CN108862194A - 用于生产合成气的燃烧器和方法 - Google Patents

用于生产合成气的燃烧器和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108862194A
CN108862194A CN201810413510.XA CN201810413510A CN108862194A CN 108862194 A CN108862194 A CN 108862194A CN 201810413510 A CN201810413510 A CN 201810413510A CN 108862194 A CN108862194 A CN 108862194A
Authority
CN
China
Prior art keywords
burner
feeding channel
moderator
channel
wall
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810413510.XA
Other languages
English (en)
Inventor
约格·奥特
维罗纳卡·格罗尼曼
麦科·莱曼
保罗·克里姆洛夫斯基
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Publication of CN108862194A publication Critical patent/CN108862194A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/36—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using oxygen or mixtures containing oxygen as gasifying agents
    • C01B3/363—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using oxygen or mixtures containing oxygen as gasifying agents characterised by the burner used
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/02—Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/20—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone
    • F23D14/22—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other
    • F23D14/24—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other at least one of the fluids being submitted to a swirling motion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/32—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid using a mixture of gaseous fuel and pure oxygen or oxygen-enriched air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/48—Nozzles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/62—Mixing devices; Mixing tubes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D91/00—Burners specially adapted for specific applications, not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L7/00—Supplying non-combustible liquids or gases, other than air, to the fire, e.g. oxygen, steam
    • F23L7/002—Supplying water
    • F23L7/005—Evaporated water; Steam
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L7/00—Supplying non-combustible liquids or gases, other than air, to the fire, e.g. oxygen, steam
    • F23L7/007—Supplying oxygen or oxygen-enriched air
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00157—Controlling the temperature by means of a burner
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/025—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a partial oxidation step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/025—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a partial oxidation step
    • C01B2203/0255—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a partial oxidation step containing a non-catalytic partial oxidation step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
    • C01B2203/0816—Heating by flames
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L2900/00—Special arrangements for supplying or treating air or oxidant for combustion; Injecting inert gas, water or steam into the combustion chamber
    • F23L2900/07002—Injecting inert gas, other than steam or evaporated water, into the combustion chambers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L2900/00—Special arrangements for supplying or treating air or oxidant for combustion; Injecting inert gas, water or steam into the combustion chamber
    • F23L2900/07005—Injecting pure oxygen or oxygen enriched air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L2900/00—Special arrangements for supplying or treating air or oxidant for combustion; Injecting inert gas, water or steam into the combustion chamber
    • F23L2900/07009—Injection of steam into the combustion chamber
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/32—Direct CO2 mitigation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

提出了一种用于在存在含氧氧化剂和减速剂的情况下通过使液态的或气态的含碳燃料部分氧化来生产合成气的燃烧器，该燃烧器可以在未冷却(即，没有流体冷却剂穿过该燃烧器)的条件下进行操作。蒸汽或二氧化碳或这些材料的混合物被用作减速剂。这是通过给送通道来实现的，这些给送通道被配置成使得该燃料、该减速剂、以及该氧化剂的混合仅在该燃烧器的外部发生。

