Двухступенчатый газогенератор и способ газификации с универсальностью относительно перерабатываемого сырья
Изобретение относится к процессам газификации и может применяться для преобразования твердых или суспендированных сырьевых материалов, таких как уголь, нефтяной кокс и нефтяные остатки, в синтез-газ. Способ газификации включает (а) введение жидкого углеводородного сырьевого материала и по меньшей мере одного из сухого сырьевого материала или первого суспендированного сырьевого материала в нижнюю секцию реактора, причем по меньшей мере один из сухого сырьевого материала или первого суспендированного сырьевого материала вводится через два основных питательных сопла, тогда как жидкий углеводородный сырьевой материал вводится по меньшей мере через два дополнительных питательных сопла; (b) частичное сгорание сырьевых материалов в нижней секции реактора с газовым потоком, включающим кислородсодержащий газ или пар, для выделения тепла и образования продуктов, содержащих горячий синтез-газ; (с) пропускание указанного горячего синтез-газа из стадии (b) вверх в верхнюю секцию реактора; и (d) ведение второго суспендированного сырьевого материала в указанную верхнюю секцию реактора, в результате чего тепло указанного горячего синтез-газа поддерживает реагирование второго суспендированного сырьевого материала в реакциях пиролиза и газификации. Изобретение обеспечивает максимальную эффективность конверсии газогенератора. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0001] Процессы газификации широко применяются для преобразования твердых или суспендированных сырьевых материалов, таких как уголь, нефтяной кокс и нефтяные остатки, в синтез-газ. Синтез-газ главным образом состоит из газообразного водорода (Н2) и монооксида углерода (СО), и используется как топливо для производства электроэнергии, а также в качестве исходного сырья для получения химических веществ, таких как водород, метанол, аммиак, синтетический заменитель природного газа, или синтетическое масло для транспортных средств. Для газификации углеродсодержащих материалов были разработаны системы и способы трех основных типов. Они представляют собой: (1) газификацию в стационарном слое, (2) газификацию в псевдоожиженном слое, и (3) суспензионную, или газификацию в потоке. Приведенные здесь варианты исполнения относятся к системе третьего типа и, более конкретно, представленные здесь варианты исполнения относятся к двухступенчатой системе газификации в потоке и к способу газификации углеродсодержащих материалов.
[0002] Возможности, обеспечиваемые конструкцией двухступенчатого газогенератора, могут быть использованы в максимизации скорости подачи суспензии во вторую ступень с более низкой температурой, тем самым с утилизацией тепла, выделившегося в первой ступени газогенератора, для испарения воды из суспензии. Древесный уголь и непрореагировавший углерод, выходящие из второй ступени газогенератора, затем отделяются и возвращаются обратно в первую ступень газогенератора в сухой форме, тем самым сводя к минимуму количество кислорода, необходимого для первой ступени газогенератора и доводя до максимума эффективность конверсии газогенератора.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0003] Это обобщение приведено для представления ряда понятий, которые дополнительно описываются ниже в подробном описании. Это обобщение не только не предназначено для идентификации ключевых или существенных признаков заявленного предмета изобретения, но и не предполагается быть использованным как содействующее ограничению объема заявленного предмета изобретения.
[0004] В одном аспекте раскрытые здесь варианты исполнения относятся к способу газификации, который включает (а) введение жидкого углеводородного сырьевого материала и по меньшей мере одного из сухого сырьевого материала или первого суспендированного сырьевого материала в нижнюю секцию реактора, в которой по меньшей мере один из сухого сырьевого материала или первого суспендированного сырьевого материала вводится через два основных питательных сопла, тогда как жидкий углеводородный сырьевой материал вводится по меньшей мере через два дополнительных питательных сопла; (b) частичное сгорание сырьевых материалов в нижней секции реактора с газовым потоком, включающим кислородсодержащий газ или пар, для выделения тепла и образования продуктов, содержащих горячий синтез-газ; (с) пропускание указанного горячего синтез-газа из стадии (b) вверх в верхнюю секцию реактора; (d) и введение второго суспендированного сырьевого материала в указанную верхнюю секцию реактора, в результате чего тепло указанного горячего синтез-газа поддерживает реагирование второго суспендированного сырьевого материала в реакциях пиролиза и газификации.
