專利名稱：進(jìn)料噴嘴組件和用于氣/液反應(yīng)的燃燒器設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及進(jìn)料噴嘴，更特別地，涉及用于各種氣/液反應(yīng)的進(jìn)料噴嘴， 所述氣/液反應(yīng)包括化學(xué)合成反應(yīng)以及燃燒和其它氧化反應(yīng)，其中進(jìn)料噴嘴 是燃燒器設(shè)備的一部分。
背景技術(shù)：
各種相關(guān)工業(yè)使用氣/液體系的反應(yīng)以實(shí)現(xiàn)希望的最終結(jié)果。這些包 括，例如，依靠燃燒作為能源的廢物減少工業(yè)、化學(xué)制造工業(yè)、氣體制造 工業(yè)、以及能源相關(guān)工業(yè)。這些工業(yè)中的每一個(gè)一般通過(guò)通常在溫度升高 的區(qū)域內(nèi)精細(xì)霧化一種或更多種液體流而進(jìn)行此反應(yīng)。在氣化反應(yīng)的情況 下，霧化和更高的溫度都是用來(lái)促進(jìn)液體到氣體相變，所述相變提高了在 分子水平或接近分子水平的混合，從而有助于獲得想要的最終結(jié)果。此混 合可以是一種或更多種液體化合物或組合物與特定氣體如空氣、氧氣、二 氧化碳、蒸汽、惰性氣體如氬氣或氮?dú)?、或它們的組合的混合。
對(duì)于上面類型的反應(yīng)中的每一種，霧化通常發(fā)生在某些類型的反應(yīng)容 器中。 一種普通類型的反應(yīng)容器是加有耐火襯里、 一般為圓柱形的容器， 所述容器用于"燃燒"液體化學(xué)廢物，所述的液體化學(xué)廢物通常為鹵代烴的
混合物。因?yàn)辂u代烴中的很多為氯化化合物，所以術(shù)語(yǔ)"R-cr通常用于描 述它們。本質(zhì)上，相同，的燃燒反應(yīng)如在簡(jiǎn)單內(nèi)燃機(jī)中一樣完成的，例 如，在簡(jiǎn)單內(nèi)燃機(jī)中，霧化液體流在高溫區(qū)域與氧混合，且理想的高轉(zhuǎn)化 率產(chǎn)生最終的氫、二氧化碳和一氧化碳產(chǎn)物，產(chǎn)物中含最小量的殘余碳("煙
灰")。根據(jù)對(duì)原料(thestarting)和想要的最終產(chǎn)物的需要，將其它類型的反
應(yīng)容器用于很多種化學(xué)合成操作。
所列舉的工業(yè)為研發(fā)用于將它們特定的原料液體流輸送到適當(dāng)反應(yīng) 容器中的適當(dāng)進(jìn)料噴嘴做出了很多創(chuàng)新。他們認(rèn)識(shí)到在反應(yīng)器內(nèi)影響轉(zhuǎn)化 率的很多因素，并且設(shè)計(jì)進(jìn)料噴嘴以改變液體的速度、流體動(dòng)力學(xué)特性以 及噴射模式。這些設(shè)計(jì)選擇本質(zhì)上由一個(gè)接受的概念啟發(fā)即液體的液滴 大小在確定過(guò)程的最終結(jié)果即性能方面是重要的因素。簡(jiǎn)而言之，如果液 滴太大，液體流與例如氧氣的氣體流混合會(huì)降低。如果混合降低(由分子之 間界面的降低引起)，液體流的轉(zhuǎn)化率將同樣減小。如果轉(zhuǎn)化率減小，結(jié)果 將通常是殘留的未反應(yīng)的液體進(jìn)料，所述的殘留的未反應(yīng)的液體進(jìn)料可以 形成煙灰或離開反應(yīng)器，這會(huì)導(dǎo)致不希望的環(huán)境問(wèn)題。此煙灰可以堵塞設(shè) 備，這導(dǎo)致昂貴的停機(jī)時(shí)間。由此，進(jìn)料噴嘴技術(shù)一貫地認(rèn)識(shí)到，為了保 證維持適當(dāng)?shù)男〉囊旱纬叽?，進(jìn)料噴嘴的孔必須受到限制，這限制了噴嘴 的通過(guò)量。此固有的液滴尺寸限制迄今一直限制操作效率，并導(dǎo)致了使用 多個(gè)平行的反應(yīng)容器或具有多個(gè)燃燒器噴嘴的單個(gè)反應(yīng)容器，所述多個(gè)燃 燒器噴嘴布置成霧化流不會(huì)聚。這是因?yàn)楸绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員己經(jīng)將以下 接受為公知常識(shí)霧化流的會(huì)聚易于導(dǎo)致液滴尺寸的增大，因此轉(zhuǎn)化率降 低。
重要的是應(yīng)當(dāng)注意到噴霧的特性可以幾種方式表達(dá)。 一種通常的方式
是使用噴霧的液滴尺寸平均值，例如"沙得平均直徑"(SMD)。噴霧的SMD
是具有與整個(gè)噴霧相同的表面/體積比的平均液滴尺寸?？蛇x地，噴霧可以
由其"體積中線直徑(volume median diameter)"("Dv")來(lái)表征。此方法描述大 于噴霧的特定比例的液滴直徑。例如，如果噴霧被描述為具有某一直徑值 的"Dv9o"，這意味著約卯％的噴霧體積處于小于該直徑的液滴的狀態(tài)中。
相似地，某一直徑值的"0￥5(3"意味著約50%體積的液體處于小于該直徑的
液滴的狀態(tài)中。因?yàn)橐旱巫裱旱握舭l(fā)的所謂"D平方律"，即蒸發(fā)時(shí)間與
