專利名稱：獲得作為吸熱反應(yīng)的間接加熱源的加熱流體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及獲得作為進(jìn)行吸熱反應(yīng)、例如烴重整反應(yīng)的間接加熱源的加熱流體的方法。
更準(zhǔn)確地說，本發(fā)明涉及包括下列步驟的方法-將含有烴類的物流和含有氧的氣流加入到燃燒室，在燃燒室中這些流體被適當(dāng)?shù)貕嚎s；-在燃燒室中、在氧存在下燃燒烴類，從而獲得含二氧化碳和氧的高溫流體。
本發(fā)明還涉及在交換器型重整裝置中進(jìn)行烴重整反應(yīng)的方法。
在下面的說明書和后附的權(quán)利要求書中，術(shù)語“烴類”通常是指輕質(zhì)氣態(tài)烴(C1-C4)例如甲烷，天然氣，煉廠氣，或輕質(zhì)液態(tài)烴，例如石腦油，和它們的混合物。此外，術(shù)語“含氧氣流”通常是指空氣，富含氧的空氣或純氧。
在下面的說明書和后附的權(quán)利要求書中，術(shù)語“烴的重整”是指在水蒸汽存在下烴的吸熱轉(zhuǎn)化。用這樣的方法獲得化合物，例如氫、一氧化碳和二氧化碳，這些化合物在許多化學(xué)反應(yīng)中作為基本的反應(yīng)物。
術(shù)語“交換器型重整裝置”是指適合于進(jìn)行烴重整的特定裝置。從概念的觀點來看，這些裝置可以與換熱器相比。通常，重整反應(yīng)是在許多裝有催化劑并有烴和水蒸汽的流體流過的管(管束)中進(jìn)行。反應(yīng)熱是通過加熱流體接觸管外側(cè)壁、進(jìn)行間接熱交換來提供的。
正如所知道的那樣，在吸熱反應(yīng)、更確切地說是在烴重整反應(yīng)領(lǐng)域，越來越感到需要提供這樣一些方法，這些方法一方面具有最低能量消耗，另一方面可以在具有高熱效率的、簡單和可靠的重整設(shè)備或裝置中進(jìn)行，并且需要低的投資和維修費用。
為了滿足上述的要求，在本領(lǐng)域已經(jīng)提出了一些方法例如烴重整方法，其中反應(yīng)熱是通過與加熱流體的間接熱交換來提供的。
這種類型的方法已經(jīng)在下列論文中舉例說明"synetix發(fā)表的先進(jìn)的氣體加熱重整裝置，P.W.Farnell"和"新的Kellogg Brown和Root氨處理(New Kellogg Brown & Root ammonia process),Jim Gosnell"；這兩篇論文在"第44屆美國化學(xué)工程師學(xué)會年會關(guān)于氨設(shè)備和有關(guān)設(shè)施的安全(44th AIChE Annual meeting on safety in ammonia plants andrelated facilities)”，西雅圖，美國，27-30日，九月，1999年中詳細(xì)說明。
迄今為止，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，需要例如上述交換器型重整裝置的設(shè)備的這些方法在實際應(yīng)用中非常有限，這是因為這些方法要求總能量消耗等于甚至高于傳統(tǒng)的爐型重整裝置。此外，它們還有未解決的新的技術(shù)問題，例如金屬粉塵化(metal dusting)。
事實上，雖然這些方法保證了反應(yīng)性氣體(烴和水蒸汽)和加熱流體之間的高溫交換效率，以及高效率地回收離開交換器型重整裝置的加熱流體的余熱，但是這種方法有許多缺點，有些缺點在下文中指出。
例如，在用于獲得氨合成反應(yīng)物的烴重整反應(yīng)的情況下，重整反應(yīng)所需的熱通常是在交換器型重整裝置(第一重整裝置)中通過與來自第二重整裝置的熱氣體間接熱交換來提供的。
在第二重整裝置中，反應(yīng)熱是通過與在裝置中的氧化劑與部分烴和氫的放熱燃燒反應(yīng)所生產(chǎn)的熱進(jìn)行直接熱交換來提供的。