Description

用于生产合成气的燃烧器和方法
技术领域
本发明涉及一种用于在存在含氧氧化剂和减速剂的情况下通过使液态或气态的含碳燃料部分地氧化来生产合成气的燃烧器，其中蒸汽或二氧化碳或这些材料的混合物可以被用作减速剂。本发明的燃烧器可以在未冷却(即，没有液态冷却剂穿过该燃烧器)的条件下进行操作。
本发明进一步涉及一种用于使用本发明的燃烧器通过使含碳氢化合物的、气态的或液态的起始材料部分地氧化或自热重整来生产合成气的方法。
背景技术
术语合成气是指包含氢和碳氧化物并且在各种不同的合成反应中使用的气体混合物。实例是通过Haber-Bosch方法或者Fischer-Tropsch合成来进行甲醇合成、液氨制备。
用于生成合成气的广泛使用的方法是如例如在DE 10 2006 059 149 B4中所描述的气态、液态或固态燃料的自热夹带流气化。在反应器的顶部处，点火及先导燃烧器被居中地安排，并且三个气化燃烧器围绕反应器轴线旋转对称地安排。煤粉与作为气化剂的氧气和蒸汽一起经由气化燃烧器被给送到反应器的气化空间中，在该反应器中，燃料被转化为合成气。热的气化气体与液态炉渣一起离开气化空间并且进入骤冷空间，水被喷射到该骤冷空间中以便冷却粗气体和炉渣。炉渣被沉积在水浴中并且经由炉渣排放口被排放。饱有水蒸气的骤冷的粗气体从骤冷空间分离并且在随后的纯化阶段中被纯化。由于燃料直接与氧化剂进行反应，因此氧化剂和燃料必须被同轴地或同心环状地(coannularly)送入。
US 5,549,877 A1也披露了一种用于生产合成气的方法和设备，其中，含氧氧化剂在反应器的顶部处被居中地送入并且与环状地围绕氧化剂入口送入的燃料一起被引入反应空间中，在该反应空间中，燃料首先以亚化学计量进行反应。形成火焰并且此火焰向下蔓延到反应空间中。在再循环区中，火焰中存在的材料向上流回。附加的氧化剂的蒸汽在下游经由环形导管被送入反应区中，从而形成较大的火焰区。
DE 10 2006 033 441 A1描述了一种用于燃料电池系统的重整器，其中燃料穿过居中安排的燃料入口被引入氧化区中，并且氧化剂(尤其是空气)也经由垂直于该燃料入口设置的氧化剂给送装置被引入。在氧化区内，燃料和氧化剂的反应以燃烧的形式发生。所形成的产物气体然后在下游进入混合区中，在该混合区中附加地借助于次级燃料给送装置引入燃料和氧化剂。与附加的燃料混合的产物气体进入重整区，在该重整区中，该产物气体通过吸热反应而被转化为富含氢的气体混合物，该富含氢的气体混合物被分离并且可供燃料电池堆使用。
德国首次公开文件DE 10 2010 004 787 A1中传授的发明涉及在存在含氧氧化剂的情况下借助于结构上简单的燃烧器通过使液态或气态的含碳燃料部分地氧化来生产合成气，其中，燃料、氧化剂以及减速剂被分开地给送到燃烧器，并且燃料和减速剂在与氧化剂接触之前在燃烧器的混合室中混合。为了减小燃烧器上的负荷(尤其在具有瞬态条件的操作过程中)，氧化剂穿过燃烧器的出口开口被居中地引入燃烧室中，并且燃料和减速剂的混合物穿过出口开口在氧化剂周围被同心地引入燃烧室中。
在所描述的用于合成气生产的类型的燃烧器中，部分氧化反应的开始可能在实际燃烧器内发生，并且因此燃烧器必须通过使液态冷却剂穿过燃烧器来冷却。然而，在冷却剂供应中出现故障的情况下，所涉及的燃烧器可能失效，并且可能因此导致合成气生产设备的计划外的停止。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于通过使含碳的起始材料部分地氧化来生产合成气的燃烧器，该燃烧器不具有以上所提及的从现有技术中已知的燃烧器的缺点。
