专利名称：启动煤气化反应器的方法
技术领域：
本发明涉及在立式细长气化反应器中进行的碳质燃料、特别是固 体或液体含灰分的碳质燃料的加压气化过程的启动方法。
背景技术：
碳质燃料的气化包括通过在气化反应器中用含氧气体使由气体或 液体栽体载带的细分碳质燃料部分燃烧。在气化反应器中通过火焰使
碳质燃料和含氧气体部分燃烧，形成主要含H,和CO的气态混合物。 碳质燃料与含氧气体的反应需要在气化反应器中实现高温和高压。根 据例如GB-A-2159267,为燃烧重质、难以点燃的燃料例如粉煤，使用 不太容易熄火的燃料产生相对小的启动火焰。
US-A-4372754描述的加压气化过程的启动方法中，在将煤加入主 气化燃烧器之前，点燃点火燃烧器、检测火焰、启动启动燃烧器。该 出版物特别涉及点火燃烧器的设计，其中所述燃烧器位于反应器的下 部。
US-A-2008/0000404描述的气流床气化反应器的启动方法中，所述 气流床气化反应器具有多个向下点火的燃烧器。在气化过程中，将粉 化燃料供应至燃烧器中存在的粉化燃料槽。在启动顺序中，首先将气 化反应器升高至至多100bar的选定操作压力下。之后，将燃料气加入 燃烧器的粉化燃料槽。持续供应燃料气，直至检测到的点火燃烧器的 热量和可燃的燃料气-氧的火焰足够高以确保点燃粉煤。一旦已经达到 这个点，终止向单个燃烧器供应燃料气，并开始向所述燃烧器供应粉 煤。
GB-A-n59267描述了粉煤加压气化的启动方法以及在所述方法中 使用的启动燃烧器。在这个方法中，启动燃烧器用于点燃主燃料(即粉煤)流，和使气化反应器的燃烧室加压。GB-A-2159267的启动燃烧器 具有辅助燃烧器形式的内设点火设备，并配有光学纤维形式的火焰检 测器。通过火花引燃气态可燃混合物产生火焰而点燃启动燃烧器。该 火焰用于点燃燃料和含氧气体。
JP-A-2002161283描述了煤气化器的启动方法。所述气化器包含在 加热炉内设置的两个煤燃烧器和放置在加热炉下部排渣口之下的排渣 口燃烧器。排渣口燃烧器用于加热排渣口以防止排渣口在启动期间被 炉渣堵塞。
虽然GB A-2159267描述了启动的主要步骤，但是它完全不是直接 涉及如何启动具有多个气化燃烧器的气化反应器。
发明内容
本发明的目的是提供在含有至少 一对沿直径设置和水平点火的气 化燃烧器的气化反应器中气化固体燃料的启动方法。
通过本发明利用下列方法实现了上述目的。加压气化过程的启动 方法，其中使用固体或液体含灰分碳质燃料作为进料，在具有一对或 多对沿直径设置和水平点火的气化燃烧器的立式细长气流床气化反应 器中进行，其中进行了下列步骤
(a) 将点火燃烧器插入气化反应器中，点燃点火燃烧器和检测火
焰；
(b) 将启动燃烧器插入气化反应器中和将烃燃料和含氧气体的物 流供应至启动燃烧器，点火燃烧器的火焰点燃启动燃烧器，和使气化 反应器中的温度升高至700-1000X:的温度和使气化反应器中的压力 升高至5-20bar的压力；
(c) 将碳质燃料和含氧气体供应至第一气化燃烧器，和随后将另一 部分的碳质燃料和另一部分的含氧气体供应至沿直径设置的第二气化 燃烧器；
(d) 终止进入启动燃烧器的烃燃料的物流和含氧气体的物流；
(e) 任选对于任意其它对沿直径设置和水平点火的气化燃烧器重复步骤(c);
(f)将气化反应器中的压力进一步升高至20-100bar的操作压力。 申请人:发现通过进行本发明的方法，可以完美地地启动气化过程。 另一个优点是在步骤(b)中仅将压力增大至5-20bar和在步骤(c)-(e) 的整个过程中维持所述压力是有利的，因为这将导致对于烃燃料进料 系统的更低的上游压力要求。