[0005] В еще одном аспекте раскрытые здесь варианты исполнения относятся к реактору двухступенчатой газификации, который включает нижнюю секцию реактора, которая включает нижний корпус реактора; два основных питательных сопла, предназначенных для введения по меньшей мере одного из сухого сырьевого материала или первого суспендированного сырьевого материала, размещенных на противолежащих торцевых оконечностях нижнего корпуса реактора; и по меньшей мере два дополнительных питательных сопла, предназначенных для введения жидкого углеводородного сырьевого материала, размещенных на нижнем корпусе реактора; верхнюю секцию реактора, которая включает верхний корпус реактора; по меньшей мере одно верхнее питательное сопло, предназначенное для введения по меньшей мере одного из сухого сырьевого материала или первого суспендированного сырьевого материала, размещенное на верхнем корпусе реактора; и выпуск.
[0006] В еще одном дополнительном аспекте раскрытые здесь варианты исполнения относятся к способу усовершенствования реактора двухступенчатой газификации, который включает размещение по меньшей мере двух дополнительных питательных сопел на нижнем корпусе реактора для введения жидкого углеводородного сырьевого материала в нижний корпус реактора, в дополнение к основному сырьевому материалу, состоящему из сухого сырьевого материала или суспендированного сырьевого материала, который вводится через основное питательное сопло.
[0007] Другие аспекты и преимущества заявленного предмета изобретения будут очевидными из нижеследующего описания и пунктов прилагаемой формулы изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0008] ФИГ. 1 представляет схематическое изображение системы газификации с использованием традиционного реактора двухступенчатой газификации.
[0009] ФИГ. 2 представляет перспективный вид сбоку одной половины нижней секции реактора двухступенчатой газификации в варианте исполнения согласно настоящему изобретению.
[0010] ФИГ. 3 представляет перспективный вид сверху одной половины нижней секции реактора двухступенчатой газификации в варианте исполнения согласно настоящему изобретению.
[0011] ФИГ. 4 представляет перспективный вид с торца одной половины нижней секции реактора двухступенчатой газификации в варианте исполнения согласно настоящему изобретению.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0012] В одном аспекте раскрытые здесь варианты исполнения в общем относятся к способу газификации, в котором углеродсодержащий сырьевой материал преобразуется в желательные газообразные продукты, такие как синтез-газ. В более конкретных аспектах раскрытые здесь варианты исполнения относятся к способу газификации с универсальностью относительно перерабатываемого сырья, когда происходит преобразование углеродсодержащих материалов в желательные газообразные продукты. Например, в одном или многих вариантах исполнения в раскрытом здесь способе газификации может использоваться жидкий углеводородный сырьевой материал и по меньшей мере один из сухого сырьевого материала или суспендированного сырьевого материала одновременно внутри реакционной камеры газогенератора.
[0013] Со ссылкой на ФИГ. 1, показан вариант исполнения системы газификации, в которой используется традиционный реактор двухступенчатой газификации, в целом обозначенный кодовым номером 10 позиции. Система газификации имеет нижнюю секцию 30 реактора и верхнюю секцию 40 реактора. Первая стадия процесса газификации проводится в нижней секции 30 реактора, и вторая стадия процесса газификации проводится в верхней секции 40 реактора. Нижняя секция 30 реактора определяет зону первой стадии реакции, и альтернативно будет называться реакционной зоной первой ступени. Верхняя секция 40 реактора определяет зону второй стадии реакции, и альтернативно будет называться реакционной зоной второй ступени.
[0014] Со ссылкой на ФИГ. 1, процесс газификации обычно начинается внутри первой реакционной зоны (или нижней секции 30 реактора), когда высушенный или суспендированный углеродсодержащий сырьевой материал смешивается с газовым потоком, включающим кислородсодержащий газ и/или пар, и протекает быстрая экзотермическая реакция, в которой углеродсодержащий сырьевой материал преобразуется в первую смесь продуктов, содержащую пар, водород, монооксид углерода, диоксид углерода, метан и увлеченные дисперсные материалы, такие как зола. Зола получается из негорючего минерального компонента углеродсодержащего сырьевого материала. В одном или многих вариантах исполнения твердый углеродсодержащий сырьевой материал может быть измельчен в порошок (способами, которые известны в технологии, но выходят за пределы этого изобретения), и в некоторых примерах суспендируются перед поступлением в систему 100 подачи, например, такую, но не ограничивающуюся этим, как система шлюзового бункера. Поток измельченного твердого материала, включающий дисперсный углеродсодержащий материал, из системы 100 подачи нагнетается в нижнюю секцию 30 реактора 10 газификации через питательные сопла 60 и/или 60а. Температура первой реакционной зоны 30 поддерживается более высокой, чем температура плавления золы, что позволяет расплавлять золу и агломерировать с образованием вязкой жидкости, известной как шлак. Шлак падает на дно нижней секции 30 реактора и протекает в охладительную камеру 32, после чего он гасится водой и направляется в систему обработки шлака (не показано) для конечной утилизации.
