CN1101113A - 部分氧化方法和带有多孔喷嘴的燃烧器 - Google Patents

Abstract

一种部分氧化方法和新型燃烧器用来同时地引 入两股或三股单独的进料液流到一种自流的部分氧 化气体发生器中以制造合成气体的气体燃料，或还原 气体。反应剂进料流包括液态碳氢质燃料，或可泵送 的固体碳质燃料的浆料，和含游离氧的气体例如空气 或氧气。燃烧器包含中心导管和一组隔开的同中心 轴线的导管，彼此间形成向下延伸的环形通道。本发 明可防止燃烧器喷嘴开裂，可延长燃烧器工作寿命， 并防止灰尘在燃烧器端面沉积。

Description

本发明涉及通过将气态碳氢化合物、液态碳氢质燃料或处于液态载体中的可泵送的固体碳质燃料之浆料部分地氧化的方法来制造含有H₂和CO的气体混合物例如合成气体、气体燃料和还原气体的改进的工艺方法和燃烧器。

已经应用过多种环形燃烧器，将进料液流引入到一种部分氧化气体发生器中。例如，美国专利No.3528930公开过一种单环筒形燃烧器，美国专利No.3758037和3847564公开过双环筒形燃烧器，而美国专利No.4443230和4525175则公开过三环筒形燃烧器。通过采用流逸气体的热传导来冷却燃烧器之表面则是美国专利No.4775314的主题。

使用一种燃烧器同时地将各种进给液流引入到一种部分氧化气体发生器（这里，又称为气化器）中，与燃烧器外表面接触的循环气体，其温度可达大约1700°F-3500°F。燃烧器通常要采用通入冷却液的冷却通道来进行冷却才能经受上述的高温。一种类型的冷却通道是围绕燃烧器之外径沿其长度缠绕的盘管。一种环形的冷却室提供对燃烧器端面的补充冷却。由于在合成气体发生器中热腐蚀环境的作用，在燃烧器喷嘴的金属中产生热应力开裂。而且，在燃烧器之端面易沉积灰尘。本发明的改进的燃烧器的设计克服了上述的和其他的问题。

本发明提供一种改进的部分氧化工艺和下吸式燃烧器，用来将两股或三股独立的反应剂进料流同时引入到自流的部分氧化气体发生器中，以制造合成气体、气体燃料或还原气体。上述的独立的进料液流，对于三流路燃烧器来说包括下述的（1）、（2）和（3），而对于两流路燃烧器则包括（2）和（3），其中（1）是含有与降温剂（如H₂O）随意混合的含游离氧的气体，或与降温剂（如：H₂O）随意混合的碳氢化合物气体或循环气体产物这一部分的气态物质流，（2）是与降温剂随意混合的液态碳氢质燃料流，或处于液相（如：冷却水）中的可泵送的固定燃料浆流，（3）是与降温剂气体（如：蒸汽）混合的含游离氧的气体流。

本发明按照权利要求1提供一种燃烧器。

燃烧器的实施例可包含一个中心导管和若干隔开的同中心轴线的导管，在这些导管之间形成向下流动的环形通道，其特征在于，上述的导管和环形通道的上游端是封闭的，而其下游端是敞开的;入口装置与每个导管的上端连接，用来通过反应剂进料液流或冷却液;一个同中心轴线的喷嘴与各通道之下游端连接;一个多孔的陶瓷或多孔金属的冷却装置与上述燃烧器之下游端连接，其形状是薄壁的平圆盘形或者帽罩形;冷却液供给装置与上述多孔冷却装置连通;其中，上述多孔冷却装置包含一个整体的具有均匀成分、均匀型厚和均匀孔隙率的多孔刚性部件，包括多孔内表面和外表面以及一个带有各种互相连接的孔的多孔心部;因此上述的通过上述多孔喷嘴冷却装置的冷却液的流速是可控制的，上述的喷嘴冷却装置具有一个中央孔，用来自由通过上述反应剂进给液流到反应区中去;因此，上述的冷却液在压力下通过上述多孔冷却装置的孔，并且汽化，从而冷却上述燃烧器喷嘴。

液态碳氢质燃料或固体碳质燃料之浆料与含游离氧的气体的内部混合和雾化主要发生在反应区。但是，在一个实施例中，中心导管和/或第二导管的端部是从燃烧器之端面向上游回缩的，所以，上述的混合有一部分可能发生在外导管出口孔处或外导管出口孔之前。在此情况下，在燃烧器之整个出口处就保持着燃料与含游离氧气体（与降温剂随意混合的）的混合物的高的体效应速度。采用本发明燃烧器，最好存在着含游离氧的气体的高速流，以便与燃料流混合和雾化。含游离氧的气体的流速的可保持在或接近于一个最佳值，以便分散液态碳氢质燃料或固态碳质燃料之浆料，并且保持反应剂流动模式的轴向对称。通过水的汽化可防止灰尘在燃烧器之端面沉积，可防止燃烧器喷嘴的应力开裂，延长燃烧器工作寿命。

