氧化反应中的烟灰控制的制作方法
【专利说明】氧化反应中的烟灰控制
[0001]发明领域
本发明涉及通过在升高的温度下使用氧气来转变或改变进料流的烃含量的方法中的改善。此类方法的很多实施方式称为“部分氧化”。
[0002]发明背景
部分氧化和类似的操作牵涉使烃与氧气在形成具有气态组分的所需组成的气态产物流的条件下接触。但是，过去的经验已显示，气态产物流经常含有固体微粒副产物(例如烟灰)，当在意欲通过不完全反应或燃烧它们来保留一种或更多种烃组分中的重要组分的条件下产生气态产物流时尤其如此。在低温下发生部分氧化反应时，也可能存在这些固体微粒副产物。即，若反应条件未实现所存在的所有可氧化的组分的完全氧化，或若反应器温度低，那么预期存在于产物流中的一些未氧化的物质处于固相中。或者反应条件可以是这样的以致超过进料的裂解温度，而不使进料充分转化为气态产物流。固体微粒副产物通常称为“烟灰”并可包含元素碳和/或含碳的烃。该物质在来自部分氧化操作的产物流中的存在经常是不合意的。但是，先前用以降低该物质在产物流中的量的努力已要求牺牲产率，或增加反应物(例如氧气)的使用，这些是具有缺陷的方法。
[0003]发曰月概沐
本发明的一个方面是处理含有一种或更多种烃的气态进料物质的改善的方法，所述方法包括
将含氧气的热氧化剂流与气态进料物质的进料流一起添加，在有效使所述进料物质中的一种或更多种烃部分氧化的反应条件下混合，以产生含有氢气和C0的产物流，
同时在将氧化剂流添加至进料流中时维持氧化剂流的动量相对于进料流的动量的比率，以致产物流的烟灰含量比进料流的烟灰含量高出小于5 gm/Nm3(或在其它实施方式中高出小于2 gm/Nm3、或甚至高出小于1 gm/Nm3)。
[0004]本发明的优选实施方式是处理含有一种或更多种烃的气态进料物质的改善的方法，所述方法包括
将含氧气的热氧化剂流与气态进料物质的进料流一起添加，在有效使所述进料物质中的一种或更多种烃部分氧化的反应条件下混合，以产生含有氢气和C0的产物流，
同时在将氧化剂流添加至进料流中时，维持氧化剂流的动量相对于进料流的动量的比率，以致所述比率小于这样的氧化剂流的动量相对于进料流的动量的比率:在该比率下，在其它方面相同的反应条件下，产物流的烟灰含量比向其中添加氧化剂流的进料流的烟灰含量高5 gm/Nm3 (或在其它实施方式中高2 gm/Nm3、或甚至高1 gm/Nm3)。
[0005]S卩，控制前述氧化剂流与进料流的动量比率，以致产物的烟灰含量比进料流的烟灰含量高出小于5 gm/Nm3，更优选高出小于2 gm/Nm3或甚至高出小于1 gm/Nm3。
[0006]本发明另一优选的实施方式是处理含有一种或更多种烃的气态进料物质的改善的方法，所述方法包括
将含氧气的氧化剂流与气态进料物质的进料流一起添加，在有效使所述进料物质中的一种或更多种烃部分氧化的反应条件下混合，以产生含有氢气和C0的产物流，在包括进料流的温度、氧化剂流的温度和化学计量比的反应条件下，在所述条件下若用氧化剂流的动量相对于进料流的动量的给定比率(当将所述料流(streams) —起添加时)来实施部分氧化反应，则产物流的烟灰含量将比进料流的烟灰含量高5 gm/Nm3，以及，当将所述料流一起添加时，使用小于给定比率的氧化剂流的动量相对于进料流的动量的比率，但在其它方面相同的反应条件下进行部分氧化反应，
其中产物流的烟灰含量比进料流的烟灰含量高出少于5 gm/Nm3。
[0007]在前述的优选实施方式中，当将氧化剂流添加至进料流中时，还将氧化剂流的动量相对于进料流的动量的比率控制为足够高，以使进料流中至少50%的烃物质转化成C0、氢气或其它烃物质。
