專利名稱：制備合成氣的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制備合成氣的方法和裝置。該制備方法包括烴原料的催化蒸氣和/或二氧化碳的轉(zhuǎn)化。具體地，本發(fā)明提供了一種上述類型的改進(jìn)方法，包括的步驟是烴蒸汽混合物與蒸汽轉(zhuǎn)化中具有活性的催化結(jié)構(gòu)件接觸進(jìn)行加熱蒸汽轉(zhuǎn)化；隨后，在燃燒蒸汽轉(zhuǎn)化器中轉(zhuǎn)化部分轉(zhuǎn)化過的流出物。
背景技術(shù)：
本領(lǐng)域公知的是，在合成氣的制備中燃燒蒸汽轉(zhuǎn)化器上游的部分蒸汽轉(zhuǎn)化是以烴原料的預(yù)轉(zhuǎn)化形式進(jìn)行的。預(yù)轉(zhuǎn)化通常用于包含高級(jí)烴的烴原料，或用于增加現(xiàn)有轉(zhuǎn)化器設(shè)備的容量。在約450℃至550℃的溫度下，將烴原料和蒸氣和/或CO2的流程氣引入預(yù)轉(zhuǎn)化器中。當(dāng)進(jìn)行預(yù)轉(zhuǎn)化處理時(shí)，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@是一種絕熱的操作。
在工業(yè)合成氣制備裝置中，可在其中加入CO2的預(yù)轉(zhuǎn)化流程氣通過隨后與來自燃燒蒸汽轉(zhuǎn)化器的熱煙道氣進(jìn)行熱交換，而被再加熱至燃燒蒸汽轉(zhuǎn)化器所需的入口溫度。工業(yè)轉(zhuǎn)化器的入口溫度通常為600℃至700℃。
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)化步驟將提高煙道氣熱焓的利用率，同時(shí)能夠保持入口溫度在600℃至700℃之間。但是，本發(fā)明方法的使用并不限于這一溫度范圍內(nèi)。
用于轉(zhuǎn)化的煙道氣中熱焓利用率提高是令人期望的，因?yàn)樗鼫p少了燃燒轉(zhuǎn)化器的尺寸同時(shí)降低了用于蒸汽生成的廢熱，從而限制了不希望出現(xiàn)的蒸汽的排出。
在歐洲專利申請(qǐng)855366中公開了來自燃燒蒸汽轉(zhuǎn)化器的熱煙道氣中熱量的改良使用。該專利申請(qǐng)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，所述盤管壁上有蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑薄膜。而隨后通過在涂覆催化劑的壁上進(jìn)行的吸熱蒸汽轉(zhuǎn)化，反應(yīng)煙道氣中的大量有用熱能傳遞給流程氣并被其吸收。調(diào)節(jié)盤管的尺寸和催化劑的量，以提高來自催化預(yù)熱盤管的部分轉(zhuǎn)化流程氣的出口溫度，使其達(dá)到燃燒蒸汽轉(zhuǎn)化器入口所需的溫度。
該方法的主要缺點(diǎn)是，在催化預(yù)熱盤管的長期操作過程中，降低了催化劑的活性。這會(huì)導(dǎo)致盤管的出口溫度超過了燃燒蒸汽轉(zhuǎn)化器入口允許的最大氣體溫度。升高的盤管出口溫度是由于蒸汽轉(zhuǎn)化減弱時(shí)，流程氣的熱吸收降低所致。因此，盤管壁上的催化劑必須不得不再活化或用新鮮催化劑替換。把盤管從煙道氣通道中拆下來，更換預(yù)熱盤管內(nèi)的催化劑是困難且昂貴的操作。
在此參考引用的歐洲專利申請(qǐng)1069070中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)熱盤管上的薄膜催化劑降低的活性，從而改善上述類型的蒸汽轉(zhuǎn)化過程的長期可操作性。
該專利申請(qǐng)公開了一種用于烴原料催化蒸汽轉(zhuǎn)化的方法，而且包括蒸汽轉(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)置在來自燃燒蒸汽轉(zhuǎn)化器的煙道氣通道中催化預(yù)熱盤管壁上的薄膜。在此步驟后，將來自催化預(yù)熱盤管的部分轉(zhuǎn)化過的流出物與燃燒蒸汽轉(zhuǎn)化器中的第二蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑進(jìn)行接觸。該方法包括的進(jìn)一步步驟是，將部分轉(zhuǎn)化過的流出物與一個(gè)中間轉(zhuǎn)化單元進(jìn)行接觸，該中間轉(zhuǎn)化單元設(shè)置在煙道氣通道中催化預(yù)熱盤管出口和燃燒蒸汽轉(zhuǎn)化器入口之間。
