部分氧化含碳燃料的方法

專利名稱：部分氧化含碳燃料的方法
技術領域：
本發明涉及通過部分氧化含碳燃料生產含一氧化碳的合成還原或燃料氣體的方法。
在燃料爐中，在水蒸汽存在的條件下使含碳燃料燃燒，以生產含有一氧化碳、二氧化碳和氫氣的氣體是眾所周知的使含碳燃料部分氧化的方法。得到的氣體可用作合成、還原或燃料氣體。在必須要從部分氧化法生產的氣體中除去二氧化碳時，一般的作法是將二氧化碳分離出來后排到大氣中。所以，采用已知的方法，不可避免地要向大氣排放大量的二氧化碳;另外一氧化碳的產率也比較低。
因此，本發明的目的是針對上述先有技術的缺點提供一種改進的方法，此方法能夠在用燃燒爐部分氧化含碳燃料法生產至少含一氧化碳，二氧化碳和氫的氣體時，克服現有技術的缺點。
本質上講，本發明的目的是靠下述這種方法實現的。在此方法中，從部分氧化的產物中分離出來的二氧化碳的一部分或全部再返回到燃燒爐中。如果需要，還可將其它二氧化碳源分離出來的二氧化碳也返送到燃燒爐中。
本發明的方法實施中，希望保持下述關系式(F)/(E) ×100＝10～200%
其中E表示，如果含碳燃料中的碳全部轉化成二氧化碳時，二氧化碳的量(Nm3/h);F表示返送到燃燒中的二氧化碳量(Nm2/h)。
本發明中所說的含碳燃料可是任何含碳物，它可是液體，氣體或固體。具體的例子有原油，燃料油，精餾殘渣，瀝青，含瀝青物，天然氣，液化石油氣，煤，焦碳和石油焦等。
在向含碳燃料部分氧化燃燒爐送入富氧空氣或基本上是純氧氣的同時，也向爐內送入作為溫度控制劑的水蒸汽，水或惰性氣體(如氮)。
部分氧化的產品氣體中含有一氧化碳(CO)，二氧化碳(CO2)，氫氣(H2)，甲烷(CH4)，硫化氫(H2S)，氮氣(N2)和水蒸汽等。
從部分氧化產物中分離和回收二氧化碳可以使用二乙醇胺(DEA)，單乙醇胺(MEA)，卡特卡伯(Catacatb)、伯恩費爾德(Benfield)、塞列克(Solecsol)或瑞克梯(Rectisol)工藝方法。
按本發明的方法，在燃燒爐中產生的全部二氧化碳返回燃燒爐變成一氧化碳。這就大大地減少了放到大氣中的二氧化碳的量。由于可以再從其它二氧化碳源給燃燒爐提供二氧化碳，將其轉化成一氧化碳，所以能提高一氧化碳的產量。
另外，本發明的方法還能顯著地改善氧和燃料的消耗。由于客觀上減少了排放到大氣的二氧化碳量，這樣就顯著減少了生產單位體積一氧化碳的燃料消耗，此時上述等式中F/E的值在20%到120%的范圍內。當F/E的值在10%到60%的范圍，能夠顯著改善生產單位體積一氧化碳的耗氧量。


圖1示出了實施本發明方法的流程圖;
圖2～10是本發明多種實驗效果的曲線，如下文詳述。
參看圖1，它表示具體實施本發明方法的系統。該系統包括有燃燒器2的燃燒爐1，含碳燃料，具體說是原油精餾殘渣，水蒸汽和氧供給燃燒器2。在送到燃燒器2之前，燃料和水蒸汽先在“T形”混合器3混合。爐1內上部是用耐火材料4襯的燃燒室5，而下部是氣體洗滌空間6。洗滌空間6與燃燒室5之間用窄通道7聯通。洗滌空間6有水浴槽，水面高度位于其中間，并有入水通路8和出水通路9都是上部在空間下部浸在水中。入水通路與窄通道7同軸，而出水通道9軸向環繞在入水通道8之外。為向通道8上部的內壁供水使其內壁表面形成水膜，還裝有冷卻環(圖1中沒有劃出)。
