专利名称：部分氧化含碳燃料的方法
技术领域：
本发明涉及通过部分氧化含碳燃料生产含一氧化碳的合成还原或燃料气体的方法。
在燃料炉中，在水蒸汽存在的条件下使含碳燃料燃烧，以生产含有一氧化碳、二氧化碳和氢气的气体是众所周知的使含碳燃料部分氧化的方法。得到的气体可用作合成、还原或燃料气体。在必须要从部分氧化法生产的气体中除去二氧化碳时，一般的作法是将二氧化碳分离出来后排到大气中。所以，采用已知的方法，不可避免地要向大气排放大量的二氧化碳;另外一氧化碳的产率也比较低。
因此，本发明的目的是针对上述先有技术的缺点提供一种改进的方法，此方法能够在用燃烧炉部分氧化含碳燃料法生产至少含一氧化碳，二氧化碳和氢的气体时，克服现有技术的缺点。
本质上讲，本发明的目的是靠下述这种方法实现的。在此方法中，从部分氧化的产物中分离出来的二氧化碳的一部分或全部再返回到燃烧炉中。如果需要，还可将其它二氧化碳源分离出来的二氧化碳也返送到燃烧炉中。
本发明的方法实施中，希望保持下述关系式(F)/(E) ×100＝10～200%
其中E表示，如果含碳燃料中的碳全部转化成二氧化碳时，二氧化碳的量(Nm3/h);F表示返送到燃烧中的二氧化碳量(Nm2/h)。
本发明中所说的含碳燃料可是任何含碳物，它可是液体，气体或固体。具体的例子有原油，燃料油，精馏残渣，沥青，含沥青物，天然气，液化石油气，煤，焦碳和石油焦等。
在向含碳燃料部分氧化燃烧炉送入富氧空气或基本上是纯氧气的同时，也向炉内送入作为温度控制剂的水蒸汽，水或惰性气体(如氮)。
部分氧化的产品气体中含有一氧化碳(CO)，二氧化碳(CO2)，氢气(H2)，甲烷(CH4)，硫化氢(H2S)，氮气(N2)和水蒸汽等。
从部分氧化产物中分离和回收二氧化碳可以使用二乙醇胺(DEA)，单乙醇胺(MEA)，卡特卡伯(Catacatb)、伯恩费尔德(Benfield)、塞列克(Solecsol)或瑞克梯(Rectisol)工艺方法。
按本发明的方法，在燃烧炉中产生的全部二氧化碳返回燃烧炉变成一氧化碳。这就大大地减少了放到大气中的二氧化碳的量。由于可以再从其它二氧化碳源给燃烧炉提供二氧化碳，将其转化成一氧化碳，所以能提高一氧化碳的产量。
另外，本发明的方法还能显著地改善氧和燃料的消耗。由于客观上减少了排放到大气的二氧化碳量，这样就显著减少了生产单位体积一氧化碳的燃料消耗，此时上述等式中F/E的值在20%到120%的范围内。当F/E的值在10%到60%的范围，能够显著改善生产单位体积一氧化碳的耗氧量。
图1示出了实施本发明方法的流程图;
图2～10是本发明多种实验效果的曲线，如下文详述。
参看图1，它表示具体实施本发明方法的系统。该系统包括有燃烧器2的燃烧炉1，含碳燃料，具体说是原油精馏残渣，水蒸汽和氧供给燃烧器2。在送到燃烧器2之前，燃料和水蒸汽先在“T形”混合器3混合。炉1内上部是用耐火材料4衬的燃烧室5，而下部是气体洗涤空间6。洗涤空间6与燃烧室5之间用窄通道7联通。洗涤空间6有水浴槽，水面高度位于其中间，并有入水通路8和出水通路9都是上部在空间下部浸在水中。入水通路与窄通道7同轴，而出水通道9轴向环绕在入水通道8之外。为向通道8上部的内壁供水使其内壁表面形成水膜，还装有冷却环(图1中没有划出)。
