生产合成气的方法及烧嘴技术

本发明专利技术涉及在含氧氧化剂存在下通过部分氧化液态或气态含碳燃料制备合成气，其中分别向烧嘴供给燃料、氧化剂和调节剂，并且其中燃料和调节剂在与氧化剂接触前现在烧嘴的混合室中混合。为了特别降低烧嘴在瞬态条件下操作时的复合，氧化剂通过烧嘴的排出口沿着中央供给进入燃烧室，并且燃料和调节剂的混合物通过排出口以环绕氧化剂同心的方式进入燃烧室。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】生产合成气的方法及烧嘴本专利技术涉及在含氧氧化剂的存在下通过部分氧化液态或气态的含碳燃料来生产合成气的方法及烧嘴，其中氧化剂、燃料和调节剂分别提供给烧嘴，并且其中的燃料和调节剂在与氧化剂接触前先在烧嘴的混合室中进行混合。含氢气体混合物通常被称作合成气，其可以用于多种合成反应。具体的例子包括甲醇合成，通过Haber-Bosch法或费-托合成(Fischer-Tropsch)生产氨。合成气可由固态、液态或气态的起始材料生产。用于生产合成气的方法和装置在现有技术中是已知的。例如，存在数种不同的技术路线，其中液态或气态的含碳燃料和包含水蒸汽、二氧化碳及其混合物的调节剂被含氧 气体部分氧化。使用的烧嘴的排出口直接进入燃烧室。WO 2008/065182A1公开了一种生产合成气的方法，其中烧嘴具有多个喷嘴开口，这样烃燃料就可以被引导与氧化气体分开通过烧嘴。烃燃料和氧化气体通过用于调节剂气体的引管彼此分开。调节剂的排出速度大于氧化气体的排出速度。US 2003/0085385 Al公开了一种方法，其中反应物烃燃料，蒸汽，氧气和循环水通过分开的通道被导向具有四料流注射器的烧嘴。通过这样的布局，可以使烃燃料得到更好的转化。在由WO 95/32148A中已知的方法中，烧嘴的腐蚀应被避免，因为烃燃料和氧化剂被调节剂分开、平行地离开烧嘴，并且调节剂和燃料没有混合。在这些已知的烧嘴中，在烧嘴喉部至少存在三个排出口，而且燃料的雾化是在烧嘴之外发生的。而在外部雾化的情况中，彼此相邻的离开的反应物之间必须存在很大的相对速度差，从而进行必需的雾化。这种调节剂和/或氧化剂的高离开速度形成了大的反应区。此外，传输设备(例如泵)会造成大量的能量输入。因此，喷嘴排出口处必须进行冷却，特别在瞬态条件(transient condition)下，比如在启动或停车操作时。在现有技术中，过早的材料磨损以及除去烧嘴喉部的物质也是一个大问题。在DE 10156980B4中公开的在氧气存在下通过部分氧化液态或气态燃料生产合成气的方法中，分开向烧嘴供给燃料、含氧气体和雾化介质，雾化介质通过直接位于燃料中央开孔前面的一个或多个喷嘴进行膨胀。引导含氧气体通过雾化喷嘴的外侧，并进入同心环绕燃料与雾化介质的混合物的反应空间中。这样导致在烧嘴头部附近发生放热反应，而在瞬态条件下就会在烧嘴区域的反应器壁上造成大量的热量负荷。不同于上述
技术介绍
，本专利技术的目的在于提供一种替代的烧嘴，该特别用于瞬态条件下的操作的烧嘴被暴露于较小负荷。在如上文所述的方法中，该目的通过本专利技术基本实现，其中将氧化剂通过烧嘴的排出口沿中央引入燃烧室，燃料和调节剂的混合物通过排出口同心环绕在氧化剂周围引入燃烧室。令人惊奇的发现，，通过相对于现有技术调换介质引导可以有利的影响反应空间的温度分布，并因此降低了反应器壁和烧嘴组件的热量负荷。通过按照本专利技术导引介质，氧化剂(氧气、空气)与燃烧室中的合成气被屏蔽开来。结果就是可以压制烧嘴喉部附近的放热反应。为了达到足够的雾化和和与燃料足够混合，建议根据本专利技术，将调节剂以30m/s-200m/s,优选80m/s-140m/s的速度射入混合室。有利的，将蒸汽、二氧化碳及其混合物，可能通过加入可燃气体，用作调节剂根据本专利技术，以相对于烧嘴轴线10° -80°，优选40° -60°角度β将燃料导向调节剂射流，促进与调节剂的混合。为了实现高效雾化，根据本专利技术的一个方面，燃料和调节剂离开混合室的速度为30m/s-100m/s 。根据本专利技术的一个演化，通过集成在一个外壳内的多个烧嘴向燃烧室供给燃料。根据本专利技术，可以向每个烧嘴供给不同的燃料，并由此选择性的影响在燃烧室内的反应条件。本专利技术还涉及用于生产合成气的烧嘴，其适用于运行本专利技术的方法。该烧嘴包括一个用于供给氧化剂的中央供给通道，环绕在中央供给通道周围的混合室，燃料和调节剂的供给管对混合室开放，还包括一出口管，通过该出口管从混合室中向烧嘴的排出口供给燃料和调节剂的混合物。根据本专利技术，出口管同心环绕在供给氧化剂的中央供给通道周围。为了加速调节剂，供给调节剂的管道优选通过狭窄的环形间隙向混合室开放。根据本专利技术的演化的烧嘴，供给燃料的管道和相对于和用于氧化剂的中央供给通道同轴导向的缓冲剂射流以相对于烧嘴轴线10° -80°，优选40° -60°的角度β相会。