CN117443335A - 一种介质分布器及反应系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种介质分布器及反应系统，所述介质分布器包括：芯组部件，一端为介质入口，另一端为介质喷出口；外套部件，设置在所述芯组部件外围；热交换组件，设置在所述芯组部件与外套部件之间，适于与所述介质喷出口和/或所述外套部件进行热交换。本发明采用特殊的组合结构设计，实现了反应器卸压热备条件下在外部的拆装更换，避免了需反应器停车清料人员进入反应器内部的复杂过程，同时其具有工况寿命周期长、氧化剂热损失低、保护反应器耐火墙、能快速调整更换且成本低的诸多优点，不仅满足一种含碳物质转化重整反应器氧化剂分布的支持功能，同时适用于固定床、气流床、混合床液态排渣的其它气化、转化反应器或其它工业领域。

Description

一种介质分布器及反应系统

技术领域

本发明涉及煤化工技术领域，具体涉及一种介质分布器及反应系统。

背景技术

本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息，其并不必然是现有技术。

含碳物质转化重整反应器，以含碳颗粒物为主要原料，采用蒸汽、氧气、二氧化碳及其混合物等物料作为氧化剂，按后续产品工艺路线需要制取原料气，使其更具运输经济性和利用效能，含碳物质反应产生的无机残渣呈熔融态由排渣控制系统间歇卸出。

含碳物质转化重整反应器，其氧化剂采用氧化剂分布器送入反应器内部反应区，其与反应器内强氧化性、强腐蚀性、强冲刷性、高温的工况环境直接接触，工况条件极其恶劣，其在工况条件下的耐受性能对反应器的运行周期起到重要的支持功能。

现已公知的类似氧化剂分布器或氧化剂、原料混合分布器，主要存在以下不足：内部结构设计存在缺陷，承受高温部位未能很好地进行热交换降温，导致承受高温的部件易受损故障，增加更换频率，增加更换成本。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有的氧化剂分布器或氧化剂、原料混合分布器的承受高温部位易受损故障的缺陷，从而提供一种介质分布器及反应系统。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种介质分布器，包括：

芯组部件，一端为介质入口，另一端为介质喷出口；

外套部件，设置在所述芯组部件外围；

热交换组件，设置在所述芯组部件与外套部件之间，适于与所述介质喷出口和/或所述外套部件进行热交换。

进一步优化技术方案，所述芯组部件包括：

中心管组件，贯穿所述外套部件，所述中心管组件分设为进口段、中段和出口段，所述出口段的端部设置有喷嘴头；

喷头铸件，至少部分包覆于所述出口段外围；

喷头外壳，包覆于所述喷头铸件外围并与外套部件连接。

进一步优化技术方案，所述外套部件包括：

外套铸件，设置于芯组部件的中部及介质喷出口外围；

套筒，与外套铸件端面相抵接，设置在芯组部件的中部外围；

外套壳体，设置于外套铸件的外围；

安装法兰组件，适于将芯组部件定位至套筒上。

进一步优化技术方案，所述热交换组件包括：

第一热交换组件，与所述介质喷出口进行热交换；

和/或

第二热交换组件，与所述外套部件进行热交换。

进一步优化技术方案，所述第一热交换组件包括依次连通的第一工质入口接管、第一工质导入连通管、埋入管、第一工质导出连通管和第一工质出口接管，所述第一工质入口接管、第一工质导入连通管、埋入管、第一工质导出连通管和第一工质出口接管构成适于进行第一工质流通的第一工质流道；所述第一工质入口接管和第一工质出口接管设置在所述外套部件外部，所述第一工质导入连通管和第一工质导出连通管设置在所述中心管组件与所述外套部件之间，所述埋入管设置在所述喷头铸件内部并位于所述中心管组件外围；

和/或

所述第二热交换组件包括依次连通的第二工质入口接管、第二工质导入连通管、外套埋入管、第二工质导出连通管和第二工质出口接管，所述第二工质入口接管、第二工质导入连通管、外套埋入管、第二工质导出连通管和第二工质出口接管，构成适于进行第二工质流通的第二工质流道；所述第二工质入口接管和第二工质出口接管设置在所述外套部件外部，所述第二工质导入连通管和第二工质导出连通管设置在所述中心管组件与所述外套部件之间，所述外套埋入管设置在所述外套铸件内部。

进一步优化技术方案，所述埋入管螺旋绕设于所述中心管组件的出口段外围；

和/或

所述外套埋入管螺旋设置在外套铸件的内部或内侧；

和/或

所述第一工质导入连通管和/或第一工质导出连通管和/或第二工质导入连通管和/或第二工质导出连通管至少部分设置为弯曲构型，以具备任何方向膨胀差补偿功能。

进一步优化技术方案，所述第一工质导入连通管和/或第一工质导出连通管和/或第二工质导入连通管和/或第二工质导出连通管采用不锈钢、耐蚀合金材质的无缝管制成；

和/或

所述埋入管和/或外套埋入管采用低碳钢、有色金属或有色合金无缝管组件制成；

和/或

所述喷头外壳和/或外套壳体和/或套筒采用耐磨耐蚀材质制成。

进一步优化技术方案，所述中心管组件的中段外部包覆有保温绝热材料，保温绝热材料包含保温绝热层和保护层；

和/或

所述中心管组件的中段为真空绝热夹套或夹套内填充绝热层。

进一步优化技术方案，所述喷嘴头的中心线与中心管组件的中心线的夹角为0～23°。

进一步优化技术方案，还包括：

保护气体输送结构，设置在所述芯组部件与外套部件之间，适于向所述芯组部件与外套部件之间输送保护气体，并使得吹出的保护气体包裹在芯组部件喷出的介质外围，以改善工作条件并提高介质分布器整体的耐受能力。

