專利名稱：：在制備合成氣過程中穩(wěn)定火焰的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種在通過氣態(tài)含烴燃料和含氧氣體的部分氧化制備合成氣的過程中穩(wěn)定火焰的方法。在制備合成氣的這樣一種方法中，用作氧化劑的含氧氣體和氣態(tài)含烴燃料通過燃燒器供應(yīng)到氣化區(qū)，例如，多孔(同環(huán))燃燒器，它包括n個(gè)同心設(shè)置的路徑或通道，這些路徑或通道與燃燒器的縱軸共軸，其中n是大于2的整數(shù)，在該區(qū)域，在適當(dāng)?shù)臈l件下自熱地產(chǎn)生了含有合成氣的氣流。這樣的同環(huán)燃燒器包括基本上為園筒形的內(nèi)件，這些內(nèi)件隔開氧化劑和含烴燃料，直到它們到達(dá)燃燒器的出口。作為氧化劑的含氧氣體，通常是空氣或(純)氧氣或蒸汽或其混合物。為了控制氣化區(qū)的溫度，可以向該區(qū)域供應(yīng)一種調(diào)節(jié)氣體(例如，蒸汽、水或二氧化碳或其混合物)。調(diào)節(jié)氣體可以通過燃燒器的燃料通道、氧化劑通道或一個(gè)單獨(dú)通道供應(yīng)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道應(yīng)用氧化劑和調(diào)節(jié)氣的條件。合成氣是含有一氧化碳和氫氣的氣體，它例如用作干凈中熱值燃料氣，或用作合成甲醇、氨或烴的原料，后一種合成產(chǎn)生了氣態(tài)烴或諸如汽油、柴油、潤滑油和蠟的液態(tài)烴。在說明書和權(quán)利要求書中，術(shù)語氣態(tài)含烴燃料是指在氣化器進(jìn)料壓力和溫度下是氣態(tài)的含烴燃料。在已有的方法中，合成氣是在反應(yīng)器容器中，在1000-1800℃的溫度和0.1MPa-12MPa的絕對壓力下，用含氧氣體部分氧化氣態(tài)燃料，如氣態(tài)烴，特別是石油氣體或天然氣生產(chǎn)的。合成氣經(jīng)常在原油精煉廠或其附近生產(chǎn)，因?yàn)樗a(chǎn)生的合成氣可以直接用作生產(chǎn)柴油、氨、氫氣、甲醇的原料或用作燃料氣，如用于加熱精煉爐或更有效地用于開動(dòng)燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)以生產(chǎn)電或熱。在用于制備合成氣的部分氧化過程中的氣體燃燒器中，由于高溫滲碳和氧化，燃燒器的壽命受端部(tip)收縮現(xiàn)象的限制。由于這一現(xiàn)象的存在，會發(fā)生燃燒器的嚴(yán)重?fù)p壞，反應(yīng)器的在線時(shí)間將受到限制。因此，需要一種與現(xiàn)有燃燒器相比，壽命長且對上述現(xiàn)象不敏感的燃燒器。已提出一種燃燒器，其中反應(yīng)物的流動(dòng)和混合方式保證燃燒器各部分不與燃燒區(qū)的高溫氣體接觸，這種燃燒器可以在高的火焰溫度下操作，不會發(fā)生燃燒器損壞。(參看“Improvesyngasproductionusingautothermalreforming”TSChristensenandIIPrimdahlin“HydrocarbonProcessing”March1994，p.42)。然而，如果火焰從燃燒器上升，可能導(dǎo)致組成發(fā)生不希望變化的產(chǎn)品氣體混合物，和反應(yīng)器內(nèi)溫度的變化。其結(jié)果是可能產(chǎn)生噪聲(超過120dB)，以及燃燒器和氣化器的強(qiáng)烈機(jī)械振動(dòng)。這種振動(dòng)對反應(yīng)器的耐火襯是有害的?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，通過火焰穩(wěn)定可以有利地影響燃燒器的性能，因此，應(yīng)注意穩(wěn)定燃燒器端部的火焰。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種在燃燒器端部穩(wěn)定火焰的方法，以解決上述問題。因此，本發(fā)明提供了一種在通過部分氧化氣態(tài)含烴燃料制備合成氣的過程中，在燃燒器內(nèi)件的端部上穩(wěn)定火焰的方法，該方法包括以下步驟a)通過燃燒器向反應(yīng)器提供氣態(tài)含烴燃料、調(diào)節(jié)氣體和氧化劑，其中調(diào)整調(diào)節(jié)氣體的質(zhì)量流量，使得調(diào)節(jié)氣體的濃度不超過預(yù)定極限；b)創(chuàng)造工藝條件使火焰接觸燃燒器內(nèi)件端部；c)當(dāng)火焰從燃燒器內(nèi)件端部上升時(shí)，再調(diào)整燃料和/或氧化劑和/或調(diào)節(jié)氣體的速度和質(zhì)量流量，以便再次將火焰穩(wěn)定在燃燒器內(nèi)件端部上；其中在步驟c)中調(diào)節(jié)氣體的濃度不超過步驟a)中的所述極限。