СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИНТЕЗ-ГАЗА Российский патент 1995 года по МПК C01B3/38 

Изобретение относится к способу получения синтеза газа путем частичного окисления газа углеводородного топлива с использованием многосопловой горелки.

Известен способ получения синтез-газа путем неполного окисления жидкого углеводородного топлива в присутствии кислорода.

Недостаток способа невысокий выход продукта.

Цель изобретения увеличение выхода целевого продукта, а также увеличение ресурса работы горелки.

В качестве кислородсодержащего газа обычно используют воздух или чистый кислород или обогащенный кислородом воздух. Для регулирования температуры в зоне газификации можно подавать в нее нейтральный газ.

В качестве топлива можно использовать тяжелые остатки, получающиеся после перегонки жидкого топлива. В таких процессах необходимо обеспечить мелкое распыливание топлива, а также хорошее и быстрое контактирование или смешивание топлива с кислородсодержащим газом для обеспечения качественного процесса газификации.

В настоящем изобретении предлагается способ частичного окисления углеводородного топлива, который содержит стадии подачи кислородсодержащего газа и углеводородного топлива в зону газификации через концентричные три канала для окислителя и один канал для топлива в горелке; автотермического получения газообразного потока синтез-газа при соответствующих условиях; а также содержит стадии подачи кислородсодержащего газа по центральному каналу концентричного устройства при относительно малой скорости 21-42 м/с, подачи кислородсодержащего газа через первый концентричный канал, охватывающий центральный канал, с относительно высокой скоростью 60-120 м/с, подачи топлива через второй концентричный канал, охватывающий первый канал, с относительно низкой скоростью 3,0-3,8 м/с, а также подачи кислородсодержащего газа через третий концентричный канал, охватывающий второй канал, с относительно высокой скоростью 60-120 м/c.

В предпочтительном варианте реализации изобретения через центральный канал подают 5-40% по массе кислородсодержащего газа.

В другом варианте изобретения соответствующие скорости измеряются на выходе из соответствующих концентричных каналов в зоне газификации. Измерения скорости могут проводиться любым соответствующим способом и подробно не приводятся в описании.

В еще одном варианте кислородсодержащий газ включает пар или углекислый газ в качестве замедлителя. В другом варианте процесс газификации проводят при давлении 0,1-12 МПа.

Топливо и кислородсодержащий газ подают в зону газификации через концентричное горелочное устройство, содержащее три канала для окислителя и один канал для топлива. Центральный канал для подачи окислителя окружен первым кольцевым каналом для подачи окислителя. Первый кольцевой канал окружен вторым кольцевым каналом для подачи топлива, а второй канал окружен третьим кольцевым каналом для подачи окислителя.

Многоканальные горелки, содержащие кольцевые концентричные каналы для подачи окислителя и топлива в зону газификации, хорошо известны. Обычно такие горелки имеют полые стенки с промежуточными каналами для подачи охлаждающей жидкости. Однако такие горелки могут снабжаться, например, керамической или огнеупорной футеровкой, примыкающей к наружной поверхности фронтальной стенки горелки и выдерживающей тепловые нагрузки в процессе работы, а также при выведении горелки на режим или ее отключении.

Согласно настоящему изобретению окислитель и топливо подают в зону газификации по соответствующим каналам с определенными скоростями, обеспечивая хорошее распыливание топлива и смешение.

П р и м е р. Были проведены опыты при следующих условиях:
исходный продукт: плотность при 15^оС, кг/м³ 980-1018
вязкость на выходе из канала, Па˙с 0,02-0,2 состав, мас. С 86,7-87,4
Н 10,2-10,8
S 1,26-1,39
N 0,3-0,5
зола 0,064 содержание металлов,
ррm 252
Ni 82
Fe 27 углеродный остаток по Конрадсону, мас. 23
состав окислителя, об.

О₂ 99,05
N₂ 0,01
А₂ 0,94
Н₂О
рабочие параметры:
топливо: массовый расход, кг/с 1,1-1,4
температура на входе в канал, ^оС 120-170 давление на входе, МПа 3,6-3,7
скорость топлива на выходе из канала, м/с 3,0-3,8 ширина щели, мм 3
кислородсодержащий газ:
отношение кислорода к топливу, кг/кг 1,0-1,3
отношение пара к топ- ливу, кг/кг 0,3-0,65 температура на входе, ^оС 210-220 давление на входе, МПа 3,6-3,7
распределение массовых расходов и скоростей, м/с:
центральный канал (5-40%) 21-42
первый концентричный канал 60-120
третий концентричный канал 60-120 массовые расходы через первый и третий каналы распределены поровну;
реактор: давление, МПа 0,1-12 температура, ^оС 1300-1450
Типичный состав неочищенного синтез-газа, об. сухого газа: СО₂ 5,3-9,1 Н₂ 0,1-0,3 О₂ 0,0-0,1 Н₂ 44,7-47,5 N₂ 0,1-0,4 СО 43,7-48,9 СН₄ 0,05-0,3
Неконвертированные углеродосодержащие продукты составляют приблизительно 0,3-4% от массы топлива. Эти продукты могут вводиться в исходное сырье.

В предпочтительном варианте реализации изобретения ресурс работы горелки можно увеличить путем подачи инертного газа (газ, который не реагирует экзотермически), например СО₂, СН₄ и т.п. через четвертый концентричный кольцевой канал, охватывающий третий канал. Таким образом можно обеспечить подъем корня факела и уменьшить тепловой поток к горелке.

Использование: для получения синтез-газа. Сущность: жидкое углеводородсодержащее топливо подвергают неполному окислению в присутствии кислорода. Кислород и топливо подают в зону окисления четырьмя потоками: через центральный канал и три концентричных канала горелки. Во второй концентричный канал подают топливо, имеющее удельный вес при 15°С 980-1018 кг/м³ и вязкость на выходе из канала 0,02 0,2 Па с, и его подают со скоростью 3,0 3,8 м/с, а кислород направляют в центральный, первый и третий концентричные каналы со скоростями 60 120, 21 - 42 и 60 120 м/с соответственно. 4 з.п. ф-лы.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИНТЕЗ-ГАЗА, включающий неполное окисление жидкого топлива в присутствии кислорода, отличающийся тем, что кислород и топливо подают в зону окисления четырьмя потоками через центральный и три концентричных канала горелки, причем во второй концентричный канал подают топливо, имеющее удельный вес при 15^oС 980 1018 кг/м³ и вязкость на выходе из канала 0,02 0,2 Па · с и его подают со скоростью 3,0 - 3,8 м/с, а кислород направляют в центральный, первый и третий концентричные каналы со скоростями 60 120, 21 42 и 60 120 м/с соответственно. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что кислород содержит добавку, выбранную из ряда: водяной пар, двуокись кислорода. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что окисление осуществляют при давлении 0,1 0,12 МПа. 4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что через центральный канал горелки подают 5 40 мас. кислорода. 5. Способ по пп.1 4, отличающийся тем, что через четвертый концентричный канал, охватывающий третий канал, подают инертный газ, не реагирующий с топливом экзотермически, выбранный из группы: пар, двуокись углерода, метан.