气化反应器.pdf

1、(10)申请公布号 CN 103857773 A (43)申请公布日 2014.06.11 CN 103857773 A (21)申请号 201280049933.9 (22)申请日 2012.10.17 11186094.6 2011.10.21 EP C10J 3/50(2006.01) F23D 11/10(2006.01) (71)申请人 国际壳牌研究有限公司 地址 荷兰海牙 (72)发明人 JC德容 高成名 (74)专利代理机构 中国国际贸易促进委员会专 利商标事务所 11038 代理人 王长青 (54) 发明名称 气化反应器 (57) 摘要 通过含碳原料部分燃烧生产合成气的气化反

2、应器 (1) 和方法。所述反应器包括具有一个或多 个燃烧器 (4) 的反应室 (2) 和至少一个延伸入反 应室的油枪 (8)。所述油枪 (8) 例如可以位于燃 烧器 (4) 的下方或上方 1.5 米或更小的位置处。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2014.04.11 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/EP2012/070548 2012.10.17 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2013/057133 EN 2013.04.25 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发

3、明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103857773 A CN 103857773 A 1/1 页 2 1. 气化反应器 (1)， 其包括具有一个或多个燃烧器 (4) 的反应室 (2) 和延伸进入反应 室的至少一个油枪 (8)， 所述油枪 (8) 包括雾化喷嘴 (15)， 所述雾化喷嘴 (15) 包括同轴排 布的油通道 (25) 和至少一个相邻的蒸汽通道 (36,37)。 2. 权利要求 1 的气化反应器， 其中一个或多个油枪 (8) 至少部分位于与燃烧器 (4) 不 同的高度。 3. 权利要求 2 的气化反应器， 其中一个或多个燃烧器 (4) 的位置

4、与一个或多个油枪 (8) 的位置之间的距离为 1.5 米或更小。 4. 权利要求 2 或 3 的气化反应器， 其中一个或多个油枪 (8) 至少部分位于燃烧器 (4) 下方一定距离处。 5. 权利要求 2、 3 或 4 的气化反应器， 其中各油枪 (8) 均指向燃烧器的燃烧区 (5)。 6. 前述权利要求任一项的气化反应器， 其中一个或多个燃烧器 (4) 连接至粉煤供应管 线和氧供应管线。 7. 前述权利要求任一项的气化反应器， 其中延伸进入反应室 (2) 的油枪 (8) 部分配备 有冷却夹套 (46)。 8. 前述权利要求任一项的气化反应器， 其中油枪 (8) 包括用于分别提供油和蒸汽的同 轴

5、通道 (25,36,37)。 9. 前述权利要求任一项的气化反应器， 其中油速为 6-12m/s 和蒸汽速度为油速的 10-18 倍。 10. 在 25-60barg 的压力下在气化反应器 (1) 中通过含碳原料部分燃烧生产合成气 的方法， 其中通过一个或多个燃烧器 (4) 将氧和含碳原料的混合物进料至气化反应器， 而 油通过一个或多个油枪 (8) 雾化进入反应器， 各油枪 (8) 包括雾化喷嘴 (15)， 而雾化喷嘴 (15) 包括同轴排布的油通道 (25) 和至少一个相邻的蒸汽通道 (36,37)。 11. 权利要求 10 的方法， 其中油在一个或多个燃烧器 (4) 下方一定距离处雾化。

6、12. 权利要求 11 的方法， 其中一个或多个燃烧器 (4) 的位置与油枪 (8) 的位置之间的 距离为 1.5 米或更小。 13. 权利要求 10-12 任一项的方法， 其中所述含碳原料包括粉煤和生物质的混合物， 其 中生物质的存在量为粉煤的至多 30wt%。 14. 权利要求 10-12 任一项的方法， 其中含碳原料包括粉煤和 / 或生物质， 和油与粉煤 和生物质总质量的质量进料比为 1/5-2/5。 15. 权利要求 10-14 任一项的方法， 其中油作为单相液体提供。 权 利 要 求 书 CN 103857773 A 2 1/3 页 3 气化反应器 0001 本发明涉及通过含碳原料部

7、分燃烧生产合成气的气化反应器和方法。 含碳原料例 如可以为粉煤、 生物质、 油、 生物油、 烃气体或任何其它类型的含碳原料。 所产生的合成气为 包含一氧化碳和氢气的气体， 它通常用作燃料气或化学过程的原料。 0002 在某些情况下， 可能理想的是利用多种类型的含碳原料。例如可能理想的是对于 粉煤反应器用生物质替代部分煤。 在这种情况下， 由于生物质热值更低， 反应器的热效率可 能会降低。 0003 本发明的一个目的是提高这种气化反应器和方法的生产率。 另一个目的是在不降 低生产效率的情况下允许共同处理不同类型的含碳原料。 0004 用包括带有一个或多个燃烧器的反应室和至少一个延伸入反应室提供液

