專利名稱：應用于等離子體裂解煤過程的淬冷系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于化工設備領域，特別涉及一種應用于等離子體裂解煤過程的淬冷系統(tǒng)。
背景技術：
乙炔是一種非常重要的基本有機化工原料。目前乙炔的生產工藝主要有電石法、 天然氣部分氧化法等。電石法工藝成熟可靠，原料易得，技術門檻低。但是電石法存在耗能 高、污染環(huán)境嚴重等問題。天然氣部分氧化法工藝雖然低污染，但技術復雜，資源少、投資成 本高。目前國內乙炔生產仍以電石法為主。等離子體裂解煤制乙炔工藝具有流程短、低資 源消耗、環(huán)境友好等優(yōu)點，是煤直接轉化的一條有效途徑，具有很好的發(fā)展前景。等離子體裂解煤制乙炔工藝是將煤噴入溫度為3500 22000°C的等離子體中，經 毫秒級反應后生成產物乙炔等。而乙炔在高溫下不穩(wěn)定，上述反應產物必須在毫秒級內淬 冷至250°C以下，否則將使乙炔等反應產物分解，降低其產率。淬冷器是等離子體裂解煤工 藝中的重要設備，對淬冷器的要求是快速、均勻、淬冷劑消耗量低。若淬冷劑在淬冷器內的 分布不均勻，不僅會降低淬冷劑的效率，造成淬冷劑的浪費；還會在淬冷器內形成局部高溫 區(qū)，使部分裂解氣不能有效地淬冷，降低乙炔的收率。為了使淬冷劑與裂解氣充分接觸，提 高淬冷效率，必須使淬冷劑霧化。對于等離子體裂解煤制乙炔工藝，進入淬冷器內裂解氣的 流速高達100-300m/s，遠大于淬冷劑液滴噴入速度，霧化后的淬冷劑液滴所能穿過裂解氣 的距離非常短，難以噴入裂解氣中心區(qū)域，使部分乙炔在高溫下分解，收率降低。而且隨著 裝置規(guī)模的增大，這個問題越來越嚴重。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是克服現有技術的不足，提供一種應用于等離子體裂解煤過程的淬 冷系統(tǒng)。應用于等離子體裂解煤過程的淬冷系統(tǒng)包括裂解氣入口、淬冷器本體、淬冷器內 芯、淬冷裝置簡體、淬冷器內芯支柱、淬冷器內芯霧化裝置、淬冷器本體霧化裝置、裂解氣出 口、本體淬冷劑入口管、內芯淬冷劑入口管、第一淬冷劑通道、第二淬冷劑通道、環(huán)隙、支柱 內管、空腔；淬冷裝置筒體上端設有淬冷器本體，淬冷裝置筒體內設有淬冷器內芯支柱，淬 冷器內芯支柱內設有環(huán)隙，淬冷器內芯支柱下端對稱設有兩根內芯淬冷劑入口管，并與環(huán) 隙相通，淬冷器內芯支柱上端設有淬冷器內芯，淬冷器內芯為錐體，淬冷器內芯頂端及錐面 上設有淬冷器內芯霧化裝置，淬冷器內芯內設有第二淬冷劑通道，并與淬冷劑通道相通，淬 冷器本體包括裂解氣入口、淬冷器本體霧化裝置、本體淬冷劑入口管、第一淬冷劑通道，淬 冷器本體上端設有裂解氣入口，淬冷器本體內壁為錐形，并與淬冷器內芯之間形成一環(huán)形 通道，淬冷器本體內壁設有霧化裝置，淬冷器本體內設有第一淬冷劑通道，并與霧化裝置相 通，淬冷器本體外壁對稱設有兩根本體淬冷劑入口管，并與第一淬冷劑通道相通。所述的淬冷器本體還包括淬冷氣進口管和淬冷氣通道，在淬冷劑通道外側設有淬冷氣通道，淬冷器本體外壁對稱設有兩根淬冷氣進口管，淬冷氣通道與淬冷氣進口管相連；所述的空腔與淬冷器內芯霧化裝置相通。所述的淬冷器內芯霧化裝置、淬冷器本體霧化裝置為單介質霧化噴嘴、雙介質霧 化噴嘴或集成式霧化裝置。