液滴尺寸的平方成比例，噴嘴性能的最好指標(biāo)中的一個(gè)是噴霧的Dv90。最
佳化的噴嘴系統(tǒng)也顯示了噴霧的Dv9o與液滴的SMD之間的直接比例關(guān)系。 考慮到這些關(guān)系，于是，SMD可以用來(lái)提供任何噴霧的清晰表征。
進(jìn)料噴嘴在例如廢物減少工業(yè)中用作所謂的"燃燒器"的構(gòu)件的情況 中，遇到了另一問(wèn)題。如在此使用的，術(shù)語(yǔ)"燃燒器"指這樣的設(shè)備，所述
設(shè)備包括例進(jìn)料裝置如噴嘴，以及在高溫環(huán)境中將液體進(jìn)料流與氣體例如 氧氣混合以便促進(jìn)進(jìn)料流的燃燒的裝置。噴嘴周圍的環(huán)境的高溫以及通常 腐蝕性質(zhì)的組合，即霧化的液體進(jìn)料和氣體的混合物的高溫以及通常腐蝕 性質(zhì)的組合，易于縮短燃燒器的使用壽命。這種縮短是由用于構(gòu)成燃燒器 及其含有的噴嘴的金屬的腐蝕和/或熱疲勞所引起的。
當(dāng)不相容的(incompatible)液體進(jìn)料流被指定用于單個(gè)反應(yīng)器時(shí)，產(chǎn)生 特別在廢物減少工業(yè)中遇到的再一個(gè)問(wèn)題。此問(wèn)題的一個(gè)實(shí)例是含有少量 可聚合單體的流，-一旦流混合，可聚合單體就可能聚合。在這些情況下， 預(yù)混合是不實(shí)際的，因?yàn)榫酆喜牧系男纬煽梢远氯O(shè)備，并且在內(nèi)部混合 燃燒器的情況下，在聚合物/氣體反應(yīng)產(chǎn)生不希望的產(chǎn)物的情況下甚至?xí)s 短燃燒器壽命。
考慮到這些問(wèn)題，在本技術(shù)領(lǐng)域中希望的是，識(shí)別出(identify訴于將 具有受控的液滴尺寸的霧化液體進(jìn)料流有效地引入到用于各種類型反應(yīng) 的反應(yīng)容器中的裝置。同樣希望，這些引入的意圖是完成廢物進(jìn)料流的燃 燒，控制液滴大小，同時(shí)保護(hù)包括進(jìn)料裝置的燃燒器免受易于縮短燃燒器 壽命的環(huán)境因素的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是設(shè)計(jì)用于在增加單個(gè)反應(yīng)容器內(nèi)的給定操作的效率的同時(shí)， 確保維持適當(dāng)?shù)囊旱纬叽绲倪M(jìn)料裝置。在一個(gè)實(shí)施方案中，這是對(duì)用于氣 /液反應(yīng)體系的進(jìn)料裝置的改進(jìn)，其中進(jìn)料噴嘴組件包括多個(gè)進(jìn)料噴嘴，所 述進(jìn)料噴嘴適于霧化至少一股液體進(jìn)料流以形成噴霧，所述進(jìn)料噴嘴定位 成所述噴霧彼此撞擊。此撞擊的結(jié)果是，撞擊后的噴霧的液滴的沙得平均 直徑基本上小于或等于在撞擊之前的液滴的沙得平均直徑。將可以包括適 當(dāng)數(shù)量噴嘴的選擇在內(nèi)的噴嘴布置最優(yōu)化，以在不存在不可接受的轉(zhuǎn)化率 損失的情況下，在給定的時(shí)間段內(nèi)確保想要的進(jìn)料體積。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明是用于其中采用了描述的進(jìn)料噴嘴組件 的氣/液反應(yīng)體系反應(yīng)的方法。
在再一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明是對(duì)用于氣/液反應(yīng)體系反應(yīng)的燃燒器設(shè) 備的改進(jìn)，包括進(jìn)料噴嘴組件，所述進(jìn)料噴嘴組件沿中心軸定位，并使用
適于霧化至少一股液體進(jìn)料流的多個(gè)進(jìn)料噴嘴以形成噴霧，所述進(jìn)料噴嘴 定位成噴霧彼此撞擊，從而撞擊后的噴霧的液滴的沙得平均直徑基本上等 于或小于在撞擊之前的液滴的沙得平均直徑。本發(fā)明的燃燒器設(shè)備也包 括環(huán)形定位到進(jìn)料噴嘴組件的緩和劑氣體進(jìn)料區(qū)、氧氣進(jìn)料區(qū)、混合的 緩和劑氣體/氧氣進(jìn)料區(qū)、或它們的組合。也可以包括任選的環(huán)狀冷卻區(qū)。 這些環(huán)狀進(jìn)料區(qū)可以構(gòu)造成每一個(gè)環(huán)狀進(jìn)料區(qū)的外部擋板延伸超過(guò)所圍 繞的環(huán)狀進(jìn)料區(qū)的外部擋板，且最內(nèi)的環(huán)狀區(qū)具有延伸超過(guò)位于中心的進(jìn) 料噴嘴組件的外部擋板。這些特征保證了由進(jìn)料噴嘴發(fā)射的噴霧首先通過(guò)
由最內(nèi)的環(huán)狀進(jìn)料區(qū)形成的罩環(huán)境(capenvironment)。
最后，在又一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明是使用所述改進(jìn)的燃燒器設(shè)備氣 化液體廢物流的方法。


