CN1205676A - 制备合成气的方法 - Google Patents
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Abstract
一种通过在没有缓和剂气体的情况下部分氧化含烃燃料来制备合成气的方法,该方法包括下列步骤:在吹氧条件下(即,燃烧器出口处氧化剂速度大体上大于燃料速度)把一种含烃燃料和一种氧化剂经反应器混合型燃烧器(即,其中各自在通入气化带的一个或多个分开的燃烧器通道中流动的所述燃料和所述氧化剂直到所述燃烧器通道下游才立即混合)提供给气化带;并且,其中至少在其尖端处或尖端附近分开所述燃料和所述氧化剂的燃烧器内部部件的至少边缘由陶瓷材料或贵金属或贵金属合金制成,或者,其中至少在其尖端处或尖端附近分开所述燃料和所述氧化剂的燃烧器内部部件的边缘在其氧化剂侧设有陶瓷材料或贵金属或贵金属合金的衬里。
Description
本发明涉及通过在没有缓和剂的情况下部分氧化含烃燃料和含氧气体来制备合成气的方法。特别是应用液态或气态含烃燃料。
在这样的一种制备合成气的方法中，把一种用作氧化剂的含氧气体和一种含烃燃料经包括燃料和氧化剂通道配置的燃烧器提供给气化带，而且其中在适宜条件下自热地产生含合成气的气流。这些通道通过分隔壁即所谓的燃烧器内部部件彼此分开。
在许多制备合成气的已知方法中，把缓和剂气体(例如，蒸汽、水或二氧化碳或者其组合)提供给气化带以控制气化带中的温度。可以把缓和剂气体添加到氧化剂或(气态)燃料中，或者可以经缓和剂气体通道提供。本领域技术人员会知道应用氧化剂和缓和剂气体的条件。
有利的是，应用一种多孔(共环)燃烧器，该燃烧器包括同心设置的n个与该燃烧器纵轴线共轴的通道，其中n为大于2的整数。
这类多孔(共环)燃烧器包括大体上筒形的内部部件，这些内部部件把流经通道的流体物流分开直到它们到达燃烧器出口时为止。特别是，这类多孔(共环)燃烧器包括用于把氧化剂、缓和剂气体(任选地)和燃料提供给气化带的一些环状同心设置的通道。
多孔(共环)燃烧器本身是已知的，因此对其机械结构不再作详细描述。
通常，这类燃烧器包括一些在燃烧器出口处的缝隙和带有内部冷却流体(例如水)通道的中空器壁元件。在燃烧器出口处，这些通道可以是渐缩形的或可以不是渐缩形的。该燃烧器可以装有一种合适的陶瓷或耐火衬里而不是包括内部冷却流体通道，所述衬里被贴到或借助紧邻燃烧器(前)壁外表面的装置悬垂于燃烧器上，以承受燃烧器操作过程中或加热／关闭状况下的热负荷。有利的是，一个或多个通道的出口相对于外通道可以是缩回的或伸出的。
本领域技术人员会知道，可应用适于此目的的任意缝隙宽度，这取决于燃烧器生产能力。
有利的是，中心通道直径达70mm，而其余同心通道具有1-30mm范围内的缝隙宽度。
不过，将要理解的是，本申请不局限于应用共环燃烧器。
以特定的速度和质量分布把氧化剂和燃料以及任选缓和剂气体经各自通道提供给气化带，以获得良好的雾化和混合。
有利的是，测定或计算在通入气化带的所述各通道的出口处的各自的速度。速度测定或计算可由本领域技术人员以适于此目的的任何方式进行，所以不再作详细描述。
用作氧化剂的含氧气体通常是空气或氧气或者其混合物。优选的是含至少95％氧气的氧化剂。
合成气是一种包含一氧化碳和氢气的气体，例如用作洁净的中热值可燃气体或用作合成甲醇、氨或烃类的原料，后一种合成产生气态烃类和液态烃类如汽油、柴油、润滑油和蜡。
在本说明书和权利要求书中，所用术语“气态(液态)含烃燃料”是指在气化器进料压力和温度下为气态(液态)的含烃燃料。
根据已有方法，合成气是这样产生的：在一个反应器中，在1000℃-1800℃的温度和0．1MPa-12MPa abs．的压力下，用一种氧化剂部分氧化一种气态燃料如气态烃，特别是石油气体或天然气。
合成气往往在原油精炼厂或其附近生产，因为生产的合成气可直接用作生产柴油、氨、氢、甲醇的原料，或者用作可燃气体，例如用于加热精炼炉或更有效地用于加热燃气轮机以产生电和热。
由于经济上的原因，往往希望在不用缓和剂气体的条件下操作燃烧器。此外，为获得气化器中燃料与氧化剂的良好混合，最好在存在吹氧(即燃烧器出口处氧化剂的速度大体上大于燃料的速度)的条件下操作燃烧器。本领域技术人员会知道这些条件。
本领域技术人员会理解，吹氧允许更低的燃料供应压力并能降低压缩费用。
