CN1039048A - 供增压反应器用的工艺和装置 - Google Patents

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Abstract

燃烧流体注入物料的工艺用喷嘴具有中心，中间和截头圆锥形导管，其中心和中间导管形成环形通道，该通道具有加大的并形成分配室以阻挡流体高流速层的上游端部，该高流速层可能冲刷在中心。中间和截头圆锥形导管排出端部的加速导管，加速导管从截头圆锥形导管顶点到加速导管圆柱形排出部分形成无锐角的平滑弯曲表面。分配室最好具有在流体输入口下面倾斜安装在环形通道上的混合板，使输送的流体从轴流变为螺旋向下的径流。

Description

本发明涉及一种能够实现将液体供料引入到增压反压器的装置。根据本发明多个特殊方面中的一个方面，方法和装置涉及利用高压部分氧化碳质浆液的方法生产含H2和CO的气体产品，例如生产合成气体、还原气体和气体燃料。
增压部分氧化碳质浆液法的工艺和所用的装置在本领域内是众所周知的。例如参见美国专利U.S.4        113        445，U.S.4        353        712和U.S.4        443        230。在大多数情况下，碳质浆液和含氧气体被送入温度一般在2500°F（1370℃）的反应区。将反应器升高到这样的温度至少可以用两种方法来实现。一种方法是将一种简单的预热喷咀以非气密的方式固定到反应器的喷咀接口上。此预热喷咀将气体燃料（例如甲烷）引入到反应区，以便产生足够的火焰，该火焰在不损害反应器耐火材料的加热速度下将反应器温度加热到2000至2500℃（1090-1370.）。这种加热温度一般是40°F/小时至80°F/小时（22至44℃/小时）。在此预热阶段，反应区保持在大气压或稍低于大气压下。希望低于大气压，因为气压低可使空气通过在预热器和反应器之间的非气密连接处进入到反应器，进入的空气因此可被用来燃烧气体燃料。在达到希望的预热温度后，从反应器上卸下预热喷咀并换上工艺用喷咀。这种替换操作应当尽可能快，因为在替换期间反应区会冷下来。通常会冷到低到1800°F（982℃）的温度。如果反应区的温度仍然在可以接受的温度范围内，则将碳质浆液和含氧气体（含有或不含有温度调节剂）通过工艺用喷咀送入，从而实现浆液的部分氧化。用工艺用喷咀时，必须注意不要使反应区的温度上升过快，因为热冲击可能损害反应器的耐火材料。
如果反应区的温度低于所接受的温度范围，则必须再使用预热器。这样，由于重复进行替换工作，损失了时间，增加了格外的劳动。
将反应区温度提高到所需要的温度范围的两个方法中的另一个方法是使用两用喷咀，这种喷咀既能够作为预热喷咀又能用作工艺用喷咀，例如参见美国专利U.S.4        353        712中公开的喷咀。这种类型的喷咀具有选择性输送和同时输送碳质浆液。含氧气体、气体燃料和/或温度调节剂的导管。当喷咀用来预热反应器时，喷咀按达到完全燃烧的正确比例输送含氧气体和气体燃料。在反应区温度达到要求的范围内以后。气体燃料或者完全用碳质浆液替代，或者与此浆液同时送入。当采用同时送入模式时，一般要减小气体燃料供料，以便使其仅产生部分氧化。在开始将碳质浆液引入反应器时，和在碳质浆液/含氧气体供料工作模式的工艺条件平衡以前维持反应区温度时，一般采用共送入模式。虽然使用两用工艺用喷咀没有预燃喷咀/工艺用喷咀法所具有的加工时间损失和增加额外劳动等问题，但是它也有自身的缺点。使用两用喷咀时，在两种预热条件下（即大气压-完全氧化和高压-部分氧化）保持火焰稳定是困难的，并且会导致降低工艺的可靠性。