这个目的是通过一种具有权利要求1所述的特征或在替代性实施例中具有权利要求2所述的特征的燃烧器来实现的。在相应的从属权利要求中指明了本发明的燃烧器的进一步的实施例。本发明还提供了一种用于使用本发明的燃烧器来生产合成气的方法，该方法具有根据从属方法权利要求所述的有利的实施例。
本发明的燃烧器：
一种用于在存在含氧氧化剂和含蒸汽和/或二氧化碳的减速剂的情况下通过使液态或气态的含碳燃料部分地氧化来生产合成气的燃烧器，该燃烧器包括：
-用于将该含碳燃料、该含氧氧化剂、以及该减速剂分开地送入的器件，
-中央的第一给送通道，该第一给送通道具有用于该含氧氧化剂的圆形截面，
-第二给送通道，该第二给送通道同轴地且同心地围绕该第一给送通道，从而在该第一给送通道的外壁与该第二给送通道的内壁之间形成环形间隙，该减速剂穿过该环形间隙被送入，
-第三给送通道，该第三给送通道同轴地且同心地围绕该第二给送通道，从而在该第二给送通道的外壁与该第三给送通道的内壁之间形成环形间隙，该燃料穿过该环形间隙被送入，其中该第三给送通道的外壁形成该燃烧器的外壁，
-其中，这些给送通道被配置成使得该燃料、该减速剂、以及该氧化剂的混合仅在该燃烧器的外部发生。
根据替代性实施例的本发明的燃烧器：
一种用于在存在含氧氧化剂和含蒸汽和/或二氧化碳的减速剂的情况下通过使液态或气态的含碳燃料部分地氧化来生产合成气的燃烧器，该燃烧器包括：
-用于将该含碳燃料、该含氧氧化剂、以及该减速剂分开地引入的器件，
-中央的第一给送通道，该第一给送通道具有用于该燃料的圆形截面，
-第二给送通道，该第二给送通道同轴地且同心地围绕该第一给送通道，从而在该第一给送通道的外壁与该第二给送通道的内壁之间形成环形间隙，该减速剂穿过该环形间隙被送入，
-第三给送通道，该第三给送通道同轴地且同心地围绕该第二给送通道，从而在该第二给送通道的外壁与该第三给送通道的内壁之间形成环形间隙，该含氧氧化剂穿过该环形间隙被送入，其中该第三给送通道的外壁形成该燃烧器的外壁，
-其中，这些给送通道被配置成使得该燃料、该减速剂、以及该氧化剂的混合仅在该燃烧器的外部发生。
本发明的方法：
一种用于在存在含氧氧化剂和含蒸汽和/或二氧化碳的减速剂的情况下通过使液态或气态的含碳燃料部分地氧化来生产包括氢和碳氧化物的合成气的方法，该方法包括以下步骤：
(a)提供根据本发明的燃烧器，
(b)将该含氧氧化剂给送到该第一给送通道、将该减速剂给送到该第二给送通道、并且将该液态或气态的含碳燃料给送到该第三给送通道，
(c)从该燃烧器排出未混合的介质蒸汽、并且将这些蒸汽引入该燃烧器的下游的反应室中，
(d)使该含碳燃料与该含氧氧化剂在该反应室中在部分氧化的条件下进行反应，
(e)从该反应室排出粗合成气、并且将该粗合成气可选地引入进一步的调节或处理步骤中。
出于本发明的目的，如已经通过实例的方式在上文提及且在相关文献中详细地说明的，部分氧化的条件是对于本领域技术人员本身已知的反应和方法条件(尤其在温度、压力、以及停留时间方面)，在这些条件下，起始材料发生至少部分地转化、但优选地工业上相关地转化为合成气产物(比如CO和氢)。
给送通道被配置成使得燃料、减速剂以及氧化剂的混合仅在燃烧器的外部发生的要求是通过给送通道的截面积相对于所选择的流经它们的预期的体积蒸汽的大小来满足的，从而实现了适当高的流动速度。
