專利名稱：使用催化結(jié)構(gòu)件的蒸汽轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)合成氣的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過烴進(jìn)料與催化結(jié)構(gòu)件接觸進(jìn)行蒸汽轉(zhuǎn)化來生產(chǎn)合成氣的方法。
所謂的催化結(jié)構(gòu)件是指催化劑層固定在另一種材料表面如金屬表面上的催化體系。另一種材料起到為體系提供強(qiáng)度的承載結(jié)構(gòu)作用，這樣就能將本身機(jī)械強(qiáng)度不足的催化劑設(shè)計(jì)成一定的形狀。
合成氣是以烴為原料采用蒸汽轉(zhuǎn)化法通過反應(yīng)(1)-(3)來生產(chǎn)的CnHm+nH2O→nCO+(n+m2)H2(-ΔH2980<0)---(1)]]>蒸汽轉(zhuǎn)化技術(shù)的先有技術(shù)是使用各種尺寸和形狀的轉(zhuǎn)化催化劑顆粒。催化劑顆粒放入固定床反應(yīng)器(轉(zhuǎn)化爐管)中。轉(zhuǎn)化反應(yīng)為吸熱反應(yīng)。在傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)化器中，必須由管外的環(huán)境提供反應(yīng)所需的熱量，通常是以輻射和對流組合形式為向轉(zhuǎn)化爐管外側(cè)供熱。熱量通過熱傳導(dǎo)經(jīng)管壁傳遞到爐管內(nèi)側(cè)，再通過對流傳遞給氣相。最后，熱量通過對流從氣相傳遞到催化劑顆粒。在轉(zhuǎn)化爐管的同軸位置處，催化劑的溫度可能比爐管內(nèi)壁溫度低100℃以上。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，當(dāng)蒸汽轉(zhuǎn)化過程中使用催化結(jié)構(gòu)件時(shí)，傳熱效率會(huì)更高。熱量通過對流從爐管內(nèi)壁傳遞到催化劑。這是一種比借助氣相對流傳熱更為有效的傳熱機(jī)理。所得到的結(jié)果是爐管內(nèi)壁的溫度與催化劑的溫度幾乎相同(溫差小于5℃)。并且爐管厚度可以減少(參見下文)，這使得轉(zhuǎn)化爐管內(nèi)外側(cè)的溫差會(huì)更小。因而當(dāng)用催化結(jié)構(gòu)件爐管替換傳統(tǒng)蒸汽轉(zhuǎn)化爐管時(shí)，在所有其它條件相同的情況下，可以同時(shí)達(dá)到更高的催化劑溫度和更低的爐溫。爐管外壁的溫度低較為理想，因?yàn)檫@樣可延長爐管的壽命，催化劑的溫度高較為有利，因?yàn)榉磻?yīng)速度隨溫度升高而加快，且反應(yīng)(3)的平衡會(huì)向方程右側(cè)移動(dòng)，使得進(jìn)料可以得到更好的利用。
在管徑相同的情況下，催化轉(zhuǎn)化爐管的壓降要大大低于傳統(tǒng)爐管的壓降。這樣就能使用管徑更小的反應(yīng)爐管，而仍能維持合理的壓降。管徑更小會(huì)使?fàn)t管有更長的壽命、耐受更高的溫度和減少爐管材料的耗用量。
最后一點(diǎn)，與傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)化催化劑固定床型轉(zhuǎn)化爐管相比，使用催化結(jié)構(gòu)件轉(zhuǎn)化爐管時(shí)所用的催化劑量減少。


圖1示出合成氣生產(chǎn)裝置的前端部分。進(jìn)料2在單元4中被預(yù)熱、脫硫后，與工藝蒸汽6混合，進(jìn)一步加熱后進(jìn)入絕熱的預(yù)轉(zhuǎn)化器8。從預(yù)轉(zhuǎn)化器8出來的料流在排列于燃?xì)夤艿?2內(nèi)的熱交換器盤管中進(jìn)一步被加熱后，送入管式轉(zhuǎn)化器14，在其中進(jìn)行甲烷轉(zhuǎn)化為氫氣、一氧化碳和二氧化碳的反應(yīng)。從管式轉(zhuǎn)化器出來的下游氣體的處理取決于產(chǎn)品的用途。
催化結(jié)構(gòu)件可用于圖1所示的單元中的兩個(gè)1.將預(yù)轉(zhuǎn)化器流出氣體在進(jìn)入管式轉(zhuǎn)化器14之前進(jìn)行加熱所用的預(yù)熱盤管中；2.管式轉(zhuǎn)化器14中金屬表面涂覆催化涂層(薄層涂覆(wash-coating))是熟知的工藝方法(例如參見Cybulski，A.和Moulijn，J.A所著的結(jié)構(gòu)催化劑和反應(yīng)器.(Marcel Dekker，Inc.，紐約，1998)第3章中的描述)。例如采用噴涂、刷涂或浸涂的方法將含陶瓷前體的淤漿液施涂于表面。施涂后，通常要將淤漿液干燥并于350-1000℃范圍的溫度下焙燒。最后，用催化活性物質(zhì)浸漬陶瓷層?；蛘叽呋钚晕镔|(zhì)與陶瓷前體同時(shí)施涂。
遺憾的是，比起固定床反應(yīng)器，催化結(jié)構(gòu)件反應(yīng)器存在幾個(gè)缺點(diǎn)若催化劑層因老化或中毒而失去活性時(shí)不能更換。
催化劑層只能施涂于某些材料，反應(yīng)爐管必須由此類比傳統(tǒng)爐管材料要昂貴的材料制造，。蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)要在加壓條件下進(jìn)行且管厚度大。因而材料費(fèi)用會(huì)對成本產(chǎn)生很大影響。
