CN103857773B - 气化反应器 - Google Patents

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Abstract

通过含碳原料部分燃烧生产合成气的气化反应器(1)和方法。所述反应器包括具有一个或多个燃烧器(4)的反应室(2)和至少一个延伸入反应室的油枪(8)。所述油枪(8)例如可以位于燃烧器(4)的下方或上方1.5米或更小的位置处。

Description

气化反应器
本发明涉及通过含碳原料部分燃烧生产合成气的气化反应器和方法。含碳原料例如可以为粉煤、生物质、油、生物油、烃气体或任何其它类型的含碳原料。所产生的合成气为包含一氧化碳和氢气的气体，它通常用作燃料气或化学过程的原料。
在某些情况下，可能理想的是利用多种类型的含碳原料。例如可能理想的是对于粉煤反应器用生物质替代部分煤。在这种情况下，由于生物质热值更低，反应器的热效率可能会降低。
本发明的一个目的是提高这种气化反应器和方法的生产率。另一个目的是在不降低生产效率的情况下允许共同处理不同类型的含碳原料。
用包括带有一个或多个燃烧器的反应室和至少一个延伸入反应室提供液态油的油枪的气化反应器可以实现这一目的。已经令人惊奇地发现即使当部分含碳原料(例如粉煤)被生物质替代时，通过单独的油枪向含碳原料的燃烧共进料油将会明显提高反应器的生产率。
在一个实施方案中，一个或多个油枪可以位于与燃烧器相同或不同的位置处。例如油枪可以位于燃烧器上方一定距离处，但当油枪位于燃烧器下方一定距离处时，例如在燃烧器下方约1.5米或更小的距离处时，将获得特别好的结果。任选地，所述反应器可以包括高于及低于燃烧器位置的油枪。
在另一个实施方案中，可以将油枪引至燃烧器的燃烧区。
气化反应器对于粉煤的部分燃烧特别有用。为此，可以将至少部分燃烧器连接至粉煤供应管线和氧供应管线。
为了保护油枪免受热负荷和损坏，可以为延伸入反应室的油枪部分配备冷却夹套。冷却夹套可以包围油枪尖和与冷却剂的供给和排放相连。冷却剂通常为水。
油枪例如可以包括分别提供油和蒸汽的同轴通道。所述油可以包括生物油、其它来源油如应用后的润滑油或来自炼厂的重渣油等或它们的混合物。术语"生物油"包括来自植物、动物(如树脂/植物油、脂肪、或废烹调油等)的液态烃和包括来自动物脂肪的油或来自树木的树脂、泔水油等。油优选作为单相液体提供。
在另一个实施方案中，油枪可以包括雾化喷嘴。这种喷嘴例如可以包括同轴排布的供油通道和位于旁边的至少一个相邻的供蒸汽通道。利用带有在供油通道两侧具有供蒸汽通道的喷嘴的油枪可以获得非常好的雾化。这可以通过具有在相邻的中心供蒸汽通道和相邻的环状供蒸汽通道之间同轴布置的环状供油通道的喷嘴来实现。以这种方式，在油物流两侧的蒸汽物流分散和雾化油物流。如果蒸汽流速为油流速的约10-18倍，则可以进一步改进雾化。油流速典型地为约6-12m/s，虽然如果需要也可以应用其它速度。
用于燃烧油的附加氧可以通过油枪提供，例如通过油枪中的蒸汽通道(作为蒸汽/氧的混合物提供)和/或通过其它燃烧器的氧通道提供。
本发明还涉及在气化反应器中通过含碳原料部分燃烧生产合成气的方法，其中通过一个或多个燃烧器将氧和含碳原料的混合物进料至气化反应器，而油通过一个或多个油枪雾化进入反应器。
油可以在与燃烧器相同位置或不同位置处,例如在一个或多个燃烧器下方或上方一定距离处与蒸汽并流雾化。
如果含碳原料包括粉煤和油与粉煤的质量进料比为约1/5-2/5时，将获得好的结果。由于通过油枪提供油，粉煤可以用至多约为煤的30wt%的生物质部分替代，而不降低反应器的效率。
如果燃烧油需要的附加氧通过燃烧器提供，则取决于煤的性质，氧与粉煤的进料比例如可以为1/1-1.3/1。
取决于油的性质，油/蒸汽的进料比例如可以为3/1-5/1。
燃烧期间，反应室中的温度通常为1500-1700℃。反应室中的压力通常为25-60barg。
下面通过参考附图描述本发明的示例性实施方案，其中：
图1、示意性给出了气化反应器一个实施方案的剖面图；
图2、示意性给出了气化反应器一个替代实施方案的剖面图；
图3、给出了图1或2气化反应器的油枪的剖面图。
图1给出了包括具有反应室壁3的反应室2的气化反应器1。所述壁3例如可以由用于输送水或其它冷却剂以防止壁3过热的平行(垂直或螺旋缠绕的)冷却管线形成。多个燃烧器4延伸通过壁3进入反应室2中。氧和粉煤和/或生物质分别通过燃烧器4的不同通道强吹入反应室3，和在燃烧区5中燃烧产生合成气和炉渣。合成气按图中箭头A所示向上流动，通过排出口6排出以进行冷却和进一步处理。炉渣按图中箭头B所示下落，和通过炉渣排出口7排出。
在燃烧器4下方一定距离(例如1.5米以内)处，多个油枪8延伸入反应室2中。将油枪8引至燃烧区5中。将用蒸汽雾化的油吹入燃烧区5中，在其中油利用来自燃烧器4的氧部分燃烧。
图2给出了气化反应器的一个替代实施方案。对于与图1的实施方案中相同的部件应用相同的参考标记。图2的气化反应器10与图1的反应器相同，差别在于油枪8的位置高于燃烧器4的位置(例如1.5米之内)和向下指向燃烧区5。
图3更详细地给出了油枪8的头。油枪8位于反应室2的壁3内的开口11中。正如上文所述，壁3由螺旋缠绕且相互连接以形成气密性壁结构的冷却管线12组成。在反应室2的内侧，壁3被耐火衬里13或熔融炉渣覆盖。
在其外端，油枪8包括带有同轴排布的中心蒸汽通道16、环状油通道17及包围环状油通道17的环状第二蒸汽通道18的喷嘴15。在喷嘴15之前一定距离处，油通道为带有圆筒区19和下游扩宽圆锥区20的中心通道。圆锥区20的下游端被带有圆孔排列22的圆盘21封住。等长度的管线23连接在开孔22上。在圆筒区19和喷嘴15之间约一半距离处，管线23弯曲形成发散区24，所述发散区结束于下游管线端更大半径的圆形排列，而所述下游管线在端部与环状通道25相连。所述环状通道25包括沿下游方向逐渐变窄的第一区26、恒定直径的第二区27、具有恒定直径外壁29和收缩内壁30的第三区28、以及外壁32平行于收缩内壁30的第四区31。
在反应器壁3上游一定距离处，中心油通道19、20被环状蒸汽通道区35包围。由该区35，蒸汽可以通过管线23间的空隙流至被环状油通道区25包围的中心通道36，进入蒸汽通道开口16。蒸汽也通过包围环状油区25的环状分支37流入环状蒸汽通道开口18。
中心油通道区19、20的油通过管线23分配进入环通道25，其中它在变窄区26中加速。当离开油枪8的喷嘴时，油在来自中心通道36的蒸汽流与来自环状分支37的蒸汽流之间流动。油的流速比蒸汽流的流速低很多。合适的组合例如为油速为约8m/s，和蒸汽流速为约80m/s。蒸汽流动更快以分散和雾化油。
油枪8包括作为带有被圆筒形隔板43分隔的两个同轴圆筒形中空空间41和42的冷却水桶形成的外壁40。所述中空空间41、42在放大的下游端44处相互连接。冷却水通过内部中空空间41流向下游端44。在流过放大端44后，冷却水通过外部圆筒形空间42流回。
油枪8被环隙45包围，而所述环隙又被冷却夹套46包围。在安装过程中，该环隙45可以用耐热材料如Nextel填充，以避免反应器操作期间合成气泄露。冷却夹套46是双壁圆筒，具有包封在冷却夹套46的双壁内的圆筒形内部空间47。内部空间被圆筒形隔板50分隔为两个同轴圆筒形空间48、49。在所述圆筒形隔板50的下游端，两个圆筒形空间48、49相互之间开放连接。冷却水会在内部圆筒形空间48内流向下游，在圆筒形隔板50的未端转向，并以相反的方向流回。
为了保护油枪8不受从反应室2的壁3掉下的炉渣影响，油枪8在冷却夹套46内回撤较短的距离。