本发明所基于的认识为，借助于来自燃烧器火焰的热辐射的热量的反向传递可以被识别为是借助于含碳的起始材料的部分氧化来加热用于合成气生产的燃烧器的主要原因，这使得燃烧器的冷却成为必要。在此所传递的能量的量与在燃烧器火焰与燃烧器表面之间的距离的平方成反比。
由于不在燃烧器内混合的根据本发明传送的介质以及燃烧器开口的构型，介质仅在反应室内混合，并且火焰形成仅在此发生。与火焰在燃烧器本身内形成的常规燃烧器相比，火焰与燃烧器开口的分离减少了热量借助于热辐射到燃烧器的反向传递。
具体实施方式
在本发明的燃烧器的优选实施例中，该燃烧器的外壁、在该第二给送通道与该第三给送通道之间的分隔壁、以及在该第一给送通道与该第二给送通道之间的分隔壁终止于公共平面，该公共平面垂直于该燃烧器的纵向轴线延伸并且形成燃烧器开口。这确保了所有介质同时并在未混合的状态下离开燃烧器，从而避免了燃烧器内的氧化反应。
在特别优选的实施例中，本发明的燃烧器不具有用于使流体冷却介质穿过该燃烧器的设施。这使得以下事实成为可能：由于燃烧器的构型，放热氧化反应仅在反应室中进行，而不在燃烧器内进行。以此方式，可以省却容易发生故障的流体冷却剂的引入。对来自反应室并且作用于燃烧器的辐射热量的预防措施可以借助于适当选择材料或应用隔离层来实现。
在本发明的燃烧器中，用于燃料、减速剂和/或氧化剂的这些给送通道中的至少一个给送通道优选地配备有涡旋引起装置，该涡旋引起装置将绕燃烧器的纵向轴线且垂直于流动方向的旋转运动施加给对应的介质蒸汽。这改善了对应的介质与从相邻的流动通道离开的介质的混合。然而，必须确保的是，混合仅在燃烧器的外部发生，并且不会发生与燃烧器内仍然存在的介质部分返混，该返混可能导致燃烧器内不期望的氧化反应。
此外，优选的是这些给送通道中的至少两个给送通道配备有涡旋引起装置，其中施加给流经该至少两个给送通道的介质的旋转方向相对于该燃烧器的该纵向轴线彼此相反。这进一步改善了对应的介质与从相邻的流动通道离开的介质的混合。
在本发明的燃烧器的特别优选的实施例中，所有给送通道都配备有涡旋引起装置，其中流经该第一给送通道和该第三给送通道的介质的旋转方向相对于该燃烧器的该纵向轴线相同，并且流经该第二给送通道的减速剂的旋转方向与其相反。以此方式，对应的介质与从相邻的流动通道离开的介质的混合被最大化。如在以上解释的这两个实施例的情况下，必须确保的是，混合仅在燃烧器的外部发生，并且不会发生与燃烧器内仍然存在的介质部分返混，该返混可能导致燃烧器内不期望的氧化反应。
在燃烧器的所有实施例中，单个给送通道或多个给送通道配备有涡旋引起装置，必须确保燃烧器的纵向轴线的方向上的对应介质的流动速度仍然足够大以确保燃烧器火焰与燃烧器嘴的期望分离。具体地讲，在燃烧器的纵向轴线的方向上的速度矢量应当大于垂直于燃烧器的纵向轴线的速度矢量。
在本发明的用于生产合成气的方法的优选实施例中，该减速剂从该燃烧器嘴离开的速度被设置成使得其在从20m/s到200m/s、优选地从50m/s到150m/s、最优选地从80m/s到120m/s的范围内。该减速剂从燃烧器嘴离开的速度的设置是通过设置适当的减速剂体积流量并且对第二给送通道的离开区域进行尺寸确定来实现的。
在本发明的用于生产合成气的方法的另外的优选实施例中，减速剂与氧化剂的离开速度的比率在从0.2到2.5、优选地从0.6到2.0、最优选地从1.0到1.6的范围内。所提及的介质从燃烧器嘴离开的速度的设置是通过设置适当的体积流量并且对相关联的给送通道的离开区域进行尺寸确定来实现的。
