CN101823935A - 应用于等离子体裂解煤过程的淬冷系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种等离子体裂解煤过程的淬冷系统。它包括裂解气入口，淬冷器本体，淬冷器内芯，淬冷器内芯支柱，淬冷装置筒体，淬冷器内芯雾化装置，淬冷器本体雾化装置，裂解气出口，淬冷剂入口管，淬冷剂通道，淬冷气进口管，淬冷气通道。该淬冷装置为环隙式，淬冷器本体的内壁与淬冷器内芯均为锥形，构成一环形通道，且内芯顶端密封，裂解气只能从该环形通道流过；分别在淬冷器内芯与淬冷器本体上安装淬冷剂雾化装置，雾化装置可以采用单介质喷嘴、双介质喷嘴或集成式雾化装置。本发明较好地解决了等离子体裂解煤淬冷过程中淬冷剂无法到达裂解气中心区域所导致的乙炔收率降低的问题，且放大效应较小。
Description
技术领域
本发明属于化工设备领域，特别涉及一种应用于等离子体裂解煤过程的淬冷系统。
背景技术
乙炔是一种非常重要的基本有机化工原料。目前乙炔的生产工艺主要有：电石法、天然气部分氧化法等。电石法工艺成熟可靠，原料易得，技术门槛低。但是电石法存在耗能高、污染环境严重等问题。天然气部分氧化法工艺虽然低污染，但技术复杂，资源少、投资成本高。目前国内乙炔生产仍以电石法为主。等离子体裂解煤制乙炔工艺具有流程短、低资源消耗、环境友好等优点，是煤直接转化的一条有效途径，具有很好的发展前景。
等离子体裂解煤制乙炔工艺是将煤喷入温度为3500～22000℃的等离子体中，经毫秒级反应后生成产物乙炔等。而乙炔在高温下不稳定，上述反应产物必须在毫秒级内淬冷至250℃以下，否则将使乙炔等反应产物分解，降低其产率。淬冷器是等离子体裂解煤工艺中的重要设备，对淬冷器的要求是快速、均匀、淬冷剂消耗量低。若淬冷剂在淬冷器内的分布不均匀，不仅会降低淬冷剂的效率，造成淬冷剂的浪费；还会在淬冷器内形成局部高温区，使部分裂解气不能有效地淬冷，降低乙炔的收率。为了使淬冷剂与裂解气充分接触，提高淬冷效率，必须使淬冷剂雾化。对于等离子体裂解煤制乙炔工艺，进入淬冷器内裂解气的流速高达100-300m/s，远大于淬冷剂液滴喷入速度，雾化后的淬冷剂液滴所能穿过裂解气的距离非常短，难以喷入裂解气中心区域，使部分乙炔在高温下分解，收率降低。而且随着装置规模的增大，这个问题越来越严重。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种应用于等离子体裂解煤过程的淬冷系统。
应用于等离子体裂解煤过程的淬冷系统包括裂解气入口、淬冷器本体、淬冷器内芯、淬冷装置简体、淬冷器内芯支柱、淬冷器内芯雾化装置、淬冷器本体雾化装置、裂解气出口、本体淬冷剂入口管、内芯淬冷剂入口管、第一淬冷剂通道、第二淬冷剂通道、环隙、支柱内管、空腔；淬冷装置筒体上端设有淬冷器本体，淬冷装置筒体内设有淬冷器内芯支柱，淬冷器内芯支柱内设有环隙，淬冷器内芯支柱下端对称设有两根内芯淬冷剂入口管，并与环隙相通，淬冷器内芯支柱上端设有淬冷器内芯，淬冷器内芯为锥体，淬冷器内芯顶端及锥面上设有淬冷器内芯雾化装置，淬冷器内芯内设有第二淬冷剂通道，并与淬冷剂通道相通，淬冷器本体包括裂解气入口、淬冷器本体雾化装置、本体淬冷剂入口管、第一淬冷剂通道，淬冷器本体上端设有裂解气入口，淬冷器本体内壁为锥形，并与淬冷器内芯之间形成一环形通道，淬冷器本体内壁设有雾化装置，淬冷器本体内设有第一淬冷剂通道，并与雾化装置相通，淬冷器本体外壁对称设有两根本体淬冷剂入口管，并与第一淬冷剂通道相通。