Claims (9)

1.在25-60barg的压力下在气化反应器(1)中通过含碳原料部分燃烧生产合成气的方法，所述方法包括如下步骤：通过一个或多个燃烧器(4)将氧和含碳原料的混合物进料至气化反应器，而油通过一个或多个油枪(8)雾化进入反应器，各油枪(8)包括雾化喷嘴(15)，而雾化喷嘴(15)包括同轴排布的油通道(25)和至少一个相邻的蒸汽通道(36,37)；
其中含碳原料包括粉煤和生物质，其中用热值更低的生物质替代至多30wt％的粉煤和通过一个或多个油枪共进料油而不降低反应器的效率，和其中油与粉煤和生物质总质量的质量进料比为1/5-2/5。
2.权利要求1的方法，其中油在一个或多个燃烧器(4)下方一定距离处雾化。
3.权利要求1的方法，其中一个或多个燃烧器(4)的位置与油枪(8)的位置之间的距离为1.5米或更小。
4.权利要求1的方法，其中油作为单相液体提供。
5.权利要求1的方法，其中一个油枪(8)或多个油枪(8)中至少部分位于与燃烧器(4)不同的高度。
6.权利要求1的方法，其中各油枪(8)均指向燃烧器的燃烧区(5)。
7.前述权利要求1-6任一项的方法，其中一个或多个燃烧器(4)连接至粉煤供应管线和氧供应管线。
8.权利要求1-6任一项的方法，其中延伸进入反应室(2)的油枪(8)部分配备有冷却夹套(46)。
9.权利要求1-6任一项的方法，其中油速为6-12m/s和蒸汽速度为油速的10-18倍。
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