炉1的气体出口10通过文丘里(Venturi)式集尘器11，碳洗涤器12和热回收器31与吸收塔14联通，吸收塔14是按照二乙醇胺工艺操作的形式。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之间由管线16和17联结。在管线16和17相交的位置有换热器18。管线17上有泵19和冷凝器20。循环管线21与再生塔15的顶端联结，管线内有冷凝器22，气水分离器23和泵24。
为使CO2从分离器23返回燃烧炉1，配置管线26。管线27与26联结，其它来源的CO2可通过管线27到26，再到燃烧炉1。管线26上有压缩机28和脱硫装置30。
通过燃烧器2，含碳燃料，水蒸汽和氧送入燃烧炉1，燃料在燃烧室5内部分氧化，部分氧化产生了主要含有CO，H2和CO2的气体，但其中也有少量的H2S，N2和CH4以及没有氧化的碳和少量的灰分。气体朝下流入洗涤空间6并且穿过入水道8和出水道9之间的部分，由此除去了其中的碳和灰分。离开炉1的气体进入集尘器11，在此除尘，离开集尘器11后气体进入碳洗涤器12，在此处除掉其中残留的少量碳。
净化后的气体进入吸收塔14底部，此处有低温二乙醇胺，吸收气体中的H2S和CO2，剩下的气体主要由H2和CO组成，气体从顶部离开吸收塔，并通过管线29离开此系统。
再看二乙醇胺再生，二乙醇胺从吸收塔14的底部出来，经过热交换器18加热，再进入再生塔15顶部。在此塔内将二乙醇胺在吸收塔14内吸收的二氧化碳除去，并由此再生了二乙醇胺。从再生塔出来的二氧化碳通过分离器23进入管线26，同时经过再生的二乙醇胺经过换热器18和冷却器20冷却后返回到吸收塔14的顶部。管线26中的二氧化碳在脱硫器30中脱硫，经压缩机28送到炉1中，当然也可与由管线27另外提供二氧化碳一起送到炉1中。
下文更具体地通过上述系统进行的试验叙述本发明。
实验1热值为10270千卡/kg的精馏残渣(C重油)作为燃料，其成分为(重量%)C84.90S2.67H11.90O0.285N0.23灰分0.015
此重油与氧和水蒸汽及另加的二氧化碳按下述比例送入图1所示的燃烧炉1中。
油532kg/小时水蒸汽60Nm3/小时氧413Nm3/小时 CO2(另加)70Nm3/小时从再生塔15出来的所有CO2都通过管线26返回到炉1中，此处的70Nm3/小时的CO2是从其它二氧化碳源另外加入的。按照后面将要解释的方法计算，对系统来说，换算或二氧化碳后重油和二氧化碳的供应总量为489kg/小时。
在炉1中维持温度为1350℃，压力为22kg/cm2(表压)。对炉1的部分氧化产物气体进行成分分析，并测定每种成分的量，结果如表1所示。
表1组成(体积%) 数量(Nm3/小时)H237.0 627CO53.1900CO28.4 148H2S 0.9 15N2等 0.6 10总和100.01695
离开吸收塔14的气体量为1537Nm3/小时，其中CO2含量为200ppm。结果，通过管线29离开本系统的CO2的量只有0.3Nm3/小时，按碳计只有0.16kg/小时。按重油中的碳全部转化成CO2计，E的计算值为843Nm3/小时E＝532kg/小时×84.90%×22.4/12＝843Nm3/小时.
