水煤浆和天然气联合气化喷嘴的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种水煤浆和天然气联合气化喷嘴，包括由内至外依次同轴套设的点火棒、点火燃料气中心管、内氧环管、水煤浆环管、天然气环管、外氧环管和冷却环管。水煤浆环管下端向下延伸形成水煤浆—天然气混合腔，并且天然气环管的下端与水煤浆—天然气混合腔下部的外壁相连接，水煤浆—天然气混合腔上设置有天然气喷口，天然气环管通过天然气喷口与水煤浆—天然气混合腔内部相连通，水煤浆—天然气混合腔下部设置有混合物喷口。多个所述天然气喷口的轴不在水煤浆—天然气混合腔侧壁所成圆周的径向上。该设备适用于对水煤浆和天然气进行联合气化，提高冷煤气效率和产物中氢气和一氧化碳的比例，减少合成气制备过程中的二氧化碳排放。
【专利说明】水煤浆和天然气联合气化喷嘴
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种将水煤浆和天然气进行联合气化时使用的气化炉给料喷嘴，属于气化设备【技术领域】。
【背景技术】
[0002]水煤浆是由煤、水和添加剂以一定比例混合并通过物理加工得到的流体燃料，由于我国煤炭资源大多分布于北部和西部地区，长期北煤南运、西煤东调的格局增加了运输和营运成本，而水煤浆可实现全密闭长距离输送，能够降低煤炭的运输和营运成本，因此水煤浆技术的产业应用受到广泛关注。
[0003]煤气化是现有煤化工领域中一种煤加工的方式，其是以煤为原料，氧气、水蒸气等气体作为气化剂，在高温下通过化学反应将煤中的可燃部分转化为气体燃料或合成气的过程，煤气化的直接产物主要有一氧化碳、二氧化碳、氢气和少量的甲烷、硫化氢等。水煤浆气化技术是近年来研究较多的一种水煤浆加工利用方法，我国最早实现工业化应用的是Texaco水煤浆气化炉，其气化过程为:水煤浆通过喷嘴在高速氧气的作用下破碎、雾化喷入气化炉，氧气和水煤浆在炉内受到高温作用，迅速经历预热、水分蒸发、煤干馏、挥发物裂解燃烧以及碳气化等一系列复杂的物理、化学反应，最后生成以一氧化碳、氢气、二氧化碳和水蒸气为主要成分的湿煤气、熔渣和未反应的碳；这些生成物一起向下流动离开反应区，进入气化炉底部的激冷室，熔渣和碳经淬冷、固化后被截留在水中，最后落入渣罐，经排渣系统定时排放，湿煤气则在进入煤气冷却净化系统处理后得到洁净的煤气。
[0004]水煤浆气化炉的核心技术是气化喷嘴，现有的Texaco气化炉在开工之前需要先将预热喷嘴安装到气化炉上，点燃预热喷嘴完成烘炉后，再快速将预热喷嘴卸下并迅速安装上给料喷嘴进行后续水煤浆给料气化过程；但是，上述工艺在卸除预热喷嘴和安装给料喷嘴的过程中容易发生燃气、氧气的泄露问题，而且预热喷嘴和给料喷嘴的体积大、温度高，容易对操作人员造成人身伤害。为了解决上述问题，中国专利文献CN202509052U公开了 一种水煤浆或煤粉气化的复合喷嘴，包括中间氧通道，通向气化炉内腔；投料通道，通向气化炉内腔并且在中间氧通道的外周延伸；环隙氧通道，通向气化炉内腔并且在投料通道的外周延伸，其中投料通道和环隙氧通道之间设有第一冷却水夹套，环隙氧通道外周设有第二冷却水夹套；以及点火电极和点火电极的保护套管，均设置在投料通道的外侧。该复合喷嘴能够避免高速水煤浆或煤粉对点火电极的冲刷，也改善了投料通道中水煤浆或煤粉喷出的均匀性，减少了喷嘴的偏喷现象。
[0005]上述复合喷嘴可实现水煤浆的连续点火和气化，无需更换喷嘴，大大提高了气化装置生产运行的安全性和经济性。但是，上述水煤浆气化的冷煤气效率低，而且将上述水煤浆气化产物作为原料制备后续甲醇或合成油等产品时，由于水煤浆气化产物中氢气与一氧化碳的比例过低，需要增加变换工艺将部分一氧化碳变换为氢气以提高氢气与一氧化碳的比例，这样不仅提高了工艺的复杂度，而且变换过程产生大量的CO2，经过煤气脱硫脱碳净化后排放的大量CO2温室气体也污染了环境。[0006] 申请人:试图通过调整水煤浆气化原料的种类来提高冷煤气效率和气化产物中氢气与一氧化碳的比例，但是采用上述结构的复合喷嘴无法对气化原料的种类进行调整。
