專利名稱：制備合成氣的方法
技術領域：
本發明涉及通過在沒有緩和劑的情況下部分氧化含烴燃料和含氧氣體來制備合成氣的方法。特別是應用液態或氣態含烴燃料。
在這樣的一種制備合成氣的方法中，把一種用作氧化劑的含氧氣體和一種含烴燃料經包括燃料和氧化劑通道配置的燃燒器提供給氣化帶，而且其中在適宜條件下自熱地產生含合成氣的氣流。這些通道通過分隔壁即所謂的燃燒器內部部件彼此分開。
在許多制備合成氣的已知方法中，把緩和劑氣體(例如，蒸汽、水或二氧化碳或者其組合)提供給氣化帶以控制氣化帶中的溫度。可以把緩和劑氣體添加到氧化劑或(氣態)燃料中，或者可以經緩和劑氣體通道提供。本領域技術人員會知道應用氧化劑和緩和劑氣體的條件。
有利的是，應用一種多孔(共環)燃燒器，該燃燒器包括同心設置的n個與該燃燒器縱軸線共軸的通道，其中n為大于2的整數。
這類多孔(共環)燃燒器包括大體上筒形的內部部件，這些內部部件把流經通道的流體物流分開直到它們到達燃燒器出口時為止。特別是，這類多孔(共環)燃燒器包括用于把氧化劑、緩和劑氣體(任選地)和燃料提供給氣化帶的一些環狀同心設置的通道。
多孔(共環)燃燒器本身是已知的，因此對其機械結構不再作詳細描述。
通常，這類燃燒器包括一些在燃燒器出口處的縫隙和帶有內部冷卻流體(例如水)通道的中空器壁元件。在燃燒器出口處，這些通道可以是漸縮形的或可以不是漸縮形的。該燃燒器可以裝有一種合適的陶瓷或耐火襯里而不是包括內部冷卻流體通道，所述襯里被貼到或借助緊鄰燃燒器(前)壁外表面的裝置懸垂于燃燒器上，以承受燃燒器操作過程中或加熱／關閉狀況下的熱負荷。有利的是，一個或多個通道的出口相對于外通道可以是縮回的或伸出的。
本領域技術人員會知道，可應用適于此目的的任意縫隙寬度，這取決于燃燒器生產能力。
有利的是，中心通道直徑達70mm，而其余同心通道具有1-30mm范圍內的縫隙寬度。
不過，將要理解的是，本申請不局限于應用共環燃燒器。
以特定的速度和質量分布把氧化劑和燃料以及任選緩和劑氣體經各自通道提供給氣化帶，以獲得良好的霧化和混合。
有利的是，測定或計算在通入氣化帶的所述各通道的出口處的各自的速度。速度測定或計算可由本領域技術人員以適于此目的的任何方式進行，所以不再作詳細描述。
用作氧化劑的含氧氣體通常是空氣或氧氣或者其混合物。優選的是含至少95％氧氣的氧化劑。
合成氣是一種包含一氧化碳和氫氣的氣體，例如用作潔凈的中熱值可燃氣體或用作合成甲醇、氨或烴類的原料，后一種合成產生氣態烴類和液態烴類如汽油、柴油、潤滑油和蠟。
在本說明書和權利要求書中，所用術語“氣態(液態)含烴燃料”是指在氣化器進料壓力和溫度下為氣態(液態)的含烴燃料。
根據已有方法，合成氣是這樣產生的在一個反應器中，在1000℃-1800℃的溫度和0．1MPa-12MPa abs．的壓力下，用一種氧化劑部分氧化一種氣態燃料如氣態烴，特別是石油氣體或天然氣。
合成氣往往在原油精煉廠或其附近生產，因為生產的合成氣可直接用作生產柴油、氨、氫、甲醇的原料，或者用作可燃氣體，例如用于加熱精煉爐或更有效地用于加熱燃氣輪機以產生電和熱。
由于經濟上的原因，往往希望在不用緩和劑氣體的條件下操作燃燒器。此外，為獲得氣化器中燃料與氧化劑的良好混合，最好在存在吹氧(即燃燒器出口處氧化劑的速度大體上大于燃料的速度)的條件下操作燃燒器。本領域技術人員會知道這些條件。
本領域技術人員會理解，吹氧允許更低的燃料供應壓力并能降低壓縮費用。
通常，燃燒器內部部件的邊緣(即燃燒器內部部件的一個部分，當該燃燒器安裝在反應器中時該部分朝向氣化帶并形成尖端)由鋼或低合金鋼制成。
不過，在沒有緩和劑氣體的情況下應用吹氧時，分開燃料和氧化劑的燃燒器內部部件的邊緣受金屬粉化(dusting)現象的嚴重破壞，所以會發生嚴重的燃燒器損耗并限制了燃燒器的壽命。