圖l是燃燒器設(shè)備的一個(gè)實(shí)施方案的側(cè)視圖的橫截面，所述燃燒器設(shè) 備裝有本發(fā)明的進(jìn)料噴嘴組件并示出為由單個(gè)液體進(jìn)料流進(jìn)料；
圖2是進(jìn)料噴嘴組件的另一個(gè)實(shí)施方案的橫截面，所述噴嘴組件被裝
入本發(fā)明的燃燒器設(shè)備中，其中進(jìn)料噴嘴組件由多于一個(gè)的液體進(jìn)料流進(jìn) 料；禾口
圖3是在進(jìn)料噴嘴組件殼體內(nèi)的七個(gè)噴嘴的排列的端頭向前的橫截面 的示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的進(jìn)料噴嘴組件是防止與僅使用一個(gè)進(jìn)料噴嘴有關(guān)的問(wèn)題出 現(xiàn)的簡(jiǎn)單但極其有效的裝置，同時(shí)驚人的是，教導(dǎo)拋棄已經(jīng)接受的知識(shí)， 也就是，"噴霧"即霧化的液體進(jìn)料流的會(huì)聚不可接受并自動(dòng)地增大液滴的 尺寸，從而改進(jìn)不良的轉(zhuǎn)化率和整個(gè)過(guò)程性能。現(xiàn)在己經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是，通過(guò) 適當(dāng)調(diào)整進(jìn)料噴嘴的數(shù)量和它們相對(duì)于彼此的定位，并考慮到每一個(gè)進(jìn)料 噴嘴關(guān)于最大進(jìn)料速度、孔構(gòu)造以及最終的噴霧模式的特性，所述噴霧可 以如此方式撞擊以便平衡液滴的沖擊破壞和聚結(jié)，從而確保用于給定操作 的想要的液滴尺寸，同時(shí)使得潛在的進(jìn)料流輸入速率最大化。
撞擊明顯地需要至少兩股噴霧，它們?cè)诜磻?yīng)容器內(nèi)的軌道在某點(diǎn)重 疊。為了多種目的，理想的是確保此重疊在進(jìn)入反應(yīng)容器內(nèi)之后盡可能快 地發(fā)生，換言之，重疊盡可能地靠近進(jìn)料噴嘴孔。這使得一種或多種液體 進(jìn)料流(其可以相同或不同)與至少一股氣體進(jìn)料流例如氧氣的混合最大 化，并且附帶地減少了對(duì)較大反應(yīng)容器的需要。由此，在本發(fā)明中優(yōu)選的 是，進(jìn)料噴嘴定位成非?？拷?，甚至有一些彼此直接接觸。距離的調(diào)整是 常規(guī)設(shè)計(jì)分析的內(nèi)容，以通過(guò)增加低速碰撞的發(fā)生率，確定相對(duì)于可以易 于增加聚結(jié)的任何氣相湍流的壓力和速度的最優(yōu)平衡。
進(jìn)料噴嘴的相對(duì)位置可以用于增加或減少或撞擊面積。例如，進(jìn)料噴 嘴可以朝向彼此傾斜，如圖1中所示，從而它們的孔比遠(yuǎn)離每一個(gè)對(duì)應(yīng)的 孔的那些噴嘴部分更靠近地在一起。常規(guī)采用的工程分析和建模將有助于 確定最優(yōu)定向，但是在選擇此傾斜定向的情況下，噴嘴的定位可以處于從 約0度(平行的噴嘴)到約90度(直接彼此面對(duì))的基本上任何相對(duì)角。更優(yōu)選
的是在約30度到60度之間的角度，并且最優(yōu)選的是在40度到50度之間的角 度。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)并考慮到重力，優(yōu)選的是角度面向下。不過(guò)，向上的角度 也可以被采用，并通過(guò)增加每一個(gè)液滴的碰撞數(shù)，可以增加沖擊破壞對(duì)聚 結(jié)的最終比率。
然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的是，噴嘴的定向可以理想地考慮 任何給定噴嘴的噴霧模式。每一個(gè)噴嘴，根據(jù)其孔、和通向孔的流動(dòng)導(dǎo)管 的幾何形狀，顯示出了特征性(在某些情況下可調(diào)節(jié))的噴霧模式。這些模 式可以是所謂的"中空錐"或"實(shí)心錐"構(gòu)造，或可以描述為形成扇形或展平 的錐形，或中空或?qū)嵭牡膱A柱形。也可以使用其它構(gòu)造。噴嘴可以是壓力 漩渦類型或其它類型。盡管對(duì)給定的液體進(jìn)料流的需要，包括它的純度、 自聚潛力和其它特征，可以指令用于特定構(gòu)造的優(yōu)先選擇，但是大多數(shù)商 業(yè)上可獲得的工業(yè)用壓力漩渦噴嘴顯示出"中空錐"的模式，因此僅為方便 起見(jiàn)，"中空錐"的模式在此是優(yōu)選的。當(dāng)然，"錐"直徑將根據(jù)離進(jìn)料噴嘴 的距離而變化，但是在孔處的錐的角度在很多商業(yè)模式中約為80度。由此， 僅為說(shuō)明目的，圖1和圖2中示出這種角度。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將自然理解的是，選擇例如具有圓柱形噴霧模式 的噴嘴，將需要噴嘴朝向彼此至少成某一角度，以確保希望的撞擊水平。相反，也應(yīng)當(dāng)理解的是，具有寬錐噴霧模式的噴嘴甚至能夠定位在彼此遠(yuǎn) 離的角度(即，噴嘴的孔比遠(yuǎn)離對(duì)應(yīng)的孔的噴嘴部分分得更開，如圖2中所 示)，但是仍然至少獲得了一些撞擊。應(yīng)該記住的是，撞擊的最大化，特別 在使用多個(gè)(多于兩個(gè))噴嘴的情況下，通常等同于撞擊的最優(yōu)化，因?yàn)橐?滴的沖擊破壞/聚結(jié)的比率的增加易于提高轉(zhuǎn)化率和整個(gè)反應(yīng)效率。優(yōu)選