进一步优化技术方案，所述保护气体输送结构包括：

保护气入口接管，设置在所述芯组部件或外套部件上，并与保护气体源相连通；

保护气排出间隙，设置在所述芯组部件与外套部件之间，适于将保护气体排出。

一种反应系统，包括：

反应区，由反应器壳体内部的耐火墙围设而成；

反应器接管，与所述反应器壳体连接；

所述的介质分布器，插装定位在所述反应器接管内部，所述介质分布器的介质喷出口指向反应区并与反应区连通，所述介质分布器的介质入口位于所述反应器壳体的外部。

进一步优化技术方案，所述介质分布器的射流垂直投影中心线与所述耐火墙纵向中心线的夹角为0～90°。

进一步优化技术方案，所述芯组部件的介质喷出口端部设置为锥状。

进一步优化技术方案，所述反应系统适用于含碳物质转化重整反应器和/或固定床液态排渣气化反应器和/或气流床液态排渣气化反应器和/或混合床液态排渣气化反应器。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的一种介质分布器，将热交换组件设置在芯组部件与外套部件之间，热交换组件能够与介质喷出口进行热交换，有效地对芯组部件介质喷出口处的温度进行控制，使芯组部件的介质喷出口始终处于允许的工作温升范围。并且本发明中的热交换组件还可与外套部件进行热交换，有效地对外套部件的温度进行控制，使外套部件始终处于允许的工作温升范围。本发明通过热交换组件可实现承受高温的部位与工质的热交换，对承受高温的部位进行有效降温，以此提升承受高温部位的使用寿命，降低更换次数，能够适用于高温环境，具有耐高温性能，使用寿命更长。

2.本发明提供的一种介质分布器，中心管组件的中段外部包覆有保温绝热材料，保温绝热材料包含保温绝热层和保护层，有效控制高温氧化剂通过连通管的散热损失，并使得热交换工质仅在埋入管及外套埋入管处发生热交换，有效地提高了与喷头铸件及外套铸件的热交换效率。

中心管组件的中段还可为真空绝热夹套或夹套内填充绝热层，通过将中心管组件的中段进行绝热，同样能够避免中心管组件内部的介质与连通管之间发生热交换，使得热交换工质仅在埋入管及外套埋入管处发生热交换，以控制高温氧化剂向喷头铸件的热传导损失，同时降低喷头铸件所受的热强度。

本发明中心管组件的中段外部包覆有保温绝热材料的方式，或为真空绝热夹套或夹套内填充绝热层的方式，减少输送分布高温氧化剂的热量损失，同时让其承受高温的部位进行充分热交换降温，提高工况耐受强度。

3.本发明提供的一种介质分布器，第一工质导入连通管和/或第一工质导出连通管和/或第二工质导入连通管和/或第二工质导出连通管采用不锈钢、耐蚀合金材质的无缝管制成，其具有足够的承压性和工况耐腐蚀性。

埋入管和/或外套埋入管采用低碳钢、有色金属或有色合金无缝管组件制成，内部形成热交换工质流道，低碳钢、有色金属或有色合金无缝管导热性能良好，进而使得埋入管能够充分地与喷嘴头进行热交换，使得外套埋入管能够充分地与外套铸件进行热交换。

喷头外壳和/或外套壳体和/或套筒采用耐磨蚀、抗氧化的金属材料制成，进而能够更好地适应于高温的工况。喷头外壳为复合在喷头铸件头部外表面的耐磨耐蚀层，耐磨耐蚀层材质优选金属合金或金属陶瓷，喷头外壳与喷头铸件相互配合、互相防护，提高了工况下的综合耐受性能。外套壳体为复合在外套铸件与反应器内高温介质接触位置外部表面的耐磨耐蚀层，耐磨耐蚀层材质优选金属合金或金属陶瓷，耐磨耐蚀层与外套铸件相互配合、互相防护，提高了工况下的综合耐受性能。

本发明采取多重防护结构，使其具有较强的耐温、耐磨、抗氧化、耐腐蚀性能，实现较长的工况寿命周期。

4.本发明提供的一种介质分布器，其组合后在氧化剂送出端形成带保护气隙的阶梯凸台，阶梯凸台和保护气隙吹出的保护气，有效阻止氧化剂分布器出口高温氧化反应气流向耐火墙涌流，使氧化剂分布器周围耐火墙得到持久保护。本发明中的保护气体输送结构输送的保护气体位于喷嘴头的外围，通过保护气体将氧化剂包围，进而在氧化剂发生涌动时会被保护气体阻挡，且即便氧化剂涌动至耐火墙上，位于外围的保护气体会与耐火墙直接接触，进而对氧化剂分布器外围耐火墙进行保护，提高了耐火墙的工况寿命。

