專利名稱：合成氣的制備方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備合成氣的方法和裝置。該制備方法包括利用催化蒸汽和/或二氧化碳轉(zhuǎn)化烴原料。尤其是，本發(fā)明提供了一種改進(jìn)上述類型工藝的方法，該方法包括的步驟有對與在蒸汽轉(zhuǎn)化中具有活性的固體催化劑接觸的烴蒸汽混合物進(jìn)行加熱蒸汽轉(zhuǎn)化，并且隨后在燃燒蒸汽轉(zhuǎn)化器中對部分轉(zhuǎn)化過的流出物進(jìn)行轉(zhuǎn)化。
背景技術(shù)：
利用催化蒸汽和/或二氧化碳轉(zhuǎn)化烴原料是這樣一種工藝其中烴原料與蒸汽和/或二氧化碳反應(yīng)，形成了富氫氣和一氧化碳的合成氣。關(guān)鍵的反應(yīng)是-烴蒸汽轉(zhuǎn)化，以下描述的是烴為甲烷時的情況
-蒸汽和/或二氧化碳轉(zhuǎn)化反應(yīng)伴隨有轉(zhuǎn)移反應(yīng)
以上兩個反應(yīng)在大多數(shù)情況下接近平衡。如果轉(zhuǎn)化器單元進(jìn)料蒸汽中存在高級烴(具有兩個或更多烴原子的烴)，則也根據(jù)以下解釋的、與上述反應(yīng)類似的反應(yīng)進(jìn)行蒸汽轉(zhuǎn)化
二氧化碳轉(zhuǎn)化烴，以下描述的是烴為甲烷時的情況
利用蒸汽與二氧化碳的結(jié)合來轉(zhuǎn)化烴，以下描述的是烴為甲烷時的情況
可改變蒸汽與二氧化碳的比值，以得到所需的合成氣組成。
在制備合成氣時，以烴原料的預(yù)轉(zhuǎn)化形式對燃燒蒸汽轉(zhuǎn)化器的前階段進(jìn)行部分蒸汽轉(zhuǎn)化是本領(lǐng)域熟知的。預(yù)轉(zhuǎn)化通常用于含高級烴的烴原料、或用于增加現(xiàn)有轉(zhuǎn)化設(shè)備的容量。由此將烴原料的流程氣和蒸汽和/或CO2引入溫度為約450-550℃的預(yù)轉(zhuǎn)化器中。當(dāng)進(jìn)行預(yù)轉(zhuǎn)化處理時，隨著預(yù)轉(zhuǎn)化器中蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)的進(jìn)行，流程氣的溫度通常稍稍降低或增加，這取決于烴原料，因?yàn)檫@是絕熱操作。通常在含有常規(guī)催化劑顆粒的常規(guī)反應(yīng)器罐中進(jìn)行絕熱預(yù)轉(zhuǎn)化。
在工業(yè)合成氣制備設(shè)備中，其中加有蒸汽和/或CO2的預(yù)轉(zhuǎn)化過的流程氣隨后被預(yù)加熱至進(jìn)入燃燒蒸汽轉(zhuǎn)化器的理想入口溫度，它是通過與來自燃燒轉(zhuǎn)化器的熱煙道氣進(jìn)行熱交換而被加熱的。進(jìn)入工業(yè)轉(zhuǎn)化器的常規(guī)入口溫度在600-700℃之間?？赏ㄟ^設(shè)計系統(tǒng)而使得可在該范圍以外的入口溫度下操作。
在預(yù)轉(zhuǎn)化器和燃燒蒸汽轉(zhuǎn)化器之間加入煙道氣加熱的蒸汽轉(zhuǎn)化步驟會提高煙道氣熱焓的利用率，同時能夠?qū)⑷肟跍囟缺３衷诔Ｒ?guī)的600-700℃之間。允許較高的入口溫度會增加煙道氣熱焓的利用率。更多來自煙道氣的熱量被利用，因?yàn)闊崃坎粌H用于加熱流程氣，而且部分用于進(jìn)行吸熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)。
用于轉(zhuǎn)化的煙道氣熱焓利用率的增加是所期望的，因?yàn)樗鼫p小了燃燒轉(zhuǎn)化器的尺寸，并且減少了用于產(chǎn)生蒸汽的廢熱，由此限制了不希望的蒸汽排出。