8、态油的 油枪的气化反应器可以实现这一目的。已经令人惊奇地发现即使当部分含碳原料 ( 例如粉 煤 ) 被生物质替代时， 通过单独的油枪向含碳原料的燃烧共进料油将会明显提高反应器的 生产率。 0005 在一个实施方案中， 一个或多个油枪可以位于与燃烧器相同或不同的位置处。例 如油枪可以位于燃烧器上方一定距离处， 但当油枪位于燃烧器下方一定距离处时， 例如在 燃烧器下方约 1.5 米或更小的距离处时， 将获得特别好的结果。任选地， 所述反应器可以包 括高于及低于燃烧器位置的油枪。 0006 在另一个实施方案中， 可以将油枪引至燃烧器的燃烧区。 0007 气化反应器对于粉煤的部分燃烧特别有用。为此，

9、可以将至少部分燃烧器连接至 粉煤供应管线和氧供应管线。 0008 为了保护油枪免受热负荷和损坏， 可以为延伸入反应室的油枪部分配备冷却夹 套。冷却夹套可以包围油枪尖和与冷却剂的供给和排放相连。冷却剂通常为水。 0009 油枪例如可以包括分别提供油和蒸汽的同轴通道。所述油可以包括生物油、 其它 来源油如应用后的润滑油或来自炼厂的重渣油等或它们的混合物。术语 “ 生物油 “ 包括来 自植物、 动物 ( 如树脂 / 植物油、 脂肪、 或废烹调油等 ) 的液态烃和包括来自动物脂肪的油 或来自树木的树脂、 泔水油等。油优选作为单相液体提供。 0010 在另一个实施方案中， 油枪可以包括雾化喷嘴。这种喷嘴

10、例如可以包括同轴排布 的供油通道和位于旁边的至少一个相邻的供蒸汽通道。 利用带有在供油通道两侧具有供蒸 汽通道的喷嘴的油枪可以获得非常好的雾化。 这可以通过具有在相邻的中心供蒸汽通道和 相邻的环状供蒸汽通道之间同轴布置的环状供油通道的喷嘴来实现。以这种方式， 在油物 流两侧的蒸汽物流分散和雾化油物流。如果蒸汽流速为油流速的约 10-18 倍， 则可以进一 步改进雾化。油流速典型地为约 6-12m/s， 虽然如果需要也可以应用其它速度。 0011 用于燃烧油的附加氧可以通过油枪提供， 例如通过油枪中的蒸汽通道 ( 作为蒸汽 / 氧的混合物提供 ) 和 / 或通过其它燃烧器的氧通道提供。 0012

11、 本发明还涉及在气化反应器中通过含碳原料部分燃烧生产合成气的方法， 其中通 过一个或多个燃烧器将氧和含碳原料的混合物进料至气化反应器， 而油通过一个或多个油 枪雾化进入反应器。 说 明 书 CN 103857773 A 3 2/3 页 4 0013 油可以在与燃烧器相同位置或不同位置处 , 例如在一个或多个燃烧器下方或上 方一定距离处与蒸汽并流雾化。 0014 如果含碳原料包括粉煤和油与粉煤的质量进料比为约 1/5-2/5 时， 将获得好的结 果。由于通过油枪提供油， 粉煤可以用至多约为煤的 30wt% 的生物质部分替代， 而不降低反 应器的效率。 0015 如果燃烧油需要的附加氧通过燃烧器提

12、供， 则取决于煤的性质， 氧与粉煤的进料 比例如可以为 1/1-1.3/1。 0016 取决于油的性质， 油 / 蒸汽的进料比例如可以为 3/1-5/1。 0017 燃烧期间， 反应室中的温度通常为 1500-1700。反应室中的压力通常为 25-60barg。 0018 下面通过参考附图描述本发明的示例性实施方案， 其中 ： 0019 图 1、 示意性给出了气化反应器一个实施方案的剖面图 ； 0020 图 2、 示意性给出了气化反应器一个替代实施方案的剖面图 ； 0021 图 3、 给出了图 1 或 2 气化反应器的油枪的剖面图。 0022 图 1 给出了包括具有反应室壁 3 的反应室 2