在本发明的用于生产合成气的方法的另外的优选实施例中，减速剂与燃料的离开速度的比率在从0.2到2.0、优选地从0.4到1.6、最优选地从0.6到1.2的范围内。所提及的介质从燃烧器嘴离开的速度的设置是通过设置适当的体积流量并且对相关联的给送通道的离开区域进行尺寸确定来实现的。
在本发明的方法的另一方面中，当该氧化剂和/或该燃料的离开速度减小时，该减速剂的离开速度保持恒定。
在本发明的方法的另外的实施例中，二氧化碳在进一步的调节或处理步骤中的至少一个步骤中与该粗合成气分离并且至少部分地作为减速剂再循环到该燃烧器。可以使用本身已知的气体洗涤方法(例如，方法)来分离二氧化碳。在此有利的是，用作减速剂组分的二氧化碳本身被部分地转化为一氧化碳。因此，这个另外的实施例尤其适于用于生产富含一氧化碳的合成气的方法。
工作实例
本发明的进一步的实施例、优点以及可能的用途还可以从以下工作实例和附图的说明中得出。在此，所描述和/或所示出的所有特征在其本身或以任何组合用图形方式形成本发明，不论它们在权利要求或前述引用中是如何组合的。
单个附图示出了：
图1根据本发明的燃烧器。
图1中所描绘的根据本发明的燃烧器1经由导管10、20和30供应有氧化剂(例如，纯氧)、减速剂(例如，蒸汽/二氧化碳混合物)、以及燃料(例如，天然气)。氧化剂经由导管10被给送到中央的第一给送通道11中，该第一给送通道具有圆形截面。第二给送通道21同轴地且同心地围绕第一给送通道；因此在第一给送通道的外壁与第二给送通道的内壁之间形成的环形间隙用于容纳经由导管20供应的减速剂。燃烧器进一步包括第三给送通道31，该第三给送通道同轴地且同心地围绕第二给送通道，环形间隙被形成在第二给送通道的外壁与第三给送通道的内壁之间，燃料经由导管30穿过该环形间隙被送入，并且第三给送通道的外壁形成燃烧器的外壁35。
燃烧器的外壁35、在第二给送通道与第三给送通道31、21之间的分隔壁、以及在第一给送通道与第二给送通道21、11之间的分隔壁终止于公共平面A-A’，该公共平面垂直于燃烧器的纵向轴线L延伸并且形成燃烧器嘴。
由于根据本发明的不在燃烧器内混合的介质的传送以及燃烧器嘴的构型，介质仅在反应室40内混合，并且火焰形成仅在此发生。与火焰在燃烧器本身内形成的情况下的常规燃烧器相比，火焰50与燃烧器嘴的分离减少了主要借助于热辐射发生的返回到燃烧器的热传递。
因此，在图1中所示出的燃烧器的情况下，没有设置用于使流体冷却剂穿过燃烧器的器件或装置。
上文已经解释且在图1中示意性地示出的工作实例还以类似的方式适用于根据权利要求2的实施例，其中调换了关于燃料和氧化剂的介质的传送。相应地，燃料经由导管10和第一给送通道11被供应，并且氧化剂经由导管30和第三给送通道31被供应。由于根据本发明的不在燃烧器内混合的介质的传送以及燃烧器嘴的构型，介质仅在反应室40内混合，并且火焰形成仅在此发生。与火焰在燃烧器本身内形成的常规燃烧器相比，火焰50与燃烧器嘴的分离减少了主要借助于热辐射发生的返回到燃烧器的热传递。
工业实用性
本发明提出了一种用于生产合成气的燃烧器和方法，该燃烧器具有简单且稳健的构造并且尤其可以在未冷却(即，没有流体冷却介质穿过该燃烧器)的条件下进行操作。由于节省了冷却剂，这提供了经济优势。
附图标记清单
[1]燃烧器
[10]氧化剂的供应导管
[11]第一给送通道
[20]减速剂的供应导管
[21]第二给送通道
[30]燃料的供应导管
[31]第三给送通道
[35]燃烧器的外壁
[40]反应室
[50]火焰
L 燃烧器的纵向轴线
A-A’ 穿过燃烧器嘴、垂直于燃烧器的纵向轴线的平面

