[发明专利]一种部分氧化工艺烧嘴及其应用

说明书

本发明公布了一种部分氧化工艺烧嘴及其应用，所述烧嘴主要由内到外依次设置的气化剂通道、辅助气化剂通道、燃料通道和保护燃料通道组成。本发明提出的部分氧化工艺烧嘴应用于气态烃转化炉中，可以保护喷嘴端面不受高温合成气的冲刷烧蚀，使得烧嘴形成的火焰温度低且分布均匀，高温火焰远离烧嘴端面，从而使喷嘴端面的温度显著降低，无需烧嘴冷却水即可对烧嘴起到保护作用，同时烧嘴法兰温度低。本发明提供的烧嘴具有结构简单、寿命长、适用范围广等优点，具有十分广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种部分氧化工艺烧嘴及其应用。

背景技术

天然气、页岩气、煤层气、油田气、炼厂气、焦炉气、热解气等气态烃以甲烷为主要成分，是重要的基础能源和化工原料。气态烃转化制合成气是这些气态烃利用的重要技术路线之一。其中，气态烃非催化部分转化技术日益受到工业界的重视。

气态烃非催化部分转化过程是指，在一定温度和压力下，气态烃与气化剂(如蒸汽、二氧化碳、氧气等)通过转化炉顶部的喷嘴高速喷入转化炉内，在转化炉上部发生燃烧反应，为转化过程提供热量；在转化炉的回流区及下部发生转化反应。

烧嘴对气态烃燃料与气化剂的混合效果影响巨大，其寿命也直接关系到整个转化炉的运行周期，是关键设备之一。在转化炉的运行过程中，炉内的高温回流合成气不断冲刷烧嘴端面，烧蚀烧嘴，严重缩短了烧嘴的使用寿命。部分高温合成气进入烧嘴与烧嘴筒体耐火砖的缝隙还会对烧嘴安装法兰产生危害。一些现有转化炉烧嘴技术中，转化炉烧嘴的最外侧通道走纯氧，会与气化炉内高温合成气发生反应，使得烧嘴端面温度过高，也会缩短烧嘴寿命。采用烧嘴冷却水对烧嘴端面进行强制冷却是现行技术的通用做法，但若设置不当或者出现故障泄露，会造成系统紧急停车，并损毁炉内耐火砖。烧嘴的寿命已经成为制约转化炉运行周期的重要因素之一。

因此，实践中迫切需要一种长寿命部分氧化工艺烧嘴。

发明内容

鉴于以上现有转化炉烧嘴易烧蚀、寿命短等问题问题，本发明提供一种新的转化炉烧嘴设计。本发明通过烧嘴流道的设计控制烧嘴附近的温度场，通过设置辅助气化通道使得氧化剂不与进入炉内的燃料在喷嘴端部直接接触；通过设置保护燃料气通道使得氧化剂不与炉内回流的高温合成气在喷嘴端部直接接触，同时解决了高温合成气进入烧嘴与烧嘴筒体耐火砖的缝隙易引起烧嘴安装法兰超温的问题。本发明提供的转化炉烧嘴可以不需要烧嘴冷却水就可以解决烧嘴烧蚀的问题，无烧嘴冷却水系统运行故障带来的系统紧急停车和损毁炉内耐火砖的问题，大大提高了转化炉的运行周期。具体技术方案如下：

一种部分氧化工艺烧嘴，包括由内而外依次设置的气化剂通道(1)、辅助气化剂通道(2)、燃料通道(3)以及保护燃料通道(4)；

所述保护燃料通道(4)由燃料通道(3)的外壁(5)与转化炉喷嘴筒体耐火砖内壁(6)构成。

所述燃料通道(3)的外壁(5)开设有小孔(7)，小孔的数量大于等于2个。

所述小孔(7)的形状为圆形、方形、椭圆形或菱形。

所述小孔(7)的轴线与所述外壁(5)的夹角为0～90℃。

所述气化剂通道(1)的头部采用直管结构；所述辅助气化剂通道(2)的头部采用直管结构或者渐缩结构；所述燃料通道(3)的头部采用直管结构或者渐缩结构。

所述辅助气化剂通道(2)的头部采用渐缩结构时，外倾斜角α为45～90°

所述通道(3)的头部采用渐缩结构时，外倾斜角β为45～90°。

上述任一烧嘴的应用，所述烧嘴用于气态烃转化炉中，保护所述喷嘴的端面不受高温合成气的冲刷烧蚀；

进入气化剂通道(1)的气化剂选自氧气、氧气与水蒸气或二氧化碳的混合物；

进入辅助气化剂通道(2)的气化剂为水蒸汽或二氧化碳。