CN85105729A - 用烃燃料生产合成气的方法 - Google Patents

Abstract

通过液态或浆状烃燃料与由氧或含氧气体组成的氧化剂进行部分燃烧来生产合成气的方法，它包括使用一个燃烧器，该燃烧器由一个输送低速氧化剂的把中央出口通道(8)封密的外壳所构成。该通道被输送高速氧化剂的第一个环形出口通道(9)所包围，而第一个环形出口通道又被烃燃料用的第二个环形出口通道(10)包围。所说的第二个环形出口通道(10)的出口部分是倾斜的且朝向第一个环形出口通道(9)。

Description

本发明是关于通过液态或浆状态烃燃料与由氧或含氧气体组成的氧化剂进行部分燃烧来生产合成气的方法。

可以把烃燃料与低于化学计量的氧或如象空气的含氧气体进行受控反应转变成合成气，这合成气主要是由氢和一氧化碳的混合物所组成。这样产生的气体可以例如用作制取化学产品的原料，用作还原剂和洁净燃料。

生产合成气的方法，也称气化反应，其基本要求在于，在气化过程中将烃原料与氧化剂进行密切而均匀地混合。如果混合得不均匀，那么所产生的合成气量就会大大减少，其中部分原料发生不充分气化，而另一部分则完全被转变为较低价值的产物，即二氧化碳和水蒸汽。为了满足上述要求，有必要将所提供的烃燃料流破碎成足够小的碎片，以便在将氧化剂引入该燃料流时使烃燃料与氧化剂达到相当均匀的混合。

由烃燃料和氧化剂所形成的反应剂之间的不充分接触，有可能会进一步损坏该过程中所用的设备。如果这些反应剂互相之间没有达到密切接触，那么燃料在反应器内将至少部分沿着独立的轨道前进，该过程就在这反应器中发生。因为反应器充满着主要是已形成的热的一氧化碳和氢，所以氧化剂将迅速与这些气体起反应，而不与燃料起反应。如果氧化剂由氧或含有游离氧的气体所构成，那么反应将是放热的，由二氧化碳和水蒸汽组成的燃烧产物将是很热的。这些燃烧产物也将沿着独立轨道前进，使得与反应器中相当冷的燃料流接触不良。上述现象将会使反应器中形成局部热点，因此可能损坏反应器的耐火材料衬里和所用的燃烧器。如果要加工处理相当重质的燃料，那么上述损坏过程设备的危险甚至会变得更严重，这是因为当这些燃料与游离氧一起气化时，会释放出相当大量的反应热。

反应剂的充分混合可以在燃烧器本身当中达到。然而，这个方案的缺点在于，尤其在通常的高压气化情况下，燃烧器的设计和运转是很苛刻的，其原因在于，混合时刻与燃料/氧混合物进入反应区的时刻之间所经历的时间应该总是比混合物的燃烧诱导时间短。此外，燃烧器中混合物的速度应该比火焰扩散速度大，以免回火。然而，在气化压力升高时，燃烧诱导时间缩短，而火焰扩展速度则会增大。如果燃烧器是在相当低的燃烧负荷下运转，或者，换言之，如果燃料/氧混合物在燃烧器中的速度是相当低，那么燃烧诱导时间和（或）回火情况可能容易在燃烧器本身当中达到，结果造成过热，因而可能会严重损坏燃烧器。

如果燃料和氧化剂在反应区的燃烧器外面混合，那么上述过早燃烧和回火的危险就会被消除。在这种情况下需要采取特别措施，以确保如上述所论述的那样对燃料有效气化所需的反应剂的适当混合。在燃烧器外面的反应区中进行混合燃料和氧化剂的另一复杂情况在于，由于氧与存在于反应区的已形成的合成气过早接触所产生的热火焰，就会有面向反应区的燃烧器前部产生过热的危险。为了促进燃料与氧化剂密切混合已经提出将氧化剂以高速射流注入燃料的中央核心流中。虽然这种高速射流对于分散燃料流是有利的，但是它们可能对燃烧器的前部有不良影响，即它们可能容易引起反应器的热气体沿着燃烧器前部产生抽吸作用。

