专利名称：：在制备合成气过程中稳定火焰的方法
技术领域：
：本发明涉及一种在通过气态含烃燃料和含氧气体的部分氧化制备合成气的过程中稳定火焰的方法。在制备合成气的这样一种方法中，用作氧化剂的含氧气体和气态含烃燃料通过燃烧器供应到气化区，例如，多孔(同环)燃烧器，它包括n个同心设置的路径或通道，这些路径或通道与燃烧器的纵轴共轴，其中n是大于2的整数，在该区域，在适当的条件下自热地产生了含有合成气的气流。这样的同环燃烧器包括基本上为园筒形的内件，这些内件隔开氧化剂和含烃燃料，直到它们到达燃烧器的出口。作为氧化剂的含氧气体，通常是空气或(纯)氧气或蒸汽或其混合物。为了控制气化区的温度，可以向该区域供应一种调节气体(例如，蒸汽、水或二氧化碳或其混合物)。调节气体可以通过燃烧器的燃料通道、氧化剂通道或一个单独通道供应。本领域的技术人员知道应用氧化剂和调节气的条件。合成气是含有一氧化碳和氢气的气体，它例如用作干净中热值燃料气，或用作合成甲醇、氨或烃的原料，后一种合成产生了气态烃或诸如汽油、柴油、润滑油和蜡的液态烃。在说明书和权利要求书中，术语气态含烃燃料是指在气化器进料压力和温度下是气态的含烃燃料。在已有的方法中，合成气是在反应器容器中，在1000-1800℃的温度和0.1MPa-12MPa的绝对压力下，用含氧气体部分氧化气态燃料，如气态烃，特别是石油气体或天然气生产的。合成气经常在原油精炼厂或其附近生产，因为所产生的合成气可以直接用作生产柴油、氨、氢气、甲醇的原料或用作燃料气，如用于加热精炼炉或更有效地用于开动燃气发动机以生产电或热。在用于制备合成气的部分氧化过程中的气体燃烧器中，由于高温渗碳和氧化，燃烧器的寿命受端部(tip)收缩现象的限制。由于这一现象的存在，会发生燃烧器的严重损坏，反应器的在线时间将受到限制。因此，需要一种与现有燃烧器相比，寿命长且对上述现象不敏感的燃烧器。已提出一种燃烧器，其中反应物的流动和混合方式保证燃烧器各部分不与燃烧区的高温气体接触，这种燃烧器可以在高的火焰温度下操作，不会发生燃烧器损坏。(参看“Improvesyngasproductionusingautothermalreforming”TSChristensenandIIPrimdahlin“HydrocarbonProcessing”March1994，p.42)。然而，如果火焰从燃烧器上升，可能导致组成发生不希望变化的产品气体混合物，和反应器内温度的变化。其结果是可能产生噪声(超过120dB)，以及燃烧器和气化器的强烈机械振动。这种振动对反应器的耐火衬是有害的。现已发现，通过火焰稳定可以有利地影响燃烧器的性能，因此，应注意稳定燃烧器端部的火焰。本发明的一个目的是提供一种在燃烧器端部稳定火焰的方法，以解决上述问题。因此，本发明提供了一种在通过部分氧化气态含烃燃料制备合成气的过程中，在燃烧器内件的端部上稳定火焰的方法，该方法包括以下步骤a)通过燃烧器向反应器提供气态含烃燃料、调节气体和氧化剂，其中调整调节气体的质量流量，使得调节气体的浓度不超过预定极限；b)创造工艺条件使火焰接触燃烧器内件端部；c)当火焰从燃烧器内件端部上升时，再调整燃料和/或氧化剂和/或调节气体的速度和质量流量，以便再次将火焰稳定在燃烧器内件端部上；其中在步骤c)中调节气体的浓度不超过步骤a)中的所述极限。专业技术人员知道其中火焰接触燃烧器端部的普通燃烧器设计条件。在这种方式中，火焰可以稳定在燃烧器内件的端部上，通过供应少量的调节气体，可以制备具有相对高CO/H2比率的富含CO的产品气体，这对下游的处理过程，如ShellMiddleDistillatesProcess(SMDS)，是有利的。燃烧器内件端部由能耐住这种火焰的适当材料制成，例如，陶瓷材料(如碳化硅或氮化硅)、贵金属或其合金(如Pt和/或Rh)。因为火焰在燃烧器出口处发出一种声音，可以通过噪声的水平的变化观察火焰从燃烧器内件的端部上升。噪声的水平例如可以利用(压敏电阻)压力转换器监视。另一种监视火焰上升的可能性是光学方法，例如，利用可以插入燃烧器通道，如燃烧器中心通道的光学探头。火焰上升产生不同的可供分析的火焰光谱。本发明是基于这的一种想法在给定的工艺条件(如生产量、压力、温度等)下，尤其通过调整调节气体的浓度，可以监视火焰相对于燃烧器出口的位置/稳定性。在用组成上发生变化的天然气作为原料，或组成上发生变化的循环气被添加到天然气原料中的情况下，火焰的监视/控制具有特别的重要性。有利的是，可以在气态含烃燃料和氧化剂之间的通道中，以如3-10m/s的速度，供应诸如蒸汽或CO2的调节气体。通道的宽度为如1-2mm。现在参照实施例A、B和C对本发明进行更详细的描述。