金屬粉化是一種災禍性的滲碳，它在600-800℃溫度范圍內、高活性和低氧壓的條件下發生在工業裝置中，使鋼分解成粉狀碳、金屬粒子和有時是碳化物和氧化物的混合物。如果腐蝕產物經氣流通過侵蝕而被帶走，就觀察到小孔腐蝕或普通的金屬耗蝕。
本發明的一個目的是提供一種經濟上可行的制備合成氣的方法，該方法可長期實施而不需多次停工。
因此，本發明提供一種通過在沒有緩和劑氣體的情況下部分氧化含烴燃料來制備合成氣的方法，該方法包括下列步驟在吹氧條件下(即，燃燒器出口處氧化劑速度大體上大于燃料速度)把一種含烴燃料和一種氧化劑經反應器混合型燃燒器(即，其中各自在通入氣化帶的一個或多個分開的燃燒器通道中流動的所述燃料和所述氧化劑直到所述燃燒器通道下游才立即混合)提供給氣化帶；并且，其中至少在其尖端處或尖端附近分開所述燃料和所述氧化劑的燃燒器內部部件的至少邊緣由陶瓷材料或貴金屬或貴金屬合金制成，或者，其中至少在其尖端處或尖端附近分開所述燃料和所述氧化劑的燃料器內部部件的邊緣在其氧化劑側設有陶瓷材料或貴金屬或貴金屬合金的襯里。
本發明進一步涉及一種要用在這種制備合成氣的方法中的反應器混合型燃燒器，該燃燒器包括至少一個燃料燃燒器通道和至少一個氧化劑燃燒器通道，其中至少在其尖端處或尖端附近分開所述燃料通道和所述氧化劑通道的燃燒器內部部件的至少邊緣由陶瓷材料或貴金屬或貴金屬合金制成，或者，其中至少在其尖端處或尖端附近分開所述燃料通道和所述氧化劑通道的燃燒器內部部件的邊緣在其氧化劑側設有陶瓷材料或貴金屬或貴金屬合金的襯里。
有利的是，分開所述燃料和所述氧化劑的所述燃燒器內部部件的所述邊緣由Pt合金如Pt／Rh或Pt／Ir或者適合此目的的陶瓷材料如SiC(碳化硅)或Si3N4(四氮化三硅)制成。
所述燃料例如是天然氣，其有利地含有至少80％CH4。有利的是，氧化劑與燃料之間的速度比為
更為有利的是，氧化劑速度為50-100m／s而燃料速度為25-60m／s(條件是滿足上述比值)。
應用本發明的方法時已發現，沒有金屬粉化而且燃燒器壽命至少為1600小時。
有利的是，分開所述燃料和所述氧化劑的所述燃燒器內部部件的所述邊緣長度為2-20mm，厚度為0．3-1．0mm，并且以任何適當方式機械連接到燃燒器內部部件上，例如通過焊接。
在本發明的又一有利實施方案中，分開燃料和氧化劑的燃燒器內部部件的邊緣在燃燒器內部部件的氧化劑側設有襯里(例如帶狀物)。這種帶狀物長度可以為5-10mm，厚度可以為0．2-0．5mm。
現將參照附圖
、借助實施例更詳細地描述本發明，其中附圖示意性地表示要用于本發明方法中的燃燒器。
參照附圖，已示意性地表示出具有一個中心通道和一個外通道的燃燒器的部分縱向剖面。X代表該燃燒器的軸線。該燃燒器經耐火圓頂通入反應器的氣化帶G。為清楚起見，只部分表示出燃燒器，沒有顯示反應器細節。特別是，為清楚起見，省略了燃燒器的(水)-冷卻的細節。
附圖中表示出大體上呈錐形的燃燒器，但本領域技術人員會理解，適于此目的的任何形狀(例如，大體上呈筒形)都是可能的。
已表示出燃燒器內部部件邊緣1及其尖端1a。邊緣1由陶瓷材料(例如SiC或Si3N4)或貴金屬(例如Pt)或貴金屬合金(例如Pt／Rh或Pt／Ir)制成并安裝在燃燒器內部部件2上朝向氣化帶G的末端處，例如通過焊接安裝。
氧化劑正流經中心通道3(直徑例如是41mm)，而燃料(例如天然氣)正流經外通道4。標號5代表外通道壁。外通道4的縫隙寬度例如是25mm。
箭頭A和B分別表示氧化劑速度(例如100m／s)和燃料速度(例如50m／s)，這表明存在吹氧。
現將參照實施例Ⅰ和Ⅱ通過實施例更詳細地詳述本發明。實施例Ⅰ(吹氧)考慮了燃料通道和氧化劑通道之間的邊緣處的流動條件。邊緣由Pt制成。氧化劑通過中心通道提供，燃料通過同心外通道提供。