5.本发明提供的一种介质分布器，埋入管螺旋绕设于中心管组件的出口段外围。埋管弯制结构让低温热交换工质先进入喷嘴头所处工况较高温度区，如此设置以让第一热交换工质充分吸收反应器内部向喷头铸件施加的不同温区热量，使喷头铸件及其喷头外壳在允许的工作温升范围。

外套埋入管螺旋设置在外套铸件的内部或内侧，外套埋入管的内部形成第二热交换工质的螺旋流道，螺旋流道的作用是让第二热交换工质充分吸收反应器内部向外套铸件施加的高温热量，使外套铸件及外套壳体在允许的工作温升范围。

6.本发明提供的一种介质分布器，第一工质导入连通管和/或第一工质导出连通管和/或第二工质导入连通管和/或第二工质导出连通管至少部分设置为弯曲构型，即连通管设置为带曲线型弯曲结构，以具备任何方向膨胀差补偿功能，能充分吸收工况下部件温升不同造成的胀差，而不会导致相关部件因此损伤，以确保相关部件不会因温升差异而发生胀差破坏。

7.本发明提供的一种反应系统，芯组部件、外套部件、陶瓷防护砖各是独立整体，相互之间采用可拆连接，结合喷头铸件、外套铸件的外表具有按反应器内小外大的锥度，所以芯组部件、外套部件根据需要能容易地从反应器壳体向外抽出更换。芯组部件和/或外套部件发生故障时，在反应系统降温卸压后，不用清料即可根据需要将芯组部件和外套部件从反应器壳体外抽出更换，进而避免了需要人工进入反应系统进行部件拆装的复杂过程。热备更换结合只需更换其中的一个部件，大幅降低了检修费用并实现快速检修。

本发明易于热备在线更换，满足受损后的低成本、快速检修需要，以及在不同气化原料切换期间的快速调整更换需要。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例的反应系统的结构示意图；

图2为本发明一个实施例的介质分布器的结构示意图。

附图标记：

1、芯组部件，111、喷头铸件，112、埋入管，113、喷头外壳，121、喷嘴头，122、中心管，123、连通管，124、入口法兰，131、第一工质入口接管，132、第一工质导入连通管，133、第一工质导入转接头，141、第一工质出口接管，142、第一工质导出连通管，143、第一工质导出转接头，15、芯组安装法兰，16、芯组紧固件，17、芯组法兰密封，18、保温绝热材料，19、保护气入口接管；

2、外套部件，211、外套铸件，212、外套埋入管，213、外套壳体，22、套筒，23、分布器安装法兰，241、第二工质出口接管，242、第二工质导出连通管，243、第二工质导出转接头，251、第二工质入口接管，252、第二工质导入连通管，253、第二工质导入转接头；

3、陶瓷防护砖；

4、分布器法兰密封；

5、分布器紧固件；

6、反应器接管；

7、反应器壳体；

8、耐火墙；

N、第一夹角，M、第二夹角。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，本发明通过耐高温长寿命易更换的氧化剂分布器阐述本发明的介质分布器只是一个优选实施例，并不是对介质分布器的保护范围限制，例如，本发明的介质分布器还可以应用于固定床、气流床、混合床液态排渣的其它气化、转化反应器或其它工业领域，这种调整同样属于本发明介质分布器的保护范围。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、元件、部件、和/或它们的组合。

尽管可以在文中使用术语第一、第二等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或比段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。另外，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“前”、“后”、“中”、“内”、“纵向”、“横向”、“侧”、“竖”、“外”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中机构的不同方位。例如，如果在图中的机构翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。机构可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

需要说明的是，本发明实施例提供的一种耐高温长寿命易更换的氧化剂分布器，可以理解为是一种特殊设计的“工业烧嘴”或者“工业喷头”。本发明实施例中的“介质”指的是“氧化剂”，但不限于氧化剂，具体的应用场景不同，介质的种类不同，“氧化剂”是指氧气、蒸汽、二氧化碳及其混合物等可与含碳物质发生化学作用的工业生产用介质。“原料”是指颗粒固体或粉体含碳物质、液态含碳物质或固(粉)液态混合含碳物质。“热交换工质”是指用于热量交换的水等液体，也可以为气体或液化气体。“反应器”是指液态排渣的固定床、气流床、混合床含碳物质气化、转化反应设备。“氧化剂分布器”是指向反应器内部输送分布氧化剂、含碳粉体或氧化剂与含碳粉体混合物的工业设备部件，其功用部分等同于工业烧嘴、工业喷头。“组合”是指焊接组合、螺纹连接组合、法兰连接组合、铸造密合组合、过盈配合组合等，或者前述组合方式的复合组合。

现有的类似氧化剂分布器或氧化剂、原料混合分布器，主要存在以下不足：内部结构设计存在缺陷，承受高温部位未能很好地进行热交换降温，导致承受高温的部件易受损故障，增加更换频率，增加更换成本。

根据一种含碳物质转化重整反应器氧化剂分布支持功能的需要，本发明旨在提供一种耐高温长寿命易更换的氧化剂分布器，同时可适用于固定床、气流床、混合床液态排渣的其它气化、转化反应器或其它工业领域，通过热交换组件可实现承受高温的部位与工质的热交换，对承受高温的部位进行有效降温，以此提升承受高温部位的使用寿命，降低更换次数。

