高温多相注入装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种适用于高温制程环境的多相注入装置，包括喷嘴和喷嘴中的多个通道，其中，所述多个通道包括主通道和至少一个次通道。所述通道可操作以彼此成多个不同角度同时向反应器中注入各自的制程介质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高温多相注入装置
本专利技术涉及一种适合用于高温制程环境的多相注入装置。
技术介绍
许多工业化学反应包括将一种或多种制程介质(气体，流体)放入到高温和/或高压环境。这些反应的例子包括生物质和废弃物的气化过程。有必要提供一种注入系统或装置，用于以可控制注入速度、温度等的方式将这些制程介质引入到反应环境(通常是高度可燃的)。理想情况下，一个注入系统或装置需要确保安全并且提升并最大化过程的效率和有效性。开发可靠、高效及耐久的注入装置有很多挑战。比如，为了提升制程介质在化学过程和/或增加其他化学反应的温度，一些情况下氧气被注入到反应器，使得局部极限火焰温度对传统金属而言温度过高(例如超过2500℃)。这是选择喷嘴材料时高度相关的一个方面，因为如此高的温度可能会导致融化及很严重的喷嘴磨损。使用陶瓷衬里末端可以增加喷嘴的寿命，但无法一直阻止磨损，喷嘴仍然是消耗品，即它会由于承受很高的温度梯度而失效并需要定期更换。没有传统的全陶瓷喷嘴能够满足所需精度要求的被制作出来，精度需要满足用于实施必要核心功能(例如容忍高温和固态物质，后面深入讲解)和其他关键的辅助功能(如安装安全装置，后面深入讲解)。这样的装置也容易破碎，因为传统陶瓷介质的低拉伸强度，使得它不适合用于存在大温度梯度(例如陶瓷喷嘴冷却引起)，以及出现显著压差等的多种制程环境中。将氧气注入到高温化学过程的最常见方法通常涉及用惰性介质以及通常可更换的喷嘴或喷嘴部件(例如喷嘴面)的大量稀释，即必须定期更换的消耗品，导致过程停机时间和运营成本大。此外，由于这种“一次性”的性质，喷嘴在功能上受到限制，并且诸如火焰检测或引燃照明之类的安全规定不能被结合到设备中。值得注意的是，常规装置不能用来同时向制程中注入固体，因为它们的结构，无论是从材料和几何结构上讲，都不能承受任何这种固体材料引起的磨损程度。换句话说，必须确保注入的流体不含任何固体。当在制程容器中存在灰时，这等同于该制程涉及任何气化或热解过程时，高的局部温度会导致介质的熔化，当与相对冷的喷嘴尖端相互作用时，最终导致沉积物的形成，从而引起尖端本身失效。
技术实现思路
本专利技术涉及一种将多种流体或与固体混合的多种流体引入高压和温度下操作的过程的方法。根据本文描述的专利技术，公开了一种高温注入装置，包括喷嘴和喷嘴中的多个通道，其中多个通道包括主通道和至少一个次通道。优选地，该装置是多相注入装置。优选地，主通道和/或至少一个次通道可操作地注入流体、气体或固体。优选地，主通道可操作地注入流体、气体或固体，并且至少一个次通道可操作地同时注入不同的流体、气体或固体。固体被裹挟在其他液体中。应当理解，通道也可以描述为通常意义上用于输送流体、气体和固体的管道、管路或通路。优选地，喷嘴具有纵向轴线，并且在长度上沿同一方向延伸。优选地，每个通道基本上沿着喷嘴的长度延伸。优选地，主通道和次通道中的一些或全部能够以不同角度从装置注入流体、气体或固体。优选地，所述至少一个次通道可操作地与喷嘴的纵向轴线成角度地注入流体、气体或固体。优选地，所述多个通道包括围绕所述主通道布置的多个次通道。可以理解，主通道和次通道可以分别描述为多条主要通路和多条辅助通路。此外，应当理解，在不同的布置中，各种通道中的每一个可以被识别为主通道/主要通道或次通道/辅助通道。在本专利技术的一个方面，所述流体、气体或固体包括蒸汽、氮、氧化剂、氧化剂介质、催化剂、催化介质、床介质、沙子和冷却剂中的至少一个。优选地，多个次通道布置成围绕主通道的一系列同心或环形通道。优选地，主通道是与纵轴对齐的中心通道。优选地，所述多个次通道中的每一个可操作地相对于所述主通道以内角度注入所述流体、气体或固体。优选地，在设备的多个通道中的一些或全部中传输的介质不在装置内混合。为此，主通道和多个次通道中的至少一个可以彼此隔离，并且多个次通道中的第一通道和多个次通道中的第二通道可以彼此隔离。优选地，该装置包括换热装置。为此，优选地，至少一个次通道沿喷嘴长度的一部分邻近并平行于主通道或另一个次通道。优选地，喷嘴的材料包括高级陶瓷，例如碳化硅(SiC)和/或基于SiC的变体。优选地，该装置可操作以在还原环境和/或氧化环境中工作。优选地，喷嘴设置在喷嘴壳体中；喷嘴和/或喷嘴壳体可以包括辅助设备或可以包括用于安装辅助设备的装置。优选地，该装置还包括用于气体采样的专用通道和/或引射装置。根据本专利技术的一个方面，公开了一种用于反应器的高温多相注入喷嘴装置，包括第一通道和第二通道，其中至少一个通道可操作以将固体介质注入反应器。固体介质可以裹挟在流体中。根据本专利技术的另一个方面，公开了一种注入喷嘴和换热器装置，包括可操作来输送第一流体、气体或固体的第一通道和可操作来输送第二流体、气体或固体的第二通道，其中，第一通道和第二通道基本平行且彼此相邻，以便允许第一和第二流体、气体或固体之间的热交换，并且第一和第二通道可操作以分别以预定方向同时注入第一和第二流体、气体或固体。