本文參考引用的專利申請EPA855366公開了來自燃燒蒸汽轉(zhuǎn)化器的熱煙道氣熱量利用率的改進(jìn)。該申請公開了一種方法，其中進(jìn)入蒸汽轉(zhuǎn)化器的流程氣在預(yù)熱盤管中被部分轉(zhuǎn)化，該盤管壁上裝有蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑的薄膜。隨后通過在壁上覆有的催化劑上進(jìn)行的吸熱蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)、使得煙道氣中大量有用熱量被傳遞給流程氣并且被吸收。據(jù)此調(diào)節(jié)盤管的尺寸和催化劑的量，以提高來自催化的預(yù)熱盤管的部分轉(zhuǎn)化過的流程氣的出口溫度，使其達(dá)到燃燒蒸汽轉(zhuǎn)化器入口所需溫度。
該方法的主要缺點(diǎn)是催化的預(yù)熱盤管的長期操作降低了催化劑的活性。這會導(dǎo)致盤管的出口溫度超過了燃燒轉(zhuǎn)化器入口允許的最高氣體溫度。升高的盤管出口溫度是由于蒸汽轉(zhuǎn)化減弱時流程氣的熱吸收降低所致。接著，不得不對盤管壁上的催化劑進(jìn)行再活化或用新的催化劑替換之。當(dāng)將預(yù)熱盤管從煙道氣通道中拆除以替換盤管中的催化劑時，這是困難而昂貴的操作。
本文參考引用的專利申請EPA1069070其公開的目的是利用易于替換的附加催化劑單元補(bǔ)償預(yù)熱盤管壁上施加的薄膜催化劑催化活性的降低，從而改善上述類型蒸汽轉(zhuǎn)化工藝的長期可操作性。
該申請公開了一種用于烴原料的催化蒸汽轉(zhuǎn)化方法，該方法包括蒸汽轉(zhuǎn)化與第一蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑接觸的烴蒸汽混合物，該第一蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑是設(shè)置在燃燒蒸汽轉(zhuǎn)化器煙道氣通道中的催化預(yù)熱盤管壁上的薄膜。在此步驟之后，將來自催化預(yù)熱盤管的部分轉(zhuǎn)化過的流出物與燃燒轉(zhuǎn)化器中的第二蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑接觸。該方法包括進(jìn)一步使部分轉(zhuǎn)化過的流出物與一個中間轉(zhuǎn)化單元接觸的步驟，該中間轉(zhuǎn)化單元設(shè)置在煙道氣通道的催化預(yù)熱盤管出口和燃燒蒸汽轉(zhuǎn)化器入口之間。
在長期操作過程中，催化預(yù)熱盤管單元中活性的損失被中間轉(zhuǎn)化單元內(nèi)部分轉(zhuǎn)化過的流出物中的蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)部分地補(bǔ)償。中間轉(zhuǎn)化單元的操作是在基本絕熱的條件下進(jìn)行，而且部分補(bǔ)償了催化預(yù)熱盤管上的薄膜蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑降低的蒸汽轉(zhuǎn)化活性，并且使得來自催化預(yù)熱盤管的流出物的溫度升高。
除了在長期操作中，提供所需要的的溫度調(diào)節(jié)—使流程氣的溫度低于燃燒蒸汽轉(zhuǎn)化器的最大入口溫度以外，中間轉(zhuǎn)化單元的另一個優(yōu)點(diǎn)是該單元的位置在煙道氣通道之外。為了補(bǔ)償如上所述的催化預(yù)熱盤管中活性的降低，必須替換或再活化燃燒蒸汽轉(zhuǎn)化器前階段使用過的催化劑。如前所述，在煙道氣通道中、以薄膜形式施加于盤管的使用過的催化劑的替換是費(fèi)時而昂貴的處理。
通過在煙道氣通道外設(shè)置一個中間催化劑單元，則可在中間轉(zhuǎn)化單元中替換使用過的催化劑，并且該替換操作大大地被簡化了。