实施例1

下面结合本发明第一方面的介质分布器详细阐述本发明的具体实施例。

需要说明的是，本发明第一方面的介质分布器只是本发明的优选实施例，本发明的介质分布器既可采用本发明第一方面的结构，也可采用其他结构，为了方便阐述，下面通过本发明第一方面的介质分布器阐述本发明的介质分布器的具体结构。

如图1和图2所示，本发明提供了一种介质分布器，包括芯组部件1、外套部件2和热交换组件。芯组部件1的一端为介质入口，芯组部件1的另一端为介质喷出口。外套部件2设置在芯组部件1外围。热交换组件设置在芯组部件1与外套部件2之间，适于与介质喷出口和/或外套部件2进行热交换。

在本实施例中，将热交换组件设置在芯组部件1与外套部件2之间，热交换组件能够与介质喷出口进行热交换，有效地对芯组部件1介质喷出口处的温度进行控制，使芯组部件1的介质喷出口始终处于允许的工作温升范围。并且本实施例中的热交换组件还可与外套部件2进行热交换，有效地对外套部件2的温度进行控制，使外套部件2始终处于允许的工作温升范围。上述介质分布器，能够适用于高温环境，具有耐高温性能，且因芯组部件1与外套部件2可始终处于允许的温度工况，芯组部件1与外套部件2的使用寿命更长。

在一些实施例中，芯组部件1包括中心管组件、喷头铸件111和喷头外壳113，中心管组件、喷头铸件111和喷头外壳113相互连接，组合为一个整体。中心管组件贯穿外套部件2，中心管组件分设为进口段、中段和出口段，出口段的端部设置有喷嘴头121。喷头铸件111至少部分包覆于出口段外围。喷头外壳113包覆于喷头铸件111外围并与外套部件2连接。

在本实施例中，公开了芯组部件1的具体结构，中心管组件用于通入介质(氧化剂)，介质由进口段进入，接着进入中段，最后从出口段的喷嘴头121排出。喷头铸件111能够与喷嘴头121进行热交换，而热交换组件部分设置在喷头铸件111内，进而使得热交换组件与喷嘴头121能够进行热交换。喷头外壳113能够对喷头铸件111及喷嘴头121进行防护。

在一些实施例中，外套部件2包括外套铸件211、套筒22、外套壳体213和安装法兰组件。外套铸件211设置于芯组部件1的中部及介质喷出口外围。套筒22与外套铸件211端面相抵接，设置在芯组部件1的中部外围。外套壳体213设置于外套铸件211的外围。安装法兰组件适于将芯组部件1定位至套筒22上。

在本实施例中，公开了外套部件2的具体结构，外套铸件211、套筒22、安装法兰组件、喷头铸件111和喷头外壳113构成腔体结构，中心管组件贯穿该腔体结构。外套壳体213起到了对外套铸件211进行防护的作用。

更为具体地，安装法兰组件包括芯组安装法兰15和分布器安装法兰23，芯组安装法兰15封堵设置在套筒22的开口端，分布器安装法兰23与套筒22的侧壁一体连接，芯组安装法兰15与分布器安装法兰23之间通过芯组紧固件16进行锁紧，芯组紧固件16可以为螺栓。

芯组安装法兰15上开设有热交换工质流通孔、氧化剂连通管安装孔、保护气流通孔，用于安装连接第一工质导入连通管132、第一工质导出连通管142、第一工质入口接管131、第一工质出口接管141、连通管123、保护气入口接管19等部件。芯组部件1通过芯组安装法兰1.5与外套部件2安装连接

分布器安装法兰23用于安装连接芯组部件及实现氧化剂分布器与反应器接管的安装连接，分布器安装法兰23上开设有定位孔，定位孔用于将装置整体进行定位，更为具体地，本实施例中的分布器安装法兰23定位在反应器接管6上。分布器安装法兰23上开设有第二热交换工质流通孔，用于与第二工质导入连通管、第二工质导出连通管、第二工质入口接管、第二工质出口接管的连接。

在本实施例中，芯组部件、外套部件，相互为独立组合体，通过芯组安装法兰、分布器安装法兰，由芯组紧固件形成可拆连接，芯组安装法兰与分布器安装法兰之间设置有芯组法兰密封17。

在一些实施例中，热交换组件包括第一热交换组件和/或第二热交换组件。第一热交换组件与介质喷出口进行热交换。第二热交换组件与外套部件2进行热交换。

在本实施例中，可同时设置第一热交换组件和第二热交换组件，或可单独设置第一热交换组件，或单独设置第二热交换组件。通过第一热交换组件和/或第二热交换组件对喷嘴头的位置进行降温，使得装置整体能够满足高温环境的使用要求。

在一些实施例中，第一热交换组件包括依次连通的第一工质入口接管131、第一工质导入连通管132、埋入管112、第一工质导出连通管142和第一工质出口接管141，第一工质入口接管131、第一工质导入连通管132、埋入管112、第一工质导出连通管142和第一工质出口接管141构成适于进行第一工质流通的第一工质流道。第一工质入口接管131和第一工质出口接管141设置在外套部件2外部，第一工质导入连通管132和第一工质导出连通管142设置在中心管组件与外套部件2之间，埋入管112设置在喷头铸件111内部并位于中心管组件外围。

