用于產(chǎn)生合成氣的反應(yīng)器系統(tǒng)的制作方法
【專利說(shuō)明】用于產(chǎn)生合成氣的反應(yīng)器系統(tǒng)
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求于2013年11月11日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)第61/901,740號(hào)的優(yōu)先權(quán)。
[0003]背景
[0004]將天然氣(甲烷)或其他烴轉(zhuǎn)化為氫氣和一氧化碳的混合物(被稱為“合成氣(synthesis gas)，，或“合成氣(syngas)，，常常被稱作部分氧化。在此過(guò)程中，經(jīng)流(例如天然氣)與氧氣反應(yīng)以提供具有氫氣(?)和一氧化碳(CO)的合成氣。典型地，合成氣隨后在費(fèi)托法中的下游被用于將合成氣轉(zhuǎn)化為液體烴產(chǎn)物，該液體烴產(chǎn)物可以被進(jìn)一步加工以制成液體運(yùn)輸燃料，例如柴油。
[0005]概述
[0006]根據(jù)本公開內(nèi)容的實(shí)例的用于部分氧化產(chǎn)生合成氣的反應(yīng)器系統(tǒng)包括:反應(yīng)器容器，該反應(yīng)器容器包括具有反應(yīng)區(qū)進(jìn)口和反應(yīng)區(qū)出口的定義的反應(yīng)區(qū)、可操作地將反應(yīng)物注入到所述反應(yīng)區(qū)進(jìn)口的注入器部分、可操作地從所述反應(yīng)區(qū)出口下游注入冷卻劑的冷卻劑注入器、和在所述冷卻劑注入器的下游的反應(yīng)器容器出口?？刂破鞅慌渲贸芍辽訇P(guān)于冷卻從所述反應(yīng)區(qū)出口排出的合成氣來(lái)操作所述冷卻劑注入器并且將在所述合成氣中的H2:CO比率向上移動(dòng)至目標(biāo)比率。
[0007]在前述實(shí)施方案中的任一個(gè)的另外的實(shí)施方案中，所述冷卻劑注入器是水注入器。
[0008]在前述實(shí)施方案中的任一個(gè)的另外的實(shí)施方案中，所述冷卻劑是水蒸氣并且所述控制器被配置成控制關(guān)于冷卻從所述反應(yīng)區(qū)出口排出的所述合成氣所注入的所述水蒸氣的量并且將在所述合成氣中的所述H2: CO比率向上移動(dòng)至所述目標(biāo)比率。
[0009]在前述實(shí)施方案中的任一個(gè)的另外的實(shí)施方案中，所述冷卻劑是液體水并且所述控制器被配置成控制關(guān)于冷卻從所述反應(yīng)區(qū)出口排出的所述合成氣所注入的所述液體水的量并且將在所述合成氣中的所述H2: CO比率向上移動(dòng)至所述目標(biāo)比率。
[0010]在前述實(shí)施方案中的任一個(gè)的另外的實(shí)施方案中，所述定義的反應(yīng)區(qū)通過(guò)在所述反應(yīng)器容器內(nèi)的長(zhǎng)形的子室(sub-chamber)來(lái)界定。
[0011]在前述實(shí)施方案中的任一個(gè)的另外的實(shí)施方案中，所述控制器被配置成關(guān)于冷卻從所述反應(yīng)區(qū)出口排出的所述合成氣來(lái)操作所述冷卻劑注入器并且將在所述合成氣中的所述H2:CO比率向上移動(dòng)至少0.1至所述目標(biāo)比率。
[0012]在前述實(shí)施方案中的任一個(gè)的另外的實(shí)施方案中，所述目標(biāo)比率是1.9-2.1:1。
[0013]在前述實(shí)施方案中的任一個(gè)的另外的實(shí)施方案中，所述控制器被配置成還關(guān)于進(jìn)入所述注入器部分內(nèi)的輸入水(input water)來(lái)操作所述冷卻劑注入器。
