專利名稱：應用多孔(共環(huán))燃燒器部分氧化液態(tài)含烴燃料制造合成氣的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及應用多孔(共環(huán))燃燒器部分氧化液態(tài)含烴燃料制造合成氣的方法。
特別是，本發(fā)明涉及部分氧化諸如殘油這樣的液態(tài)含烴燃料的方法，其中把用作氧化劑的含氧氣體與液態(tài)含烴燃料經一包括n個同心設置的通路或通道的多孔(共環(huán))燃燒器供入氣化區(qū)。燃燒器的n個通路或通道與上述燃燒器的縱軸共軸，其中的n為大于等于3的整數并且在此于合適的條件下自熱地生產一種含有合成氣的氣態(tài)物流。
加入作為氧化劑的含氧氣體通常是空氣或(純)氧或水蒸汽或它們的混合物。此外，為了控制氣化區(qū)的溫度，可向上述的氣化區(qū)中提供減速劑氣體(例如水蒸汽、水或二氧化碳或其混合物)。
本領域的技術人員應該知道使用氧化劑和減速劑的條件。
合成氣是一種包括一氧化碳和氫氣的氣體，它被用來作為諸如燃燒氣或作為合成甲醇、氨或烴類的原料。烴類合成產生氣態(tài)烴和液態(tài)烴，例如汽油、柴油、潤滑油以及蠟等。
在本說明書和權利要求書中，將用“液態(tài)含烴燃料”這一術語來表示液態(tài)、乳狀液或在氣化器進料壓力和溫度下可泵送的漿料形式的含烴燃料。
這包括諸如丁烷、戊烷、己烷以及包括天然汽油、煤油、氣油、石腦油、柴油、原油、渣油、常壓或真空煤焦油、焦油沙油、頁巖油以及可能含有象氧這樣的其它原子的烴類等在內的整個液態(tài)范圍的含烴燃料；但是其比例應不致影響燃料的自持燃燒。此定義亦包括在上述的液態(tài)烴中含有固態(tài)碳質燃料的漿液。
根據已建立的一種方法，它是在一反應器中采用含氧氣體在溫度范圍從1000℃到1800℃、壓力范圍從0.1兆帕至6兆帕(絕壓)下部分氧化象液態(tài)烴這樣的燃料，特別是重油殘油來制造合成氣。
合成氣通常是在原油精煉廠附近或精煉廠中生產的，這是因為所制得的合成氣能夠直接用作生產柴油、氨、氫氣、甲醇的原料或者作為燃料氣，例如用于加熱精煉爐或更有效地用于加熱氣體透平以生產電能和熱能。
在共環(huán)(多孔)燃油器的使用中已顯現出，由于在燃燒器燒嘴處所發(fā)生的火焰現象而引起的嚴重腐蝕限制了燃燒器的壽命。由于這種現象，燃燒器內件的溫度變得太高而將發(fā)生嚴重的燃燒器毀損。
本發(fā)明的一個目的是提供一種部分氧化液態(tài)含烴燃燒的方法，其中，在燃燒器下游出口之前就已完成了用作氧化劑的含氧氣體和含烴燃料的混合過程而火焰是從燃燒器的前部點燃的，在此由于嚴重腐蝕(高熱負荷)所引起的燃燒器毀損得以抑制。
本發(fā)明對于上述的燃燒器毀損問題是這樣解決的在本發(fā)明的方法中，用作氧化劑的含氧氣體和液態(tài)含烴燃料經上述燃燒器的各個通道供入氣化區(qū)。其供料方式如下實際應用中，用作氧化劑的含氧氣體和液態(tài)含烴燃料總是被減速劑隔離開來并有部分時間在燃燒器前部以外以獨立物流形式流動。
此方式消除了內緣上所發(fā)生的火焰現象；而在燃燒器的通道之間形成隔離壁并具有一定厚度的燃燒器內部托板維持得相當冷并且在靠近燃燒器出口處燃料-氧化劑混合物的活性較低，這就降低了內緣上的熱負荷。
為此，本發(fā)明提供一種在基本上非催化氣體發(fā)生器的反應區(qū)將作為氧化劑加入的含氧氣體(下文稱之為“X”)、減速劑氣體(下文稱之為“M”)以及液態(tài)含烴燃料(下文稱之為“F”)進行反應制造合成氣的方法，其步驟包括將所說的燃料和所說的氧化劑經一臺包括n個獨立設置的通路或通道的多孔(共環(huán))燃燒器注入反應區(qū)，燃燒器的n個獨立通路或通道與所說的燃燒器的縱軸共軸，其中n為大于等于3(3，4，5…)的整數，其中，沿所說的燃燒器的縱軸度量時，相對于第n個通道而言，第n-1個通道為內部通道，其中，F流經一個或多個通道，因此至少剩余二個通道；X流經一個或多個剩余通道，因此至少剩余一個通道；而M以此方式流經余下的一個或多個通道即F和X分別流經的任何兩個通道由M流經其間的至少一個通道隔離開來。
有利地，液態(tài)含烴燃料為粘度在1到1000厘沲之間的殘油并以2到40米/秒之間的速度流過一個或多個通道；含氧氣體(氧化劑)以20到140米/秒的速度流過剩余的一個或多個通道；而減速劑氣體以5到140米/秒之間的速度流過剩余的一個或多個通道。