图1图示了根据本发明使用的气化反应器的径向截面。 图2图示了根据本发明使用的气化反应器的沿轴A-A的纵向截面 的一部分。
具体实施例方式
在气化过程中，用含分子氧的气体使碳质燃料部分氧化。部分氧 化优选在100Q-180Gt:和更优选在1200-1800。C的操作温度下进行。进 行部分氧化的操作压力优选是0. 3-12 MPa和优选2-10MPa。气化反应 器是如C. Higman和M. van der Burgt, 2003， Elsevier Science, 第5. 3章，第109-128页的"Gasification"中所描述的所谓的气流 床气化反应器。根据本发明，经一对或多对沿直径设置的燃烧器将碳 质燃料和含氧气体并流供应至气流床气化反应器。气化反应器的内壁 优选通过流动通过所述壁中存在的导管的水或蒸发水冷却。更优选所 述壁由互相连接的导管组成。这样的壁称为膜式水冷壁。操作条件使 得所述过程在造渣模式中操作，这表示操作温度高于灰分的熔点。适 合地通过用蒸发水直接急冷、通过与蒸发水间接换热或通过这些冷却 步骤的组合，使得当通过该气化过程获得的合成气在操作条件下排出 气化反应器时优选被冷却至低于IOOO'C的温度、优选低于60(TC的温 度。适合地，在气化反应器的下端从所述反应器中排出炉渣和其它熔 融固体。
步骤(a)中，气化反应器优选处于热备用条件下。本文中术语"热备用"指反应器内的温度是约200'C。这可通过在一定压力下引导蒸 汽通过气化反应器的任选膜式水冷壁的导管适合地实现。在步骤(a) 之前，优选用惰性气体例如氮沖洗和充满气化反应器。
气化反应器配有一对或多对基本水平点火的沿直径相对设置的气 化燃烧器，所述一对或多对气化燃烧器的高度相同或不同。燃烧器优
选是带有用于含氧气体的通道以及用于燃料和任选的流体或气态栽体 介质的通道的同环燃烧器。US-A-451874和US-A-4523529中描述了适
合的气化燃烧器的实例。优选气化反应器将具有基本水平点火的沿直 径相对设置的燃烧器。更优选气化反应器在一个高度上具有4个或6 个这样的燃烧器。为增大生产能力，有利的是在多个高度上均配有一 对或多对燃烧器。适合地，可以存在两个这样的高度。
含灰分的燃料可以优选是煤，例如无烟煤、褐煤、烟煤、次烟煤 和褐煤(lignite)。替代碳质原料的实例是石油焦、生物质、泥煤和 从焦油砂提取的重质渣油或在脱沥青过程中从所述渣油中分离的沥青 馏分。
适合的含灰分的生物质衍生原料是通过烘烤生物质源获得的固体 生物质原料。烘烤优选与压缩或造粒步骤组合以使生物质进料更适用 于其中将生物质以所谓的千态进行供应的气化过程中。烘烤生物质源
材料已公知，和例如在2002年5月份在Kuala Lumpur举行的第6届 Asia-Pacific International Symposium on Combustion and Energy Uti 1 ization上的M. Pach， R. Zanzi和E. Bjornbom的Torrefied Biomass a Substitute for Wood and Charcoal中，以及在Bergman, P. C. A. ， "Torrefaction in combination with pelletisation - the TOP process" ， ECN Report, ECN-C-05-073, Petten, 2005中进行 了描述。
物质源获得的。闪热裂法中，、通常获得固体炭和液体生物^:进料组分。
