CN1486924A - 用诸如重质原油和蒸馏残渣之类的重质原料通过部份氧化生产合成气的方法 - Google Patents

用诸如重质原油和蒸馏残渣之类的重质原料通过部份氧化生产合成气的方法 Download PDF

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Abstract

用重质原料生产合成气的方法。所述方法包括：重质原料与氧或富氧的空气在有蒸汽，温度高于1000℃，压力等于或高于20个大气压的情况下部分氧化；其后用直接向其中注水的办法对所取得的合成气冷却，接着再而把水分离开。其方法是用两端开口的同心管包着的加合管，从而形成一个圆环，冷却后的合成气和水可以穿过所述圆环上升。其特征是加合管下端与开口的同心管下端之间的距离(L)等于或大于所述加合管下端直径的x倍，其中x随合成气的具体流速(F)而变化，单位用千克/小时/厘米2表示，可以根据以下公式计算：x＝0.026F+0.15。

Description

用诸如重质原油和蒸馏残渣之类的重质原料 通过部分氧化生产合成气的方法
技术领域
本发明涉及用诸如重质原油、从油砂提取的沥青和蒸馏残渣之类的重质原料通过部分氧化生产合成气的方法。
背景技术
把重质原油、从油砂提取的沥青和石油残渣转化为高质产品大致可以有两种方法：一是单独加热形成中间产品合成气；二是通过氢化处理。
就单独加热法而论，把重质原料和氧及诸如蒸汽之类的燃烧减速剂一起加热到高温(1000摄氏度以上)生产出合成气，这已是众所周知的。
在高温下一切反应都达到平衡，取得的H2/CO克分子比一般都会使CO浓度保持得很高，CO2的生成很少，无论是用于化学方面，还是用于适当的联合循环系统燃烧发电，一氧化碳都是组成这种合成气的碳燃烧产品。
在很高温度下生成的这种气体必须冷却，以回收所含的热，并使之能得到处理，以除去如重质原料中所含的金属微粒、硫化氢及其他化合物。
冷却可以通过与适当的表面进行热交换的办法实施，或以注水的方法实施从而有利于分离微粒或油烟(加入的重质原料未完全燃烧形成的碳微粒)。
在这方面先后已有许多专利，其中特别提一下US 2828326、US3980950、US 4605423、US 4705542和US 4704137。
可以从这些专利中注意到了解并尽量保持H2/CO克分子比恒定是多么重要；可是这也引起了一个严重问题，因为所述比大约小于1，但有上升到大于1的倾向，会明显影响这种气体以后的使用。
US 2818326说明了一种生产合成气的方法。这种方法就是用含碳燃料与含氧气体一起部分氧化产生合成气，然后以直接向其中注水的方法冷却所获得的合成气，接着再把水分离开，分离的方法是用周围包着两端开口的同心管的加合管，从而形成一个圆环，冷却的气和水可以穿过这个圆环上升。该专利还特别建议把排出的热气在很短的时间内从2000°F冷却到600°F，以防止一般导致游离碳和碳氢化合物生成的降解反应，但没有具体说明时间要短到何种程度。
US 4705542包括对上面专利的说明，建议工作速率为2-9米/秒，冷却以0.1-1秒的接触时间进行，优选方案为0.1-0.5秒。
尽管上面的两个专利作了说明，虽然冷却是以加液态水并在建议的短暂的冷却时间内进行的，但是可以发现并不足以保证这种方法能正确起作用。
众所周知，事实上，除了上面提到的降解反应外，其中有Bouduart反应 (ΔH°＝-173kj/mole)，这种反应有形成含碳固体微粒的缺点，而加水有利于水气变换反应 (ΔH°＝-41.115kj/mole)。
达到水气变换反应慢到足以能有尽可能多的选择所需的大约900℃的时间特别关键。
作为热力学的结果，这种反应由于温度越来越低而趋于向右。
这样获得的合成气有较低的热功率，氢含量更高，一氧化碳含量更低，而二氧化碳浓度提高。
在没有有效冷却控制合成气的成分的情况下，必须以更少一些蒸汽实施气化。
这一切导致各种各样的缺点，其中最重要的有：
—生成油烟；
—由于发热的水气变换反应和除去生成的油烟(这也是危险的废物)而损失热容量；
—有侵蚀和/或腐蚀，这导致使用更贵的材料。
所有这些缺点都会引起工作中断。
然而，以直接注水的方法冷却并附带去除油烟时，已发现在合成气上升喷涌穿过下面液体的设备中形成高温气泡，在液体中分布不佳，因而可以预期会引起设备工作不正常(起泡沫，水平面不齐，液态水中夹带合成气，把合成气带进液相)。
为了避免上述缺点并同时减少在整个分离出的水的高紊流条件下产生的泡沫，我们已经发现所述加合管的下端与所述同心管下端之间的距离必须等于或高于一定的值，所述一定的值决定于加合管下端的直径和合成气的具体流速，从而防止喷出的合成气穿出超过所述开口的同心管的下端。
发明内容
