專利名稱：軸向?qū)α髦卣b置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及蒸汽-烴重整裝置，更具體地說(shuō)涉及在蒸汽-烴重整裝置的設(shè)計(jì)中使用第二重整段。
背景技術(shù)：
對(duì)于制氫工廠、甲醇工廠、合成氨工廠等，廣泛使用蒸汽-烴重整來(lái)生產(chǎn)合成氣。合成氣在本文中定義為包括氫和一氧化碳的氣體。一般地，在點(diǎn)燃的重整裝置中在高溫下通過(guò)蒸汽/烴混合物的重整來(lái)產(chǎn)生氫和合成氣。這種重整裝置包含裝有催化劑的管，其在高壓將進(jìn)料傳送通過(guò)爐，在此進(jìn)料被加熱并反應(yīng)而生成合成氣產(chǎn)物。在接近環(huán)境壓力下在重整裝置管外通過(guò)使燃料與空氣燃燒而加熱爐。要求高溫以獲得優(yōu)良的轉(zhuǎn)化率。通過(guò)使用在煙道氣和產(chǎn)物(其離開(kāi)點(diǎn)燃的重整裝置)中所含的廢熱來(lái)提高效率。這種廢熱通常用來(lái)預(yù)熱進(jìn)料并且生成用于該過(guò)程和用于蒸汽輸出的蒸汽。生成了大量的輸出蒸汽并且必須將其用于高效的過(guò)程。盡管蒸汽是一種有用副產(chǎn)品，但可能難以找到蒸汽的消費(fèi)者，或者將其送至終端用戶，可能產(chǎn)生大量的費(fèi)用。此外，由于大量的燃料燃燒而生成蒸汽，生成每單位氫或合成氣的燃料用量和二氧化碳排放量是高的。
新型重整裝置使用其它方法來(lái)利用來(lái)自重整裝置的廢熱以減少燃料用量、輸出蒸汽的量和排放二氧化碳的量。特別是，在爐中燃燒前，可以加熱空氣和/或燃料。此外，蒸汽/烴進(jìn)料可以分別地或者結(jié)合在一起加熱至較高的溫度。這些方法減少了生產(chǎn)一定量的合成氣所需的燃料的量。然而，由于溫度提高，建造材料變得昂貴或得不到，并且進(jìn)料和燃料能夠被預(yù)熱至的溫度由于高溫下烴的裂解傾向(形成結(jié)垢和堵塞交換器的固體炭)而被限制。
為了克服這些限制，工業(yè)上開(kāi)發(fā)了通過(guò)重整回收廢熱的特殊設(shè)計(jì)。這些方法中最普遍的作法是絕熱的預(yù)重整裝置，其中進(jìn)料首先被預(yù)熱，然后送往填充特殊的預(yù)重整裝置催化劑的絕熱容器中。氣體部分重整(轉(zhuǎn)化為氫和一氧化碳)，其降低了溫度，這是由于反應(yīng)的吸熱性質(zhì)。這種氣體然后逆著來(lái)自點(diǎn)燃的重整裝置的煙道氣物流被進(jìn)一步地加熱，并然后被引入到點(diǎn)燃的重整裝置中的管以獲得期望的出口條件。預(yù)重整減小了主重整裝置的尺寸，因?yàn)椴糠重?fù)荷在絕熱反應(yīng)器中完成。其還減少了燃料、輸出蒸汽和二氧化碳排放的量，因?yàn)樵摬糠种卣脧U熱完成。預(yù)重整裝置可以與上述其它方法結(jié)合而進(jìn)一步提高合成氣生成的效率。
絕熱的預(yù)重整裝置的主要的缺點(diǎn)是所需要的特殊的催化劑。其具有高鎳含量以在較低溫度下獲得優(yōu)良的活性，并且往往對(duì)蒸汽敏感。蒸汽敏感性需要在啟動(dòng)和停工期間特殊的操作方法以防損害催化劑。絕熱的重整裝置還在其可以獲得的轉(zhuǎn)化數(shù)量方面受到限制，對(duì)于天然氣原料一般地為15％。這是因?yàn)橹卣p質(zhì)原料是吸熱的(重整氣體在絕熱反應(yīng)器中冷卻)，從而自動(dòng)限制了可能發(fā)生的重整的數(shù)量。