在本实施例中，第一工质能够通过第一工质入口接管131进入到第一工质流道内部，并流至埋入管112内，埋入管112与喷头铸件111及中心管组件进行热交换，经热交换后的第一工质回流至第一工质导出连通管142，最后由第一工质出口接管141流出介质分布器。

更为具体地，本实施例中的第一工质入口接管131和第一工质出口接管141设置在芯组安装法兰15上，即芯组安装法兰15上开设有两个供第一工质入口接管131和第一工质出口接管141通过的通孔。芯组安装法兰15上还设置有供中心管组件穿过的通孔。

在一些实施例中，第二热交换组件包括依次连通的第二工质入口接管251、第二工质导入连通管252、外套埋入管212、第二工质导出连通管242和第二工质出口接管241，第二工质入口接管251、第二工质导入连通管252、外套埋入管212、第二工质导出连通管242和第二工质出口接管241构成适于进行第二工质流通的第二工质流道；第二工质入口接管251和第二工质出口接管241设置在外套部件2外部，第二工质导入连通管252和第二工质导出连通管242设置在中心管组件与外套部件2之间，外套埋入管212设置在外套铸件211内部。

在本实施例中，第二工质能够通过第二工质入口接管251进入到第二工质流道内部，并流至外套埋入管212内，外套埋入管212与外套铸件211进行热交换，经热交换后的第二工质回流至第二工质导出连通管242，最后由第二工质出口接管241流出介质分布器。

更为具体地，本实施例中的第二工质入口接管251和第二工质出口接管241分别设置在分布器安装法兰23上，第二工质入口接管251和第二工质出口接管241可对称布置，也可不对称布置。

在一些实施例中，埋入管112螺旋绕设于中心管组件的出口段外围。埋管弯制结构让低温热交换工质先进入喷嘴头121所处工况较高温度区，如此设置以让第一热交换工质充分吸收反应器内部向喷头铸件111施加的不同温区热量，使喷头铸件111及其喷头外壳113在允许的工作温升范围。

在一些实施例中，外套埋入管212螺旋设置在外套铸件211的内部或内侧，外套埋入管212结合部件装配尺寸弯制而成，外套埋入管212的内部形成第二热交换工质的螺旋流道，螺旋流道的作用是让第二热交换工质充分吸收反应器内部向外套铸件211施加的高温热量，使外套铸件211及外套壳体213在允许的工作温升范围。

在一些实施例中，第一工质导入连通管132和/或第一工质导出连通管142和/或第二工质导入连通管252和/或第二工质导出连通管242至少部分设置为弯曲构型，即连通管设置为带曲线型弯曲结构，以具备任何方向膨胀差补偿功能，能充分吸收工况下部件温升不同造成的胀差，而不会导致相关部件因此损伤，以确保相关部件不会因温升差异而发生胀差破坏。具体地，连通管结合装配尺寸弯制而成。第一工质导入连通管132、第一工质导出连通管142、第二工质导入连通管252、第二工质导出连通管242的内通截面积为热交换工质流道。

类似氧化剂分布器或氧化剂、原料混合分布器，还存在以下不足：防护性能欠佳，分布器伸入至反应区的外表面易因烧蚀、腐蚀、磨蚀而被破坏，其运行寿命普遍制约着反应器的运行周期。并且如果直接将热交换组件设置在分布器的内部，热交换组件同样存在易腐蚀、磨蚀的问题。

为了解决上述技术问题，在一些实施例中，第一工质导入连通管132和/或第一工质导出连通管142和/或第二工质导入连通管252和/或第二工质导出连通管242采用不锈钢、耐蚀合金材质的无缝管制成，其具有足够的承压性和工况耐腐蚀性。

在一些实施例中，埋入管112和/或外套埋入管212采用低碳钢、有色金属或有色合金无缝管组件制成，内部形成热交换工质流道，低碳钢、有色金属或有色合金无缝管导热性能良好，进而使得埋入管112能够充分地与喷嘴头121进行热交换，使得外套埋入管212能够充分地与外套铸件211进行热交换。

在一些实施例中，埋入管热交换工质流道和/或外套埋入管热交换工质流道采用组合螺旋形，让低温热交换工质先进入温度较高区，进而使得低温热交换介质能够优先与高温铸件进行热交换。

在一些实施例中，第一工质导入连通管132与埋入管11之间通过第一工质导入转接头133连接，埋入管11与第一工质导出连通管142之间通过第一工质导出转接头143连接。第二工质导入连通管252与外套埋入管212之间通过第二工质导入转接头253连接，外套埋入管212与第二工质导出连通管242之间通过第二工质导出转接头243连接。第一工质导入转接头133为中空结构，用于第一工质导入连通管132与埋入管11的过渡连接。第一工质导出转接头143为中空结构，用于埋入管11与第一工质导出连通管142的过渡连接，以向埋入管11输入第一热交换工质。第二工质导入转接头253为中空结构，用于第二工质导入连通管252与外套埋入管212的过渡连接。第二工质导出转接头243为中空结构，外套埋入管212与第二工质导出连通管242的过渡连接，以向外套埋入管212输入第二热交换工质。