地，撞擊前(pre-impingement)的噴霧的液滴顯示出小于或等于約500微米的 SMD，這意味著撞擊后的噴霧的液滴的SMD基本上與撞擊前的SMD相同。 如在此使用的，"基本上"意味著在±5%的范圍內(nèi)。由此，如果撞擊前的噴 霧具有例如300微米的SMD，那么撞擊后的噴霧的液滴將理想地落入小于 或等于300微米加或減15微米的范圍內(nèi)。理想的是考慮液體進(jìn)料流材料的 表面張力，因?yàn)檩^低表面張力的流體易于聚結(jié)得少些，因此在撞擊之前和 之后通常顯示出較低的沙得平均直徑。
應(yīng)該注意的是，撞擊可以改變撞擊后的噴霧區(qū)的形狀。例如，已經(jīng)發(fā) 現(xiàn)由于幾個(gè)噴嘴圍繞中心噴嘴環(huán)形排列、且環(huán)形噴嘴都通常朝向中心線 傾斜而得到的多個(gè)扇形噴霧的撞擊，可以導(dǎo)致具有圓柱形構(gòu)造的密集噴 霧。由此，單個(gè)噴嘴的噴霧模式的初始形狀將是確定(未撞擊的)液滴的初 始SMD的因素，但是在撞擊后的噴霧中不可在視覺(jué)上被識(shí)別。
在選擇多個(gè)進(jìn)料噴嘴的情況下，空間和整個(gè)設(shè)計(jì)優(yōu)先選擇將傾向于推 薦一簇緊密定位的噴嘴，從而使得噴嘴"組件"(如在此所限定的，所述組件 沒(méi)有具體要求多個(gè)噴嘴彼此連接)構(gòu)造為"集合物"(如在此所限定的，所述 集合物不需要噴嘴自身的物理連接和/或流體連通到液體進(jìn)料流源的它們 的支撐襯里的至少一部分的物理連接)。這種簇圖示在圖3中，圖3顯示了用 于七個(gè)噴嘴的最大化的裝填(packing)，所述七個(gè)噴嘴包括定位成圍繞第七 個(gè)中心噴嘴的排列的六個(gè)噴嘴。通常，優(yōu)選的是，噴嘴的數(shù)量為2到約100， 且為了制造方便，3至25個(gè)是更優(yōu)選的。有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員可以想象在此 主題上做出很多變化，包括例如圍繞中心噴嘴的三個(gè)或四個(gè)噴嘴的排列； 以三角形模式布置的三個(gè)噴嘴；或徑向排列或成排或成行排列的很大數(shù)量 的噴嘴。液體流進(jìn)料噴嘴也可以圍繞中心氣體流進(jìn)料環(huán)狀排列。本發(fā)明不 特別需要布置的對(duì)稱或不對(duì)稱，但是特別要求至少兩股噴霧的至少一些撞 擊。在選擇噴嘴朝向彼此傾斜的情況下，整個(gè)凹入設(shè)計(jì)，例如圖l中所圖
示的，其中中心噴嘴相對(duì)于圍繞的、環(huán)狀排列的噴嘴凹入，可以是特別有 效的。
應(yīng)當(dāng)理解的是，內(nèi)部噴嘴設(shè)計(jì)的苛求超出本發(fā)明的保護(hù)范圍，因此不 需要在此詳細(xì)討論；然而，本發(fā)明的一個(gè)潛在的優(yōu)點(diǎn)的確提出了對(duì)傳統(tǒng)噴 嘴設(shè)計(jì)的有趣變型的基礎(chǔ)。僅僅因?yàn)楸景l(fā)明使用多個(gè)進(jìn)料噴嘴，這增加了
輸出速率并因此提高了效率，而不是此前(heretorefore)通常用于在此設(shè)想 的反應(yīng)類型的單個(gè)進(jìn)料噴嘴，所以可以將兩種或更多種化學(xué)上不同的液體 流同時(shí)進(jìn)料到反應(yīng)容器中。由此，兩種或更多種液體反應(yīng)物可以被同時(shí)進(jìn) 料到合成容器中，以便在與氣體的反應(yīng)中生成想要的產(chǎn)物；或備選地，在 技術(shù)上可以是反應(yīng)性的兩種或更多種液體廢物流可以同時(shí)進(jìn)料到廢物燃 燒器容器中，且即便有也沒(méi)有遇到禁止級(jí)別的不希望的反應(yīng)?；诖它c(diǎn)， 于是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將容易了解的是，單個(gè)進(jìn)料噴嘴，在此限定的單 個(gè)進(jìn)料噴嘴是指容納從液體進(jìn)料流源流動(dòng)到孔的至少一個(gè)流動(dòng)導(dǎo)管連接 部分的壓力產(chǎn)生殼體，當(dāng)配備有多于一個(gè)的流動(dòng)導(dǎo)管連接部分從而配備有 多于一個(gè)的孔時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)相同的目的。這進(jìn)一步例示在圖2中，其中可 以看到的是， 一股特定的進(jìn)料流(R-C接1)供給孔142和148，而第二股不同 的進(jìn)料流(R-CW2)僅供給孔136。此噴嘴設(shè)計(jì)的變型在此也可以被理解在術(shù) 語(yǔ)"進(jìn)料噴嘴組件"的范圍內(nèi)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將進(jìn)一步理解的是，噴 嘴設(shè)計(jì)中的更改，特別是易于增加壓力和/或流率的更改，也可以使用在本 發(fā)明中以便減小初始液滴尺寸，并因此也減小撞擊后的液滴尺寸。