不考慮所提供的為提高合成氣的生成效率而使用的其它設(shè)備，點(diǎn)燃的重整裝置是工廠中主要的成本項(xiàng)目。常規(guī)重整爐輻射段中的管通常用催化劑如氧化鋁載體上的鎳填充。必須小心操作以將在催化劑上的積炭以及在所供應(yīng)到管的進(jìn)料物流中引入使催化劑中毒的雜質(zhì)降到最低。在氣體中存在足夠的氫以抑制積炭前，積炭一般在熱原料進(jìn)入管時(shí)出現(xiàn)。在管入口處使用不同的催化劑如小直徑催化劑或鉀促催化劑以減小積炭的可能。如果催化劑毒物被進(jìn)料到管中，在管入口處催化劑此外對(duì)失活是更敏感的。
通過(guò)將負(fù)荷轉(zhuǎn)移到預(yù)重整反應(yīng)器，預(yù)重整降低了點(diǎn)燃的重整裝置的成本。然而，存在額外的好處。特別是，當(dāng)在高溫下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，比甲烷更高級(jí)的烴在催化劑上具有更大的積炭?jī)A向。這限制了可對(duì)重整裝置所設(shè)計(jì)的熱通量，并且其被期待以在催化劑更迭期間長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)。在預(yù)重整裝置中預(yù)重整使比甲烷更重的烴轉(zhuǎn)化并且保留了催化劑毒物，這使得主重整裝置被設(shè)計(jì)成更高的熱通量，產(chǎn)生更小的更廉價(jià)的重整裝置。
已經(jīng)建議各種方法，包括用來(lái)自煙道氣的廢熱加熱預(yù)重整裝置。這些先前的方法缺乏所需的柔性以獨(dú)立優(yōu)化多個(gè)重整階段。
獲得一種多個(gè)重整階段可獨(dú)立優(yōu)化的設(shè)備和方法將會(huì)是有用的，這樣擁有了更高的效率、更低的投資成本并減少維護(hù)。
相關(guān)專利包括美國(guó)專利No.3094391(Mader)、No.6818028(Barnett等人)和No.4959079(Grotz等人)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生合成氣的蒸汽/烴重整裝置。該重整裝置包括第一重整段，其具有多個(gè)至少部分配置在燃燒室內(nèi)的含催化劑的管。該室具有第一端壁和相對(duì)于第一端壁的第二端壁。重整裝置的第一端壁可以是上端壁而第二端壁可以是下端壁。至少一個(gè)燃燒器連接到第一端壁而至少一個(gè)出口位于第二端壁中或者鄰近第二端壁。重整裝置進(jìn)一步包括第二重整段，其具有多個(gè)至少部分配置在管道內(nèi)的含催化劑的管。該管道具有入口和出口，所述入口用于接受至少一部分來(lái)自燃燒室的煙道氣。第二重整段的含催化劑的管產(chǎn)生含氫的、部分重整的烴物流，其被進(jìn)料到第一重整段的含催化劑的管。各個(gè)第二重整段的含催化劑的管都具有縱軸，其基本上與管道的縱軸平行。
第一重整段中的含催化劑的管可以基本上垂直。第二重整段中的含催化劑的管可以基本上垂直。第二重整段中的含催化劑的管的長(zhǎng)度可以是第一重整段中的含催化劑的管的長(zhǎng)度的至少75％。第二重整段中的含催化劑的管的數(shù)量可小于第一重整段中的含催化劑的管的數(shù)量。
重整裝置可以包含收集歧管，其用于接受來(lái)自第二重整段的含催化劑的管的部分重整的烴物流。重整裝置可以進(jìn)一步包含分配歧管，其用于接受來(lái)自收集歧管的部分重整的烴物流。分配歧管可以向第一重整段中的含催化劑的管進(jìn)料。
第一重整段中一個(gè)或多個(gè)的含催化劑的管可以包含內(nèi)管，該內(nèi)管不包含催化劑并且至少部分被配置在第一重整段中一個(gè)或多個(gè)的含催化劑的管內(nèi)。第二重整段中一個(gè)或多個(gè)的含催化劑的管可以包含內(nèi)管，該內(nèi)管不包含催化劑并且至少部分被配置在第二重整段中一個(gè)或多個(gè)的含催化劑的管內(nèi)。