在合成气体工业中有些人提议采用预热喷咀和工艺用喷咀的联合法，其中，工艺用喷咀能够提供碳质浆液、含氧气体、气体燃料和/或温度调节剂的选择性同时供料。虽然这种联合法由于要用工艺用喷咀替换预热喷咀还有加工时间的损失和劳力的花费，但是可以利用这种工艺用喷咀具有的选择性的同时供料特点来减少前述的对反应器耐火材料的热冲击。开始时供给氧气和气体燃料，随后逐渐用碳质浆液取代气体燃料，采用这样的方法可使反应区的温度从在预热喷咀卸去以后冷下来的温度回升到要求的温度，采用这种反应区升温的办法便可减小热冲击。由于在低速度下逐渐增加碳质浆液的供料，受到加热和蒸发的浆液液体较少，因此反应器温度的骤降减到最小。另外，在碳质浆液供料的开始期间，继续提供气体燃料导致增加反应器的热量。燃料气体在部分氧化条件下燃烧，所以气体产品很少受到O2的污染。
对于在上述过程中实用的工艺用喷咀来说，它必须能够以一种有效的方式将含氧气体和碳质浆液与气体燃烧两种供料供给反应器。这种有效性要求碳质浆液应当均匀地分散在含氧气体中，变成高度原子化状态，例如最大细滴尺寸小于1000微米。均匀分散和原子化二者都有助于保证正常燃烧，避免在反应区产生局部过热。
因此本发明的目的是提供这样一种工艺用喷咀，这种喷咀能将三种或多种流体供料流选择性地和同时地送入到反应区，同时使均匀分散在含氧气体中的碳质浆液原子化。
本发明涉及一种新的和改进的工艺用的喷咀，以供在一个容器中采用部分氧化碳质浆液法生产合成气、燃料气、或还原气使用，该容器提供一个反应区，此反应区压力通常保持在15至3500磅/英寸2（表压）（0.1至24兆帕（表压））范围内，温度保持在1700至3500°F（925至1925℃）范围内。所说喷咀结构的改进提供了改进的燃烧过程，该燃烧过程包括将碳质浆液和含氧气体引入到改进的工艺用喷咀中，用喷咀注入反应区。
在这个工艺用喷咀中，形成同心并径向分开的气流。形成的气流包括具有第一速度的中心圆柱形含氧气体流、具有第二速度的环形碳质浆液液流和具有第三速度的截头圆锥形含氧气体流。中心圆柱形含氧气体流和环形碳质浆液液流基本上具有共平面的排出端部，而截头圆锥形含氧气体流则在其排出端部会聚到中心圆柱形含氧气体流和环形碳质浆液液流中。中心圆柱形含氧气体流的速度和截头圆锥形含氧气体流的速度大于环形碳质浆液液流的速度。最好是，两种含氧气体流的速度是在75英尺/秒（23米/秒）至约声速的范围内，而碳质浆液液流的速度是在1至50英尺/秒（0.3/至15米/秒）的范围内。气流速度的差别和截头圆锥形含氧气体流会聚到另外两种气体上导致碳质浆液液流被分散。这种分散具有两种作用，即碳质浆液被初次原子化，然后形成由初始原子化的碳质浆液和含氧气体组成的均匀的第一分散相。使第一分散相加速通过加速区进一步使初始原子化的碳质浆液再原子化，便形成第二分散相。加速区从上述气流的下游一点延伸到工艺用喷咀的排出点。加速区的气流横切面积小于各种气流在它们的排出端部的横切面积。包含高度原子化的碳质浆液的第二分散相然后从加速区排入反应区。
由于在邻接加速区上游端部的某点处具有压力P1，该压力P1大于在工艺用喷咀外部的并邻接加速区排出端部某点上测量的压力P2所以能够通过加速区加速第一分散相。压力P1和P2之差最好保持在10至1500磅/英寸2（0.07至10.3兆帕）之间。根据流体动力学定律并假定有恒定的物料通过量，当第一分散相穿过加速区时，它将被加速。另外，第一分散相中的含氧气体部分将比由初始原子化形成的碳质浆液粒子加速得更快。这种速度上的差别致使进一步剪切碳质浆液粒子，从而使这些粒子进一步原子化，加速区的形状最好是圆柱形的，然而也可以采用其它的结构形状。加速区的尺寸是第一分散相在加速区域内停留时间的决定因素，因此其尺寸至少部分是存在进一步原子化的决定因素。因此，能给出所需原子化程度的加速区的结构形状和尺寸也取决于例如压P1和P2之差、碳质浆液粘度、浆质浆液和含氧气体的温度、存在的温度调节剂以及碳质浆液和含氧气体的相对数量等因素。由于有这些变量，所以要以实验为基础来确定加速区域的结构形状和尺寸。将本发明改进的工艺用喷咀固定到容器上，借以使碳质浆液和含氧气体，以及可随意选择的温度调节剂通过此喷咀送进反应区。另外，喷咀还可以将气体燃料（例如甲烷）送进反应区。喷咀能够选择地和同时地处理所有这些气流。