當(dāng)將系統(tǒng)中的催化預(yù)熱盤管設(shè)計成使得離開盤管的流程氣在理想出口溫度下是化學(xué)平衡時，絕熱操作的中間轉(zhuǎn)化單元不會改變溫度或氣體組成。隨著催化預(yù)熱盤管中催化劑的減活，化學(xué)反應(yīng)將不再是化學(xué)平衡。這意味著，更少的熱量用于進(jìn)行吸熱的蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)，并且由于傳遞到催化預(yù)熱盤管的熱量實(shí)質(zhì)上沒有變化，更多的熱量可用于加熱。這導(dǎo)致盤管升高的出口溫度。此時，中間轉(zhuǎn)化單元將使氣體組成接近平衡，由此在催化預(yù)熱盤管中的催化劑減活之前使氣體冷卻至接近理想溫度的溫度。
但是，所著催化預(yù)熱盤管中催化劑的減活變得嚴(yán)重，由此導(dǎo)致的溫度升高成了問題。預(yù)熱盤管溫度的增加有可能超過所設(shè)計的溫度，致使來自煙道氣的熱傳輸驅(qū)動力減小，導(dǎo)致了較小的傳輸功率，由此使整個轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的容量降低。中間轉(zhuǎn)化單元的使用并未解決這一問題，而且替換施加在預(yù)熱盤管壁上的催化劑薄膜變得必要了。
專利申請EPA855366和1069070所述的方法均具有很難替換煙道氣通道中催化預(yù)熱盤管壁上的催化劑薄膜的缺陷。專利申請EPA1069070描述了部分解決方法，該方法延長廢熱部分中再加熱盤管壁上的薄膜催化劑的使用壽命。但是，隨著時間的推移，預(yù)計廢熱部分中再加熱盤管壁上的薄膜催化劑的減活最終必然導(dǎo)致替換該催化劑。如上所述，這是一項(xiàng)因費(fèi)時且昂貴而不希望進(jìn)行的操作。
專利US3743488描述了一種方法，其中烴蒸汽混合物在煙道氣蒸汽中被重復(fù)加熱，并且在煙道氣流之外的絕熱反應(yīng)器中與蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑顆粒反應(yīng)。該方法可容易地在外部反應(yīng)器中替換催化劑。但是，許多絕熱反應(yīng)器的使用總體上是一種昂貴的方法。
專利US4959079公開了一種方法，其設(shè)計目的是改進(jìn)來自燃燒蒸汽轉(zhuǎn)化器的熱煙氣熱量的利用率。在該方法中，在自輻射腔延伸的轉(zhuǎn)化器管的預(yù)加熱部分中，將進(jìn)入蒸汽轉(zhuǎn)化器的流程氣進(jìn)行部分預(yù)轉(zhuǎn)化。接著經(jīng)過吸熱的蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)、使煙道氣中可利用的熱量傳遞至流程氣并且被其吸收。但是，煙道氣和轉(zhuǎn)化管之間的逆流中的熱交換差。在轉(zhuǎn)化管上裝散熱片增加了熱傳遞。盡管如此，如果將轉(zhuǎn)化器的長度保持為合理的程度，則可熱傳遞的量相對有限。
本發(fā)明通過提供一種改進(jìn)的方法解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，該方法包括對與在蒸汽轉(zhuǎn)化中具有活性的固體催化劑接觸的烴蒸汽混合物進(jìn)行蒸汽和/或CO2轉(zhuǎn)化的步驟。該固體催化劑設(shè)置在構(gòu)成加熱的蒸汽轉(zhuǎn)化單元的煙道氣加熱的盤管系統(tǒng)之配管系統(tǒng)中。之后使來自加熱蒸汽轉(zhuǎn)化單元的流出物與燃燒蒸汽轉(zhuǎn)化器中的蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑接觸。