CN1426958A - 制造合成气的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制造一氧化碳的方法和燃烧器，其中液态烃如石油或天然气在高温下被非催化分解为一氧化碳(CO)和氢气(H2)。过去用作雾化及冷却介质的蒸汽被二氧化碳所取代，该二氧化碳在反应器的下游从制造出的合成气中分离出和再循环。为了降低提供气化介质的设备的费用，则二氧化碳从后续气体洗涤过程中被提取出，供应到燃烧器中，并通过直接设在用于燃料的开口孔之前的一个或多个喷嘴膨胀，该二氧化碳膨胀的压差只有反应器压力的2％到50％。

Description

制造合成气的方法
本发明涉及一种制造合成气的方法以及一种与其相关的燃烧器。其中液态烃如石油或化学制造中的副产品以及气态烃如天然气或民用煤气在高温下被非催化分解为一氧化碳(CO)和氢气(H2)。
这种方法是已知的，被称为多用途气化方法(MPG方法)，它包括一反应器、废热通道、气体净化以及CO2和H2S洗涤过程。这一技术的主要部件是燃烧器，进料在该燃烧器中被混合并被送入反应器。
在文献AT-B-369345和EP-B-0127273中详细描述了燃烧器的操作原理。液体燃料在特殊的喷嘴中借助于高压蒸汽被分裂成雾状。通过喷成雾状的蒸汽而被引入的水参与了MPG反应器中的反应，并被部分地转化为H2。在天然气的非催化分解中，需要蒸汽以用来避免由于过热而引起的燃烧器的损害。由于天然气中预先确定的碳-氢比例，在成品气中只能获得较小的CO/H2比。蒸汽的使用进一步降低了这一比例。这在需要具有高含量一氧化碳的合成气时，或者在实际有用气体只是一氧化碳本身的情况下是特别不利的。
在EP-B-0380988中，提出了一种燃烧器，它适于将液体燃料引入到反应器中，其中，燃料的雾化通过蒸气或者可选择地通过二氧化碳(CO2)来实现。
这种燃烧器的缺点是需要很高的超压，即临界压力比的100％到250％，通过该超压水蒸气或CO2必须被引入到燃烧器中。
基于本发明的目的就是要建立一改进的制造合成气的方法，在该方法中，对燃料的雾化不仅使用蒸汽，也使用其他适合的气体介质，如二氧化碳、天然气、民用煤气或废气或它们的混合物，在该方法中，进入反应空间的燃料的雾化只需较低的成本以及在设备方面较少的花费就实现了。
根据本发明，这一目的被解决了，其中，为了在氧气或含氧气体燃料存在的情况下通过液体或气体燃料的部分氧化来制造合成气，则含氧气体和雾化介质被分别送入燃烧器中，雾化介质通过直接设在用于燃料的开口孔之前的一个或多个喷嘴膨胀，该雾化介质膨胀的压差只有反应器压力的2％到50％。
通过这一用于在引入燃烧器时膨胀雾化介质所需的较小的超压，用于提供雾化介质的费用就大大缩减了。当要使用雾化蒸汽时，就不需要自相应的高压级的单独的蒸汽网络或锅炉提供了，而是利用在气化反应器的废热锅炉中必须产生的蒸汽作为气化介质，直接或者在其被轻微过热之后利用。
当二氧化碳被用作雾化介质时，外部提供二氧化碳的过程就可被省略，而是在后续的气体洗涤过程中将二氧化碳从原始合成气中提取然后再提供给燃烧器。在这种情况下，燃烧器所需要的雾化介质的小的超压就尤其地有利。这样所需的压缩机可只装配有较少的分级，且只需要较小的运转能量，该压缩机用于将气体洗涤阶段分离出来的二氧化碳压缩到在燃烧器中用于雾化所需的压力。更好地是，二氧化碳在被引入燃烧器之前被轻微过热。
作为雾化介质，也可以使用其他气体介质，这些介质在方法本身或装置中获得，例如：
-来自压力摆动吸附(pressure-swing adsorption)装置(PSA装置)或用于氢回收的膜片装置中的尾气，
-来自一氧化碳回收冷箱中的尾气，
-作为其他过程的副产品而获得的气体，这些气体通常在一燃料气网络中被收集，否则必须被烧掉。
-天然气。
这些气体可被单独地、混合地或浓缩在蒸汽中地提供给燃烧器作为雾化介质。
要获得有效的雾化，气体雾化介质从喷嘴中的释放速度必须在20米/秒到300米/秒的范围内。优选地，使用40米/秒到200米/秒范围内的雾化介质自喷嘴的释放速度。释放速度的最高点则依赖于例如所使用的雾化介质以及随后将解释的喷嘴直径比例等。
通过燃烧器的结构设计，可获得高释放速度，其中用于液体燃料的喷嘴出口的直径相对于雾化介质的喷嘴孔的直径有一个确定的比例。该直径比是1/1.1到1/5，优选地是1/1.3到1/3。通过喷嘴空间的这种设计，可获得混合介质所需要的释放速度。由于这一高释放速度，根据本发明就可以只需采用较小的膨胀了。
该方法的实施例通过参考附图的例子来解释。
图1表示了一制造一氧化碳的流程的图。在反应器(1)中，设置了一燃烧器，此处未表示出来。液体燃料或气体通过管线(2)被引入到反应器(1)中。通过管线(3)，燃烧所需的氧气被加入。另一管线(4)提供用于雾化和冷却所必需的雾化介质。所述雾化介质举例说可由此处未示出的一气体罐提供。在反应器中，进料在1000℃到1500℃的温度和1到100巴(bar)的压力下气化。在气化过程中，获得气体CO、H2、CO2。这些气体流经气体冷却和除尘(5)，之后被送去气体洗涤(6)。成品气CO和H2通过管线(7)流出，供进一步使用。
当燃料中包含硫时，硫作为H2S在气体洗涤中被分离出来，且通常通过管线(8)流入一克劳斯(Claus)装置，因此从合成气中分离出来的纯二氧化碳首先从管线(9)通过一压缩机(10)流出，然后通过管线(4)循环送至反应器。
在图2中，MPG燃烧器的原理被表示出来。液体燃料膨胀后通过喷嘴(11)进入预混合腔(12)，通过环状空间(15)提供雾化介质，该雾化介质从喷嘴(13)以一高速进入预混合腔。雾化介质的脉动流实现了燃料流进一步地扩散成细微液滴。通过环状空间(21)提供含氧气体，该含氧气体在燃烧器孔处与燃料和雾化介质的混合物相接触，即在此处未示出的反应空间(20)的入口的紧邻附近处。构造设计依赖于液体燃料和雾化介质的特性及其数量比。在液体燃料(11a)的出口和反应空间入口的开口之间的混合腔(12)轴长(A)是10到300毫米，优选地是20到200毫米。混合腔的参照一轴向平行线(25)测量的锥角(x)是2到20°，通常是5到15°。混合腔(12)的内侧直径在开口孔处达到最大，是10到150毫米，优选地是20到90毫米。对于液体燃料的细微液滴及其与雾化介质彻底的混合起决定性作用的是液体燃料的喷嘴出口(11a)的直径(d)与雾化介质的喷嘴孔(13)的直径(D)之比。直径比d/D是1/1.1到1/5，优选地是1/1.3到1/3。雾化介质经过喷嘴(13)的膨胀可被调整成使得雾化介质的释放速度达到20到300米/秒，通常是40到200米/秒。例1：
在60巴压力下气化重残油时，CO2被用作雾化介质。相比较，另外用于雾化目的所需的蒸汽由同样质量的CO2所取代了。CO的制造因而得到了显著的提高，特殊燃料的消耗减少了。差别可由下表表示：
                 蒸汽雾化     CO2雾化    改变(％)合成气CO/H2比例       1.10        1.80        +64.0燃料消耗(千克油/千克CO)        0.55        0.45        -18.2氧气消耗(千克O2/千克CO)       0.57        0.46        -19.3
由于原料油和氧气的消耗分别减少了18％和19％，CO的制造成本显著降低了。大幅增高的CO/H2比例促进了在冷箱或膜片装置中纯CO的回收。例2：
在一个工厂中，纯氢通过重残油的气化在35巴压力下从一精炼装置中制造出。为达到这一目的，从MPG气化而来的原料气中的CO在一CO变换反应器中在催化剂的作用下借助于蒸汽被转换成氢。纯氢通过一压力摆动吸附装置(PSA装置)从气体中回收。同时也获得了含有H2(56％)，CO(28％)以及CO2(10％)的排出气。不将这一排出气供应到民用煤气网络并将其燃烧，而是将其压缩，与蒸汽相混合并被用作雾化介质。在该排出气被利用作为雾化介质时，提供到反应器的蒸汽数量就可被缩减40％。
通过再循环PSA装置的排出气到反应器，就可获得氢制造方法中的下述改进：雾化介质                     蒸汽    PSA尾气+蒸汽    改变(％)氧气消耗标准立方米O2/标准立方米H2  0.28        0.25          -10.1燃料消耗千克油/标准立方米H2         0.36        0.30          -14.4
原料油和氧气的节省大于压缩排出气的花费，这样用于制造氢的费用被节省了约3％。

