CN1015251B - 部分氧化液态或固态和/或气态含烃燃料的方法 - Google Patents

部分氧化液态或固态和/或气态含烃燃料的方法

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Abstract

使用由一个中心通道和四个环绕该中心通道的同轴通道组成的多孔燃烧器部分氧化液态或固态和/或气态燃料的方法。液态或固态燃料是通过第二同轴通道供给的，而氧化剂是通过第一同轴通道和第三同轴通道供给的。烃气和/或调节剂是通过中心通道和第四同轴通道供给的。所有供料均有特定的质量流量分布和速度。液态或固态燃料与烃气的质量比在0～1之间。

Description

本发明是关于使用多孔燃烧器部分氧化液态或固态和/或气态含烃燃料的方法。
具体地说，本发明是关于部分氧化液态或固态和/或气态含烃燃料的方法。其中含氧气体、液态和固态含烃燃料和/或烃气通过由同轴装置的四个环形通道和一个中心通道组成的多孔燃烧器送到气化区，在适合的条件下自然生成一种含合成气的气流。
含氧气体通常是空气或纯氧气或二者的混合气体。为了控制气化区的温度，可向所述气化区输送调节气（例如蒸汽或二氧化碳）。
合成气是一种含一氧化碳和氢的气体，例如，它被用作合成甲醇、氨或烃类的净化的中等热值燃料气或用作原料，合成后生成气态烃类和液态烃类，例如汽油、柴油、润滑油和石蜡。
在本说明书和权利要求书中，所用的术语“气态烃类”和“液态烃类”分别指在气化器进料压力和温度下为气态和液态的烃类。
一种已知的生产合成气的方法是：在一反应器中，使用一种含氧气体于1000～1800℃温度和0.1～5MPa压力下，使某种粒状固态燃料（例如煤、木炭或石油焦炭）部分氧化，其中粒状固态燃料以粒状固态燃料于某一气体（例如惰性气体或合成气）中的分散体的形式，或以粒状固态燃料于某一液体（例如残油或水）中的分散体的形式送入反应器中。
除此之外，可通过部分氧化液态燃料（例如酒精或液态烃，特别是残油）来生产合成气。在反应器中，于1000～1800℃的温度和0.1～8MPa的压力下，使用一种含氧气体使液态燃料部分氧化，其中流入该反应器的液态燃料用含氧气体分解。
还有，也可在反应器中，于1000～1800℃的温度和0.1～6MPa的压力下，使用一种含氧气体部分氧化气态燃料（例如气态烃类，特别是石油气或天然气）来生产合成气。
在本说明书和权利要求书中，所用的术语“含氧气体”指空气、蒸汽和氧气，术语“残油”指采用分离方法（例如蒸馏或萃取）对原油、焦油砂、页岩油或煤萃进行处理后留下的残余产品。
合成气是在原油精炼厂中或其附近生产的，因为所生产的合成气可直接用作生产中间馏分、氨、甲醇的原料，或用作一种燃料气，例如用于加热炼油厂的加热炉，或更有效地用于点燃燃气轮机，以便发电和供热。此外，炼油厂的废品也可以利用。
如果合成气是通过部分氧化气态燃料生产的，那么也可使用炼油厂气或作为合成过程中副产品而生成的气态烃类。如果合成气是通过部分氧化液态燃料而生产的，那么可使用残油和氧化剂来分解流入反应器的残油。如果合成气是通过氧化粒状固态燃料生产的，则可使用分散在气体、残油浅水中的粒状含碳物质。然而，为了获得可用泵抽的淤浆，只能有一定限量的粒状含碳物质与该液体混合。
然而，生产合成气的上述诸法并不能提供大量 的操作机动性，为了获得可泵抽的淤浆，只有有限量的粒状含碳物质可分散在该液体中，另外，该合成气的H2/CO比只有稍有变化，而不改变调节气的量。
再有，已经知道通过将粒状固态燃料、液态燃料和气态燃料中至少两种不同的燃料分别送到反应器中来生产合成气，并且在反应器中使用一种含氧气体使这些燃料部分氧化。
具体地说，本发明关于上述同步气化方法，其中（重）残油和烃气（例如甲烷）适用作燃料，而其中的液态（或固态）和/或气态烃类可以任何比率供给。在这种方法中，需要少量的调节剂和氧化剂，以便在合成气中达到特定的H2/CO比率。
为了得到一种理想的气化方法，确保液体的细雾化以及含氧燃料气与调节剂的良好、迅速的接触和混合是必要的。
本发明的一个目的在于提供一种部分氧化液态或固态和/或气体含烃燃料的方法，其中所述液体就地细雾化或固体迅速分散。本发明的另一目的是提供一种使氧、燃料和调节剂良好和迅速地混合或接触，并且防止预燃或火焰熄灭的部分氧化液态或固态和/或气态含烃燃料的方法。
本发明的再一个目的是提供一种气化方法，其中采用了一种寿命足够长的燃料器，因而获得了经济的工艺条件（例如减少调节剂气体的供给量以及减少碳和烟灰的生成）。
因此，本发明提供了一种使液态或固态和/或气态含烃燃料部分氧化的工艺方法，其特征在于它包括如下步骤，通过由四个同轴环状通道和一个中心通道组成的同轴燃烧器装置将含氧气体和含烃燃料输送到气化区，并在适宜的条件下自热地生产含合成气的气流;所述工艺方法进一步包括如下步骤：以50～150米/秒的相当高的速度，通过同轴装置的第一和第三通道供给含氧气体：以5～84米/秒的中等速度，通过中心通道和环绕中心通道的第四同轴通道输送含烃气体和/或调节气;以0～15米/秒的相当低的速度，通过环绕第一同轴通道的第三同轴通道，供给液态或固态含烃燃料。
在本发明的一优选实施案中，各速度是在所述各通道通向气化区的出口处测量的。速度的测量可以任何适合这一目的方式进行，不再详述。
在本发明的另一优选实施案中，对于只供给少量的含烃气体来说，经由中心通道供给的含烃气和/或调节气用相近速度的氧化剂代替。
在本发明的又一优选实施案中，所述调节剂为蒸汽或二氧化碳。本发明的另一优选实施案中气化工艺是在0.1～12MPa的压力下完成的。
由用以将氧气、燃料和调节剂供给气化区的环状同轴通道装置组成的多孔燃烧器也是公知的，这里不再详述。
通常，这种燃烧器包括带有内冷却流道的中空壁板。但是，为了阻挡燃料器操作时或加热/熄火情况下的热载荷，例如可紧紧靠近该燃烧器正壁的外表面铺设或利用一个装置悬置一个合适的陶瓷或耐高温隔板。
根据本发明，为了达到细雾化和均匀混合的目的，可经过相应的通道以特定的速度向气化区供给氧和燃料。
现参考如下实施例对本发明作更详细的描述。
实施例
试验在下列条件下进行：
燃烧器规格：
中心通道直径    52mm
第一同轴通道的隙宽    4.3mm
第二同轴通道的隙宽    3.0mm
第三同轴通道的隙宽    3.5mm
第四同轴通道的隙宽    5.7mm
通入燃烧器的残余原料的规格：
C/H比    1.41摩尔/摩尔
密度 1000Kg/m3
粘度    0.1Kg（m·s）
表面张力 0.03Kg/s2
通入燃烧器的含烃气规格：
成分 50V%CH4
50V%C2H6
温度    250℃
通入燃烧器的氧化剂规格：
成分 99V%O2
1V%N2+Ar
温度    250℃
通入燃烧器的调节剂规格：
成分    100V%蒸汽
温度    250℃
（见后表）
在本发明的一优选实施案中，通过燃气流将烟 灰或其它含碳物质输送到气化区是值得称道的。
另一种方式，可优先采用多孔燃烧器的同轴通道供给由气化过程来的（缩浓的）水/烟灰淤浆，或另一种废液流，象加有或未加有毒性物质的使用过的溶剂（例如用其它方法难以分解的二喔星）。
本发明的各种改型对于熟悉本技术的人员来说，从前面的描述中将看得很清楚。这些改型将包括在后附的权利要求书的范围之中。
操作条件    情况1    情况2    情况3
反应器压力    3.95MPa    3.95MPa    3.95MPa
残余原料质量流量    4.0Kg/s    0Kg/s    3.6Kg/s
含烃气体质量流量    0Kg/s    3.8Kg/s    0.6Kg/s
水蒸汽质量流量    1.7Kg/s    0Kg/s    0.3Kg/s
氧化剂质量流量    4.6Kg/s    4.6Kg/s    4.6Kg/s
原料分配
中心通道    60m/o蒸汽    60m/o烃气    60m/o烃+蒸汽
第一环形通道    50m/o氧化剂    50m/o氧化剂    50m/o氧化剂
第二环形通道    100m/o残料    ……    100m/o残料
第三环形通道    50m/o氧化剂    50m/o氧化剂    50m/o氧化剂
第四环形通道    40m/o蒸汽    40m/o烃气    40m/o烃+蒸汽
通道出口速度    情况1    情况2    情况3
控制通道    28m/s    49m/s    17m/s
第一环形通道    100m/s    100m/s    100m/s
第二环形通道    6.5m/s    0m/s    5.8m/s
第三环形通道    100m/s    100m/s    100m/s
第四环形通道    28m/s    49m/s    17m/s
反应器温度    1400℃    1400℃    1400℃
典型的合成气产率
H2+CO 12.2n m3/s 13.7n m3/s 13.1n m3/s
H2/CO 1.0mol/mol 1.6mol/mol 1.0mol/mol
H2+CO 6mol/mol 16mol/mol 67mol/mol
H2O+CO2