實施例Ⅱ(吹燃料)考慮了燃料通道和氧化劑通道之間的邊緣處的流動條件。邊緣由鋼制成。氧化劑通過中心通道提供，燃料通過同心外通道提供。
在實施例Ⅰ中，沒有緩和劑氣體的條件下操作2300小時后檢查該燃燒器。沒有檢測到可見損傷，而且燃燒器處于良好狀態。
在實施例Ⅱ中，發現操作大約1000小時后，燃料通道和氧化劑通道之間的邊緣被嚴重破壞。從前面的描述可知，對本領域技術人員來說，對本發明的各種改進是顯而易見的。這類改進視為落入所附權利要求書的范圍內。
權利要求
1．一種通過在沒有緩和劑氣體的情況下部分氧化含烴燃料來制備合成氣的方法，該方法包括下列步驟在吹氧條件下(即，燃燒器出口處氧化劑速度大體上大于燃料速度)把一種含烴燃料和一種氧化劑經反應器混合型燃燒器(即，其中各自在通入氣化帶的一個或多個分開的燃燒器通道中流動的所述燃料和所述氧化劑直到所述燃燒器通道下游才立即混合)提供給氣化帶；并且，其中至少在其尖端處或尖端附近分開所述燃料和所述氧化劑的燃燒器內部部件的至少邊緣由陶瓷材料或貴金屬或貴金屬合金制成，或者，其中至少在其尖端處或尖端附近分開所述燃料和所述氧化劑的燃燒器內部部件的邊緣在其氧化劑側設有陶瓷材料或貴金屬或貴金屬合金的襯里。
2．權利要求1中所要求的方法，其中速度比為
3．權利要求1或2中所要求的方法，其中氧化劑的速度為50-100m／s而燃料的速度為25-60m／s(條件是存在吹氧)。
4．權利要求1-3中任一項所要求的方法，其中燃料為氣態或液態的。
5．權利要求4中所要求的方法，其中所述燃料為天然氣。
6．權利要求5中所要求的方法，其中所述天然氣包含至少80％CH4。
7．權利要求1-6中任一項所要求的方法，其中分開所述燃料和所述氧化劑的所述燃燒器內部部件的所述邊緣由Pt合金如Pt／Rh或Pt／Ir制成或者由陶瓷材料如四氮化三硅或碳化硅制成。
8．權利要求1-7中任一項所要求的方法，其中分開所述燃料和所述氧化劑的所述燃燒器內部部件的所述邊緣長度為2-20mm，厚度為0．3-1．0mm。
9．權利要求1-8中任一項所要求的方法，其中所述燃燒器是一個共環燃燒器，該共環燃燒器包括同心設置的n個與該燃燒器縱軸線共軸的通道，其中n為大于2的整數。
10．要用于權利要求1-9中任一項的方法的反應器混合型燃燒器，它包括至少一個燃料燃燒器通道和至少一個氧化劑燃燒器通道，其中至少在其尖端處或尖端附近分開所述燃料和所述氧化劑的燃燒器內部部件的至少邊緣由陶瓷材料或貴金屬或貴金屬合金制成，或者，其中至少在其尖端處或尖端附近分開所述燃料和所述氧化劑的燃燒器內部部件的邊緣在其氧化劑側設有陶瓷材料或貴金屬或貴金屬合金的襯里。
11．按權利要求1-9中任一項的方法獲得的合成氣。
全文摘要
一種通過在沒有緩和劑氣體的情況下部分氧化含烴燃料來制備合成氣的方法,該方法包括下列步驟:在吹氧條件下(即,燃燒器出口處氧化劑速度大體上大于燃料速度)把一種含烴燃料和一種氧化劑經反應器混合型燃燒器(即,其中各自在通入氣化帶的一個或多個分開的燃燒器通道中流動的所述燃料和所述氧化劑直到所述燃燒器通道下游才立即混合)提供給氣化帶;并且,其中至少在其尖端處或尖端附近分開所述燃料和所述氧化劑的燃燒器內部部件的至少邊緣由陶瓷材料或貴金屬或貴金屬合金制成,或者,其中至少在其尖端處或尖端附近分開所述燃料和所述氧化劑的燃燒器內部部件的邊緣在其氧化劑側設有陶瓷材料或貴金屬或貴金屬合金的襯里。
文檔編號C01B31/18GK1205676SQ96199117
公開日1999年1月20日 申請日期1996年12月11日 優先權日1995年12月18日
發明者P·奧特威金, H·M·文提克, F·J·A·馬藤斯 申請人:國際殼牌研究有限公司