CN104254489A - 合成气的生产 - Google Patents

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Abstract

通过烃原料部分燃烧生产合成气的方法和反应器。应用的燃烧器带有多个同轴燃烧器通道，其中至少一个通道提供非气态烃原料物流，至少一个其它通道提供含气态烃原料的物流,和至少一个另外的通道提供非烃调节剂气体。

Description

合成气的生产
技术领域
本发明涉及应用带有多个同轴燃烧器通道的燃烧器通过烃原料部分燃烧生产合成气的方法和反应器。
背景技术
合成气是包含一氧化碳和氢气的气体，通常用作燃料气或作为合成甲醇、氨、各种其它化学品或者气态或液态烃的原料。
EP0343735A2公开了应用带有5个同轴通道的多孔燃烧器通过液体或固体燃料部分燃烧生产合成气的方法。通过中心通道和外部环形通道提供烃气体。该已知方法的缺点是火焰会静置于管道端部，使燃料与氧化剂气体分离，特别是当燃料为含有大部分挥发性烃的液体时。这可能造成管道热劣化。
US7,569,156公开了应用多孔燃烧器的不同合成气生产方法，其中提供蒸汽的通道将油通道与氧气剂气体通道分开。
对于许多用途，重要的是产生特定H2/CO比的合成气。对于其它用途，重要的是产生具有高H2含量的合成气。
发明内容
本发明的一个目的是提供在稳定和可控的工艺条件下生产具有可控H2含量的合成气的方法和反应器。
已经发现这个目的可以由应用带有多个同轴通道的燃烧器通过烃原料部分燃烧生产合成气的方法实现，包括：
-至少一个提供非气态烃原料的通道；
-至少一个提供气态烃原料的通道；
-至少一个提供氧化剂气体的通道；
-至少一个提供调节剂气体的通道；
调节剂气体为包括例如蒸汽、二氧化碳或其混合物的非烃气体。
提供油物流的通道例如可以布置在提供调节剂气体物流的两个相邻通道之间，或者在提供含气态烃原料的物流的两个相邻通道之间，或者在分别提供调节剂气体物流和含气态烃原料的物流的两个相邻通道之间。已经发现这避免了管道端部的热劣化，而这会导致反应器温度波动较少。
气态烃原料例如可以通过单个通道例如中心通道或外部通道或通过多个通道来提供。替代地，如果需要的话，气态烃原料可以通过存在的任何其它通道提供。在一个特别的实施方案中，气态烃原料可以通过同轴多孔燃烧器例如带有7个同轴通道的燃烧器的外部环状通道或中心通道提供。
气态烃原料例如可以含有纯烃气体或者为调节剂气体和烃气体及任选其它气体的混合物。含烃气体物流例如可以具有30-70wt%的烃气体含量，例如45-55wt%。剩余的含量例如可以包括蒸汽和任选的其它气体。如果应用多个含气态烃原料的物流，它们可以具有相同或不同的组成。
气态烃原料例如可以包括天然气，主要包含甲烷。例如甲烷含量可以为约80-100wt%。也可以存在乙烷、丙烷、丁烷和异丁烷。
氧化剂气体可以为任何含氧气体。合适的例子为空气和纯化的氧气，例如氧含量为95vol％或更大的纯化氧气。任选地，所述氧化剂可以与调节剂气体如蒸汽预混合。调节剂气体的含量例如可以为约10-30wt%。
非气态烃原料可以为固体或液体。如果合成气由固体燃料组成，可以使用的是颗粒状烃材料，例如粉煤，分散于气体或液体如油或水中。合适的液体燃料例如可以包括天然的汽油、煤油、粗柴油、石脑油、柴油燃料、原油、和应用分离方法如蒸馏或萃取对例如原油、沥青砂、页岩油或煤提取物处理后剩余的残余产品。也可以应用含其它原子如氧的烃，条件是所述原子的含量足够低，以避免干扰自维持燃烧。特别合适的是重质原油渣油，例如当提供至燃烧器时，在烃原料的温度下测量，运动粘度为1-3000cSt或1-1000cSt的原油渣油。
在一个具体的实施方案中，可以应用配备有同轴通道的燃烧器，包括：
-提供氧化剂气体物流的第一内部中心通道，
-提供含蒸汽物流的相邻环状第二通道，
-提供含油物流的第三通道，
-提供气态烃原料的外部第四通道。
在另一个具体的实施方案中，可以应用配备有同轴通道的燃烧器，包括：
-提供第一氧化剂气体物流的第一内部中心通道；
-提供第二氧化剂气体物流的相邻环状第二通道，其中第二物流的流量比第一物流的流量高；
-提供蒸汽物流的第三通道，
-提供含油物流的第四通道，
-提供气态烃原料的外部第五通道。
第一物流的流量例如可以为第二物流的流量的约10-50％，例如20-40％。任选地，中心通道中的氧化剂气体物流可以用含烃气体物流替代。
在另一个实施方案中，可以应用配备有六个同轴通道的燃烧器，包括：
-提供氧化剂气体的第一内部中心通道；
-提供蒸汽物流的第二通道；
-提供含油物流的第三通道，
-提供蒸汽物流的第四通道；
-提供氧化剂气体的第五通道，和
-提供气态烃原料物流的外部第六通道。
在另外一个实施方案中，可以应用配备有七个同轴通道的燃烧器，包括：
-提供气态烃原料物流的第一内部中心通道；
-提供氧化剂气体的相邻环状第二通道；
-提供蒸汽物流的第三通道；
-提供含油物流的第四通道，
-提供蒸汽物流的第五通道；
-提供氧化剂气体的第六通道，和
-提供气态烃原料物流的外部第七通道。
任选地，第一通道中的气态烃原料可以被氢气剂气体物流替代，或者第七通道中的气态烃原料可以被蒸汽物流替代。
本领域的熟练技术人员能够在本发明的范围内形成其它组合。
流过中心通道的含气态烃原料的物流如蒸汽与天然气的混合物例如可以具有5-85m/s、更具体约25-65m/s的平均流速。
含氧化剂气体的物流例如可以具有约50-150m/s、更具体约80-120m/s的平均流速。
含调节剂气体如蒸汽的物流例如可以具有5-85m/s、更具体约25-65m/s的平均流速。
非气态烃原料如油例如可以具有约15m/s或更低、更具体约7-12m/s的平均流速。
通过合适地确定同轴通道的流通容量可以改变各物流速度。
在一个具体的实施方案中，所述方法可以在约0.1-12MPa的压力例如约0.5-6MPa下实施。反应器中的温度典型地为约1000-1800℃。
已经发现本发明的方法有可能达到在约0.75(例如当烃气体与液体的质量流量比非常小或为0时)至约1.25(例如当烃气体与液体的质量流量比非常大如为1时)之间的任何H2/CO比。
本方法可以在包括带有多个同轴燃烧器通道的燃烧器的反应器中实施，其中至少一个通道操作连接至非气态烃原料供应，至少一个其它通道操作连接至气态烃原料供应和至少一个通道操作连接至调节剂气体供应。
在一个具体的实施方案中，所述方法可以应用包括具有七个同轴通道的燃烧器的反应器来实施：
-提供气态烃原料物流的第一内部中心通道，
-提供氧化剂气体的相邻环状第二通道，
-提供蒸汽物流的第三通道，
-提供含油物流的第四通道，
-提供蒸汽物流的第五通道，
-提供氧化剂气体的第六通道，和
-提供气态烃原料的外部第七通道。
任选地，第一通道中的气态烃原料可以被氧化剂气体物流替代，或者第七通道中的气态烃原料可以被蒸汽物流替代。
所述燃烧器可以包括在燃烧器出口处的多个狭缝和具有用于冷却流体如水的内部通道的中空壁构件。任选地，这些通道可以在燃烧器出口处会集。所述燃烧器还可以配备有施用于燃烧器壁外表面或通过构件紧邻燃烧器壁外表面悬挂的陶瓷或耐火衬里，用于在燃烧器操作或受热/停止操作情况下耐受热负荷。如果需要，所述通道可以配备有缩进或突出的出口。
所述反应器可以进一步包括容器，如在其下端具有用于一氧化碳和氢气的混合物的出口的垂直取向的圆筒形容器。所述燃烧器例如可以布置在反应器容器的顶端。
任选地，如果需要，所述反应器可以包括多个燃烧器。