在長時(shí)間操作過程中，催化預(yù)熱盤管單元中活性的損失由中間轉(zhuǎn)化單元中部分轉(zhuǎn)化過的流出物的蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)部分地補(bǔ)償。中間轉(zhuǎn)化單元是在基本絕熱的條件下進(jìn)行操作的，而且補(bǔ)償了催化預(yù)熱盤管上薄膜狀蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑部分降低的蒸汽轉(zhuǎn)化活性，同時(shí)使得催化預(yù)熱盤管流出物的溫度升高。
除了在長時(shí)間操作中，提供所需要的溫度調(diào)節(jié)使流程氣的溫度低于燃燒蒸汽轉(zhuǎn)化器入口最大溫度以外，中間轉(zhuǎn)化單元進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)是該單元的位置在煙道氣通道之外。為了補(bǔ)償上述的催化預(yù)熱盤管中降低的活性，必須替換或再活化燃燒蒸汽轉(zhuǎn)化器上游使用過的催化劑。如前所述，在煙道氣通道中盤管上使用過的以薄膜形狀施加的催化劑的替換是耗費(fèi)時(shí)間的且處理起來非常昂貴。
通過在煙道氣通道外設(shè)置一個(gè)中間催化劑單元，于是在中間轉(zhuǎn)化單元中替換使用過的催化劑而且替換操作明顯地簡(jiǎn)化了。
在一個(gè)其中將催化預(yù)熱盤管設(shè)計(jì)成使離開盤管的流程氣在所需出口溫度下是化學(xué)平衡的系統(tǒng)中，當(dāng)進(jìn)行絕熱操作時(shí)，中間轉(zhuǎn)化單元將不會(huì)改變溫度或氣體組份。隨著催化預(yù)熱盤管中的催化劑減活，化學(xué)反應(yīng)將不是平衡狀態(tài)。這意味著，使用較少的熱量進(jìn)行吸熱蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)，同時(shí)由于傳遞到催化預(yù)熱盤管的熱量實(shí)際上沒有變化，更多的熱量可用于加熱。這樣導(dǎo)致盤管出口溫度升高。在此情況下，中間轉(zhuǎn)化單元將使氣體組份接近平衡，因此在催化預(yù)熱盤管中催化劑減活之前實(shí)現(xiàn)將氣體冷卻至接近所需溫度。
然而，隨著催化預(yù)熱盤管中催化劑的減活變得嚴(yán)重，所產(chǎn)生的溫度升高成為一個(gè)問題。預(yù)熱盤管的溫度升高可以超過設(shè)計(jì)溫度，產(chǎn)生了來自煙道氣的用于熱傳輸?shù)妮^小驅(qū)動(dòng)力，導(dǎo)致了較小的傳輸功率，其結(jié)果是整個(gè)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的容量已降低了。中間轉(zhuǎn)化單元的使用并未解決這一問題，而且施加在預(yù)熱盤管壁上的催化劑薄膜的替換變得必要了。
在EP855366和EP 1069070中描述的方法都具有缺陷，即在煙道氣通道中催化預(yù)熱盤管壁上的催化劑薄膜的替換很困難。EP1069070描述了一種部分解決方法，該方法延長廢熱部分的再加熱盤管壁上催化劑薄膜的使用壽命。然而，可以預(yù)料到隨著時(shí)間的推移廢熱部分的預(yù)熱盤管壁上催化劑薄膜的減活，最終必需替換催化劑。如上所述，這一操作是人們不希望的，因?yàn)樗馁M(fèi)時(shí)間而且昂貴。
美國專利US3743488公開了一種方法，其中烴蒸汽混合物在煙道氣蒸汽中被重復(fù)加熱，同時(shí)在煙道氣蒸汽外部的絕熱反應(yīng)器中與蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑顆粒進(jìn)行反應(yīng)。這種方法能夠較容易地進(jìn)行外部反應(yīng)器中催化劑的替換。但是，許多絕熱反應(yīng)器容器的使用總體上來說是一種昂貴的解決方法。
