新型的一個優(yōu)選實施方式中，設置在煤液化殘渣和蒸汽混合室的室壁上或漸擴通道的室壁上的同一層的蒸汽噴口的數(shù)量為3，所述蒸汽噴口的中心線與所述混合室的室壁或漸擴通道的室壁的垂直線之間的夾角為0 25° ；在本實用新型的另一個優(yōu)選實施方式中，煤液化殘渣和蒸汽混合室的室壁上或所述漸擴通道的室壁上的同一層的蒸汽噴口的數(shù)量> 4，所述蒸汽噴口的中心線與所述混合室的室壁或漸擴通道的室壁之間的夾角為 35°。在本實用新型提供的煤液化殘渣氣化噴嘴中，所述水冷環(huán)管10可以采用套管式結構，也可以采用盤管式結構。[0015]在氣流床氣化爐中采用本實用新型提供的煤液化殘渣氣化噴嘴進行氣化時，一方面，由于噴嘴內(nèi)設置了與煤液化殘渣管相鄰的蒸汽環(huán)管，使蒸汽可以為高溫粘稠的煤液化殘渣提供加熱保溫的作用；另一方面，由于噴嘴內(nèi)部設置了煤液化殘渣和蒸汽混合室，并且混合室上還設有與蒸汽環(huán)管連通的蒸汽噴口，蒸汽環(huán)管的末端封閉，使得蒸汽全部通過蒸汽噴口進入煤液化殘渣和蒸汽混合室內(nèi)，在混合室內(nèi)煤液化殘渣與蒸汽充分混合后一起噴出，大大提高了煤液化殘渣的霧化性能。由此可見，通過本實用新型氣化噴嘴，高溫粘稠狀的煤液化殘渣可以不經(jīng)過降溫而直接被引入氣流床氣化爐內(nèi)，相比于采用現(xiàn)有的氣化噴嘴需要對煤液化殘渣先降溫冷卻，后升溫氣化的過程，減少了能量損失，提高了煤液化殘渣的能量回收利用率；另外，在本實用新型的氣化噴嘴中，由于蒸汽既是氣化劑又是伴熱介 質， 因此顯著地提高了噴嘴的氣化效果，并且噴嘴安裝拆卸方便、不易堵塞。將本實用新型所提供的氣化噴嘴用于傳統(tǒng)的水煤漿氣化爐或干煤粉氣化爐上，除了可以實現(xiàn)煤液化殘渣的熱法熔融氣化之外，還可以實現(xiàn)其他粘稠狀的重質燃料的高溫液態(tài)進料氣化，突破了水煤漿氣化爐和干煤粉氣化爐的傳統(tǒng)進料方式，例如，可以將來自煉油工藝裝置的高溫粘稠的重油、渣油，通過本實用新型的氣化噴嘴直接引入傳統(tǒng)的水煤漿氣化爐或干煤粉氣化爐中進行氣化，省去了高溫粘稠油渣的冷卻排放和研磨工序，為煤液化殘渣、重油、渣油等重質燃料的熱法回收提供了一種有效的利用方式。此外，本實用新型所提供的氣化噴嘴還具有結構緊湊、制造工藝簡單的特點，適合于大規(guī)模生產(chǎn)。

圖1是根據(jù)本實用新型的一個優(yōu)選實施方式的氣化噴嘴的結構示意圖；圖2是圖1中所示的氣化噴嘴沿A-A向的截面示意圖；其中1-煤液化殘渣進口2-蒸汽進口3-氧氣進口4-冷卻水進口5-冷卻水出口6-氧氣噴口7-煤液化殘渣管8-蒸汽環(huán)管9-氧氣環(huán)管10-水冷環(huán)管11-煤液化殘渣和蒸汽混合室12-蒸汽噴口13-蒸汽噴口14-煤液化殘渣和蒸汽噴口15-冷卻水進水導管16-冷卻水出水導管17-聯(lián)接法蘭具體實施方式