本发明的工艺用喷咀由于结构独特，所以能够将高度原子化形态的碳质浆液（即大量中等细滴尺寸在100至600微米范围内的浆液）提供给反应区。在浆液和气体被引入到反应区时，不仅碳质浆液被高度原子化，而且它还基本上均匀地分散在含氧气体中。由于能提供这样原子化和均匀的分散相，所以在反应区达到改进而高度均匀的燃烧。不能提供这种程度的原子化，或这种程度的碳质浆液和含氧气体分散性的已有技术中的工艺用喷咀可能发生不均匀燃烧、局部过热和产生不需要的付产品，例如碳和CO2。本发明的重要特征是，均匀分散和原子化发生在喷咀的内部。由于分散和原子化基本上在喷咀内部完成，所以可以在碳质浆液于反应区燃烧之前更精确地控制它的原子化程度。试图在反应区内部实现最大限度（如果不是全部的话）原子化的已有技术中的喷咀不太容易控制粒子大小，因为进一步的原子化被迫发生在一个区域内，即反应区内，按原子化标准看这个区域是不受限制的。另外，在反应区内的原子化过程还不得不在时间上同碳质浆液和含氧气体的燃烧竟争。
本发明工艺用喷咀的一个优选特征是它为燃烧气体引入反应区提供了条件，这种引入始有工艺用喷咀的外部。气体燃料流沿一条线从工艺用喷咀喷出进入反应区，这条线与加速区的下游延伸纵轴相交。沿这条线喷出所得到的好处中的一个好处是气体燃料火焰与喷咀面保持一段距离。如果燃料气体火焰靠近喷咀面，则可能烧坏喷咀。当含氧气体的氧含量高时，比如50%，则最不希望从工艺用喷咀内部导入燃料气体，因为在高氧气氛中大多数气体燃料的火焰传播极快。因此，经常会发生这种危险，即火焰可能会蔓延到喷咀中，从而导致严重损坏喷咀。
为了实现碳质浆液均匀分散到含氧气体中，本发明的一个实施例提供了一种具有特点的工艺用喷咀，该喷咀具有一种产生截头圆锥形处在第一速度下含氧气体气流的结构，其它的喷咀结构提供形状为圆柱形的、处于第二速度下的碳质浆液液流。圆柱形的液流这样配置，使它与含氧气体的截头圆锥形气流的内表面相交。交角最好在15°至75°的范围内。截头圆锥形气流的速度最好从75英尺/秒（23米/秒）到声速，并且应当大于速度处于1至50英尺/秒（15米/秒）范围内的碳质浆液液流的最佳速度。
由于圆柱形碳质浆液液流与截头圆锥形含氧气体气流相交和由于两种气流速度的差别，所以利用本发明的工艺用喷咀可以达到基本上均匀的分散。人们认为，截头圆锥形气流剪切圆柱形浆液液流，并至少使其一部分原子化，但是本发明的工艺用喷咀并不局限于这种理论。
在本发明的另一个实施例中，工艺用喷咀具有提供中心圆柱形含氧气体气流、环形碳质浆液液流和截头圆锥形含氧气体气流的结构。这些气流彼此同心并相互径向分开，使中心气体气流处在环形碳质浆液液流的里面，使环形碳质浆液液流与截头圆锥形含氧气体气流成在15°至75°的范围内一定角度相交。含氧气体气流的速度在75英尺/秒（23米/秒）至声速的范围内，它们大于浆液液流速度，浆液液流的最小速度为1英尺/秒（0.3米/秒）。利用这样配置的气流和它们速度的差别可以达到使碳质浆液基本上均匀地分散在含氧气体中。截头圆锥形和中心圆柱形含氧气体气流都对环形浆液液流进行剪切，从而实现浆液液流的分散和初始原子化。在分散和初始原子化后，浆液和气体的分散相穿过加速区。和前述第一个实施例的情况一样，加速区由一个下游的空心圆柱形导管提供，该导管具有一个纵向截面，在此截面中内腔壁以平滑的曲线会聚到截头圆锥形导管的顶点。对于本实施例，空心圆柱形导管的截面积小于环形碳质浆液液流，中心圆柱形和截头圆锥形含氧气体气流总的截面积。这个空心圆柱形导管的操作及确定尺寸的标准和上述第一个工艺用喷咀实施例的空心圆柱形导管的相同。