实用新型内容
[0007]本实用新型所要解决的技术问题是现有技术存在水煤浆气化冷煤气效率低，产物中氢气与一氧化碳的比例低，需经变换处理提高氢气与一氧化碳的比例后才能作为后续产品的合成原料气使用，而变换处理不仅提高了工艺复杂度，而且产生出大量CO2温室气体，虽然 申请人:试图通过调整水煤浆气化原料的种类克服上述缺点，但是现有的喷嘴结构并不能满足上述要求；进而提出一种可调整气化原料种类，从而提高水煤浆气化冷煤气效率和氢气与一氧化碳比例的水煤浆和天然气联合气化喷嘴。
[0008]为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种水煤浆和天然气联合气化喷嘴，包括:
[0009]由内至外依次同轴套设的点火棒、点火燃料气中心管、内氧环管、水煤浆环管、天然气环管、外氧环管和冷却环管；
[0010]所述点火燃料气中心管上部设置有燃料气进口、底部设置有燃料气喷口 ；
[0011]所述内氧环管上部设置有内氧进口、底部设置有内氧喷口 ；
[0012]所述水煤浆环管上部设置有水煤浆进口，所述天然气环管上部设置有天然气进Π ；
[0013]所述外氧环管上部设置有外氧进口、底部设置有外氧喷口 ；
[0014]所述冷却环管上设置有冷却介质进口和冷却介质出口 ；
[0015]水煤浆一天然气混合腔，位于所述外氧环管内，由所述水煤浆环管的下端向下延伸形成，所述水煤衆一天然气混合腔下部设置有混合物喷口 ；
[0016]所述天然气环管的下端与所述水煤浆一天然气混合腔的外壁相连接，所述水煤衆一天然气混合腔上设置有天然气喷口，所述天然气环管通过所述天然气喷口与所述水煤衆一天然气混合腔内部相连通。
[0017]所述水煤浆一天然气混合腔位于所述天然气环管内，所述天然气环管的下端与所述水煤衆一天然气混合腔下部的外壁相连接。
[0018]所述混合物喷口设置在所述水煤衆一天然气混合腔的底端。
[0019]所述水煤浆一天然气混合腔由两头的缩口和中部的管状结构组成，上部的所述缩口由上至下渐阔，下部的所述缩口由上至下渐缩。
[0020]所述水煤浆一天然气混合腔的上部和中部分别设置有多个所述天然气喷口，多个所述天然气喷口沿所述水煤衆一天然气混合腔侧壁所成的圆周均匀设置，多个所述天然气喷口的轴不在所述水煤衆一天然气混合腔侧壁所成圆周的径向上。
[0021]多个所述天然气喷口均沿顺时针方向或均沿逆时针方向倾斜，并且多个所述天然气喷口的轴与所述水煤衆一天然气混合腔侧壁所成圆周的径向成5-85°的夹角。
[0022]所述水煤浆进口设置在所述水煤浆环管的上端，所述天然气进口设置在所述天然气环管的上端。
[0023]所述燃料气进口设置在所述点火燃料气中心管的上端，所述燃料气喷口设置在所述点火燃料气中心管的底端；所述内氧进口设置在所述内氧环管的上端，所述内氧喷口设置在所述内氧环管的底端；所述外氧进口设置在所述外氧环管的上端，所述外氧喷口设置在所述外氧环管的底端；所述冷却介质进口和冷却介质出口设置在所述冷却环管的上端，并且所述冷却介质进口和冷却介质出口分布在气化喷嘴中心轴的两侧。
[0024]所述燃料气喷口和内氧喷口高于所述混合物喷口。
[0025]本实用新型与现有技术方案相比具有以下有益效果:
