專利名稱：用諸如重質原油和蒸餾殘渣之類的重質原料通過部份氧化生產合成氣的方法
技術領域：
本發明涉及用諸如重質原油、從油砂提取的瀝青和蒸餾殘渣之類的重質原料通過部分氧化生產合成氣的方法。
背景技術：
把重質原油、從油砂提取的瀝青和石油殘渣轉化為高質產品大致可以有兩種方法一是單獨加熱形成中間產品合成氣；二是通過氫化處理。
就單獨加熱法而論，把重質原料和氧及諸如蒸汽之類的燃燒減速劑一起加熱到高溫(1000攝氏度以上)生產出合成氣，這已是眾所周知的。
在高溫下一切反應都達到平衡，取得的H2/CO克分子比一般都會使CO濃度保持得很高，CO2的生成很少，無論是用于化學方面，還是用于適當的聯合循環系統燃燒發電，一氧化碳都是組成這種合成氣的碳燃燒產品。
在很高溫度下生成的這種氣體必須冷卻，以回收所含的熱，并使之能得到處理，以除去如重質原料中所含的金屬微粒、硫化氫及其他化合物。
冷卻可以通過與適當的表面進行熱交換的辦法實施，或以注水的方法實施從而有利于分離微粒或油煙(加入的重質原料未完全燃燒形成的碳微粒)。
在這方面先后已有許多專利，其中特別提一下US 2828326、US3980950、US 4605423、US 4705542和US 4704137。
可以從這些專利中注意到了解并盡量保持H2/CO克分子比恒定是多么重要；可是這也引起了一個嚴重問題，因為所述比大約小于1，但有上升到大于1的傾向，會明顯影響這種氣體以后的使用。
US 2818326說明了一種生產合成氣的方法。這種方法就是用含碳燃料與含氧氣體一起部分氧化產生合成氣，然后以直接向其中注水的方法冷卻所獲得的合成氣，接著再把水分離開，分離的方法是用周圍包著兩端開口的同心管的加合管，從而形成一個圓環，冷卻的氣和水可以穿過這個圓環上升。該專利還特別建議把排出的熱氣在很短的時間內從2000°F冷卻到600°F，以防止一般導致游離碳和碳氫化合物生成的降解反應，但沒有具體說明時間要短到何種程度。
US 4705542包括對上面專利的說明，建議工作速率為2-9米/秒，冷卻以0.1-1秒的接觸時間進行，優選方案為0.1-0.5秒。
盡管上面的兩個專利作了說明，雖然冷卻是以加液態水并在建議的短暫的冷卻時間內進行的，但是可以發現并不足以保證這種方法能正確起作用。
眾所周知，事實上，除了上面提到的降解反應外，其中有Bouduart反應(ΔH°＝-173kj/mole)，這種反應有形成含碳固體微粒的缺點，而加水有利于水氣變換反應(ΔH°＝-41.115kj/mole)。
達到水氣變換反應慢到足以能有盡可能多的選擇所需的大約900℃的時間特別關鍵。
作為熱力學的結果，這種反應由于溫度越來越低而趨于向右。
這樣獲得的合成氣有較低的熱功率，氫含量更高，一氧化碳含量更低，而二氧化碳濃度提高。
在沒有有效冷卻控制合成氣的成分的情況下，必須以更少一些蒸汽實施氣化。
這一切導致各種各樣的缺點，其中最重要的有—生成油煙；—由于發熱的水氣變換反應和除去生成的油煙(這也是危險的廢物)而損失熱容量；—有侵蝕和/或腐蝕，這導致使用更貴的材料。
所有這些缺點都會引起工作中斷。
然而，以直接注水的方法冷卻并附帶去除油煙時，已發現在合成氣上升噴涌穿過下面液體的設備中形成高溫氣泡，在液體中分布不佳，因而可以預期會引起設備工作不正常(起泡沫，水平面不齊，液態水中夾帶合成氣，把合成氣帶進液相)。
為了避免上述缺點并同時減少在整個分離出的水的高紊流條件下產生的泡沫，我們已經發現所述加合管的下端與所述同心管下端之間的距離必須等于或高于一定的值，所述一定的值決定于加合管下端的直徑和合成氣的具體流速，從而防止噴出的合成氣穿出超過所述開口的同心管的下端。

發明內容
作為本發明目的的用重質原料生產合成氣的方法包括所述重質原料與氧或富含氧的空氣在有蒸汽，溫度高于1000℃，壓力最好在等于或高于20個大氣壓的情況下部分氧化；其后用直接向其中注水的辦法對所取得的合成氣冷卻，接著再把水分離開，分離的方法是用周圍包著兩端開口的同心管的加合管，從而形成一個圓環，冷卻后的合成氣和水可以穿過所述圓環上升。其特征是加合管的下端與開口的同心管下端之間的距離L必須等于或大于所述加合管下端直徑的x倍，所述x隨合成氣的具體流速F而變化，用千克/小時/厘米2表示，可以根據以下公式計算x＝0.026F+0.15。
處理的重質原料可以有各種來源可以選自重質原油、蒸餾殘渣、來自催化處理的重油，例如來自催化裂化處理的重質循環油、熱焦油(例如來自減粘裂化或類似的熱加工過程)、來自油砂的瀝青、各種煤以及業界一般認為是“黑油”的其他高沸點碳氫化合物性質的原料。