本发明的另一个实施例涉及如下的改进的部分氧化工艺：在一种通过将进料液流部分氧化的方法制造含有H₂、CO、CO₂和在H₂O、N₂、A、CH₄、H₂S和COS中的至少一种物质的混合气体的连续工艺中，所述的进料液流包括一种处于液态载体中的可泵送的固体碳质燃料之浆料，或一种与降温剂随意混合的液态碳氢质燃料，和一种与降温剂随意混合的含游离氧的气体进给流;上述的部分氧化发生在自流气体发生器的反应区，其自燃温度大约为927℃-1927℃（1700°F-3500°F），其压力范围大约为1-302巴（1-300大气压），其中的改进在于（1）将含有处于液态载体中的固体碳质燃料或一种与降温剂（温度约为260℃（500°F）左右，速度约为0.3-15m/s（1-50英尺/秒）随意混合的液态碳氢质燃料的第一反应剂进给液流通过燃烧器的第一环形通道，其中，上述的燃烧器包含：一个圆筒形中心导管，其中心轴线与燃烧器的中心轴线重合;一个无阻碍的收敛出口喷嘴，在中心导管的下游端发展成一个直圆筒部分，在其下游端有一个圆形出口孔;与上述中心导管的上端连接并将它封闭的封闭装置;与上述中心导管的上端连通的进给装置，用来引入速度约为20英尺/秒至声速的气态进料流，该进料流含有与降温剂（如H₂O）随意混合的含游离氧的气体，或一种与降温剂（如H₂O）随意混合的碳氢化合物气体或循环气体产物之一部分;一个第二导管与上述中心导管沿其长度同中心轴线，一个收敛的出口喷嘴在上述第二导管之下游端发展成一个带有圆形出口孔的直圆筒部分;用来径向地隔开上述中心导管和第二导管并在它们间形成第一环形通道的装置，所述环形通道在靠近下游端处发展成一个垂直的环形通道;封闭装置与上述第二导管和第一环形通道在它们的上游端连接并封闭它们，上述的中心导管通过上述第二导管的上游封闭端并与它们形成气密密封;入口装置与第二导管之上游端连通，用来引入上述第一反应剂进料流;一个外导管沿其长度与上述第二导管同中心轴线，径向地隔开上述第二导管和外导管并在它们间形成一条第二环形通道的装置，所以环形通道向着下游端发展成一个收敛的截头锥体部分;封闭装置与上述第二环形通道和外导管在它们的上游端连接并封闭它们，上述的第二导管通过外导管的封闭上游端并与它形成一气密密封，和入口装置与上述外导管的上游端连通，用来引入一种与降温剂随意混合的含游离氧的气体进给流到上述第二通道中，其流速为大约6m/s（20英尺/秒）至声速;独立的进料导管从外部与上述各入口装置连接;在每根上述进料导管上有流速控制装置，用来分别地控制通过上述进料导管的进料流速;带法兰的装置与上述外导管的外表面连接，用来在上述燃烧器之下游端向下通过气体发生器的顶部孔口时沿气体发生器的中心轴线对准上述燃烧器的纵向中心轴线;一个多孔陶瓷或多孔金属冷却装置与上述燃烧器的喷嘴连接;冷却液供给与排放装置与上述多孔冷却装置连通;其特征在于，上述多孔冷却装置包含一个具有均匀成分、均匀壁厚和孔隙率的多孔刚性部件，包括多孔内表面和外表面，以及一个带有各种互相连接孔的多孔心部;其中，通过上述多孔喷嘴冷却装置的上述冷却液的流速是可控制的，上述多孔喷嘴冷却装置含有一个中央孔，使上述进料液流自由流动到反应区内;至少有一部分上述冷却液在压力下通过上述多孔冷却装置的孔并且汽化，所述压力大约为0.07-42巴（1-600磅/英寸），例如1.4-14.8巴（20-200磅/英寸²），该压力大于上述气化器的压力;其特征还在于上述中心导管和第二导管的端部可以从外导管出口孔向上游收缩，或者可以端接到垂直于燃烧器之纵向轴线的带有外导管出口孔的同一平面上;其特征还在于，一股带有气态心部的圆柱形浆料流流过燃烧器之前部，并受到与降温剂随意混合的含游离氧的气体的高速流的冲击，所以冲击发生在燃烧器喷嘴、喷嘴之前或喷嘴之下游，使进给浆料与含游离氧的气体充分混合并雾化。

为了较详细说明本发明，参考附图所示实施例，附图中，

图1是一个三流路燃烧器的最佳实施例的通过其上游端和下游端的纵剖面图，示出了与燃烧器的下游端连接的多孔金属帽罩形冷却装置。

本发明涉及一种用在非催化型部分氧化工艺中的新型燃烧器，用来制取合成气体、燃烧气体或还原气体。燃烧器最好用一种反应剂燃料流，该燃料流包含一种液态碳氢质燃料或一种处于液态载体中的固体碳质燃料的可泵送的浆料，采用这种燃烧器，一种与降温剂混合或不与降温剂混合的含游离氧的气体的反应剂进料流与反应剂燃料流混合，并与降温剂随意混合。雾化和混合发生在下游普通部分氧化气体发生器的反应区内。

在非催化的带耐火衬的自由流动的部分氧化气体发生器的反应区中产生一种热原气流，其温度达大约927℃-1927℃（1700°F-3500°F），压力大约为1-304巴（1-300大气压）例如约5.1-253巴（5-250大气压），最好大约10.1-101巴（10-100大气压）。在美国专利No.2809104公开过一种普通的部分氧化气体发生器。从气体发生器排出的原气流中含有H₂和CO，也含有下列物质中的一种或几种CO₂、H₂O、N₂、A、CH₄、H₂S和COS。根据燃料情况和操作条件，可能与原气流一起夹带着一些物质如积炭粒、细灰或渣子。

燃烧器包含：一个圆筒形中心导管，其纵向中心轴线与气化器的纵向中心轴线重合，它有一收敛的喷嘴，在下游端发展成一个垂直的较小直径的圆筒部分，根据不同实施例，或者1、2圆筒形导管或3圆筒形导管被径向地隔开，并沿其长度与中心导管呈同一中心轴线，一个无阻碍的收敛出口喷嘴置于最外导管的下游端，通过该喷嘴排出进料液流。第二导管内表面和收敛部分以及中心导管的内表面和外表面在接近它们的下游端处发展成直圆筒形部分。用一般的隔片将导管彼此径向隔开，并在它们之间形成可以是第一无阻碍环形通道，或者第一和第二无阻碍环形通道，或者第一至第五无阻碍环形通道，这要根据具体实施例的情况而定。例如，可以用对准销、凸棱、对心片、垫片或其他的一般方法彼此相对对称地隔开各导管，并使它们保持稳定对准位置，以大大减少对自由流动进给流的阻碍。