在本实施例中，第一工质入口接管131、第一工质导入连通管132、第一工质导入转接头133、埋入管112、第一工质导出转接头143、第一工质导出连通管142、第一工质出口接管141组合成芯组部件的热交换工质工作流道，实现第一热交换工质的引入、热交换、送出功能，保持喷头铸件111及其耐磨耐蚀层在允许的工作温升范围持久工作。第二工质入口接管251、第二工质导入连通管252、第二工质导入转接头253、外套埋入管212、第二工质导出转接头243、第二工质出口接管241组合成外套部件的热交换工质工作流道，实现第二热交换工质的引入、热交换、送出功能，保持外套铸件211及其外套壳体213在允许的工作温升范围持久工作。

在一些实施例中，喷头外壳113和/或外套壳体213和/或套筒22采用耐磨蚀、抗氧化的金属材料制成，进而能够更好地适应于高温的工况。在本实施例中，喷头外壳113为复合在喷头铸件头部外表面的耐磨耐蚀层，耐磨耐蚀层材质优选金属合金或金属陶瓷，喷头外壳113与喷头铸件111相互配合、互相防护，提高了工况下的综合耐受性能。外套壳体213为复合在外套铸件与反应器内高温介质接触位置外部表面的耐磨耐蚀层，耐磨耐蚀层材质优选金属合金或金属陶瓷，耐磨耐蚀层与外套铸件211相互配合、互相防护，提高了工况下的综合耐受性能。套筒22制成圆筒形，其一端与分布器安装法兰焊接连接、另一端与外套铸件焊接或铸造密合或焊接与铸造密合复合连接。

类似氧化剂分布器或氧化剂、原料混合分布器，还存在以下不足：当直接将热交换组件设置在分布器的内部，热交换组件中的工质会直接与充装于中心管组件内部的介质(氧化剂)进行热交换，导致介质(氧化剂)被自身过度冷却降温而造成较大的热量损失。

为了解决上述技术问题，在一些实施例中，中心管组件的中段外部包覆有保温绝热材料18，保温绝热材料包含保温绝热层和保护层，有效控制高温氧化剂通过连通管的散热损失，并使得热交换工质仅在埋入管112及外套埋入管212处发生热交换，有效地提高了与喷头铸件及外套铸件的热交换效率。

在一些实施例中，中心管组件优选耐热耐蚀、抗氧化合金管状组合体，中心管组件的中段为真空绝热夹套或夹套内填充绝热层，通过将中心管组件的中段进行绝热，同样能够避免中心管组件内部的介质与连通管之间发生热交换，使得热交换工质仅在埋入管112及外套埋入管212处发生热交换，以控制高温氧化剂向喷头铸件111的热传导损失，同时降低喷头铸件111所受的热强度。

在一些实施例中，中心管组件包括中心管122、连通管123、入口法兰124，其中连通管123与中心管122同轴线设置并相互连通，连通管123的一端伸出芯组法兰密封17并与入口法兰124连接，中心管122部分设置在喷头铸件111内部，中心管122与喷嘴头121连接。入口法兰124、连通管123、中心管122、喷嘴头121为氧化剂分布器的氧化剂流道，实现向反应器输入氧化剂。

现有的氧化剂分布器缺乏反应器耐火墙的防护作用，氧化剂分布器喷嘴头前高温气流向耐火墙方向涌动激烈，高温氧化剂长时间作用于耐火墙，氧化剂分布器外围耐火墙损伤速率较快。

为了解决上述技术问题，在一些实施例中，喷嘴头121优选耐高温、耐磨蚀、抗氧化的合金材料制成，其具有为中空流道。喷嘴头121的流道中线与中心管组件的中心线的第一夹角N为0～23°，根据反应器不同气化、转化环境需要选择第一夹角N的数值。

在一些实施例中，本实施例还包括保护气体输送结构，保护气体输送结构设置在芯组部件1与外套部件2之间，用于向芯组部件与外套部件之间的间隙输入保护气体，对喷头外壳113、外套壳体213进行保护，以改善工作条件并提高介质分布器整体的耐受能力。

更为具体地，如图2所示，保护气体输送结构包括保护气入口接管19和保护气排出间隙。保护气入口接管19设置在芯组部件1或外套部件2上，并与保护气体源相连通。保护气排出间隙设置在芯组部件1与外套部件2之间，适于将保护气体排出。更为具体地，保护气排出间隙设置在外套铸件211与喷头铸件111之间以及喷头外壳113与外套壳体213之间，通入的保护气体由喷头铸件111与外套铸件211之间的间隙流出。

上述介质分布器，其组合后在氧化剂送出端形成带保护气隙的阶梯凸台，阶梯凸台和保护气隙吹出的保护气，有效阻止氧化剂分布器出口高温氧化反应气流向耐火墙涌流，使氧化剂分布器周围耐火墙得到持久保护。本实施例中的保护气体输送结构输送的保护气体位于喷嘴头的外围，通过保护气体将氧化剂包围，进而在氧化剂发生涌动时会被保护气体阻挡，且即便氧化剂涌动至耐火墙上，位于外围的保护气体会与耐火墙直接接触，进而对氧化剂分布器外围耐火墙进行保护，提高了耐火墙的工况寿命。