通常，燃烧器内部部件的边缘(即燃烧器内部部件的一个部分，当该燃烧器安装在反应器中时该部分朝向气化带并形成尖端)由钢或低合金钢制成。
不过，在没有缓和剂气体的情况下应用吹氧时，分开燃料和氧化剂的燃烧器内部部件的边缘受金属粉化(dusting)现象的严重破坏，所以会发生严重的燃烧器损耗并限制了燃烧器的寿命。
金属粉化是一种灾祸性的渗碳，它在600-800℃温度范围内、高活性和低氧压的条件下发生在工业装置中，使钢分解成粉状碳、金属粒子和有时是碳化物和氧化物的混合物。如果腐蚀产物经气流通过侵蚀而被带走，就观察到小孔腐蚀或普通的金属耗蚀。
本发明的一个目的是提供一种经济上可行的制备合成气的方法，该方法可长期实施而不需多次停工。
因此，本发明提供一种通过在没有缓和剂气体的情况下部分氧化含烃燃料来制备合成气的方法，该方法包括下列步骤：
在吹氧条件下(即，燃烧器出口处氧化剂速度大体上大于燃料速度)把一种含烃燃料和一种氧化剂经反应器混合型燃烧器(即，其中各自在通入气化带的一个或多个分开的燃烧器通道中流动的所述燃料和所述氧化剂直到所述燃烧器通道下游才立即混合)提供给气化带；并且，其中至少在其尖端处或尖端附近分开所述燃料和所述氧化剂的燃烧器内部部件的至少边缘由陶瓷材料或贵金属或贵金属合金制成，或者，其中至少在其尖端处或尖端附近分开所述燃料和所述氧化剂的燃料器内部部件的边缘在其氧化剂侧设有陶瓷材料或贵金属或贵金属合金的衬里。
本发明进一步涉及一种要用在这种制备合成气的方法中的反应器混合型燃烧器，该燃烧器包括至少一个燃料燃烧器通道和至少一个氧化剂燃烧器通道，其中至少在其尖端处或尖端附近分开所述燃料通道和所述氧化剂通道的燃烧器内部部件的至少边缘由陶瓷材料或贵金属或贵金属合金制成，或者，其中至少在其尖端处或尖端附近分开所述燃料通道和所述氧化剂通道的燃烧器内部部件的边缘在其氧化剂侧设有陶瓷材料或贵金属或贵金属合金的衬里。
有利的是，分开所述燃料和所述氧化剂的所述燃烧器内部部件的所述边缘由Pt合金如Pt／Rh或Pt／Ir或者适合此目的的陶瓷材料如SiC(碳化硅)或Si3N4(四氮化三硅)制成。
所述燃料例如是天然气，其有利地含有至少80％CH4。有利的是，氧化剂与燃料之间的速度比为：
更为有利的是，氧化剂速度为50-100m／s而燃料速度为25-60m／s(条件是满足上述比值)。
应用本发明的方法时已发现，没有金属粉化而且燃烧器寿命至少为1600小时。
有利的是，分开所述燃料和所述氧化剂的所述燃烧器内部部件的所述边缘长度为2-20mm，厚度为0．3-1．0mm，并且以任何适当方式机械连接到燃烧器内部部件上，例如通过焊接。
在本发明的又一有利实施方案中，分开燃料和氧化剂的燃烧器内部部件的边缘在燃烧器内部部件的氧化剂侧设有衬里(例如带状物)。这种带状物长度可以为5-10mm，厚度可以为0．2-0．5mm。
现将参照附图、借助实施例更详细地描述本发明，其中附图示意性地表示要用于本发明方法中的燃烧器。
参照附图，已示意性地表示出具有一个中心通道和一个外通道的燃烧器的部分纵向剖面。X代表该燃烧器的轴线。该燃烧器经耐火圆顶通入反应器的气化带G。为清楚起见，只部分表示出燃烧器，没有显示反应器细节。特别是，为清楚起见，省略了燃烧器的(水)-冷却的细节。
附图中表示出大体上呈锥形的燃烧器，但本领域技术人员会理解，适于此目的的任何形状(例如，大体上呈筒形)都是可能的。
已表示出燃烧器内部部件边缘1及其尖端1a。边缘1由陶瓷材料(例如SiC或Si3N4)或贵金属(例如Pt)或贵金属合金(例如Pt／Rh或Pt／Ir)制成并安装在燃烧器内部部件2上朝向气化带G的末端处，例如通过焊接安装。
氧化剂正流经中心通道3(直径例如是41mm)，而燃料(例如天然气)正流经外通道4。标号5代表外通道壁。外通道4的缝隙宽度例如是25mm。
箭头A和B分别表示氧化剂速度(例如100m／s)和燃料速度(例如50m／s)，这表明存在吹氧。
现将参照实施例Ⅰ和Ⅱ通过实施例更详细地详述本发明。实施例Ⅰ(吹氧)
考虑了燃料通道和氧化剂通道之间的边缘处的流动条件。边缘由Pt制成。氧化剂通过中心通道提供，燃料通过同心外通道提供。
实施例Ⅱ(吹燃料)
| 压力 | 47 | bara | |
| 氧化剂 | |||
| 通过量O2(＞99mol％)氧化剂温度氧化剂密度 | 40025035 | tpd℃kg/m3 | |
| 燃料 | |||