13、的气化反应器 1。所述壁 3 例如可以 由用于输送水或其它冷却剂以防止壁 3 过热的平行 ( 垂直或螺旋缠绕的 ) 冷却管线形成。 多个燃烧器 4 延伸通过壁 3 进入反应室 2 中。氧和粉煤和 / 或生物质分别通过燃烧器 4 的 不同通道强吹入反应室3， 和在燃烧区5中燃烧产生合成气和炉渣。 合成气按图中箭头A所 示向上流动， 通过排出口 6 排出以进行冷却和进一步处理。炉渣按图中箭头 B 所示下落， 和 通过炉渣排出口 7 排出。 0023 在燃烧器 4 下方一定距离 ( 例如 1.5 米以内 ) 处， 多个油枪 8 延伸入反应室 2 中。 将油枪 8 引至燃烧区 5 中。将用蒸汽雾化的油

14、吹入燃烧区 5 中， 在其中油利用来自燃烧器 4 的氧部分燃烧。 0024 图 2 给出了气化反应器的一个替代实施方案。对于与图 1 的实施方案中相同的部 件应用相同的参考标记。图 2 的气化反应器 10 与图 1 的反应器相同， 差别在于油枪 8 的位 置高于燃烧器 4 的位置 ( 例如 1.5 米之内 ) 和向下指向燃烧区 5。 0025 图 3 更详细地给出了油枪 8 的头。油枪 8 位于反应室 2 的壁 3 内的开口 11 中。正 如上文所述， 壁 3 由螺旋缠绕且相互连接以形成气密性壁结构的冷却管线 12 组成。在反应 室 2 的内侧， 壁 3 被耐火衬里 13 或熔融炉渣覆盖。 0

15、026 在其外端， 油枪 8 包括带有同轴排布的中心蒸汽通道 16、 环状油通道 17 及包围环 状油通道 17 的环状第二蒸汽通道 18 的喷嘴 15。在喷嘴 15 之前一定距离处， 油通道为带有 圆筒区 19 和下游扩宽圆锥区 20 的中心通道。圆锥区 20 的下游端被带有圆孔排列 22 的圆 盘 21 封住。等长度的管线 23 连接在开孔 22 上。在圆筒区 19 和喷嘴 15 之间约一半距离 处， 管线 23 弯曲形成发散区 24， 所述发散区结束于下游管线端更大半径的圆形排列， 而所 述下游管线在端部与环状通道 25 相连。所述环状通道 25 包括沿下游方向逐渐变窄的第一 区 26、

16、 恒定直径的第二区 27、 具有恒定直径外壁 29 和收缩内壁 30 的第三区 28、 以及外壁 32 平行于收缩内壁 30 的第四区 31。 0027 在反应器壁 3 上游一定距离处， 中心油通道 19、 20 被环状蒸汽通道区 35 包围。由 该区 35， 蒸汽可以通过管线 23 间的空隙流至被环状油通道区 25 包围的中心通道 36， 进入 说 明 书 CN 103857773 A 4 3/3 页 5 蒸汽通道开口 16。蒸汽也通过包围环状油区 25 的环状分支 37 流入环状蒸汽通道开口 18。 0028 中心油通道区 19、 20 的油通过管线 23 分配进入环通道 25， 其中它在

17、变窄区 26 中 加速。当离开油枪 8 的喷嘴时， 油在来自中心通道 36 的蒸汽流与来自环状分支 37 的蒸汽 流之间流动。油的流速比蒸汽流的流速低很多。合适的组合例如为油速为约 8m/s， 和蒸汽 流速为约 80m/s。蒸汽流动更快以分散和雾化油。 0029 油枪 8 包括作为带有被圆筒形隔板 43 分隔的两个同轴圆筒形中空空间 41 和 42 的冷却水桶形成的外壁 40。所述中空空间 41、 42 在放大的下游端 44 处相互连接。冷却水 通过内部中空空间 41 流向下游端 44。在流过放大端 44 后， 冷却水通过外部圆筒形空间 42 流回。 0030 油枪 8 被环隙 45 包围，

18、而所述环隙又被冷却夹套 46 包围。在安装过程中， 该环隙 45 可以用耐热材料如 Nextel填充， 以避免反应器操作期间合成气泄露。冷却夹套 46 是双壁圆筒， 具有包封在冷却夹套 46 的双壁内的圆筒形内部空间 47。内部空间被圆筒 形隔板50分隔为两个同轴圆筒形空间48、 49。 在所述圆筒形隔板50的下游端， 两个圆筒形 空间 48、 49 相互之间开放连接。冷却水会在内部圆筒形空间 48 内流向下游， 在圆筒形隔板 50 的未端转向， 并以相反的方向流回。 0031 为了保护油枪 8 不受从反应室 2 的壁 3 掉下的炉渣影响， 油枪 8 在冷却夹套 46 内 回撤较短的距离。 说 明 书 CN 103857773 A 5 1/2 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103857773 A 6 2/2 页 7 图 3 说 明 书 附 图 CN 103857773 A 7