所述的集成式霧化裝置包括霧化裝置外壁、霧化裝置內壁、導氣管、環(huán)隙、狹縫、收 縮段、混合部、擴張孔；導氣管一端安裝在霧化裝置外壁上，并與淬冷氣體通道連通，導氣管 另一端伸入霧化裝置內壁的開孔中，并與霧化裝置內壁形成環(huán)隙、狹縫及混合部，導氣管前 端具有收縮段，霧化裝置內壁前端開有擴張孔，本體淬冷劑通道與環(huán)隙相連。所述的噴嘴或集成式霧化裝置為一層或多層布置，每層布置2個以上噴嘴或集成 式霧化裝置噴射孔。所述的淬冷器本體錐形內壁的底角α為30-80度。所述的淬冷器內芯的錐體底角β為30-80度。所述淬冷器內芯霧化裝置淬冷劑出口中心軸與淬冷器內芯的錐體夾角Y為 40-120 度。所述所述淬冷器本體霧化裝置的淬冷劑出口中心軸與淬冷器本體錐形內壁夾角 θ 為 25-90 度。本發(fā)明與現有技術相比具有的有益效果1、對于等離子體裂解煤制乙炔工藝，進入淬冷器內裂解氣的流速高達100_300m/ s，遠大于淬冷劑液滴噴入速度，霧化后的淬冷劑液滴所能穿過裂解氣的距離非常短，難以 到達裂解氣中心區(qū)域，使部分乙炔在高溫下分解，收率降低。而且隨著裝置規(guī)模的增大，該 問題越來越嚴重。本發(fā)明為環(huán)隙式結構，淬冷劑分別從安裝在淬冷器本體及內芯上的霧化 裝置噴入，較好地解決了這一問題，提高了乙炔的收率。2、較好地解決了淬冷器的放大的問題。本發(fā)明采用環(huán)隙式設計，當裝置的處理量 增大時，可保持淬冷器本體與內芯之間環(huán)形通道的寬度不變，通過相應地增大環(huán)形的內外 徑，增大淬冷器的流通面積。這樣淬冷劑液滴仍可貫穿裂解氣，與裂解氣充分地接觸，提高 淬冷效率，放大效應較小。3、在淬冷器內芯項部裝有淬冷劑霧化裝置，該裝置不僅起到淬冷裂解氣的作用， 而且淬冷劑被裂解氣沖到淬冷器內芯上，沿著器壁向下流，可以防止淬冷器內芯被燒壞。4、淬冷劑流經淬冷器本體、淬冷器內芯及內芯支柱內的淬冷劑通道，可移走淬冷 器的熱量，起到降低淬冷器溫度的作用，防止淬冷器因溫度過高而燒壞。5、該發(fā)明既適用于單介質淬冷，也適用于雙介質淬冷。
圖1是本發(fā)明采用單介質噴嘴時的結構示意圖。圖2是本發(fā)明采用雙介質噴嘴時的結構示意3是本發(fā)明淬冷器本體采用集成式霧化裝置時的結構示意4是集成式霧化裝置的結構示意圖。圖中，裂解氣入口 1、淬冷器本體2、淬冷器內芯3、淬冷裝置筒體4、淬冷器內芯支 柱5、淬冷器內芯霧化裝置6、淬冷器本體霧化裝置7、裂解氣出口 8、淬冷劑入口管9和10、淬冷劑通道11和12、環(huán)隙13、淬冷氣進口管14、支柱內管15、淬冷氣通道16、空腔17、霧化 裝置外壁18、霧化裝置內壁19、導氣管20、環(huán)隙21、狹縫22、收縮段23、混合部24、擴張孔 25。
具體實施例方式如圖1 3所示，應用于等離子體裂解煤過程的淬冷系統(tǒng)包括裂解氣入口 1、淬冷器本體2、淬冷器內芯3、淬冷裝置筒體4、淬冷器內芯支柱5、淬冷器內芯霧化裝置6、淬冷 器本體霧化裝置7、裂解氣出口 8、淬冷劑入口管9和10、淬冷劑通道11和12、環(huán)隙13、支 柱內管15、空腔17 ；淬冷裝置簡體4上端設有淬冷器本體2，淬冷裝置筒體4內設有淬冷器 內芯支柱5，淬冷器內芯支柱5內設有環(huán)隙13，淬冷器內芯支柱5下端對稱設有兩根淬冷劑 入口管10，并與環(huán)隙13相通，淬冷器內芯支柱5上端設有淬冷器內芯3，淬冷器內芯3為錐 