Claims (13)

1.一种用于在存在含氧氧化剂和含蒸汽和/或二氧化碳的减速剂的情况下通过使液态或气态的含碳燃料部分地氧化来生产合成气的燃烧器，该燃烧器包括：
-用于将该含碳燃料、该含氧氧化剂、以及该减速剂分开地送入的器件，
-中央的第一给送通道，该第一给送通道具有用于该含氧氧化剂的圆形截面，
-第二给送通道，该第二给送通道同轴地且同心地围绕该第一给送通道，从而在该第一给送通道的外壁与该第二给送通道的内壁之间形成环形间隙，该减速剂穿过该环形间隙被送入，
-第三给送通道，该第三给送通道同轴地且同心地围绕该第二给送通道，从而在该第二给送通道的外壁与该第三给送通道的内壁之间形成环形间隙，该燃料穿过该环形间隙被送入，其中该第三给送通道的外壁形成该燃烧器的外壁，
-其中，这些给送通道被配置成使得该燃料、该减速剂、以及该氧化剂的混合仅在该燃烧器的外部发生。
2.一种用于在存在含氧氧化剂和含蒸汽和/或二氧化碳的减速剂的情况下通过使液态或气态的含碳燃料部分地氧化来生产合成气的燃烧器，该燃烧器包括：
-用于将该含碳燃料、该含氧氧化剂、以及该减速剂分开地引入的器件，
-中央的第一给送通道，该第一给送通道具有用于该燃料的圆形截面，
-第二给送通道，该第二给送通道同轴地且同心地围绕该第一给送通道，从而在该第一给送通道的外壁与该第二给送通道的内壁之间形成环形间隙，该减速剂穿过该环形间隙被送入，
-第三给送通道，该第三给送通道同轴地且同心地围绕该第二给送通道，从而在该第二给送通道的外壁与该第三给送通道的内壁之间形成环形间隙，该含氧氧化剂穿过该环形间隙被送入，其中该第三给送通道的外壁形成该燃烧器的外壁，
-其中，这些给送通道被配置成使得该燃料、该减速剂、以及该氧化剂的混合仅在该燃烧器的外部发生。
3.根据权利要求1或2所述的燃烧器，其特征在于，该燃烧器的外壁、在该第二给送通道与该第三给送通道之间的分隔壁、以及在该第一给送通道与该第二给送通道之间的分隔壁终止于公共平面，该公共平面垂直于该燃烧器的纵向轴线延伸并且形成燃烧器嘴。
4.根据前述权利要求中任一项所述的燃烧器，其特征在于，不存在用于使流体冷却剂穿过该燃烧器的器件。
5.根据前述权利要求中任一项所述的燃烧器，其特征在于，这些给送通道中的至少一个给送通道配备有涡旋引起装置。
6.根据权利要求5所述的燃烧器，其特征在于，这些给送通道中的至少两个给送通道配备有涡旋引起装置，其中，施加给流经该至少两个给送通道的介质的旋转方向相对于该燃烧器的该纵向轴线彼此相反。
7.根据权利要求6所述的燃烧器，其特征在于，所有给送通道都配备有涡旋引起装置，其中，流经该第一给送通道和该第三给送通道的介质的旋转方向相对于该燃烧器的该纵向轴线是相同的，并且流经该第二给送通道的减速剂的旋转方向与其相反。
8.一种用于在存在含氧氧化剂和含蒸汽和/或二氧化碳的减速剂的情况下通过使液态或气态的含碳燃料部分地氧化来生产包括氢和碳氧化物的合成气的方法，该方法包括以下步骤：
(a)提供根据权利要求1至7中任一项所述的燃烧器，
(b)将该含氧氧化剂给送到该第一给送通道、将该减速剂给送到该第二给送通道、并且将该液态或气态的含碳燃料给送到该第三给送通道，
(c)从该燃烧器排出未混合的介质蒸汽、并且将这些蒸汽引入该燃烧器的下游的反应室中，
(d)使该含碳燃料与该含氧氧化剂在该反应室中在部分氧化的条件下进行反应，
(e)从该反应室排出粗合成气、并且将该粗合成气可选地引入进一步的调节或处理步骤中。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，该减速剂从该燃烧器嘴离开的速度是在从20m/s到200m/s、优选地从50m/s到150m/s、最优选地从80m/s到120m/s的范围内。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，减速剂与氧化剂的离开速度的比率是在从0.2到2.5、优选地从0.6到2.0、最优选地从1.0到1.6的范围内。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，减速剂与燃料的离开速度的比率在从0.2到2.0、优选地从0.4到1.6、最优选地从0.6到1.2的范围内。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，当该氧化剂和/或该燃料的离开速度减小时，该减速剂的离开速度保持恒定。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，二氧化碳在该进一步的调节或处理步骤中的至少一个步骤中与该粗合成气分离并且至少部分地作为减速剂再循环到该燃烧器。
CN201810413510.XA 2017-05-11 2018-05-03 用于生产合成气的燃烧器和方法 Pending CN108862194A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP17400023.2 2017-05-11
EP17400023 2017-05-11