本发明工艺用喷咀的又一个优选实施例提供一个环形通道，该通道具有加大的上部分以使液流，特别是使碳质浆液液流均衡，从而防止由高液体流速区域引起的过分磨损。本发明中提供一个由在中心和中间导管之间的环形空间形成的环形通道，该道具有加长的上部和下部。而且其上部的环形横截面积大于下部的环形横截面积。环形通道的上端部除液体供料入口外是封闭的，因为中心导管穿过中间导管，所以液体供料入口偏离纵轴。因为有这种偏离，所以在环形通道，或截头圆锥形通道，或加速导管中可能存在这样的部位，在这些部位可能碰到高液体流速区域，从而过分磨损。为了克服这些过分的磨损，在环形通道加大的上部中形成一个分配室，分配室包括一块缓冲板或混合板，该板紧靠液体供料入口并配置在其下面，以便基本上将全部进入的液体供料从轴流转变为基本上绕环形空间的径流。这种径流为液流的均衡提供了时间，而且还减小了通过环形通道较下部和通过本发明工艺用喷咀的其它下游部件时所产生的磨损。
本发明的最佳的工艺用喷咀具有平滑会聚加速导管壁和分配室，该分配室包含混合板或缓冲板。这种工艺用喷咀象第一个工艺用喷咀实施例一样，为将气体燃料送入反应区，使其在反应区内分散到碳质浆液/含氧气体分散相中提供了保证。这种气体燃料分散作用在工艺用喷咀的外部进行。
非催化局部氧化法在反应区中生产原料气体流，反应区由耐火材料衬里的容器形成，本发明的工艺用喷咀对这种方法特别有用。这种工艺用喷咀可以暂时地或者永久性地安装在容器的喷咀安装口上。当预热喷咀永久地安装在容器上时，可以采用永久性的安装。在这种情况下，为达到起始的反应区温度，将预热喷咀打开，然后再关掉。在预热喷咀关掉以后，再操作本发明的工艺用喷咀。在初始的加热之后卸下预热喷咀并具用工艺用喷咀替换的情况下，采用暂时性的安装。
如前所述，为了采用部分氧化碳质浆液的方法生产合成气、燃料气或还原气，一般在这样的反应区中进行，该反压区的温度在1700至3500°F（925至1925℃）范围内，压力在15至3500磅/英寸2（表压）（0.1至24兆帕（表压））范围内。典型的部分氧化气体发生容器在美国专利NO.2 2 809 104中被描述了。生产的气流中绝大部分是氢和一氧化碳、还可能包含一种气体或多种下列气体：CO2、H2O、N2、Ar、CH4、H2S和COS。依赖所使用的燃料和操作条件，原料气流中还可能包含夹带物，如细粒碳黑、余料或熔渣。由部分氧化法产生的并且没有夹带在原料气流中的熔渣将被导向容器的底部，从该处它将被不断地除去。
此处所用“碳质浆液”这一词是指固体碳质燃料的浆液，这种浆液可以用泵抽，其中的固体含量一般在40至80%的范围内，而且它可以通过下面要说明的本发明的工艺用喷咀的导管。这些浆液一般由液体载体和固体碳质燃料组成。液体载体可以是水或液体烃类物质，也可以是它们的混合物。水是最好的载体。可以用作载体的液体烃类物质例举如：液化石油气、石油馏出物和渣油、汽油、轻油、煤油、原油、柏油、粗柴油、残油焦油、沙油、页岩油、从煤中提出的油、煤焦油、从液体催化裂化操作中得到的催化裂化粗柴油、焦碳或粗柴油的糠醛抽提物、甲醇、乙醇、其它的醇、羰基合成和烃氧基合成中付产的含氧液体碳氢化合物和它们的混合物，以及芳香烃，如苯、甲苯和二甲苯。另外一种液体载体是液体二氧化碳。为了保证二氧化碳成液态，根据压力大小应当在-67°F至100°F（-55℃至38℃）温度范围内引入到工艺用喷咀中。据报告，在使用液体CO2时，使液体浆液包含40至70%重量的固体碳质燃料是最有利的。
固体碳质燃料一般包括煤、用煤焦化得到的焦碳、用煤得到的碳、煤液化残渣、石油焦、从油页岩得到固体颗粒碳黑、焦油沙和焦油沥青。所用煤的种类一般不重要，无烟煤、沥青煤、次烟煤和褐煤都可以用。其它固体碳质燃料可举例如下：碎垃圾、脱水的生活污水、半固体的有机物质，例如柏油、橡胶以及包括橡胶车胎在内的似橡胶物质。如前所述，用在本发明工艺用喷咀中的碳质浆液是能够用泵抽的并可以通过被指定的工艺用喷咀的导管。总之，浆液中的固体碳质燃料组分应当研磨细，使所有的物料基本上通过ASTME        11-70C筛名标准140mm号筛（可替代的筛号14），并至少80%通过ASTME11-70C筛名标准425mm筛（可替代的筛号40）。采用含水量在0至40重量%的固体碳质燃料来测量过筛情况。
