[发明专利]对合碳浆液部分氧化制取含氢气和—氧化碳气体的方法及其装置

说明书

本发明涉及对含碳浆液进行部分氧化来制取含H₂和CO气体的方法及其装置，特别是其中涉及可能使雾化液体具有不变混合能的双流体喷嘴

双流体喷嘴（也称作气体雾化喷嘴或气动喷嘴）通过将液体流与高速气流（通常为空气或蒸汽）接触而使液体流散开。已经发现液体破碎程度（也就是液体雾化程度）直接与喷嘴提供的混合能有关。混合能定义为单位质量雾化液体的等温气体膨胀能或者绝热气体膨胀能，它的大小主要取决于通过喷嘴的压力降。在应用中，若给定气体本身成分、气体的质量流量和温度以及液体的质量流量，则可确定喷嘴的尺寸和设计其结构来提供所需压力降，从而达到所要求的混合能。只要影响混合能的上述变量保持不变，喷嘴将提供所需的雾化。这种雾化稳定性对于喷嘴干燥是很重要的，因为为生产出满足要求的产品液体粒子尺寸必须符合规定，而且是均匀的。当雾化器起到一个向反应容器（如煤的气化器）供料的作用时，稳定、均匀的雾化也是很重要的。用含碳浆液的非催化部分氧化法来实现煤的气化需要均匀的雾化，以确保合适的燃烧、防止反应区出现热班以及有效地完成此工艺过程。

人们已认识到，当要雾化的液体中含有固体时（例如煤气化的情况，液体是含有水和磨碎的煤的浆液），要保持雾化器的尺寸和结构是特别困难的。这些固体会侵蚀喷嘴，使其压力降不再是设计值。由于压力降的变化，随之发生混合能的变化，从而改变了雾化粒度。重新建立满足要求的雾化标准通常需要停工替换喷嘴。这可能是十分昂贵的，尤其当替换喷嘴时必须使反应区卸压和冷却就更是这样。

US-A-4400179涉及部分氧化气体发生器。该专利提出控制流入喷嘴的原料流量，其中采用人工或自动控制的流体调节器。基于热量和重量平衡的常规计算方程式用于确定该系统的给定点。该专利没有指明，甚至也没有建议采用混合能作为提高该方法效率的控制参数或控制手段。气体和液体的混合在预混区进行。但该专利没有对采用混合能控制该法操作提出任何建议。其中也没有提出或建议采用本发明所述可调节双流体喷嘴来达到基本上不变的混合能。更没有提出双流体喷嘴和混合能之间的任何关系。

本发明涉及一种排出已雾化的液-气散布体的装置。该装置包括一个与液体源相连通的第一通道和一个与气源相连通的第二通道，还有一个可调节的、为实现液体雾化提供基本不变混合能的双流体喷嘴。气体可以是氮气、空气或蒸汽，唯一的要求是该气体适于完成需要的雾化，而且该气体不会对这种装置或任何其它辅助装置所完成的工艺过程起不利的影响。

双流体喷嘴的混合能最好按下述绝热气体膨胀公式来决定：

EM=CMgMl(KK-1)［（PgPV)K-1K-1］TAg]]>

这里，C：常数

M_g：气体质量流量，公斤/小时（磅/小时）

M_l：液体质量流量，公斤/小时（磅/小时）

T：下游气体温度，°k    （°R）

Ag为气体原子量;

K为气体成分的热容比;

Pg为原料到达双流体喷嘴时的气压，以psia（绝对MPa）;和

Pv为容器气压，以psia（绝对MPa）计。

另一种方法（然而不是最佳的）是用等温气体膨胀公式来计算混合能：