闪热裂已7>知，和例如在EP-A-904335; Dinesh Mohan、 Charles U. Pittman, JR.和Philip H. Steele. 的Pyrolysis of Wood/Biomassfor Bio-oil: A Critical Review. Energy & Fuels 2006， 20, 848-889; 以及2005年5月18-20日在Stockholm, Sweden (2005)举行的 Synbios， the syngas route to automotive biofuels会议上的E. Henrich的clean syngas from biomass by pressurised entrained flow gasification of slurries from fast pyrolysis 中进行了描 述。
适合的生物质源是农业产业的杂草或残余物。适合的残余物产品 的实例是在棕榈油产业、玉米产业、生物柴油产业、林业产业、木材 加工产业和造纸产业中产生的物流。
可以将固体碳质燃料作以水中的浆料的形式供应至气流床气化反 应器的燃烧器。煤浆进料方法如例如EP-A-168128中所述。优选将固 体碳质进料以含粉末形式的固体燃料和适合的载气的气-固混合物形 式供应至燃烧器。适合的载气是N2、 C02或合成气即含C0和&的混合 物。载气优选N2或C02。使用C02作为载气例如在WO-A-2007042562中 所述。
含氧气体包括基本纯的02或空气。优选含氧气体含有至少90体积 %的氧，以及允许作为杂质的氮、二氧化碳和氩。基本纯的氧是优选的， 例如通过空气分离装置(ASU)制得的。供应至燃烧器的含氧气体中可能 存在蒸汽作为减速剂气体。氧与蒸汽的比优选是每体积份氧0-0. 3体 积份蒸汽。适合地，将含氧气体经共用总管供应至所述气化燃烧器。
本发明方法的步骤(a)包括将点火燃烧器插入气化反应器中的步 骤、点燃点火燃烧器的步骤和检测火焰的步骤。适合地，通过火花点 火启动点火燃烧器和通过检测器检测火焰。其中配有用于含氧气体(适 合地是空气)和燃料的供应设备。适合地，燃料是气态燃料例如天然气、 炼厂尾气或LPG。适合地，点火燃烧器的点火方向与将在步骤(c)中点 燃的第一气化燃烧器的火焰的位置重叠。优选所述气化燃烧器的点火 方向与点火燃烧器的点火方向之间的角度oc是10-45。，更优选是 10-20°。优选点火燃烧器位于气化反应器壁中与所述气化燃烧器同样 的高度。
8本发明方法的步骤(b)包括将启动燃烧器插入气化反应器中的步 骤以及将烃燃料和含氧气体供应至启动燃烧器的步骤，其中点火燃烧 器的火焰点燃启动燃烧器。启动燃烧器优选能够在温度和压力增大期 间维持稳定的火焰。为此，优选使用所谓的双流体雾化器类型燃烧器 作为启动燃烧器。在双流体雾化器燃烧器中，燃料物流与高速流动的 含氧气体的物流在燃烧器内混合，以将连续的液体燃料相破碎成不连 续的液滴(雾化)。优选使用所谓的内混合配置。在Perry的Chemical Engineers' Handbook,第7版，Perry, R. H.编辑；Green, D. W. (1997) McGraw-Hill, Section 27-34中描述了这样的双流体雾化器燃烧器。 优选可燃混合物离开双流体雾化器孔时的速度是声速，以在步骤(b) 的压力范围内维持稳定的火焰。优选启动燃烧器位置高于或低于气化 燃烧器。优选启动燃烧器以角度P朝向包含气化燃烧器的水平面点火。 更优选该角度P是10-45°，甚至更优选是10-20°。优选启动燃烧器的 点火方向使得它的火焰与点火燃烧器的火焰重叠。在启动燃烧器与点 火燃烧器形成的垂直面中，启动燃烧器的位置可以高于或低于点火燃 烧器。在启动燃烧器与点火燃烧器形成的垂直面中，优选启动燃烧器 的位置高于点火燃烧器，以支持使液体燃料排出启动燃烧器。启动燃 烧器可以具有例如一个气化燃烧器的标准热容量的约10-25%。适合用 于启动燃烧器的烃燃料是中间馏分油，例如煤油或粗柴油。优选启动 燃烧器配有用于在点火后检测火焰的设备。如例如US-A-4781576中所 述，在检测到启动燃烧器的火焰后，优选熄灭点火燃烧器、将其从气 化反应器中撤出(sluice out)和与之隔离。