然而，在第二重整裝置中的氧化劑通常是空氣，與該氧化劑一起引入的氮量必須是用于下列NH3合成反應(yīng)的化學(xué)計算量，對交換器型重整裝置有效的熱量是不變的，并且無論如何不足以提供滿意的烴重整。
為了避免這種情況，通常提出了二種可能的解決方案1)用過量的氧化劑，即空氣進(jìn)行第二重整操作；2)用富氧空氣操作。
第一種解決方案的缺點是，必須壓縮空氣量使其大大地超過化學(xué)計算量(約超過50％)。此外，過量的氮不會用于合成反應(yīng)，因此必須用昂貴的設(shè)備將其除去；另外，可將氮送到氨合成回路，從氨合成回路必須洗滌出氮，因為在這種情況下它對合成反應(yīng)是有害的。在這兩種情況下，壓縮過量的氮所用的能量被損失，結(jié)果使能量消耗增加。
第二種解決方案的缺點是富氧空氣系統(tǒng)是昂貴的，并且要消耗相應(yīng)的能量。
這兩種解決方案不可避免地意味著交換器型重整裝置是在具有高濃度CO的還原氣氛中進(jìn)行加熱流體操作。這樣就使設(shè)備產(chǎn)生所謂的金屬粉塵化現(xiàn)象，這種現(xiàn)象將在后面描述。
為了降低與金屬粉塵化問題有關(guān)的危險，在烴重整期間所用加工蒸汽的量大于額定量，這樣進(jìn)一步增加了消耗。另外，還要使用高級的和昂貴的材料來制造重整設(shè)備。
重整氣將用于其他目的，例如在沒有提供第二重整步驟的方法中用于氫的制造，并通過烴的燃燒獲得加熱流體，如此獲得的加熱流體將在壓力基本上等于反應(yīng)氣體壓力(例如在氫情況下約25巴)下在換熱器型重整裝置中流動。
為此，為了獲得加熱流體，必須在所需的壓力下壓縮含氧流體(通常是空氣)，該含氧流體在烴的燃燒反應(yīng)中作為燃燒物，結(jié)果產(chǎn)生了相應(yīng)的能量消耗。
人們注意到這樣的壓縮是在具有熱力學(xué)效率低于100％，一般約70％的的壓縮機中進(jìn)行。
此外，因為必須用大大過量的空氣(約100％)來進(jìn)行燃燒反應(yīng)獲得加熱流體，因此非常高的壓縮空氣流率進(jìn)一步增加了能量消耗。這樣，燃燒室內(nèi)部的火焰溫度降低到如此獲得的加熱流體不會損害發(fā)生重整反應(yīng)的交換器型重整裝置的可接受值。
此外，為了回收從交換器型重整裝置排出的加熱流體的能量，加熱流體在汽輪機中膨脹是必需的。這樣發(fā)生的膨脹具有的汽輪機熱效率低于100％，一般為約70％，因此意味著更高的能量消耗。
加熱流體的壓縮和膨脹循環(huán)的總效率等于壓縮機和渦輪機效率的乘積，即70％乘以70％等于約50％。這意味著損失了約一半用于壓縮加熱流體的能量。
所以，如果將燃燒物壓縮和加熱流體膨脹，需要的能量消耗合計就獲得總的能量消耗，該總能量消耗大于使用爐式重整裝置的傳統(tǒng)方法獲得的總能量消耗(即使其本身非常高)。
在這方面，值得注意的是，使用與加熱流體間接熱交換的重整方法所產(chǎn)生的高能量消耗與重整方法本身沒有太大的關(guān)系，但是與獲得和生產(chǎn)適合用于該方法循環(huán)的加熱流體所需要的壓縮和膨脹步驟有關(guān)。
因此，盡管相對于用于常規(guī)重整方法的爐式重整裝置來說，進(jìn)行這種重整方法所用的裝置(交換器型重整裝置)在投資費用方面具有相應(yīng)的優(yōu)點，以及可以達(dá)到較高的熱交換和熱回收效率，但是由于上述缺點，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，使用與加熱流體間接熱交換的重整方法迄今為止在應(yīng)用中是受限制的。
本發(fā)明的技術(shù)課題是提供一種獲得用作烴重整反應(yīng)中的熱源的加熱流體的方法，該方法不僅可以實現(xiàn)一種使用交換器型重整裝置作為重整裝置的重整方法，而且可以改善可靠性方面的性能和維修費用，同時可以使總能量消耗盡可能的低，并且至少低于使用爐式重整裝置的常規(guī)重整方法的總能量消耗。