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108862194A true CN108862194A (zh) 2018-11-23

Family

ID=59078013

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810413510.XA Pending CN108862194A (zh) 2017-05-11 2018-05-03 用于生产合成气的燃烧器和方法
CN201820653488.1U Active CN208898501U (zh) 2017-05-11 2018-05-03 用于生产合成气的燃烧器

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201820653488.1U Active CN208898501U (zh) 2017-05-11 2018-05-03 用于生产合成气的燃烧器

Country Status (4)

Country Link
US (2) US10589994B2 (zh)
CN (2) CN108862194A (zh)
DE (1) DE202018101400U1 (zh)
RU (1) RU2761331C2 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115697895A (zh) * 2020-06-01 2023-02-03 国际壳牌研究有限公司 用于将二氧化碳、氢气和甲烷转化为合成气的灵活工艺

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202018101400U1 (de) * 2017-05-11 2018-04-12 L'Air Liquide Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Brenner zur Synthesegaserzeugung
CN108954316B (zh) * 2018-08-03 2020-03-06 北京航空航天大学 一种适用于脉动燃烧器振荡燃烧的喷嘴结构及设计方法
WO2020114899A1 (en) 2018-12-03 2020-06-11 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. A process and reactor for converting carbon dioxide into carbon monoxide
CA3184312A1 (en) * 2020-06-01 2021-12-09 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. A process and reactor for converting carbon dioxide into carbon monoxide, involving a catalyst
CN112902159A (zh) * 2021-01-22 2021-06-04 成都光华科技发展有限公司 一种三通道多氧燃烧器

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3705108A (en) * 1969-10-06 1972-12-05 Texaco Development Corp Synthesis gas generation
US5261602A (en) * 1991-12-23 1993-11-16 Texaco Inc. Partial oxidation process and burner with porous tip
CN105683656A (zh) * 2014-03-11 2016-06-15 三菱日立电力系统株式会社 锅炉用燃烧喷烧器
CN208898501U (zh) * 2017-05-11 2019-05-24 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 用于生产合成气的燃烧器

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3847564A (en) * 1970-01-23 1974-11-12 Texaco Development Corp Apparatus and process for burning liquid hydrocarbons in a synthesis gas generator
DE2253385C2 (de) 1972-10-31 1985-07-25 Texaco Development Corp., White Plains, N.Y. Brenner zur Herstellung von Synthesegas
US4351647A (en) * 1980-07-14 1982-09-28 Texaco Inc. Partial oxidation process
US4525175A (en) * 1983-05-31 1985-06-25 Texaco Inc. High turn down burner for partial oxidation of slurries of solid fuel
FR2648800B1 (fr) 1989-06-27 1991-10-18 Inst Francais Du Petrole Dispositif et procede de fabrication de gaz de synthese par combustion et son application
EP0759886B1 (en) 1994-05-19 1998-07-29 Shell Internationale Researchmaatschappij B.V. A process for the manufacture of synthesis gas by partial oxidation of a liquid hydrocarbon-containing fuel using a multi-orifice (co-annular) burner
US6773630B2 (en) * 2001-11-02 2004-08-10 Texaco Inc. Process for the gasification of heavy oil
DE10156980B4 (de) * 2001-11-21 2004-08-05 Lurgi Ag Verfahren zur Herstellung von Synthesegas
DE102006033441B4 (de) 2006-06-29 2009-05-07 Enerday Gmbh Reformer für ein Brennstoffzellensystem
DE102006059149B4 (de) 2006-12-14 2009-06-25 Siemens Ag Flugstromreaktor zur Vergasung fester und flüssiger Energieträger
CN101547998B (zh) * 2007-04-11 2014-10-29 国际壳牌研究有限公司 用于操作固体碳质进料的部分氧化过程的方法
US8434700B2 (en) 2008-04-30 2013-05-07 General Electric Company Methods and systems for mixing reactor feed
DE102010004787B4 (de) * 2010-01-16 2014-02-13 Lurgi Gmbh Verfahren und Brenner zur Herstellung von Synthesegas
DE102014211757B4 (de) 2014-06-18 2018-05-30 Technische Universität Bergakademie Freiberg Brennervorrichtung für die Partialoxidation von gasförmigen Vergasungsstoffen