用在本发明工艺用喷咀中的含氧气体是空气或富氧空气，即含氧量大于20摩尔%的空气，和纯氧。
如上所述，所说的工艺用喷咀可以利用温度调节剂。这些温度调节剂经常掺和在碳质浆液液流中和/或掺和在含氧气体气流中以混合物形式使用。合适的温度调节剂的例子是水、蒸汽、CO2、N2和由本文说明的部分氧化法生产的气体中部分再循环气体。
从所述工艺用喷咀的外部排出的气体燃料包括例如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、合成气体、氢和天然气等气体。
从下面结合附图进行的本发明最佳实施例的说明可以更清楚本发明的工艺用喷咀的高分散作用特征和高原子化特征，以及其它一些有助于使工艺用喷咀的使用令人满意和制作简易经济的特征，附图中相同的编号属于同一部件，这些附图是：
图1是垂直截面视图，示出本发明的工艺用喷咀;
图2是经过图1中的切断线2-2切取的横截面视图;
图3是环形通道的分配室的局部截面视图;
图4是经过图3中的切断线切取的分配室的截面视图;
图5是图3所示分配室的仰视图。
现在参照图1和图2，从中可以看到本发明的工艺用喷咀，总的用编号10表示。在下游端部向下穿过在部分氧化合成气体反应器上特别制作的一个入口，将工艺用喷咀10装上。工艺用喷咀10的位置是在反应器的顶端还是在其侧面取决于反应器的外形结构。工艺用喷咀10可以永久性地，也可以暂时地按照上述方式安装在反应器上，取决于是工艺用喷咀是用作为永久性安装的预热喷咀，还是工艺用喷咀被用作为预燃喷咀的替换物。利用环形法兰48可以实现工艺用喷咀的安装。
工艺用喷咀10具有在中心配置的管22，该管在其上端部由板21封闭，在其下端部具有会聚的截头圆锥形壁26。在截头圆锥形壁26的顶点是与加速区域33流体相通的开口35。加速区域33的下端部结束于开口30。对于附图所示的实施例，加速区域33是一个空心圆柱形区域，该区域的侧壁从截头圆锥形的顶点平滑弯曲到正圆柱形部分。
碳质浆液输送管14穿过板21上的孔并与其构成气密关系。碳质浆液输送管14的最下端连接到环形板17上的入口，该环形板封闭分配室16的上端部。分配室16具有会聚的截头圆锥形下部壁19。向下垂悬的管28位于截头圆锥形壁19的顶点，它形成环形浆液导管25。管28的内径显著小于分配室16在其最大区域的内径。已经发现，由于利用分配室16，从导管25底部的开口流出的碳质浆液流速在整个环形区域上基本上是均匀的。这样确定分配室16的内径和管28的内径，使得碳质浆液在流过由管28的内壁和管23的外壁所形成的环形导管25时所经受的压力降远大于在浆液中穿过分配室16的任何环形水平横切面内部所测量的最高和最低压力之间的差。分配室16还带有倾斜配置在浆液输送管14的流体进入口14a下面的混合板16a。混合板16a可以处在这样的角度，该角度在分配室16中将大量的输送浆液轴流转变成大体上为径流。如果不维持此压力和这种流动状态，则已经发现，从环形导管25出来的液流将是不均匀的环形流，当碳质浆液同下面要说明的截头圆锥形含氧气流接触时，这将导致分散效率的损失。
环形导管25内径和外径之差至少部分依赖于在浆液中存在的碳质物料的细度。为了防止在所用浆液中特殊粒度的碳质物料的堵塞，环形导管25的直径差别应当充分大。在很多应用中，环形导管25的内径和外径幸应当处于0.1至1.0英寸（2.54至25.4mm）的范围内。
管23与分配室16的纵轴和向下垂悬的管28的纵轴都共轴，它沿其长度基本上具有均匀的直径。管23提供出通过含氧气体用导管27，其上游端部和下游端部均是开着的，而且下游的开口大体上与管28下游端的开口共平面。