[0026](I)本实用新型所述水煤浆和天然气联合气化喷嘴，包括由内至外依次同轴套设的点火棒、点火燃料气中心管、内氧环管、水煤浆环管、天然气环管、外氧环管和冷却环管；设置于所述外氧环管内，由所述水煤浆环管的下端向下延伸形成的水煤浆一天然气混合腔，下部设置有混合物喷口，所述天然气环管通过所述天然气喷口与水煤浆一天然气混合腔内部相连通。现有的水煤浆气化产物中氢气与一氧化碳的比例为1:1.5-2，而现代新型煤化工中合成甲醇、合成油等需要原料中氢气与一氧化碳的比例约为2:1，因此需要通过变换工艺调整原料中氢气与一氧化碳的比例。本申请 申请人:经研究后发现，通过本实用新型的气化喷嘴将天然气与水煤浆在水煤衆一天然气混合腔中均匀混合后，在外氧环管中氧气作用下，对混合物进行气化。由于混合物中的水煤浆气化后仍剩余大量的水蒸气，在混合的作用下，天然气能够与水煤浆气化剩余的水蒸气反应生成足量的氢，因而提高了气化产物中的氢含量和氢气与一氧化碳的比例，所产生的气化产物可无需变换直接作为甲醇、合成油等的原料，而且，天然气与水煤浆联合气化大大提高了气化的冷煤气效率，避免了现有技术中水煤浆气化冷煤气效率低，产物中氢气和一氧化碳的比例过低，需要通过变换工艺提高其比例，变换工艺既提高了工艺复杂度，也造成了大量CO2气体的排放，虽然 申请人:试图通过调整气化原料种类来克服上述缺点，但是现有的喷嘴结构无法满足其要求的问题。
[0027]再有，通过设在点火燃料气中心管内的点火棒可以实现水煤浆点火和气化的连续进行，无需更换喷嘴，提高了生产效率和设备的安全性。
[0028](2)本实用新型所述水煤浆和天然气联合气化喷嘴，所述水煤浆一天然气混合腔由两头的缩口和中部的管状结构组成，上部的所述缩口由上至下渐阔，下部的所述缩口由上至下渐缩。水煤浆和天然气由上部的缩口进入水煤浆一天然气混合腔内后流动速度降低，水煤浆和天然气进行充分地混合，然后混合物经混合腔底部缩口由混合物喷口高速喷出、雾化，并与高速氧气再一次进行撞击和雾化，然后进行高温气化，这一结构的水煤浆一天然气混合腔提高了水煤浆与天然气的混合、雾化效果，提高了气化的冷煤气效率，天然气能够更充分地气化以提供足量的氢，进一步提高了产物中氢气与一氧化碳的比例，所生成产物可直接用作后续化工合成的原料。
[0029](3)本实用新型所述水煤浆和天然气联合气化喷嘴，多个所述天然气喷口的轴不在所述水煤衆一天然气混合腔侧壁所成圆周的径向上。由于点火棒、点火燃料气中心管和内氧环管均沿水煤浆一天然气混合腔的轴设置，使天然气喷口的轴不在混合腔侧壁圆周的径向上，可以减少高速喷射的天然气对点火棒、点火燃料气中心管和内氧环管的冲刷。优选多个所述天然气喷口均沿顺时针方向或均沿逆时针方向倾斜，并且多个所述天然气喷口的轴与所述水煤衆一天然气混合腔侧壁所成圆周的径向成5-85°的夹角。可以几乎避免高速喷射的天然气对点火棒、点火燃料气中心管和内氧环管的冲刷，从而延长气化喷嘴的使用寿命；而且，这样设置的气化喷嘴中，天然气喷出后不会因冲刷内氧环管管壁而减速，因而能够在水煤衆一天然气混合腔内形成旋流，提高了天然气与水煤浆的混合效果。【专利附图】
【附图说明】
[0030]为了使本实用新型的内容更容易被理解，本实用新型结合附图和【具体实施方式】对本实用新型的内容进行进一步的说明；
[0031]图1为本实用新型所述水煤浆和天然气联合气化喷嘴的结构示意图；
[0032]图2为本实用新型所述水煤浆和天然气联合气化喷嘴沿A-A的剖视图；
[0033]其中附图标记为:1-点火棒，2-点火燃料气中心管，3-内氧环管，4-水煤浆环管，5-天然气环管，6-外氧环管，7-冷却环管，8-燃料气进口，9-燃料气喷口，10-内氧进口，11-内氧喷口，12-水煤浆进口，13-天然气进口，14-外氧进口，15-外氧喷口，16-冷却介质进口，17-冷却介质出口，18-水煤浆喷口，19-天然气喷口，20-混合物喷口，21-水煤衆一天然气混合腔。
【具体实施方式】
[0034]实施例1