在使启动燃烧器已经启动它的操作后，气化反应器中的温度和压 力将增大。温度升高至700-1000°C。压力增大至5-20bar。优选将步 骤(b)中生成的流出物气体经压力控制阀导向火炬。对压力控制阀进行 适当编程，以通过及时减小通量开孔而在步骤(b)中增大气化反应器中 的压力。优选对压力控制阀进行编程以在0. 1-1 bar/分钟的速率下增 大气化反应器中的压力。
用于检测点火燃烧器和启动燃烧器的火焰的设备优选通过火焰监视器进行。如GB-A-2159267中所述，也可使用光学监视器实现这个目 的。其它设备例如电离检测器也是可能的。点火燃烧器优选配有火焰 检测器。如果点火燃烧器和启动燃烧器存在于分开的位置上，则各自 需要通过气化反应器的压力壁的的单独通道和通过任选的反应器膜式 水冷壁的单独通道。如例如GB-A-2159267中所示，可以在一个燃烧器 中组合点火燃烧器和启动燃烧器。这是有利的，因为这样的设备仅需 要一条通过气化反应器的压力壁和通过任选的反应器膜式水冷壁的通 道。优选在气化反应器中点火燃烧器的位置与气化燃烧器在相同的高 度上。在通过点火燃烧器点燃启动燃烧器和在启动燃烧器中检测到火 焰之后，手动或自动停止点火燃烧器。在使用单独的点火燃烧器的情 况下，优选在已经检测到启动燃烧器的火焰之后撤出点火燃烧器。
在本发明方法的步骤(c)中，将碳质燃料和含氧气体供应至第 一气 化燃烧器，和随后优选在较短的时间后将另一部分的碳质进料和含氧 气体供应至沿直径设置的第二气化燃烧器。术语"较短的时间"表示 优选是1-5分钟的时段。
在本发明方法的步骤(d)中，终止进入启动燃烧器的烃燃料和含氧 气体的物流。优选在使第一对沿直径设置的气化燃烧器启动之后进行 所,终止。优选所述终止自动进行。如例如US-A-4781576中所述，在 所ii终止之后，点火燃烧器和启动燃烧器优选从气化反应器中撤出和 与之隔离。撤出点火燃烧器和启动燃烧器是有利的，因为这将在正常 操作期间使之更少暴露于气化反应器中的苛刻环境下。
本发明方法的步骤(e)由对还未进入操作状态的任意剩余对的沿 直径设置和水平点火的气化燃烧器重复步骤(c)而组成。优选仅在对之 前那对燃烧器进行步骤(c)后、当共用总管中的氧压力已经稳定之后进 行步骤(e)。稳定的条件具有本过程工业中所用的正常含义。通常，在 2-3分钟后将已经达到稳定的操作。
在本发明方法的步骤(f)中，将气化反应器中的压力进一步升高至 20-100bar的操作压力。在根据步骤(c)和任选的步骤(e)已经使所有 的气化燃烧器进入操作状态之后，如此进行步骤(f)。经如上所述的调节启动过程的流出物气体流向火炬的流量的相同压力控制阀增大压
力。对压力控制阀进行编程以在步骤(f)中在0.1-1 bar/分钟的速率 下增大气化反应器中的压力。在步骤(f)中在气化反应器中的压力增大 至所需的操作压力之后，将启动过程的流出物气体导向下游过程。下 游过程的实例是氨、曱醇、氢和费-托过程以及发电过程例如IGCC。 附图详细描述
图1图示了气化反应器(l)的径向截面，其在内侧由水冷内壁(2) 形成轮廓线，和配有数对沿直径设置和水平点火的气化燃烧器(3a, 3b, 4a， 4b)。图1中仅仅显示了在相同高度上的两对这样的燃烧器作为实 例。如图所示，靠近其中的一个气化燃烧器，点火燃烧器(5)相对所述 气化反应器的中心形成角度cc。
