专利名称：用于提高耐火材料寿命的气化器添加剂的制作方法
用于提高耐火材料寿命的气化器添加剂
背景技术：
本发明主要涉及气化器添加剂，更具体地讲，涉及用于减少炉渣渗透进入气化器的耐火衬里的气化器添加剂。煤和其他烃可经过部分燃烧，产生可用作燃料和化学合成起始原料的气体，例如 CO和H2。此气化一般在大炉中进行，这种炉使烃在高温部分燃烧，产生所需的气态反应产物。除了所需的产物外，反应副产物还可能包含废产物，如炉渣。炉渣为在烃进料内初始作为矿物存在的无机氧化物的掺混物，这种掺混物在煤、焦炭或其他烃部分氧化时在成渣气化器作为粘性液态副产物产生。炉渣可例如包含二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化铁、氧化镁和其他无机氧化物。为了经受反应热，气化器壁可用能够经受高温的耐火材料衬里。耐火材料一般多孔。例如，一般耐火材料为具有高度连通孔结构的烧结砖。这些材料易受气化反应的炉渣副产物损害。在液态炉渣副产物沿着气化器壁流动时，它会渗入耐火材料的孔中。此渗入可通过破裂/散裂、晶粒分离和/或分解作用导致耐火材料退化。由于炉渣渗透，为气化器衬里的耐火材料可能相对快速地退化，并且可能需要在气化器使用期限更换数次。由工人进入气化器并去除损坏砖，或者在某些情况下去除整个衬里，可更换耐火材料。由于气化器在很高温度操作，因此，这包括关闭气化器，并使其冷却数天，直至工人能够安全进入。耐火材料如此更换一般就包括的材料和劳动力而言费用大， 并且损失工作时间，因为在更换过程中气化器数天至数星期不能运行。发明概述本发明提供一种用于气化器的原料，所述原料包含烃和添加剂，其中添加剂包含氧化铁、氧化镁、氧化锰或其组合，其中所述原料适合形成包含至少15%重量氧化铁、氧化镁、氧化锰或其组合的液体炉渣。本发明还提供一种操作气化器的方法，所述方法包括将原料在输入流中提供到气化器，其中所述原料包含烃和添加剂，所述添加剂包含氧化铁、氧化镁、氧化锰或其组合，其中所述原料能够形成包含至少15%重量氧化铁、氧化镁、氧化锰或其组合的液体炉渣；并且在高于炉渣熔融温度的温度操作气化器，使得原料形成液体炉渣。本发明还提供一种结构，所述结构包含耐火材料和在耐火材料上形成的保护层， 其中所述保护层包含铁、镁或锰。本发明还提供一种使用于气化器的原料改性的方法，所述方法包括测定烃中铁、 镁、锰或其组合的浓度；并提供添加剂，其中所述添加剂包含足量的氧化铁、氧化镁、氧化锰或其组合，使得在添加剂与烃混合并暴露于高于添加剂熔融温度的温度时，形成包含至少 15%重量氧化铁、氧化镁、氧化锰或其组合的液体炉渣。附图简述通过阅读以下详述并参考附图，本发明的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解，其中在全部附图中相似的字符代表相似的元件，其中
图1为根据一个实施方案的示例性煤气化器的示意图2为根据一个实施方案的炉渣-耐火材料界面的示例性尖晶石层的横截面图； 并且图3为根据一个实施方案的使气化器所用原料改性的方法的流程图。发明详述本文公开的实施方案提供烃添加剂及其制备和使用方法。添加剂适合与气化器、 加热炉或其他高温容器结合使用。在一个实施方案中，添加剂可以为烃气化器的反应容器的输入流的部分。添加剂可包含至少部分减少炉渣渗透进入耐火材料的材料。在一个实施方案中，添加剂可与煤结合使用。煤添加剂可减少液体炉渣渗透进入气化器的衬里。在一个实施方案中，在煤添加剂进入气化器的反应区域并经过高温时，自然产生的煤炉渣和煤炉渣添加剂的混合物可与耐火材料的外层反应，形成防止炉渣较深渗透进入耐火材料的表面反应层。在一些实施方案中，在炉渣和耐火材料的界面形成的这些表面保护层可包括尖晶石层，其由通式XY2O4表征。形成保护层限制液体炉渣渗透到产物层下，并因此限制其中耐火砖可能由破裂和散裂、晶粒抽出和/或分解作用发生退化的区域的深度。砖的衰退率减小，并且其有用寿命通过限制炉渣/砖反应深度增加。