美國專利US4959079公開了一種方法，其設(shè)計(jì)目的是提高來自燃燒蒸汽轉(zhuǎn)化器的熱煙道氣中熱量的使用率。在該方法中，將通往蒸汽轉(zhuǎn)化器的流程氣在從輻射腔中延申出來的轉(zhuǎn)化器管預(yù)熱部分中部分地轉(zhuǎn)化。接著將煙道氣中可利用的熱量經(jīng)過吸熱蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)而被傳遞給流程氣并被其吸收。但是，在煙道氣和轉(zhuǎn)化管之間的逆流中的熱交換是很少的。在轉(zhuǎn)化管上裝翅片提高了熱傳遞。盡管這樣，如果將轉(zhuǎn)化管的長度保持在合理的長度內(nèi)，能夠熱傳遞的量相對(duì)有限。
本發(fā)明方法通過提供一種改進(jìn)的方法解決了現(xiàn)有技術(shù)中的問題，它包括的步驟是烴蒸汽混合物與在蒸汽轉(zhuǎn)化中具有活性的固體催化劑接觸進(jìn)行的蒸汽和/或CO2轉(zhuǎn)化。固體催化劑例如催化結(jié)構(gòu)件設(shè)置在構(gòu)成蒸汽轉(zhuǎn)化單元的煙道氣加熱盤管系統(tǒng)的管線系統(tǒng)中。接著，來自蒸汽轉(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。通過將一些或所有蒸汽轉(zhuǎn)化單元的蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑定位為煙道氣通道外部加熱盤管系統(tǒng)的管線系統(tǒng)絕熱部分中的可去除催化劑結(jié)構(gòu)，容易實(shí)現(xiàn)催化劑的替換，同時(shí)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，包括如下步驟(a)在來自燃燒管式轉(zhuǎn)化器的包含煙道氣的廢熱部分中加熱烴原料和蒸汽和/或CO2的反應(yīng)混合物；(b)通過與固體轉(zhuǎn)化催化劑接觸進(jìn)行廢熱部分外部的反應(yīng)混合物的絕熱轉(zhuǎn)化；(c)重復(fù)步驟(a)和(b)直至達(dá)到所需的反應(yīng)混合物的組份和溫度；(e)將反應(yīng)混合物送入到燃燒管式轉(zhuǎn)化器中并進(jìn)一步轉(zhuǎn)化該混合物至所需的組份和溫度；其中，反應(yīng)混合物的絕熱轉(zhuǎn)化是在包含煙道氣的廢熱部分中的流程氣管線系統(tǒng)中進(jìn)行的，該管線系統(tǒng)具有在加熱部分以外的絕熱區(qū)，而且含有包括一個(gè)或多個(gè)催化構(gòu)成元件的固體轉(zhuǎn)化催化劑。
本發(fā)明還涉及一種用于上述方法的裝置，其中包括下列(a)一種絕熱的預(yù)轉(zhuǎn)化器，用于烴原料和蒸汽和/或CO2的混合物的任選的預(yù)轉(zhuǎn)化；(b)一個(gè)具有包含煙道氣的廢熱部分的燃燒管式轉(zhuǎn)化器，該廢熱部分用于加熱烴原料和蒸汽和/或CO2的混合物或預(yù)轉(zhuǎn)化混合物；(c)一個(gè)結(jié)合在包含煙道氣的廢熱部分中的流程氣加熱盤管；(d)一個(gè)在廢熱部分外部的蒸汽轉(zhuǎn)化單元系統(tǒng)；其中，蒸汽轉(zhuǎn)化單元系統(tǒng)結(jié)合在包含煙道氣的廢熱部分中的加熱盤管系統(tǒng)的管線系統(tǒng)的流程氣管線系統(tǒng)中，該管線系統(tǒng)具有在加熱部分以外的絕熱區(qū)，而且含有包括一個(gè)或多個(gè)催化構(gòu)成元件的固體轉(zhuǎn)化催化劑。
本發(fā)明的各種實(shí)施方案可實(shí)現(xiàn)設(shè)置在管線系統(tǒng)中催化構(gòu)成元件的容易替換，在煙道氣和流程氣之間有效的熱傳遞和由于各種功能的高水平的結(jié)合形成的具有經(jīng)濟(jì)吸引力的設(shè)計(jì)。
將蒸汽轉(zhuǎn)化單元系統(tǒng)結(jié)合在流程氣管線系統(tǒng)中，并將其設(shè)置在燃燒管式轉(zhuǎn)化器的包含煙道氣的廢熱部分中。能夠以各種方式構(gòu)成管線系統(tǒng)。再加熱部分可以由許多連接普通的進(jìn)料和產(chǎn)品集管的平行管組成。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外部的出口集管中。利用一個(gè)連接件將該出口集管與下一個(gè)再加熱盤管部分的入口集管連接。