[0035]本实用新型所述的水煤浆和天然气联合气化喷嘴如图1所示，包括由内至外依次同轴套设的点火棒1、点火燃料气中心管2、内氧环管3、水煤浆环管4、天然气环管5、外氧环管6和冷却环管7 ;所述点火燃料气中心管2上部设置有燃料气进口 8、底部设置有燃料气喷口 9，在本实施例中，所述燃料气进口 8设置在所述点火燃料气中心管2的上端，所述燃料气喷口 9设置在所述点火燃料气中心管2的底端；所述内氧环管3上部设置有内氧进口 10、底部设置有内氧喷口 11，在本实施例中，所述内氧进口 10设置在所述内氧环管3的上端，所述内氧喷口 11设置在所述内氧环管3的底端；所述水煤浆环管4上部设置有水煤浆进口 12，所述天然气环管5上部设置有天然气进口 13，在本实施例中，所述水煤浆进口 12设置在所述水煤浆环管4的上端，所述天然气进口 13设置在所述天然气环管5的上端；所述外氧环管6上部设置有外氧进口 14、底部设置有外氧喷口 15，在本实施例中，所述外氧进口 14设置在所述外氧环管6的上端，所述外氧喷口 15设置在所述外氧环管6的底端；所述冷却环管7上设置有冷却介质进口 16和冷却介质出口 17，在本实施例中，所述冷却介质进口 16和冷却介质出口 17设置在所述冷却环管7的上端，并且所述冷却介质进口 16和冷却介质出口 17分布在气化喷嘴中心轴的两侧；
[0036]水煤衆一天然气混合腔21，位于所述外氧环管6内，由所述水煤浆环管4的下端向下延伸形成，所述水煤衆一天然气混合腔21下部设置有混合物喷口 20 ;所述天然气环管5的下端与所述水煤衆一天然气混合腔21的外壁相连接，所述水煤浆一天然气混合腔21上设置有天然气喷口 19，所述天然气环管5通过所述天然气喷口 19与所述水煤浆一天然气混合腔21内部相连通，所述水煤浆环管4通过水煤浆喷口 18与所述水煤衆一天然气混合腔21内部相连通；在本实施例中，所述水煤浆环管4的下端向下延伸形成位于所述天然气环管5内的所述水煤衆一天然气混合腔21，并且所述天然气环管5的下端与所述水煤衆一天然气混合腔21下部的外壁相连接，所述混合物喷口 20设置在所述水煤衆一天然气混合腔21的底端，所述水煤衆一天然气混合腔21由两头的缩口和中部的管状结构组成，上部的所述缩口由上至下渐阔，下部的所述缩口由上至下渐缩，所述水煤浆环管4与水煤浆一天然气混合腔21的连接相通处为水煤浆喷口 18，所述水煤衆一天然气混合腔21的上部和中部分别设置有多个所述天然气喷口 19，多个所述天然气喷口 19沿所述水煤浆一天然气混合腔21侧壁所成的圆周均匀设置，多个所述天然气喷口 19的轴不在所述水煤浆一天然气混合腔21侧壁所成圆周的径向上。
[0037]上述气化喷嘴的使用过程:首先向点火燃料气中心管2通入燃料气，内氧环管3按比例通入氧气与燃料气在内氧喷口 11处混合，由点火棒I点燃，同时其它通道通入少量的氮气作为保护气；燃烧稳定后，切断充氮保护气，给水煤浆环管4和天然气环管5分别通入水煤浆和天然气，外氧环管6内通入氧气，天然气与水煤浆在水煤衆一天然气混合腔21中混合后，经混合物喷口 20将混合物高速喷出，高速喷出的水煤浆-天然气混合物在外氧环管6的氧气气幕作用下被点燃、气化，由于天然气与水煤浆气化剩余的水蒸气反应能够提供足量的氢，因此提高了气化产物中氢气与一氧化碳的比例，同时气化的冷煤气效率提高，气化剂氧气的消耗大大降低。
[0038]实施例2
[0039]在上述实施例的基础上，为了减少高速天然气对内氧环管3的冲刷，如图1-2所示，优选多个所述天然气喷口 19均沿顺时针方向或均沿逆时针方向倾斜，在本实施例中，多个所述天然气喷口 19均沿逆时针方向倾斜；多个所述天然气喷口 19的轴与所述水煤浆一天然气混合腔21侧壁所成圆周的径向成5-85°的夹角，从而在水煤浆一天然气混合腔21形成旋流，提高水煤浆和天然气的混合效果，进而提高了水煤浆的处理效率。为了能够及时点燃水煤浆与天然气所形成的混合物，所述燃料气喷口 9和内氧喷口 11高于所述混合物喷口 20。
[0040]对比例
[0041]以中国专利文献CN202509052U中的水煤浆气化的复合喷嘴为对比例。
[0042]测试例·
[0043]采用Texaco气化炉,并且分别采用实施例1、实施例2和对比例中的气化喷嘴对水