并且，生產(chǎn)長催化結(jié)構(gòu)件反應(yīng)器有一定困難。反應(yīng)爐管的長度可能達(dá)到10m或更長，轉(zhuǎn)化催化劑層的厚度在如此長度上很難達(dá)到均勻一致，且施涂小尺寸管子時(shí)為得到均勻涂層所用的方法如對管子進(jìn)行離心處理的方法更難應(yīng)用于此尺寸的管子。另外，對這種尺寸的爐管進(jìn)行熱處理也很困難。
采用如下所述方法，分開制造催化結(jié)構(gòu)件和反應(yīng)器可克服這些缺點(diǎn)。
將金屬載體切成適當(dāng)尺寸，如上所述薄層涂覆片材。薄層涂覆后，將片材成型成適當(dāng)形狀?；蛘?，在薄層涂覆之前先將片材成型為最終的形狀。金屬載體的形狀與反應(yīng)器壁基本相同并按能與反應(yīng)器壁直接進(jìn)行熱傳導(dǎo)的關(guān)系布置。
若催化層沒有足夠活性時(shí)可以更換。將催化劑粘結(jié)到金屬表面所用的鋼盡管較貴，但其只占所用全部金屬的很小部分。催化結(jié)構(gòu)件可分成較小的部分制造，以便于生產(chǎn)和運(yùn)輸。
因此本發(fā)明提供一種將烴進(jìn)料進(jìn)行催化蒸汽轉(zhuǎn)化來制備富含氫氣和一氧化碳?xì)怏w的方法，包括以下步驟(a)任選將烴進(jìn)料的生產(chǎn)氣體通過用熱氣流加熱的含蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑的第一反應(yīng)器；(b)從第一反應(yīng)器出來的料流隨后通過含蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑且用燃料燃燒加熱的管式反應(yīng)器，從而得到蒸汽轉(zhuǎn)化產(chǎn)物氣體的熱氣流和燃?xì)鉄釟饬?，其中的轉(zhuǎn)化催化劑放在形狀與反應(yīng)器壁基本相同且按能與反應(yīng)器壁進(jìn)行熱傳導(dǎo)關(guān)系布置的金屬載體上。
在本發(fā)明的具體實(shí)施方案中，給步驟(b)反應(yīng)器內(nèi)提供的轉(zhuǎn)化催化劑同時(shí)含形狀與反應(yīng)器壁基本相同且按能與反應(yīng)器壁進(jìn)行熱傳導(dǎo)關(guān)系布置的金屬載體和轉(zhuǎn)化催化劑顆粒。
權(quán)利要求
1.一種將烴進(jìn)料進(jìn)行催化蒸汽轉(zhuǎn)化來制備富含氫氣和一氧化碳?xì)怏w的方法，包括以下步驟(a)任選將烴進(jìn)料的生產(chǎn)氣體通過用熱氣流加熱的含蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑的第一反應(yīng)器；(b)從第一反應(yīng)器出來的料流隨后通過含蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑且用燃料燃燒加熱的管式反應(yīng)器，從而得到蒸汽轉(zhuǎn)化產(chǎn)物氣體的熱氣流和燃?xì)鉄釟饬?，且其中的轉(zhuǎn)化催化劑放在形狀與反應(yīng)器壁基本相同且按能與反應(yīng)器壁進(jìn)行熱傳導(dǎo)關(guān)系布置的金屬載體上。
2.按權(quán)利要求1的方法，其中給步驟(b)反應(yīng)器內(nèi)提供的轉(zhuǎn)化催化劑同時(shí)含形狀與反應(yīng)器壁基本相同且按能與反應(yīng)器壁進(jìn)行熱傳導(dǎo)關(guān)系布置的金屬載體和轉(zhuǎn)化催化劑顆粒。
3.按權(quán)利要求1的方法，其中給步驟(b)反應(yīng)器內(nèi)提供的轉(zhuǎn)化催化劑為轉(zhuǎn)化催化劑顆粒，
4.按權(quán)利要求1的方法，其中蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑包括鎳和/或貴金屬。
全文摘要
本發(fā)明通過一種將烴進(jìn)料進(jìn)行催化蒸汽轉(zhuǎn)化來制備富含氫氣和一氧化碳?xì)怏w的方法,包括以下步驟:(a)任選將烴進(jìn)料的生產(chǎn)氣體通過用熱氣流加熱的含蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑的第一反應(yīng)器;(b)從第一反應(yīng)器出來的料流隨后通過含蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑且用燃料燃燒加熱的管式反應(yīng)器,從而得到蒸汽轉(zhuǎn)化產(chǎn)物氣體的熱氣流和燃?xì)鉄釟饬?且其中的轉(zhuǎn)化催化劑放在形狀與反應(yīng)器壁基本相同且按能與反應(yīng)器壁進(jìn)行熱傳導(dǎo)關(guān)系布置的金屬載體上。
文檔編號C01B3/38GK1342131SQ99809430
公開日2002年3月27日 申請日期1999年7月1日 優(yōu)先權(quán)日1998年7月16日
發(fā)明者P·塞爾克里斯坦森, V·盧卡森漢森, J·R·羅斯特魯普－尼爾森 申請人:霍爾多·托普瑟公司