所述的淬冷器本体还包括淬冷气进口管和淬冷气通道，在淬冷剂通道外侧设有淬冷气通道，淬冷器本体外壁对称设有两根淬冷气进口管，淬冷气通道与淬冷气进口管相连；所述的空腔与淬冷器内芯雾化装置相通。
所述的淬冷器内芯雾化装置、淬冷器本体雾化装置为单介质雾化喷嘴、双介质雾化喷嘴或集成式雾化装置。
所述的集成式雾化装置包括雾化装置外壁、雾化装置内壁、导气管、环隙、狭缝、收缩段、混合部、扩张孔；导气管一端安装在雾化装置外壁上，并与淬冷气体通道连通，导气管另一端伸入雾化装置内壁的开孔中，并与雾化装置内壁形成环隙、狭缝及混合部，导气管前端具有收缩段，雾化装置内壁前端开有扩张孔，本体淬冷剂通道与环隙相连。
所述的喷嘴或集成式雾化装置为一层或多层布置，每层布置2个以上喷嘴或集成式雾化装置喷射孔。
所述的淬冷器本体锥形内壁的底角α为30-80度。
所述的淬冷器内芯的锥体底角β为30-80度。
所述淬冷器内芯雾化装置淬冷剂出口中心轴与淬冷器内芯的锥体夹角γ为40-120度。
所述所述淬冷器本体雾化装置的淬冷剂出口中心轴与淬冷器本体锥形内壁夹角θ为25-90度。
本发明与现有技术相比具有的有益效果：
1、对于等离子体裂解煤制乙炔工艺，进入淬冷器内裂解气的流速高达100-300m/s，远大于淬冷剂液滴喷入速度，雾化后的淬冷剂液滴所能穿过裂解气的距离非常短，难以到达裂解气中心区域，使部分乙炔在高温下分解，收率降低。而且随着装置规模的增大，该问题越来越严重。本发明为环隙式结构，淬冷剂分别从安装在淬冷器本体及内芯上的雾化装置喷入，较好地解决了这一问题，提高了乙炔的收率。
2、较好地解决了淬冷器的放大的问题。本发明采用环隙式设计，当装置的处理量增大时，可保持淬冷器本体与内芯之间环形通道的宽度不变，通过相应地增大环形的内外径，增大淬冷器的流通面积。这样淬冷剂液滴仍可贯穿裂解气，与裂解气充分地接触，提高淬冷效率，放大效应较小。
3、在淬冷器内芯项部装有淬冷剂雾化装置，该装置不仅起到淬冷裂解气的作用，而且淬冷剂被裂解气冲到淬冷器内芯上，沿着器壁向下流，可以防止淬冷器内芯被烧坏。
4、淬冷剂流经淬冷器本体、淬冷器内芯及内芯支柱内的淬冷剂通道，可移走淬冷器的热量，起到降低淬冷器温度的作用，防止淬冷器因温度过高而烧坏。
5、该发明既适用于单介质淬冷，也适用于双介质淬冷。
附图说明
图1是本发明采用单介质喷嘴时的结构示意图。
图2是本发明采用双介质喷嘴时的结构示意图
图3是本发明淬冷器本体采用集成式雾化装置时的结构示意图
图4是集成式雾化装置的结构示意图。
图中，裂解气入口1、淬冷器本体2、淬冷器内芯3、淬冷装置筒体4、淬冷器内芯支柱5、淬冷器内芯雾化装置6、淬冷器本体雾化装置7、裂解气出口8、淬冷剂入口管9和10、淬冷剂通道11和12、环隙13、淬冷气进口管14、支柱内管15、淬冷气通道16、空腔17、雾化装置外壁18、雾化装置内壁19、导气管20、环隙21、狭缝22、收缩段23、混合部24、扩张孔25。