煤浆进行气化，气化结果见下表。
【权利要求】
1.一种水煤浆和天然气联合气化喷嘴，其特征在于，包括 由内至外依次同轴套设的点火棒(I)、点火燃料气中心管(2)、内氧环管(3)、水煤浆环管(4)、天然气环管(5)、外氧环管(6)和冷却环管(7)； 所述点火燃料气中心管(2)上部设置有燃料气进口(8)、底部设置有燃料气喷口(9)； 所述内氧环管(3)上部设置有内氧进口(10)、底部设置有内氧喷口(11); 所述水煤浆环管(4)上部设置有水煤浆进口(12)，所述天然气环管(5)上部设置有天然气进口(13)； 所述外氧环管(6)上部设置有外氧进口( 14)、底部设置有外氧喷口( 15); 所述冷却环管(7)上设置有冷却介质进口( 16)和冷却介质出口( 17); 水煤衆一天然气混合腔(21)，位于所述外氧环管(6)内，由所述水煤浆环管(4)的下端向下延伸形成，所述水煤衆一天然气混合腔(21)下部设置有混合物喷口(20)； 所述天然气环管(5)的下端与所述水煤衆一天然气混合腔(21)的外壁相连接，所述水煤衆一天然气混合腔(21)上设置有天然气喷口( 19 )，所述天然气环管(5 )通过所述天然气喷口(19)与所述水煤衆一天然气混合腔(21)内部相连通。
2.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述水煤衆一天然气混合腔(21)位于所述天然气环管(5)内，所述天然气环管(5)的下端与所述水煤衆一天然气混合腔(21)下部的外壁相连接。
3.根据权利要求1或2所述的喷嘴，其特征在于，所述混合物喷口(20)设置在所述水煤衆一天然气混合腔 (21)的底端。
4.根据权利要求3所述的喷嘴，其特征在于，所述水煤浆一天然气混合腔(21)由两头的缩口和中部的管状结构组成，上部的所述缩口由上至下渐阔，下部的所述缩口由上至下渐缩。
5.根据权利要求1或2或4所述的喷嘴，其特征在于，所述水煤衆一天然气混合腔(21)的上部和中部分别设置有多个所述天然气喷口(19)，多个所述天然气喷口(19)沿所述水煤浆一天然气混合腔(21)侧壁所成的圆周均匀设置，多个所述天然气喷口(19)的轴不在所述水煤衆一天然气混合腔(21)侧壁所成圆周的径向上。
6.根据权利要求5所述的喷嘴，其特征在于，多个所述天然气喷口(19)均沿顺时针方向或均沿逆时针方向倾斜，并且多个所述天然气喷口( 19)的轴与所述水煤衆一天然气混合腔(21)侧壁所成圆周的径向成5-85°的夹角。
7.根据权利要求1或2或4或6所述的喷嘴，其特征在于，所述水煤浆进口(12)设置在所述水煤浆环管(4)的上端，所述天然气进口(13)设置在所述天然气环管(5)的上端。
8.根据权利要求7所述的喷嘴，其特征在于，所述燃料气进口(8)设置在所述点火燃料气中心管(2)的上端，所述燃料气喷口(9)设置在所述点火燃料气中心管(2)的底端；所述内氧进口( 10 )设置在所述内氧环管(3 )的上端，所述内氧喷口( 11)设置在所述内氧环管(3)的底端；所述外氧进口(14)设置在所述外氧环管(6)的上端，所述外氧喷口(15)设置在所述外氧环管(6)的底端；所述冷却介质进口(16)和冷却介质出口(17)设置在所述冷却环管(7)的上端，并且所述冷却介质进口( 16)和冷却介质出口( 17)分布在气化喷嘴中心轴的两侧。
9.根据权利要求1或2或4或6或8所述的喷嘴，其特征在于，所述燃料气喷口(9)和内氧喷口( 11)高于 所述混合物喷口( 20 )。
【文档编号】C10J3/48GK203559028SQ201320653136
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年10月22日 优先权日:2013年10月22日
【发明者】井口宪二, 坂脇弘二 申请人:任相坤