通過將加熱的蒸汽轉(zhuǎn)化單元的蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑定位為加熱的蒸汽轉(zhuǎn)化單元配管系統(tǒng)中可移動構(gòu)造的催化劑或催化劑顆粒，可容易地實(shí)現(xiàn)催化劑的替換，同時提高了用于蒸汽轉(zhuǎn)化的煙道氣的熱焓利用率。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明提供了一種通過烴原料的催化蒸汽和/或CO2轉(zhuǎn)化來制備合成氣的方法，該方法包括以下步驟(a)在加熱的蒸汽轉(zhuǎn)化單元中，加熱烴和蒸汽和/或CO2的反應(yīng)混合物，所述蒸汽轉(zhuǎn)化單元與含煙道氣的管式燃燒轉(zhuǎn)化器廢熱部分相連接，其中通過與固體轉(zhuǎn)化催化劑接觸進(jìn)行反應(yīng)混合物的轉(zhuǎn)化；(b)將部分蒸汽轉(zhuǎn)化過的混合物送入管式燃燒轉(zhuǎn)化器，并且進(jìn)一步將該混合物轉(zhuǎn)化至所需要的組成和溫度，其中所述加熱蒸汽轉(zhuǎn)化單元包括配管系統(tǒng)，其具有裝載固體轉(zhuǎn)化催化劑的反應(yīng)部分，所述轉(zhuǎn)化催化劑包括催化劑顆粒和/或催化結(jié)構(gòu)單元，作為流程氣管線系統(tǒng)一部分的配管系統(tǒng)與含有煙道氣的廢熱部分相連接。
本發(fā)明也涉及根據(jù)上述方法制備合成氣的裝置，該裝置包括(a)用于任選地預(yù)轉(zhuǎn)化烴和蒸汽和/或CO2的混合物的絕熱預(yù)轉(zhuǎn)化器；(b)具有含煙道氣的廢熱部分的管式燃燒轉(zhuǎn)化器，所述廢熱部分用于加熱烴和蒸汽和/或CO2的混合物或預(yù)轉(zhuǎn)化過的混合物；(c)加熱的蒸汽轉(zhuǎn)化單元，該單元與含煙道氣的管式燃燒轉(zhuǎn)化器廢熱部分相連接，其中加熱的蒸汽轉(zhuǎn)化單元包括配管系統(tǒng)，其具有裝載固體轉(zhuǎn)化催化劑的反應(yīng)部分，所述轉(zhuǎn)化催化劑包括催化劑顆粒和/或催化結(jié)構(gòu)單元，作為流程氣管線系統(tǒng)一部分的配管系統(tǒng)與含有煙道氣的廢熱部分相連接。
本發(fā)明的各種實(shí)施方案可容易地實(shí)現(xiàn)配管系統(tǒng)中放置的催化結(jié)構(gòu)單元和/或催化劑顆粒的替換、煙道氣和流程氣之間有效的熱傳遞并且由于高水平的功能結(jié)合而成為經(jīng)濟(jì)上有吸引力的設(shè)計。
本發(fā)明方法不受溫度范圍為600-700℃的限制。
加熱的蒸汽轉(zhuǎn)化單元設(shè)置于流程氣管線系統(tǒng)中并且與含煙道氣的管式燃燒轉(zhuǎn)化器廢熱部分相連接。配管系統(tǒng)的構(gòu)成可以是各種形式。加熱部分可由幾個與普通進(jìn)料和產(chǎn)品集管連接的平行管組成。例如，流程氣通過入口集管進(jìn)入加熱盤管，接著被收集在加熱部分之外設(shè)置的出口集管中。利用一個連接件將該出口集管與下一個再加熱盤管部分的入口集管相連接。入口和出口集管以及兩個集管之間的過渡區(qū)域構(gòu)成可發(fā)生反應(yīng)的絕熱區(qū)域、即絕熱反應(yīng)部分。由此使這些部分位于加熱部分之外、即位于含煙道氣的廢熱部分之外，同時作為流程氣管線系統(tǒng)的一部分與含有煙道氣的廢熱部分相連接。
可容易地進(jìn)入入口和出口集管以及由此進(jìn)入絕熱反應(yīng)部分，因?yàn)樗鼈儽恢糜诤袩煹罋獾膹U熱部分之外。因此，替換絕熱反應(yīng)部分中的催化結(jié)構(gòu)單元是一個簡單的工藝。
在本發(fā)明的方法中，固體催化劑包括帶有蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑催化層的催化劑顆粒和/或結(jié)構(gòu)單元形式的催化結(jié)構(gòu)件。催化結(jié)構(gòu)單元和/或催化劑顆粒設(shè)置于加熱部分和絕熱反應(yīng)部分的任何位置。