由煤添加剂提供的另外的优点是，在气化器操作期间，形成尖晶石层或其他保护层可能是连续的，因为煤添加剂可连续地进入反应器。在一些实施方案中，煤添加剂可与煤混合，并且混合物可在耐火材料表面产生保护层。在另一个实施方案中，煤添加剂可在无煤存在下形成保护层，例如，煤添加剂可形成能够产生保护层的合成性炉渣。在图1所示的示例性实施方案中，煤添加剂10可与烃气化器结合使用，如煤气化器12。煤气化器12包括围绕反应空间15的耐火材料14的衬里。煤添加剂10或包含煤和煤添加剂10的原料可通过管线16引入气化器12。通过管线16引入的煤添加剂10可进入气化器12，可以为颗粒或浆料形式，并且可由煤自身同时或单独加入。例如，在一个实施方案中，煤管线16也可包括水管线18，用于将煤和煤添加剂10混入浆料。另外，煤管线 16可包括任何适用混合结构(未显示)，用于将浆料混合到适合技术要求。可分别通过管线20和22将空气、氧气和/或蒸汽引入反应空间15，以提供煤的气化。反应产物，可包含一氧化碳和氢气(即，合成气)，可从气化器12通过管线M排出。煤的无机成分一般作为熔融炉渣从气化器12通过管线沈排出，随后冷却并固化。气化器12可以为任何适合气化器，包括逆流固定床气化器、并流固定床气化器、 流化床反应器或气流床气化器。另外，气化器可在反应中使用任何适合碳源，包括煤、焦炭、 石油、生物质和/或木。图2显示经保护结构四，经保护结构四包括在耐火材料14上形成的保护层28。 在一个实施方案中，由原料中自然存在和添加剂矿物熔融形成的液体炉渣30可在图2中横截面所示的耐火材料14的表面上形成保护层观。通过操作气化器12，以便煤中的自然存在矿物和煤添加剂10的混合物熔融，可形成熔融的炉渣30。在一些实施方案中，气化器12 可在约1500°C或更高温度操作，并且氧分压为约10_8至10_12atm。由于熔融的炉渣30遇到耐火材料14，炉渣30中的某些化学物质与耐火材料14的表面相互反应，从而形成保护层， 保护层可包括层例如尖晶石层观。耐火材料14可包括可适合为气化器12加衬形成所需形状的任何适合组合物。在一个实施方案中，耐火材料14为砖或块。在另一个实施方案中，耐火材料 14为烧结砖或原制砖。耐火材料14可以为Aurex90、富集Cr2O3的Cr2O3-Al2O3砖或 Aurex95P (Harbison-Walker Refractories Limited, Moon Township, PA, USA)。其他适合的而才火砖可包括 Zirchrom-90/Zirchrom-900 (Saint-Gobain, Savoie Refractaires, Venissieux Cedex, France)。炉渣30形成混合物，除其他成分外，混合物可包含Si02、Al203、Ca0Je0、Mg0、Mn0、 Ti02、Na20、K20的任何组合。炉渣的组成可取决于烃的化学组成以及添加剂10的化学组成。 例如，来自世界不同地区的煤可包含不同量的各种另外的化学物质，包括Cl、S、V、Ni、P等。 在其他实施方案中，生物质可包含相对高量的Cl。考虑到这些另外元素的存在，必须改变炉渣添加剂的组成。添加剂10 可包含任何含 ^、Μη 或 Mg 的氧化物，如 i^e0、i^e304、Fe203、FeAl204、Mg0、 MgAl2O4, MnO, MnO2, Mn03> Mn3O4, Mn2O3或其混合物。在一些实施方案中，煤添加剂10可具有在所得炉渣中产生超过约15%、超过约20%或更多或超过约25%重量百分比的氧化铁、氧化镁或氧化锰的任何组合的作用。添加剂10可以为粉末或其他过程的固体产物的形式，例如废产物。或者，可使添加剂10与水或任何其他液体混合成浆料。在一些实施方案中，炉渣/耐火材料反应的产物为通式0 ，Mg，Mn) (Cr5Al)2O4的致密表面尖晶石相。在其他实施方案中，尖晶石层可包含狗304、MgAl2O4, MgCr2O4, FeCr2O4, Mn304、MnAl204、MnCr2O4或狗々1204。添加剂10可由其促进形成尖晶石层的能力表征。表1显示为测定不同组合物的炉渣渗透进入氧化铬耐火材料的程度进行的杯试验结果。在第1列中标为D1-D5、E1-E5、EG9150的合成炉渣用如列2_9所示预定浓度的不同氧化物产生。将炉渣加热到1500°C (1771)，高于熔融温度，并测量第11列中所示各炉渣组合物的液体炉渣渗透进入氧化铬耐火材料杯的深度。