本發(fā)明還涉及用于產(chǎn)生合成氣的蒸汽重整方法。該蒸汽重整方法包括從燃燒室的第一端引入燃料和氧化劑并且在其中使燃料和氧化劑反應(yīng)，從而形成煙道氣，從相對(duì)該室的第一端的端部的出口取出煙道氣，將來(lái)自該室的煙道氣引入到管道的第一端，并且從管道的第二端取出煙道氣。蒸汽重整方法進(jìn)一步包括將進(jìn)料物流引入到至少部分配置在管道內(nèi)的含催化劑的管中，所述進(jìn)料物流包括烴和蒸汽，通過(guò)使煙道氣沿與進(jìn)料物流流動(dòng)同向或反向的流動(dòng)方向通過(guò)管道中的含催化劑的管而傳遞熱量，使進(jìn)料物流在與該管道相關(guān)的含催化劑的管內(nèi)反應(yīng)而形成含氫的、部分重整的烴物流，將至少一部分部分重整的烴物流分配入用于重整該部分重整的烴物流的、至少部分被配置在該室中的含催化劑的管以形成富氫的合成氣，和從與該室相關(guān)的含催化劑的管取出富氫的合成氣。進(jìn)料物流中20％-70％或20％-50％的烴可在與該管道相關(guān)的含催化劑的管中被轉(zhuǎn)化。
蒸汽重整方法也可包括混合來(lái)自一個(gè)或多個(gè)與該管道相關(guān)的含催化劑的管的含氫的、部分重整的烴物流，然后分配到與該室相關(guān)的所含的催化劑。
蒸汽重整方法也可包括通過(guò)使富氫的合成氣在至少一個(gè)含催化劑的管之內(nèi)的內(nèi)管中通過(guò)而從富氫的合成氣中傳遞熱量。
本發(fā)明增加了氫和合成氣生產(chǎn)的效率。這降低了生成每單位氫或合成氣的燃料需求和二氧化碳排放量。當(dāng)副產(chǎn)蒸汽價(jià)值低時(shí)，本發(fā)明特別有價(jià)值，因?yàn)橥ㄟ^(guò)實(shí)施本發(fā)明，輸出蒸汽的量被減小到較少的量。本發(fā)明還使得減少重整裝置的燃燒輻射段的尺寸25-30％。


圖1是本發(fā)明實(shí)施方案的示意圖，其舉例說(shuō)明被加熱的第二重整段，其中在含催化劑的管中的工藝氣體的流動(dòng)與煙道氣同向。
圖2是本發(fā)明實(shí)施方案的示意圖，其舉例說(shuō)明被加熱的第二重整段，其中在含催化劑的管中的工藝氣體的流動(dòng)與煙道氣反向。
圖3是本發(fā)明實(shí)施方案的示意圖，其舉例說(shuō)明第一重整段的出口鄰近于相對(duì)于具有燃燒器的壁的壁。
圖4是本發(fā)明實(shí)施方案的示意圖，其舉例說(shuō)明用于從產(chǎn)物氣體傳遞熱量的在重整段的含催化劑的管之內(nèi)的內(nèi)管。
圖5是本發(fā)明實(shí)施方案的示意圖，其舉例說(shuō)明用于從產(chǎn)物氣體傳遞熱量的在重整段和第二重整段的含催化劑的管之內(nèi)的內(nèi)管。
圖6是本發(fā)明實(shí)施方案的示意圖，其舉例說(shuō)明用于從工藝氣體傳遞熱量的在第二重整段的含催化劑的管之內(nèi)的內(nèi)管。
具體實(shí)施例方式
圖1-6舉例說(shuō)明本發(fā)明的不同實(shí)施方案。用于生產(chǎn)合成氣的烴-蒸汽重整設(shè)備1包括第一重整段10和第二重整段30。圖1-3中顯示了任選的預(yù)熱器段50。