具体实施方式
如图1～3所示，应用于等离子体裂解煤过程的淬冷系统包括裂解气入口1、淬冷器本体2、淬冷器内芯3、淬冷装置筒体4、淬冷器内芯支柱5、淬冷器内芯雾化装置6、淬冷器本体雾化装置7、裂解气出口8、淬冷剂入口管9和10、淬冷剂通道11和12、环隙13、支柱内管15、空腔17；淬冷装置简体4上端设有淬冷器本体2，淬冷装置筒体4内设有淬冷器内芯支柱5，淬冷器内芯支柱5内设有环隙13，淬冷器内芯支柱5下端对称设有两根淬冷剂入口管10，并与环隙13相通，淬冷器内芯支柱5上端设有淬冷器内芯3，淬冷器内芯3为锥体，淬冷器内芯3顶端及锥面上设有淬冷器内芯雾化装置6，淬冷器内芯3内设有淬冷剂通道12，并与淬冷剂通道13相通，淬冷器本体2包括裂解气入口1、淬冷器本体雾化装置7、淬冷剂入口管9、淬冷剂通道11，淬冷器本体2上端设有裂解气入口1，淬冷器本体2内壁为锥形，并与淬冷器内芯3之间形成一环形通道，淬冷器本体2内壁设有雾化装置7，淬冷器本体2内设有淬冷剂通道11，并与雾化装置7相通，淬冷器本体2外壁对称设有两根淬冷剂入口管9，并与淬冷剂通道11相通。淬冷器本体2锥形内壁的底角α为30-80度。淬冷器内芯3的锥体底角β为30-80度。淬冷器内芯雾化装置6的淬冷剂出口中心轴与淬冷器内芯3的锥体夹角γ为40-120度。淬冷器本体雾化装置7的淬冷剂出口中心轴与淬冷器本体2锥形内壁夹角θ为25-90度。所述的淬冷器内芯雾化装置6、淬冷器本体雾化装置7为单介质雾化喷嘴、双介质雾化喷嘴或集成式雾化装置。
当采用双介质喷嘴或集成式雾化装置时所述的淬冷器本体2还包括淬冷气进口管14和淬冷气通道16，在淬冷剂通道11外侧设有淬冷气通道16，淬冷器本体2外壁对称设有两根淬冷气进口管14，淬冷气通道16与淬冷气进口管14相连；所述的空腔17与淬冷器内芯雾化装置6相通。所述的喷嘴或集成式雾化装置为一层或多层布置，每层布置2个以上喷嘴或集成式雾化装置喷射孔。
如图4所示，所述的集成式雾化装置包括雾化装置外壁18、雾化装置内壁19、导气管20、环隙21、狭缝22、收缩段23、混合部24、扩张孔25；导气管20一端安装在雾化装置外壁18上，并与淬冷气体通道16连通，导气管20另一端伸入雾化装置内壁19的开孔中，并与雾化装置内壁19形成环隙21、狭缝22及混合部24，导气管20前端具有收缩段23，雾化装置内壁19前端开有扩张孔25，淬冷剂通道11与环隙21相连。
本发明的工作过程如下：
当本发明采用双介质喷嘴时：等离子体裂解煤生成的裂解气的温度高于1500℃，从裂解气入口1进入淬冷装置。淬冷剂分为两路，一路由淬冷剂入口管9进入淬冷器本体2内，经通道11进入喷嘴，雾化后喷入裂解气中；另一路由由淬冷剂入口管10进入淬冷器内芯支柱内的环隙13中，经淬冷器内芯中的通道12进入喷嘴，雾化后喷入裂解气中；淬冷剂入口管9和10分别为对称的两根，可以使淬冷剂较均匀地进入各个喷嘴。淬冷剂与裂解气充分接触，毫秒级内将裂解气从1500℃以上淬冷到250℃以下，淬冷后的裂解气及未汽化的淬冷剂从出口8排出。