靠近第一环形通道的下游端是一个收敛的环形截头圆锥体部分，该部分发展成一直立圆柱环形部分。靠近第二和外环形排出通道之下游端是收敛的环形截头锥体部分。上述导管和环形通道在其上游端是用普通方法封闭的，是不漏气的，例如可用法兰、板件或螺旋盖的方法来密封。在一个三流路燃烧器的最佳实施例中，一个带法兰的入口与各导管之上游端连通，以引入如下的进给液流;（1）中心导管-引入一种含有与降温剂如H₂O随意混合的含游离氧的气体的气态物质，或含有一种与降温剂例如H₂O随意混合的碳氢化合物气体或循环气体产物之一部分的气态物质;（2）第二导管-引入与降温剂如H₂O、CO₂随意混合的液态碳氢质燃料，或一种固体碳质燃料的含水浆料;和（3）外导管-引入一种与降温气体如H₂O随意混合的含有游离氧的气体的高速流。在另一实施例中，燃烧器的两股进给流包含（1）与降温气流例如H₂O、N₂随意混合的或不混合的含游离氧的气体流过中心导管;和一种与降温剂例如蒸汽随意混合的液态碳氢质燃料或一种固体碳质燃料的含水浆料流过外环形通道。

第二环形通道和外环形通道在靠近下游端向纵向中心轴线收敛，其收敛角大约为15°-60°例如大约20°-40°。

对于图1所示实施例，其中心导管、第二导管和/或外导管的排出孔口的内径沿水平方向依次一个比一个大。中心导管的排出口、第二导管的排出口和外导管的排出口可能位于燃烧器喷嘴的同一水平面上，或者从外导管的水平圆形出口孔向上游回缩，该出口孔在燃烧器喷嘴处（即下游终端）。

因此，中心导管，第二导管的端部可能具有相对于外导管端部的O垂直回缩，或者它们可能逐渐地或非逐渐地向上游回缩。

在这个具有中心导管和第二导管回缩的实施例中，在外导管出口孔或刚好在出口孔前已发生少量的混合，而且，在燃烧器的整个出口孔上保持着固体碳质燃料之浆料和与降温剂随意混合的含游离氧之气体的混合物的高体效应速度。

通过本发明燃烧器的中心导管和外环形通道的气态流（与降温剂混合或不混合）的流速大约为6m/s（20英尺/秒）至声速，例如大约46-229m/s（150-750英尺/秒），通过第一环形通道的液态碳氢质燃料流或固态碳质燃料之浆料流的流速大约为0.3-15m/s（1-50英尺/秒），例如大约3-7.5m/s（10-25英尺/秒），每种气体流的速度至少为17m/s（56英尺/秒），大于液态浆料流的流速。

全部含游离氧的气体，根据不同的实施例，可分离开为两股流，或保持其单股流。因此，含游离氧的气体的两个独立的部分可通过中心导管和外环形通道。另一方面，全部含游离氧的气体可以或者通过中心导和或者通过外环形通道。在全部含游离氧的气体通过中心导管和外环形通道的实施例中，通过燃烧器的含游离氧的气体的总流量可以在上述导管和通道之间分配如下（按体积百分数）：中心导管大约为5-60%，例如大约10-20%，而其余的通过外环形通道。选择通过每个导管或通道的含游离氧的气体的量要使得100%的含游离氧的气体流通过燃烧器。

采用本发明的改进的燃烧器设计可避免燃烧器喷嘴的热应力开裂，可延长燃烧器的工作寿命。使用冷却液流例如水流或液态二氧化碳流来冷却燃烧器的下游端部。

多孔的陶瓷或多孔的金属平板或帽罩用来保护和冷却燃烧器的下游端，使之不受靠近燃烧器下端的气体发生器的酷热环境的损害。燃烧器必须与含有H₂、CO₂、H₂O、NH₃、HCOOH、H₂S、COS、碳粒和烟灰的混合物的气体产物的循环流相接触。气化器中的温度可能高达927℃-1927℃（1700°F3500°F）。通过多孔冷却装置的冷却液例如水的汽化，可以冷却燃烧器喷嘴，另外，通过水闪蒸多孔冷却装置的外表面也可得到某些额外的好处。这种蒸汽流可以减少灰尘在燃烧器端面上沉积的可能性。此外，可能使燃烧器喷嘴的温度更均匀，并且更低，例如约149℃-427℃（300°F-800°F），通常为204℃（400°F），从而降低了热疲劳应力。

为了在包围燃烧器喷嘴的气化器的温度在大约1260℃-1427℃（2300°F-2600°F）例如约1371℃（2500°F）的时候保持燃烧器端部的多孔陶瓷或多孔金属板或帽罩的温度在大约149℃-427℃（300°F-800°F）例如大约204℃（400°F），从燃烧器喷嘴的多孔板或罩的外表面每平方厘米多孔表面积上蒸发的冷却水的量（加仑/分钟）将取决于所用燃烧器的尺寸、燃烧器喷嘴的几何形状、以及燃烧器喷嘴的热负荷。例如，对于工业上用的燃烧器，每平方厘米多孔表面积每分钟至少蒸发0.03dm³（0.01加仑），才能适应热负荷791.292KJ/h（750，000BTU/n）的需要。但是，由于进入气化器的水受热（这种热量通常是通过普通的水冷却和外部热交换的方法从系统中排出的）而蒸发，所以工艺过程的热效率稍有改善。而且，通过多孔冷却装置进入工艺过程的水不影响浆料在燃烧器喷嘴的混合和浓缩，所以也不会影响煤浆料一氧混合物的燃烧效率。