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3705108A (en) * 1969-10-06 1972-12-05 Texaco Development Corp Synthesis gas generation
US5261602A (en) * 1991-12-23 1993-11-16 Texaco Inc. Partial oxidation process and burner with porous tip
CN105683656A (zh) * 2014-03-11 2016-06-15 三菱日立电力系统株式会社 锅炉用燃烧喷烧器
CN208898501U (zh) * 2017-05-11 2019-05-24 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 用于生产合成气的燃烧器

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115697895A (zh) * 2020-06-01 2023-02-03 国际壳牌研究有限公司 用于将二氧化碳、氢气和甲烷转化为合成气的灵活工艺
CN115697895B (zh) * 2020-06-01 2024-03-01 国际壳牌研究有限公司 用于将二氧化碳、氢气和甲烷转化为合成气的灵活工艺

Also Published As

Publication number Publication date
US20180327261A1 (en) 2018-11-15
US20200180954A1 (en) 2020-06-11
US11542158B2 (en) 2023-01-03
RU2018115535A3 (zh) 2021-07-26
DE202018101400U1 (de) 2018-04-12
RU2018115535A (ru) 2019-10-25
US10589994B2 (en) 2020-03-17
CN208898501U (zh) 2019-05-24
RU2761331C2 (ru) 2021-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN208898501U (zh) 用于生产合成气的燃烧器
US4836831A (en) Process for partial oxidation of a hydrocarbon-containing fuel
US7229483B2 (en) Generation of an ultra-superheated steam composition and gasification therewith
US9272904B2 (en) Process and burner for producing synthesis gas
US4523529A (en) Process and burner for the partial combustion of solid fuel
US9481839B2 (en) Hot oxygen nozzle and uses thereof in gasifiers
US9005320B2 (en) Enhanced plasma gasifiers for producing syngas
JPS5922991A (ja) 混合ガスの製造方法及び製造用バ−ナ
SE1051371A1 (sv) Tvåstegsförgasare som använder förupphettad ånga av hög temperatur
CA1269842A (en) Process for producing synthesis gas from hydrocarbon fuel
US4371379A (en) Partial oxidation process using a swirl burner
CN110951506A (zh) 气化炉及其气化方法
CN114214094A (zh) 一种具有顶部辅助烧嘴的多喷嘴气化炉及其应用
US2702743A (en) Method and apparatus for preheating gaseous and vaporous reagents in powdered fuel gasification
CA2406540A1 (en) Feed nozzle for gasification reactor for halogenated materials
US4371378A (en) Swirl burner for partial oxidation process
CN101618303A (zh) 用于碳氢化合物氧化的方法和反应器
JP2003113383A (ja) 気流層ガス化炉、ガス化方法、これらに用いるメタン改質バーナおよび改質方法
CN103517869B (zh) 制备合成气的方法和反应器
US20230203389A1 (en) Method for gasification of carbonaceous feedstock and device for implementing same
JP4029223B2 (ja) 石炭ガス化装置及び該装置の制御方法
US3246888A (en) Apparatus for generating synthesis gas
KR101918726B1 (ko) 원료 미립화가 가능한 버너

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20181123

RJ01 Rejection of invention patent application after publication