[发明专利]装有带孔实心构件的用于制备合成气的喷嘴

说明书

本发明涉及用以化学反应器中的喷嘴，特别是用于合成气的制备。

该喷嘴可以把多种流体分别送入反应区域中。

本发明的喷嘴尤其可用于烃的部份氧化工艺中，通过火焰燃烧最终制备合成气。这类方法已经由Texaw、Chell等所采用。这里所指的合成气，是H₂、CO的混合物，以及N₂、CO₂、水蒸汽等的混合物。

具有上述用途的反应器是由喷嘴和燃烧室所组成的，气体的骤冷装置也可以是反应器的组合部件，燃烧以后还可以在反应器中装填料、催化剂或其他物质。

本发明的喷嘴可以通入气态、液态、悬浮固体状态的可燃物质，也可以通入空气、氧气或富氧空气的助燃物质。另外，还可以把不同比例的水蒸汽加入到助燃物质中，或经常是加入到可燃物质中。所加入的气体可以或多或少进行预热，预热可以提高反应器的效率。

例如最佳反应器效率可以通过用天然气、空气和水蒸汽、其中O₂/C比例为0.6-0.65，并通过加压操作取得，当预热超过500℃时，H₂O/C比例影响不大，为0.05-3，在1附近最好，加入水蒸汽可以减少碳黑的形成。

对于某些特殊用途，O₂/C比例可以小于0.6，也可以大于0.65（例如直至1）。

这种现代化工艺可以在压力下进行，该压力可以达到80巴。

该燃烧为完全绝热反应。

其理论反应如下：

但该燃烧总是伴随有不同比例CO₂和H₂O的形成。实际上可以采取局部地超过绝热平衡反应温度。如果使用纯氧，可以使局部温度达到1500℃。

通常，这些喷嘴为管式或更复杂的形式。最简单的喷嘴工艺是两根同心管。在这种情况下，管的尺寸（几十毫米）大大超过火焰前端的厚度。所以为了达到热力学平衡，还必须有必不可少的较长的停留时间（1秒至几秒），因此，该反应器在燃烧气循环时具有强烈的波动区域。

管子越多越可保证气体的均匀性，但是管子越多就带来工业上的复杂性。另外，在陶瓷工业中用这些管子会带来棘手的问题。

如果没有进行再冷却的话，金属管子受到再循环热气体细粒的冲击，因此，其寿命要受到影响。

本发明提供了可以避免这些缺陷的有孔的喷嘴。

这种喷嘴具有深度不同的孔，这些孔深根据所需送入的流体的性质而定。

这种喷嘴可以由单一构件、或几个构件并列或重迭构成。

这些构件可以是金属、陶瓷或其他耐火材料制成。

另外，本发明可以比较容易地实现大量的孔洞，而用多根管子（就数量而言）是棘手的。

本发明还可以使用大尺寸的喷嘴，它也可以将喷嘴头部两种以上的流体送入反应区域中。

在合成气体的情况下，这就可以灵活地进行补充物的调节，但也可用于其他的用途，例如当两种不同孔通入可燃物质和阻燃物质时，可以较佳地控制火焰的形状、性质或构成。

同样，本发明也可以用第三种孔送入第三种物质，该第三种物质也可用于在火焰中进行反应。

本发明也可简单地保证喷嘴不漏热。

另外，本发明的喷嘴比较容易制造，因为它由几个构件组成，而且这种喷嘴在使用陶瓷材料构件组成时具有很好的高温性能。

本发明的喷嘴可以用于直接预热流体。

本发明的喷嘴在使用金属部件时也可以容易地进行冷却。

本发明的喷嘴可以比较完善地将氧气和甲烷反应生成合成气体。

本发明的喷嘴还可用在1987年12月18日申请的欧洲专利申请87，402，929，1所叙述的方法和装置中。

因而，本发明涉及一种用于制备合成气的反应器的喷嘴，该喷嘴至少可以将两种流体分别送入反应区域，其中一种流体为可燃物质，而另一种为助燃物质。该喷嘴的特征在于它含括一个实心构件，实心构件有深度不同的孔，孔的一端通到反应器，而另一端则按照由所需孔送入的流体，或通到可燃物的传送流体装置，或通到助燃物的传送流体装置。

以上用于通入同一流体的至少一组孔，可以同一深度通到相应的传送流体装置中。

其中一个传送流体装置可有由实心构件一个面的部份面所限定的容积。

其中一个传送流体装置可以有将渠道相互间进行连接的网络、至少有一些用于通入同一流体的孔横穿实心构件。