这样，燃料和另加的CO2供应总量，按CO2计为913Nm3/小时，或按C计为489kg/小时。因此可以说，多达99.96%的供应到系统中的碳被转化或一氧化碳，只有0.04%的碳没有转化成一氧化碳排到大气中。F/E值达到25.2%。每生产1Nm3的Co，消耗的氧只有0.459Nm3，燃料油只有0.591kg。
实验2-8按表2所示，用不同量的精馏残渣，水蒸汽，氧和二氧化碳供给炉1，进行图1所示系统的操作。表2也表示了每次实验的结果，即，燃烧炉部分氧化产物气体的量，产品一氧化碳的量(根据组成比例计算出来的)，F/E值，排放到大气的二氧化碳量，氧气和精馏渣或重油的消耗。图2-4表示出表2中的结果的某些曲线。
实验1-6都取得良好结果。实验7中，提供给炉的二氧化碳量为0，与实验1-6相比，向大气排放大量的二氧化碳，而且重油消耗比任何其它实验都高出很多。实验8中，F/E值超过200%，结果，除比实验7外，比其它实验排放二氧化碳的量都多，而且燃料消耗量也大。
实验9-13这些实验是用下述组成和热值的天然气进行，天然气，氧，水蒸汽和二氧化碳的量各不相同，如表4所示。其它条件按实验1的条件进行。天然气的组成为(重量%)。
C73.40S-H22.76O0.76N3.08灰分-热值为12570大卡/kg。
表3示出实验10从炉1收集气体的组成，以及按计算确定的每种组分的量。
表3组成(体积%) 量(Nm3/小时)H247.2 1011.8CO42.0900CO210.0 214.4H2S 0 0N2等 0.8 17.4总和100.02143.6
表4示出每项实验结果，有作为部分氧化产物从炉1收集的气体量，按气体组成比例计算确定的一氧化碳产品量，F/E值，放到大气中的二氧化碳量，氧和天然气的消耗量。图5-7示出某些实验结果的曲线。
实验10-13都得到良好结果。但在二氧化碳的F值为0的实验9中，排放到大气的二氧化碳量和天然气消耗量都意想不到地大。
实验14-18这些实验用组成和热值如下所述的石脑油为燃料进行，除石脑油、氧、水蒸汽和二氧化碳的量按表6所示之外，图1所示系统的操作按实验1的条件进行。
石脑油组成(重量%)C83.80S-H16.20O-N-灰分-热值为11270大卡/kg。
表5示出实验15中从炉1收集气体的组成和计算出来的每种组分的量。
表5组成(体积%) 量(Nm3/小时)H235.3 625.8C50.8900CO213.8 244.6H2S 0 0N2等 0.1 2.3总和100.01772.7
表6示出每次实验的结果，其中有作为部分氧化产物从炉中收集气体的量，按气体组成比例计算出的一氧化碳的产量，F/E值，放到大气中的二氧化碳量，石脑油和氧的消耗量。图8-10示出这些实验的某些结果曲线。
在实验14中CO2的F值为O，而在实验18中CO2的F值超过200%，结果在这二个实验中排放到大气的CO2的量都非常之大。与之相反，实验15-17都证实了在排放到大气的CO2的量和石脑油消耗二方面都取得了满意的改善。
上述的所有实验结果都证实，F/E值在10%～20%之间，特别是在10%～60%之间，能够显著地减少排放到大气的二氧化碳量，由此明显的改善CO2→CO的转化率，并能大大减少氧和碳料的消耗。
权利要求
1.在燃烧炉中部分氧化含碳燃料生产至少含有一氧化碳，二氧化碳，氢气的气体的方法，其特征在于，从所说的气体中分离出二氧化碳并至少将部分分离出来的二氧化碳返送回所说的炉中。
2.权利要求1所述的方法，其特征在于，将从其它二氧化碳源提供的二氧化碳与所说的分离出来的二氧化碳一起送到所说的炉中。
3.权利要求1或2所述的方法，其特征在于，送到炉中的二氧化碳的量满足下述关系式F/E×100＝10%～200%其中F表示送到所说炉中的二氧化碳的量(Nm3/h)，包括循环到炉中的二氧化碳;E表示所说燃料中的碳全部转化成二氧化碳的量(Nm3/h)。
4.权利要求3所述方法，其中所说F/E值为10%～60%。
5.权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，至少将氧气或含氧气体，水蒸汽和所说燃料一起送入所说燃烧炉中。
全文摘要
在燃烧炉中部分氧化含碳燃料以生产至少含一氧化碳，二氧化碳和氢气的混合气体时，从燃烧炉出来的混合气体中分离二氧化碳，并将部分或全部分离出来的二氧化碳返回燃烧炉中。另外，也可将其它二氧化碳源供应的二氧化碳送入燃烧炉中。
文档编号C10J3/72GK1047524SQ9010376
公开日1990年12月5日 申请日期1990年5月24日 优先权日1989年5月24日
发明者辻野敏男, 宫地勝已, 曾我邦雄, 岡田一夫 申请人:宇部兴产株式会社