以下結合附圖進一步詳細說明本實用新型所提供的氣化噴嘴，但本實用新型并不因此而受到任何限制。只要不偏離本實用新型的基本構思和限定的范圍，本實用新型可以有其它的變形，例如，所述“煤液化殘渣管”可以是其他高溫粘稠的重質燃料管，所述“煤液化殘渣和蒸汽混合室”可以是其他高溫粘稠的重質燃料和蒸汽的混合室，所述“煤液化殘渣和蒸汽噴口”可以是其他高溫粘稠的重質燃料和蒸汽的噴口。圖1示出了根據(jù)本實用新型的一種優(yōu)選的氣化噴嘴。如圖1所示，氣化噴嘴包括由內(nèi)到外同軸設置的煤液化殘渣管7、蒸汽環(huán)管8、氧氣環(huán)管9，各個物流管之間為插入式結構，所述煤液化殘渣管7、蒸汽環(huán)管8和氧氣環(huán)管9上分別設有煤液化殘渣進口 1、蒸汽進口 2和氧氣進口 3 ；煤液化殘渣和蒸汽混合室11的一端與煤液化殘渣管7的末端之間設有圓臺狀的漸擴通道，該混合室的另一端與煤液化殘渣和蒸汽噴口 14之間設有圓臺狀的漸縮通道，在混合室漸擴通道的室壁上設有四個軸向對稱分布的蒸汽噴口 12，在混合室主體部分的室壁上也設有四個軸向對稱分布的蒸汽噴口 13，所述氧氣環(huán)管9的末端與氧氣噴口 6 連通；如圖2所示，混合室11主體部分的橫截面為圓形；混合室11主體部分的內(nèi)徑W與煤液化殘渣管內(nèi)徑D之比為W D = 3 1，混合室11的軸向高度H與內(nèi)徑W之比為H W =2:1 ；蒸汽噴口 12和13的中心線分別垂直于混合室漸擴通道的室壁和混合室主體部分的室壁；蒸汽環(huán)管8的末端為漸縮式結構，蒸汽環(huán)管8的漸縮式末端的內(nèi)壁面與混合室漸縮通道的外壁面均為精加工的光滑表面，并且蒸汽環(huán)管8的漸縮式末端與混合室漸縮通道之間為插入式無間隙安裝或設置耐高溫密封圈，從而使所述蒸汽環(huán)管8的末端形成一封閉結構，進而使蒸汽全部經(jīng)由蒸汽噴口 12和13進入煤液化殘渣和蒸汽混合室11中與煤液化殘渣混合，同時便于蒸汽環(huán)管8的安裝和拆卸；通過聯(lián)接法蘭17將氣化噴嘴設置在氣化爐 (未示出)上，并將套管式水冷環(huán)管10焊接在該聯(lián)接法蘭上，使所述水冷環(huán)管同軸設置在氧氣環(huán)管9的外側。以煤直接液化工藝中排放的高溫熔融的煤液化殘渣為原料、以氧氣為氣化劑生產(chǎn)合成氣(CCHH2)或制H2原料氣為例，粘稠狀的煤液化殘渣經(jīng)過加料泵加壓后由煤液化殘渣進口 1進入煤液化殘渣管7中；同時，蒸汽經(jīng)由蒸汽進口 2進入蒸汽環(huán)管8中，并分別經(jīng)由蒸汽噴口 12和蒸汽噴口 13進入煤液化殘渣和蒸汽混合室11中，在混合室內(nèi)所述蒸汽與煤液化殘渣充分混合后經(jīng)由煤液化殘渣和蒸汽噴口 14噴出，因此，蒸汽還起到氣化劑的作用，大大提高了煤液化殘渣進入氣化爐的霧化性能，此外，蒸汽給煤液化殘渣管7內(nèi)的煤液化殘渣提供加熱保溫的作用，使煤液化殘渣在噴嘴內(nèi)始終保持良好的流動特性；與此同時， 氧氣經(jīng)由氧氣進口 3進入氧氣環(huán)管9中，并經(jīng)由氧氣噴口 6噴出；同時，冷卻水從冷卻水進口 4進入，并經(jīng)由冷卻水進水導管15流入套管式水冷環(huán)管10，再經(jīng)由冷卻水出水管16從冷卻水出口 5流出，保護噴嘴在高溫氣化爐中不被燒毀。