[0015] Основная реакция горения, протекающая в первой реакционной зоне, представляет собой:
С+1/2О2→СО,
которая является высокоэкзотермичной. Экзотермичность реакции повышает температуру в первой реакционной зоне до уровня между 2000°F и 3500°F (1093-1927°С). Выделившееся в первой реакционной зоне тепло переносится вверх с газовым потоком, тем самым передавая тепло для реакций пиролиза, которые протекают во второй реакционной зоне без горения, включающих испарение воды из сырьевого материала, реакцию углерода с паром и реакцию образования водяного газа между СО и Н2О. В реакции углерода с паром образуются СО и Н2, повышающие выход этих полезных для применения газов.
[0016] В отношении верхней секции 40 реактора, согласно изображенному в ФИГ. 1 варианту исполнения, твердый углеродсодержащий сырьевой материал может быть измельчен в порошок (способами, которые известны в технологии, но выходят за пределы этого изобретения), и в некоторых примерах суспендируются перед поступлением в систему 100 подачи, также применяемую для подачи в нижнюю секцию 30 реактора. Поток измельченного твердого материала, содержащий дисперсный углеродсодержащий материал, из системы 100 подачи может подводиться в верхнюю секцию 40 реактора 10 газификации через верхнее питательное сопло 80, или дополнительные питательные сопла (не показаны). Затем углеродсодержащий материал приходит в контакт с горячим синтез-газом, поднимающимся (и образованным внутри нее) из нижней секции 30 реактора 10 газификации. Углеродсодержащий материал, поступающий в верхнюю секцию 40, высушивается, и часть его подвергается пиролизу и газификации в результате таких реакций, как реакция углерода с паром (С+Н2О→СО+Н2). Реакции пиролиза и газификации являются эндотермическими, и тем самым температура смеси углеродсодержащего материала и синтез-газа снижается, пока смесь перемещается вверх через верхнюю секцию 40. В то время, когда вторая смесь продуктов, включающая непрореагировавшие твердые дисперсные материалы (например, древесный уголь) и поток второго газообразного продукта (например, синтез-газа), выходит через верх верхней секции 40 газогенератора 10, температура второй смеси продуктов снижается до диапазона между 1200°F и 2500°F (649-1371°С), такой как в пределах диапазона между 1500°F и 2000°F (816-1093°С).
[0017] Кроме того, согласно варианту исполнения, как показанному в ФИГ. 1, вторая смесь продуктов, образованная в верхней секции реактора и содержащая непрореагировавшие твердые дисперсные материалы и поток второго газообразного продукта, выходит из верхней секции 40 реактора и направляется в блок 180 рекуперации тепла. Затем охлажденный синтез-газ вводится в фильтрационное устройство 50 для отделения дисперсных материалов. Внутри фильтрационного устройства 50 для отделения дисперсных материалов поток второго твердого продукта отделяется и выводится через выпуск 70. Затем поток второго твердого продукта (включающий главным образом древесный уголь) может быть вовлечен в рециркуляцию обратно в нижнюю секцию 30 реактора в газогенераторе 10 через питательные сопла 90 и 90а, и использован для пополнения углеродсодержащего сырьевого материала, вводимого в него из питательных сопел 60 и 60а.
[0018] Кроме того, со ссылкой на ФИГ. 1, поток 52 газообразного продукта, выходящий из фильтрационного устройства 50 для отделения дисперсных материалов, содержит водород, монооксид углерода, небольшое количество метана, сероводорода, аммиака, азота и диоксида углерода, которые составляют продукт переработки. В одном или многих вариантах исполнения поток продукта переработки выходит из фильтрационного устройства 50 для отделения дисперсных материалов, чтобы быть подвергнутым дополнительной обработке (например, разделению, промыванию, и т.д.) для конечного использования.