本發(fā)明的特別的優(yōu)點(diǎn)在于，本發(fā)明可以使用在不相容的液體進(jìn)料流被 進(jìn)料到反應(yīng)器中的情況中。如在此所使用的，"不相容的"指反應(yīng)以產(chǎn)生不 希望的反應(yīng)產(chǎn)品的進(jìn)料流。其實(shí)例是聚合以形成聚合物的單體，所述聚合 物可以不希望的方式堵塞設(shè)備或可以生成具有不希望的環(huán)境后果的產(chǎn)物。 由此，"相容的"指這樣的進(jìn)料流，所述的進(jìn)料流盡管它們可以反應(yīng)，但是 不生成因?yàn)槿魏卧蚴遣幌Ｍ姆磻?yīng)產(chǎn)物，或可以實(shí)際上是希望的反應(yīng)產(chǎn) 物的反應(yīng)產(chǎn)物。
本發(fā)明的進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)涉及啟動(dòng)的問(wèn)題。在很多情況下，因?yàn)榕c必然 的壓力陡升(pressure ramp-up)相關(guān)的液滴尺寸的變化，單噴嘴反應(yīng)器系統(tǒng) 的轉(zhuǎn)化率在啟動(dòng)時(shí)是很低的。當(dāng)壓力在操作水平上穩(wěn)定時(shí)，液滴尺寸同樣 穩(wěn)定，但是在陡升期間，可能出現(xiàn)與過(guò)大的液滴相關(guān)的所有問(wèn)題，包括很 弱的氣/液反應(yīng)、低的轉(zhuǎn)化率、堵塞等。然而，在本發(fā)明中，噴嘴可以希望 的順序起動(dòng)，且具有撞擊以破碎液滴的效果，用于至少部分抵消在壓力陡 升期間出現(xiàn)的、在單個(gè)噴嘴內(nèi)的較差的霧化。在一些情況下，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的 是，使用六個(gè)噴嘴圍繞第七個(gè)中心噴嘴的排列，以及首先通過(guò)中心噴嘴開 始進(jìn)料，此后緊接著通過(guò)剩余的噴嘴另外進(jìn)料，導(dǎo)致轉(zhuǎn)化率提高。常規(guī)的 工程分析以及建模將容易地確定在啟動(dòng)時(shí)間段期間將顯著改進(jìn)性能的順 序和壓力陡升曲線。
上述的本發(fā)明進(jìn)料噴嘴組件可以裝入本發(fā)明的燃燒器設(shè)備中。這些設(shè) 備特別適于使用在廢物燃燒中，其中要被破壞的液體理想地在霧化、噴霧 條件下與一種或多種氣體混合。這些氣體可以是空氣、氧氣、二氧化碳、 蒸汽、惰性氣體例如氬氣或氮?dú)狻⒒蛩鼈兊慕M合等。通過(guò)在形成中心軸的 位置設(shè)置本發(fā)明的進(jìn)料噴嘴組件，且離散氣體進(jìn)料區(qū)環(huán)形布置到其上，本 發(fā)明的燃燒器設(shè)備提供了有效地完成此混合的裝置。例如，在一個(gè)實(shí)施方 案中，最內(nèi)的環(huán)形區(qū)可以是緩和劑氣體進(jìn)料區(qū)。這種緩和劑氣體可以上面 確定的氣體中的任何一種，但是通常是蒸汽，所述蒸汽方便地緩和氣化可 以發(fā)生的溫度。在另一個(gè)實(shí)施方案中，存在兩個(gè)或更多個(gè)向外連續(xù)的環(huán)形 進(jìn)料區(qū)，這些環(huán)形進(jìn)料區(qū)中的一個(gè)是緩和劑氣體進(jìn)料區(qū)，且這些環(huán)形進(jìn)料
區(qū)中的另一個(gè)(theother)是氧氣進(jìn)料區(qū)。如此處所用的術(shù)語(yǔ)，"氧氣進(jìn)料區(qū)"
是指包括任何比例的氧氣的氣體進(jìn)料，并由此包括空氣進(jìn)料以及通常含有 從1-100%重量百分比的氧氣的那些氣體進(jìn)料。
本發(fā)明燃燒器設(shè)備的特別希望的特征涉及環(huán)形區(qū)的外部擋板。如圖l 和圖2中所示，并且如下面進(jìn)一步討論的，外部擋板可以連續(xù)延伸，使得 液體迸料與每一個(gè)氣體進(jìn)料的混合最大化而可以干擾混合的湍流最小化。 顯著地，第一外部擋板延伸超過(guò)進(jìn)料噴嘴組件的端部，從而最內(nèi)的環(huán)形進(jìn) 料區(qū)的氣體進(jìn)料易于形成"罩環(huán)境"，即主要僅僅是來(lái)自進(jìn)料噴嘴的噴霧和 通過(guò)最內(nèi)的環(huán)形區(qū)進(jìn)料的氣體被混合的區(qū)域。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的 是，此"罩環(huán)境"的溫度和組成可以如此方式進(jìn)行控制，以提供對(duì)進(jìn)料噴嘴 的一些保護(hù)或其它益處，從而潛在地延長(zhǎng)進(jìn)料噴嘴組件的壽命，由此延長(zhǎng) 燃燒器的壽命。例如，在此"罩環(huán)境"中可以維持一致的溫度，這降低了對(duì)