體，淬冷器內芯3頂端及錐面上設有淬冷器內芯霧化裝置6，淬冷器內芯3內設有淬冷劑通 道12，并與淬冷劑通道13相通，淬冷器本體2包括裂解氣入口 1、淬冷器本體霧化裝置7、淬 冷劑入口管9、淬冷劑通道11，淬冷器本體2上端設有裂解氣入口 1，淬冷器本體2內壁為錐 形，并與淬冷器內芯3之間形成一環(huán)形通道，淬冷器本體2內壁設有霧化裝置7，淬冷器本體 2內設有淬冷劑通道11，并與霧化裝置7相通，淬冷器本體2外壁對稱設有兩根淬冷劑入口 管9，并與淬冷劑通道11相通。淬冷器本體2錐形內壁的底角α為30-80度。淬冷器內芯 3的錐體底角β為30-80度。淬冷器內芯霧化裝置6的淬冷劑出口中心軸與淬冷器內芯3 的錐體夾角Y為40-120度。淬冷器本體霧化裝置7的淬冷劑出口中心軸與淬冷器本體2 錐形內壁夾角θ為25-90度。所述的淬冷器內芯霧化裝置6、淬冷器本體霧化裝置7為單 介質霧化噴嘴、雙介質霧化噴嘴或集成式霧化裝置。當采用雙介質噴嘴或集成式霧化裝置時所述的淬冷器本體2還包括淬冷氣進口 管14和淬冷氣通道16，在淬冷劑通道11外側設有淬冷氣通道16，淬冷器本體2外壁對稱 設有兩根淬冷氣進口管14，淬冷氣通道16與淬冷氣進口管14相連；所述的空腔17與淬冷 器內芯霧化裝置6相通。所述的噴嘴或集成式霧化裝置為一層或多層布置，每層布置2個 以上噴嘴或集成式霧化裝置噴射孔。如圖4所示，所述的集成式霧化裝置包括霧化裝置外壁18、霧化裝置內壁19、導氣 管20、環(huán)隙21、狹縫22、收縮段23、混合部24、擴張孔25 ；導氣管20 —端安裝在霧化裝置外 壁18上，并與淬冷氣體通道16連通，導氣管20另一端伸入霧化裝置內壁19的開孔中，并 與霧化裝置內壁19形成環(huán)隙21、狹縫22及混合部24，導氣管20前端具有收縮段23，霧化 裝置內壁19前端開有擴張孔25，淬冷劑通道11與環(huán)隙21相連。本發(fā)明的工作過程如下當本發(fā)明采用雙介質噴嘴時等離子體裂解煤生成的裂解氣的溫度高于1500°C， 從裂解氣入口 1進入淬冷裝置。淬冷劑分為兩路，一路由淬冷劑入口管9進入淬冷器本體 2內，經通道11進入噴嘴，霧化后噴入裂解氣中；另一路由由淬冷劑入口管10進入淬冷器 內芯支柱內的環(huán)隙13中，經淬冷器內芯中的通道12進入噴嘴，霧化后噴入裂解氣中；淬冷 劑入口管9和10分別為對稱的兩根，可以使淬冷劑較均勻地進入各個噴嘴。淬冷劑與裂解 氣充分接觸，毫秒級內將裂解氣從1500°C以上淬冷到250°C以下，淬冷后的裂解氣及未汽 化的淬冷劑從出口 8排出。
當本發(fā)明采用雙介質噴嘴時等離子體裂解煤生成的裂解氣的溫度高于1500°C，從裂解氣入口 1進入淬冷裝置。淬冷劑分為兩路，一路由淬冷劑入口管9進入淬冷器本體 2內，經通道11進入噴嘴；一路由由淬冷劑入口管10進入淬冷器內芯支柱內的環(huán)隙13中， 經淬冷器內芯中的通道12進入噴嘴。淬冷氣分為兩路，一路由淬冷氣進口管14經淬冷器 本體內的淬冷氣通道16進入雙介質噴嘴，與淬冷劑一起噴入裂解氣中；一路由支柱5中內 管15經空腔17進入安裝在淬冷器內芯雙介質噴嘴中，與淬冷劑一起噴入裂解氣中，毫秒級 內將裂解氣從1500°C以上淬冷到250°C以下，淬冷后的裂解氣從出口 8排出。采用雙介質 霧化噴嘴，淬冷劑霧化效果好，可以更有效的與裂解氣充分接觸，提高淬冷速率，降低乙炔 的分解損失。