NO864711L

NO864711L - PARTIAL COMBUSTION OF HYDROCARBONES.

Info

Publication number: NO864711L
Application number: NO864711A
Authority: NO
Inventors: Denis Henry Desty; David Montagu Whitehead
Original assignee: British Petroleum Co
Priority date: 1985-04-11
Filing date: 1986-11-25
Publication date: 1986-11-25
Also published as: NO864711D0

Abstract

Fremgangsmåte for omdannelse av hydrokarboner hvor et gassformig brennstoff blandes med en oksygenholdig gass i en reaktor (1) ved føring av en komponent gjennom et ringrom (5) og deretter gjennom hull (9) i en perforert konus (2) og den andre komponenten gjennom dysen (3) som er beliggende ved konusens hals. Den resulterend e brennstoff/oksygen-holdige gassammensetning er brennstoffrik og. antennes og reageres i reaksjonskammeret. Prosessproduktet kan fjernes og oppsamles.Process for the conversion of hydrocarbons in which a gaseous fuel is mixed with an oxygen-containing gas in a reactor (1) by passing a component through an annulus (5) and then through holes (9) in a perforated cone (2) and the other component through the nozzle (3) located at the neck of the cone. The resulting fuel / oxygen-containing gas composition is fuel rich and. ignites and reacts in the reaction chamber. The process product can be removed and collected.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for partiell forbrenning av hydrokarboner for fremstilling av nyttige produkter. The present invention relates to a method for the partial combustion of hydrocarbons for the production of useful products.

Det er ønskelig å omdanne lett tilgjengelige råmaterialer slik som naturgass, til mer kommersielt nyttige produkter slik som nøyere hydrokarboner, umettede hydrokarboner, syntesegass og metanol. Foreliggende oppfinnelse angår en omdannelsesprosess for et slikt formål og som er fleksibel i drift. It is desirable to convert readily available raw materials such as natural gas into more commercially useful products such as more refined hydrocarbons, unsaturated hydrocarbons, synthesis gas and methanol. The present invention relates to a conversion process for such a purpose and which is flexible in operation.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det således tilveiebragt en fremgangsmåte for omdannelse av hydrokarboner, og denne fremgangsmåten er kjennetegnet ved trinnene (a) føring av et gassformig brennstoff eller en oksygenholdig gass gjennom en perforert konus for derved å blandes med oksygenholdig gass eller et gassformig brennstoff som kommer fra en dyse beliggende ved konusens hals, (b) hvor den brennstoff/oksygenholdige gassammensetning er brennstoff rik, (c) antennelse og reaksjon av den resulterende blanding, og (d) fjerning av prosessproduktene. According to the present invention, a method for converting hydrocarbons is thus provided, and this method is characterized by the steps (a) passing a gaseous fuel or an oxygen-containing gas through a perforated cone to thereby mix with oxygen-containing gas or a gaseous fuel that comes from a nozzle located at the neck of the cone, (b) where the fuel/oxygen-containing gas composition is fuel-rich, (c) ignition and reaction of the resulting mixture, and (d) removal of the process products.

Brennstoffet er hensiktsmessig naturgass, flytende petroleumgass, rest-^^mstaffer, ..væskeholdige dispergerte faste brennstoffer osv., og den "'oksygenholdige gassen kan være ren oksygen, oksygenanriket luft eller luft. Reaktantene blir fortrinnsvis forvarmet før innføring i reaktoren. The fuel is suitably natural gas, liquefied petroleum gas, residual fuel, liquid dispersed solid fuels, etc., and the oxygen-containing gas can be pure oxygen, oxygen-enriched air or air. The reactants are preferably preheated before introduction into the reactor.

Reaktoren for fremgangsmåten har et utvendig hus som omslutter den perforerte konusen. Huset kan ha hull beliggende nedstrøms for konusen for å tillate bråkjøling, f.eks. ved bruk av rådielt innsprøytet vann, av produktene for å bevare eventuelt høyere hydrokarboner. Produktene kan også bråkjøles med gassformige eller flytende hydrokarboner for å øke utbyttene av høyere hydrokarboner. Bråkjølingstrinnet kan således benyttes for å regulere prosessens sluttprodukter. Konstruksjonsmateria-lene i reaktoren omfatter metaller, slik som rustfritt stål, og keramiske materialer og velges til å motstå temperaturen og betingelsene ved reaktordrift. The reactor for the process has an outer housing that encloses the perforated cone. The housing may have holes located downstream of the cone to allow quenching, e.g. by using crudely injected water, of the products to preserve possibly higher hydrocarbons. The products can also be quenched with gaseous or liquid hydrocarbons to increase yields of higher hydrocarbons. The quenching step can thus be used to regulate the end products of the process. The construction materials in the reactor include metals, such as stainless steel, and ceramic materials and are chosen to withstand the temperature and conditions of reactor operation.