Claims (6)

1、一种部分氧化液态或固态和/或气态含烃燃料的方法，其特征在于所述方法由如下步骤组成：通过由四个同轴环状通道和一个中心通道组成的一个同轴燃烧器装置，将含氧气体和含烃燃料送到气化区，在适宜的条件下自热地产生一种含合成气的气流，所述方法进一步由如下步骤组成：以50～150米/秒的相当高的速度，通过同轴装置的第一和第三通道供给含氧气体；以5～84米/秒的中等速度，通过中心通道和环绕中心通道的第四同轴通道供给含烃气体和/或一种调节剂；以0～15米/秒的相当低的速度，通过环绕第一同轴通道的第二同轴通道供给液态或固态含烃燃料，其中各速度是通向气化区的所述各同轴通道的出口处测量的。
2、权利要求1中所述的方法，其特征在于所述调节剂是蒸汽或二氧化碳。
3、权利要求1或2中所述的方法，其特征在于所述方法是在0.1～12Mpa压力下进行的。
4、权利要求1中所述的方法，其特征在于含氧气体总质量流量的50±30%是通过所述第一同轴通道供给的，而剩余的质量流量供给所述第三同轴通道。
5、权利要求4所述的方法，其特征在于含烃气体和/或调节剂的总质量流量的60±30%是通过中心通道供给的，而剩余的质量流量供给所述第四通道。
6、权利要求5中所述的方法，其特征在于含氧气体是以5～84米/秒的中等速度通过所述中心通道供给的。
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