[0019] Со ссылкой теперь на ФИГУРЫ 2-4, в дополнительных подробностях будут разъяснены варианты осуществления настоящего изобретения. В общем и целом, реакции, протекающие внутри реактора газификации, являются такими же, как было описано выше, хотя реактор газификации и его работа были модифицированы для повышения универсальности относительно перерабатываемого сырья. Изображения, показанные в ФИГУРАХ 2-4, представляют перспективные виды одной половины нижней секции 30 реактора двухступенчатой газификации, причем ФИГ. 2 изображает вид сбоку, ФИГ. 3 изображает вид сверху, и ФИГ. 4 изображает вид с торца. В эти виды включены пунктирные линии для декартовой системы координат x, y, z (то есть, 206, 208 и 210 для осей x, y, z, соответственно), с ее началом 212, расположенным в центре внутри нижней секции 30 реактора двухступенчатой газификации, с х-осью 206, протяженной по глубине нижней секции реактора, y-осью 208, протяженной по длине нижней секции реактора, и z-осью 210, ориентированной вертикально от начала 212 через центр верхней секции 40 реактора. Эта система координат будет полезной, чтобы содействовать полноте разъяснения подробностей конструкции реактора для двухступенчатой газификации.
[0020] Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, основное питательное сопло 60 может быть размещено по центру, по существу по линии y-оси 208, на каждой из торцевых оконечностей 202 горизонтальной нижней секции 30 реактора двухступенчатой газификации. Основное питательное сопло 60 может вводить сухой или суспендированный углеродсодержащий сырьевой материал в нижнюю секцию 30 реактора так, что сырьевой материал может быть введен в реакцию описанных выше процессов горения. В дополнение к основному питательному соплу 60, в некоторых вариантах исполнения могут быть по меньшей мере два дополнительных питательных сопла 200а и 200b, по меньшей мере с одним дополнительным питательным соплом, размещенным на каждой из торцевых оконечностей 202 горизонтальной нижней секции 30 реактора двухступенчатой газификации.
[0021] В одном или многих вариантах исполнения могут быть по меньшей мере два дополнительных питательных сопла таким образом, что одно размещается на каждой из торцевых оконечностей 202 горизонтальной нижней секции 30 реактора двухступенчатой газификации. В некоторых вариантах исполнения могут быть два дополнительных питательных сопла на каждой из торцевых оконечностей 202, в целом с четырьмя дополнительными питательными соплами. Дополнительные питательные сопла 200а (и 200b, если присутствуют) могут вводить дополнительный жидкий углеводородный сырьевой материал в нижнюю секцию 30 реактора так, что он может быть введен в реакцию процессов горения, как описано выше. В некоторых вариантах исполнения дополнительный жидкий углеводородный сырьевой материал и основной сухой или суспендированный углеродсодержащий сырьевой материал могут вводиться в нижнюю секцию 30 реактора по существу одновременно. В других вариантах исполнения введение дополнительного жидкого углеводородного сырьевого материала в нижнюю секцию 30 реактора может происходить периодически, в то время как введение основного сухого или суспендированного углеродсодержащего сырьевого материала может быть непрерывным, когда реактор газификации находится в эксплуатационном режиме. В одном или многих вариантах исполнения по существу может не быть введение основного сухого или суспендированного углеродсодержащего сырьевого материала в нижнюю секцию 30 через основные питательные сопла 60 и 60а. В этих вариантах исполнения сухой или суспендированный углеродсодержащий сырьевой материал может подводиться в верхнюю секцию 40 через сопло 80, и в нижнюю секцию 30 могут подаваться рециркулирующий сухой древесный уголь и зола, образованные в верхней секции 40, через питательные сопла 90 и 90а, вместе с дополнительным жидким углеводородным сырьевым материалом, подводимым через дополнительные питательные сопла 200а и 200b.
[0022] Кроме того, и как иллюстрировано в ФИГУРАХ 2-4, дополнительные питательные сопла 200а и 200b рассчитаны на введение жидкого углеводородного сырьевого материала по векторам 204а и 204b дополнительной подачи в нижнюю секцию 30 реактора так, что струи жидкого углеводородного сырьевого материала сохраняют вертикальную симметрию внутри нижней секции 30 реактора с вектором основной подачи, приблизительно по маркеру 208 х-оси основного питательного сопла 60. Конструкция дополнительных питательных сопел 200а и 200b, в том числе их соответственное размещение на торцевых оконечностях 202 горизонтальной нижней секции 30 реактора двухступенчатой газификации, и ориентация их векторов 204а и 204b подачи, являются важным техническим аспектом, чтобы создать оптимальные профили течения и температуры внутри реактора газификации с минимизацией нарушения течения сырьевого материала вдоль вектора основной подачи (то есть, маркера 208 y-оси) основного питательного сопла 60, в то же время избегая засорения или другого повреждения, которое может быть вызвано накоплением зольного материала. Например, в некоторых вариантах исполнения конструкция основного питательного сопла 60 и дополнительных питательных сопел 200а и 200b будет обеспечивать возможность пересечения вектора основной подачи (то есть, маркера 208 y-оси) от основного питательного сопла 60 и векторов 204а и 204b дополнительной подачи от дополнительных питательных сопел 200а и 200b в точке пересечения подачи, приблизительно в начале 212 системы координат. В одном или многих вариантах исполнения точка пересечения подачи (то есть, начало 212) может быть локализована в центре внутри нижней секции 30 реактора в месте, где встречаются вектор основной подачи (то есть, маркер 208 y-оси), маркер 206 х-оси и маркер 210 z-оси.