下面提供本發明帶附圖的優選實施例，然而，絕不應認為它限制本發明的范圍。
圖1示出本發明的一個實施例的示意圖
具體實施例方式
圖1是實施例的示意圖，其中，從重質原料部分氧化取得的含碳微粒合成氣1的冷卻是以直接注水2于合成氣之中的辦法進行的，接著在適當的容器R內把注入的水分離開，其方法是用一根被兩端開口的同心管TC包著的加合管TA，從而形成一個圓環，冷卻的合成氣和水可以穿過所述圓環上升。
加合管下端與開口的同心管下端之間的距離L必須等于或大于所述加合管下端直徑的x倍，其中x隨合成氣的具體流速F而變化，單位用千克/小時/厘米2表示，可以根據以下公式計算x＝0.026F+0.15。
水與含碳微粒一起從所述容器的底部3除去，而冷卻的合成氣則從側方的點4排出。
下面提供幾個例子，但絕不應認為這些例子限制本發明的范圍。
例1部分氧化以進料量為包括瀝青質殘渣在內的重質原料30t/h和氧氣31t/h，在溫度1350℃，壓力72atm的情況下加有蒸汽19t/h的條件下進行，獲得合成氣96200Nm3/h，所述合成氣以直接向其內注水的辦法冷卻，注入的水部分汽化，把氣相流速提高到117500Nm3/h，接著，按照附圖的安排把液態水分離開，加合管下端的直徑D為0.8m。
因為流速F＝18.79kg/h/cm2，x的值為0.64，所以所述距離L必須等于或大于0.51m。
在選擇所述距離L＝0.55m之后，可以看到系統的工作正常，沒有起泡沫的問題，所述同心管外的整個液體內沒有氣泡形成或者說調節水平沒有困難，證明幾乎全部氣相都在所述加合管與同心管之間的圓環內的上升，不影響包含液相的容器。
例2部分氧化以進料量為包括瀝青質殘渣在內的重質原料30t/h和氧氣31t/h，在溫度1350℃，壓力72atm的情況下加有蒸汽19t/h的條件下進行，獲得合成氣96200Nm3/h，所述合成氣以直接向其內注水的辦法冷卻，注入的水部分汽化，把氣相流速提高到117500Nm3/h，接著，按照附圖的安排把液態水分離開，加合管下端的直徑D為0.6m。
因為流速F＝33.40kg/h/cm2，x的值為1.02，所以所述距離L必須等于或大于0.61m。
在選擇所述距離L＝0.65m之后，可以看到系統的工作正常，沒有起泡沫的問題，所述同心管外的整個液體內沒有氣泡形成或者說調節水平沒有困難，證明幾乎全部氣相都是在所述加合管與同心管之間的圓環內上升的，不影響包含液相的容器。
例3(比較)部分氧化以進料量為包括瀝青質殘渣在內的重質原料30t/h和氧氣31t/h，在溫度1350℃，壓力72atm的情況下加有蒸汽19t/h的條件下進行，獲得合成氣96200Nm3/h，所述合成氣以直接向其內注水的辦法冷卻，注入的水部分汽化，把氣相流速提高到117500Nm3/h，接著，按照附圖的安排把液態水分離開，加合管下端的直徑D為0.8m。
用所述距離L＝0.45m，可以看到系統的工作不正常，所述容器內難以調節水平，原因是存在氣相，其形式是大氣泡，所述氣泡上升到同心管外的液相中，而不是進入加合管與同心管之間的圓環內。
權利要求
1.一種用重質原料生產合成氣的方法，所述方法包括重質原料與氧或富氧的空氣在有蒸汽，溫度高于1000℃，壓力等于或高于20個大氣壓的情況下部分氧化；其后用直接向其中注水的辦法對所取得的合成氣冷卻，接著再把水分離開，其方法是用兩端開口的同心管包著的加合管，從而形成一個圓環，冷卻后的合成氣和水可以穿過所述圓環上升，所述方法的特征是加合管下端與開口的同心管下端之間的距離(L)等于或大于所述加合管下端直徑的x倍，其中x隨合成氣的具體流速(F)而變化，單位用千克/小時/厘米2表示，可以根據以下公式計算x＝0.026F+0.15。
全文摘要
用重質原料生產合成氣的方法。所述方法包括重質原料與氧或富氧的空氣在有蒸汽，溫度高于1000℃，壓力等于或高于20個大氣壓的情況下部分氧化；其后用直接向其中注水的辦法對所取得的合成氣冷卻，接著再而把水分離開。其方法是用兩端開口的同心管包著的加合管，從而形成一個圓環，冷卻后的合成氣和水可以穿過所述圓環上升。其特征是加合管下端與開口的同心管下端之間的距離(L)等于或大于所述加合管下端直徑的x倍，其中x隨合成氣的具體流速(F)而變化，單位用千克/小時/厘米
文檔編號C10K1/02GK1486924SQ0313308
公開日2004年4月7日 申請日期2003年7月25日 優先權日2002年7月26日
發明者多梅尼科·圣菲利波, 多梅尼科 圣菲利波, 米拉卡, 伊萬諾·米拉卡 申請人:斯南普羅吉蒂聯合股票公司