[發明專利]氣化器注射系統

有效

• 申請號: 200980145010.1
• 申請日: 2009-11-12
• 公開（公告）號: CN102216182A
• 公開（公告）日: 2011-10-12
• 發明（設計）人: M·F·雷特曼
• 申請（專利權）人: 埃克森美孚研究工程公司
• 主分類號: B65G53/12
• 分類號: B65G53/12;B01J8/00;C10J3/50
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 彭立兵;林柏楠

技術領域

本發明涉及改進的氣化器供料和氧化劑注射系統。具體而言，本發明提供了用于控制多燃燒器氣化器中固體顆粒流動的改進裝置和操作方案。所述系統還提供了用于異常操作條件或工藝燃燒器(process?burner)意外回流(backflow)的情況下的一體化流動控制和緊急停車。這種改進的設計簡化了大型多燃燒器氣化器所需的機械系統，從而提供了更為可靠且緊湊的氣化器供料系統。在優選的實施方式中，氣化器的烴供料基本為固體顆粒狀，并且優選由煤炭、石化焦炭和/或固體生物質組成。

背景技術

隨著石油供給的應用逐漸增加以及供應量的逐漸減少，目前，經濟型固體烴源，例如但不限于煤炭、石化焦炭和/或固體生物質，的氣化技術作為生產電力、氫和其他高質量運輸燃料，并將這些固體轉化成高價值化學品以滿足特定市場需要的通用且清潔的方式，在技術上和經濟上變得更有吸引力。目前，全世界有大量的煤炭供給，并且在美國市場上有大量石化焦炭的市場供給。這些供給中的絕大部分在美國的燃煤發電廠中作為燃料使用，或者輸送到國外，作為外國發電的低價燃料。

然而，使用現有的氣化技術，可通過將這些固體烴燃料在氣化器中部分氧化以生產合成氣產品，從而使用這些固體烴燃料源生產明顯更具吸引力的液體燃料產品，例如汽油和柴油。這些固體烴供料，例如煤炭、石化焦炭和/或固體生物質，包含氫和碳，并且能夠在存在氧化氣體或蒸氣，例如空氣、氧氣和/或蒸汽存在下，在升高的溫度下部分氧化以生產“合成氣”產品。用于從烴源生產合成氣的化學品在工業中是已知的，并且可選擇適合的供料和操作條件以優化合成氣生產中的化學反應。

所生產的合成氣優選由氫(H₂)和一氧化碳(CO)組成。隨后，可通過多種催化重組過程將此合成氣轉化成有價值的液體運輸燃料，例如汽油和柴油。在這些過程中，最為常見和熟知的是由德國研究者在1920年代研發的Fisher-Tropsch法。在Fisher-Tropsch法中，在存在通常由鐵和/或鈷組成的催化劑的條件下重整合成氣，其中將合成氣轉化成鏈狀烴分子。下式說明了Fisher-Tropsch反應中涉及的基本化學過程：

(2n+1)H₂+nCO→C_nH_(2n+2)+nH₂O????[1]

在生產運輸燃料的轉化過程中，通常優化條件以使反應產物向具有約8至約20個原子的碳含量的較高分子量烴化合物的轉化最大化。在上述合成氣生產過程，用于將合成氣轉化成液體烴運輸燃料的各種化學方法在本領域是公知的。

其他方法包括將固體烴供料，例如煤炭、石化焦炭和/或固體生物質轉化成合成氣(主要為氫和一氧化碳)以作為電力生產中的“清潔燃料”使用。與由其生產合成氣的固體烴供料相比，由此過程生產的合成氣保留了相對較高的BTU值。清潔燃料生產中的特別成問題的是基于化石燃料(例如煤炭和石化焦炭)的固體烴供料，因為這些供料可能包含大量的污染物，例如硫和/或氮。這些污染物會破壞發電設備，并且產生影響商業過程的環境排放。通過首先氣化固體烴燃料，這些污染物會被氣化且更易于在作為電力生產的氣體燃料使用前將其除去。隨后，可將這些“清潔”燃料用作高速燃氣輪機的燃料，或用于生產電力工業生產中蒸汽驅動輪機所用的蒸汽。

使用這些固體烴燃料源的優點在于與液體或氣體烴燃料相比，它們是經濟型的燃料。這部分是由于其用作運輸燃料或家用加熱燃料的銷路不暢。這也部分是由于不易于從固體燃料源中除去的通常大量的污染物(例如硫和氮)，常將其用于能夠作為一體化工業過程中的一部分除去這些污染物的商業操作。

然而，在傳統氣化器系統中使用這些燃料的許多難點是存在與固體燃料進入氣化器系統的“流動”相關的問題。隨著氣化技術的改進，關鍵是這些氣化器的尺寸和容量變大，并且更加有效，并且生產出改進的合成氣產品組合物。然而，氣化系統尺寸的增加常導致每單位中燃燒器數量的相應增加，與供料系統不充分以及無法適當控制固體供料在多個燃燒器之間分布相關的問題也成指數級增加。這些氣化系統在非常高的溫度下操作，常在約2000°F至約5500°F的范圍。即便是燃燒器供料速率的小變化也會由于加熱不均勻而產生不合格的合成氣產品以及對設備的破壞。相連燃燒器之間固體供料的不均勻供料速率還會導致危險的回流條件。中間供料還會導致孤立的過燃燒(或局部爆炸)，這也會導致相當大的設備損壞，或氣化過程停止。