根据本专利技术的一个方面，公开了一种将在高温高压介质注入反应器的方法，包括从喷嘴装置的第一通道注入第一介质，并且同时从喷嘴装置的第二通道注入第二介质。所述第二通道与所述第一通道隔离，其中，所述第一和第二介质中的每一个包括流体、气体或固体。第一介质和第二介质可以以相对彼此成一定角度注入。在一个方面，该方法还可以包括，在注入之前，在第一通道中的第一介质和第二通道中的第二介质之间传递热量，其中第一通道和第二通道在喷嘴装置的一部分长度上彼此相邻和平行。第一介质的注入和第二介质的注入可以在大于1000℃，更优选地大于2500℃的局部温度下进行。该方法还可以包括用第二介质覆盖第一介质或冷却喷嘴装置的外壳。根据本专利技术的另一个方面，公开了一种使用3D打印和/或使用包括碳化硅(SiC)和/或基于SiC的变体的材料制造上述任何方面和特征的装置的方法。根据本文描述的本专利技术的另一个方面，公开了一种用于将制程介质注入1000℃以上的高温环境中的高温注入设备，其包括喷嘴和喷嘴中的多个通道，其中，多个通道包括主通道和围绕主通道布置的多个次通道，其中主通道和多个次通道中的至少一个可操作地从设备注入相应的制程介质，并且主通道和多个次通道中的至少一个在装置内相互隔离以抵消来自喷嘴的扩散火焰。优选地，该装置的进一步优点在于，从喷嘴喷射的制程介质可以执行其他功能，例如，控制蒸汽/氧气比，或提供冷却或加热。为了更容易理解本专利技术，现在将结合附图描述具体实施例。附图说明图1a示出了按照等距视图的示例性喷嘴。图1b是图1a中的细节D的放大视图。图2a示出了示例性喷嘴装置的前剖视图。图2b示出了图2a的示例性喷嘴的侧面(纵向)截面图(A-A部分)。图2c是图2b中的细节B的放大视图。具体实施方式根据本布置，描述了用于将一种或多种流体(包括液体或气体)或与固体混合的流体引入高温和/或高压环境(例如反应器)的设备的设计。特别地，该布置涉及一种装置，例如喷嘴装置，用于将空气、化学氧载体或纯氧形式的氧化剂引入包含可燃环境的过程，由此，注入过程通过形成扩散火焰或无焰燃烧引起自燃。喷嘴装置通常设计成在含有氢或其他类似可燃介质的制程环境中操作，这些可燃介质导致高的局部火焰温度。喷嘴装置还可操作以将诸如具有不同粒度的催化剂介质之类的固本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高温注入装置，包括：喷嘴；喷嘴中的多个通道；其中，所述多个通道包括：主通道；以及至少一个次通道。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.06 GB 1609850.11.一种高温注入装置，包括：喷嘴；喷嘴中的多个通道；其中，所述多个通道包括：主通道；以及至少一个次通道。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述主通道和/或至少一个次通道可操作以注入流体、气体或固体。3.根据权利要求1至2中任一项所述的装置，其中，所述主通道可操作以注入流体、气体或固体，并且所述至少一个次通道可操作以同时注入不同的流体、气体或固体。4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中，所述喷嘴具有纵向轴线，并且所述至少一个次通道可操作以与所述喷嘴的纵向轴线成角度注入流体、气体或固体。5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其中，所述多个通道包括围绕所述主通道布置的多个次通道。6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中所述流体、气体或固体包括蒸汽、氮、氧化剂、氧化剂介质、催化剂、催化介质、床介质、沙子和冷却剂中的至少一种。7.根据权利要求5所述的装置，其中多个次通道被布置成围绕所述主通道的一系列同心或环形通道。8.根据权利要求7所述的装置，其中所述主通道是与纵轴对齐的中心通道。9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述多个次通道中的每个次通道可操作以相对于所述主通道向内角度注入所述流体、气体或固体。10.根据权利要求5至9中的任一项所述的装置，其中所述主通道和所述多个次通道中的至少一个彼此隔离。11.根据权利要求5至10中的任一项所述的装置，其中所述多个次通道中的第一通道和所述多个次通道中的第二通道彼此隔离。12.根据权利要求5至11中任一项所述的装置，其中至少一个所述次通道沿喷嘴长度的一部分邻近并平行于所述主通道或另一所述次通道。13.根据权利要求1至12中任一项所述的装置，其中所述喷嘴的材料包括多种高级陶瓷。14.根据权利要求13所述的装置，其中所述喷嘴的材料包括碳化硅(SiC)和/或基于SiC的变体。15.根据权利要求1至14中任一项所述的装置，其中，所述装置可操作以在还原环境和/或氧化环境中工作。16.根据权利要求1至15中任一项所述的装置，其中，所述喷嘴设置在喷嘴壳体中。17.根据权利要求16所述的装置，其中所述喷嘴壳体包括辅助设备。...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡玛迪普·卡尔思，
申请(专利权)人：能源技术研究所，卡玛迪普·卡尔思，
类型：发明
国别省市：英国,GB