[0023] Однако в одном или многих вариантах исполнения векторы дополнительной подачи дополнительных питательных сопел могут быть ориентированы в сторону точки, которая находится ниже на маркере 210 z-оси, нежели местоположение начала 212 (то есть, ближе к дну нижней секции 30 реактора). В этих вариантах исполнения вектор основной подачи основного питательного сопла 60 все еще может быть ориентирован в сторону начала 212 (то есть, вдоль маркера 208 y-оси), или же он может быть ориентирован к точке, которая находится ниже по маркеру 210 z-оси, чем местоположение начала 212 (то есть, он может образовывать вектор ниже на маркере 210 z-оси, но параллельно маркеру 208 y-оси). Общие ориентации, описанные в этом абзаце, могут обеспечивать повышение температуры вокруг области, ведущей к охладительной камере 32, облегчая тем самым равномерное течение шлака в охладительную камеру 32.
[0024] Как правило, дополнительные питательные сопла размещаются в независимых друг от друга положениях, и могут находиться где угодно на торцевых оконечностях 202 горизонтальной нижней секции 30 реактора двухступенчатой газификации, пока векторы подачи сырьевых материалов, вводимых в нижнюю секцию 30 реактора, встречаются в точке пересечения подачи (то есть в начале 212). В некоторых вариантах исполнения вектор 204а или 204b дополнительной подачи может образовывать угол относительно вектора основной подачи (то есть, маркера 208 y-оси) около +/-1-45 градусов, или в некоторых вариантах исполнения около +/-5-30 градусов, или в еще дополнительных вариантах исполнения около +/-10-20 градусов. Независимо от вышеуказанных соображений, вектор 204а или 204b дополнительной подачи может образовывать угол относительно маркера 206 х-оси около +/-1-45 градусов, или в некоторых вариантах исполнения около +/-5-30 градусов, или в еще дополнительных вариантах исполнения около +/-10-20 градусов. Кроме того, вектор 204а или 204b дополнительной подачи может образовывать угол относительно маркера 210 z-оси около +/-1-45 градусов, или в некоторых вариантах исполнения около +/-5-30 градусов, или в еще дополнительных вариантах исполнения около +/-10-20 градусов. Кроме того, ориентация каждого конкретного вектора подачи может быть по существу безотносительной к ориентации еще одного вектора дополнительной подачи. Однако, чтобы сохранять правильную симметрию векторов дополнительной подачи для получения оптимальных условий течения внутри реактора, может быть необходимым выстраивание каждого вектора дополнительной подачи так, что существует дополняющий вектор дополнительной подачи, который образует противоположный угол относительно системы координат. Например, если имеется одно дополнительное питательное сопло, которое имеет вектор дополнительной подачи, образующий угол в 45 градусов относительно вектора основной подачи (то есть маркера 208 y-оси), то тогда может быть благоприятным размещение еще одного дополнительного питательного сопла, которое образует угол в -45 градусов относительно вектора основной подачи (то есть маркера 208 y-оси).
[0025] В одном или многих вариантах исполнения может быть благоприятным достижение оптимальных условий течения сырьевого материала внутри реактора, если течение сырьевого материала из одного дополнительного питательного сопла 200а или 200b на одной торцевой оконечности 202 является непосредственно противоположным течению сырьевого материала из еще одного дополнительного питательного сопла (не показано), размещенного на противолежащей торцевой оконечности (не показано) нижней секции 30 реактора газификации (то есть, два вектора подачи сырьевого материала образуют прямую линию через точку пересечения подачи от одной торцевой оконечности до другой). В одном или многих вариантах исполнения каждая торцевая оконечность 202 нижней секции 30 реактора газификации может иметь одинаковое число присоединенных к ней дополнительных питательных сопел, причем каждое дополнительное питательное сопло имеет вектор подачи, который является непосредственно противоположным вектору подачи еще одного дополнительного питательного сопла на противолежащей торцевой оконечности нижней секции 30 реактора газификации. Вышеуказанные соображения относительно векторов подачи дополнительных питательных сопел могут служить для обеспечения оптимальных эксплуатационных условий для реактора газификации сокращением возможности контакта или столкновения брызг вторичного жидкого углеводородного сырьевого материала с внутренними поверхностями стенок реактора, уменьшая любое разрушение материала основного высушенного или суспендированного углеродсодержащего сырьевого материала из основных питательных сопел, и обеспечения надлежащей температуры (например, выше температуры плавления золы в сырьевом материале) в области вокруг нижней секции 30 реактора, ведущей в охладительную камеру 32.