含氧气体通过输送管道24被输送到工艺用喷咀10。一部分含氧气体进入管23的端部开口并穿过导管27。其余的含氧气体流过由管22的内壁和管28的外壁所形成的环形导管31。已经发现，为了使输送的浆液减小，避免冲刷加速导管35，应使70至95重量量%的含氧气体通过导管31。实现这一点的一种方法是正确规定导管的尺寸。实现这一点的另一种方法是在流体入口处将一块限流环形部件23a放到导管23上。穿过导管31的气体将被加速，因为气体通过由截头圆锥形表面26和截头圆锥形表面20形成的截头圆锥形导管时将受到力的作用。截头圆锥表面20和26之间的距离可以这样选择，使得能般得到有效分散从碳质浆液导管25流出的碳质浆液所要求的含氧气体速度。例如，已经发现，当含氧气体在200英尺/秒（60米/秒）的计算速度下通过导管27，碳质浆液以8英尺/秒（2.5米/秒）的速度通过环形导管25，环形导管25的内外径之差为0.3英寸（7.62毫米）时，含氧气体果然以计算的200英尺/秒（60米/秒）的速度穿过截头圆锥形导管。一般讲，对于上述和下面要讨论的流速来说，两个截头圆锥形表面之间的距离在0.05至0.95英寸（1.27至24.13毫米）的范围内。已经发现对于这些流速和相对速度来说，加速区域33的高度和直径分别应是7英寸（178毫米）和1.4英寸（35.6毫米）。
截头圆锥形表面26沿一个在15°至75°范围内的角度会聚到管28的延长的纵轴上。如果角度太小，比如说10°，则含氧气体由冲击表面而耗去它的大部分能量，然而如果角度太大，则达到的剪切作用又减小了。
管状水套32相对于管22同心配置。水套32在其最上端部由环形板58封闭。环形板42在水套32的最下端部，它向内延伸，但它提供一条环形水通道43。三根气体燃料导管36、40和41配置在位于管22的外壁和水套32的内壁之间的环形空间39中。气体燃料导管36、40和41分别由管36a、40a和41a提供。从图1可见，管36a和40a穿过法兰42上的孔。虽然在图1上未示出，但管41a同样也穿过法兰42上的孔。气体燃料分别利用输送管道52和50被送入管40a和36a，管41a的输送管道图上未示出但也同其它管用的输送管道一样。
从图1还可以看到，气体燃料导管40和36（对于气体燃料导管41也一样）与管28的延伸的纵轴形成角度。这些导管也是等角的，并围绕此纵轴等距离的径向间隔开。因为这种形成角度并间隔开的配置方法可以将气体燃料均匀地引导到通过开口30以后的碳质浆液/含氧气体分散相中，所以这种配置方法是有好处的。应这样选择气体燃料导管形成的角度，使得气体燃料在离喷咀面足够远的地方被引入，但也不能远到妨碍气体燃料快速掺入到或分散到碳质浆液/含氧气体气流中。一般讲，从图1看到的角度a1和a2应在30°至70°的范围内。
喷咀壳体44与水套32的外壁同心装配并离开该外壁径向外移一定距离。喷咀壳体径向外移的空间形成环形水导管45。排水管56位于喷咀壳体44的上端部，如图1中所见，流进进水管54的水流到水通道43并通过它，然后流过环形水导管45，从排水管56流出。利用这种水流可以使工艺用喷咀10保持在所希望的和基本上恒定的温度下。
喷咀壳体44的上端部同环形法兰60按水密性方式封闭。喷咀壳体44在其最下端部由喷咀面46终止。
本发明工艺用喷咀其中加速导管由以碳化钨、碳化硅和碳化硼所组成的一组材料中选择的一种材料构成。
在操作时，在反应区完成其预热阶段，即使反应区温度升到在1500至2500°F（815至1370℃）范围内，将工艺用喷咀10装上。仔细调整供料物流和通过工艺用喷咀10引入反应区的选择性温度调节剂的相对比例，使得在碳质浆液和气体燃料中的碳大部分转化为气体产品的所需成分CO和H2，并保持适当的反应区温度。
供入的物流在离开工艺用喷咀10以后，在反应器中的停留时间是1至10秒。
