[发明专利]增压反应器液体供料用的喷嘴

说明书

本发明涉及一种能够实现将液体供料引入到增压反应器的装置。

根据本发明多个特殊方面中的一个方面，方法和装置涉及利用高压部分氧化碳质浆液的方法生产含H₂和CO的气体产品，例如生产合成气体、还原气体和气体燃料。

增压部分氧化碳质浆液法的工艺和所用的装置在本领域内是众所周知的。例如参见美国专利U.S.4113    445，U.S.4353712和U.S.4443230。在大多数情况下，碳质浆液和含氧气体被送入温度一般在2500°F（1370℃）的反应区。将反应器升高到这样的温度至少可以用两种方法来实现。一种方法是将一种简单的预热喷嘴以非气密的方式固定到反应器的喷嘴接口上。此预热喷嘴将气体燃料（例如甲烷）引入到反应区，以便产生足够的火焰，该火焰在不损害反应器耐火材料的加热速度下将反应器温度加热到2000至2500℃（1090-1370.）。这种加热温度一般是40°F/小时至80°F/小时（22至44℃/小时）。在此预热阶段，反应区保持在大气压或稍低于大气压下。希望低于大气压，因为气压低可使空气通过在预热器和反应器之间的非气密连接处进入到反应器，进入的空气因此可被用来燃烧气体燃料。在达到希望的预热温度后，从反应器上卸下预热喷嘴并换上工艺用喷嘴。这种替换操作应当尽可能快，因为在替换期间反应区技冷下来。通常会冷到低到1800℃F（982℃）的温度。如果反应区的温度仍然在可以接受的温度范围内，则将碳质浆液和含氧气体（含有或不含有温度调节剂）通过工艺用喷嘴送入，从而实现浆液的部分氧化。用工艺用喷嘴时，必须注意不要使反应区的温度上升过快，因为热冲击可能损害反应器的耐火材料。

如果反应区的温度低于所接受的温度范围，则必须再使用预热器。这样，由于重复进行替换工作，损失了时间，增加了外的劳动。

将反应区温度提高到所需要的温度范围的两个方法中的另一个方法是使用两用喷嘴，这种喷嘴既能够作为预热喷嘴又能用作工艺用喷嘴，例如参见美国专利U.S.4353712中公开的喷嘴。这种类型的喷嘴具有选择性输送和同时输送碳质浆液、含氧气体、气体燃料和/或温度调节剂的导管。当喷嘴用来预热反应器时，喷嘴按达到完全燃烧的正确比例输送含氧气体和气体燃料。在反应区温度达到要求的范围内以后。气体燃烧或者完全用碳质浆液替代，或者与此浆液同时送入。当采用同时送入模式时，一般要减小气体燃料供料，以便使其仅产生部分氧化。在开始将碳质浆液引入反应器时，和在碳质浆液/含氧气体供料工作模式的工艺条件平衡以前维持反应温度时，一般采用共送入模式。虽然使用两用工艺用喷嘴没有预热喷嘴所具有的加工时间损失和增加额外劳动等问题，但是它也有自身的缺点。使用两用喷嘴时，在两种预热条件下（即大气压-完全氧化和高压一部分氧化）保持火焰稳定是困难的，并且会导致降低工艺的可靠性。

在合成气体工业中有些人提议采用预热喷嘴和工艺用喷嘴的联合法，其中，工艺用喷嘴能够提供碳质浆液、含氧气体、气体燃料和/或温度调节剂的选择性同时供料。虽然这种联合法由于要用工艺用喷嘴替换预热喷嘴还有加工时间的损失和劳力的花费，但是可以利用这种工艺用喷嘴具有的选择性的同时供料特点来减少前述的对反应器耐火材料的热冲击。开始时供给氧气和气体燃烧，随后逐渐用碳质浆液取代气体燃料，采用这样的方法可使反应区的温度从在预热喷嘴卸去以后冷下来的温度回升到要求的温度，采用这种反应区升温的办法便可减小热冲击。由于在低速度下逐渐增加碳质浆液的供料，受到加热和蒸发的浆液液体较少，因此反应器温度的骤降减到最小。另外，在碳质浆液供料的开始期间，继续提供气体燃料导致增加反应器的热量。燃料气体的部分氧化条件下燃烧，所以气体产品很少受到O₂的污染。

对于在上述过程中实用的工艺用喷嘴来说，它必须能够以一种有效的方式将含氧气体和碳质浆液与气体燃烧两种供料供给反应器。这种有效性要求碳质浆液应当均匀地分散在含氧气体中，变成高度原子化状态，例如最大细滴尺寸小于1000微米。均匀分散和原子化二者都有助于保证正常燃烧，避免在反应区产生局部过热。

因此本发明的目的是提供这样一种工艺用喷嘴，这种喷嘴能将三种或多种流体供料流选择性地和同时地送入到反应区，同时使均匀分散在含氧气体中的碳质浆液原子化。