[0014]在前述實(shí)施方案中的任一個(gè)的另外的實(shí)施方案中，所述控制器被配置成關(guān)于在定義的范圍內(nèi)的所述目標(biāo)比率調(diào)節(jié)所述輸入水的輸入和所述冷卻劑的輸入。
[0015]在前述實(shí)施方案中的任一個(gè)的另外的實(shí)施方案中，所述注入器部分包括至少天然氣輸入和氧氣輸入。
[0016]在前述實(shí)施方案中的任一個(gè)的另外的實(shí)施方案中，所述注入部分包括來(lái)自所述反應(yīng)器容器的下游位置的水再循環(huán)輸入。
[0017]在前述實(shí)施方案中的任一個(gè)的另外的實(shí)施方案中，所述注入部分包括不同的、水清洗輸入(water purge input)。
[0018]在前述實(shí)施方案中的任一個(gè)的另外的實(shí)施方案中，所述注入部分包括副產(chǎn)物流再循環(huán)輸入。
[0019]根據(jù)本公開內(nèi)容的實(shí)例的部分氧化氣化工藝包括在合成氣中以約1.9-2.1:1的H2: CO比率操作。
[0020]在前述實(shí)施方案中的任一個(gè)的另外的實(shí)施方案中，所述操作包括將反應(yīng)物注入在反應(yīng)器容器內(nèi)的定義的反應(yīng)區(qū)的反應(yīng)區(qū)進(jìn)口內(nèi)以產(chǎn)生從所述定義的反應(yīng)區(qū)的反應(yīng)區(qū)出口排出的所述合成氣的流。所述合成氣具有第一H2:C0比率并且在鄰近所述反應(yīng)區(qū)出口的位置將控制量的冷卻劑排出到所述流中。所述控制量的冷卻劑冷卻所述合成氣的流并且將所述第一 H2: CO比率向上移動(dòng)至約1.9-2.1:1的H2: CO比率。
[0021]在前述實(shí)施方案中的任一個(gè)的另外的實(shí)施方案中，所述冷卻劑是水。
[0022]在前述實(shí)施方案中的任一個(gè)的另外的實(shí)施方案中，所述冷卻劑是水蒸氣。
[0023]在前述實(shí)施方案中的任一個(gè)的另外的實(shí)施方案中，所述冷卻劑是液體水。
[0024]在前述實(shí)施方案中的任一個(gè)的另外的實(shí)施方案中，所述控制量的冷卻劑的所述排出被選擇以將所述第一 H2: CO比率向上移動(dòng)至少0.2。
[0025]在前述實(shí)施方案中的任一個(gè)的另外的實(shí)施方案中，所述控制器被配置成還關(guān)于進(jìn)入所述注入器部分內(nèi)的輸入水來(lái)操作所述冷卻劑注入器。
[0026]前述實(shí)施方案中的任一個(gè)的另外的實(shí)施方案包括關(guān)于將所述H2:CO比率維持在約1.9-2.1:1來(lái)控制將水輸入所述反應(yīng)區(qū)進(jìn)口內(nèi)。
[0027]附圖簡(jiǎn)述
[0028]本公開內(nèi)容的各個(gè)特征和優(yōu)點(diǎn)將從以下的詳述中對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員變得明顯。伴隨詳述的附圖可以如下簡(jiǎn)要地描述。
[0029]圖1圖示用于部分氧化以產(chǎn)生合成氣的示例性反應(yīng)器系統(tǒng)。
[0030]圖2是用于部分氧化以產(chǎn)生合成氣的利用圖1的反應(yīng)器系統(tǒng)的工藝的示意性流程圖。
[0031]詳述