[0026] Высушенные или суспендированные углеродсодержащие сырьевые материалы, вводимые в нижнюю секцию реактора основными питательными соплами, могут включать бурый уголь, суббитуминозный уголь, битуминозный уголь, нефтяной кокс, древесный уголь, отделенный от продуктов верхней секции реактора газификации, и их смеси. Если сырьевой материал представляет собой суспендированный углеродсодержащий материал, жидкостный носитель для углеродсодержащих материалов в нем может включать воду, жидкий СО2, жидкость нефтяного происхождения, или любую их смесь. Жидкий углеводородный сырьевой материал, вводимый в нижнюю секцию реактора дополнительными питательными соплами, может включать пиролизное масло, остатки вакуумной перегонки, битумный пек (в том числе деасфальтированный растворителями битумный пек), каменноугольную смолу, фенольные материалы из процессов низкотемпературной газификации, растворитель, выдутый из установок для удаления кислых газов (AGR), или их смеси. Жидкие углеводородные сырьевые материалы могут быть описаны более конкретно следующим образом: остатки вакуумной перегонки представляют собой высококипящую фракцию с высокой молекулярной массой из очистки сырого сланца, битумный пек представляет собой высококипящий высокомолекулярный побочный продукт гидрокрекинга, фенольные материалы представляют собой побочные продукты, образуемые при охлаждении синтез-газа из процессов низкотемпературной газификации, и потоки выдуваемого из AGR растворителя содержат растворители (например, амины, гликоли, метанол, и т.д.) и загрязнители (например, смеси бензола, толуола и ксилолов (BTX), смолы, углеводороды, и т.д.), которые должны выводиться продувкой из AGR.
[0027] В некоторых вариантах исполнения жидкий углеводородный сырьевой материал составлять не более 10 процентов, не более 20 процентов, не более 40 процентов, не более 60 процентов, или не более 80 процентов по весу всей смеси сырьевых материалов (то есть, сухого или суспендированного сырьевого материала, и/или повторно используемого сухого древесного угля плюс жидкий углеводородный сырьевой материал), вводимых в нижнюю секцию реактора газификации. В одном или многих вариантах исполнения дополнительные питательные сопла нижней секции реактора газификации могут распылять жидкий углеводородный сырьевой материал посредством азота, рециркуляционного синтез-газа, воздуха, обогащенного кислородом воздуха, кислорода, пара, или смесей. Распыление жидкого углеводородного сырьевого материала, вводимого в нижнюю секцию реактора газификации, может быть важным для обеспечения оптимального сгорания всей смеси сырьевых материалов.
[0028] Варианты осуществления настоящего изобретения могут создавать по меньшей мере одно из следующих преимуществ. Повышение универсальности относительно перерабатываемого сырья в пределах способа газификации тем самым повышает эффективность капитальных затрат и применимость реактора газификации, имеющего описанные здесь дополнительные питательные сопла. В дополнение, некоторые из упомянутых выше жидких углеводородных сырьевых материалов могут быть образованы установкой, которая неспособна использовать эти сырьевые материалы. В этих обстоятельствах конкретные жидкие углеводородные сырьевые материалы могут быть собраны и транспортированы в еще одно место для продажи, использования или уничтожения. Варианты осуществления настоящего изобретения могут предотвращать потенциальные риски и дорогостоящую перевозку жидких углеводородов и неопределенные конъюнктуры рынка (если они предназначены для продажи) упрощением внутреннего использования этих сырьевых материалов в раскрытом здесь способе/реакторе газификации. Кроме того, в некоторых вариантах исполнения может быть возможной вариация количества жидкого углеводородного сырьевого материала, вводимого в нижнюю секцию реактора газификации, без необходимости в остановке реактора, тем самым облегчая непрерывную эксплуатацию реактора газификации, если желательно сокращение или увеличение жидкого углеводородного сырьевого материала, или если поток жидкого углеводорода становится недоступным. В дополнение, представляется, что может быть вполне возможным улучшение производительности существующих реакторов газификации вышеупомянутыми путями простым размещением по меньшей мере двух дополнительных питательных сопел на нижнем корпусе реактора в реакторе газификации так, что жидкие углеводородные сырьевые материалы могут вводиться в нижний корпус реактора во время процесса газификации в качестве дополнения к сырьевому материалу, подаваемому основным питательным соплом.