術(shù)語“催化結(jié)構(gòu)單元”是指一種催化劑系統(tǒng)，其中催化劑層固定在另一種材料的表面。其它材料作為賦予該系統(tǒng)以強(qiáng)度的支撐結(jié)構(gòu)。這使得所設(shè)計的催化劑形狀其本身可不具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。其它材料可以是金屬或陶瓷，但并非窮舉。其設(shè)置例如可以是整體結(jié)構(gòu)、交叉波紋結(jié)構(gòu)、高表面積結(jié)構(gòu)單元、泡沫、板、附著于管壁的結(jié)構(gòu)或其它適宜的形狀，但并非窮舉。
尤其是，結(jié)構(gòu)單元的特征在于是包括許多層的設(shè)計，其中相鄰層之間存在流通通道。層的成型方式應(yīng)使相鄰層放置在一起從而形成這樣一種單元其中流通通道例如可以彼此交叉或形成直通道。本文參考引用的專利US5536699、4985230、專利申請EPA396650、433223和208929進(jìn)一步描述了結(jié)構(gòu)單元。
兩種類型的結(jié)構(gòu)單元特別適用于本發(fā)明方法一直通道單元和交叉波紋狀單元。
直通道單元最適用于絕熱條件，并且各種幾何形狀的這些單元均可。例如，直通道整體結(jié)構(gòu)適用于本發(fā)明的方法。
交叉波紋狀單元提供了從管壁到氣流的有效熱傳遞。它們也適用于本發(fā)明的方法、尤其是在加熱部分。
其它催化結(jié)構(gòu)單元也可用于本發(fā)明的方法，比如高表面結(jié)構(gòu)單元。在本發(fā)明方法中，其它將附加催化劑活性引入系統(tǒng)的方式也可與催化劑顆粒和/或催化結(jié)構(gòu)單元結(jié)合起來使用，例如附著于管壁的催化劑、比如薄膜。
理想的是將固體轉(zhuǎn)化催化劑(即催化結(jié)構(gòu)單元和/或催化劑顆粒)的位置固定，以使固體催化劑例如在設(shè)備操作中不發(fā)生不希望的移動?？梢远喾N方式實(shí)現(xiàn)之?？赏ㄟ^設(shè)計的使固體催化劑固定不動的部件將固體催化劑固定在一個位置(例如將固體催化劑固定在隔板之間)。也可通過將固體催化劑附著于轉(zhuǎn)化單元反應(yīng)部分配管系統(tǒng)的管壁而將其固定在一個位置(例如暫時的附著有利于容易地替換)。
在本發(fā)明的特定實(shí)施方式中，加熱的蒸汽轉(zhuǎn)化單元的第一部分不含有任何催化劑并且起到了加熱盤管的作用。隨后，加熱的反應(yīng)混合物被轉(zhuǎn)移至含有催化劑的加熱的蒸汽轉(zhuǎn)化單元的第二部分，其設(shè)計使得流程氣達(dá)到理想的出口溫度和組成。催化劑顆粒和/或催化結(jié)構(gòu)單元位于絕熱反應(yīng)部分，并且各種類型的固體轉(zhuǎn)化催化劑位于加熱的蒸汽轉(zhuǎn)化單元第二部分的加熱部分中。
在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，加熱的蒸汽轉(zhuǎn)化單元是由沒有催化劑的部分和隨后帶有催化劑的部分構(gòu)成的幾個重復(fù)結(jié)構(gòu)組成的。該重復(fù)性設(shè)置或開始于沒有催化劑的部分、或開始于有催化劑的部分。同樣，最后的部分可以沒有催化劑或帶有催化劑，絕熱反應(yīng)含有催化結(jié)構(gòu)單元或催化劑顆粒。
本發(fā)明中，含催化單元的轉(zhuǎn)化部分之前的加熱部分?jǐn)?shù)目可以改變。