同時由于淬冷劑高度霧化，可以控制使其完全蒸發(fā)，便于通過調節(jié)淬冷劑流量 控制淬冷后裂解氣的溫度。集成式霧化裝置的霧化原理類似于雙介質噴嘴，其工作過程為淬冷劑由淬冷劑 入口管9進入淬冷器本體2內的通道11中，經集成式霧化裝置內壁19與導氣管20之間的 環(huán)隙21、狹縫22進入混合部24 ；淬冷氣由淬冷氣進氣管14進入淬冷器本體2中，經淬冷氣 通道16進入導氣管20中，經過收縮段23，被加速后進入混合部24，與淬冷劑混合，經擴張 段25噴入裂解氣中，形成霧化。高度霧化的淬冷劑與裂解氣充分接觸，在毫秒級內將裂解 氣從1500°C以上淬冷到250°C以下，淬冷后的裂解氣從出口 8排出。采用集成式霧化裝置， 不僅可以使淬冷劑高度地霧化，還可以在相同大小的淬冷器內布置更多的淬冷劑噴出口， 這樣淬冷劑在淬冷器內的分布更均勻，與裂解氣的接觸更充分，淬冷效果更好，從而可以提 高乙炔的收率。等離子體裂解煤過程中，進入淬冷器內裂解氣的流速高達100-300m/s，遠大于霧 化后的淬冷劑液滴的噴入速度，淬冷劑所能穿過裂解氣的距離非常短，大部分在淬冷器邊 上就隨裂解氣流出淬冷段，無法到達裂解氣中心區(qū)域，致使一部分裂解氣未得到有效地淬 冷，乙炔收率降低。而且隨著裝置規(guī)模的增大，該問題越來越嚴重。本發(fā)明為環(huán)隙式結構， 淬冷器本體2的內壁與淬冷器內芯3均為錐形，構成一環(huán)形通道，且內芯3頂端密封，裂解 氣只能從該環(huán)形通道流過，淬冷劑分別從安裝在淬冷器本體2與淬冷器內芯3上的霧化裝 置噴入，較好地解決了這一問題，提高了乙炔的收率。當裝置的處理量增大時，可保持環(huán)形 通道的寬度不變，通過相應地增大環(huán)形的內外徑，增大淬冷器的流通面積。這樣淬冷劑液滴 仍可貫穿裂解氣，與裂解氣充分地接觸，提高淬冷效率，因此本發(fā)明的放大效應較小。
權利要求
一種應用于等離子體裂解煤過程的淬冷系統(tǒng)，其特征在于包括裂解氣入口(1)、淬冷器本體(2)、淬冷器內芯(3)、淬冷裝置筒體(4)、淬冷器內芯支柱(5)、淬冷器內芯霧化裝置(6)、淬冷器本體霧化裝置(7)、裂解氣出口(8)、本體淬冷劑入口管(9)、內芯淬冷劑入口管(10)、第一淬冷劑通道(11)、第二淬冷劑通道(12)、環(huán)隙(13)、支柱內管(15)、空腔(17)；淬冷裝置筒體(4)上端設有淬冷器本體(2)，淬冷裝置筒體(4)內設有淬冷器內芯支柱(5)，淬冷器內芯支柱(5)內設有環(huán)隙(13)，淬冷器內芯支柱(5)下端對稱設有兩根內芯淬冷劑入口管(10)，并與環(huán)隙(13)相通，淬冷器內芯支柱(5)上端設有淬冷器內芯(3)，淬冷器內芯(3)為錐體，淬冷器內芯(3)頂端及錐面上設有淬冷器內芯霧化裝置(6)，淬冷器內芯(3)內設有第二淬冷劑通道(12)，并與環(huán)隙(13)相通，淬冷器本體(2)包括裂解氣入口(1)、淬冷器本體霧化裝置(7)、本體淬冷劑入口管(9)、第一淬冷劑通道(11)，淬冷器本體(2)上端設有裂解氣入口(1)，淬冷器本體(2)內壁為錐形，并與淬冷器內芯(3)之間形成一環(huán)形通道，淬冷器本體(2)內壁設有霧化裝置(7)，淬冷器本體(2)內設有第一淬冷劑通道(11)，并與霧化裝置(7)相通，淬冷器本體(2)外壁對稱設有兩根本體淬冷劑入口管(9)，并與第一淬冷劑通道(11)相通。