按照本發(fā)明，通過上述類型的方法解決了上述問題，該方法的特征在于，它還包括將優(yōu)選以蒸汽形式的含水物流加入到在高溫下的流體中和/或燃燒室中的步驟。
有利的是，由于在供給重整裝置的加熱流體中存在優(yōu)選以蒸汽形式的水，所以意外地可以消除這種設(shè)備中的金屬粉塵化的危險。
本領(lǐng)域技術(shù)人員都知道，上述交換器型重整裝置存在著金屬粉塵化的危險，該交換器型重整裝置用于重整方法中，其中的反應(yīng)熱是通過與加熱流體的間接熱交換提供的。
金屬粉塵化現(xiàn)象是有害的，并且在高溫，例如400-800℃和含一氧化碳的還原氣氛下會迅速地腐蝕設(shè)備的部件。
金屬粉塵化是一種現(xiàn)象，這種現(xiàn)象到目前為止還沒有完全地解釋清楚，并且經(jīng)常是不可預(yù)見的。它來自所謂的"boudouard"平衡，即二摩爾一氧化碳之間反應(yīng)生成了一摩爾二氧化碳和一摩爾游離碳。在上述高溫和還原氣氛條件下，游離碳以眾多方式與金屬結(jié)合，斷裂金屬的晶體結(jié)構(gòu)，從而引起局部金屬粉塵化。
因為與加熱流體接觸的交換器型重整裝置部分經(jīng)受了這種操作條件，因此它特別易于出現(xiàn)金屬粉塵化現(xiàn)象，特別是當(dāng)通過烴燃燒已經(jīng)獲得了加熱流體時。
根據(jù)本發(fā)明的方法，供給交換器型重整裝置的加熱流體有益地含有一定量的水或水蒸汽。這使得交換器型重整裝置中與加熱流體氧化劑接觸的部分的環(huán)境足以阻止金屬粉塵化的發(fā)生，從而獲得重整設(shè)備的高可靠性和少量維護(hù)保養(yǎng)費用的全部優(yōu)點。
此外，可能由于使用了本發(fā)明方法，使金屬粉塵化沒有出現(xiàn)，從而可以使制造交換器型重整裝置所需的投資費用降低，至于它們的制造就可以使用比現(xiàn)有技術(shù)更低級和更便宜的材料。
有利的是，按照本發(fā)明方法還可以大大地降低為獲得加熱流體和其在重整裝置中的循環(huán)所需的壓縮和膨脹步驟的能量消耗，因此，可以以容易的和極其有效的方法降低總能量消耗。
特別是，通過將優(yōu)選是水蒸汽形式的含水流體加入到燃燒室中，意外地發(fā)現(xiàn)可以方便地降低在獲得加熱流體的烴燃燒期間所產(chǎn)生的火焰溫度。由于不再需要在過量的燃燒物中進(jìn)行燃燒，因此可以明顯地減少燃燒過程中所用的含氧流體的量，從而降低了火焰溫度。
因此，在重整裝置的操作壓力下必須壓縮的、隨后加到燃燒室中的含氧流體的流率大大地低于現(xiàn)有技術(shù)中的流率，結(jié)果在能量消耗方面大大地節(jié)約了。
通過將在預(yù)定壓力下蒸發(fā)水流獲得的水蒸汽流體加入到高溫流體和/或燃燒室中，在能量消耗方面已經(jīng)獲得了特別好的結(jié)果。
按照本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，含水流體以蒸汽形式與含氧流體一起加入到燃燒室中。
在這方面，本方法優(yōu)選提供下列步驟-在燃燒室上游在預(yù)定壓力下將含水流體加入到含氧流體中；-加熱如此獲得的流體，以使水至少部分蒸發(fā)和獲得將要供給所述燃燒室的含有氧和水蒸汽的流體。
另外，根據(jù)本發(fā)明的方法提供了下列步驟-加熱含水流體；-在燃燒室的上游在預(yù)定壓力下將適當(dāng)加熱的含水流體加入到含氧流體中，以使水至少部分蒸發(fā)和獲得含有氧和水蒸汽的流體。
這樣做可以用極低的能耗將液態(tài)水泵入到含氧氣體流中。然后只有水將在相對低的溫度，優(yōu)選約300℃下被蒸發(fā)，從而產(chǎn)生的熱源就已經(jīng)在該方法可利用了。
人們注意到，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的方式，用于獲得加熱流體的方法僅對含烴的氣流和含空氣的氣流壓縮，這樣就避免了對水蒸汽的壓縮。