本发明的目的是要提供一种用液态或浆状的烃燃料生产合成气的方法，它可以在高燃料负荷下操作，并且可以从实质上消除减少产品或损坏所用设备的危险。

按照本发明的方法，包括使用至少一个燃烧器，它是由一个把低速氧化剂的中央出口通道密封的外壳组成，该通道被一个高速氧化剂的第一个环形出口通道所包围，而这第一个环形出口通道被输送烃燃料的第二个环形出口通道所包围，所说的第二个环形出口通道的出口部分是倾斜的且朝向第一个环形出口通道。

按照本发明，提供了一种采用液态或浆状烃燃料与由氧或含氧气体组成的氧化剂发生部分燃烧来生产合成气的方法，它包括引入低速烃燃料流，高速氧化剂流和低速氧化剂流，分别通过一个或多个燃烧器的第二个环形出口通道，第一个环形出口通道和中央出口通道进入反应区，并且让烃燃料与氧化剂进行反应。

按照本发明，从要用的第二个环形出口通道出来的低速烃燃料被从第一个环形出口通道出来的高速氧化剂流所分散，因而事实上在氧化剂周围形成一个屏蔽，由此防止氧化剂与已形成的合成气的过早接触。

因为按照本发明第二个环形出口通道的出口部分是倾斜的且朝向第一个环形出口通道，并且燃料以低速，最好是大约5到大约15米/秒范围内的速度被引入反应区，而从第一个环形出口通道来的氧化剂以相当高速度进入反应区，造成燃料和氧化剂之间的高滑移速度，所以可以将烃燃料流进行有效分散，并与氧化剂进行有效混合。从第一个环形出口通道来的氧化剂流的优先速度是在大约50到大约90米/秒范围内。为了使燃料与氧化剂的混合达到最佳，因此燃料流和第二个环形出口通道的出口部分最好应被布置成与第一个环形出口通道成大约20到40°角。

如果加工的是重质烃燃料，在其与从第一个环形出口通道出来的氧化剂接触之前进行予雾化是有好处的，以便促进燃料流被高速氧化剂所分散。燃料的予雾化最好是在进入反应区之前通过将雾化流体，例如蒸汽或二氧化碳，加入到燃料中来达到。

在过程中所用的燃烧器运转期间，按照本发明，由来自第一个环形出口通道的氧化剂流的侧面所封闭的空间充满来自中央出口通道的低速氧化剂，由此防止产生有可能促使火焰接近于燃烧器前部的尾流。中央氧化剂流最好有一个在大约10到大约30米/秒范围内的低速度。高速氧化剂与低速氧化剂的质量流量比大约为30∶70，从第二个及第一个环形出口通道流出的燃料及氧化剂流可以由低速缓和剂气体的侧面封闭，适宜的缓和剂气体包括蒸汽和二氧化碳。这缓和气体达到二个不同目的，即它从燃烧器前面提升在燃料/氧化剂混合物点火之后所形成的火焰，并且减小燃烧器前面的热负荷。

以下这点将被理解，即如果采用在气化时会释放出许多反应热的较重质燃料作为生产合成气的原料，那么特别需要优先选用起屏蔽作用的缓和气体流。这优选的缓和气体流的速度是在大约10到大约40米/秒范围内。为了降低这缓和气体流的流出速度，燃烧器最好装有一个缓和气体出口通道，该通道向燃烧器前部扩展。中央出口通道和第一个出口通道以通过实际上与中央出口通道同轴心布置的同轴氧化剂供料通道来提供氧化剂。换句话说，这两个通道是通过两个单独的氧化剂供料通道进行，独立送料。在第一个修正方案中，从中央出口通道流出的氧化剂流和从第一个环形出口通道流出的氧化剂流之间的速度差通过用一个扩展到燃料器前部的中央出口通道来达到。如果燃烧器要在一个宽范围的燃料负荷和燃料条件下使用，氧化剂出口通道与单独供料通道相连接于其中的第二个修正方案可能比第一个修正方案更好。采用两个单独的氧化剂供料通道可以独立控制低速氧化剂流和高速氧化剂流。

为了使燃料器的过热危险降至最小，中央出口通道，第一个和第二个环形出口通道最好是从燃烧器前部缩进一些。通过燃烧器内部件的这种排列，在这些内部部件附近的热负荷就比反应区的热负荷低得多。缩进的尺寸最好不应超过大约10cm。

现在参阅附图并通过实施例来进一步说明本发明，所述实施例仅供参考。图1表示本发明的方法所用的第一个燃烧器的纵剖面;