用来制造保护燃烧器喷嘴的圆盘形或帽罩形构件的多孔陶瓷材料是亲水性的，其粒子尺寸范围大约为0.01μm-100μm例如0.1-40μm，其均匀的孔隙率范围约为46.1-54.8%，例如约为48.5-52.3%。虽然α-氧化铝是最好的多孔性陶瓷，但是，其他的多孔性类陶瓷如：γ-氧化铝、氧化锆、氧化硅、氧化钛以及它们的混合物都是适用的。用来制造圆盘形或帽罩形构件的多孔性金属材料，具有均匀孔隙率大约为46.1-54.8%，例如约48.5-52.3%，此类材料有多孔性不锈钢，（例如300系列型）、镍合金（例如Inconel、Incoloy）和钴合金（例如Haynes169，UMCO50）。上述多孔性金属的粒度尺寸范围大约为0.01-100μm，例如0.1-40μm。

多孔板件或帽罩件的壁厚大约为0.1-3cm，例如大约0.3-1.0cm。

在一个最佳实施例中，作为冷却液的冷却水进入和接触多孔陶瓷或多孔金属平盘或帽罩的内表面时的温度大约为16℃-49℃（60°F-120°F）。绝大多数冷却液态在接触多孔平盘或多孔帽罩后作为液体离开燃烧器时的温度大约为24℃-57℃（75°F-135°F）。在整个多孔冷却装置的冷却液的正压差大约为0.07-42巴（1-600磅/英寸²），例如约2.4-14.8巴（20-200磅/英寸²），该压差使得少部分冷却液通过多孔装置。通过多孔装置的冷却液的量可通过装在冷却液出口管道上的普通压力控制阀来控制。通过多孔装置的水可用一循环水系统和液面控制水箱来控制，其中，将根据由于通过多孔装置（见图1）使水离开系统而造成液面降低的情况，补加新鲜纯水。这样，就可以根据各种不同的操作工况适宜地保持对燃烧器喷嘴的冷却控制。为了延长多孔陶瓷或多孔金属喷嘴冷却装置的工作寿命，冷却剂最好用过滤和软化的水，或纯化的和蒸馏的水。在另一实施例中，用液态二氧化碳作为冷却液。在此情况下，将会在部分氧化气体发生器中产生的附加的CO。

在燃烧器操作过程中，流量控制装置可用来起动、终止和调节进入燃烧器各通道的进料液流的流动。各进料液流进入燃烧器并且同时地顺流地以不同速度通过，以便彼此在燃烧器喷嘴、喷嘴之前或喷嘴之下游紧密接触和混合。一种反应剂流（例如处于液态载体中的固体碳质燃料的浆料）与另一种反应剂流（例如与降温剂随意混合的含游离氧的气体流）在高速下的紧密接触使液态浆料碎裂成细小雾状，在反应区中产生多相混合物。

用安装在每条进入燃烧器的进料管道上的流量控制阀来控制每条含游离氧的气体流的流速。用安装在进入燃烧器的进料管道上的速度控制泵来控制固体碳质燃料的可泵送浆料的流速。在保持氧碳原子比和H₂O与燃料重量比基本恒定时，燃烧器的关闭和开动受每条进料流的流动速度所影响。通过调节每条含游离氧气流的进料管道上的流量控制阀，即使在开动和关闭时，总是保持着高的压差和高的流速。因此，在图1所示实施例中，带有从燃烧器的前部排放的气态心部的圆柱形浆料流就在燃烧器喷嘴、喷嘴之前或喷嘴之下游受到含游离氧气体的高速流的冲击，从而保证浆料流的有效雾化以及浆料与含游离氧的气体流的充分混合。

通过在燃烧器喷嘴的中心出口孔和环形出口孔以及一种大于火焰扩展速度的速度排放反应剂进料液流可以防止可燃物质在通过燃烧器的同时发生燃烧。火焰速度与混合物成分、温度和压力这类因素有关。该速度可用常规方法计算出来或凭经验确定。

本发明的燃烧器组件向下插入一个紧凑的、中空的、自由流动的、非催化的、带耐火衬的合成气体发生器的顶部入口，该气体发生器例如美国专利No.3544291所述的那一种。燃烧器沿带有直接向反应区排料的下游端的气体发生器的中心轴线延伸。反应剂进料流与引入气体发生器的降温剂的相对比例要仔细调节，以便将燃料中的大部分碳例如大约98%（重量%）或更高转换成碳氧化物，并保持反应区的自燃温度范围大约为927℃-1927℃（1700°F-3500°F），最好为1260℃-1427℃（2300°F-2600°F）。

反应区中的暂歇时间为大约1-10秒，最好大约为2-8秒。当基本上纯的氧送入气体发生器时，从气体发生器排出气体的成分如下（按折干计算的克分子百分数）：H₂10-60;CO 20-60;CO₂5-40;CH₄0.01-5;H₂S+COS 0-5;N₂0-5;A 0-1.5。当空气送入气体发生器时，其排出气体的成分大约如下（按折干计算的克分子百分数）：H₂2-30;CO 5-35;CO₂5-25;CH₄0-2;H₂S+COS 0-3;N₂45-80;A 0.5-1.5。在排出气体流中也含有不可转换的炭粒、灰尘和渣子或它们的混合物。

含有干固体量约30-75wt%例如约50-70wt%的固态碳质燃料的可泵送的浆料可通过第一环形排放通道的入口通道。浆料的入口温度约为260℃（500°F）左右，但是，最好低于固体碳质燃料的载体在给定的进口压力约为1-304巴（1-300大气压），例如5.1-253巴（5-250大气压），通常约为20.2-101巴（20-100大气压）时的蒸发温度。

