[发明专利]重整装置和合成气产生方法

说明书

技术领域

本发明一般涉及燃料的重整，特别涉及用于产生含氢气和碳氧化物的气体如甲醇合成气体(“合成气”)的自热重整方法和装置，包括但不限于合成气的大规模生产。

背景技术

图1图示了典型的直立式填料床自热重整器10。烃进料24在加热器34中被预热。预热的烃流然后可在独立的单元操作(未示出)中脱硫。预热的烃流与一部分蒸汽进料32混合。预热的混合物与氧化剂进料26在单个燃烧器28内结合。氧化剂进料(通常是氧气、空气或其组合)在加热器36内被预热。预热的氧化剂混合物与一部分蒸汽进料32混合或可在预热器前加入蒸汽。蒸汽和氧化剂混合物与预热的烃混合物在单个燃烧器28内混合。在自热重整器18内形成部分氧化(POX)区域22。部分氧化(POX)为烃与氧化剂(例如氧气或空气)产生CO和H₂(其它产物包括H₂O和CO₂)的非催化亚化学计量燃烧。POX区域中部分氧化的流遇到目标砖系统14并进入填充催化剂床12。在填充催化剂床内发生蒸汽甲烷重整和水煤气变换反应。流出气体进入床拱座16并作为热合成气流38离开重整器。热合成气流可在工艺废热锅炉42中被冷却。合成气流38然后可按照需要被进一步加工。

EP0936183 A2和US5628931(Lednor)中公开了典型的自热重整器。

存在与如图1所示的常规自热重整器10中填充催化剂床12的使用有关的几个问题。首先，填充催化剂床12会引起相当大的压降，尤其对于增加的工艺流程/延伸部分。其次，常规自热重整器/二段转化炉设计基于来自单个燃烧器28的高放热(在POX区域中)并要求用于直立式容器18的重防火装置。由于来自单个燃烧器的高速射流，催化剂床需要目标砖系统14进行保护。通常，目标砖系统的失效都导致填充床催化剂床的磨耗。而且，单燃烧器设计强制全部热都在单一紧凑POX区域中被释放，这导致高的峰值火焰温度。另外，POX区域中高的速度(少的停留时间)会增加烟炱形成和催化剂降解。这种侵蚀性操作条件需要额外的蒸汽注入、重质进料的预先重整等来考虑可靠操作，所有这些都导致较高的资本和操作成本。

如下面所述，现有技术公开了能减少与在常规自热重整中使用填充催化剂床有关的一些问题的各种设计和改进。但是，仍需要对所提出问题的更全面的解决方案。

美国专利No.4618451(Gent)中公开了在燃气轮机电厂的燃烧室内使用整体结构在催化剂区域前利用一些燃料/氧化剂分段产生合成气。该专利公开了一种自热重整器，其中在涡轮机内结合了适用于甲醇合成的产物气体。

美国专利No.5632787(Boucot)中公开了具有较小POX室然后是重整催化剂床的设备，具有补充的氧化剂和燃料插入。一种构造为横向布置，下流自热重整器后是上流段，然后是另一下流催化剂床，然后是附加的上流和下流段.在后面的下流段中可进行附加的燃烧。

EP0312754 B1公开了水平式自热重整器，其使用垂直催化剂段。

涉及自热重整器内的整体结构的其它专利包括改进的喷射器或催化部分氧化。催化部分氧化(CPOX)涉及烃与氧化剂在催化剂上在比非催化部分氧化低的温度下的部分燃烧。因此，CPOX反应过程与POX明显不同。

美国专利No.5980596(Hershkowitz)中公开了当与喷射器一起使用时在自热重整器内使用蒸汽重整催化整体结构。美国专利No.4863707(McShea，III)中公开了蒸汽重整整体结构与CPOX整体结构一起用于氨生产。EP206535 B1中公开了整体结构二段转化炉(monolith secondary reformer)。

美国专利No.6059995(Topsoe)中公开了利用O₂分段进行重整，美国专利申请公开No.2003/0200699 A1中公开了分段的空气自热重整器.EP0842894 B1中公开了利用O₂分段的烃CPOX.

美国专利No.6911193(Allison)公开了分段的O₂和原料用于CPOX区域然后是蒸汽甲烷重整(SMR)区域。Chemical Engineering，2003年9月，17页上的文章公开了分段O₂用于CPOX和SMR催化剂的混合物。

希望具有能消除限制单一自热重整器合成气生产量的约束的燃料重整装置和方法，其中约束包括：单燃烧器设计，垂直流构造，和对输送管线的需要。

还希望具有能使重整器合成气产量增加同时减少碳形成问题的燃料重整装置和方法.