图2表示本发明的方法所用的第二个燃烧器的纵剖面。

参照图1，表示出气化液状或浆状烃燃料所用的燃烧器1，它包括一个园柱形空心壁部件2，该部件有一个扩展端部，形成一个实质上与燃烧器的纵轴4垂直的前端面3。空心壁部件2的内部装有一个同心壁5，把所说的壁部件2的内部分成用于冷却经图中没有标出的导管装置所输入和排放的流体的通道6和7。空心壁部件2横向包围多个实质上同轴心排列的燃料和氧化剂通道，即低速氧化剂的中央出口通道8，高速氧化剂的第一个环形出口通道9和低速燃料的第二个环形出口通道10。在所说的第二个环形通道10的壁和壁部件2的内表面之间留有一环形空间，以形成一个缓和气体的通道。如图1所示，燃料通道10的出口部分被布置成相对于高速氧化剂通道9的大约30度的前方位角。以促进在燃烧器运转期间从通道10流出的燃料流的分散。第一环形出口通道9和中央出口通道8与基本上布置在中央的氧化剂通道11之间均有流体相通道连通。为了在燃烧器运转期间降低氧化剂通过中央出口通道8的速度，所说的通道横截面朝下流方向扩展。为了使湍流降至最小，通道最好是应该逐渐扩展。横截面增加速率取决于所希望的从中央通道8来的氧化剂流与从环形通道9来的氧化剂流之间的速度差。燃料通道10的缝隙宽度应是相当小，大约5mm，这样可保持从所说通道来的燃料流足够薄，以便使高速氧化剂很容易将其分散。参考号12所示的在第二个环形通道10和空心壁部件2之间的环形空间有一个朝下流方向扩展的端部13，以促进缓和气体以低速外流。

如图1所示，构成通道8、9和10的燃烧器内部部件稍稍从前部端面3缩进，以保护内部部件不受过量热负荷的影响。最好是另外再将冷却介质通过布置在第一个和第二个环形通道9和10之间的通道12将其内部进行冷却。应该注意到，通过第一个环行通道9的氧化剂和通过环形空间12的缓和气体也对冷却燃烧器内部部件起着重要作用。

现在参照图2，表示上述燃烧器的一种适当的修正方案。应该注意到，同样的部件以相同的参考号表示在图中。在图2所示的实施方案中，通过中央氧化剂通道20和环形氧化剂通道21构成氧化剂供料装置，不象所示的第一个燃烧器实施方案，它们彼此没有流体相通。通道20和21每个分别与提供低速氧化剂和提供高速氧化剂的单独氧化剂源相连接，因此，对所说的向每一个通道提供氧化剂供料系统能够加以控制，并且可以相互独立地改变每一系统，由于在燃料和氧化剂通道之间没有独立的缓和气体通道和冷却流体通道，这第二个燃料器比第一个燃烧器具有更简单的结构。然而应该注意到，第二个燃烧器应被用作烃燃料的气化，以使得在气化时只有适中的反应热量释放出来。

Claims (10)

1、液态或浆状烃燃料与由氧和含氧气体组成的氧化剂进行部分燃烧来生产合成气的方法，其中包括分别通过一个或多个燃烧器的第二个环形出口通道，第一个环形出口通道和中央出口通道将低速烃燃料流，高速氧化剂流和低速氧化剂流引入反应区，并且让这烃燃料与氧化剂起反应。

2、按照权项1所述的方法，其中烃燃料流是在引入反应区之前与雾化介质混合。

3、按照权项1或2所述的方法，其中烃燃料流以大约5到大约15米/秒范围内的速度被引入反应区。

4、按照权项1～3所述的方法，其中高速氧化剂与低速氧化剂的质量流量比大约为30∶70。

5、按照权项1～4中任一项所述的方法，其中高速氧化剂流是以大约50到大约90米/秒范围内的速度从燃烧器流出。

6、按照权项1～5中任一项所述的方法，其中低速氧化剂流是以大约10到大约30米/秒范围内的速度从燃烧器流出。

7、按照权项1～6中任一项所述的方法，其中低速缓和气体流在氧化剂和燃料流周围形成。

8、按照权项7所述的方法，其中缓和气体是由蒸汽，二氧化碳，氮冷反应器气体或者它们的混合物所构成。

9、按照权项7或8所述的方法，其中缓和气体流在离开燃烧器时的速度是在大约10到大约40米/秒范围内。

10、实质上具体参照附图所述的通过液态或浆状烃燃料的部分燃烧来生产合成气的方法。

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