CN101627259B - 启动加压气化反应器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种烧嘴，所述烧嘴包括烧嘴头、用于燃料和含氧气体的供应开孔、用于含氧气体的中心管状通道和用于燃料的径向朝外设置的通道。用于燃料的通道在烧嘴头处与一个或多个燃料排放开孔流体连通，和其中所述燃料排放开孔导向内部使得在使用中燃料被注入含氧气体物流中。所述中心通道配有位于用于含氧气体的供应开孔和燃料排放开孔之间的障碍物。本发明也涉及使用所述烧嘴的方法。

Description

启动加压气化反应器的方法
技术领域
本发明涉及烧嘴，该烧嘴包括烧嘴头、用于燃料和含氧气体的供应开孔、用于含氧气体的中心管状通道和用于燃料的径向朝外设置的通道。本发明也涉及操作烧嘴的方法和使用烧嘴方法启动气化工艺的方法。
如上所述的烧嘴可用作启动加压煤气化工艺的启动烧嘴。例如WO-A-2004/005438或WO-A-2006/117355中描述了这些煤气化工艺的实例。在该启动方法中，通过在该烧嘴中燃烧液体油燃料与氧而增大气化反应器中的温度和压力。因为它们设计更简单，所以所述烧嘴通常是单燃料烧嘴而不是双燃料烧嘴。当压力和温度达到预选的水平时，可以启动实际的煤气化。
EP-A-108427描述的烧嘴具有烧嘴头和用于煤燃料的供应开孔以及含氧头。烧嘴具有用于含氧气体的中心通道和在烧嘴头处具有用于煤燃料的燃料排放开孔。
US-A-5351477涉及的双燃料烧嘴具有用于气体和液体燃料的分开的燃料排放开孔。
适合的启动烧嘴希望具有高热容以补偿壁的热损失和达到高的反应器温度。因为反应器尺寸的缘故，适合的启动烧嘴另外希望具有短的火焰长度。
另外，适合的启动烧嘴还能够在较大的压力范围(从环境压力开始至实际气化反应启动的更高的压力)内利用稳定的火焰操作。
本发明的目的是提供启动气化反应器的方法。
下面的方法实现了该目的。
启动加压气化反应器的方法，其中所述反应器由容器、用于产物气体的的出口导管、启动烧嘴和用于进行气化反应的烧嘴组成，其中所述出口导管配有阀门，所述方法包括：
(i)通过将燃料注入在障碍物下游存在的滞留区中的含氧气体物流中而操作启动烧嘴和同时通过使阀门节流增大容器中的压力，其中所述障碍物存在于位于启动烧嘴的烧嘴头处的氧气流中，和
(ii)在按照(i)进行所述方法时，一旦容器中的压力和温度达到目标压力水平，则通过将固体碳质进料和含氧气体加入所述用于进行气化反应的烧嘴而启动所述用于进行气化反应的烧嘴。
申请人发现上述启动烧嘴可具有小的直径以及短的火焰长度和高的热容量。
附图说明
图1是根据本发明的优选启动烧嘴的截面示意图。
图2是含根据本发明的烧嘴的组合装置。
图3是根据本发明的另一优选烧嘴的截面示意图。
图4是图3的烧嘴的AA′剖面图。
具体实施方式
所述启动烧嘴优选为具有用于含氧气体的中心通道和用于燃料的环形通道的共环形烧嘴。中心通道中的障碍物可以是从中心通道的壁向内延伸的部件。该部件的尺寸应足以刚好在所述部件的下游产生滞留区。燃料排放开孔位于所述滞留区。适合的障碍物是形成涡流的设备。适合地，该形成涡流的设备是固定在烧嘴的中心通道中的叶片。
优选至少部分燃料排放开孔的位置使得在使用中燃料在所述障碍物下游端存在的滞留区中排放。这些滞留区例如刚好在靠近中心通道内壁的形成涡流的设备的叶片的端部下游处。优选排放开孔和障碍物之间的距离为0-2mm，更优选0-1mm。滞留区的体积将取决于障碍物的尺寸，例如形成涡流的设备的厚度。例如，体积更大的涡流器将产生更大的滞留区，这将使涡流设备和排放开孔之间的距离更大。
申请人发现通过在这样的滞留区中加入至少部分燃料获得了更稳定的火焰，这允许在高得多的气体速度下进行操作。
虽然不希望受下列理论束缚，但是据信在这些滞留区中发生了氧和燃料之间的部分氧化反应。通过含氧气体和燃料的混合物的高速流动，将所得中间反应产物从滞留区排出。据信，这些中间反应产物连续点燃从燃料滴释放的燃料蒸气和氧的混合物，产生稳定的火焰。