在本發(fā)明的另一個實(shí)施方式中，在加熱的蒸汽轉(zhuǎn)化單元中，催化劑顆粒和/或催化結(jié)構(gòu)單元位于加熱部分，并且例如利用隔板將其隔開。這允許自由度大地設(shè)計用于理想壓力下降的系統(tǒng)，并且消除了所使用的催化劑量受所需熱傳遞面積的影響。
可將以上任何一種催化劑結(jié)合使用。


圖1表示的常規(guī)系統(tǒng)具有含再加熱部分的預(yù)轉(zhuǎn)化器和轉(zhuǎn)化器。
圖2所示的系統(tǒng)代表本發(fā)明方法的一個實(shí)施方式。
具體實(shí)施例方式
圖1繪制了常規(guī)的系統(tǒng)，其中將烴原料(1)和蒸汽(2)的流程氣引入溫度約為450-550℃的預(yù)轉(zhuǎn)化器(20)。由于預(yù)轉(zhuǎn)化器中蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)的進(jìn)行，當(dāng)進(jìn)行預(yù)轉(zhuǎn)化工藝時，流程氣的溫度通常稍稍降低或增加，這取決于烴原料，因?yàn)檫@是絕熱操作。預(yù)轉(zhuǎn)化過的產(chǎn)物流(4)和任選的二氧化碳進(jìn)入加熱盤管。用虛線表示任選添加的二氧化碳。
在工業(yè)合成氣制備設(shè)備中，其中可加有蒸汽和/或CO2的預(yù)轉(zhuǎn)化過的流程氣隨后被預(yù)加熱至進(jìn)入燃燒蒸汽轉(zhuǎn)化器(24)的理想入口溫度，它是通過與來自燃燒轉(zhuǎn)化器(24)的熱煙道氣(7)進(jìn)行熱交換而被加熱的。進(jìn)入工業(yè)轉(zhuǎn)化器的常規(guī)入口溫度在500-700℃之間。
圖2表示本發(fā)明的一個實(shí)施方式，其中加熱的蒸汽轉(zhuǎn)化單元由一個沒有催化劑的加熱部分(21)和一個帶有催化劑的部分(23)組成。
將烴原料(1)與處理蒸汽(2)混合，形成了進(jìn)入絕熱預(yù)轉(zhuǎn)化器(20)的進(jìn)料流(3)。該步驟是任選的，如果不需要可將其省略。如果需要，可接著將蒸汽和/或CO2(8)加入到預(yù)轉(zhuǎn)化過的產(chǎn)物流(4)中，或者在不需要預(yù)轉(zhuǎn)化的情況下，將其加入烴和蒸汽的進(jìn)料流(3)中。接著混合物進(jìn)入加熱的蒸汽轉(zhuǎn)化單元沒有催化劑的加熱部分(21)，其與管式燃燒轉(zhuǎn)化器(29)的煙道氣部分(27)相連接，利用煙道氣的熱焓(12)來加熱流程蒸汽。在加熱部分(21)中，在將預(yù)轉(zhuǎn)化的物流(4)收集至集管系統(tǒng)(22)之前將其加熱至例如600-700℃。集管系統(tǒng)(22)是絕熱反應(yīng)區(qū)域，并且含有蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑顆?；蛘羝D(zhuǎn)化催化劑催化的結(jié)構(gòu)單元。接著，將加熱的物流(4)送入加熱的蒸汽轉(zhuǎn)化單元的帶有固體轉(zhuǎn)化催化劑、例如催化劑顆粒的加熱部分(23)，其與煙道氣部分(27)連接。如果此時需要，可將二氧化碳(8)加入混合物。其它的熱量被自煙道氣轉(zhuǎn)移至流程氣，并且熱量被用于轉(zhuǎn)化流程流和形成流(5)中的烴成分。
在該實(shí)施方式中，加熱的蒸汽轉(zhuǎn)化單元包括部分(21)和(23)以及集管系統(tǒng)(22)。
此時可包括更多的幾個加熱部分和反應(yīng)部分。加熱部分和反應(yīng)部分的數(shù)目由所需要的效果、例如氣體組成或平衡氣體溫度來決定。
如果需要，加熱的蒸汽轉(zhuǎn)化單元的每一個部分和/或集管系統(tǒng)均可加入蒸汽和/或CO2(8)。
如果不需要另外的加熱部分和反應(yīng)部分，則將蒸汽(5)引入位于管式燃燒轉(zhuǎn)化器(29)內(nèi)的轉(zhuǎn)化管(28)。此時通過燃料的燃燒向工藝中添加額外的熱量，并且由轉(zhuǎn)化管收集理想的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物。