下面通過實施例進一步說明本實用新型所提供的氣化噴嘴，但本實用新型并不因此而受到任何限制。實施例將一個如圖1所示的氣化噴嘴設置在一臺德士古水煤漿氣化爐上，使氣化原料和氣化劑從上往下噴入氣化爐中；將兩個如圖1所示的氣化噴嘴水平對噴狀設置在一臺 Shell干煤粉氣化爐上，使兩個噴嘴中的氣化原料和氣化劑均以水平方式噴入氣化爐中。以中國神華煤制油化工有限公司的煤直接液化裝置油渣排放處取得的高溫粘稠狀的煤液化殘渣為氣化原料，氧氣為氣化劑，在上述兩種氣化爐中采取煤液化殘渣直接進料的方式進行氣化，以生產(chǎn)合成氣(CCHH2)。在德士古水煤漿氣化爐中，煤液化殘渣的流量為89225kg/h，氣化噴嘴中的蒸汽用量為煤液化殘渣進料量的40wt%，即蒸汽環(huán)管內(nèi)的蒸汽流量為35690kg/h，所有蒸汽噴口的開孔尺寸均為8mm，其平均噴出速率為156m/s，煤液化殘渣和蒸汽噴口的平均噴出速率為78m/s，氧氣噴口的平均噴出速率為180m/s ；在Shell干煤粉氣化爐中，煤液化殘渣的流量為107188kg/h，每個氣化噴嘴中煤液化殘渣的進料量為53594kg/h，每個氣化噴嘴中的蒸汽用量約為煤液化殘渣進料量的25wt%，即蒸汽環(huán)管內(nèi)的蒸汽流量為13398kg/h，所有蒸汽噴口的開孔尺寸均為6mm，其平均噴出速率為140m/s，煤液化殘渣和蒸汽噴口的平均噴出速率為60m/s，氧氣噴口的平均噴出速率為160m/s。表1中示出了實施例中所采用的煤液化殘渣的物化特性，采用本實用新型氣化噴嘴在不同氣化爐上對上述煤液化殘渣進行氣化的操作條件和氣化性能示于表2中。表1煤液化殘渣的物化特性
權利要求1.一種煤液化殘渣氣化噴嘴，其特征在于，所述氣化噴嘴包括煤液化殘渣管(7)、蒸汽環(huán)管(8)、氧氣環(huán)管(9)、水冷環(huán)管(10)以及煤液化殘渣和蒸汽混合室(11)，其中所述煤液化殘渣管(7)、蒸汽環(huán)管(8)、氧氣環(huán)管(9)和水冷環(huán)管(10)為由內(nèi)到外依次同軸設置，所述煤液化殘渣管(7)、蒸汽環(huán)管(8)和氧氣環(huán)管(9)上分別設有煤液化殘渣進口(1)、蒸汽進口(2)和氧氣進口(3)；煤液化殘渣和蒸汽混合室(11)的一端與煤液化殘渣管(7)的末端連通，所述混合室的另一端與煤液化殘渣和蒸汽噴口(14)連通；所述蒸汽環(huán)管(8)的末端是封閉的；所述混合室的室壁上設置有與蒸汽環(huán)管(8)相連通的蒸汽噴口(12、13)；所述氧氣環(huán)管(9)的末端與氧氣噴口(6)連通。
2.根據(jù)權利要求1所述的氣化噴嘴，其特征在于，在煤液化殘渣管(7)的末端與煤液化殘渣和蒸汽混合室(11)之間設有漸擴通道，并且在所述混合室(11)與煤液化殘渣和蒸汽噴口(14)之間設有漸縮通道。
