[发明专利]一种重整制合成气的方法及反应器

说明书

技术领域

本发明涉及一种合成气的制备方法。

本发明还涉及实现上述方法的反应器。

背景技术

富含CH₄气的天然气、煤层气、焦炉煤气是主要气相资源。其用于生产液态能源化工产品时，必须加以转化。转化方法可分为如下几类：催化蒸汽转化、催化部分氧化和非催化部分氧化法。

1)催化蒸汽转化

催化蒸汽转化法是指在镍、铑等催化剂作用下，通过CH₄-H₂O重整反应，转化CH₄成CO和H₂的工艺。其主要反应如(1-4)式。

CH₄+H₂O＝CO+3H₂     ΔH298＝206.4kJ/mol     (1)

CH₄+2H₂O＝CO₂+4H₂   ΔH298＝165.4kJ/mol     (2)

CH₄+CO₂＝2CO+2H₂    ΔH298＝247.4kJ/mol     (3)

CO+H₂O＝CO₂+H₂      ΔH298＝-41.0kJ/mol     (4)

其主要缺点是原料消耗高、能耗高、生产强度低、催化剂寿命短、容易出现催化剂中毒和预热过程出现积炭等现象。

2)非催化部分氧化法

焦炉煤气非催化部分氧化转化是一般热力学控制条件下的CH₄转化反应，随反应温度提高反应加速。例如，对水碳比为2的甲烷蒸汽混合气，在700℃和750℃下反应6小时，干转化气中残余甲烷含量分别为86％和72％，转化率仅达平衡转化率的3～8％，当温度升至950℃和1050℃下加热2小时，甲烷转化率达平衡转化率的68％和86％。非催化部分氧化操作温度达1300～1500℃时，CH₄才能快速转化，过程才有工业化意义。

非催化转化有如下特点：(1)原料气要求宽松，焦炉气不需深度脱硫净化，无催化剂中毒问题；(2)高温裂解把所有烷烃、烯烃及芳香化合物都裂解转化成C和H₂；(3)产品气中有碳黑生成，需净化系统等不足。

甲烷的重整反应速度与温度相关。在镍、铑等催化剂存在的条件下，理论认为甲烷转化在950℃～1050℃完成，在1150℃～1250℃时有工业应用意义。非催化剂的条件下，甲烷转化反应需在1300℃以上，才有工业应用的价值。不论是催化转化还是非催化转化，合理布置反应场温度、建立合理的反应温度场，是完成甲烷转化并提高热效率的核心。如果简单地提高反应温度，会造成耗氧增加、热效率降低和由于材料原因产生的工业应用成本增加等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种重整制合成气的方法。

本发明的又一目的在于提供一种用于实现上述方法的反应器。

为实现上述目的，本发明提供的重整制合成气的方法，是以富含甲烷气的焦炉煤气、煤层气和天然气中的一种或几种为原料气，在非催化条件下采用部分氧化法制备以氢、一氧化碳为主要成分的合成气。

富含甲烷气体转化制取合成气，是既有H₂、又有CH₄条件下，甲烷通过重整反应转化为CO和H₂的过程。CH₄-H₂O、CH₄-CO₂重整反应有两种渠道，即(1)在Ni系列催化剂条件下，在温度为(1150～960℃)条件下转化。(2)在不使用催化剂的条件下的转化，即在温度为(1300℃以上)时实现CH₄重整转化。本发明依据甲烷转化反应特征，提出一种结构简单、不使用催化剂、投资低、能耗低、操作稳定的方法和反应器。

本发明的具体操作方法是，将原料气、氧气与水蒸汽混合后，在0.1MPa～2Mpa个压力条件下加热至1250-1400℃，使原料气进行转化生成合成气，通过冷却至650-850℃，收集气体部分。

上述方法中，较理想的原料、氧气与水蒸汽的比例范围是多少。