第一重整段10包括具有第一端壁19和第二端壁29的室18。端壁29與端壁19相對(duì)。該室可以是常規(guī)的耐火材料或由耐火材料復(fù)合物制成。該耐火壁可涂有高發(fā)射率材料。第一重整段還包括至少一個(gè)連接或者固定于第一端壁19的燃燒器15和至少一個(gè)第二端壁29中的出口16，如圖1和2所示。至少一個(gè)出口16也可與第二端壁29鄰接，如圖3-6所示。如圖1-3所示，燃燒器15可連接到頂壁并且沿室18底部出口16的下燃式(down-fired)方向定向。燃燒器也可連接到底壁并且沿頂壁出口的上燃式(up-fired)方向定向，如圖4-6所示。燃燒器也可連接到側(cè)壁并且被定向以與相對(duì)側(cè)壁中的出口或者鄰近相對(duì)側(cè)壁的出口呈水平地燃燒(未示)。燃燒器可以按照本領(lǐng)域已知的任何方式連接。
第一重整段還包括多個(gè)含催化劑的管11，用于接受含氫的、部分重整的烴物流。含催化劑的管可以是常規(guī)的重整裝置管。含催化劑的管在本文中定義為在其中容納催化劑材料的任何管道。多個(gè)含催化劑的管11也可接受除含氫的、部分重整的烴物流之外的其他物流，例如蒸汽和/或另外的烴進(jìn)料。至少一部分該多個(gè)含催化劑的管11被置于第一重整段室18內(nèi)。
含催化劑的管11中的催化劑是用于蒸汽重整領(lǐng)域已知的常規(guī)類型。催化劑可以是小球形式的并且隨機(jī)沉積在含催化劑的管內(nèi)。催化劑材料可以是金屬或陶器的整料或用重整催化劑涂敷或浸漬的結(jié)構(gòu)元件，所述重整催化劑可用于最優(yōu)化傳熱和壓降。多個(gè)含催化劑的管11可以基本上垂直，其中基本上垂直在本文中定義為垂直線10度之內(nèi)。
燃燒器在本文中定義為用于產(chǎn)生燃燒反應(yīng)的燃料和氧化劑噴射裝置的結(jié)合。燃料和氧化劑可被分別引入或預(yù)混合。也可使用氧化劑分級(jí)(oxidant staging)技術(shù)。可使用如描述于美國(guó)專利No.6773256中的并且轉(zhuǎn)讓給空氣產(chǎn)品和化學(xué)品公司的超低NOx燃燒器。
第二重整段30包括具有入口31、出口34和多個(gè)含催化劑的管36的管道35。管道35可以具有圓形、矩形、正方形或任何其他適合的橫截面并且可由用于建造重整裝置的常規(guī)的耐火材料來(lái)建造。入口31與第一重整段室18的出口16流體連通。管36可由用于重整裝置管的常規(guī)的材料建造。至少一部分多個(gè)含催化劑的管36被置于管道35內(nèi)。
多個(gè)含催化劑的管36與第一重整段10的多個(gè)含催化劑的管11流體連通。進(jìn)料給多個(gè)含催化劑的管11的含氫的、部分重整的烴物流在多個(gè)含催化劑的管36中生產(chǎn)。多個(gè)含催化劑的管36也可生產(chǎn)其他含氫的、部分重整的烴物流，其可在其它地方被傳送并且被加工。
該含催化劑的管36中的催化劑可為用于蒸汽重整領(lǐng)域已知的常規(guī)的催化劑，例如鎳催化劑或貴金屬催化劑。催化劑可以是小球形式的并且隨機(jī)沉積在含催化劑的管內(nèi)。催化劑材料可以是金屬或陶器的整料或用重整催化劑涂敷或浸漬的結(jié)構(gòu)元件，所述重整催化劑可用于最優(yōu)化傳熱和壓降。管11和管36中的催化劑可以是相同的催化劑或不同的催化劑。
多個(gè)含催化劑的管36的長(zhǎng)度可以是多個(gè)含催化劑的管11的長(zhǎng)度的至少75％。多個(gè)含催化劑的管36可以基本上垂直。多個(gè)含催化劑的管36可以具有增強(qiáng)的傳熱表面，例如散熱片。
第二重整段30中的含催化劑的管36的數(shù)目可以小于第一重整段10中的含催化劑的管11的數(shù)目。那么，第二重整段30中的含催化劑的管36的數(shù)目可獨(dú)立于第一重整段10中的含催化劑的管11的數(shù)目而進(jìn)行優(yōu)化。