含氧气体以一定的温度被输送到工艺用喷咀10中，该温度取决于气体中氧的含量。对于空气，温度是从室温到1200°F（650℃），而对于纯氧，温度是从室温到800°F（425℃）。含氧气体是在30至3500磅/英寸2（表压）（206.8帕至24兆帕）（表压））之间的压力下送入。碳质浆液是在从室温至液体载体的饱和温度之间的温度下，在30至3500磅/英寸2（表压）（0.2至24兆帕（表压））之间的压力下送入。用来使反应区保持在希望的温度范围内的气体燃料，最好是甲醇，并在从室温至1200°F（650℃）之间温度下，在30至3500磅/英寸2（表压）（0.2至24兆帕（表压））之间压力下送入。碳质浆液、气体燃料和含氧气体在量上要定量送入，以便使游离氧和碳的重量比处于0.9至2.27的范围内。
碳质浆液通过送料管14在0.1至20英尺/秒
（0.03至6米/秒）之间优选流速下送到分配室16内部。由于碳质浆液导管25的直径较小，因此碳质浆液的速度将提高到1至50英尺/秒（0.3至15米/秒）范围内。
含氧气体通过送料管道24送入，然后分成两路，一路穿过气体导管27，另一路在导管29中形成截头圆锥形气流。含氧气体流的速度可以不同，例如，穿过气体导管27的速度可以是200英尺/秒（6米/秒），而穿过截头圆锥形导管29的速度可以是300英尺/秒（90米/秒）。如前所述，环形碳质流从碳质浆液导管25射出，并与含氧气体的截头圆锥形气体正好在管23和28的最下端部分的下面相交。由截头圆锥形含氧气流结合从导管27出来的中心传输的含氧气流对环形碳质浆液流所产生的总的剪切作用导致使碳质浆液基本上均匀分散到含氧气体中。
由此产生的分散相然后穿过加速区33，加速区的尺寸大小和形状结构使得含氧气体被加速到足够的速度，从而进一步将碳质浆液原子化到中间细滴尺寸在100至600微米的大量雾滴。
当喷咀10开始工作时，燃料气体送入速度远比碳质浆液的送入速度大。然而随着增加碳质浆液供料的增加，气体燃料的送入速度减小。这种同时发生的缓慢转变，从输入气体燃料缓慢转变到输入碳质浆液将继续到完全停止输入气体燃料为止。如果反应区失常并需要减少碳质浆液的供料，则应当使气体燃料的供料量恢复到足以保持反应区处于所需温度范围内的程度。
图3至图5进一步说明了混合板16a。如图所示，混合板16a从环形板17以45°角向下延伸。它最好围绕导管23延伸成90°转角，但是这个角度可从75°改变到115°。为了保证达到浆液的径流，可以装上阻挡板16b以防止浆液躲开混合板16a。

Claims (12)

1、一种工艺用喷咀包括：
a)中心导管，该中心导管形成圆柱形的通道，该通道具有一个开口排料端，而且除了其排料端上游有一个流体输入口外，其上游端部是封闭的，
b)中间导管，该中间导管与上述中心导管共轴并且至少围绕上述中心导管部分长度限定，以便确定与中心通道同心的环形通道，该环形通道具有一个开口排料端和一个上游端，此上游端除了流体输入口外是封闭的，环形通道的排料端和中心通道的排料端基本上处于同一平面，
c)截头圆锥形导管，该导管与上述中间导管共轴并且至少围绕上述中间导管部分长波限定，以便确定截头圆锥形通道，该截头圆锥通道与中心通道的流体相通并且朝着中心通道和环形通道排料端下游的一点会聚，
d)加速导管确定共轴的加速通道，该加速通道与中心、中间和截头圆锥形通道共轴，与这些通道流体相通，它位于这些通道的下游并连接到截头圆锥形通道的顶点，加速通道的流体横截面积小于中心，中间和截头圆锥形导管在其排料端的总的流体横截面积，
特征是，使用时，70-95重量%的流到中心和截头圆锥形通道的流体通过上述截头圆锥形通道。
2、如权利要求1所述的工艺用喷咀，其特征在于，上述加速导管具有以光滑的曲线会聚到圆柱形腔的纵向截面。
3、如权利要求1或2所述的工艺用喷咀，其特征在于，上述加速导管由从碳化钨、碳化硅和碳化硼中选择一种材料构成。
