專利名稱：：在制備合成氣過程中穩(wěn)定火焰的方法
技術領域：
：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到氣化區(qū)，例如，多孔(同環(huán))燃燒器，它包括n個同心設置的路徑或通道，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?shù)臈l件下自熱地產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件，這些內件隔開氧化劑和含烴燃料，直到它們到達燃燒器的出口。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)域供應一種調節(jié)氣體(例如，蒸汽、水或二氧化碳或其混合物)。調節(jié)氣體可以通過燃燒器的燃料通道、氧化劑通道或一個單獨通道供應。本領域的技術人員知道應用氧化劑和調節(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。在說明書和權利要求書中，術語氣態(tài)含烴燃料是指在氣化器進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的。合成氣經常在原油精煉廠或其附近生產，因為所產生的合成氣可以直接用作生產柴油、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燃氣發(fā)動機以生產電或熱。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)生燃燒器的嚴重損壞，反應器的在線時間將受到限制。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，其中反應物的流動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，可能導致組成發(fā)生不希望變化的產品氣體混合物，和反應器內溫度的變化。其結果是可能產生噪聲(超過120dB)，以及燃燒器和氣化器的強烈機械振動。這種振動對反應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，應注意穩(wěn)定燃燒器端部的火焰。本發(fā)明的一個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)通過燃燒器向反應器提供氣態(tài)含烴燃料、調節(jié)氣體和氧化劑，其中調整調節(jié)氣體的質量流量，使得調節(jié)氣體的濃度不超過預定極限；b)創(chuàng)造工藝條件使火焰接觸燃燒器內件端部；c)當火焰從燃燒器內件端部上升時，再調整燃料和/或氧化劑和/或調節(jié)氣體的速度和質量流量，以便再次將火焰穩(wěn)定在燃燒器內件端部上；其中在步驟c)中調節(jié)氣體的濃度不超過步驟a)中的所述極限。專業(yè)技術人員知道其中火焰接觸燃燒器端部的普通燃燒器設計條件。在這種方式中，火焰可以穩(wěn)定在燃燒器內件的端部上，通過供應少量的調節(jié)氣體，可以制備具有相對高CO/H2比率的富含CO的產品氣體，這對下游的處理過程，如ShellMiddleDistillatesProcess(SMDS)，是有利的。燃燒器內件端部由能耐住這種火焰的適當材料制成，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)。因為火焰在燃燒器出口處發(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件的端部上升。噪聲的水平例如可以利用(壓敏電阻)壓力轉換器監(jiān)視。另一種監(jiān)視火焰上升的可能性是光學方法，例如，利用可以插入燃燒器通道，如燃燒器中心通道的光學探頭。火焰上升產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(如生產量、壓力、溫度等)下，尤其通過調整調節(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，供應諸如蒸汽或CO2的調節(jié)氣體。通道的寬度為如1-2mm。現(xiàn)在參照實施例A、B和C對本發(fā)明進行更詳細的描述。進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溫度為150-400℃。氧化劑是99.5％的純O2，供應溫度為150-300℃。燃燒器在穩(wěn)定火焰模式下操作，典型反應器壓力為2-7MPa，反應器/合成氣溫度為1200-1500℃。調節(jié)氣體為蒸汽。實施例A表示一個燃料速度大于氧化劑速度的燃燒器(噴燃料燃燒器(fuelblastburner))，實施例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>在天然氣也含有調節(jié)氣體的情況下，可以添加到氧化劑中的調節(jié)氣體的最大量需要降低以保證火焰的穩(wěn)定。在調節(jié)氣體也含有CO2或N2的情況下，可以改變調節(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混合的化學計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，這一點是本領域內的專業(yè)技術人員所熟知的。在直到燃燒器出口才將調節(jié)氣體添加到氧化劑中，但調節(jié)氣體是經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，調節(jié)氣體可以含有總量多達20％的CO、H2和烴。在這種情況下，調節(jié)氣體通常是以5-10m/s的速度流過1-2mm寬的縫。本領域內的技術人員可以理解，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能力。有利的是，燃燒器的第一或中心通道具有高達70mm的直徑，因此，剩下的同心通道具有1-20mm的縫寬。如果氧化劑中調節(jié)氣體的濃度大于20％，當氧化劑的速度大于燃料的速度時，會出現(xiàn)火焰從燃燒器內件的端部上升。如果氧化劑中調節(jié)氣體的濃度大于30％，當燃料的速度大于氧化劑的速度時，會出現(xiàn)火焰從燃燒器內件的端部上升。通過前面的描述，對本領域內的技術人員來說，本發(fā)明的各種改進將變得很明顯。這些改進將落入本發(fā)明的所附權利要求書的范圍內。權利要求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)通過燃燒器向反應器提供氣態(tài)含烴燃料、調節(jié)氣體和氧化劑，其中調整調節(jié)氣體的質量流量，使得調節(jié)氣體的濃度不超過預定極限；b)創(chuàng)造工藝條件使火焰接觸燃燒器內件端部；c)當火焰從燃燒器內件端部上升時，再調整燃料和/或氧化劑和/或調節(jié)氣體的速度和質量流量，以便再次將火焰穩(wěn)定在燃燒器內件端部上；其中在步驟c)中調節(jié)氣體的濃度不超過步驟a)中的所述極限。2.根據(jù)權利要求1的方法，其中燃燒器是多孔(同環(huán))燃燒器，包括n個同心設置的路徑或通道，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)權利要求1或2的方法，其中火焰被監(jiān)視。4.根據(jù)權利要求3的方法，其中通過噪聲檢測，如借助于壓力轉換器，來監(jiān)視火焰。5.根據(jù)權利要求3的方法，其中火焰是光學監(jiān)視的。6.根據(jù)權利要求5的方法，其中火焰是通過插入燃燒器通道的光學探頭監(jiān)視的。7.根據(jù)權利要求6的方法，其中光學探頭插入燃燒器的中心通道。8.根據(jù)權利要求1-7中任何一項的方法，其中端部是由陶瓷、貴金屬或其合金制成。9.根據(jù)權利要求2-8中任何一項的方法，其中調節(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)權利要求1-8中任何一項的方法，其中調節(jié)氣體與氣態(tài)含烴燃料一起供應。11.根據(jù)權利要求1-8中任何一項的方法，其中調節(jié)氣體與氧化劑一起供應。12.根據(jù)權利要求1-11中任何一項的方法，其中調節(jié)氣體是蒸汽、水、二氧化碳或其混合物。13.根據(jù)權利要求1-12中任何一項的方法，其中燃料速度大于氧化劑速度，并調整調節(jié)氣體的質量流量，使氧化劑中調節(jié)氣體的濃度小于30vol％。14.根據(jù)權利要求1-12中任何一項的方法，其中氧化劑速度大于燃料速度，并調整調節(jié)氣體的質量流量，使氧化劑中調節(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)通過燃燒器向反應器提供氣態(tài)含烴燃料、調節(jié)氣體和氧化劑,其中調整調節(jié)氣體的質量流量,使得調節(jié)氣體的濃度不超過預定極限;b)創(chuàng)造工藝條件使火焰接觸燃燒器內件端部;c)當火焰從燃燒器內件端部上升時,再調整燃料和/或氧化劑和/或調節(jié)氣體的速度和質量流量,以便再次將火焰穩(wěn)定在燃燒器內件端部上;其中在步驟c)中調節(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