权利要求
1.一种用于气化器的原料，所述原料包含 烃；和添加剂，其中所述添加剂包含氧化铁、氧化镁、氧化锰或其组合，其中所述原料适合形成包含至少约15%重量氧化铁、氧化镁、氧化锰或其组合的液体炉渣。
2.权利要求1的原料，其中所述原料适合在约1500°C或更高温度形成液体炉渣。
3.权利要求1的原料，其中所述原料包括煤、石油、焦炭或生物质。
4.权利要求1的原料，其中所述液体炉渣的组合物包含至少约20%重量氧化铁、氧化镁、氧化锰或其组合。
5.权利要求1的原料，其中所述液体炉渣的组合物包含至少约25%重量氧化铁、氧化 镁、氧化锰或其组合。
6.权利要求1的原料，其中所述添加剂包含Fe3O4、Fe203>FeAl2O4、MgO, MgAl2O4、MnO、 Mn203、Mn3O4, MnAl2O4, MnCr2O4 或其组合。
7.权利要求1的原料，其中所述添加剂包括粉末或浆料。
8.一种操作气化器的方法，所述方法包括将原料在输入流中提供到气化器，其中所述原料包含烃和添加剂，所述添加剂包含氧化铁、氧化镁、氧化锰或其组合，其中所述原料能够形成包含至少15%重量氧化铁、氧化镁、 氧化锰或其组合的液体炉渣；和在高于炉渣熔融温度的温度操作气化器，使得原料形成液体炉渣。
9.权利要求8的方法，其中所述添加剂作为粉末或浆料加到输入流。
10.权利要求8的方法，其中所述烃和添加剂同时加到输入流。
11.权利要求8的方法，其中所述添加剂在气化器操作期间连续加到输入流。
12.权利要求8的方法，其中所述添加剂在气化器操作期间间歇加到输入流。
13.权利要求8的方法，其中所述气化器在至少1500°C的温度操作。
14.一种结构，所述结构包含 耐火材料；和在耐火材料上形成的保护层，所述保护层包含铁、镁或锰。
15.权利要求14的结构，其中所述耐火材料包括氧化铬-氧化铝烧结砖、氧化铬-氧化铝-磷酸盐烧结砖、氧化铬-氧化锆烧结砖或氧化铬-氧化镁烧结砖。
16.权利要求14的结构层，其中所述保护层包括尖晶石层。
17.权利要求16的保护层，其中所述尖晶石层包含狗304、MgAl2O4,MgCr2O4或i^Cr204。
18.权利要求16的保护层，其中所述尖晶石层包含!^Al2O4或MgAl204。
19.一种使用于气化器的原料改性的方法，所述方法包括 测定烃中铁、镁、锰或其组合的浓度；和提供添加剂，其中所述添加剂包含足量的氧化铁、氧化镁、氧化锰或其组合，使得在添加剂与烃混合并暴露于高于添加剂熔融温度的温度时，形成包含至少15%重量氧化铁、氧化镁、氧化锰或其组合的液体炉渣。
20.权利要求19的方法，其中测定烃中铁、镁、锰或其组合的浓度包括测定来自具体地理区域的煤批中铁、镁、锰或其组合的浓度。
21.权利要求19的方法，其中提供添加剂包括提供狗304、狗203、FeAl204、Mg0、MgAl204、MnO、Mn2O3> Mn3O4, MnAl2O4, MnCr2O4 或其组合。
全文摘要
本文公开的实施方案提供烃及其使用方法。添加剂适合与气化器、加热炉或其他高温容器结合使用。添加剂可以为烃气化器的反应容器的输入流的部分。添加剂包含氧化铁、氧化镁、氧化锰或其组合，至少部分减少炉渣渗透进入耐火材料中。
文档编号C10L5/00GK102245747SQ200980150110
公开日2011年11月16日 申请日期2009年11月6日 优先权日2008年12月8日
发明者P·J·梅斯奇特, P·S·迪马斯西奥 申请人:通用电气公司