4、如权利要求2或3所述的工艺用喷咀，其特征在于，上述加速导管的光滑曲线与上述截头圆锥形的排料端成切线接触。
5、如上述任一权利要求所述的工艺用喷咀，其特征在于，上述环形通道的上游端横截面积充分大于上述环形通道的排料端横截面积，从而形成分配室，借以平衡送入流体的压力，所述送入的流体进入上述环形通道相对较小的下游端，其中没有流体高流速区域，上述分配室包括一块混合板，该板与流体输入口相邻并在其下面，该板与进入的流体成一角度，使上述送入的流体从一般的轴流变为基本上是经流，借以阻挡流体的高流速区。
6、如权利要求5所述的工艺用喷咀，其特征在于，上述混合板与环形通道的纵轴成45°角。
7、如权利要求5或6所述的工艺用喷咀，其特征在于，上述混合板位于上述中心导管和上述中间导管之间，处于上述环形通道中，向下延伸90°转角。
8、如上述任一权利要求所述的工艺用喷咀，其特征在于，包括至少一个气体导管，该导管与位于该工艺用喷咀排料端面上出口的流体相通。
9、用上述任一权利要求所述的工艺用喷咀，通过在装有上述喷咀的容器中的部分氧化碳质浆液生产包括氢和一氧化碳气体的方法，通过上述喷咀的环形通道提供上述浆液并且通过该喷咀的中心和截头圆锥形通道提供含氧气体。
10、如权利要求6所述的工艺用喷咀，其中所述的混合板位于上述中心导管和上述中间导管之间，处于上述环形通道中，向下延伸90°转角。
11、如权利要求1所述述工艺用喷咀，其中所述加速导管的光滑曲线与上述截头圆锥形的排料端成切线接触。
12、一种工艺用喷咀，它包括：
a        同心并径向间隔开的中心导管和中间导管，其中：
ⅰ）中心导管形成圆柱形的通道，该通道具有一个开口排料端，除开在其排料端上游有一个流体输入口外，其上游端是封闭的;
ⅱ）中间导管和第一导管确定与中心通道同心的环形通道，该环形通道具有一个开口排料端，上游端除开流体输入口外是封闭的，环形通道上游端横截面积充分大于上述排料端横截面积，从而形成分配室，借以平衡送入流体的压力，所说送入的流体进入上述环形通道相对较小的下游端，其中没有流体高流速区域，上述分配室包括一块混合板，该板与流体输入口相邻接并在其下面，该板与进入的流体成一角度，使上述送入的流体从一般的轴流变为基本上是径流，借以阻挡流体的高流速区域，环形通道的排料端和中心通道的排料端基本上处于同一平面;
b        截头圆锥形导管确定截头圆锥形通道，该截头圆锥形通道与环形通道共轴并从环形通道径向外移，它与中心导管流体相通，其尺寸使得70-95重量%的送入流体流过截头圆锥形通道，截头圆锥形通道朝着中心通道和环形通道排料端下游的一点会聚。
c        加速导管确定共轴的加速通道，该加速通道与中心、中间和截头圆锥形通道共轴，与这些通道流体相通，它位于这些通道的下游并连接到截头圆锥形通道的顶点，加速通道的气流横截面积小于中心、中间和截头圆锥形导管在其排料端的总的气流横切面积，上述加速导管的纵向截面以光滑的曲线会聚到圆柱形的腔，从而避免过分的损耗速率。
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Patentee after: Dallas USA

Patentee before: The Dow Chemical Co.

Patentee before: Michigan

C15 Extension of patent right duration from 15 to 20 years for appl. with date before 31.12.1992 and still valid on 11.12.2001 (patent law change 1993)
OR01 Other related matters
C17 Cessation of patent right
CX01 Expiry of patent term