換句話說，由于使用本發(fā)明，含水流體以蒸汽的形式加入到燃燒室中或直接加入到離開燃燒室的高溫加熱流體中，從而不需要相應(yīng)的能量消耗，因為它在預(yù)定壓力下通過蒸發(fā)水就可方便地產(chǎn)生，即預(yù)先泵送的水在基本上相應(yīng)于工藝壓力下流動。
此外，在間接熱交換步驟期之后的膨脹步驟期間，獲得了適當(dāng)?shù)墓?jié)能和比現(xiàn)有技術(shù)方法更高的熱力循環(huán)效率。
事實上，在用低的能耗已經(jīng)獲得的加熱流體中存在的水蒸汽與其余的燃燒廢氣一起膨脹，因此，在顯著提高這些流體流速的同時也具有特別有益的能量回收。
按照本發(fā)明的上述優(yōu)選實施方案，由于在烴燃燒中用作燃燒物的含氧流體中存在水蒸汽，所以在用于獲得加熱流體和其循環(huán)的各個壓縮和膨脹步驟中有益地觀察到了熱力循環(huán)效率的明顯提高。這有益地反映在能量消耗的大幅減少上。
舉例來說，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對于為合成氨而生產(chǎn)相同數(shù)量的氣體反應(yīng)物來說，相對于現(xiàn)有技術(shù)的上述方法，本發(fā)明方法在為獲得加熱流體而燃燒烴(甲烷)的消耗方面可以節(jié)約高達(dá)20％。因此，將被燃燒和因此將被壓縮的烴量的減少可使含氧氣體流的壓縮所需的能量比現(xiàn)有技術(shù)所需的壓縮能量減少高達(dá)65％，結(jié)果適當(dāng)?shù)毓?jié)約了能量消耗和投資費用。
雖然基于與加熱流體間接熱交換的重整方法和交換器型重整裝置的有關(guān)技術(shù)已經(jīng)知道了幾十年，以及雖然在所提供的工藝方面的不斷提高的要求相對于烴重整來說能夠?qū)崿F(xiàn)明顯的節(jié)能，但是只是在本申請人進(jìn)行的研究工作之后，甚至經(jīng)過與本領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)的最新教導(dǎo)進(jìn)行清楚的對比，已經(jīng)能夠開發(fā)出了具有上述優(yōu)點的方法。就是說，一種方法在顯著降低能耗的情況下能夠提供適合用作烴重整間接加熱源的加熱流體，而且可以保護(hù)重整裝置免受金屬粉塵化的危險，以一種容易和有效的方式克服了現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點。
通過下面參考附圖對本發(fā)明實施方案的示意性的和非限定性的說明，本發(fā)明的特征和優(yōu)點將變得更清楚。
在這些附圖中-

圖1以一般的和圖解方式顯示了與加熱流體間接熱交換的烴重整方法的簡圖，其中略述了按照本發(fā)明的優(yōu)選實施方案獲得這種加熱流體的方法；-圖2顯示了交換器型重整裝置的縱截面示意圖。
就圖1而言，烴重整方法的框圖總體上用1表示；在該方法中反應(yīng)熱是通過與加熱流體的間接熱交換提供的。
特別是，這種類型的方法包括現(xiàn)行的烴重整方法，該方法涉及在基本化合物例如氫、一氧化碳和二氧化碳中的烴類轉(zhuǎn)化，和獲得加熱流體的方法，該方法將提供烴重整中的反應(yīng)熱。
這兩種方法相互交錯，因此連帶地一起描述；它們共同構(gòu)成了總體上用1表示的重整方法。
在圖1中，僅顯示了主要的加工步驟，用于進(jìn)行本發(fā)明的不重要的細(xì)節(jié)和/或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的那些東西已被刪去。
特別地涉及烴重整的工序已在圖1中用塊體10,11和12和流動管線1，2,2a,3和4表示。
特別是，塊體10-12分別表示工藝用水蒸汽源(塊體10)，含烴流體的壓縮步驟(塊體11)和烴重整步驟(塊體12)。