术语“固态碳质燃料”（这里用来描述固态碳质原料）本想包括下面一组不同物质及其混合物，即煤、用煤炼的焦炭、用煤制的黑炭、煤液化残渣、石油焦炭、粒状炭黑、以及来自油页岩、柏油砂和沥青的固体。所有类型的煤都可以用，包括无烟煤、烟煤、黑色次烟煤和褐煤。粒状炭黑可以是来自部分氧化过程的副产物，或者是通过燃烧矿物燃料而获得。术语“固态碳质燃料”还包括垃圾碎块、排出的生活污水和半固态物质如：沥青、橡胶和类橡胶材料（包括汽车的橡胶车胎）。

固态碳质燃料最好磨细到粒子尺寸，以便使100%的该种燃料通过一个ASTM E11-70筛子标号标准1.40mm（替换品No.14）。另外，在一个实施例中，至少80%通过ASTM E11-70筛子标号标准4.25mm（替换的No.40）。固体碳持燃料粒子的含水量大约为0-40wt%，例如2-20wt%。

术语“液态载体”（这里用作制造可泵送的固体碳质燃料浆料的悬浮介质）意欲包括下列各种物质：液态水、液态碳氢质材料、及它们的混合物、但是，液态水是固态碳质燃料粒子的最佳载体。在一个实施例中，液态载体是液态二氧化碳。在此情况下，液态浆料可能含有40-70wt%固态碳质燃料，其余为液态CO₂。CO₂一固态燃料浆料可在温度大约为-55℃-38℃（-67°F-100°F）（根据压力值而定）引入燃烧器中。

这时所用术语“含游离氧的气体”意欲包括空气、富氧的空气（即大于21%克分子氧）和基本上纯的氧（即大于95%克分子的氧），（其余为含有N₂和稀有气体）。

含游离氧的气体流与燃料流同时供入气体发生器的反应区，其温度约为室温至816℃（1500°F），最好是，对于富氧空气约为室温至149℃（300°F），对于空气，大约为260℃-816℃（500°F-1500°F）。部分氧化反应区的压力大约为1-304巴（1-300大气压）例如20.2-101巴（20-100大气压）。游离氧原子加在固体碳质燃料中有机结合的氧原子与固体燃料中碳原子之比（O/C原子比）可以大约为0.5-1.95。

这里用的术语“降温剂”包括水、蒸汽、CO₂、N₂以及气流产物的冷却循环部分。降温剂可与燃料流和/或氧化剂混合。但是，如果用气流产物的冷却循环部分，它就不能与氧化剂混合。

这里用的术语“碳氢化合物气体”包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和天然气。

在一个实施例中，进料液流包含一种液态碳氢质物质和固态碳质燃料的浆料，液相的水可与液态碳氢质载体混合例如作为一种乳状液。一部分水即大约总水量的0-25wt%可引入作为与含游离氧的气体随意混合的液流，H₂O燃料之比可以大约为0-5，例如约0.1-3。

这里用的术语“液态碳氢质燃料”包括各种物质例如液化石油气、石油蒸馏物和残渣、汽油、粗汽油、煤油、原油、沥青油、粗柴油、残油、柏油砂和油页岩油、煤炼油、芳香碳氢化合物（如：苯、甲苯、二甲苯分馏物）、煤柏油、来自流体催化裂变操作的循环气油、炼焦气油的呋喃提取物、甲醇、乙醇和其他的醇类和来自氧化或氢氧合成法的副产品的含氧液态碳氢化合物，以及上述物质的混合物。

参考表示本发明细节的附图可以更圆满地理解本发明。但是，虽然附图说明了本发明的实施例，但我们无意将本发明局限于所述的具体装置或材料。

参看附图1，该图示出了一个最佳的三流道燃烧器。在这里，该实施例被称为图1实施例A。三流道燃烧器同时地接纳三股单独的进料液流。燃烧器1有下游端，该端部向下穿过一自流的部分氧化合成气体发生器（未示出）顶部的一个孔口。燃烧器1的纵向中心轴线最好通过安装法兰3与合成气体发生器的中心轴线对准。燃烧器1分别包含同心的圆柱形中心导管8、第二导管9和外导管10、在燃烧器的下游端部设置一多孔的水冷金属端部帽罩12，燃烧器1的下游部分可围绕有外冷却圈13。用来对燃烧器供料的带法兰的进口管21-22分别与中心导管8、以及同心的圆柱形空心导管9和10连接。

燃烧器具有两条供进料液流无压流动的无阻碍圆环形通道，该通道是通过径向隔开三条导管而形成的。因此，第一圆环形通道位于中心导管8的外直径与第二导管9的内直径之间，中心导管与第二导管间的间隙由壁垫片26来保持。外圆环通道27位于第二导管9的外直径与外导管10的内直径之间。用壁垫片28来保持第二导管与第三导管间的径向间隙。

上述各导管和圆环形通道的上游端被封闭。盖板35-37分别密封中心导管8、圆环形通道25和外圆环形通道27。可用一般的机构将盖板固定在导管的端部，例如用法兰、焊接、螺纹连接来固定。可以装密封垫防止漏泄。

在燃烧器的下游端，中心导管8的外径和第二导管的内径是逐渐减少的，例如减小大约30-50%，并分别发展成直立圆柱形部分40和41。垂直的圆环形通道42位于直立圆柱形部分40和41之间。第二导管9和中心导管8的尖端44和随意尖端部分43分别地逐渐从燃烧器的端面向上游回缩，以形成一发散的截头锥形区47（见附图），换句话说，尖端部43和44可以在燃烧器的下游面端接一个垂直于燃烧器的中心轴线的同一水平面。最好，冷却室12的最前面部分在燃烧器的面部46端接同样的水平平面。