3.根據(jù)權利要求2所述的氣化噴嘴，其特征在于，所述漸擴通道的室壁上設有與所述蒸汽環(huán)管(8)連通的蒸汽噴口(12)。
4.根據(jù)權利要求3所述的氣化噴嘴，其特征在于，所述煤液化殘渣和蒸汽混合室(11) 的最大徑向尺寸與煤液化殘渣管(7)的直徑之比為1.5 8 1。
5.根據(jù)權利要求4所述的氣化噴嘴，其特征在于，所述煤液化殘渣和蒸汽混合室(11) 的最大徑向尺寸與煤液化殘渣管(7)的直徑之比為2 5 1。
6.根據(jù)權利要求5所述的氣化噴嘴，其特征在于，所述煤液化殘渣和蒸汽混合室(11) 的軸向高度與所述混合室的最大徑向尺寸之比為0.5 5 1。
7.根據(jù)權利要求6所述的氣化噴嘴，其特征在于，所述煤液化殘渣和蒸汽混合室(11) 的軸向高度與所述混合室的最大徑向尺寸之比為1 2. 5 1。
8.根據(jù)權利要求1-7中任一項所述的氣化噴嘴，其特征在于，所述蒸汽噴口采用單層或多層設置，每層蒸汽噴口呈軸向對稱均勻分布，并且位于同一層的蒸汽噴口數(shù)量> 3。
9.根據(jù)權利要求8所述的氣化噴嘴，其特征在于，位于同一層的蒸汽噴口的數(shù)量為3， 并且所述蒸汽噴口的中心線與所述漸擴通道的室壁或所述混合室的室壁的垂直線之間的夾角為0-25°。
10.根據(jù)權利要求8所述的氣化噴嘴，其特征在于，位于同一層的蒸汽噴口的數(shù)量>4， 并且所述蒸汽噴口的中心線與所述漸擴通道的室壁或所述混合室的室壁的垂直線之間的夾角為0-35°。
11.根據(jù)權利要求8所述的氣化噴嘴，其特征在于，所述蒸汽噴口的開孔尺寸為1 15mm0
12.根據(jù)權利要求11所述的氣化噴嘴，其特征在于，所述蒸汽噴口的開孔尺寸為3 IOmm0
專利摘要一種煤液化殘渣氣化噴嘴，包括煤液化殘渣管、蒸汽環(huán)管、氧氣環(huán)管、水冷環(huán)管以及煤液化殘渣和蒸汽混合室，其中所述煤液化殘渣管、蒸汽環(huán)管、氧氣環(huán)管和水冷環(huán)管為由內(nèi)到外依次同軸設置，所述煤液化殘渣管、蒸汽環(huán)管和氧氣環(huán)管上分別設有煤液化殘渣進口、蒸汽進口和氧氣進口；煤液化殘渣和蒸汽混合室的一端與煤液化殘渣管的末端連通，混合室的另一端與煤液化殘渣和蒸汽噴口連通；蒸汽環(huán)管的末端是封閉的；混合室的室壁上設置有與蒸汽環(huán)管相連通的蒸汽噴口；氧氣環(huán)管的末端與氧氣噴口連通。采用本實用新型的氣化噴嘴，可以實現(xiàn)高溫粘稠的重質燃料的直接進料，提高了物料的能量回收利用率，氣化效果也更好，且安裝拆卸方便、不易堵塞。
文檔編號C10J3/50GK202107521SQ20112023041
公開日2012年1月11日 申請日期2011年6月30日 優(yōu)先權日2011年6月30日
發(fā)明者高聚忠 申請人:中國神華煤制油化工有限公司, 神華集團有限責任公司