流動管線依次分別表示含水蒸汽的氣流(流動管線1)，含烴流體(流動管線2,2a)，含烴和水蒸汽的流體(流動管線3)和含氫氣流(流動管線4)。
工藝用水蒸汽源(塊體10)，是指在重整方法中提供的壓力下的任何水蒸汽進(jìn)料。這種水蒸汽通常的壓力為2-100巴，溫度為120-600℃。當(dāng)然可以使用來自重整方法外部來源的水蒸汽。
在圖1的實施例中，含有輕質(zhì)氣態(tài)烴(優(yōu)選C1-C4)例如甲烷或天然氣的流體被用作含烴氣流(流動管線2)。
在與含水蒸汽流體(流動管線1)混合和加入到重整步驟(塊體12，流動管線3)之前，含烴流體在由塊體11表示的壓縮步驟中被適當(dāng)?shù)貕嚎s。
在這方面，塊體11包括用于在優(yōu)選2-100巴壓力下壓縮這些流體的壓縮機。
根據(jù)含烴流體的純度和溫度，可提供進(jìn)一步的加熱和脫硫步驟(由于是常規(guī)的故未畫出)。
一旦加入到塊體12中，含烴和水蒸汽的氣流(流動管線3)經(jīng)過重整步驟，其中通過各種各樣的重整和轉(zhuǎn)移反應(yīng)，該烴在基本化合物例如氫，一氧化碳和二氧化碳中被分解。
在加入到重整反應(yīng)的塊體12之前，含烴和水蒸汽的氣流可在預(yù)熱步驟中預(yù)熱至高達(dá)反應(yīng)溫度，該預(yù)熱步驟在圖1中未畫出，因為它是常規(guī)的。
為了進(jìn)行烴的重整步驟，塊體12包括顯示在圖2中類型的交換器型重整裝置(或交換器型重整器)，該裝置本身是已知的，因此在下面的說明書中將不詳細(xì)描述。例如參考EP-A-0841301。
這樣的裝置內(nèi)部包括通常是管束的、裝滿催化劑的反應(yīng)空間，含烴和水蒸汽的氣流由此流過。
作為重整步驟(塊體12)的排出物，獲得了一種含有，除了氫外，尤其還含有一氧化碳和/或二氧化碳的流體。這些流體由流動管線4表示，根據(jù)其組成，這些流體4可用作隨后化學(xué)反應(yīng)的基本反應(yīng)物。
來自塊體12(流動管線4)的含氫流體在某些情況下可用一個或多個冷卻劑流適當(dāng)?shù)乩鋮s，以便有效地回收這些流體所攜帶的熱量，并且冷凝其中所含的水蒸汽。
正如下面將要描述的那樣，在該冷卻步驟中凝結(jié)的水可在用于獲得本發(fā)明加熱流體的方法中方便地用作冷凝物或工藝用水。
用于獲得本發(fā)明加熱流體的加工步驟用塊體11,20-24和流動管線2,2b,5-9表示。
特別是，塊體20-24分別表示含氧氣流的壓縮步驟(塊體20)，水源(塊體21)，含氧和水的流體的加熱步驟(塊體22)，含烴氣流與含氧和水蒸汽流體的混合和燃燒步驟(塊體23)和加熱流體的膨脹步驟(塊體24)。
相當(dāng)于含烴氣流的壓縮步驟的塊體11已在上述現(xiàn)有重整方法中描述。
流動管線依次分別表示含烴氣流(流動管線2和2b)，含氧氣流(流動管線5)，含水流體(流動管線6)，含氧和水的流體(流動管線7)，含氧和水蒸汽的氣流(流動管線8)和加熱流體(流動管線9)。
通過流動管線2和2b加到燃燒步驟(塊體23)的含烴氣流與加到上述重整步驟(塊體12)的氣流(流動管線2和2a)相同。
事實上，如圖1所示，來自壓縮步驟(塊體11)的流體2的一部分(流動管線2a)與含水蒸汽的流體(流動管線1)混合并加到塊體12(流動管線3)中。而該烴流體(流動管線2b)的剩余部分在塊體23中用作燃料。
通常，加入到重整步驟(流動管線2a)中的該部分氣流是加入到燃燒步驟(流動管線2b)中的那部分流體的兩倍。
因此，對于加入到塊體23中的烴氣流2b的組成、壓力和溫度，參考上面對流動管線2和2a和塊體11的說明。
當(dāng)然，根據(jù)具體的要求，很顯然還可以使用兩種分開的具有不同組成、溫度和壓力的烴氣流。在這種情況下(圖1中未畫出)需要使用2個分開的壓縮步驟。
在圖1的實施例中，使用空氣作為含氧氣流(流動管線5)。