管道35具有縱軸40，如每個(gè)該多個(gè)含催化劑的管36一樣。每個(gè)該多個(gè)含催化劑的管36的縱軸基本上與管道35的縱軸40平行?；旧掀叫械脑诒疚闹卸x為平行正負(fù)10度。
管道的縱軸與入口和出口之間的縱向主導(dǎo)方向有關(guān)。忽略由于進(jìn)出作用造成的偏差，那么煙道氣的主導(dǎo)流向是縱向，與縱軸平行。
含催化劑的管中的工藝氣體的流動(dòng)可以是如圖1所述的與煙道氣的流動(dòng)同向或如圖2所述的與煙道氣的流動(dòng)反向。
就工藝氣體和煙道氣同向流動(dòng)來(lái)說(shuō)，當(dāng)首先進(jìn)入第二重整段30時(shí)，低溫工藝進(jìn)料氣體在其中煙道氣最熱的區(qū)域中使管壁保持較低溫。在圖1所示的同向結(jié)構(gòu)中，工藝氣體向上流動(dòng)經(jīng)過(guò)該含催化劑的管36。就催化劑小球來(lái)說(shuō)，小球的流化可能是不利的。然而，優(yōu)點(diǎn)是離開(kāi)含催化劑的管并且在收集歧管33中所收集的工藝氣體非常鄰近于第一重整段10的管進(jìn)料端。
就圖2所述的工藝氣體和煙道氣逆向流動(dòng)來(lái)說(shuō)，管結(jié)構(gòu)可隨意進(jìn)行優(yōu)化而不限制流化。然而，缺點(diǎn)是含催化劑的管36可能在煙道氣進(jìn)入管道35的端部處較熱。另外的缺點(diǎn)可能是離開(kāi)含催化劑的管36并且在收集歧管33中所收集的工藝氣體不是非常鄰近于第一重整段10的管進(jìn)料端，并且因此可能需要較長(zhǎng)的管道17來(lái)連接分配歧管12。
在任何實(shí)施方案中，含催化劑的管36沿其長(zhǎng)度方向可由不同的材料制成。不同的材料的多管段可被端對(duì)端焊接。例如，在熱端可使用高鎳含量的鑄造冶金術(shù)，而在較冷端可使用較廉價(jià)的鍛造冶金術(shù)。含催化劑的管36可具有增強(qiáng)的外部傳熱表面，例如散熱片，僅僅在較冷的末端。含催化劑的管36沿其長(zhǎng)度方向可以具有不同的直徑。較小管直徑可用于相對(duì)于較冷端的熱端。不同的傳熱表面和沿該長(zhǎng)度方向的管直徑可使得在相對(duì)較冷端的熱端處內(nèi)外傳熱系數(shù)的相對(duì)率最優(yōu)化。這些技術(shù)還有助于煙道氣分配，并且可以能夠插入一個(gè)或多個(gè)煙道氣分配固定裝置。
第二重整段30可包含燃燒器(未示)或氧化劑噴槍，然而大多數(shù)含催化劑的管36的熱負(fù)荷來(lái)自于第一重整段10的熱煙道氣。通過(guò)氧化劑分級(jí)技術(shù)，氧化劑噴槍可用來(lái)降低NOx。
如圖1-3所示，含催化劑的管36可通過(guò)收集歧管33連接。通過(guò)使用收集歧管33，來(lái)自含催化劑的管36的工藝氣體被混合在一起，使得分配給含催化劑的管11的物質(zhì)的濃度更均勻。管道17將收集歧管33連接到分配歧管12，其與含催化劑的管11流體連通。含催化劑的管11可由收集歧管13連接，該收集歧管13進(jìn)料給產(chǎn)物物流管道14。來(lái)自管道14的產(chǎn)物物流可類似于來(lái)自任何點(diǎn)燃的、管狀重整裝置的產(chǎn)物被進(jìn)一步加工。特別地，該物流可在變換反應(yīng)器(shift reactor)中被加工，并且各個(gè)組分被分離和循環(huán)。