上述實(shí)施方式中所用的適宜結(jié)構(gòu)單元是交叉的波紋狀單元。
本發(fā)明的裝置和方法有幾個優(yōu)點(diǎn)。最重要的優(yōu)點(diǎn)是可容易地替換固體轉(zhuǎn)化催化劑，因?yàn)樵摯呋瘎┐嬖谟谝子诮咏墓苤校⑶覂H存在于需要的位置所放置的管中。在本發(fā)明的方法中，完全消除了該方法所必需的催化劑量受必要的熱傳遞區(qū)域的影響。
實(shí)施例實(shí)施例1對本發(fā)明方法所需的催化劑量和常規(guī)方法所需的催化劑的量進(jìn)行了比較。
通過將烴和蒸汽送入預(yù)轉(zhuǎn)化器、接著在管式轉(zhuǎn)化器含煙道氣的廢熱部分中的盤管中將其加熱實(shí)施了常規(guī)方法。首先，在進(jìn)料通過含蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑顆粒的第一絕熱反應(yīng)器之前將其加熱。之后，將混合物再加熱并且再反應(yīng)，重復(fù)再加熱和反應(yīng)步驟直至已總計進(jìn)行了四次再加熱步驟和四次反應(yīng)步驟。
在本發(fā)明的方法中，將由烴和蒸汽組成的進(jìn)料送入預(yù)轉(zhuǎn)化器，接著使其通過構(gòu)成加熱的蒸汽轉(zhuǎn)化單元的配管系統(tǒng)，該加熱的蒸汽轉(zhuǎn)化單元與含煙道氣的管式轉(zhuǎn)化器的廢熱部分相連接。首先，在進(jìn)料通過含催化結(jié)構(gòu)單元并且構(gòu)成反應(yīng)部分的第一絕熱集管系統(tǒng)之前將其加熱。之后，將混合物再加熱并且再反應(yīng)，重復(fù)再加熱和反應(yīng)步驟直至已總計進(jìn)行了四次再加熱步驟和四次反應(yīng)步驟。
在兩個系統(tǒng)中，預(yù)轉(zhuǎn)化器之后進(jìn)入第一再加熱盤管的初始入口溫度是450℃，并且最終的出口溫度是650℃。兩個系統(tǒng)均以270Nm3/h的流速向兩個蒸汽轉(zhuǎn)化系統(tǒng)加料，并且以319Nm3/h的速度取出產(chǎn)物。碳的流速是100Nm3/h。常規(guī)方法的空速是10000-15000Nm3C1/hrm3催化劑。本發(fā)明方法的空速可增加至100000-1000000Nm3C1/hrm3催化劑，因?yàn)榇呋瘎┲斡诮Y(jié)構(gòu)單元上。
本發(fā)明方法所使用的催化劑的量是0.1-1.0kg，而常規(guī)方法所使用的量是6.7-10kg。
本發(fā)明的方法可使用少一個數(shù)量級的催化劑，設(shè)計簡單從而產(chǎn)生優(yōu)越的經(jīng)濟(jì)效益。
實(shí)施例2該實(shí)施例是以圖1和圖2所示的系統(tǒng)為基礎(chǔ)，但是沒有加入CO2。在轉(zhuǎn)化器的煙道氣部分設(shè)置了一個廢熱鍋爐，從而通過回收煙道氣的熱焓得到了整體的高能效。
表2的數(shù)字表示利用本發(fā)明的方法得到的大量的節(jié)省。
表2常規(guī)方法與本發(fā)明方法中功率分布的比較

結(jié)果表明利用本發(fā)明方法時轉(zhuǎn)化器所需的功率非常小。因此，本發(fā)明方法可使用較小的轉(zhuǎn)化器。除了煙道氣流速低外，所產(chǎn)生的蒸汽量也減小了?？傊畬?shí)現(xiàn)了大量的節(jié)省。
權(quán)利要求