在靠近燃烧器1的下游端部的点31处，外导管10分成两分支壁50和51。分支壁50是截头锥形，向着燃烧器下游面收敛，它的内表面与第二导管9的下游发散部分52的外表面通过垫片28隔开，从而形成外环形通道27的下游排料部分53。多孔的帽罩12通过焊接、钎焊、螺栓、粘接、或其他合适方法与燃烧器1的喷嘴连接，以便形成一防漏的空心环形冷却液室54。例如，多孔金属帽罩12之侧壁上端是沿圆周焊接到或其他方法连接到外导管10的分支壁51的端部。接缝55受冷却，并由靠近的冷却液管70和71加以保护。多孔帽罩12的内底面59是沿圆周在点56上焊接到或其他方法围绕孔57密封到分支壁50的端部。

图1的实施例B（未示出）与实施例A基本相同，不同之处在于，接缝56是从燃烧器面46向上游缩，以便保护该接缝在燃烧器面上免受涡动的热燃气的损害。在此情况下，端部帽罩12的多孔金属底壁便突然改变方向，并沿向上的方向在58处形成圆周接缝，因此构成一个短的截头锥体形的多孔唇部，其高度大约为燃烧器面上中心孔57的直径的1/4到1/2。在58处，上述多孔金属唇部的上游端与截头锥形壁50的下游端沿圆周焊接，以形成一防漏密封件。多孔帽罩12之底部的同轴孔57的直径可使所有从燃烧器中的全部进料通道进料的液体自由地排放出去。

进料流体通过独立的与位于燃烧器1之上端带有法兰的进口管20-22连接的进料管道引入燃烧器中。因此，一种包含与降温剂（如H₂O）随意混合的碳氢化合物气体或一种冷却循环气体产物的一部分的气态物质使通过管道60、流量控制阀61、管道62和进口管20进入燃烧器，而一种与降温剂随意混合的含有游离氧的气体的独立汽流则通过管道66、流量控制阀67、管道68和进口管22通入燃烧器。

通过管道70将冷却液例如水供入环形的冷却液室54。冷却液是在压力下流过冷却液室54的，所以有一部分冷却液就通过端部帽罩12的底壁和侧壁而流出。流出帽罩12的水和帽罩12的外表面的水吸收帽罩12的热量，并转化为蒸汽，从而冷却了燃烧器喷嘴。当冷却液流入和流出冷却液室54时则通过传导吸附加的热量。冷却液通过管道71离开冷却液室，并流过环绕器外径的盘管13。在另一实施例中，冷却液通过两根管道70和71进入冷却液室54。

实施例C（未示出）与图1的实施例A或B基本相同，但用一个平坦的多孔陶瓷圆盘或多孔金属圆盘替换上述喷嘴帽罩12。在此情况下，分支壁51可延续到燃烧器喷嘴，在这里与衬垫焊接在一起或用其他方法例如螺栓连接，以便对平坦的多孔陶瓷盘形成防漏密封。分支壁50的端部也可同样地连接到平的多孔盘上，它要焊到中心孔57的顶表面或/或内边或在多孔的端部金属冷却件上的58处的向上延伸的端部。

在另一个实施例（此处称之为图1的实施例D但未示出）中，燃烧器引入两股进料流体，例如，从图1所示燃烧器中去除第二导管9、收敛部分52和进口管21。一股与降温剂例如蒸汽随意混合的含游离氧的气体通过或者进口喷嘴20或者进口喷嘴22。一股与降温剂（例如蒸汽）随意混合的液体燃料流（例如液态碳氢质燃料）、或者一股固体碳氢质燃料的含水浆料通过其余的自由通道。

在不背离本发明的精神的范围的情况下，可以对上面所述的本发明内进行改进或改变。因此，本发明只应由权利要求书所限定。

Claims (15)

1、一种用来使含有液态碳氢质燃料或处于液体载体中可泵送的固体碳质燃料之浆料的反应剂燃料液流的部分氧化燃烧器，包含：一个导管和若干隔开的同轴导管，在这些导管之间形成向下延伸的环形通道，其中，所述导管和环形通道在其上游端封闭，而在它们的下游端敞开；与每个导管的上游端部连接用来通入反应剂进料液流或冷却液流的进口装置；一个端接在每条通道上下游端的同轴喷嘴；其特征在于：一个多孔的陶瓷或金属冷却装置与上述燃烧器的下游端连接；与上述多孔冷却装置呈流体连通的冷却液供给和排出装置；其中，上述的多孔冷却装置包含一种均匀结构、均匀壁厚和均匀孔隙率的部件包括多孔的内表面和外表面以及具有各种互相连接的孔洞的多孔心部；因此，通过上述多孔端部冷却装置的上述冷却液的流速是可控制的，而且，上述端部冷却装置含有一个使上述反应剂进料液流自由地通入反应区的中心孔，因此，至少有一部分上述冷却液在压力下依次通过上述多孔冷却装置的多孔内表面、多孔心部和多孔外表面，并且汽化，从而冷却了上述燃烧器之喷嘴。

2、根据权利要求1的燃烧器，其特征在于，上述多孔冷却装置是帽罩形的或者平圆盘形的。

3、根据权利要求1或2的燃烧器，其特征在于，上述的多孔冷却装置用一种多孔性陶瓷材料制成，所选的陶瓷材料可以是α氧化铝、γ氧化锆、氧化锆、氧化硅、氧化钛及它们的混合物。

4、根据权利要求1或2的燃烧器，其特征在于，所述的多孔冷却装置用多孔的金属制成，所选金属可以是多孔性不锈钢、诸如Inconel和Incoloy的镍合金以及诸如Haynes168和UMCO50的钴合金。