更為有利地，或者含氧氣體(氧化劑)或者減速劑氣體流經最外層的通道。
而更有利地，在n大于等于4的情形下，減速劑氣體亦流經最外層的通道。
在本發(fā)明另一個有利的實施方案中，對于n大于等于4，含氧氣體氧化劑或減速劑氣體亦流經最內層的通道。
在本發(fā)明一個有利的實施方案中，均在通入氣化區(qū)的上述各個通道的出口測量或計算相應的流速。本領域的技術人員可采用任意適合于此目的的方法進行流速測量或計算，因此不再詳細描述。
在本發(fā)明另外一個有利的實施方案中，減速劑氣體為水蒸汽和/或水和/或二氧化碳。在本發(fā)明的一個更有利的實施方案中，是在0.1-12兆帕(絕壓)的壓力下進行氣化過程。
設置有用來向氣化區(qū)提供含氧氣體(氧化劑)、燃料以及減速劑的環(huán)狀同心通道的多孔燃燒器為眾所周知(參見例如EP-A-0,545,281和DE-OS-2,935,754)，因此不再詳細描述其機械結構。
通常，此類燃燒器包括在燃燒器出口處的許多環(huán)隙以及帶有內部冷卻流體(例如水)通道的中空間壁構件。在燃燒器出口處，各通道可以縮口也可以不縮口。燃燒器可以設置合適的陶瓷或耐火襯里，敷設或用器具懸掛在緊鄰燃燒器(前部)間壁的外表面上以抵抗燃燒器操作或加熱/停車時的熱負荷，可以此代替設置內部冷卻流體通道。有利地，一個或多個通道的出口可內縮或外伸。
現參照下面的實施例來更詳細地描述本發(fā)明。
表中給出多個實施例，其中用到如下的縮略語
進料1一種殘余燃料，具有如下的典型元素組成C 83.7％(重量)H 8.6％S 6.8％N 0.5％O 0.3％灰分 0.1％該原料的進料溫度為210-290℃，由此其粘度范圍為25到250厘沲。
進料2一種液態(tài)烴混合物，具有如下的典型元素組成C 85.5％(重量)H 13.2％S 0.5％N 0.2％O 0.5％灰分 0.1％該原料的進料溫度為100-180℃，由此其粘度范圍為10到100厘沲。
進料3一種重質焦油和水質量比約為1∶0.4的混合物(乳狀液)，其中焦油具有如下的典型元素組成C 84.4％(重量)H 10.5％S 3.7％N 0.6％O 0.5％灰分 0.3％該原料的進料溫度為50-100℃，由此其粘度范圍為60到600厘沲。氧化劑1溫度在230-250℃的99.4％的純氧。氧化劑2氧化劑1/水蒸汽以1∶0.05比率混合所得的混合物氧化劑3 氧化劑1/水蒸汽以1∶0.4比率混合所得的混合物減速劑氣體1 溫度為350-380℃的過熱水蒸汽減速劑氣體2 溫度為200-250℃主要含有CO2的廢氣。
給出了五個實施例，下表表示對于這些實施例反應物的分布。亦給出了典型的合成氣組成。說明書和權利要求書中用到的n值亦給出，通道1為第一或中心通道。
實施例表實施例序號1 2 3 4 5n值 7 5 4 3 3典型合成氣組成CO2[％Vol，干燥的] 4-5 9-10 3.5-4.55-6 4-5CO[％Vol，干燥的] 49-52 43-46 45-48 44-47 49-52H2[％Vol，干燥的]42-45 44-47 48-51 47-50 42-45H2S[％Vol，干燥的] 1.5-1.7 0.8-0.9 0.1-0.12 0.09-0.11 1.5-1.7反應器壓力[MPa] 6-7 4-5 2.2-2.66-7 5-6反應器溫度[℃]1250-1350 1200-1300 1300-1400 1250-1350 1300-1400通道1反應物種類氧化劑2 減速劑1 氧化劑2進料2 氧化劑2質量流量[kg/s]0.8-1.2 0.4-0.6 1.8-2.73-4.5 3.6-5.4流速[m/s] 30-40 20-30 80-120 20-30 80-120通道2反應物種類氧化劑2 進料3 減速劑1減速劑2 減速劑1質量流量[kg/s]2-3 3.7-5.5 0.26-0.39 0.24-0.36 1.4-2.1流速[m/s] 80-1206.7-1080-120 20-30 80-120
實施例表(續(xù))通道3反應物種類 減速劑1減速劑1 進料2 氧化劑3進料1質量流量[kg/s] 0.2-0.30.08-0.12 1.5-2.24.9-7.43.4-5.1流速[m/s]25-35 15-22 3.1-4.655-80 6.7-10通道4反應物種類 進料1 氧化劑1 減速劑1質量流量[kg/s] 5.5-8 3.1-4.6 0.18-0.26流速[m/s]8-12 90-130 27-40通道5反應物種類減速劑1減速劑1質量流量[kg/s]0.27-0.4 0.32-0.48流速[m/s] 25-35 40-60通道6反應物種類氧化劑2質量流量[kg/s]2.7-4流速[m/s] 80-120