[0029] Поэтому настоящее изобретение благоприятным образом обеспечивает получение газификацией высокоценного продукта (Н2) с использованием малоценных побочных продуктов (например, жидких углеводородных сырьевых материалов). Водород представляет собой высокоценный продукт в очистительных установках, поскольку он требуется для разнообразных операций гидроочистки сырой нефти, таких как удаление серы и гидрокрекинг. В отличие от настоящего изобретения, водород часто генерируется в очистительных установках риформингом (расходованием) высокоценных жидкости или газа. В раскрытых здесь способах газификации может использоваться менее ценный сырьевой материал для получения водорода при повышенной универсальности для работы с самыми многообразными сырьевыми материалами. В дополнение, жидкий углеводородный сырьевой материал расходует сравнительно меньше кислорода для данного количества образованного синтез-газа, чем твердый высушенный или суспендированный углеродсодержащий сырьевой материал, так что дополнение основного сырьевого материала жидким углеводородным сырьевым материалом будет служить для сокращения общего расходования кислорода внутри реактора газификации.
[0030] Хотя выше были подробно описаны только немногие примерные варианты исполнения, квалифицированным специалистам в этой области технологии будет без труда понятно, что многие модификации возможны в примерных вариантах исполнения без фактического выхода за пределы изобретения. Соответственно этому, все такие модификации предполагаются включенными в область этого изобретения, как определяемого пунктами нижеследующей формулы изобретения. Заявитель определенно не намерен требовать применения 112(f) Раздела 35 Кодекса законов США для любых ограничений любого из пунктов формулы изобретения здесь, за исключением тех, в которых пункт формулы изобретение четко использует слова «средство для» вместе со связанной функцией.
1. Способ газификации, включающий:
(а) введение жидкого углеводородного сырьевого материала и по меньшей мере одного из сухого сырьевого материала или первого суспендированного сырьевого материала в нижнюю секцию реактора, причем по меньшей мере один сухой сырьевой материал или первый суспендированный сырьевой материал вводится через два основных питательных сопла, тогда как жидкий углеводородный сырьевой материал вводится через по меньшей мере два дополнительных питательных сопла;
(b) частичное сгорание сырьевых материалов в нижней секции реактора с газовым потоком, включающим кислородсодержащий газ или пар, для выделения тепла и образования продуктов, содержащих горячий синтез-газ;
(с) пропускание указанного горячего синтез-газа из стадии (b) вверх в верхнюю секцию реактора; и
(d) введение второго суспендированного сырьевого материала в указанную верхнюю секцию реактора, в результате чего тепло указанного горячего синтез-газа поддерживает реагирование второго суспендированного сырьевого материала в реакциях пиролиза и газификации.
2. Способ газификации по п.1, в котором введение жидкого углеводородного сырьевого материала и по меньшей мере одного из сухого сырьевого материала или первого суспендированного сырьевого материала в нижнюю секцию реактора происходит одновременно.
3. Способ газификации по п.1, в котором введение жидкого углеводородного сырьевого материала в нижнюю секцию реактора происходит периодически, тогда как введение по меньшей мере одного сухого сырьевого материала или первого суспендированного сырьевого материала является непрерывным.
4. Способ газификации по п.1, в котором векторы дополнительной подачи жидкого углеводорода по меньшей мере двух дополнительных питательных сопел ориентированы так, что они сохраняют вертикальную симметрию внутри нижней секции реактора с вектором основной подачи основного питательного сопла.
5. Способ газификации по п.1, в котором вектор дополнительной подачи жидких углеводородных сырьевых материалов из по меньшей мере двух дополнительных питательных сопел и вектор основной подачи основного сырьевого материала из основных питательных сопел пересекаются в точке пересечения подачи, которая находится по существу в центре нижнего корпуса реактора.
6. Способ газификации по п.5, в котором векторы дополнительной подачи жидких углеводородных сырьевых материалов из по меньшей мере двух дополнительных питательных сопел пересекаются в центре нижнего корпуса реактора и образуют прямую линию через центр нижнего корпуса реактора от одной торцевой оконечности нижней секции реактора до другой торцевой оконечности.
