用於合成氣生產的轉化方法和相關設備的製作方法

2023-05-08 20:13:21

專利名稱：用於合成氣生產的轉化方法和相關設備的製作方法
用於合成氣生產的轉化方法和相關設備技術領域在最普遍的方面，本發明涉及合成氣的生產，即包含氫氣和碳氧化物 的混合物的生產，所述合成氣是包括化肥、甲醇及其衍生物和有機化學的 各種化合物的不同生產的基礎。特別是，本發明涉及下述類型的用於由烴混合物生產合成氣的轉化方 法，所述轉化方法包括第一步驟或預轉化步驟，其中將包含所述烴混合物 和水蒸汽的加工混合物進行初步催化轉化反應，從而獲得包含氫氣、碳氧 化物和烴的部分轉化產物；和第二步驟或主轉化步驟，其中將所述部分轉 化產物進行轉化完全反應，從而獲得所述合成氣。現有技術在工業規模上通過下列反應獲得合成氣是已知的-烴在水蒸汽的存在下的催化轉化反應，所述反應典型地在水蒸汽轉 化設備(所謂水蒸汽轉化裝置)中進行；或-烴在非催化部分氧化轉化設備(所謂部分氧化器)中的部分氧化反 應，或-烴在催化部分氧化轉化設備(所謂自熱轉化裝置)中的部分氧化反應。在本申請中，上述三種方法中的任何一種或它們的組合被認為是"主 轉化"。還存在熟知的需要是在不必製造上述三種類型的任一種的轉化設備 的情況下獲得富含氫氣的合成氣，例如具有在40%和50%(折幹計)之間的氫 氣含量的合成氣，所述轉化設備不但在投資成本方面，而且在管理和維護 成本方面是特別複雜的。對於這種目的，現有技術使用一種用於由氣態烴混合物生產合成氣的 轉化方法，其中提供在主轉化步驟之前的預轉化步驟，使得轉化設備可以 對其中烴已經被部分轉化為合成氣的氣態混合物起作用。所述預轉化步驟 通過烴在水蒸汽的存在下的催化轉化反應在適合的化學反應器中進行，所 述化學反應器也稱為預轉化裝置，比轉化設備更簡單。它採取通常配備有單個催化床的絕熱型反應器的形式。在反應器的上 遊，還可以安置熱回收部分以從反應的氣態加工混合物中回收熱，所述氣 態加工混合物包含所述氣態烴混合物和水蒸汽。儘管就不同觀點而言是有利的，但是根據示意性描述的用於合成氣生 產的轉化方法具有公認的缺點，主要的缺點之一在於，在預轉化步驟中獲 得的部分轉化產物具有很有限的將烴轉化為合成氣的轉化率，例如獲得在5%和25%之間的將初始氣態烴混合物轉化為合成氣的百分比值，從而以不完全令人滿意的方式與隨後的主轉化步驟結合。 發明概述本發明要解決的技術問題在於，設計並且提供所考慮類型的用於合成 氣生產的轉化方法，所述轉化方法能夠滿足上述需求，並且同時能夠允許 在預轉化步驟中以簡單和成本合算的方式獲得比現有技術更好的將烴轉 化為合成氣的轉化率。'根據本發明，這種問題是通過上述類型的用於由烴混合物生產合成氣 的轉化方法解決的，並且所述方法的特徵在於所述預轉化步驟是在假等溫 條件下進行的。以這種方式，通過將在預轉化步驟中使用的催化劑的溫度基本上保持恆定，可以在來自預轉化步驟的產物中獲得部分轉化產物，其中例如在15% 和40%之間的百分比的烴已經被轉化為合成氣。從為了陳述性和非限制性目的，參考附圖
對其優選實施方案所進行的 下列描述中，根據本發明的用於合成氣生產的轉化方法的另外的特徵和優 點將變得清楚。附圖簡述圖l示意性地表示實施根據本發明的轉化方法的合成氣生產用的轉化設備。優選實施方案的詳述參考圖l，顯示了總體上以10表示的合成氣生產用的轉化設備，所述 轉化設備實施根據本發明的用於生產合成氣12的方法。由烴混合物14進行上述用於合成氣生產的轉化方法。烴混合物14優選是氣態的，因此以下將在描述中提及的是這種類型的混合物。將水蒸汽16引入到氣態烴混合物14中，從而獲得包含烴和水蒸汽的氣 態加工混合物18。優選地，在將水蒸汽16引入到氣態烴混合物14之前，加 熱氣態烴混合物14。所述方法包括第一步驟或預轉化步驟，其中將所述氣態加工混合物18 進行初步催化轉化反應，從而獲得包含氫氣、碳氧化物和烴的部分轉化產 物22。所述預轉化步驟之後是第二步驟或主轉化步驟，其中將所述部分轉化 產物22進行轉化完全反應，從而獲得所述合成氣12。根據本發明的一個方面，所述預轉化步驟在假等溫條件下進行。優選 地，所述預轉化步驟在40(TC和65CrC之間的溫度下進行。以這種方式，發 現在部分轉化產物22中，例如百分比大於30%的烴已經被轉化為合成氣。因為在預轉化步驟中進行的初步催化轉化反應是吸熱的，所以必須將 將熱量供應入催化床中。