在混合室中，液态燃料从而和调节剂强烈混合，并被分散成细小物/小液滴。优选出口管向出口逐渐收缩。雾化的燃料向着中央氧化剂射流发生偏转，并在离开进入燃烧空间之前再次加速。由于排出口逐渐收缩，外部燃料管壁被润湿，从而被燃料强烈冷却。根据本专利技术的一个演化，外部燃料管壁相对于烧嘴轴线的角度Y以及内部燃料管壁相对于平行于烧嘴轴线的线的角度δ进行选择，以使得Y大于δ。两个角优选在0-20。之间，特别是在0-10°之间。根据本专利技术优选的一个方面，用于氧化剂的中央供给通道在排出口区域中以相对于烧嘴轴线0°至45°，优选0°至10°的角度α扩张，其目的在于获得向燃烧空间的扩大的喷射。 根据本专利技术，烧嘴被冷却水夹套环绕。如有多个烧嘴，可一起带有夹套。可从下文对实施方案和附图的说明中得出本专利技术进一步的拓展、优点和可能的应用。所有描述和/或说明的特征形成本专利技术技术主题本身或其组合，与包括在权利要求或引用其的参考文件中与它们相关的文字无关。仅有的附图显示了本专利技术烧嘴的截面示意图。图中示出了烧嘴I的部分，其包括一中央供给通道(管)2，氧化剂，优选为压缩过和预热过的工业纯的氧气，通过该通道提供给烧嘴底板4中的排出口 3。在其进入未示出的用于制备合成气的反应器室的燃烧室的开口的前面区域，中央供给通道2相对于烧嘴轴线A以0° -45°，优选0° -10°的角度α轻微扩张。因此，中央供给通道2的内径在进入燃烧室的开口处达到最大。根据不同的应用，对用于氧化剂的中央供给通道2提供的每个出口面积进行计算，使得氧化剂的出口速度为40m/s-140m/s,优选60m/s-100m/s。与通过供给通道2的氧化剂中央供给同轴，调节剂通过供给导管5导向双组份雾化喷嘴6。调节剂由水蒸汽、二氧化碳或其混合物组成。如有必要并且可行，也可向调节剂中加入可燃气体。在雾化喷嘴6中，通过环形间隙7对调节剂加速，从而使其达到30m/s-200m/s,优选80m/s-140m/s的速度。上述速度以纯水蒸汽作为调节剂来计算。在使用二氧化碳，水蒸汽和二氧化碳的混合物，或当混入可燃气体时，对应于纯水蒸汽的脉冲流使用所要达到的指示的速度范围来对要获得的速度和由此环形间隙7的间隙的尺寸进行计算。在下游方向，在环形间隙7中加速的调节剂进入了环绕中央供给通道2的混合室8，在其中调节剂和横向供给的燃料射流相会。作为燃料，可使用液体或气体的含碳介质，例如，燃料油或天然气。本专利技术中的术语液体也涵盖了悬浮液(浆液)，其中固体悬浮在液体中。在烧嘴I的上部，在燃料射流通过雾化烧嘴6中的相对于烧嘴轴线A成10° -80°，优选40° -60°的角度β的孔状或圆锥状的供给通道10进入混合室8之前，先用调节剂同轴的供给导管9来引导。根据本专利技术，进入混合室8的排出速度因此达到了IOm/s_50m/s,优选 IOm/s_30m/s。混合室8完成液态燃料和调节剂之间的强烈混合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.01.16 DE 102010004787.21.在含氧氧化剂存在下通过部分氧化液态或气态含碳燃料制备合成气的方法，其中将燃料、氧化剂和调节剂分开提供给烧嘴，并且其中燃料和调节剂在烧嘴的混合室中混合，然后其与氧化剂接触，其特征在于，氧化剂通过烧嘴的排出口沿中央供给进入燃烧室，并且燃料和调节剂的混合物通过排出口以与氧化剂同心的方式供给进入燃烧室。2.如权利要求I所述的方法，其特征在于调节剂喷射进入混合室的速度为30m/s_200m/s,优选为 80m/s_140m/s。3.如权利要求I或2所述的方法，其特征在于水蒸汽，二氧化碳或其混合物，可能通过加入可燃性气体，用作调节剂。4.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于燃料以相对于烧嘴轴线为10° -80°，优选40° -60°的角度(￠)导向调节剂射流。5.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于燃料和调节剂由混合室离开的速度为30m/s-100m/s。6.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于燃料通过多个烧嘴提供给燃烧室。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于向每个烧嘴供给不同的燃料。8.在含氧氧化剂存在下通过部分氧化液态或气态含碳燃...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·穆勒哈格多恩，H·施利希廷，G·海因茨，
申请(专利权)人：卢尔吉有限公司，
类型：发明
国别省市：