2.根據權利要求1所述的一種應用于等離子體裂解煤過程的淬冷系統(tǒng)，其特征在于 所述的淬冷器本體(2)還包括淬冷氣進口管(14)和淬冷氣通道(16)，在第一淬冷劑通道 (11)外側設有淬冷氣通道(16)，淬冷器本體(2)外壁對稱設有兩根淬冷氣進口管(14)，淬 冷氣通道(16)與淬冷氣進口管(14)相連；所述的空腔(17)與淬冷器內芯霧化裝置(6)相iM o
3.根據權利要求1所述的一種應用于等離子體裂解煤過程的淬冷系統(tǒng)，其特征在于所 述的淬冷器內芯霧化裝置(6)、淬冷器本體霧化裝置(7)為單介質霧化噴嘴、雙介質霧化噴 嘴或集成式霧化裝置。
4.根據權利要求3所述一種應用于等離子體裂解煤過程的淬冷系統(tǒng)，其特征在于所述 的集成式霧化裝置包括霧化裝置外壁(18)、霧化裝置內壁(19)、導氣管(20)、環(huán)隙(21)、 狹縫(22)、收縮段(23)、混合部(24)、擴張孔(25)；導氣管(20) —端安裝在霧化裝置外壁(18)上，并與淬冷氣體通道(16)連通，導氣管(20)另一端伸入霧化裝置內壁(19)的開孔 中，并與霧化裝置內壁(19)形成環(huán)隙(21)、狹縫(22)及混合部(24)，導氣管(20)前端具有 收縮段(23)，霧化裝置內壁(19)前端開有擴張孔(25)，第一淬冷劑通道(11)與環(huán)隙(21) 相連。
5.根據權利要求3所述的一種應用于等離子體裂解煤過程的淬冷系統(tǒng)，其特征在于所 述的噴嘴或集成式霧化裝置為一層或多層布置，每層布置2個以上噴嘴或集成式霧化裝置 噴射孔。
6.根據權利要求1所述的一種應用于等離子體裂解煤過程的淬冷系統(tǒng)，其特征在于所 述的淬冷器本體(2)錐形內壁的底角a為30-80度。
7.根據權利要求1所述的一種應用于等離子體裂解煤過程的淬冷系統(tǒng)，其特征在于所 述的淬冷器內芯(3)的錐體底角0為30-80度。
8.根據權利要求1所述的一種應用于等離子體裂解煤過程的淬冷系統(tǒng)，其特征在于所 述淬冷器內芯霧化裝置(6)淬冷劑出口中心軸與淬冷器內芯(3)的錐體夾角、為40-120 度。
9.根據權利要求1所述的一種應用于等離子體裂解煤過程的淬冷系統(tǒng)，其特征在于所 述所述淬冷器本體霧化裝置(7)淬冷劑出口中心軸與淬冷器本體(2)錐形內壁夾角θ為 25-90 度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種等離子體裂解煤過程的淬冷系統(tǒng)。它包括裂解氣入口，淬冷器本體，淬冷器內芯，淬冷器內芯支柱，淬冷裝置筒體，淬冷器內芯霧化裝置，淬冷器本體霧化裝置，裂解氣出口，淬冷劑入口管，淬冷劑通道，淬冷氣進口管，淬冷氣通道。該淬冷裝置為環(huán)隙式，淬冷器本體的內壁與淬冷器內芯均為錐形，構成一環(huán)形通道，且內芯頂端密封，裂解氣只能從該環(huán)形通道流過；分別在淬冷器內芯與淬冷器本體上安裝淬冷劑霧化裝置，霧化裝置可以采用單介質噴嘴、雙介質噴嘴或集成式霧化裝置。本發(fā)明較好地解決了等離子體裂解煤淬冷過程中淬冷劑無法到達裂解氣中心區(qū)域所導致的乙炔收率降低的問題，且放大效應較小。
文檔編號C07C11/24GK101823935SQ20101016955
公開日2010年9月8日 申請日期2010年5月11日 優(yōu)先權日2010年5月11日
發(fā)明者任其龍, 何潮洪, 吳忠標, 王鵬, 榮剛, 鄧國安, 陳豐秋, 陳新志 申請人:浙江大學