[0032]圖1圖示用于使用天然氣(主要是甲烷，CH4)或其他烴的部分氧化來(lái)產(chǎn)生包含一氧化碳(CO)和氫氣(H2)的合成氣的示例性反應(yīng)器系統(tǒng)20。在大規(guī)模工業(yè)用途中，效率是工藝/設(shè)備設(shè)計(jì)的主要?jiǎng)右?。在這點(diǎn)上，天然氣的大規(guī)模部分氧化為了效率的目的而伴隨有，例如，從產(chǎn)生的合成氣中的下游熱回收。此類大規(guī)模系統(tǒng)需要很多的資本成本和設(shè)備，并因此通常阻止了用于轉(zhuǎn)化較小量的天然氣(例如閑置天然氣(stranded natural gas)或廢天然氣)的減小規(guī)模的模塊型版本。如將描述的，反應(yīng)器系統(tǒng)20包括如下的特征:所述特征允許在例如具有相對(duì)高的H2: CO比率的合成氣的產(chǎn)生中用作用于閑置天然氣或廢天然氣的小規(guī)模、模塊型系統(tǒng)。
[0033]在圖示的實(shí)例中，反應(yīng)器系統(tǒng)20包括通常是中空的反應(yīng)器容器22并且包括定義的反應(yīng)區(qū)24，其中發(fā)生天然氣和其他反應(yīng)物或其大部分的部分氧化。定義的反應(yīng)區(qū)24包括反應(yīng)區(qū)進(jìn)口 24a和反應(yīng)區(qū)出口 24b。在此實(shí)例中，定義的反應(yīng)區(qū)24被在反應(yīng)器容器22內(nèi)的長(zhǎng)形的子室26界定或定義。例如，子室26可以包括外壁26a和內(nèi)襯26b，內(nèi)襯26b有助于在定義的反應(yīng)區(qū)24內(nèi)的工藝溫度的控制。在此實(shí)例中，子室26與反應(yīng)器容器22的壁間隔開。
[0034]反應(yīng)器容器22還包括具有一個(gè)或更多個(gè)注入器噴嘴30的冷卻劑注入器28，注入器噴嘴30可操作以在反應(yīng)區(qū)出口 24b的下游位置注入冷卻劑，例如水。反應(yīng)器容器22還包括注入器部分32，注入器部分32可操作以將反應(yīng)物注入到反應(yīng)區(qū)進(jìn)口 24a。對(duì)于天然氣的部分氧化，反應(yīng)物至少包括甲烷和氧氣。反應(yīng)器容器出口 34相對(duì)于反應(yīng)物和產(chǎn)物穿過(guò)反應(yīng)器容器22的流動(dòng)位于從冷卻劑注入器28的下游。因此，在操作中，反應(yīng)物從注入器部分32被注入用于在定義的反應(yīng)區(qū)24內(nèi)的反應(yīng)并且穿過(guò)反應(yīng)區(qū)出口 24b被排出到注入器部分28，然后從反應(yīng)器容器22穿過(guò)反應(yīng)器容器出口 34被排出。
[0035]控制器36與至少冷卻劑注入器28可操作地連接以控制其操作。在這點(diǎn)上，冷卻劑注入器28和/或連接至其的、用于供應(yīng)冷卻劑的管線可以包括閥、流量計(jì)及類似物，這些也與控制器36可操作地連接，使得控制器36可以控制冷卻劑從注入器噴嘴30至反應(yīng)器容器22的注入?？刂破?6還可以與注入器部分32可操作地連接以控制反應(yīng)物至反應(yīng)區(qū)24的輸入。
[0036]控制器36與硬件、軟件或兩者一起被配置成關(guān)于冷卻從反應(yīng)區(qū)出口24b排出的合成氣來(lái)操作冷卻劑注入器28并且將H2:⑶比率向上移動(dòng)至目標(biāo)值。例如，控制器36可以控制冷卻劑的量、冷卻劑的相或兩者以將從反應(yīng)區(qū)出口 24b排出的合成氣冷卻期望的量，以便將從反應(yīng)區(qū)出口 24b排出的合成氣的H2 = CO比率向上移動(dòng)至目標(biāo)值。
[0037]在一個(gè)實(shí)例中，從反應(yīng)區(qū)出口24b排出的合成氣具有約1.8的H2:CO比率，并且控制器26關(guān)于冷卻合成氣來(lái)操作冷卻劑注入器28使得該比率向上移動(dòng)至少0.1，至約1.9-2.1:1。約1.9-2.1:1的H2:C0比率適合于合成氣被用于下游設(shè)備或工藝，例如費(fèi)托法，以產(chǎn)生烴燃料。相比之下，在大規(guī)模的工業(yè)部分氧化