可以用于制造進(jìn)料噴嘴組件的金屬的熱應(yīng)力。
最后，在一個(gè)實(shí)施方案中，可以使用某種類型的外部冷卻裝置，以便 進(jìn)一步減小對(duì)燃燒器設(shè)備和/或反應(yīng)器本身的熱應(yīng)力。例如，可以設(shè)置在任 何或所有環(huán)形進(jìn)料區(qū)的外部的環(huán)形冷卻裝置可以提供希望的溫度控制。這 可以是例如傳統(tǒng)的水套，在所述水套中，冷卻水或冷水在連續(xù)的基礎(chǔ)上被 進(jìn)料到開放或封閉的循環(huán)類型套中，其中水在其從設(shè)備離開之前從設(shè)備吸 取熱量。這種水套可以形成燃燒設(shè)備的最終的外"層"。
參照附圖將有助于讀者理解本發(fā)明的整個(gè)概念。然而，附圖意欲并且 應(yīng)該被理解為僅僅是說(shuō)明性的，而不是表示本發(fā)明的范圍或表示后附的發(fā) 明人的權(quán)利要求的范圍。.
圖l是包括本發(fā)明進(jìn)料噴嘴組件的本發(fā)明燃燒器設(shè)備的局部橫截面?zhèn)?br> 視圖。在此圖中，進(jìn)料噴嘴組件12顯示為位于暗示為圓柱形燃燒器設(shè)備15
的大致中心處。首先注意進(jìn)料噴嘴組件，看到的是，示出了三個(gè)獨(dú)立的噴
嘴18、 21和24。每一個(gè)噴嘴具有噴嘴主體27、頭30和孔33?？?3通過(guò)噴嘴 導(dǎo)管39與進(jìn)料流導(dǎo)管36流體連通，所述噴嘴導(dǎo)管39轉(zhuǎn)而與液體進(jìn)料源(沒(méi)有 示出)流體連通。在進(jìn)料噴嘴組件的壁42的外部是構(gòu)成第一緩和劑氣體進(jìn)料 區(qū)45的環(huán)形區(qū)。此環(huán)形緩和劑氣體進(jìn)料區(qū)45具有延伸超過(guò)噴嘴孔33的第一 緩和劑氣體外部擋板48。從進(jìn)料噴嘴組件12的中心軸51朝向圖中的外邊緣 移動(dòng)，且因此暗示從中心內(nèi)部朝向燃燒器的外部，接下來(lái)的環(huán)形區(qū)是氧氣 進(jìn)料區(qū)54。再次，氧氣進(jìn)料區(qū)54被它的氧氣進(jìn)料區(qū)擋板57圍繞，所述氧氣 進(jìn)料區(qū)擋板57延伸超過(guò)緩和劑氣體進(jìn)料區(qū)擋板48。下一個(gè)環(huán)是第二緩和劑 氣體進(jìn)料區(qū)60，其中第二緩和劑氣體進(jìn)料區(qū)60的第二緩和劑氣體進(jìn)料區(qū)擋 板63延伸超過(guò)緊接著在前的氧氣進(jìn)料區(qū)擋板57。最后，在燃燒器設(shè)備的外 部的最后的環(huán)是冷卻裝置擋板66,所述冷卻裝置擋板66例如可以是水套。 讀者將看到的是，每一個(gè)環(huán)的擋板從噴嘴組件逐漸向外延伸的效果是形成 一個(gè)凹入的出口，所述凹入出口處于基本上且優(yōu)選為圓柱形的結(jié)構(gòu)中，即 作為總體的燃燒器設(shè)備中。已經(jīng)繪出中空的錐形噴霧69、 72和75，以表示 通過(guò)噴嘴18和24向內(nèi)朝向中心噴嘴21傾斜而實(shí)現(xiàn)的大量噴霧撞擊。標(biāo)記的 箭頭表示液體進(jìn)料流向中心進(jìn)料導(dǎo)管36內(nèi)的引入；緩和劑氣體向緩和劑氣 體進(jìn)料區(qū)45和60內(nèi)的引入；氧氣向氧氣進(jìn)料區(qū)54內(nèi)的引入；以及水向冷卻
裝置擋板66內(nèi)的引入。同樣示出了緩和劑氣體罩環(huán)境78，中空的錐形噴霧
69、 72和75必須通過(guò)所述緩和劑氣體罩環(huán)境78。這圖示了得到湍流輔助的 大部分的氣/液混合，將在緩和劑氣體罩環(huán)境78之外出現(xiàn)，從而在只有氧氣 (或其它氣體)的情況下，或在氧氣(或其它氣體)與液體混合的情況下，減少 了噴嘴頭30的露出。