上述烧嘴特别适用作气化工艺中的启动烧嘴。也可预期其它的用途。
适合地，在气化反应器中组合使用启动烧嘴与点火烧嘴和检测火焰的设备。点火烧嘴用于点燃启动烧嘴的火焰。检测启动烧嘴和点火烧嘴的火焰的设备优选用火焰监视器完成。虽然也可使用其它设备例如电离检测。在气化反应器中，这些不同的装置通常在分开的位置存在，各自需要通过气化反应器的压力壁的单独通道和通过反应器内壁的单独通道。反应器内壁可由耐火材料组成或可以是所谓的膜式水冷壁。
如上所述，根据本发明的烧嘴可有利地具有小直径。申请人目前已发现在一个装置中组合点火烧嘴、启动烧嘴和火焰检测器是有吸引力的。因为这样的装置中仅需要一条通过气化反应器的压力壁和通过 反应器内壁的通道，所以是有利的。本发明因此也涉及组合的启动烧嘴、点火烧嘴和火焰检测器，其中启动烧嘴是如前所述的烧嘴。优选组合装置是管式装置，其中启动烧嘴、点火烧嘴和火焰检测器与管式装置同轴设置。点火烧嘴和火焰检测器已熟知，因此本文不对它们进行详细讨论。
申请人已发现因为火焰改进的稳定性，使得甚至可省略使用单独的点火烧嘴。作为单独的点火烧嘴的替代，在烧嘴头的滞留区的下游存在火花装置，适合地是电子火花器。本发明因此也涉及包括配有如上所述的火花装置的烧嘴和火焰检测器的组合的管式装置。
本发明也涉及操作烧嘴的方法，所述方法包括在烧嘴的烧嘴头处将燃料注入含氧气体的涡流中。在烧嘴的烧嘴头处含氧气体的表观速度可以是40-360m/s和优选40-250m/s。在大于100m/s的气体速度下更好的实现了本发明的优点，即在高热容量下的稳定火焰。当在烧嘴的火焰排入的空间中进行测量时，所述速度可有利地是气体的声速。燃料可以是任何气体或液体烃类燃料。优选燃料是液体烃类燃料，优选煤油和更优选粗柴油或沸点在煤油或粗柴油的相同沸程内的替代烃产品。因为这些燃料易于获得和运输，所述是优选的。该方法优选在如本说明书和附图所述的烧嘴本身或组合装置中进行。
本发明也涉及启动加压气化反应器的方法，所述反应器由容器、用于产物气体的出口导管、启动烧嘴和用于进行气化反应的烧嘴组成，其中所述出口导管配有阀门。加压气化反应器已熟知，和例如如Christofer Higman和Maarten van der Burgt在2003，ElsevierScience，Burlington MA，第118-128页的气化的第5.3.3-5.3.8章所述。
在优选的启动过程中，使用如前所述的烧嘴以从通常的环境条件下提升气化反应器中的温度。同时通过使阀门节流从通常的环境条件下增大压力。一旦容器中的压力和温度达到了目标压力水平，则向气化烧嘴提供固体碳质进料例如煤或生物质和含氧气体。在高温下，固体碳质进料会自燃和因此启动气化工艺。固体碳质进料供应至气化烧 嘴的温度适合地大于1200℃。固体碳质进料供应至气化烧嘴的压力适合地大于10巴。一旦固体碳质燃料的部分氧化已经启动，则熄灭启动烧嘴和优选从反应器中移除启动烧嘴。随后将压力增大至所需的操作压力，该操作压力可以是30-80巴。
附图详细说明
图1显示的烧嘴(1)包括烧嘴头(9)和分别用于含氧气体和燃料的供应开孔(3，4)。烧嘴(1)另外配有用于含氧气体的中心管状通道(2)和用于燃料的径向朝外设置的环形通道(5)。用于燃料的通道(5)在烧嘴头(9)处与燃料排放开孔(7)流体连通。开孔(7)位于中心管状通道(2)的内壁(12)中。所述开孔可以是单独的开孔，或更优选是如图所示的一个连续切口状开孔(7)。开孔(7)沿中心轴(10)的方向导向内部使得在使用中燃料被注入含氧气体物流(11)中。中心通道(2)配有位于用于含氧气体的供应开孔(3)和燃料排放开孔(7)之间的形成涡流的设备(6)。使用中，形成涡流的设备(6)在烧嘴头(9)处为含氧气体(11)提供涡流运动。