Den perforerte konusen er fortrinnsvis en konus som har rekker av hull som forløper langs radielle linjer fra konusens hals. Rekkene kan være rette eller ha en buet form. Hullenes tverrsnitt kan øke fra konusens hals til dens munning. Hullstørreisen er avhengig av reaktorens nød-vendige materialpassasje og trykkfall (trykkfallet er vanligvis av størrelsesorden 2-3 1/2% av systemets trykk). Hullene kan ha forskjellig form slik som sirkulær, firkantet, diamantlignende, oval, osv. The perforated cone is preferably a cone having rows of holes extending along radial lines from the neck of the cone. The rows can be straight or have a curved shape. The cross section of the holes can increase from the neck of the cone to its mouth. The hole size is dependent on the reactor's necessary material passage and pressure drop (the pressure drop is usually of the order of 2-3 1/2% of the system's pressure). The holes can have different shapes such as circular, square, diamond-like, oval, etc.

Dysen har fortrinnvis flere utløp, idet hvert utløp forrinnsvis er tilpasset til å dirigere brennstoff- eller oksygenholdig gass mellom hullrekkene, hvor fortrinnsvis et utløp er forbundet med en spesiell hullrekke. Dysen kan være avkjølt, f.eks. ved hjelp av en damp- eller vannledning. The nozzle preferably has several outlets, each outlet preferably being adapted to direct fuel or oxygen-containing gas between the rows of holes, where preferably an outlet is connected to a special row of holes. The nozzle may be cooled, e.g. using a steam or water line.

Et reaktorarrangement som kan tilpasses for bruk i foreliggende oppfinnelse, er beskrevet i britisk patentsøknad 1575641. A reactor arrangement which can be adapted for use in the present invention is described in British patent application 1575641.

Ved atmosfæretrykk er den foretrukne brennstoff rike sammensetning 1,1-5 ganger forholdet for brennstoff/oksygen for fullstendig forbrenning til karbondioksyd og vann (støkiometrisk forhold), men disse grenser kan utvides dersom det er aktuelt med drift ved systemtrykk som er større enn atmosfæretrykk. Sammensetningen vil variere avhengig av det brennstoff som anvendes. Kommersielle reaktorystemer vil sannsynligvis bli ^bperert^yed. forhøyede trykk på opptil 100 bar. At atmospheric pressure, the preferred fuel-rich composition is 1.1-5 times the fuel/oxygen ratio for complete combustion to carbon dioxide and water (stoichiometric ratio), but these limits can be extended if it is relevant to operate at system pressures greater than atmospheric pressure. The composition will vary depending on the fuel used. Commercial reactor systems are likely to be ^bpered^yed. elevated pressures of up to 100 bar.

Det kan også være aktuelt at hydrogen eller damp tilføres sammen enten med hydrokarbonbrennstoffet eller den oksygenholdige gassen eller begge deler. It may also be appropriate for hydrogen or steam to be supplied together with either the hydrocarbon fuel or the oxygen-containing gas or both.

Reaksjonsproduktene varierer avhengig av reaktantene, betingelsene, brå-kjøling, osv., og kan innbefatte karbonmonoksyd, hydrogen, vann, karbondioksyd, metan og høyere hydrokarboner. The reaction products vary depending on the reactants, conditions, quenching, etc., and may include carbon monoxide, hydrogen, water, carbon dioxide, methane and higher hydrocarbons.

For omdannelse av store mengder brennstoff kan en serie reaktorer benyttes. For the conversion of large quantities of fuel, a series of reactors can be used.

Oppfinnelsen skal nå beskrives ved hjelp av eksempel og under henvis-ning til figurer 1 og 2 på de medfølgende tegninger. The invention will now be described by way of example and with reference to Figures 1 and 2 in the accompanying drawings.