实施例2

下面结合本发明第二方面的反应系统详细阐述本发明的具体实施例。

如图1所示，本发明提供了一种反应系统，包括反应区、反应器接管6和实施例1的介质分布器。反应区由反应器壳体7内部的耐火墙8围设而成。反应器接管6与反应器壳体7连接。介质分布器插装定位在反应器接管6内部，通过分布器紧固件5将介质分布器上的分布器安装法兰23与反应器接管6连接，分布器安装法兰23与反应器接管6之间设置有分布器法兰密封4。介质分布器的介质喷出口指向反应区并与反应区连通，介质分布器的介质入口位于反应器壳体7的外部。

在本实施例中，高温介质(氧化剂)可通过介质入口进入至介质分布器内部，再由喷嘴头喷射至反应区。介质分布器的喷嘴头位置时能够与第一工质和/或第二工质进行热交换，进而能够降低喷嘴头位置的温度，延长了装置的使用寿命。

更为具体地，耐火墙由陶瓷防护砖3拼砌而成，特种陶瓷防护砖能够避免反应区内的热量外散。特种陶瓷防护砖优选稳定性好的氮化物或氧化物材料制成异形砖，其具有综合的抗氧化、抗侵蚀、耐磨损能力，对外套部件2起到防护作用，提高了使用寿命，特种陶瓷防护砖的尺寸型式与外套部件配合安装。

在一些实施例中，芯组部件、外套部件、特种陶瓷防护砖各自是一个可独立工作的组合体并又是相互配合的可拆连接组合体，在图1和图2中其相互之间配合组合，进而当芯组部件、外套部件、特种陶瓷防护砖中的某一部件发生损坏，可单独地对受损部件进行更换。

在一些实施例中，介质分布器的射流垂直投影中心线与耐火墙纵向中心线的第二夹角M为0～90°，进而本实施例中的介质分布器的安装位置可以根据实际使用状况进行相应的调整，介质分布器的适用性更强。

现有的氧化剂分布器不能热备在线更换或者更换困难。满足不了受损后的反应器低成本、快速检修需要，以及在不同气化原料切换期间的快速调整更换需要。

为了解决上述技术问题，在一些实施例中，芯组部件的介质喷出口端部设置为锥状。芯组部件1、外套部件2能够根据需要，十分方便地从反应器壳体7外抽出，进行更换。例如芯组部件1和/或外套部件2发生故障时，在反应系统降温卸压后，不用清料即可根据需要将芯组部件1和外套部件2从反应器壳体7外抽出更换，进而避免了需要人工进入反应系统进行部件拆装的复杂过程。热备更换结合只需更换其中的一个部件，大幅降低了检修费用并实现快速检修。

更为具体地，喷头铸件111优选采用高导热有色金属或合金材质，在热交换工质流道中的热交换工质冷却下，控制工况下的温升在其承受范围。喷头铸件111将埋入管、喷嘴头、中心管、第一工质导入转接头和第一工质导出转接头的一段铸造密合为一体，这样结构紧凑、配合紧密。喷头铸件111的头部外表具有锥度，拆卸更换能容易地向外反应器外抽出。

外套铸件211优选高导热有色金属或合金材质，在热交换工质流道中的热交换工质冷却下，控制工况下的温升在其承受范围。外套铸件211将外套埋入管、第二工质导入转接头和第二工质导出转接头的一部分铸造密合为一体，实现这些部件相互间结构紧凑、配合密切。外套铸件211外表具有锥度，拆卸更换能容易地向外反应器外抽出。

上述反应系统的工作过程如下：

氧化剂由入口法兰124输入，通过连通管123、中心管122，最后由喷嘴头121向反应器内分布。

第一热交换工质由第一工质入口接管131输入，经芯组安装法兰15流通孔、第一工质导入连通管132、第一工质导入转接头133送入埋入管112进行热交换工作，后经第一工质导出转接头143、第一工质导出连通管142、芯组安装法兰15流通孔、第一工质出口接管141送出；第二热交换工质由第二工质入口接管251输入，经分布器安装法兰23流通孔、第二工质导入连通管252、第二工质导入转接头253送入外套埋入管212进行热交换工作，后经第二工质导出转接头243、第二工质导出连通管242、分布器安装法兰23流通孔、第二工质出口接管241送出；第一热交换工质、第二热交换工质，可为同一性能参数工质或不同性能参数工质。

上述反应系统，采用特殊的组合结构设计，实现了反应器卸压热备条件下在外部的拆装更换，避免了需反应器停车清料人员进入反应器内部的复杂过程，同时其具有工况寿命周期长、氧化剂热损失低、保护反应器耐火墙、能快速调整更换且成本低的诸多优点，不仅满足一种含碳物质转化重整反应器氧化剂分布的支持功能，同时适用于固定床、气流床、混合床液态排渣的其它气化、转化反应器或其它工业领域。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (15)