圖1-3所示的任選的預(yù)熱段50包括預(yù)熱烴進(jìn)料物流的熱交換器52、用于過(guò)熱蒸汽的熱交換器53和用于加熱空氣的熱交換器54，所述空氣可隨后經(jīng)燃燒器15被引入。烴進(jìn)料氣體物流可通過(guò)富氫的產(chǎn)物物流在熱交換器中間接加熱。通過(guò)使用富氫的產(chǎn)物物流間接換熱可以生成蒸汽。被加熱或者未被加熱的烴進(jìn)料氣體可與蒸汽混合，然后通過(guò)煙道氣在熱交換器中被間接加熱。換熱器52、53和54是本領(lǐng)域已知的常規(guī)類型的并且按照設(shè)計(jì)者的偏好可以是任何順序或序列。
蒸汽重整設(shè)備也可任選地包含常規(guī)的絕熱的預(yù)重整裝置，其在第二重整段之前或之后，有或者沒(méi)有附加的換熱器。
圖4顯示了一種實(shí)施方案，其包括配置在重整段中的含催化劑的管內(nèi)的內(nèi)管。該內(nèi)管不包含催化劑。該管中管排列使得含催化劑的管11中的工藝氣體從內(nèi)管22中的熱產(chǎn)物氣體回收熱量。用于回收熱量的不含催化劑的內(nèi)管23也可在含催化劑的管36中使用，如圖5和6所示。管中管排列的各個(gè)細(xì)節(jié)討論于Pham等人的美國(guó)申請(qǐng)No.10/746577中。
燃燒器15產(chǎn)生火焰21從而生成熱煙道氣。用于燃燒的燃料可以是用于重整裝置的任何常規(guī)類型的。用于燃燒的氧化劑可以是空氣或富氧空氣并且可以在熱交換器54中在任選的預(yù)熱器段50中預(yù)熱。富氧空氣在本文中定義為氧氣濃度在21％-100％之間的任何氧化劑?；鹧娴妮椛淠芰總鬟f到用于使烴蒸汽混合物重整的含催化劑的管11，故通常術(shù)語(yǔ)是重整裝置的輻射段。在圖1-3中，所示燃燒器連接到室18的頂壁并且產(chǎn)生向下火焰，故通常術(shù)語(yǔ)下燃式重整裝置。在圖4-6中，所示燃燒器連接到室18的底壁并且產(chǎn)生向上地直接火焰。
煙道氣通過(guò)室18的相對(duì)燃燒器15的另一端處的出口16離開(kāi)該室，并且通向第二重整段30的入口31。煙道氣沿縱向通過(guò)管道35到達(dá)出口34。煙道氣可以如圖1所示同向或如圖2所示逆向通過(guò)含催化劑的管36。在離開(kāi)第二重整段30后，煙道氣通向任選的預(yù)熱器段50并且被排氣或放空。
包括烴和蒸汽的工藝或進(jìn)料氣體被引入第二重整段30。在圖1-3中，進(jìn)料氣體通過(guò)分配歧管32而引入。第二重整段30的進(jìn)料的蒸汽與碳的比值可以是，基于摩爾計(jì)，2-5，或2.5-3.5。壓力可以是100-800psia或300-500psia。烴物流可以首先在熱交換器52中在任選的預(yù)熱器段50中被預(yù)熱。蒸汽物流可以在熱交換器53中在任選的預(yù)熱器段50中產(chǎn)生或過(guò)熱。烴物流和蒸汽物流在被引入歧管32前可以被預(yù)混合和預(yù)熱。溫度可以是700(371℃)-1200(649℃)或950(510℃)-1100(593℃)。
烴-蒸汽混合物在含催化劑的管36中被部分重整，從而產(chǎn)生含氫的、部分重整的烴物流。來(lái)自第二重整段的含氫的、部分重整的烴物流通過(guò)受催化劑影響的反應(yīng)而將會(huì)更接近于平衡，并且通過(guò)與同向或逆向流經(jīng)含催化劑的管36的外部的煙道氣的熱傳遞將會(huì)吸收熱量。由于趨向于降溫的吸熱反應(yīng)和使溫度上升的被吸收的熱量之間的競(jìng)爭(zhēng)，工藝氣體的溫度可以更高、更低或著沒(méi)有變化。含氫的、部分重整的物流可以在溫度1000(538℃)-1400(760℃)下離開(kāi)含催化劑的管36。
