[发明专利]一种部分氧化反应器除渣的方法

说明书

                     发明背景发明领域

本发明涉及向用于部分氧化反应的石油基原料添加少量含钒物质。钒的添加有利于部分氧化反应器除渣。

现有技术

石油基原料包括不纯的石油焦和其它含烃物质，诸如渣油和重质石油的副产物。这些原料通常用于部分氧化反应，生产氢气和一氧化碳气的混合物，一般称为“合成气”。合成气用作制备许多有用的有机化合物的原料，并也可用作产生能量的洁净燃料。合成气通常含有有影响量的杂质，诸如硫和各种金属，诸如钒、镍和铁。

包括原料、含单质氧的气体和任何其它物质的进料被送入部分氧化反应器。部分氧化反应器也叫做“部分氧化气化器反应器”，或简称为“反应器”或“气化器”，这些术语在整个说明书中可互换使用。

任何现行的方法都可用来将原料送入反应器。通常，原料和气体经一个或多个入口或开口加入反应器。一般地是使原料和气体通过一个位于反应器入口的燃烧器。任何现行的燃烧器设计都可用来参与原料和气体在反应器里的添加或相互作用，诸如在Eastman等人的美国专利2928460、Muenger等人的美国专利4328006或Muenger等人的美国专利4328008中描述的环型燃烧器。

另一方面，原料可经一个通道被送入反应器上端。一般通过或者燃烧器或者分离通道—将氧气直接排入原料气流中——将含单质氧的气体以高速送入反应器。用这种装置，排入的物料在反应区完全混合并防止氧气气流直接冲击和破坏反应器壁。

任何现行的反应器设计都可使用。一般可使用立式、圆筒型的钢制压力容器。具体说明的反应器和相关设备在Strasser等人的美国专利2809104、Eastman等人的美国专利2818326、Schlinger等人的美国专利3544291、Dach的美国专利4637823、Peters等人的美国专利4653677、Henley等人的美国专利4872886、Van der Berg的美国专利4456546、Stil等人的美国专利4671806、Eckstein等人的美国专利4760667、VanHerwi jner等人的美国专利4146370、Davis等人的美国专利4823741、Segerstrom等人的美国专利4889540、Sternling的美国专利4959080和Sternling的美国专利4979964中公开。反应区优选包括溢流管、自由流动(free-flow)和衬有耐火材料的燃烧室，燃烧室在顶部中心有入口，在底部有轴向相对的出口。

耐火材料可以是任何有效的用于部分氧化反应器的材料。耐火材料可被预制和安装，诸如耐火砖材料，或者可在反应器内形成，诸如塑性陶瓷。一般的耐火材料包括至少一种或多种下列物质：金属氧化物，诸如氧化铬、氧化镁、氧化铁、氧化铝、氧化钙、二氧化硅、氧化锆和二氧化钛；含磷化合物等。耐火材料的相对量可以是任何有效比例。

在足以将需要量的原料转化为合成气的任何有效反应条件下进行部分氧化反应。反应温度一般在约900℃至约2000℃范围，优选从约1200℃至约1500℃。压力一般在约1至约250、优选约10至约200大气压范围。在反应区平均停留时间一般在约0.5至约20、通常在约1至约10秒范围。

部分氧化反应优选在合成气制备的高还原条件下进行。通常，反应器内氧气的浓度以分压计在部分氧化期间小于约10^-5、一般从约10^-12至约10^-8大气压。

不纯的石油焦或其它适合的石油基原料的部分氧化生成副产物渣，这种渣可聚集并在反应器内表面上或在反应器的较低的狭窄部位和反应器出口形成沉积甚至发生阻塞，从而阻止了有效的部分氧化。因此，需要定期关闭部分氧化反应器来除渣，这在操作上通常称为“受控氧化”或“除渣”。将在部分氧化反应器里的受控氧化条件用于使渣流体化或熔化，使其能流出反应器而被除去，由此能使反应器恢复进行部分氧化。

石油基原料诸如不纯的石油焦通常含作为主要结渣成分的钒，此外还有各种量的氧化铝、二氧化硅和钙。在形成合成气的部分氧化反应期间，石油焦原料的氧化铝、二氧化硅和钙杂质会形成一种含硅的包围以三氧化钒(V₂O₃)晶体形式存在的钒的玻璃基质。

作为合成气反应的副产物形成的灰分粒会冲击和附着在反应器的内壁表面，依靠灰分熔化温度决定其以渣的形式聚集或流出反应器。