在本發(fā)明方法中，被催化的構(gòu)成元件設(shè)置在普通的流程氣管線系統(tǒng)中。催化元件可以設(shè)置在連接一個(gè)與另一個(gè)加熱盤管的集管系統(tǒng)中，舉例來說是在集管本身中或在兩個(gè)集管之間的過渡區(qū)內(nèi)。入口和出口集管以及在兩個(gè)集管間的過渡區(qū)構(gòu)成了絕熱區(qū)。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，第一催化元件可以設(shè)置在出口集管中，而第二催化元件設(shè)置在下一個(gè)再加熱部分的入口集管中。
在本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施方案中，其方法由在流程氣管線系統(tǒng)中的絕熱蒸汽轉(zhuǎn)化組成，其中獨(dú)立的管子延伸至加熱區(qū)外部。利用在加熱區(qū)外的U形管或類似元件將每一個(gè)管子與接下來的管子連接。在煙道氣通道和管連接件外部的管子延伸部分包括可設(shè)置催化劑的絕熱部分。
本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案包括一種方法，其中蒸汽轉(zhuǎn)化另外發(fā)生在廢熱部分內(nèi)再加熱部分流程氣管線系統(tǒng)中，再加熱部分具有例如可以用隔離物分開的構(gòu)成元件。除了設(shè)置在集管系統(tǒng)中的構(gòu)成元件以外，交叉波紋狀結(jié)構(gòu)元件也可以用于這種情況。傳統(tǒng)的催化劑顆粒也能夠用于再加熱部分的管線系統(tǒng)中。
在本發(fā)明方法中，可以改變?cè)偌訜岵襟E的數(shù)目，再加熱后在包含催化元件的集管部分中進(jìn)行絕熱轉(zhuǎn)化。
各種固體轉(zhuǎn)化催化劑能夠混合在加熱器的管線系統(tǒng)中。以含有催化層的構(gòu)成元件形式的催化結(jié)構(gòu)件適用于本發(fā)明的方法中。在本發(fā)明方法中，固體催化劑包括以含有蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑的催化劑涂層構(gòu)成元件形式的催化結(jié)構(gòu)件。將催化構(gòu)成元件設(shè)置在加熱部分和絕熱反應(yīng)部分中的任何位置。
術(shù)語催化構(gòu)成元件用于催化劑系統(tǒng)，其中一層催化劑固定在另一種材料的表面。另一種材料起到為系統(tǒng)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)成形。另一種材料可以是、但并不限于、金屬或陶瓷。其布局可包括、但并不限于、整體結(jié)構(gòu)、交叉波紋結(jié)構(gòu)、高表面積結(jié)構(gòu)元件、泡沫、板、附屬于管壁的結(jié)構(gòu)或其它適宜的形狀。
具體地，結(jié)構(gòu)元件的特征在于它們是在相鄰的層間包括有流通通道的許多涂層的裝置。形成涂層以使相鄰的涂層設(shè)置在一起形成這樣一種裝置，其中流通通道例如可以相互交叉或能形成直通道。構(gòu)成元件在例如美國專利5536699和4985230、歐洲專利申請(qǐng)396650、433223和208929中進(jìn)一步描述，所有這些專利申請(qǐng)?jiān)诖艘胱鳛閰⒖肌?br> 兩種類型的構(gòu)成元件特別適用于本發(fā)明方法中—直通道元件和交叉波紋狀元件。
直通道元件是最適用于絕熱條件的，而且這些元件的各種幾何形狀都能使用。例如，直管狀整體結(jié)構(gòu)適用于本發(fā)明方法中。
交叉波紋狀元件提供了從管壁到氣流的有效熱傳遞。它們也適用于本發(fā)明方法中，特別是在加熱部分。
其它催化構(gòu)成元件也可用于本發(fā)明方法中，例如高表面構(gòu)成元件。在本發(fā)明方法中，在系統(tǒng)中引入附加催化劑活性的其它方式也可與催化構(gòu)成元件結(jié)合使用，舉例來說附屬于管壁的催化劑如薄膜和催化劑顆粒。