爐1的氣體出口10通過文丘里(Venturi)式集塵器11，碳洗滌器12和熱回收器31與吸收塔14聯通，吸收塔14是按照二乙醇胺工藝操作的形式。再生塔15使在吸收塔14吸收了CO2和H2S的二乙醇胺再生，在其底部配置再沸器15a。
吸收塔14和再生塔15之間由管線16和17聯結。在管線16和17相交的位置有換熱器18。管線17上有泵19和冷凝器20。循環管線21與再生塔15的頂端聯結，管線內有冷凝器22，氣水分離器23和泵24。
為使CO2從分離器23返回燃燒爐1，配置管線26。管線27與26聯結，其它來源的CO2可通過管線27到26，再到燃燒爐1。管線26上有壓縮機28和脫硫裝置30。
通過燃燒器2，含碳燃料，水蒸汽和氧送入燃燒爐1，燃料在燃燒室5內部分氧化，部分氧化產生了主要含有CO，H2和CO2的氣體，但其中也有少量的H2S，N2和CH4以及沒有氧化的碳和少量的灰分。氣體朝下流入洗滌空間6并且穿過入水道8和出水道9之間的部分，由此除去了其中的碳和灰分。離開爐1的氣體進入集塵器11，在此除塵，離開集塵器11后氣體進入碳洗滌器12，在此處除掉其中殘留的少量碳。
凈化后的氣體進入吸收塔14底部，此處有低溫二乙醇胺，吸收氣體中的H2S和CO2，剩下的氣體主要由H2和CO組成，氣體從頂部離開吸收塔，并通過管線29離開此系統。
再看二乙醇胺再生，二乙醇胺從吸收塔14的底部出來，經過熱交換器18加熱，再進入再生塔15頂部。在此塔內將二乙醇胺在吸收塔14內吸收的二氧化碳除去，并由此再生了二乙醇胺。從再生塔出來的二氧化碳通過分離器23進入管線26，同時經過再生的二乙醇胺經過換熱器18和冷卻器20冷卻后返回到吸收塔14的頂部。管線26中的二氧化碳在脫硫器30中脫硫，經壓縮機28送到爐1中，當然也可與由管線27另外提供二氧化碳一起送到爐1中。
下文更具體地通過上述系統進行的試驗敘述本發明。
實驗1熱值為10270千卡/kg的精餾殘渣(C重油)作為燃料，其成分為(重量%)C84.90S2.67H11.90O0.285N0.23灰分0.015
此重油與氧和水蒸汽及另加的二氧化碳按下述比例送入圖1所示的燃燒爐1中。
油532kg/小時水蒸汽60Nm3/小時氧413Nm3/小時 CO2(另加)70Nm3/小時從再生塔15出來的所有CO2都通過管線26返回到爐1中，此處的70Nm3/小時的CO2是從其它二氧化碳源另外加入的。按照后面將要解釋的方法計算，對系統來說，換算或二氧化碳后重油和二氧化碳的供應總量為489kg/小時。
在爐1中維持溫度為1350℃，壓力為22kg/cm2(表壓)。對爐1的部分氧化產物氣體進行成分分析，并測定每種成分的量，結果如表1所示。
表1組成(體積%) 數量(Nm3/小時)H237.0 627CO53.1900CO28.4 148H2S 0.9 15N2等 0.6 10總和100.01695
離開吸收塔14的氣體量為1537Nm3/小時，其中CO2含量為200ppm。結果，通過管線29離開本系統的CO2的量只有0.3Nm3/小時，按碳計只有0.16kg/小時。按重油中的碳全部轉化成CO2計，E的計算值為843Nm3/小時E＝532kg/小時×84.90%×22.4/12＝843Nm3/小時.
