[发明专利]生产合成气的方法及烧嘴

说明书

本发明涉及在含氧氧化剂的存在下通过部分氧化液态或气态的含碳燃料来生产合成气的方法及烧嘴，其中氧化剂、燃料和调节剂分别提供给烧嘴，并且其中的燃料和调节剂在与氧化剂接触前先在烧嘴的混合室中进行混合。

含氢气体混合物通常被称作合成气，其可以用于多种合成反应。具体的例子包括甲醇合成，通过Haber-Bosch法或费-托合成(Fischer-Tropsch)生产氨。合成气可由固态、液态或气态的起始材料生产。

用于生产合成气的方法和装置在现有技术中是已知的。例如，存在数种不同的技术路线，其中液态或气态的含碳燃料和包含水蒸汽、二氧化碳及其混合物的调节剂被含氧气体部分氧化。使用的烧嘴的排出口直接进入燃烧室。

WO 2008/065182A1公开了一种生产合成气的方法，其中烧嘴具有多个喷嘴开口，这样烃燃料就可以被引导与氧化气体分开通过烧嘴。烃燃料和氧化气体通过用于调节剂气体的引管彼此分开。调节剂的排出速度大于氧化气体的排出速度。

US 2003/0085385 A1公开了一种方法，其中反应物烃燃料，蒸汽，氧气和循环水通过分开的通道被导向具有四料流注射器的烧嘴。通过这样的布局，可以使烃燃料得到更好的转化。

在由WO 95/32148A中已知的方法中，烧嘴的腐蚀应被避免，因为烃燃料和氧化剂被调节剂分开、平行地离开烧嘴，并且调节剂和燃料没有混合。

在这些已知的烧嘴中，在烧嘴喉部至少存在三个排出口，而且燃料的雾化是在烧嘴之外发生的。而在外部雾化的情况中，彼此相邻的离开的反应物之间必须存在很大的相对速度差，从而进行必需的雾化。这种调节剂和/或氧化剂的高离开速度形成了大的反应区。此外，传输设备(例如泵)会造成大量的能量输入。因此，喷嘴排出口处必须进行冷却，特别在瞬态条件(transient condition)下，比如在启动或停车操作时。在现有技术中，过早的材料磨损以及除去烧嘴喉部的物质也是一个大问题。

在DE 10156980B4中公开的在氧气存在下通过部分氧化液态或气态燃料生产合成气的方法中，分开向烧嘴供给燃料、含氧气体和雾化介质，雾化介质通过直接位于燃料中央开孔前面的一个或多个喷嘴进行膨胀。引导含氧气体通过雾化喷嘴的外侧，并进入同心环绕燃料与雾化介质的混合物的反应空间中。这样导致在烧嘴头部附近发生放热反应，而在瞬态条件下就会在烧嘴区域的反应器壁上造成大量的热量负荷。

不同于上述背景技术，本发明的目的在于提供一种替代的烧嘴，该特别用于瞬态条件下的操作的烧嘴被暴露于较小负荷。

在如上文所述的方法中，该目的通过本发明基本实现，其中将氧化剂通过烧嘴的排出口沿中央引入燃烧室，燃料和调节剂的混合物通过排出口同心环绕在氧化剂周围引入燃烧室。

令人惊奇的发现，，通过相对于现有技术调换介质引导可以有利的影响反应空间的温度分布，并因此降低了反应器壁和烧嘴组件的热量负荷。通过按照本发明导引介质，氧化剂(氧气、空气)与燃烧室中的合成气被屏蔽开来。

结果就是可以压制烧嘴喉部附近的放热反应。为了达到足够的雾化和和与燃料足够混合，建议根据本发明，将调节剂以30m/s-200m/s，优选80m/s-140m/s的速度射入混合室。有利的，将蒸汽、二氧化碳及其混合物，可能通过加入可燃气体，用作调节剂

根据本发明，以相对于烧嘴轴线10°-80°，优选40°-60°角度β将燃料导向调节剂射流，促进与调节剂的混合。为了实现高效雾化，根据本发明的一个方面，燃料和调节剂离开混合室的速度为30m/s-100m/s。

根据本发明的一个演化，通过集成在一个外壳内的多个烧嘴向燃烧室供给燃料。根据本发明，可以向每个烧嘴供给不同的燃料，并由此选择性的影响在燃烧室内的反应条件。

本发明还涉及用于生产合成气的烧嘴，其适用于运行本发明的方法。该烧嘴包括一个用于供给氧化剂的中央供给通道，环绕在中央供给通道周围的混合室，燃料和调节剂的供给管对混合室开放，还包括一出口管，通过该出口管从混合室中向烧嘴的排出口供给燃料和调节剂的混合物。根据本发明，出口管同心环绕在供给氧化剂的中央供给通道周围。

为了加速调节剂，供给调节剂的管道优选通过狭窄的环形间隙向混合室开放。

根据本发明的演化的烧嘴，供给燃料的管道和相对于和用于氧化剂的中央供给通道同轴导向的缓冲剂射流以相对于烧嘴轴线10°-80°，优选40°-60°的角度β相会。在混合室中，液态燃料从而和调节剂强烈混合，并被分散成细小物/小液滴。