当本发明采用双介质喷嘴时：等离子体裂解煤生成的裂解气的温度高于1500℃，从裂解气入口1进入淬冷装置。淬冷剂分为两路，一路由淬冷剂入口管9进入淬冷器本体2内，经通道11进入喷嘴；一路由由淬冷剂入口管10进入淬冷器内芯支柱内的环隙13中，经淬冷器内芯中的通道12进入喷嘴。淬冷气分为两路，一路由淬冷气进口管14经淬冷器本体内的淬冷气通道16进入双介质喷嘴，与淬冷剂一起喷入裂解气中；一路由支柱5中内管15经空腔17进入安装在淬冷器内芯双介质喷嘴中，与淬冷剂一起喷入裂解气中，毫秒级内将裂解气从1500℃以上淬冷到250℃以下，淬冷后的裂解气从出口8排出。采用双介质雾化喷嘴，淬冷剂雾化效果好，可以更有效的与裂解气充分接触，提高淬冷速率，降低乙炔的分解损失。同时由于淬冷剂高度雾化，可以控制使其完全蒸发，便于通过调节淬冷剂流量控制淬冷后裂解气的温度。
集成式雾化装置的雾化原理类似于双介质喷嘴，其工作过程为：淬冷剂由淬冷剂入口管9进入淬冷器本体2内的通道11中，经集成式雾化装置内壁19与导气管20之间的环隙21、狭缝22进入混合部24；淬冷气由淬冷气进气管14进入淬冷器本体2中，经淬冷气通道16进入导气管20中，经过收缩段23，被加速后进入混合部24，与淬冷剂混合，经扩张段25喷入裂解气中，形成雾化。高度雾化的淬冷剂与裂解气充分接触，在毫秒级内将裂解气从1500℃以上淬冷到250℃以下，淬冷后的裂解气从出口8排出。采用集成式雾化装置，不仅可以使淬冷剂高度地雾化，还可以在相同大小的淬冷器内布置更多的淬冷剂喷出口，这样淬冷剂在淬冷器内的分布更均匀，与裂解气的接触更充分，淬冷效果更好，从而可以提高乙炔的收率。
等离子体裂解煤过程中，进入淬冷器内裂解气的流速高达100-300m/s，远大于雾化后的淬冷剂液滴的喷入速度，淬冷剂所能穿过裂解气的距离非常短，大部分在淬冷器边上就随裂解气流出淬冷段，无法到达裂解气中心区域，致使一部分裂解气未得到有效地淬冷，乙炔收率降低。而且随着装置规模的增大，该问题越来越严重。本发明为环隙式结构，淬冷器本体2的内壁与淬冷器内芯3均为锥形，构成一环形通道，且内芯3顶端密封，裂解气只能从该环形通道流过，淬冷剂分别从安装在淬冷器本体2与淬冷器内芯3上的雾化装置喷入，较好地解决了这一问题，提高了乙炔的收率。当装置的处理量增大时，可保持环形通道的宽度不变，通过相应地增大环形的内外径，增大淬冷器的流通面积。这样淬冷剂液滴仍可贯穿裂解气，与裂解气充分地接触，提高淬冷效率，因此本发明的放大效应较小。
Claims (9)
1.一种应用于等离子体裂解煤过程的淬冷系统，其特征在于包括裂解气入口(1)、淬冷器本体(2)、淬冷器内芯(3)、淬冷装置筒体(4)、淬冷器内芯支柱(5)、淬冷器内芯雾化装置(6)、淬冷器本体雾化装置(7)、裂解气出口(8)、本体淬冷剂入口管(9)、内芯淬冷剂入口管(10)、第一淬冷剂通道(11)、第二淬冷剂通道(12)、环隙(13)、支柱内管(15)、空腔(17)；淬冷装置筒体(4)上端设有淬冷器本体(2)，淬冷装置筒体(4)内设有淬冷器内芯支柱(5)，淬冷器内芯支柱(5)内设