Claims (12)

1.一种在氧气或含氧气体存在的情况下，通过液体或固体燃料的部分氧化来制造合成气的方法，其中燃料、含氧气体和雾化介质被分别提供给燃烧器，雾化介质通过直接设在用于燃料的开口孔之前的一个或多个喷嘴膨胀，其特征在于：该雾化介质膨胀的压差只有反应器压力的2％到50％。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：使用二氧化碳作为雾化介质，其被压缩后再送到燃烧器中，其中该二氧化碳从后续的气体洗涤过程中提取。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：二氧化碳被直接送到燃烧器中或被轻微过热之后送到燃烧器中。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：使用来自一PSA装置或膜片装置中的尾气或来自一用于一氧化碳回收的冷箱中的尾气作为雾化介质。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述尾气在送入燃烧器之前被压缩。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：雾化介质以20米/秒到300米/秒的速度从扩散器中释放出。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：雾化介质以40米/秒到200米/秒的速度从扩散器中释放出。
8.一种在氧气或含氧气体存在的情况下，通过液体或固体燃料的部分氧化来制造合成气的燃烧器，其中燃料、含氧气体和雾化介质被分别提供给该燃烧器，雾化介质通过直接设在用于燃料的开口孔之前的一个或多个喷嘴膨胀，其特征在于：液体燃料的喷嘴出口(11a)的直径(d)与雾化介质的喷嘴孔(13)的直径(D)之比在1/1.1到1/5的范围内。
9.如权利要求8所述的燃烧器，其特征在于：液体燃料的喷嘴出口(11a)的直径(d)与雾化介质的喷嘴孔(13)的直径(D)之比在1/1.3到1/3的范围内。
10.如权利要求8所述的燃烧器，其特征在于：从燃料的出口到反应空间的入口之间的混合腔的轴长是10到300毫米，优选地是20到200毫米。
11.如权利要求8所述的燃烧器，其特征在于：混合腔的锥角是2到20°，优选地是5到15°。
12.如权利要求8所述的燃烧器，其特征在于：混合腔在所述开口孔处的最大内侧直径是10到150毫米，优选地是20到90毫米。
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