作为本发明目的的用重质原料生产合成气的方法包括：所述重质原料与氧或富含氧的空气在有蒸汽，温度高于1000℃，压力最好在等于或高于20个大气压的情况下部分氧化；其后用直接向其中注水的办法对所取得的合成气冷却，接着再把水分离开，分离的方法是用周围包着两端开口的同心管的加合管，从而形成一个圆环，冷却后的合成气和水可以穿过所述圆环上升。其特征是加合管的下端与开口的同心管下端之间的距离L必须等于或大于所述加合管下端直径的x倍，所述x随合成气的具体流速F而变化，用千克/小时/厘米2表示，可以根据以下公式计算：x＝0.026F+0.15。
处理的重质原料可以有各种来源：可以选自重质原油、蒸馏残渣、来自催化处理的重油，例如来自催化裂化处理的重质循环油、热焦油(例如来自减粘裂化或类似的热加工过程)、来自油砂的沥青、各种煤以及业界一般认为是“黑油”的其他高沸点碳氢化合物性质的原料。
附图说明
下面提供本发明带附图的优选实施例，然而，绝不应认为它限制本发明的范围。
图1示出本发明的一个实施例的示意图
具体实施方式
图1是实施例的示意图，其中，从重质原料部分氧化取得的含碳微粒合成气1的冷却是以直接注水2于合成气之中的办法进行的，接着在适当的容器R内把注入的水分离开，其方法是用一根被两端开口的同心管TC包着的加合管TA，从而形成一个圆环，冷却的合成气和水可以穿过所述圆环上升。
加合管下端与开口的同心管下端之间的距离L必须等于或大于所述加合管下端直径的x倍，其中x随合成气的具体流速F而变化，单位用千克/小时/厘米2表示，可以根据以下公式计算：x＝0.026F+0.15。
水与含碳微粒一起从所述容器的底部3除去，而冷却的合成气则从侧方的点4排出。
下面提供几个例子，但绝不应认为这些例子限制本发明的范围。
例1
部分氧化以进料量为包括沥青质残渣在内的重质原料30t/h和氧气31t/h，在温度1350℃，压力72atm的情况下加有蒸汽19t/h的条件下进行，获得合成气96200Nm3/h，所述合成气以直接向其内注水的办法冷却，注入的水部分汽化，把气相流速提高到117500Nm3/h，接着，按照附图的安排把液态水分离开，加合管下端的直径D为0.8m。
因为流速F＝18.79kg/h/cm2，x的值为0.64，所以所述距离L必须等于或大于0.51m。
在选择所述距离L＝0.55m之后，可以看到系统的工作正常，没有起泡沫的问题，所述同心管外的整个液体内没有气泡形成或者说调节水平没有困难，证明几乎全部气相都在所述加合管与同心管之间的圆环内的上升，不影响包含液相的容器。
例2
部分氧化以进料量为包括沥青质残渣在内的重质原料30t/h和氧气31t/h，在温度1350℃，压力72atm的情况下加有蒸汽19t/h的条件下进行，获得合成气96200Nm3/h，所述合成气以直接向其内注水的办法冷却，注入的水部分汽化，把气相流速提高到117500Nm3/h，接着，按照附图的安排把液态水分离开，加合管下端的直径D为0.6m。
因为流速F＝33.40kg/h/cm2，x的值为1.02，所以所述距离L必须等于或大于0.61m。
在选择所述距离L＝0.65m之后，可以看到系统的工作正常，没有起泡沫的问题，所述同心管外的整个液体内没有气泡形成或者说调节水平没有困难，证明几乎全部气相都是在所述加合管与同心管之间的圆环内上升的，不影响包含液相的容器。
例3(比较)
部分氧化以进料量为包括沥青质残渣在内的重质原料30t/h和氧气31t/h，在温度1350℃，压力72atm的情况下加有蒸汽19t/h的条件下进行，获得合成气96200Nm3/h，所述合成气以直接向其内注水的办法冷却，注入的水部分汽化，把气相流速提高到117500Nm3/h，接着，按照附图的安排把液态水分离开，加合管下端的直径D为0.8m。
用所述距离L＝0.45m，可以看到系统的工作不正常，所述容器内难以调节水平，原因是存在气相，其形式是大气泡，所述气泡上升到同心管外的液相中，而不是进入加合管与同心管之间的圆环内。

Claims (1)

1.一种用重质原料生产合成气的方法，所述方法包括：重质原料与氧或富氧的空气在有蒸汽，温度高于1000℃，压力等于或高于20个大气压的情况下部分氧化；其后用直接向其中注水的办法对所取得的合成气冷却，接着再把水分离开，其方法是用两端开口的同心管包着的加合管，从而形成一个圆环，冷却后的合成气和水可以穿过所述圆环上升，所述方法的特征是加合管下端与开口的同心管下端之间的距离(L)等于或大于所述加合管下端直径的x倍，其中x随合成气的具体流速(F)而变化，单位用千克/小时/厘米2表示，可以根据以下公式计算：x＝0.026F+0.15。
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