| 通过量NG组成 | NGCH4C2H6C3H8C4H10C5H12C6H18CO2N2燃料温度燃料密度 | 35088.553.852.471.150.360.242.850.5340016 | tpdmol％mol％mol％mol％mol％mol％mol％mol％℃kg/m3 |
| 燃烧器出口外形尺寸：氧化剂通道外径：41mm；燃料通道外径：90mm。 | |||
| 燃料通道与氧化剂通道之间的边缘处的流动条件 | |||
| 燃料速度氧化剂速度燃料/氧化剂速度比 | 501000.50 | m/sm/s | |
考虑了燃料通道和氧化剂通道之间的边缘处的流动条件。边缘由钢制成。氧化剂通过中心通道提供，燃料通过同心外通道提供。
| 压力 | 47 | bara | |
| 氧化剂 | |||
| 通过量O2(＞99mol％)氧化剂温度氧化剂密度 | 40025035 | tpd℃kg/m3 | |
| 燃料 | |||
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| 燃烧器出口外形尺寸：氧化剂通道外径：65mm；燃料通道外径：86mm。 | |||
| 燃料通道与氧化剂通道之间的边缘处的流动条件 | |||
| 燃料速度氧化剂速度燃料/氧化剂速度比 | 100402.5 | m/sm/s | |
在实施例Ⅰ中，没有缓和剂气体的条件下操作2300小时后检查该燃烧器。没有检测到可见损伤，而且燃烧器处于良好状态。
在实施例Ⅱ中，发现操作大约1000小时后，燃料通道和氧化剂通道之间的边缘被严重破坏。从前面的描述可知，对本领域技术人员来说，对本发明的各种改进是显而易见的。这类改进视为落入所附权利要求书的范围内。
Claims (11)
1．一种通过在没有缓和剂气体的情况下部分氧化含烃燃料来制备合成气的方法，该方法包括下列步骤：
在吹氧条件下(即，燃烧器出口处氧化剂速度大体上大于燃料速度)把一种含烃燃料和一种氧化剂经反应器混合型燃烧器(即，其中各自在通入气化带的一个或多个分开的燃烧器通道中流动的所述燃料和所述氧化剂直到所述燃烧器通道下游才立即混合)提供给气化带；并且，其中至少在其尖端处或尖端附近分开所述燃料和所述氧化剂的燃烧器内部部件的至少边缘由陶瓷材料或贵金属或贵金属合金制成，或者，其中至少在其尖端处或尖端附近分开所述燃料和所述氧化剂的燃烧器内部部件的边缘在其氧化剂侧设有陶瓷材料或贵金属或贵金属合金的衬里。
2．权利要求1中所要求的方法，其中速度比为：
3．权利要求1或2中所要求的方法，其中氧化剂的速度为50-100m／s而燃料的速度为25-60m／s(条件是存在吹氧)。
4．权利要求1-3中任一项所要求的方法，其中燃料为气态或液态的。
5．权利要求4中所要求的方法，其中所述燃料为天然气。
6．权利要求5中所要求的方法，其中所述天然气包含至少80％CH4。
7．权利要求1-6中任一项所要求的方法，其中分开所述燃料和所述氧化剂的所述燃烧器内部部件的所述边缘由Pt合金如Pt／Rh或Pt／Ir制成或者由陶瓷材料如四氮化三硅或碳化硅制成。
8．权利要求1-7中任一项所要求的方法，其中分开所述燃料和所述氧化剂的所述燃烧器内部部件的所述边缘长度为2-20mm，厚度为0．3-1．0mm。
9．权利要求1-8中任一项所要求的方法，其中所述燃烧器是一个共环燃烧器，该共环燃烧器包括同心设置的n个与该燃烧器纵轴线共轴的通道，其中n为大于2的整数。
10．要用于权利要求1-9中任一项的方法的反应器混合型燃烧器，它包括至少一个燃料燃烧器通道和至少一个氧化剂燃烧器通道，其中至少在其尖端处或尖端附近分开所述燃料和所述氧化剂的燃烧器内部部件的至少边缘由陶瓷材料或贵金属或贵金属合金制成，或者，其中至少在其尖端处或尖端附近分开所述燃料和所述氧化剂的燃烧器内部部件的边缘在其氧化剂侧设有陶瓷材料或贵金属或贵金属合金的衬里。
11．按权利要求1-9中任一项的方法获得的合成气。
Applications Claiming Priority (2)
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| EP95203535 | 1995-12-18 | ||
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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