在燃燒反應(yīng)(塊體23)中作為燃燒物的流動管線5的空氣在壓縮步驟(塊體20)預(yù)先壓縮到烴氣流燃燒所需的壓力。
在這方面，塊體20包括用于在優(yōu)選2-100巴壓力下壓縮這些流體的壓縮機。
通常壓縮含氧流體(流動管線5)和含烴流體，以便獲得具有壓力基本上等于加到重整裝置(塊體12)中的反應(yīng)物壓力的加熱流體。
根據(jù)本發(fā)明方法的優(yōu)選實施方案(圖1所示)，來自用塊體21表示的水源的含水流體(流動管線6)最好加入到來自壓縮步驟(塊體20)的含空氣氣流中。
水源可以是該方法的外部來源，或者優(yōu)選是來自其他生產(chǎn)裝置的回收水，例如對離開重整步驟(塊體12)的含氫流體進(jìn)行冷卻獲得的工藝?yán)淠铩?br> 總之，來自塊體21的水流最好在預(yù)定壓力下加入到氣流5中。更確切地說，在壓力基本上等于來自塊體20的空氣自身的壓力下將水泵入氣流5中。
通過將流動管線5和6匯合獲得的含空氣和水的流體(流動管線7)最好送入加熱步驟(塊體22)中，以便蒸發(fā)這些流體中所含至少部分水，和獲得含空氣和水的氣流(流動管線8)。
在這方面，在相對低溫例如100-300℃下通過完全蒸發(fā)流體7中所含的水已經(jīng)獲得了特別滿意的結(jié)果。
其中進(jìn)行加熱步驟的塊體22可以包括一個或多個常規(guī)換熱器，這些換熱器未畫出。優(yōu)選的加熱步驟是在許多串聯(lián)排列的換熱器中進(jìn)行，以便提高熱交換效率。
水蒸發(fā)至少可以在下列加工步驟中進(jìn)行，例如在燃燒物和烴混合期間的燃燒室中，或者甚至在烴的燃燒期間。
對于流體7的加熱步驟可以設(shè)置一個或多個換熱器。正如下面所述的那樣，在一個更復(fù)雜的方式中離開重整步驟的加熱流體(流動管線9)可方便地用作含空氣和水流體的加熱流體。
然后，在塊體23內(nèi)部含空氣和水蒸汽的氣流(流動管線8)與含烴流體(流動管線2b)混合，其中發(fā)生了烴的燃燒步驟，從而獲得高溫加熱流體(流動管線9)。
根據(jù)本方法的另一個未畫出的實施方案，烴物流和含氧流體可以共同地加入到燃燒室，因此在燃燒室外面混合這二個流體。
此外，根據(jù)本發(fā)明另一個未示出的實施方案，含水流體可以優(yōu)選以蒸汽的形式從塊體21加入到含烴流體(流動管線2b)中，或者直接加入到燃燒室(塊體23)、或者甚至在其下游的燃燒廢氣的高溫流體(流動管線9)中。
其中發(fā)生燃燒步驟的塊體23通常包括燃燒室，其中排列著一個或多個燃燒烴/空氣混合物的燃燒器。
來自塊體23的加熱流體(流動管線9)因此作為烴重整的間接加熱源用于重整步驟(塊體12)。
在塊體23中獲得的加熱流體的溫度通常為1400-1800℃，優(yōu)選約1500℃。
加熱流體基本上由主要含有二氧化碳、氮和氧的氣體流組成。
有利的是，由于本發(fā)明的方法，加熱流體還含有優(yōu)選以蒸汽形式的水。由于提供給重整步驟(流動管線9和塊體12)的加熱流體中水的存在給重整裝置提供了充足的氧化劑，因此排除了金屬粉塵化的危險。為進(jìn)行烴重整方法而設(shè)計的交換器型重整裝置通常容易發(fā)生危險。
由于加熱流體的壓縮和膨脹的熱力循環(huán)，以及能量消耗的減少，所以該方法具有所有的上述優(yōu)點。
通過將水，優(yōu)選蒸汽形式，以0.1-0.7倍于含氧流體的量加入到燃燒室(塊體23)和/或離開燃燒室的高溫流體(流動管線9)中，獲得了特別滿意的結(jié)果。
由于烴重整反應(yīng)的交換熱，在塊體12的出口加熱流體(流動管線9)的溫度低于塊體12的入口溫度。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，不管怎樣該溫度應(yīng)足夠的高(500-800℃)，以便通過間接熱交換可以加熱和隨后蒸發(fā)加到圖1的塊體22表示的加熱步驟中的流體7中所含的水。
在塊體22的出口，進(jìn)一步冷卻的加熱流體(流動管線9)最終在膨脹步驟(塊體24)膨脹，從而完成了壓縮能量的有益回收。