Reaktoren har form av et sylindrisk hus som omslutter en perforert konus 2. En dyse er anordnet ved konusens 2 hals for tilførsel av enten oksygen eller brennstoff til konusens indre. Dysen forsynes ved hjelp av røret 3 som har sin lengdeakse koaksialt med husets akse. The reactor has the form of a cylindrical housing which encloses a perforated cone 2. A nozzle is arranged at the neck of the cone 2 for supplying either oxygen or fuel to the interior of the cone. The nozzle is supplied by means of the pipe 3, which has its longitudinal axis coaxial with the axis of the housing.

I foreliggende eksempel tilføres oksygen fra tilførselsrør (ikke vist) inn i ringrommet 5 mellom huset 4 og røret 3, og passerer gjennom hullene 9. Et mellomliggende rør (ikke vist) er forbundet med en kilde for vann eller damp og virker som et kjølemiddel for dysen 3. Røret 3 er forbundet med en brennstoff tilfør sel (ikke vist) og brennstoffet kommer ut fra utløp 6 i dysen. In the present example, oxygen is supplied from a supply pipe (not shown) into the annulus 5 between the housing 4 and the pipe 3, and passes through the holes 9. An intermediate pipe (not shown) is connected to a source of water or steam and acts as a coolant for nozzle 3. Pipe 3 is connected to a fuel supply seal (not shown) and the fuel comes out from outlet 6 in the nozzle.

Konusen 2^som kan være fremstilt av f.eks. rustfritt stål, keramiske materialer eller kvarts, har rekker av hull som forløper langs radielle linjer fra konusensn hals. Rekkene har en svakt buet form, og hullenes tverrsnitt øker i størrelse fra konusens hals til dens munning. I foreliggende eksempel var hullenes diameter i området 2-3 mm (fig. 2). The cone 2^ which can be produced by e.g. stainless steel, ceramic materials or quartz, have rows of holes running along radial lines from the neck of the cone. The rows have a slightly curved shape, and the cross-section of the holes increases in size from the neck of the cone to its mouth. In the present example, the diameter of the holes was in the range of 2-3 mm (fig. 2).

Dysen har flere utløp som kan dirigere brennstoff langs konusens indre overflate. Dyseutløpene er tilpasset til å dirigere brennstoffet mellom hullrekkene, idet hvert utløp er forbundet med en hullrekke. -"Reaktoren kan anvendes enten (a) med et brennstoff som kommer ut fra dyseutløpene for derved å blandes med oksygen ellert en oksygenholdig gass som passerer gjennom konusens hull, eller alternativt (b) med oksygen eller en oksygenholdig gass som kommer fra dysens utløp for derved å blandes med brennstoff som passerer gjennom konusens hull. Foreliggende eksempel er rettet mot alternativ (a). The nozzle has several outlets that can direct fuel along the inner surface of the cone. The nozzle outlets are adapted to direct the fuel between the rows of holes, each outlet being connected to a row of holes. -"The reactor can be used either (a) with a fuel that comes out of the nozzle outlets to thereby be mixed with oxygen or an oxygen-containing gas that passes through the hole of the cone, or alternatively (b) with oxygen or an oxygen-containing gas that comes from the nozzle outlet for thereby being mixed with fuel that passes through the cone's hole.The present example is aimed at alternative (a).

Ved bruk av reaktoren blir brennstoff gass i form av metan tilført til røret 3 og kommer ut i en rekke stråler fra dyseutløpene. Oksygen eller oksygenanriket luft tilføres fra plenumkammeret (ikke vist) og kommer ut fra utløpene i ringrommet 5 og passerer derved gjennom hullene inn i konusens indre. Vinkelen på metan- og oksygenstrålene sørger for intim blanding av metanen og oksygenet. Metan/oksygen-blandingen antennes inne i konusen ved hjelp av en gnisttennanordning 8. Reaksjonsproduktene fjernes nedstrøms i forhold til konusen. When using the reactor, fuel gas in the form of methane is supplied to the pipe 3 and comes out in a series of jets from the nozzle outlets. Oxygen or oxygen-enriched air is supplied from the plenum chamber (not shown) and comes out from the outlets in the annulus 5 and thereby passes through the holes into the interior of the cone. The angle of the methane and oxygen jets ensures intimate mixing of the methane and oxygen. The methane/oxygen mixture is ignited inside the cone by means of a spark ignition device 8. The reaction products are removed downstream in relation to the cone.