图1中显示滞留区(13)位于在中心通道(2)的内壁(12)处的开孔(7)的部分(8)和在涡流设备(6)的下游端处。在切口开孔(7)的部分(8)处将一部分燃料排入滞留区(13)中。位置进一步远离滞留区的切口开孔(7)将燃料直接加入涡流气体物流(11)中。
图2显示了组合装置(15)。组合装置(15)是管式装置，具有同轴布置的根据本发明的启动烧嘴(16)、点火烧嘴(18)和目测火焰检测器(17)。火焰检测器(17)配有火焰监视器，通过该火焰监视器从火焰的后方检测火焰。启动烧嘴(16)配有用于含氧气体(19)和燃料(20)的供应设备。点火烧嘴(18)配有用于含氧气体(21)和燃料(22)的供应设备。在该图中图示了火焰(23)。实践中，火焰(23)的尺寸可以大于该图所示。图中也部分示出了气化反应器的压力壁(24)和由互相连接的管式部件组成的膜式水冷壁(25)，其中使用时水蒸发从而冷却壁(25)。
图3显示了根据本发明的另一优选烧嘴(26)，它包括烧嘴头(27)和分别用于含氧气体和燃料的供应开孔(28，29)。烧嘴(26)另外配有用 于含氧气体的中心管状通道(30)和用于燃料的径向朝外设置的环形通道(31)。用于燃料的通道(31)在烧嘴头(27)处与燃料排放开孔(32)流体连通。切口状开孔(32)位于中心管状通道(30)的内壁(33)中。开孔(32)沿中心轴(34)的方向导向内部，使得在使用中燃料被注入含氧气体物流(35)中。中心通道(30)配有四个墙筋类障碍物(36)，该障碍物(36)从壁(33)向内延伸至通道(31)中和位于用于含氧气体的供应开孔(28)和燃料排放开孔(32)之间。燃料排放开孔部分开放入刚好存在于障碍物(36)下游的滞留区(37)中。图3也显示了火焰(38)。
图4是图3的烧嘴的AA′剖面图。

Claims (9)

1.启动加压气化反应器的方法，其中所述反应器由容器、用于产物气体的出口导管、启动烧嘴和用于进行气化反应的烧嘴组成，其中所述出口导管配有阀门，所述方法包括：
(i)通过将燃料注入在障碍物下游存在的滞留区中的含氧气体物流中而操作启动烧嘴和同时通过使阀门节流增大容器中的压力，其中所述障碍物存在于位于启动烧嘴的烧嘴头处的含氧气体物流中，和
(ii)在按照(i)进行所述方法时，一旦容器中的压力和温度达到目标水平，则通过将固体碳质进料和含氧气体加入所述用于进行气化反应的烧嘴而启动所述用于进行气化反应的烧嘴。
2.权利要求1的方法，其中目标压力水平是大于10巴和其中目标温度水平是大于1200℃。
3.权利要求1或2的方法，其中进行步骤(ii)之后，压力增大至所需的30-80巴的操作压力。
4.权利要求1或2的方法，其中步骤(i)中的含氧气体物流的速度是100-350m/s。
5.权利要求1或2的方法，其中所述固体碳质进料是煤或生物质。
6.权利要求1或2的方法，其中所述启动烧嘴包括烧嘴头、用于燃料和含氧气体的供应开孔、用于含氧气体的中心管状通道和用于燃料的径向朝外设置的通道，其中用于燃料的通道在烧嘴头处与一个或多个燃料排放开孔流体连通，其中所述燃料排放开孔导向内部使得在使用中燃料被注入含氧气体物流中，和其中所述中心管状通道配有位于含氧气体的流路中的障碍物和其中至少部分燃料排放开孔的位置使得在使用中燃料在所述障碍物下游端存在的滞留区中排放。
7.权利要求6的方法，其中所述障碍物是位于用于含氧气体的供应开孔和燃料排放开孔之间的形成涡流的设备，使用中所述形成涡流的设备在烧嘴头处为含氧气体提供涡流运动。
8.权利要求6的方法，其中所述启动烧嘴存在于组合装置中，所述组合装置是管式装置，其中启动烧嘴、点火烧嘴和火焰检测器设备与管式装置同轴设置。
9.权利要求1或2的方法，其中步骤(i)中的燃料是液体烃类燃料。
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