圖1表示含有含再加熱部分的預(yù)轉(zhuǎn)化器和轉(zhuǎn)化器的傳統(tǒng)系統(tǒng)。
圖2表示本發(fā)明方法的一個(gè)實(shí)施方案的系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式
圖1描述了一種傳統(tǒng)的系統(tǒng)，其中將烴原料(1)和蒸汽(2)的流程氣在約450℃至550℃溫度下引入預(yù)轉(zhuǎn)化器(20)中。當(dāng)進(jìn)行預(yù)轉(zhuǎn)化處理時(shí)，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@是一種絕熱的操作。預(yù)轉(zhuǎn)化過的產(chǎn)物氣流(4)和任選的二氧化碳(8)進(jìn)入加熱盤管。任選添加的CO2用虛線表示。
在工業(yè)合成汽制備設(shè)備中，可加入CO2的預(yù)轉(zhuǎn)化流程氣通過隨后與來自燃燒轉(zhuǎn)化器的熱煙道氣(7)進(jìn)行熱交換，而被再加熱至所需的燃燒蒸汽轉(zhuǎn)化器(24)的入口溫度。常規(guī)的工業(yè)轉(zhuǎn)化器的入口溫度為500℃至700℃。
圖2表示具有兩個(gè)再加熱部分和三個(gè)部分具有催化元件的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案。在本發(fā)明方法中，完全消除了該方法所必需的催化劑的量受必需的熱傳遞區(qū)域的影響。
將烴進(jìn)料(1)與過程蒸汽(2)混合，形成進(jìn)入絕熱預(yù)轉(zhuǎn)化器(20)中的進(jìn)料氣流(3)。這一步驟是任選的而且如果不需要可以將其省略。然后如果需要可將蒸汽和/或CO2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，將其加入到烴和蒸汽進(jìn)料氣流(3)中。接著混合物進(jìn)入位于來自燃燒管式轉(zhuǎn)化器(29)的煙道氣部分(27)的過程加熱盤管(21)中，利用煙道氣(12)中的熱焓進(jìn)行過程氣流的蒸汽轉(zhuǎn)化。在加熱盤管(21)中，將預(yù)轉(zhuǎn)化過的氣流(4)在收集到集管系統(tǒng)(22)之前加熱至例如600-700℃。用蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑(22a)催化的結(jié)構(gòu)元件位于集管系統(tǒng)(22)中。加熱的氣流(4)通過催化劑(22a)，利用熱量以蒸汽轉(zhuǎn)化過程氣流中的烴組份并形成氣流(5)。將蒸汽(5)引入第二過程加熱盤管(23)中。
在收集到集管系統(tǒng)(24)之前，在加熱盤管(23)中將氣流(5)加熱至例如600℃至750℃。用蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑(24a)催化的結(jié)構(gòu)元件位于集管系統(tǒng)(24)中，加熱的氣流(5)通過催化劑(24a)，利用熱量進(jìn)一步蒸汽轉(zhuǎn)化過程氣流中的烴組份并形成氣流(6)。將蒸汽(6)引入第三過程加熱盤管(25)中。
在收集到集管系統(tǒng)(26)之前將氣流(6)加熱至例如600℃至800℃。用蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑(26a)催化的結(jié)構(gòu)元件位于集管系統(tǒng)(26)中，加熱的氣流(6)通過該催化劑，利用熱量進(jìn)一步蒸汽轉(zhuǎn)化過程氣流中的烴組份并形成氣流(7)。
在此可以包括幾個(gè)更多的再加熱和反應(yīng)步驟。再加熱和反應(yīng)步驟的數(shù)目取決于所需的效果，如氣體組成或平衡氣體溫度。
如果需要，在每一個(gè)反應(yīng)步驟中可以加入蒸汽和/或CO2。
如果不需要進(jìn)一步的再加熱和反應(yīng)步驟，將蒸汽(7)引入位于燃燒管式轉(zhuǎn)化器(29)內(nèi)的轉(zhuǎn)化管(28)中。在此通過燃料燃燒為工藝添加額外的熱量，同時(shí)由轉(zhuǎn)化管收集所需的轉(zhuǎn)化過的產(chǎn)品(8)。