5、根据权利要求4的燃烧器，其特征在于，上述多孔金属冷却装置的均匀孔隙率范围大约为46-54.89%，其壁厚大约为0.1-3cm。

6、根据权利要求1或2或5的燃烧器，其特征在于，装有供给上述冷却液的装置，其正压差范围为大约0.07-42巴（1-600磅\英寸²），驱动冷却液通过多孔装置。

7、根据权利要求1或2或5的用来同时向下引入含游离氧的气体流和可泵送的燃料流至自由流动的部分氧化体发生器的反应区内的燃烧器，包含：一个圆筒形中心导管，该导管的中心纵向轴线与燃烧器的纵向中心轴线重合;一个无阻碍的收敛出口喷嘴，它在中心导管之下游端部发展成带有圆形出口孔的直线圆筒部分;与上述中心导管的上游端连接的封闭装置，用来封闭中心导管，与中心导管之上游端连能的入口装置，用来引入含有与降温（如H₂O），随意混合的含游离氧的气体流、或与降温剂（如：H₂O）随意混合的碳氢气体或循环气体产物流;一个沿其长度与上述中心导管同心同轴的第二导管;一个收敛的出口喷嘴，它在上述第二导管之下游端发展成一个直立圆筒部分;径向地隔开上述中心导管和第二导管并在它们之间形成第一环形通道的装置，该环形通道在接近下游端处发展成一个直立环形通道;与上述的第二导管和第一环形通道在它们的上游端连接的封闭装置，用来将它们封闭;上述的中心导管通过上述第二导管的上游封闭端，并形成一种气密密封;与第二导管;上游端连通的入口装置，用来引入含有与降温剂随意混合的液态碳氢燃料或可泵送的固态碳质燃料的进料液流;一个沿其长度与上述第一导管同心的外导管;径向地隔开上述第二导管和外导管并在它们间形成第二环形通道的装置，上述第二环形通道发展成一个向着下游端收敛的截头锥部分，与上述第二环形通道和外导管的上游端连接用来将它们封闭的封闭装置;上述的第二导管通过上述外导管的上游封闭端，并形成不漏气密封;与上述外导管的上游端连通的入口装置，用来引入一种与降温剂随意混合的含游离氧的气体的进料流至上述的第二环形通道内;独立的进料导管在外部与上述每个入口装置连接;在每个上述进料导管上有流速控制装置，用来分别控制通过上述进料导管的进料液流的流速;与上述外导管的外表面连接的法兰机构用来在上述燃烧器的下游端向下通过气体发生器之顶部孔口时沿气体发生器之中心轴线对准上述燃烧器的纵向中心轴线;上述的多孔陶瓷或多孔金属冷却装置与上述燃烧器之端部连接，并形成一中空环状冷却液室;其特征在于，上述中心导管和/或第二导管的端部或者从外导管出口孔向上回缩，或者端接带有外导管出口孔的垂直于燃烧器纵向轴线的同一平面;而且，其特征在于，一股带有气体心部的圆柱形浆料流通过燃烧器的前部，并受到与降温剂随意混合的含游离氧的气体的高速流的冲击，所述冲击发生在燃烧器喷嘴、喷嘴之前或喷嘴之下游，以形成喷雾，并使含游离氧的气体与进给浆料进行内在混合。

8、根据权利要求7的燃烧器，其特征在于，上述的多孔冷却装置是一种多孔金属，并是在基底部带有同轴中心孔（用来排放上述进料液流）的帽罩形的;上述的外导管的壁在燃烧器之下游端发展成一个垂直分支壁和收敛的分支壁;上述的多孔的帽罩形冷却装置与上述燃烧器喷嘴连接，其连接方法是将上述多孔帽罩的垂直壁的上端焊接到上述外导管的垂直分支壁的下端，并且将上述帽罩之底部焊接到上述外导管的上述收敛分支壁的下游端，或者将多孔帽罩的底部的向上延伸部分的顶部围绕着中心孔焊到上述外导管的上述收敛分支壁的下游端，从而在燃烧器喷嘴处形成一个多孔的环状的冷却液室。

9、根据权利要求7或8燃烧器，其特征在于，上述中心导管和第二导管的端部是从外导管出口孔逐渐向上回缩的;以便在燃烧器之下游端之前形成一发散的截头锥形排放区。

10、根据权利要求8的燃烧器，其特征在于，装有一进口管，用来将上述冷却液引入上述多孔的环形室内;还有一出口管，用来将冷却液从上述多孔环形式排出，还装有冷却盘管，围绕在上述燃烧器之下游端，并与上述冷却液排出管连接。

11、根据权利要求1或2或5的用来同时引导含游离氧的气流和可泵送的燃料流向下进入自由流动的部分氧化气体发生器的反应区的燃烧器，包含：一个圆筒形中心导管，其纵向中心轴线与燃烧器纵向中心轴线重合;一个无阻碍的收敛出口喷嘴，它在中心导管的下游端部发展成带有圆形出口孔的直立圆筒部分;与上述中心导管的上游连接并将它封闭的封闭装置;一个与中心导管之上游端连通的一入口装置，用来引入如下的反应剂进料液流;（1）含有与降温气体随意混合的含游离氧的气体进料流，或（2）含有与降洗剂随意混合的液态碳氢质燃料或含水的固态碳氢质燃料的浆料的进料液流;一个沿其长度与上述中心导管同轴同心的外导管，一个收敛的出口喷嘴，它在上述外导管的下游端发展成一个截头锥体部分;用来经向地隔开上述中心导管和外导管并在它们间形成第一环形通道的装置;与上述外导管和第一环形通道的在它们的上端连接并将其封闭的封闭装置，上述中心导管通过上述外导管的上游封闭端并形成一气密密封;一个第二入口装置与外导管的上游端连通，用来引入上述（1）或（2）中任一种不通入上述第一入口装置的进料液流;一个独立的进给导管从外部与每个上述的入口装置连接，并在上述每个进给导管中带有流量控制装置，用来分别控制通过上述进料导管的进料液流的流速;与上述外导管的外表面连接的法兰机构，用来在上述燃烧器之下端向下通过气体发生器的顶部孔口时沿气体发生器的中心轴线对准上述燃烧器的纵向中心轴线;上述多孔的陶瓷或多孔的金属冷却装置控制一部分通过它的上述冷却液的流速，并构成一中空的环状冷却液室;其特征在于，上述中心导管的端部，或者从外导管出口孔向上回缩，或者与外导管出口孔端接在垂直于燃烧器纵轴的同一平面上;其特征还在于，上述的反应剂进料流在燃烧器喷嘴之前、喷嘴上或喷嘴下游一起碰撞，以形成一种雾化的和内在混合的燃料。