Claims (13)

1.应用带有多个同轴通道的燃烧器通过烃原料部分燃烧生产合成气的方法，包括：
-至少一个提供非气态烃原料的通道；
-至少一个提供气态烃原料的通道；
-至少一个提供氧化剂气体的通道；
-至少一个单独提供调节剂气体的通道；
其中将提供非气态烃原料的通道布置在两个相邻通道之间，所述两个相邻通道都提供调节剂气体物流或含气态烃原料的物流。
2.权利要求1方法，其中将提供非气态烃原料的通道布置在两个相邻通道之间，所述两个相邻通道分别提供调节剂气体物流和含气态烃原料的物流。
3.权利要求1或2的方法，其中气态烃原料至少部分通过中心通道提供。
4.前述权利要求任一项的方法，其中气态烃原料至少部分通过外部通道提供。
5.前述权利要求任一项的方法，其中气态烃原料只通过一个通道提供。
6.前述权利要求任一项的方法，其中至少一个提供气态烃原料的物流是蒸汽和烃气体的混合物。
7.权利要求6的方法，其中气态烃原料的烃气含量为30-70wt%，例如45-55wt%。
8.前述权利要求任一项的方法，其中气态烃原料为天然气。
9.前述权利要求任一项的方法，其中调节剂气体为蒸汽。
10.前述权利要求任一项的方法，其中非气态烃原料包括油。
11.前述权利要求任一项的应用带有同轴通道的燃烧器的方法，包括：
-提供气态烃原料的第一内部中心通道，
-提供氧化剂气体的相邻环状第二通道，
-提供蒸汽物流的第三通道，
-提供含油物流的第四通道，
-提供蒸汽物流的第五通道，
-提供氧化剂气体的第六通道，和
-提供气态烃原料的外部第七通道。
12.权利要求1的应用带有同轴通道的燃烧器的方法，包括：
-提供第一氧化剂气体物流的第一内部中心通道，
-提供第二氧化剂气体物流的相邻环状第二通道，其中第二物流的流量比第一物流的流量高，
-提供蒸汽物流的第三通道，
-提供含油物流的第四通道，
-提供气态烃原料的外部第五通道。
13.通过烃原料部分燃烧生产合成气的反应器，所述反应器包括带有多个同轴燃烧器通道的燃烧器，其中所述燃烧器包括：
-提供气态烃原料物流的第一内部中心通道，
-提供氧化剂气体的相邻环状第二通道，
-提供蒸汽物流的第三通道，
-提供含油物流的第四通道，
-提供蒸汽物流的第五通道，
-提供氧化剂气体的第六通道，和
-提供气态烃原料的外部第七通道。
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