1.一种介质分布器，其特征在于，包括：

芯组部件(1)，一端为介质入口，另一端为介质喷出口；

外套部件(2)，设置在所述芯组部件(1)外围；

热交换组件，设置在所述芯组部件(1)与外套部件(2)之间，适于与所述介质喷出口和/或所述外套部件(2)进行热交换。

2.根据权利要求1所述的一种介质分布器，其特征在于，所述芯组部件(1)包括：

中心管组件，贯穿所述外套部件(2)，所述中心管组件分设为进口段、中段和出口段，所述出口段的端部设置有喷嘴头(121)；

喷头铸件(111)，至少部分包覆于所述出口段外围；

喷头外壳(113)，包覆于所述喷头铸件(111)外围并与外套部件(2)连接。

3.根据权利要求2所述的一种介质分布器，其特征在于，所述外套部件(2)包括：

外套铸件(211)，设置于芯组部件(1)的中部及介质喷出口外围；

套筒(22)，与外套铸件(211)端面相抵接，设置在芯组部件(1)的中部外围；

外套壳体(213)，设置于外套铸件(211)的外围；

安装法兰组件，适于将芯组部件(1)定位至套筒(22)上。

4.根据权利要求3所述的一种介质分布器，其特征在于，所述热交换组件包括：

第一热交换组件，与所述介质喷出口进行热交换；

和/或

第二热交换组件，与所述外套部件(2)进行热交换。

5.根据权利要求4所述的一种介质分布器，其特征在于，所述第一热交换组件包括依次连通的第一工质入口接管(131)、第一工质导入连通管(132)、埋入管(112)、第一工质导出连通管(142)和第一工质出口接管(141)，所述第一工质入口接管(131)、第一工质导入连通管(132)、埋入管(112)、第一工质导出连通管(142)和第一工质出口接管(141)构成适于进行第一工质流通的第一工质流道；所述第一工质入口接管(131)和第一工质出口接管(141)设置在所述外套部件(2)外部，所述第一工质导入连通管(132)和第一工质导出连通管(142)设置在所述中心管组件与所述外套部件(2)之间，所述埋入管(112)设置在所述喷头铸件(111)内部并位于所述中心管组件外围；

和/或

所述第二热交换组件包括依次连通的第二工质入口接管(251)、第二工质导入连通管(252)、外套埋入管(212)、第二工质导出连通管(242)和第二工质出口接管(241)，所述第二工质入口接管(251)、第二工质导入连通管(252)、外套埋入管(212)、第二工质导出连通管(242)和第二工质出口接管(241)，构成适于进行第二工质流通的第二工质流道；所述第二工质入口接管(251)和第二工质出口接管(241)设置在所述外套部件(2)外部，所述第二工质导入连通管(252)和第二工质导出连通管(242)设置在所述中心管组件与所述外套部件(2)之间，所述外套埋入管(212)设置在所述外套铸件(211)内部。

6.根据权利要求5所述的一种介质分布器，其特征在于，所述埋入管(112)螺旋绕设于所述中心管组件的出口段外围；

和/或

所述外套埋入管(212)螺旋设置在外套铸件(211)的内部或内侧；

和/或

所述第一工质导入连通管(132)和/或第一工质导出连通管(142)和/或第二工质导入连通管(252)和/或第二工质导出连通管(242)至少部分设置为弯曲构型，以具备任何方向膨胀差补偿功能。

7.根据权利要求5或6所述的一种介质分布器，其特征在于，所述第一工质导入连通管(132)和/或第一工质导出连通管(142)和/或第二工质导入连通管(252)和/或第二工质导出连通管(242)采用不锈钢、耐蚀合金材质的无缝管制成；

和/或

所述埋入管(112)和/或外套埋入管(212)采用低碳钢、有色金属或有色合金无缝管组件制成；

和/或

所述喷头外壳(113)和/或外套壳体(213)和/或套筒(22)采用耐磨耐蚀材质制成。

8.根据权利要求5或6所述的一种介质分布器，其特征在于，所述中心管组件的中段外部包覆有保温绝热材料，保温绝热材料包含保温绝热层和保护层；

和/或

所述中心管组件的中段为真空绝热夹套或夹套内填充绝热层。

9.根据权利要求2所述的一种介质分布器，其特征在于，所述喷嘴头(121)的中心线与中心管组件的中心线的夹角为0～23°。

10.根据权利要求1所述的一种介质分布器，其特征在于，还包括：

保护气体输送结构，设置在所述芯组部件(1)与外套部件(2)之间，适于向所述芯组部件(1)与外套部件(2)之间输送保护气体，并使得吹出的保护气体包裹在芯组部件(1)喷出的介质外围，以改善工作条件并提高介质分布器整体的耐受能力。

11.根据权利要求10所述的一种介质分布器，其特征在于，所述保护气体输送结构包括：

保护气入口接管(19)，设置在所述芯组部件(1)或外套部件(2)上，并与保护气体源相连通；

保护气排出间隙，设置在所述芯组部件(1)与外套部件(2)之间，适于将保护气体排出。

12.一种反应系统，其特征在于，包括：

反应区，由反应器壳体(7)内部的耐火墙围设而成；

反应器接管(6)，与所述反应器壳体(7)连接；

权利要求1至11中任意一项所述的介质分布器，插装定位在所述反应器接管(6)内部，所述介质分布器的介质喷出口指向反应区并与反应区连通，所述介质分布器的介质入口位于所述反应器壳体(7)的外部。

13.根据权利要求12所述的一种反应系统，其特征在于，所述介质分布器的射流垂直投影中心线与所述耐火墙纵向中心线的夹角为0～90°。

14.根据权利要求12所述的一种反应系统，其特征在于，所述芯组部件的介质喷出口端部设置为锥状。

15.根据权利要求12至14中任意一项所述的一种反应系统，其特征在于，所述反应系统适用于含碳物质转化重整反应器和/或固定床液态排渣气化反应器和/或气流床液态排渣气化反应器和/或混合床液态排渣气化反应器。