12、根据权利要求11的燃烧器，其特征在于，上述的多孔冷却装置是帽罩形的，并且与上述燃烧器的末端连接，以构成一上述冷却液的防漏冷却液室。

13、一种用来通过将一进料液流部分地氧化的方法制造含有H₂、CO、CO₂以及在H₂O、N₂、A、CH₄、H₂S和COS中的至少一种的混合气体的连续工艺，上述的进料液流包含一种处于液态载体中可泵送的固体碳质燃料的浆料，或一种与降温剂意混合的液态碳氢质燃料，和一种与降温剂随意混合的含游离氧的气体进料流;上述的部分氧化发生在自流气体发生器的反应区，其自燃温度约1700°F-3500°F，压力为1-300大气压，其特征在于，（1）第一反应剂进料液流通过燃烧器的第一环形通道，该液流包含处于液态载体中的固体碳质燃料之浆料，或与降温剂随意混合的液态碳氢质燃料，其温度约为260℃（500°F），压力约为1-304巴（1-300大气压），流速约为0.3-15m/s（1-50英尺/秒），其中，上述燃烧室包含：一中圆筒形中心导管，它的纵向中心轴线与燃烧器的纵向中心轴线重合;一个无阻碍的收敛出口喷嘴在中心导管的下游端发展成带有圆形出口孔的直圆筒部分;封闭装置与上述中心导管之上游端连接将将它封闭;入口装置与上述中心导管的上游端连通，用来引入与降温剂混合或不混合的气体进料流，速度范围大约为6m/s（20英尺/秒）至声速，进料流包含与降温剂（如H₂O）随意混合的含游离氧的气体，或者与降温剂（如H₂O）随意混合的碳氢气体或循环气体产物之部分;一个第二导管与上述中心导管沿其长度同心同轴，一个收敛的出口喷嘴在第二导管之下游端发展成一个带有圆形出口孔的直立圆筒形部分;径向地隔开上述中心导管和第二导管并在它们之间形成一个第一环形通道的装置，该环形通道在接近下游端部发展成一个垂直环形通道;与上述第二导管和第一环形通道在它们的上游端连接并将它们封闭的封闭装置，上述的中心导管通过上述第二导管的上游封闭端，并形成一个气密密封;与上述第二导管的上游端连通的入口装置，用来引入上述的第一反应剂进料流;一个与上述第二导管沿其长度同心同轴的外导管，用来径向地隔开上述第二导和和外导管并在它们之间形成一个第二环形通道的装置，所述环形通道发展成一个向着下游端收敛的截头圆锥体;与第二环形通道和外导管在它们的上游端部连接以便封闭它们的封闭装置，所述第二导管通过外导管的封闭的上游端形成一个气密密封，与上述外导管之上游端连通的入口装置用来引入一种与降温剂随意混合的含游离氧的气体进料流到上述第二环形通道内，其速度范围大约为6m/s（20英尺/秒）至声速;独立的进给导管在外部与每个上述的入口装置连接;在每个上述的进料导管中有流速控制装置，用来分别地控制通过上述进料导管的进料液流之流速;带法兰装置与上述外导管之外表面连接，以便在上述燃烧器的下游端向下通过气体发生器的顶部的孔口时，沿气体发生器的中心轴线对准上述燃烧器的纵向中心轴线;一个多孔的陶瓷或多孔的金属冷却装置，与上述燃烧器喷嘴连接;冷却液的供给与排出装置与上述多孔冷却装置连通;其特征在于，上述的多孔冷却装置包含一个是有均匀结构、均匀壁厚和均匀孔隙率的多孔刚性部件包括多孔的内表面和外表面以及带有各种相连接的多孔的心部;其特征还在于，通过上述多孔端部冷却装置的上述冷却液的流速是可控制的，上述多孔端部冷却装置含有一个中心孔，使上述进料液流自由流入反应区;其特征还在于：上述冷却液的至少一部分在压力下（约0.07-42巴）（1-600磅/英寸²），该压力大于上述气化器中的压力）通过上述多孔冷却装置上的孔，并且汽化，从而冷却了上述燃烧器的喷嘴;其特征还在于，上述的中心导管和/或第二导管，或者从外导管出口孔向上回缩，或者端接到与燃烧器的中心轴线垂直的带有外导管出口孔的同一平面上;一股带有气体心部的圆柱形浆料流通过燃烧器之前部，并受到一股与降温剂随意混合的含游离氧的气体高速流的冲击，所述的冲击发生在燃烧器之喷嘴处、喷嘴之前或喷嘴之下游，以便形成一种喷雾及进给浆料与含游离氧的气体的内在混合。

14、根据权利要求13的工艺，其特征在于上述的冷却液是水或液态二氧化碳。

15、根据权利要求14的工艺，其特征在于所述的水是经过过滤和软化或纯化和蒸馏的。

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