在上述實(shí)施方案中使用的適宜的構(gòu)成元件是直管整體結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的裝置和方法有很多優(yōu)點(diǎn)。最重要的優(yōu)點(diǎn)是可以容易地替換固體轉(zhuǎn)化催化劑，因?yàn)樵摯呋瘎┪挥趶U熱部分外部容易接近的元件中。
實(shí)施例實(shí)施例1將本發(fā)明方法中所需催化劑的量與傳統(tǒng)方法進(jìn)行比較。
通過將烴和蒸汽加入預(yù)轉(zhuǎn)化器，接著在管式轉(zhuǎn)化器的包含煙道氣的廢熱部分的盤管中將其加熱實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的方法。首先，在進(jìn)料通過包含蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑顆粒的第一絕熱反應(yīng)器之前將其加熱。接著，混合物再加熱并再次反應(yīng)，重復(fù)再加熱和反應(yīng)步驟的次數(shù)直到已經(jīng)同時(shí)完成四次再加熱步驟和四次反應(yīng)步驟。
在本發(fā)明方法中，將由烴和蒸汽組成的進(jìn)料送入到預(yù)轉(zhuǎn)化器中，接著使其通過管式轉(zhuǎn)化器的包含煙道氣的廢熱部分中的管線系統(tǒng)。首先，在其通過包含催化構(gòu)成元件的第一絕熱集管系統(tǒng)之前加熱進(jìn)料。接著，混合物再加熱并再次反應(yīng)，重復(fù)再加熱和反應(yīng)步驟的次數(shù)直到已經(jīng)同時(shí)完成四次再加熱步驟和四次反應(yīng)步驟。
在兩個(gè)系統(tǒng)中，預(yù)轉(zhuǎn)化后進(jìn)入第一再加熱盤管的入口溫度為450℃且最后的出口溫度為650℃。兩個(gè)系統(tǒng)以270Nm3/h的流動(dòng)速率送料至兩個(gè)蒸汽轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，并且以319Nm3/h的速率排料。碳流動(dòng)速率為100Nm3/h。傳統(tǒng)方法的空速為10000-15000Nm3C1/hrm3催化劑。本發(fā)明方法中的空速可提高至100000-1000000Nm3C1/hrm3催化劑，因?yàn)榇呋瘎┲卧跇?gòu)成元件上。
本發(fā)明方法中使用的催化劑的量為0.1-1.0kg，而在傳統(tǒng)方法中使用6.7至10kg。
本發(fā)明方法可使用少幾個(gè)數(shù)量級(jí)的催化劑，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單而產(chǎn)生更多的經(jīng)濟(jì)效益。
實(shí)施例2這個(gè)實(shí)施例是以圖1和2中描述的系統(tǒng)為基礎(chǔ)但沒有加入CO2。在轉(zhuǎn)化器的煾道氣部分中設(shè)置了一個(gè)廢熱鍋爐，需要該鍋爐是為了通過回收煙道氣中的熱焓而獲得整體高能效。
表2中的數(shù)字表示使用本發(fā)明方法可獲得的大量的節(jié)省。
表2傳統(tǒng)方法與本發(fā)明方法中功率分布的對(duì)比

結(jié)果顯示，在本發(fā)明方法中轉(zhuǎn)化器所需功率低得多。因此在本發(fā)明方法中可以使用較小的轉(zhuǎn)化器。除了煙道氣流動(dòng)速率降低以外，所產(chǎn)生的蒸汽量也減少了?？偠灾畬?shí)現(xiàn)了大量節(jié)省。
權(quán)利要求