[0008]在前述的其它优选实施方式中，产物流含有甲烷，并且还控制前述的动量比率和添加至进料流中的氧化剂流的温度，以控制产物流中的甲烷的量。
[0009]本文所使用的料流的“动量”是料流的质量流量(mass flow rate)乘以料流横穿垂直于该料流的流动方向的平面的平均速度。
[0010]本文所使用的“烟灰”是宽度小于1微米的含碳的固体微粒物质。
[0011]附图简沐
图1是本发明的部分氧化的实施方式的示意性流程图。
[0012]图2是用于产生本发明中有用的热氧流的装置的横截面视图。
[0013]图3是部分氧化反应器的横截面视图，其显示本发明的实施方式的表现(representat1ns)。
[0014]发明详述
可通过本发明处理的气态进料物质通常可包括来自很多可能的来源中的任何种的很多组合物中的任何种。例如，气态进料物质可包含甲烷或天然气。作为另一实例，气态进料物质可含有氢气和C0中的一者或二者，可含有水蒸气，且可含有一种或更多种选自甲烷、含有2至8个碳原子和0至2个氧原子的烃的轻质烃，和它们的混合物。气态进料物质可含有固体微粒物质，例如灰分、炭(char)和/或焦油(其可含有具有多于8个碳原子的种类)。气态进料物质还可含有氮气和/或二氧化碳。
[0015]气态进料物质可由众多来源中的任何种获得或产生。例如，气态进料物质可以是:
通过以下物质的气化或热解产生:生物质材料(其实例包括藻类或含有纤维素或半纤维素或木质素中的任何种的物质，包括但不限于城市固体废物(MSW)、木材(包括木片、砍伐的木料；木板、其它木材产品、和木制成品、以及木材废料(包括锯肩)，和来自各种各样的树(包括桦树、楓树、冷杉、松树、云杉)的纸浆原材)、和植物性物质，例如草和其它作物，以及由植物性物质获得的产品，例如稻壳、稻草、大豆渣、玉米秸杆和甘蔗渣；
通过含碳原料的气化或热解产生，所述含碳原料例如煤、焦炭或石油焦炭，其实例为焦炉煤气；
在高炉中产生的废气流；
通常用作燃料的其它气流，例如天然气；
来自工业过程的含烃副产物气流；和由前述的任何种的重整产生的合成气。
[0016]参照图1，料流11代表本文描述的气态进料物质。将料流11进料至反应器15中，在反应器15中它与热氧化剂流13混合。可使进料至反应器15中的料流11处于一定的温度，该温度为从环境(温度)直至低于在其之下最倾向于经历热裂解的组分将开始经历热裂解的温度的温度，并优选低于那个温度至多100 °F。料流11可处于像由上游处理步骤产生的这样的温度，或可将其在热交换器或加热器中加热至这样的温度。将意识到，对于任何给定组成的进料物质，最佳实现所需的部分氧化反应的进料流温度可取决于进料物质的组成和部分氧化反应中所需的转化程度而变化。
[0017]热氧化剂流13典型地具有1000 °?至4800 °F (优选2800 °?至4500 °F)的温度。氧化剂流13的氧气含量典型地为至少50体积％，并优选至少80体积％。可通过众多技术中的任何种来形成具有这些特性的热氧化剂流。用以产生有用的热氧化剂流的优选的技术描述如下，参照图2。
[0018]参照图2，可通过将氧化剂流203提供进入热氧生成器202中来提供热氧流13，所述氧化剂流203具有至少30体积％的氧气浓度，并优选具有至少85体积％的氧气浓度，所述热氧生成器202优选为具有用于氧化剂203的进口 204并具有用于热氧流13的出口喷嘴206的腔室或管道。最优选地，氧化剂203是具有至少99.5体积％的氧气浓度的工业纯(technically pure)氧气。进料至热氧