进料具有如下型组成的天然气CH494.4％(体积)C2H63.0％C3H80.5％C4H100.2％C5H12+0.2％CO20.2％N21.5％该原料向燃烧器的供应温度为150-400℃。氧化剂是99.5％的纯O2，供应温度为150-300℃。燃烧器在稳定火焰模式下操作，典型反应器压力为2-7MPa，反应器/合成气温度为1200-1500℃。调节气体为蒸汽。实施例A表示一个燃料速度大于氧化剂速度的燃烧器(喷燃料燃烧器(fuelblastburner))，实施例B和C表示氧化剂速度大于燃料速度的燃烧器(喷氧气燃烧器(oxygenblastburner))。</tables>在天然气也含有调节气体的情况下，可以添加到氧化剂中的调节气体的最大量需要降低以保证火焰的稳定。在调节气体也含有CO2或N2的情况下，可以改变调节气体在氧化剂中的最大摩尔浓度以保证火焰的稳定。这些下降或改变是与预混合的化学计算量的氧化剂和燃料的混合物的层流焰速度的变化相一致的，这一点是本领域内的专业技术人员所熟知的。在直到燃烧器出口才将调节气体添加到氧化剂中，但调节气体是经氧化剂通道与燃料通道之间的小通道或缝注入的这种情况下，调节气体可以含有总量多达20％的CO、H2和烃。在这种情况下，调节气体通常是以5-10m/s的速度流过1-2mm宽的缝。本领域内的技术人员可以理解，任何适合于这一目的的燃烧器缝宽都可以使用，这取决于燃烧器的生产能力。有利的是，燃烧器的第一或中心通道具有高达70mm的直径，因此，剩下的同心通道具有1-20mm的缝宽。如果氧化剂中调节气体的浓度大于20％，当氧化剂的速度大于燃料的速度时，会出现火焰从燃烧器内件的端部上升。如果氧化剂中调节气体的浓度大于30％，当燃料的速度大于氧化剂的速度时，会出现火焰从燃烧器内件的端部上升。通过前面的描述，对本领域内的技术人员来说，本发明的各种改进将变得很明显。这些改进将落入本发明的所附权利要求书的范围内。权利要求1.一种在通过部分氧化气态含烃燃料制备合成气的过程中，在燃烧器内件的端部上稳定火焰的方法，该方法包括以下步骤a)通过燃烧器向反应器提供气态含烃燃料、调节气体和氧化剂，其中调整调节气体的质量流量，使得调节气体的浓度不超过预定极限；b)创造工艺条件使火焰接触燃烧器内件端部；c)当火焰从燃烧器内件端部上升时，再调整燃料和/或氧化剂和/或调节气体的速度和质量流量，以便再次将火焰稳定在燃烧器内件端部上；其中在步骤c)中调节气体的浓度不超过步骤a)中的所述极限。2.根据权利要求1的方法，其中燃烧器是多孔(同环)燃烧器，包括n个同心设置的路径或通道，这些路径或通道与燃烧器的纵轴共轴，其中n是大于2的整数。3.根据权利要求1或2的方法，其中火焰被监视。4.根据权利要求3的方法，其中通过噪声检测，如借助于压力转换器，来监视火焰。5.根据权利要求3的方法，其中火焰是光学监视的。6.根据权利要求5的方法，其中火焰是通过插入燃烧器通道的光学探头监视的。7.根据权利要求6的方法，其中光学探头插入燃烧器的中心通道。8.根据权利要求1-7中任何一项的方法，其中端部是由陶瓷、贵金属或其合金制成。9.根据权利要求2-8中任何一项的方法，其中调节气体通过气态含烃燃料通道和氧化剂通道之间的通道或缝。10.根据权利要求1-8中任何一项的方法，其中调节气体与气态含烃燃料一起供应。11.根据权利要求1-8中任何一项的方法，其中调节气体与氧化剂一起供应。12.根据权利要求1-11中任何一项的方法，其中调节气体是蒸汽、水、二氧化碳或其混合物。13.根据权利要求1-12中任何一项的方法，其中燃料速度大于氧化剂速度，并调整调节气体的质量流量，使氧化剂中调节气体的浓度小于30vol％。14.根据权利要求1-12中任何一项的方法，其中氧化剂速度大于燃料速度，并调整调节气体的质量流量，使氧化剂中调节气体的浓度小于20vol％。全文摘要一种在通过部分氧化气态含烃燃料制备合成气的过程中,在燃烧器内件的端部上稳定火焰的方法,该方法包括以下步骤:a)通过燃烧器向反应器提供气态含烃燃料、调节气体和氧化剂,其中调整调节气体的质量流量,使得调节气体的浓度不超过预定极限;b)创造工艺条件使火焰接触燃烧器内件端部;c)当火焰从燃烧器内件端部上升时,再调整燃料和/或氧化剂和/或调节气体的速度和质量流量,以便再次将火焰稳定在燃烧器内件端部上;其中在步骤c)中调节气体的浓度不超过步骤a)中的所述极限。文档编号F23D14/74GK1187170SQ96194509公开日1998年7月8日申请日期1996年6月5日优先权日1995年6月6日发明者P·奥特韦恩,H·M·温蒂尼克申请人:国际壳牌研究有限公司