1.通過烴原料的催化蒸汽和/或二氧化碳轉(zhuǎn)化而制備合成氣的方法，它包括以下步驟(a)在來自燃燒管式轉(zhuǎn)化器的包含煙道氣的廢熱部分中加熱烴原料和蒸汽和/或CO2的反應(yīng)混合物；(b)通過與固體轉(zhuǎn)化催化劑接觸而在廢熱部分外進(jìn)行反應(yīng)混合物的絕熱轉(zhuǎn)化；(c)重復(fù)步驟(a)和(b)直至達(dá)到所需反應(yīng)混合物的組成和溫度；(d)將反應(yīng)混合物送入燃燒管式轉(zhuǎn)化器中并進(jìn)一步將反應(yīng)混合物轉(zhuǎn)化至所需組成和溫度；其中，反應(yīng)混合物的絕熱轉(zhuǎn)化是在包含煙道氣的廢熱部分內(nèi)的流程氣管線系統(tǒng)中進(jìn)行的，該管線系統(tǒng)具有在加熱部分以外的絕熱區(qū)域，并且含有包括一個(gè)或多個(gè)催化結(jié)構(gòu)元件的固體轉(zhuǎn)化催化劑。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在加熱步驟(a)之前預(yù)轉(zhuǎn)化烴原料和蒸汽和/或CO2的反應(yīng)混合物。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中的結(jié)構(gòu)元件是交叉波紋狀的。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中的結(jié)構(gòu)元件是整體結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中的結(jié)構(gòu)元件是高表面結(jié)構(gòu)元件。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中的固體轉(zhuǎn)化催化劑位于集管系統(tǒng)的絕熱區(qū)域內(nèi)，該集管系統(tǒng)將流程氣送入加熱盤管中并從加熱盤管中收集流程氣。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中的固體轉(zhuǎn)化催化劑位于盤管的絕熱區(qū)域內(nèi)和/或管道連接件中。
8.如權(quán)利要求1-8所述的方法，其中的流程氣管線系統(tǒng)包含固體轉(zhuǎn)化催化劑，該管線系統(tǒng)設(shè)置在包含煙道氣的廢熱部分內(nèi)。
9.用于權(quán)利要求1所述合成氣制備方法的裝置，包括下列部分(a)絕熱的預(yù)轉(zhuǎn)化器，用于烴原料和蒸汽和/或CO2的混合物的任選的預(yù)轉(zhuǎn)化；(b)具有包含煙道氣的廢熱部分的燃燒管式轉(zhuǎn)化器，該廢熱部分用于烴原料和蒸汽和/或CO2的混合物或預(yù)轉(zhuǎn)化的混合物的加熱；(c)結(jié)合在包含煙道氣的廢熱部分中的流程氣加熱盤管；(d)一個(gè)在廢熱部分外部的蒸汽轉(zhuǎn)化單元系統(tǒng)；其中，蒸汽轉(zhuǎn)化單元系統(tǒng)結(jié)合在包含煙道氣的廢熱部分中的加熱盤管系統(tǒng)的管線系統(tǒng)的流程氣管線系統(tǒng)中，所述管線系統(tǒng)具有在加熱部分以外的絕熱區(qū)，而且含有包括一個(gè)或多個(gè)催化結(jié)構(gòu)元件的固體轉(zhuǎn)化催化劑。
10.權(quán)利要求9所述的裝置，其中的固體轉(zhuǎn)化催化劑位于集管系統(tǒng)的絕熱區(qū)域內(nèi)，該集管系統(tǒng)將流程氣送入加熱盤管中并從加熱盤管中收集流程氣。
11.權(quán)利要求9所述的裝置，其中的固體轉(zhuǎn)化催化劑位于盤管的絕熱區(qū)域內(nèi)和/或管道連接件中。
12.權(quán)利要求9-11所述的裝置，其中的流程氣加熱盤管包含固體轉(zhuǎn)化催化劑，該加熱盤管設(shè)置在包含煙道氣的廢熱部分內(nèi)。
全文摘要
通過烴原料的催化蒸汽和/或二氧化碳轉(zhuǎn)化制備合成氣的方法和裝置，包括的步驟為(a)在來自燃燒管式轉(zhuǎn)化器的包含煙道氣的廢熱部分中加熱烴原料和蒸汽和/或CO
文檔編號(hào)C01B3/38GK1496955SQ0316488
公開日2004年5月19日 申請(qǐng)日期2003年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月26日
發(fā)明者T·羅斯楚普－尼爾森, N·埃里克斯楚普, P·S·克里斯滕森, K·阿爾斯伯格－彼得森, J·－H·B·漢森, I·迪布杰爾, 漢森, T 羅斯楚普-尼爾森, 克里斯滕森, 共 彼得森, 冀芏, 錕慫鉤 申請(qǐng)人:赫多特普索化工設(shè)備公司