圖2顯示了圖1中的實(shí)施方案的變型。再次，圖2是本發(fā)明的燃燒器設(shè) 備的橫截面，再次裝有進(jìn)料噴嘴組件U2，該進(jìn)料噴嘴組件112同樣是本發(fā) 明的進(jìn)料噴嘴組件，但是有些修改。在圖2中，噴嘴標(biāo)示為118、 121和124。 然而，進(jìn)料噴嘴組件112的內(nèi)部的細(xì)節(jié)被示出。內(nèi)部特征包括一個(gè)中心進(jìn) 料導(dǎo)管127和一個(gè)環(huán)形進(jìn)料導(dǎo)管130。應(yīng)當(dāng)注意的是，環(huán)形進(jìn)料導(dǎo)管130通 過(guò)通道133與噴嘴118及其孔136流體連通，但是應(yīng)當(dāng)注意的是，中心進(jìn)料 導(dǎo)管127通過(guò)中心通道139與噴嘴121及其孔142流體連通，并且通過(guò)分支進(jìn) 料通道145也與噴嘴124及其孔148連通。示意性示出的三個(gè)噴嘴中的每一 個(gè)的噴霧模式(暗指中空錐)，以及噴嘴118和124相對(duì)于彼此的向外傾斜， 得到撞擊區(qū)151、 153和154。圖2進(jìn)一步表示環(huán)形緩和劑氣體進(jìn)料區(qū)157及 其緩和劑氣體進(jìn)料區(qū)擋板160;環(huán)形氧氣進(jìn)料區(qū)163及其氧氣進(jìn)料區(qū)擋板 166;和它們外部的環(huán)形冷卻裝置169。標(biāo)記的箭頭表示兩種不同的進(jìn)料， 即R-CW1和R-CW2分別向中心進(jìn)料導(dǎo)管127和環(huán)形進(jìn)料導(dǎo)管130內(nèi)的引入； 以及緩和劑氣體向環(huán)形緩和劑氣體進(jìn)料區(qū)157內(nèi)的引入；氧氣向環(huán)形氧氣 進(jìn)料區(qū)163內(nèi)的引入；以及水向環(huán)形冷卻裝置169內(nèi)的引入。在噴嘴孔136、 142和148處發(fā)出的噴霧在與氧氣混合之前必須通過(guò)緩和劑氣體罩環(huán)境 173。
圖3是七個(gè)噴嘴的排列的端頭向前的橫截面的簡(jiǎn)單示意圖，所述七個(gè) 噴嘴的排列例如可以使用在進(jìn)料噴嘴組件201內(nèi)。最小的圓代表在噴嘴內(nèi) 的通道204，例如通道204對(duì)應(yīng)于圖2中的133。較大圓代表噴嘴頭自身的外 部橫截面207，且最大的圍繞的環(huán)代表進(jìn)料噴嘴組件201的外壁213。
以上討論的描述、圖和實(shí)例的意圖是給有經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)人員提供理解本 發(fā)明所需的總的概念、裝置和方法，且當(dāng)與本領(lǐng)域技術(shù)人員的典型理解水 平結(jié)合時(shí)，實(shí)踐本發(fā)明。因此應(yīng)當(dāng)理解的是，并不是被認(rèn)為在本發(fā)明的保 護(hù)范圍內(nèi)的所有實(shí)施方案在此都得到詳細(xì)的描述，且每一個(gè)實(shí)施方案的很多變型將仍然落入本發(fā)明的總的保護(hù)范圍內(nèi)，所述的變型包括但不限于在 此沒(méi)有明確或詳細(xì)描述的進(jìn)料噴嘴組件和燃燒器設(shè)備材料、定向、構(gòu)造、 布置和應(yīng)用。
權(quán)利要求
1、在用于氣/液反應(yīng)體系的進(jìn)料裝置中，改進(jìn)之處在于，包含進(jìn)料噴嘴組件，所述進(jìn)料噴嘴組件具有多個(gè)進(jìn)料噴嘴，所述多個(gè)進(jìn)料噴嘴適于霧化至少一股液體進(jìn)料流以形成噴霧，所述進(jìn)料噴嘴定位成所述噴霧彼此撞擊，條件是撞擊后的噴霧的液滴的沙得平均直徑基本上小于或等于撞擊之前的液滴的沙得平均直徑。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的進(jìn)料噴嘴組件，其中所述多個(gè)為2到約100個(gè)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的進(jìn)料噴嘴組件，其中至少一些所述進(jìn)料噴 嘴圍繞中心進(jìn)料噴嘴或中心氣體流環(huán)狀排列。 '
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的進(jìn)料噴嘴組件，其中所述進(jìn)料噴嘴朝向彼 此或遠(yuǎn)離彼此傾斜。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的進(jìn)料噴嘴組件，其中所述撞擊后的噴霧的 液滴的沙得平均直徑小于或等于約500微米。
6、 在用于氣/液反應(yīng)體系反應(yīng)的方法中，改進(jìn)之處在于，包括通過(guò)進(jìn) 料噴嘴組件霧化至少一股液體進(jìn)料流，所述進(jìn)料噴嘴組件具有用于形成噴 霧的多個(gè)進(jìn)料噴嘴，所述進(jìn)料噴嘴定位成所述噴霧在反應(yīng)容器內(nèi)彼此撞 擊，條件是撞擊后的噴霧的液滴的沙得平均直徑基本上小于或等于撞擊之 前的液滴的沙得平均直徑。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述液體進(jìn)料流從由鹵代烴和 非卣代烴組成的組中選擇。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述多個(gè)為2至約100個(gè)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述噴霧彼此撞擊以形成具有 小于或等于約500微米的沙得平均直徑的液滴。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中存在至少兩股液體進(jìn)料流且這 些流中的至少兩股是不相容的。