图2图示了沿气化反应器的轴A-A的纵向截面的一部分，其具有 位于反应器壁中的一对沿直径设置和水平点火的气化燃烧器(3a， 3b)。 启动燃烧器(6)的位置靠近所述气化燃烧器，相对所述气化反应器的中 心形成角度P 。
ii
权利要求
1.启动加压气化过程的方法，其中使用固体或液体含灰分碳质燃料作为进料，在具有一对或多对沿直径设置和水平点火的气化燃烧器的立式细长气流床气化反应器中进行，其中进行了下列步骤(a)将点火燃烧器插入气化反应器中，点燃点火燃烧器和检测火焰；(b)将启动燃烧器插入气化反应器中和将烃燃料和含氧气体的物流供应至启动燃烧器，点火燃烧器的火焰点燃启动燃烧器，和使气化反应器中的温度升高至700-1000℃的温度和使气化反应器中的压力升高至5-20bar的压力；(c)将碳质燃料和含氧气体供应至第一气化燃烧器，和随后将另一部分的碳质燃料和另一部分的含氧气体供应至沿直径设置的第二气化燃烧器；(d)终止进入启动燃烧器的烃燃料的物流和含氧气体的物流；(e)任选对于任意其它对沿直径设置和水平点火的气化燃烧器重复步骤(c)；(f)将气化反应器中的压力进一步升高至20-100bar的操作压力。
2. 权利要求1的方法，其中通过用于火花点火的设备启动点火燃烧器和通过检测器检测火焰。
3. 权利要求l-2任一项的方法，其中所述启动燃烧器是双流体雾化器类型，和其中可燃混合物当离开燃烧器的孔时的速度是声速。
4. 权利要求1-3任一项的方法，其中将含氧气体经共用总管供应至所述燃烧器，和其中在步骤(e)中在共用总管中的氧压力已经稳定之后重复步骤(c)。
5. 权利要求1-4任一项的方法，其中在进行步骤(d)之后，从气化反应器中撤出启动燃烧器。
6. 权利要求1-5任一项的方法，其中将启动过程的流出物气体经压力控制阀导向火炬。
7. 权利要求6的方法，其中对压力控制阀进行编程，以在步骤(b)和(f)中在0. 1-1 bar/分钟的速率下增大气化反应器中的压力。
8. 权利要求1-7任一项的方法，其中在步骤(f)中在气化反应器中的压力增大至操作压力之后，将启动过程的流出物气体导向下游过程。
9. 权利要求1-8任一项的方法，其中所述气化燃烧器的点火方向与所述点火燃烧器的点火方向之间的角度ct是10-45°，更优选是10-20。。
10. 权利要求1-9任一项的方法，其中所述启动燃烧器以角度卩朝向包含所述气化燃烧器的水平面点火，所述角度(3是10-45°,甚至更优选是10-20°。
全文摘要
启动加压气化过程的方法，其中使用固体或液体含灰分碳质燃料作为进料，在具有一对或多对沿直径设置和水平点火的气化燃烧器的立式细长气流床气化反应器中进行，其中进行了下列步骤(a)将点火燃烧器插入气化反应器中，点燃点火燃烧器和检测火焰；(b)将启动燃烧器插入气化反应器中和将烃燃料和含氧气体的物流供应至启动燃烧器，点火燃烧器的火焰点燃启动燃烧器，和使气化反应器中的温度升高至700-1000℃的温度和使气化反应器中的压力升高至5-20bar的压力；(c)将碳质燃料和含氧气体供应至第一气化燃烧器，和随后将另一部分的碳质燃料和另一部分的含氧气体供应至沿直径设置的第二气化燃烧器；(d)终止进入启动燃烧器的烃燃料的物流和含氧气体的物流；(e)任选对于任意其它对沿直径设置和水平点火的气化燃烧器重复步骤(c)；(f)将气化反应器中的压力进一步升高至20-100bar的操作压力。
文档编号C10J3/48GK101679885SQ200980000017
公开日2010年3月24日 申请日期2009年1月26日 优先权日2008年1月28日
发明者B·袁, L·佐尔曼 申请人:国际壳牌研究有限公司