進(jìn)料物流中20％-70％或20％-50％的烴可在含催化劑的管36中被轉(zhuǎn)化。被轉(zhuǎn)化是指不同物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率。例如，如果甲烷是所考慮的烴的話，則。如果進(jìn)料包含100mol/hr的CH4，20％的轉(zhuǎn)化率是指部分重整的物流包含80mol/hr的CH4，95％的轉(zhuǎn)化率是指部分重整的物流包含5mol/hr的CH4。
在圖1-3中，含氫的、部分重整的物流在收集歧管33中收集并且通過(guò)管道17至第一重整段10中的分配歧管12。由分配歧管12，含氫的、部分重整的物流通過(guò)含催化劑的管11并且被重整從而產(chǎn)生富氫的合成氣。富氫的合成氣在收集歧管13中被收集并且傳遞至產(chǎn)物物流管道14。富氫的合成氣可進(jìn)一步地加工，例如在變換反應(yīng)器中。
在圖4和5中，在通過(guò)產(chǎn)物物流管道14離開(kāi)前，富氫的合成氣通過(guò)在含催化劑的管11內(nèi)的內(nèi)管22而從富氫的合成氣回收熱量。圖5顯示富氫的合成氣通過(guò)在含催化劑的管36內(nèi)的內(nèi)管23而從富氫的合成氣回收更多的熱量。圖6顯示來(lái)自含催化劑的管36的含氫的、部分重整的物流通過(guò)在含催化劑的管36內(nèi)的內(nèi)管23來(lái)給進(jìn)料氣體提供更多的熱量，并然后進(jìn)料到含催化劑的管11。
為了舉例說(shuō)明的目的而不是為了限制，參考優(yōu)選實(shí)施方案和具體的實(shí)施例，以上已經(jīng)描述了本發(fā)明。由于以上公開(kāi)內(nèi)容，許多變化對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見(jiàn)的。期望在所附權(quán)利要求范圍或精神內(nèi)的全部這些變化被其所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種用于產(chǎn)生合成氣的蒸汽重整設(shè)備，其包括第一重整段，其包括具有第一端壁和相對(duì)于所述第一端壁的第二端壁的室、至少一個(gè)連接到第一端壁的燃燒器、至少一個(gè)在第二端壁中的出口或鄰近第二端壁的出口、和用于接受含氫的、部分重整的烴物流的第一多個(gè)含催化劑的管，其中至少一部分所述第一多個(gè)含催化劑的管被置于所述室之內(nèi)；包括管道的第二重整段，所述管道具有入口，其與第一重整段的至少一個(gè)出口流體連通，以及出口和縱軸，所述第二重整段進(jìn)一步包括用于產(chǎn)生所述含氫的、部分重整的烴物流的第二多個(gè)含催化劑的管，其中至少一部分所述第二多個(gè)含催化劑的管被置于所述第二重整段管道之內(nèi)，各個(gè)所述第二多個(gè)含催化劑的管具有基本上與所述第二重整段管道的所述縱軸平行的縱軸。
2.權(quán)利要求1的蒸汽重整設(shè)備，其中第一端壁是上端壁而第二端壁是下端壁。
3.權(quán)利要求1的蒸汽重整設(shè)備，其中第二多個(gè)含催化劑的管的長(zhǎng)度是第一多個(gè)含催化劑的管的長(zhǎng)度的至少75％。
4.權(quán)利要求1的蒸汽重整設(shè)備，其中第一多個(gè)含催化劑的管基本上垂直。
5.權(quán)利要求1的蒸汽重整設(shè)備，其中第二多個(gè)含催化劑的管基本上垂直。
6.權(quán)利要求1的蒸汽重整設(shè)備，其中所述第二多個(gè)含催化劑的管的數(shù)量小于所述第一多個(gè)含催化劑的管的數(shù)量。
7.權(quán)利要求1的蒸汽重整設(shè)備，進(jìn)一步包括收集歧管，其中第二多個(gè)含催化劑的管與所述收集歧管流體連通。