11、 在用于氣/液反應(yīng)體系反應(yīng)的燃燒器設(shè)備中，改進(jìn)之處在于，包括 (l)迸料噴嘴組件，所述進(jìn)料噴嘴組件沿中心軸定位，使用適于霧化至少一 股液體進(jìn)料流以形成噴霧的多個(gè)進(jìn)料噴嘴，所述進(jìn)料噴嘴定位成噴霧彼此 撞擊，條件是撞擊后的噴霧的液滴的沙得平均直徑基本上小于或等于撞擊 之前的液滴的沙得平均直徑，其中所述進(jìn)料噴嘴組件是中心定位的；(2) 環(huán)狀定位到進(jìn)料噴嘴組件的緩和劑氣體進(jìn)料區(qū)、氧氣進(jìn)料區(qū)、混合的緩和 劑氣體/氧氣進(jìn)料區(qū)、或它們的組合，每一個(gè)環(huán)狀進(jìn)料區(qū)的外部擋板延伸超 過(guò)最近的、被圍繞的環(huán)狀區(qū)的外部擋板；條件是最內(nèi)的環(huán)狀區(qū)具有延伸超 出中心定位的進(jìn)料噴嘴組件的外部擋板。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的燃燒器設(shè)備，進(jìn)一步包括一個(gè)或更多附 加的環(huán)形緩和劑氣體進(jìn)料或氧氣進(jìn)料區(qū)。
13、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的燃燒器設(shè)備，進(jìn)一步包括在所有緩和劑 氣體進(jìn)料區(qū)、混合的緩和劑氣體/氧氣進(jìn)料區(qū)和氧氣進(jìn)料區(qū)的外部的環(huán)狀冷 卻裝置。
14、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的燃燒器設(shè)備，其中所述環(huán)狀冷卻裝置是 水套。
15、 在用于氣化液體廢物流的方法中，改進(jìn)之處在于，包括通過(guò)燃燒 器設(shè)備進(jìn)料至少一股液體廢物流，以在進(jìn)料噴嘴組件中霧化液體廢物流，所述進(jìn)料噴嘴組件采用多個(gè)進(jìn)料噴嘴以形成噴霧，所述進(jìn)料噴嘴定位成噴 霧彼此撞擊，條件是撞擊后的噴霧的液滴的沙得平均直徑基本上小于或等 于撞擊之前的液滴的沙得平均直徑；其中所述進(jìn)料噴嘴組件沿中心軸定 位；并且其中緩和劑氣體進(jìn)料區(qū)、氧氣進(jìn)料區(qū)、混合的緩和劑氣體/氧氣進(jìn)料區(qū)、或它們的組合環(huán)狀定位到進(jìn)料噴嘴組件，條件是每一個(gè)環(huán)狀進(jìn)料區(qū) 的外部擋板延伸超過(guò)最近的、被圍繞的環(huán)狀區(qū)的外部擋板，并且進(jìn)一步的 條件是最內(nèi)的環(huán)狀區(qū)具有延伸超出中心定位的進(jìn)料噴嘴組件的外部擋板， 從而由進(jìn)料噴嘴發(fā)出的噴霧首先通過(guò)由最內(nèi)的環(huán)狀進(jìn)料區(qū)形成的罩環(huán)境。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述液體廢物流是鹵代烴或 非鹵代烴。
17、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述噴霧彼此撞擊以形成具 有小于或等于約500微米的沙得平均直徑的液體。
18、 根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述緩和劑氣體是蒸汽或二氧化碳。
19、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中存在至少兩股液體進(jìn)料流且 這些流中的至少兩股是不相容的。
全文摘要
一種進(jìn)料噴嘴組件，適于用在涉及氣/液反應(yīng)體系的合成和燃燒反應(yīng)中，包括多個(gè)噴嘴，所述多個(gè)噴嘴定位成它們的噴霧彼此撞擊，以通過(guò)適當(dāng)平衡液滴的沖擊破壞與聚結(jié)獲得改進(jìn)的、或維持可接受的、以沙得平均直徑形式測(cè)量的液滴尺寸。此進(jìn)料噴嘴組件可以裝入到燃燒器設(shè)備中，所述燃燒器設(shè)備使得環(huán)狀區(qū)與逐漸延伸的擋板結(jié)合，用于進(jìn)料氧氣和例如蒸汽的緩和劑氣體，環(huán)狀區(qū)和擋板都優(yōu)選地在例如水套的外部環(huán)狀冷卻裝置內(nèi)。
文檔編號(hào)F23D14/22GK101098750SQ200580045972
公開日2008年1月2日 申請(qǐng)日期2005年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月6日
發(fā)明者查爾斯·利普 申請(qǐng)人:陶氏環(huán)球技術(shù)公司