Ytterligere hull 7 i huset kan benyttes for å føre bråkjølingsdamp eller Additional holes 7 in the housing can be used to supply quench steam or

—vann inn i reaksjonssonen.—water into the reaction zone.

Fig. 2 viser konusen 2 i større detalj. De ti datolinjene 20 er anordnet i lik avstand ved intervaller på 36°. I forhold til hver datolinje er det f.eks. en rekke på fire hull, idet det er et totale på 40 hull i konusen. Hulltverrsnittet øker i retning fra konusens hals til dens munning. Fig. 2 (a) er et riss fra innsiden av konusen, og fig. 2 (b) er et sideris. Tabellen viser resultater oppnådd fra omdannelsesprosessen ved bruk av naturgass som brennstoff og oksygen eller oksygenanriket luft som den oksygenholdige gass. Det var ingen forvarming av reaktantgassene og, det var liten eller ingen omdannelse. Fig. 2 shows the cone 2 in greater detail. The ten date lines 20 are arranged at equal distances at intervals of 36°. In relation to each date line, there is e.g. a row of four holes, there being a total of 40 holes in the cone. The hole cross-section increases in the direction from the neck of the cone to its mouth. Fig. 2 (a) is a view from the inside of the cone, and fig. 2 (b) is a side ice. The table shows results obtained from the conversion process using natural gas as fuel and oxygen or oxygen-enriched air as the oxygen-containing gas. There was no preheating of the reactant gases and, there was little or no conversion.

Driftforløp 1 til 4 viser effekten av økende oksygeninnhold i reaktantgassene, og driftforløp 5 til 10 viser produksjonen av C2+ i poduktene. Ved å variere oksygeninnholdet i reaktantgassene kan de relative utbytter av C2+, karbonmonoksyd og hydrogen i produktgassene regule-res. Ytterligere reguleringsfleksibilitet kan oppnås ved hensiktsmessig (^anvendelse ^.av.. et bråkjølingstrinn (driftsforløp 5 til 12 underkastes ^bråkjøling med vann) for oppnåelse av forøkede utbytter av C2+. Operations 1 to 4 show the effect of increasing oxygen content in the reactant gases, and operations 5 to 10 show the production of C2+ in the products. By varying the oxygen content in the reactant gases, the relative yields of C2+, carbon monoxide and hydrogen in the product gases can be regulated. Further control flexibility can be achieved by appropriate (^use ^.of.. a quenching step (operations 5 to 12 are subjected to ^quenching with water) to achieve increased yields of C2+.

Claims

1. Process for converting hydrocarbons, characterized by the steps: (a) passing a gaseous fuel or an oxygen-containing gas through a perforated cone to thereby mix with an oxygen-containing gas or a gaseous fuel coming from a nozzle arranged at the neck of the cone, ( b) as the fuel/oxygen-containing gas composition is fuel rich, (c) ignition and reaction of the resulting mixture, and (d) removal of the process products.

2. Method according to claim 1, characterized in that the gaseous fuel is natural gas or methane.

3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the oxygen-containing gas is pure oxygen, oxygen-enriched air or air.

4. Method according to any one of claims 1-3, characterized in that the cone has rows of holes which run along radial lines from the neck of the cone.

5. Method according to claim 4, characterized in that the rows are straight or have a curved shape.

6. Method according to claim 4 or 5, characterized in that the cross section of the holes increases from the neck of the cone to its mouth.

7. Method according to any one of the preceding claims, , characterized in that the nozzle has several outlets.

8. Method according to claim 7, characterized in that each outlet is adapted to direct the fuel or the oxygen-containing gas between the rows of holes in the cone.

9. Method according to claim 8, characterized in that each outlet is connected with a special row of holes.

10. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the products from the reaction are rapidly cooled before they are removed.

11. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that hydrogen or steam is added together with the fuel or the oxygen-containing gas or both.

12. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that it is carried out at elevated pressure.

13. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that one or both of the gaseous fuel and the oxygen-containing gas are preheated before ignition and reaction.