1.一種通過烴原料的催化蒸汽和/或CO2轉(zhuǎn)化來制備合成氣的方法，該方法包括以下步驟(a)在加熱的蒸汽轉(zhuǎn)化單元中，加熱烴和蒸汽和/或CO2的反應(yīng)混合物，所述蒸汽轉(zhuǎn)化單元與含煙道氣的管式燃燒轉(zhuǎn)化器廢熱部分相連接，其中通過與固體轉(zhuǎn)化催化劑接觸進(jìn)行反應(yīng)混合物的轉(zhuǎn)化；(b)將經(jīng)部分蒸汽轉(zhuǎn)化的混合物送入管式燃燒轉(zhuǎn)化器，并且進(jìn)一步將該混合物轉(zhuǎn)化至所需要的組成和溫度，其中所述加熱的蒸汽轉(zhuǎn)化單元包括配管系統(tǒng)，其具有裝載固體轉(zhuǎn)化催化劑的反應(yīng)部分，所述轉(zhuǎn)化催化劑包括催化劑顆粒和/或催化結(jié)構(gòu)單元，作為流程氣管線系統(tǒng)一部分的配管系統(tǒng)與含有煙道氣的廢熱部分相連接。
2.權(quán)利要求1的方法，其中加熱的蒸汽轉(zhuǎn)化單元由帶有或沒有固體轉(zhuǎn)化催化劑的加熱部分、以及絕熱反應(yīng)部分組成，所述絕熱反應(yīng)部分包括覆有蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑層的催化結(jié)構(gòu)單元，均為流程氣管線系統(tǒng)一部分的這兩個部分與含有煙道氣的廢熱部分相連接。
3.權(quán)利要求1的方法，其中加熱的蒸汽轉(zhuǎn)化單元由加熱的具有催化劑顆粒的反應(yīng)部分組成，作為流程氣管線系統(tǒng)一部分的加熱部分與含有煙道氣的廢熱部分相連接。
4.權(quán)利要求1、2或3的方法，其中在加熱步驟(a)之前，將烴和蒸汽和/或CO2的反應(yīng)混合物進(jìn)行預(yù)轉(zhuǎn)化。
5.權(quán)利要求1、2或3的方法，其中結(jié)構(gòu)單元是整體結(jié)構(gòu)或交叉的波紋結(jié)構(gòu)。
6.權(quán)利要求2的方法，其中將蒸汽和/或二氧化碳加入絕熱反應(yīng)部分。
7.權(quán)利要求1、2、3或4的方法，其中反應(yīng)部分還含有附著于管壁的蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑或附屬于管壁的結(jié)構(gòu)件上附著的催化劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法制備合成氣的裝置，該裝置包括(a)用于任選地預(yù)轉(zhuǎn)化烴和蒸汽和/或CO2的混合物的絕熱預(yù)轉(zhuǎn)化器；(b)具有含煙道氣的廢熱部分的管式燃燒轉(zhuǎn)化器，所述廢熱部分用于加熱烴和蒸汽和/或CO2的混合物或預(yù)轉(zhuǎn)化過的混合物；(c)加熱的蒸汽轉(zhuǎn)化單元，該單元與含煙道氣的管式燃燒轉(zhuǎn)化器廢熱部分相連接，其中加熱的蒸汽轉(zhuǎn)化單元包括配管系統(tǒng)，其具有裝載固體轉(zhuǎn)化催化劑的反應(yīng)部分，所述轉(zhuǎn)化催化劑包括催化劑顆粒和/或催化結(jié)構(gòu)單元，作為流程氣管線系統(tǒng)一部分的配管系統(tǒng)與含有煙道氣的廢熱部分相連接。
9.權(quán)利要求8的裝置，其中固體催化劑放置于加熱的蒸汽轉(zhuǎn)化單元的加熱的反應(yīng)部分和/或絕熱反應(yīng)部分內(nèi)。
全文摘要
一種通過烴原料的催化蒸汽和/或CO
文檔編號C01B3/00GK1496956SQ0316482
公開日2004年5月19日 申請日期2003年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月26日
發(fā)明者P·S·克里斯滕森, T·羅斯楚普－尼爾森, N·埃里克斯楚普, K·阿爾斯伯格－彼得森, J·－H·B·漢森, I·迪布杰爾, 漢森, P S 克里斯滕森, 共 彼得森, 冀芏, 鉤 尼爾森, 錕慫鉤 申請人:赫多特普索化工設(shè)備公司