這樣，燃料和另加的CO2供應總量，按CO2計為913Nm3/小時，或按C計為489kg/小時。因此可以說，多達99.96%的供應到系統中的碳被轉化或一氧化碳，只有0.04%的碳沒有轉化成一氧化碳排到大氣中。F/E值達到25.2%。每生產1Nm3的Co，消耗的氧只有0.459Nm3，燃料油只有0.591kg。
實驗2-8按表2所示，用不同量的精餾殘渣，水蒸汽，氧和二氧化碳供給爐1，進行圖1所示系統的操作。表2也表示了每次實驗的結果，即，燃燒爐部分氧化產物氣體的量，產品一氧化碳的量(根據組成比例計算出來的)，F/E值，排放到大氣的二氧化碳量，氧氣和精餾渣或重油的消耗。圖2-4表示出表2中的結果的某些曲線。
實驗1-6都取得良好結果。實驗7中，提供給爐的二氧化碳量為0，與實驗1-6相比，向大氣排放大量的二氧化碳，而且重油消耗比任何其它實驗都高出很多。實驗8中，F/E值超過200%，結果，除比實驗7外，比其它實驗排放二氧化碳的量都多，而且燃料消耗量也大。
實驗9-13這些實驗是用下述組成和熱值的天然氣進行，天然氣，氧，水蒸汽和二氧化碳的量各不相同，如表4所示。其它條件按實驗1的條件進行。天然氣的組成為(重量%)。
C73.40S-H22.76O0.76N3.08灰分-熱值為12570大卡/kg。
表3示出實驗10從爐1收集氣體的組成，以及按計算確定的每種組分的量。
表3組成(體積%) 量(Nm3/小時)H247.2 1011.8CO42.0900CO210.0 214.4H2S 0 0N2等 0.8 17.4總和100.02143.6
表4示出每項實驗結果，有作為部分氧化產物從爐1收集的氣體量，按氣體組成比例計算確定的一氧化碳產品量，F/E值，放到大氣中的二氧化碳量，氧和天然氣的消耗量。圖5-7示出某些實驗結果的曲線。
實驗10-13都得到良好結果。但在二氧化碳的F值為0的實驗9中，排放到大氣的二氧化碳量和天然氣消耗量都意想不到地大。
實驗14-18這些實驗用組成和熱值如下所述的石腦油為燃料進行，除石腦油、氧、水蒸汽和二氧化碳的量按表6所示之外，圖1所示系統的操作按實驗1的條件進行。
石腦油組成(重量%)C83.80S-H16.20O-N-灰分-熱值為11270大卡/kg。
表5示出實驗15中從爐1收集氣體的組成和計算出來的每種組分的量。
表5組成(體積%) 量(Nm3/小時)H235.3 625.8C50.8900CO213.8 244.6H2S 0 0N2等 0.1 2.3總和100.01772.7
表6示出每次實驗的結果，其中有作為部分氧化產物從爐中收集氣體的量，按氣體組成比例計算出的一氧化碳的產量，F/E值，放到大氣中的二氧化碳量，石腦油和氧的消耗量。圖8-10示出這些實驗的某些結果曲線。
在實驗14中CO2的F值為O，而在實驗18中CO2的F值超過200%，結果在這二個實驗中排放到大氣的CO2的量都非常之大。與之相反，實驗15-17都證實了在排放到大氣的CO2的量和石腦油消耗二方面都取得了滿意的改善。
上述的所有實驗結果都證實，F/E值在10%～20%之間，特別是在10%～60%之間，能夠顯著地減少排放到大氣的二氧化碳量，由此明顯的改善CO2→CO的轉化率，并能大大減少氧和碳料的消耗。
權利要求
1.在燃燒爐中部分氧化含碳燃料生產至少含有一氧化碳，二氧化碳，氫氣的氣體的方法，其特征在于，從所說的氣體中分離出二氧化碳并至少將部分分離出來的二氧化碳返送回所說的爐中。
2.權利要求1所述的方法，其特征在于，將從其它二氧化碳源提供的二氧化碳與所說的分離出來的二氧化碳一起送到所說的爐中。
3.權利要求1或2所述的方法，其特征在于，送到爐中的二氧化碳的量滿足下述關系式F/E×100＝10%～200%其中F表示送到所說爐中的二氧化碳的量(Nm3/h)，包括循環到爐中的二氧化碳;E表示所說燃料中的碳全部轉化成二氧化碳的量(Nm3/h)。
4.權利要求3所述方法，其中所說F/E值為10%～60%。
5.權利要求1-4中任一項所述的方法，其特征在于，至少將氧氣或含氧氣體，水蒸汽和所說燃料一起送入所說燃燒爐中。
全文摘要
在燃燒爐中部分氧化含碳燃料以生產至少含一氧化碳，二氧化碳和氫氣的混合氣體時，從燃燒爐出來的混合氣體中分離二氧化碳，并將部分或全部分離出來的二氧化碳返回燃燒爐中。另外，也可將其它二氧化碳源供應的二氧化碳送入燃燒爐中。
文檔編號C10J3/72GK1047524SQ9010376
公開日1990年12月5日 申請日期1990年5月24日 優先權日1989年5月24日
發明者辻野敏男, 宮地勝已, 曾我邦雄, 岡田一夫 申請人:宇部興產株式會社