塊體24通常包括至少一個加熱流體可以進(jìn)行所需膨脹的汽輪機。
由于在加熱流體中存在水蒸汽，所以在汽輪機中膨脹的氣體流速明顯地高于現(xiàn)有技術(shù)，從而改善熱力循環(huán)效率和能夠進(jìn)一步降低能量消耗。
在圖1的實施例中，當(dāng)水蒸汽不被預(yù)先壓縮，而是通過在預(yù)定壓力下蒸發(fā)水流獲得的時候，我們發(fā)現(xiàn)這個優(yōu)點是特別重要的。
一旦冷卻和膨脹，然后就排出或冷凝加熱流體(流動管線9)以便回收其中所含的水。
在這方面，值得注意的是排出的加熱流體將含有特別少量的污染物，例如氧化氮，這是由于燃燒室中水的存在有益地降低了這些化合物的形成。
最后，在重整步驟中獲得的主要含有氫和一氧化碳(流動管線4)的氣流只要經(jīng)過適當(dāng)?shù)募兓涂捎米骼绨?、甲醇產(chǎn)物的化學(xué)合成的基本化合物?；蛘呖梢越?jīng)過適當(dāng)?shù)膬艋蔀榧儦浜?或一氧化碳，或者用于任何普遍的應(yīng)用。
制備的氣體將用于氨合成，人們注意到，該氣體可不經(jīng)進(jìn)一步處理就可送到隨后的第二重整步驟。此外，人們注意到，沒有必要在化學(xué)計算過量的空氣存在下或使用富氧空氣進(jìn)行該第二重整，因此避免了在費用和能量消耗方面產(chǎn)生的問題。
在這方面，在圖1中，塊體30用示意圖表示了合成所需產(chǎn)物的必要步驟，該產(chǎn)物通過流動管線31從塊體30產(chǎn)出。
因為這些步驟是常規(guī)的和本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，因此在下面說明書中將不詳細(xì)描述。
根據(jù)本發(fā)明燃燒方法的另一個實施方案，含空氣的氣流(燃燒物，流動管線5)通過絕熱飽和富含水蒸汽。
在這種情況下，燃燒方法包括加熱含水流體、和在預(yù)定壓力下將這些流體加入到燃燒室上游的含氧流體(流動管線5)中的步驟，以使水至少部分蒸發(fā)和獲得含有氧和水蒸汽的流體。
為了使含氧流體中蒸發(fā)的水量增加到最大，優(yōu)選也適當(dāng)?shù)丶訜徇@些流體。
對于本方法，含空氣氣流富含水蒸汽的方法不是特別重要的，因為可以使用不同于本文所述的方法。
在這方面，圖1所例舉的方法的實施方案僅僅被認(rèn)為是本發(fā)明的一個優(yōu)選的和非限定性的實施方案。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，如圖2所示，還有利地提供了一種在交換器型重整裝置中的烴重整方法，其相當(dāng)于圖1的塊體12。
該烴重整方法包括以下步驟-將含烴和水蒸汽的氣流(流動管線3)加入到交換器型重整裝置12中的裝有催化劑的反應(yīng)空間25中；-將加熱流體(流動管線9)加到交換器型重整裝置12中鄰近于反應(yīng)空間的空間26中；-通過與加熱流體的間接熱交換，含烴氣流以催化方式進(jìn)行反應(yīng)，從而獲得含氫氣流(流動管線4)，其特征在于，加熱流體(流動管線9)含有水，優(yōu)選該水為蒸汽形式。
至于由于在加熱流體中存在水蒸汽所具有的一些優(yōu)點可參考上面的說明。
優(yōu)選的是，加熱流體是通過上述方法獲得的，優(yōu)選是根據(jù)圖1的實施例所述的方法獲得的。
根據(jù)上述烴重整方法的特別優(yōu)選和有益的方式，提供了通過與加到燃燒室(塊體23)的含氧和/或水的流體(流動管線7)的間接熱交換來冷卻離開交換器型重整裝置的加熱流體(流動管線9)的另外步驟。
在這種情況下，冷卻加熱流體的步驟相當(dāng)于圖1所示的和塊體22表示的含空氣和水流體的加熱步驟。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明還涉及優(yōu)選蒸汽形式的水在獲得加熱流體的方法中的應(yīng)用，該加熱流體被用作吸熱反應(yīng)例如烴重整反應(yīng)的間接加熱源。至于這些應(yīng)用的優(yōu)點，參考上述說明。