專業(yè)技術(shù)人員知道其中火焰接觸燃燒器端部的普通燃燒器設(shè)計(jì)條件。在這種方式中，火焰可以穩(wěn)定在燃燒器內(nèi)件的端部上，通過供應(yīng)少量的調(diào)節(jié)氣體，可以制備具有相對高CO/H2比率的富含CO的產(chǎn)品氣體，這對下游的處理過程，如ShellMiddleDistillatesProcess(SMDS)，是有利的。燃燒器內(nèi)件端部由能耐住這種火焰的適當(dāng)材料制成，例如，陶瓷材料(如碳化硅或氮化硅)、貴金屬或其合金(如Pt和/或Rh)。因?yàn)榛鹧嬖谌紵鞒隹谔幇l(fā)出一種聲音，可以通過噪聲的水平的變化觀察火焰從燃燒器內(nèi)件的端部上升。噪聲的水平例如可以利用(壓敏電阻)壓力轉(zhuǎn)換器監(jiān)視。另一種監(jiān)視火焰上升的可能性是光學(xué)方法，例如，利用可以插入燃燒器通道，如燃燒器中心通道的光學(xué)探頭?；鹧嫔仙a(chǎn)生不同的可供分析的火焰光譜。本發(fā)明是基于這的一種想法在給定的工藝條件(如生產(chǎn)量、壓力、溫度等)下，尤其通過調(diào)整調(diào)節(jié)氣體的濃度，可以監(jiān)視火焰相對于燃燒器出口的位置/穩(wěn)定性。在用組成上發(fā)生變化的天然氣作為原料，或組成上發(fā)生變化的循環(huán)氣被添加到天然氣原料中的情況下，火焰的監(jiān)視/控制具有特別的重要性。有利的是，可以在氣態(tài)含烴燃料和氧化劑之間的通道中，以如3-10m/s的速度，供應(yīng)諸如蒸汽或CO2的調(diào)節(jié)氣體。通道的寬度為如1-2mm?，F(xiàn)在參照實(shí)施例A、B和C對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述。進(jìn)料具有如下型組成的天然氣CH494.4％(體積)C2H63.0％C3H80.5％C4H100.2％C5H12+0.2％CO20.2％N21.5％該原料向燃燒器的供應(yīng)溫度為150-400℃。氧化劑是99.5％的純O2，供應(yīng)溫度為150-300℃。燃燒器在穩(wěn)定火焰模式下操作，典型反應(yīng)器壓力為2-7MPa，反應(yīng)器/合成氣溫度為1200-1500℃。調(diào)節(jié)氣體為蒸汽。實(shí)施例A表示一個(gè)燃料速度大于氧化劑速度的燃燒器(噴燃料燃燒器(fuelblastburner))，實(shí)施例B和C表示氧化劑速度大于燃料速度的燃燒器(噴氧氣燃燒器(oxygenblastburner))。</tables>在天然氣也含有調(diào)節(jié)氣體的情況下，可以添加到氧化劑中的調(diào)節(jié)氣體的最大量需要降低以保證火焰的穩(wěn)定。在調(diào)節(jié)氣體也含有CO2或N2的情況下，可以改變調(diào)節(jié)氣體在氧化劑中的最大摩爾濃度以保證火焰的穩(wěn)定。這些下降或改變是與預(yù)混合的化學(xué)計(jì)算量的氧化劑和燃料的混合物的層流焰速度的變化相一致的，這一點(diǎn)是本領(lǐng)域內(nèi)的專業(yè)技術(shù)人員所熟知的。在直到燃燒器出口才將調(diào)節(jié)氣體添加到氧化劑中，但調(diào)節(jié)氣體是經(jīng)氧化劑通道與燃料通道之間的小通道或縫注入的這種情況下，調(diào)節(jié)氣體可以含有總量多達(dá)20％的CO、H2和烴。在這種情況下，調(diào)節(jié)氣體通常是以5-10m/s的速度流過1-2mm寬的縫。本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員可以理解，任何適合于這一目的的燃燒器縫寬都可以使用，這取決于燃燒器的生產(chǎn)能力。有利的是，燃燒器的第一或中心通道具有高達(dá)70mm的直徑，因此，剩下的同心通道具有1-20mm的縫寬。如果氧化劑中調(diào)節(jié)氣體的濃度大于20％，當(dāng)氧化劑的速度大于燃料的速度時(shí)，會出現(xiàn)火焰從燃燒器內(nèi)件的端部上升。如果氧化劑中調(diào)節(jié)氣體的濃度大于30％，當(dāng)燃料的速度大于氧化劑的速度時(shí)，會出現(xiàn)火焰從燃燒器內(nèi)件的端部上升。通過前面的描述，對本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員來說，本發(fā)明的各種改進(jìn)將變得很明顯。這些改進(jìn)將落入本發(fā)明的所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。