有环隙(13)，淬冷器内芯支柱(5)下端对称设有两根内芯淬冷剂入口管(10)，并与环隙(13)相通，淬冷器内芯支柱(5)上端设有淬冷器内芯(3)，淬冷器内芯(3)为锥体，淬冷器内芯(3)顶端及锥面上设有淬冷器内芯雾化装置(6)，淬冷器内芯(3)内设有第二淬冷剂通道(12)，并与环隙(13)相通，淬冷器本体(2)包括裂解气入口(1)、淬冷器本体雾化装置(7)、本体淬冷剂入口管(9)、第一淬冷剂通道(11)，淬冷器本体(2)上端设有裂解气入口(1)，淬冷器本体(2)内壁为锥形，并与淬冷器内芯(3)之间形成一环形通道，淬冷器本体(2)内壁设有雾化装置(7)，淬冷器本体(2)内设有第一淬冷剂通道(11)，并与雾化装置(7)相通，淬冷器本体(2)外壁对称设有两根本体淬冷剂入口管(9)，并与第一淬冷剂通道(11)相通。
2.根据权利要求1所述的一种应用于等离子体裂解煤过程的淬冷系统，其特征在于所述的淬冷器本体(2)还包括淬冷气进口管(14)和淬冷气通道(16)，在第一淬冷剂通道(11)外侧设有淬冷气通道(16)，淬冷器本体(2)外壁对称设有两根淬冷气进口管(14)，淬冷气通道(16)与淬冷气进口管(14)相连；所述的空腔(17)与淬冷器内芯雾化装置(6)相通。
3.根据权利要求1所述的一种应用于等离子体裂解煤过程的淬冷系统，其特征在于所述的淬冷器内芯雾化装置(6)、淬冷器本体雾化装置(7)为单介质雾化喷嘴、双介质雾化喷嘴或集成式雾化装置。
4.根据权利要求3所述一种应用于等离子体裂解煤过程的淬冷系统，其特征在于所述的集成式雾化装置包括雾化装置外壁(18)、雾化装置内壁(19)、导气管(20)、环隙(21)、狭缝(22)、收缩段(23)、混合部(24)、扩张孔(25)；导气管(20)一端安装在雾化装置外壁(18)上，并与淬冷气体通道(16)连通，导气管(20)另一端伸入雾化装置内壁(19)的开孔中，并与雾化装置内壁(19)形成环隙(21)、狭缝(22)及混合部(24)，导气管(20)前端具有收缩段(23)，雾化装置内壁(19)前端开有扩张孔(25)，第一淬冷剂通道(11)与环隙(21)相连。
5.根据权利要求3所述的一种应用于等离子体裂解煤过程的淬冷系统，其特征在于所述的喷嘴或集成式雾化装置为一层或多层布置，每层布置2个以上喷嘴或集成式雾化装置喷射孔。
6.根据权利要求1所述的一种应用于等离子体裂解煤过程的淬冷系统，其特征在于所述的淬冷器本体(2)锥形内壁的底角α为30-80度。
7.根据权利要求1所述的一种应用于等离子体裂解煤过程的淬冷系统，其特征在于所述的淬冷器内芯(3)的锥体底角β为30-80度。
8.根据权利要求1所述的一种应用于等离子体裂解煤过程的淬冷系统，其特征在于所述淬冷器内芯雾化装置(6)淬冷剂出口中心轴与淬冷器内芯(3)的锥体夹角γ为40-120度。
9.根据权利要求1所述的一种应用于等离子体裂解煤过程的淬冷系统，其特征在于所述所述淬冷器本体雾化装置(7)淬冷剂出口中心轴与淬冷器本体(2)锥形内壁夹角θ为25-90度。
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