8.權(quán)利要求7的蒸汽重整設(shè)備，進(jìn)一步包括分配歧管，所述分配歧管具有與所述收集歧管流體連通的入口和與所述第一多個(gè)含催化劑的管流體連通的多個(gè)出口。
9.權(quán)利要求1的蒸汽重整設(shè)備，其中至少一個(gè)所述第一多個(gè)含催化劑的管包括不包含催化劑的內(nèi)管，其中至少一部分所述內(nèi)管被置于所述至少一個(gè)所述第一多個(gè)含催化劑的管之內(nèi)。
10.權(quán)利要求1的蒸汽重整設(shè)備，其中至少一個(gè)所述第二多個(gè)含催化劑的管包括不包含催化劑的內(nèi)管，其中至少一部分所述內(nèi)管被置于所述至少一個(gè)所述第二多個(gè)含催化劑的管之內(nèi)。
11.一種用于產(chǎn)生合成氣的蒸汽重整方法，其包括從室的第一端引入燃料和氧化劑并且在其中反應(yīng)，從而形成煙道氣；從相對(duì)該室的第一端的端部的出口取出煙道氣；將來(lái)自該室的煙道氣引入到管道的第一端；從管道的第二端取出煙道氣；將進(jìn)料物流引入到至少部分配置在管道內(nèi)的含催化劑的管中，所述進(jìn)料物流包括烴和蒸汽；通過(guò)使煙道氣沿與進(jìn)料物流流動(dòng)同向或反向的流動(dòng)方向通過(guò)第一多個(gè)含催化劑的管而傳遞熱量；使進(jìn)料物流在第一多個(gè)含催化劑的管內(nèi)反應(yīng)而形成含氫的、部分重整的烴物流；將至少一部分部分重整的烴物流分配入用于重整該部分重整的烴物流的、至少部分被配置在該室中的第二多個(gè)含催化劑的管中以形成富氫的合成氣；和從第二多個(gè)含催化劑的管取出富氫的合成氣。
12.權(quán)利要求11的方法，其進(jìn)一步包括混合來(lái)自至少一個(gè)所述第一多個(gè)含催化劑的管的含氫的、部分重整的烴物流以及另外的所述第一多個(gè)含催化劑的管的含氫的、部分重整的烴物流，然后進(jìn)行分配步驟。
13.權(quán)利要求11的方法，其進(jìn)一步包括通過(guò)使富氫的合成氣在至少一個(gè)所述第一多個(gè)含催化劑的管之內(nèi)的內(nèi)管中通過(guò)而從富氫的合成氣中傳遞熱量。
14.權(quán)利要求11的方法，其進(jìn)一步包括通過(guò)使富氫的合成氣在至少一個(gè)所述第二多個(gè)含催化劑的管之內(nèi)的內(nèi)管中通過(guò)而從富氫的合成氣中傳遞熱量。
15.權(quán)利要求11的方法，其中進(jìn)料物流中20％-70％的烴在第一多個(gè)含催化劑的管中被轉(zhuǎn)化。
16.權(quán)利要求11的方法，其中進(jìn)料物流中20％-50％的烴在第一多個(gè)含催化劑的管中被轉(zhuǎn)化。
全文摘要
公開(kāi)了一種蒸汽/烴重整裝置，其使用常規(guī)的輻射加熱的第一重整段和煙道氣加熱的第二重整段。第二重整段包括用于部分重整烴物流的含催化劑的管。在第二重整段中的含催化劑的管被置于用于傳送來(lái)自第一重整段的煙道氣的管道中，從而從煙道氣接受熱量。煙道氣與在第二重整段中的含催化劑的管內(nèi)的工藝氣體的流動(dòng)同向或反向。來(lái)自第二重整段的部分重整的烴物流進(jìn)料到第一重整段中的含催化劑的管，從而產(chǎn)生富氫的合成氣。
文檔編號(hào)C01B3/32GK1880213SQ20061009367
公開(kāi)日2006年12月20日 申請(qǐng)日期2006年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月14日
發(fā)明者W·R·李徹特 申請(qǐng)人:氣體產(chǎn)品與化學(xué)公司