權(quán)利要求1.一種在通過部分氧化氣態(tài)含烴燃料制備合成氣的過程中，在燃燒器內(nèi)件的端部上穩(wěn)定火焰的方法，該方法包括以下步驟a)通過燃燒器向反應(yīng)器提供氣態(tài)含烴燃料、調(diào)節(jié)氣體和氧化劑，其中調(diào)整調(diào)節(jié)氣體的質(zhì)量流量，使得調(diào)節(jié)氣體的濃度不超過預(yù)定極限；b)創(chuàng)造工藝條件使火焰接觸燃燒器內(nèi)件端部；c)當(dāng)火焰從燃燒器內(nèi)件端部上升時(shí)，再調(diào)整燃料和/或氧化劑和/或調(diào)節(jié)氣體的速度和質(zhì)量流量，以便再次將火焰穩(wěn)定在燃燒器內(nèi)件端部上；其中在步驟c)中調(diào)節(jié)氣體的濃度不超過步驟a)中的所述極限。2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中燃燒器是多孔(同環(huán))燃燒器，包括n個(gè)同心設(shè)置的路徑或通道，這些路徑或通道與燃燒器的縱軸共軸，其中n是大于2的整數(shù)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中火焰被監(jiān)視。4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中通過噪聲檢測，如借助于壓力轉(zhuǎn)換器，來監(jiān)視火焰。5.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中火焰是光學(xué)監(jiān)視的。6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中火焰是通過插入燃燒器通道的光學(xué)探頭監(jiān)視的。7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中光學(xué)探頭插入燃燒器的中心通道。8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任何一項(xiàng)的方法，其中端部是由陶瓷、貴金屬或其合金制成。9.根據(jù)權(quán)利要求2-8中任何一項(xiàng)的方法，其中調(diào)節(jié)氣體通過氣態(tài)含烴燃料通道和氧化劑通道之間的通道或縫。10.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任何一項(xiàng)的方法，其中調(diào)節(jié)氣體與氣態(tài)含烴燃料一起供應(yīng)。11.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任何一項(xiàng)的方法，其中調(diào)節(jié)氣體與氧化劑一起供應(yīng)。12.根據(jù)權(quán)利要求1-11中任何一項(xiàng)的方法，其中調(diào)節(jié)氣體是蒸汽、水、二氧化碳或其混合物。13.根據(jù)權(quán)利要求1-12中任何一項(xiàng)的方法，其中燃料速度大于氧化劑速度，并調(diào)整調(diào)節(jié)氣體的質(zhì)量流量，使氧化劑中調(diào)節(jié)氣體的濃度小于30vol％。14.根據(jù)權(quán)利要求1-12中任何一項(xiàng)的方法，其中氧化劑速度大于燃料速度，并調(diào)整調(diào)節(jié)氣體的質(zhì)量流量，使氧化劑中調(diào)節(jié)氣體的濃度小于20vol％。全文摘要一種在通過部分氧化氣態(tài)含烴燃料制備合成氣的過程中,在燃燒器內(nèi)件的端部上穩(wěn)定火焰的方法,該方法包括以下步驟:a)通過燃燒器向反應(yīng)器提供氣態(tài)含烴燃料、調(diào)節(jié)氣體和氧化劑,其中調(diào)整調(diào)節(jié)氣體的質(zhì)量流量,使得調(diào)節(jié)氣體的濃度不超過預(yù)定極限;b)創(chuàng)造工藝條件使火焰接觸燃燒器內(nèi)件端部;c)當(dāng)火焰從燃燒器內(nèi)件端部上升時(shí),再調(diào)整燃料和/或氧化劑和/或調(diào)節(jié)氣體的速度和質(zhì)量流量,以便再次將火焰穩(wěn)定在燃燒器內(nèi)件端部上;其中在步驟c)中調(diào)節(jié)氣體的濃度不超過步驟a)中的所述極限。文檔編號F23D14/74GK1187170SQ96194509公開日1998年7月8日申請日期1996年6月5日優(yōu)先權(quán)日1995年6月6日發(fā)明者P·奧特韋恩,H·M·溫蒂尼克申請人:國際殼牌研究有限公司