實施例表列(續(xù))通道7反應物種類 減速劑1質量流量[kg/s] 1.5-2.5流速[m/s]40-50對于n＝6，下列數據是合適的通道1反應物種類 氧化劑2質量流量〔千克/秒〕2.8-4.2流速〔米/秒〕 80-120通道2-6參見實施例1(n＝7)中所述的通道3-7的數據。
典型合成氣組成、反應器壓力與反應器溫度參見上述實施例1(n＝7)的數據。
本領域的技術人員會注意到，可以來用適于此目的任何環(huán)隙寬度，這取決于燃燒器的生產能力。
有利地，第一或中心通道的直徑可大至70毫米，而其余同心通道的環(huán)隙寬度范圍在1-20毫米之間。
根據前述內容對本發(fā)明所做的各種改動，對本領域技術人員而言是顯而易見的。這類改動視為落入所附權利要求的范圍之內。
權利要求
1.一種在基本上非催化氣體發(fā)生器的反應區(qū)將作為氧化劑加入的含氧氣體(下文稱之為“X”)、減速劑氣體(下文稱之為“M”)以及液態(tài)含烴燃料(下文稱之為“F”)進行反應制造合成氣的方法，其步驟包括將所說的燃料和所說的氧化劑經一臺包括n個獨立設置的通路或通道的多孔(共環(huán))燃燒器注入反應區(qū)，燃燒器的n個獨立通路或通道與所說的燃燒器的縱軸共軸，其中n為大于等于3(3，4，5…)的整數，其中，沿所說的燃燒器的縱軸度量時，相對于第n個通道而言，第n-1個通道為內部通道，其中，F流經一個或多個通道，因此至少剩余兩個通道；X流經剩余的一個或多個通道，因此至少剩余一個通道；而M以此方式流經余下的一個或多個通道即F和X分別流經的任何兩個通道由M流經其間的至少一個通道隔離開來。
2.根據權項1所說的方法，其中液態(tài)含烴燃料粘度在1到1000厘沲之間。
3.根據權項1或2所說的方法，其中液態(tài)含烴燃料以2到40米/秒之間的速度流動。
4.根據權項1-3的任一權項所述的方法，其中含氧氣體(氧化劑)以20到140米/秒之間的速度流動。
5.根據權項1-4的任一權項所述的方法，其中減速劑氣體以5到140米/秒之間的速度流動。
6.根據權項1-5的任一權項所述的方法，其中工藝壓力為0.1-12兆帕(絕壓)。
7.根據權項1-6的任一權項所述的方法，其中所說的燃料為殘油。
8.根據權項1-7的任一權項所述的方法，其中含氧氣體(氧化劑)含有至少90％的純氧。
9.根據權項1-8的任一權項所述的方法，其中各個流速均在通入氣化區(qū)的上述各個同心通道的出口處測量或計算。
10.根據權項1-9的任一權項所述的方法，其中減速劑氣體為水蒸汽、二氧化碳或水或其混合物。
11.根據權項1-10的任一權項所述的方法，其中X或M流經最外層的通道。
12.根據權項1-11的任一權項所述的方法，對n為4或更多時，其中M流經最外層的通道。
13.根據權項1-11的任一權項所述的方法，對n為4或更多時，其中X或M流經最內層的通道。
14.任何根據權項1-13的任一權項所述的方法所制得的合成氣。
全文摘要
含氧氣體(氧化劑)、減速劑氣體以及液態(tài)含烴燃料在基本上非催化氣體發(fā)生器的反應區(qū)進行反應制造合成氣的方法。包括將所說的燃料和所說的氧化劑經一臺包括n個獨立設置的通路或通道的多孔(共環(huán))燃燒器注入該反應區(qū)，燃燒器的n個獨立通路或通道與所說的燃燒器的縱軸共軸，其中n大于等于3。有利地，燃料以2到40m/s之間的流速流過一個或多個通道，因此至少剩余兩個通道；含氧氣體有利地以20到140m/s之間的流速流過一個或多個剩余通道，因此至少剩余一個通道；而減速劑有利地以5到140m/s之間的流速流過所剩的一個或多個通道。在此方式下，燃料和含氧氣體分別流經的任意兩個通道總是被減速劑流經其間的至少一個通道隔離開來。
文檔編號C10J3/46GK1148841SQ95193159
公開日1997年4月30日 申請日期1995年5月16日 優(yōu)先權日1994年5月19日
發(fā)明者J·H·M·迪塞爾霍斯特, F·尤德林克, P·奧特維津, J·A·J·斯米特, H·M·溫廷克 申請人:國際殼牌研究有限公司