通過上述說明，本發(fā)明所具有的許多優(yōu)點是很清楚的；特別是，可以提供一種獲得在烴重整反應(yīng)中用作特別有效的和節(jié)能熱源的加熱流體的方法，該方法操作極其簡單可靠，并且不需要高額投資和維修費用。
權(quán)利要求
1．一種獲得用作吸熱反應(yīng)的間接加熱源的加熱流體的方法，它包括步驟-將含有烴類的物流和含有氧的氣流加入到燃燒室，在燃燒室中這些流體被適當(dāng)?shù)貕嚎s；-在燃燒室中、在氧存在下燃燒烴類，從而獲得含二氧化碳和氧的高溫流體；其特征在于，該方法還包括將優(yōu)選以蒸汽形式的含水流體加入到所述的高溫流體中和/或燃燒室中的步驟。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，以0.1-0.7倍于含氧流體的量加入水。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，將所述的含水流體以通過在預(yù)定壓力下蒸發(fā)水流獲得的蒸汽形式加入到高溫流體和/或燃燒室中。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，含水流體以蒸汽形式與含氧流體一起加入到燃燒室中。
5．根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于，它包括步驟-在燃燒室上游、在預(yù)定壓力下將含水流體加入到含氧流體中；-加熱如此獲得的流體，以使水至少部分蒸發(fā)和獲得含有氧和水蒸汽的流體。
6．根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于，它包括步驟-加熱所說含水流體；-在燃燒室的上游、在預(yù)定壓力下將適當(dāng)加熱的含水流體加入到含氧流體中，以使水至少部分蒸發(fā)和獲得含有氧和水蒸汽的流體。
7．在交換器型重整裝置中進(jìn)行烴重整反應(yīng)的方法，包括步驟-將含烴和水蒸汽的氣流加入到在交換器型重整裝置中裝有催化劑的反應(yīng)空間(25)中；-將加熱流體加到交換器型重整裝置中鄰近于反應(yīng)空間(25)的空間(26)中；-通過與加熱流體的間接熱交換，使含烴氣流以催化方式進(jìn)行反應(yīng)，從而獲得含氫氣流；其特征在于，所述的加熱流體包括優(yōu)選以蒸汽形式的水。
8．根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于，所述的加熱流體是通過根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項的方法獲得的。
9．根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于，它還包括通過與加到燃燒室的含氧和/或水的流體的間接熱交換來冷卻離開交換器型重整裝置的加熱流體的步驟。
10．水、優(yōu)選蒸汽形式的水在獲得加熱流體的方法中的應(yīng)用，該加熱流體被用作吸熱反應(yīng)例如烴重整反應(yīng)的間接加熱源。
全文摘要
一種獲得作為吸熱反應(yīng)的間接加熱源的加熱流體的方法,其中將適當(dāng)壓縮的含烴流體和含氧流體加入到燃燒室中,然后燃燒獲得高溫流體,其特征在于,將含有優(yōu)選蒸汽形式的水的流體加入到高溫流體和/或燃燒室中。
文檔編號C01B3/38GK1314304SQ0111186
公開日2001年9月26日 申請日期2001年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月22日
發(fā)明者E·菲里皮 申請人:阿莫尼·卡薩爾公司