7. Способ газификации по п.1, в котором по меньшей мере один вектор дополнительной подачи по меньшей мере двух дополнительных питательных сопел образует угол около +/-1-45 градусов относительно вектора основной подачи двух основных питательных сопел.
8. Способ газификации по п.1, в котором по меньшей мере один вектор дополнительной подачи по меньшей мере двух дополнительных питательных сопел образует угол около +/-1-45 градусов относительно оси, протяженной по глубине от центра нижней секции реактора.
9. Способ газификации по п.1, в котором по меньшей мере два дополнительных питательных сопла распыляют жидкий углеводородный сырьевой материал с помощью воздуха, обогащенного кислородом воздуха, кислорода, пара или их смесей.
10. Способ газификации по п.1, в котором количество всего сырьевого материала, вводимого в нижнюю секцию реактора, содержит не более 60 весовых процентов жидкого углеводорода.
11. Способ газификации по п.1, в котором жидкий углеводородный сырьевой материал включает пиролизное масло, остатки вакуумной перегонки, битумный пек, каменноугольную смолу, фенольные материалы из процессов низкотемпературной газификации, растворитель, выдутый из установок для удаления кислых газов (AGR), или их смеси.
12. Способ газификации по п.1, в котором сухой сырьевой материал и первый суспендированный сырьевой материал включает по меньшей мере один из бурого угля, суббитуминозного угля, битуминозного угля, нефтяного кокса, древесного угля и их смеси.
13. Реактор двухступенчатой газификации, включающий:
нижнюю секцию реактора, включающую:
(а) нижний корпус реактора;
(b) два основных питательных сопла, предназначенных для введения по меньшей мере одного из сухого сырьевого материала или первого суспендированного сырьевого материала, размещенных на противолежащих торцевых оконечностях нижнего корпуса реактора; и
(с) по меньшей мере два дополнительных питательных сопла, выполненных с возможностью введения жидкого углеводородного сырьевого материала, размещенных на нижнем корпусе реактора;
верхнюю секцию реактора, включающую:
(а) верхний корпус реактора;
(b) по меньшей мере одно верхнее питательное сопло, выполненное с возможностью введения по меньшей мере одного из сухого сырьевого материала или первого суспендированного сырьевого материала, размещенное на верхнем корпусе реактора; и
(с) выпуск.
14. Реактор двухступенчатой газификации по п.13, в котором по меньшей мере два дополнительных питательных сопла ориентированы так, что они подают сырьевые материалы вдоль векторов дополнительной подачи, которые сохраняют вертикальную симметрию внутри нижней секции реактора с подачей вдоль векторов основной подачи из основных питательных сопел.
15. Реактор двухступенчатой газификации по п.13, в котором по меньшей мере два дополнительных питательных сопла и основное питательное сопло ориентированы так, что они обеспечивают подачу вдоль векторов подачи, которые пересекаются в точке пересечения подачи, которая находится по существу в центре нижнего корпуса реактора.
16. Реактор двухступенчатой газификации по п.13, в котором по меньшей мере два дополнительных питательных сопла размещены на противолежащих торцевых оконечностях нижнего корпуса реактора так, что каждая торцевая оконечность имеет одинаковое число дополнительных питательных сопел.
17. Реактор двухступенчатой газификации по п.16, в котором каждый вектор дополнительной подачи каждого дополнительного питательного сопла на одной торцевой оконечности ориентирован с образованием прямой линии с вектором дополнительной подачи из дополнительного питательного сопла на противоположной торцевой оконечности.
18. Реактор двухступенчатой газификации по п.13, в котором по меньшей мере один вектор дополнительной подачи из по меньшей мере двух дополнительных питательных сопел образует угол около +/-1-45 градусов относительно вектора основной подачи из двух основных питательных сопел.
19. Реактор двухступенчатой газификации по п.13, в котором по меньшей мере один вектор дополнительной подачи из по меньшей мере двух дополнительных питательных сопел образует угол около +/-1-45 градусов относительно оси, протяженной по глубине от центра нижней секции реактора.
20. Способ усовершенствования реактора двухступенчатой газификации, включающий:
размещение по меньшей мере двух дополнительных питательных сопел на нижнем корпусе реактора для введения жидкого углеводородного сырьевого материала в нижний корпус реактора в дополнение к основному сырьевому материалу, состоящему из сухого сырьевого материала или суспендированного сырьевого материала, который вводится через основное питательное сопло.