轉化設備10包含相互流體連通並且彼此接連的可能的預熱部分26;預 轉化部分28;和主轉化部分30，所述預轉化部分28包含其中進行所述預轉 化步驟的第一反應區20，所述主轉化部分30包含其中進行所述主轉化步驟 的第二反應區24。預熱部分26還配備有氣態烴混合物14的純化部分，即脫硫部分。主轉化部分30可以由水蒸汽轉化裝置、部分氧化器或自熱轉化裝置或 它們的組合組成。根據本發明的一個方面，預轉化部分28的第一反應區20處於假等溫反 應器34的催化床的形式，在所述催化床中支承工作熱交換流體在其中流動 的熱交換裝置36，所述熱交換裝置36將熱量釋放給所述催化床。備選地，可以安置多個熱交換裝置。優選地，熱交換裝置36包括本身已知的板式熱交換器它們具有基本 上扁平的箱形體，所述箱形體具有基本上為平行六面體的矩形構造，從而 限定被所述工作熱交換流體穿過的各個內室。在本發明的一個優選實施方案中，在來自假等溫反應器34的產物中的 氣體被部分送到熱回收裝置38中以將其加熱，然後將這些氣體引入到熱交 換裝置36中(在使用板式熱交換器的情況下，將這些氣體引入到交換器本身 的內室中)，從而組成所述工作熱交換流體。有利地，可以從主轉化部分30中生成的熱煙中取出用於熱回收裝置38 所必需的熱，或者可以為此安置特製爐(purpose-built oven)。以下說明根據本發明的轉化設備10的操作。將用作生成合成氣的原料的氣態烴混合物14引入到預熱部分26中，在 此將它加熱直至例如55(TC，並且脫硫。在預熱部分26的下遊，將水蒸汽16引入到氣態烴混合物14中，從而獲 得被供給到預轉化部分28中的氣態加工混合物18，所述氣態加工混合物18 包含烴和水蒸汽。根據本發明的一個未顯示的優選實施方案，還將水蒸汽16在預熱部分 26中加熱。對此，將它例如安置成將水蒸汽16在預熱部分26的上遊引入到 氣態烴混合物14中。氣態加工混合物18穿過假等溫反應器34的催化床並且反應，從而將烴 部分地轉化為氫氣和碳氧化物。熱交換裝置36將用於這種部分轉化所必需 的熱量釋放給假等溫反應器34的催化床。然後，將在預轉化部分28中獲得的包含氫氣、碳氧化物和烴的部分轉 化產物22送到主轉化部分30，在此存在烴的完全轉化，從而獲得需要的合 成氣12。在主轉化部分30的下遊，安置通常處於鍋爐形式的熱回收部分32，在 此使生產的合成氣12冷卻以回收熱量。在根據本發明的轉化設備的另一個實施方案中，在主轉化部分30的上 遊，安置另外的預熱部分(沒有在圖中示例)，以將部分轉化產物22加熱直 至在主轉化部分30中進行的轉化反應的最佳溫度，例如68(TC。有利地，
可以從主轉化部分30中生成的熱煙中取出用於所述另外的預熱部分所必 需的熱，或可以為此安置特製爐。從上述描述中，可以清楚地看出，根據本發明的用於合成氣生產的轉 化方法解決了所述技術問題，並且獲得了眾多優點，第一個優點在於這樣 的事實因為可以精確控制假等溫反應器的催化床的熱剖面，對於預轉化 部分允許非常高的轉化率，這種事實因催化床本身中存在熱交換裝置，特 別是因使用的熱交換單元(例如板式熱交換器)處於與催化床中容納的催化 劑直接熱交換的關係的事實而變得可能。本發明的另一個優點在於，可以優化主轉化部分的設計，將其負荷降 低到最少，所述主轉化部分通常遠比預轉化部分更複雜和昂貴。在使用自 熱轉化裝置或部分氧化器的情況下，將對純氧氣以及隨之發生的適於獲得 這種純氧氣的空氣分離裝置的尺寸的需求減到最低。本發明的另一個優點在於，在已經存在的轉化設備的情況下，通過引 入具有假等溫反應器的新預轉化部分，或者通過根據本發明改進已經存在 的預轉化部分，可以提高生產能力。本發明的另一個優點在於，在具有自熱轉化裝置的主轉化部分的情況 下，獲得例如用於甲醇合成的化學計量比對所述合成更有利的合成氣，並 且同時減少自熱轉化裝置的氧氣消耗。當然，本領域技術人員可以對上述用於合成氣生產的轉化方法作出大 量修改，以滿足特定和偶然的需要，所有這些都由本發明如後附權利要求 限定的保護範圍所覆蓋。
權利要求
1.下述類型的用於由烴混合物(14)生產合成氣(12)的轉化方法，所述轉化方法包括第一步驟或預轉化步驟，其中將包含所述烴混合物(14)和水蒸汽(16)的加工混合物(18)進行初步催化轉化反應，從而獲得包含氫氣、碳氧化物和烴的部分轉化產物(22)；和第二步驟或主轉化步驟，其中將所述部分轉化產物(22)進行轉化完全反應，從而獲得所述合成氣(12)，其特徵在於所述預轉化步驟是在假等溫條件下進行的。
2. 根據權利要求1的轉化方法，其特徵在於所述預轉化步驟在40(TC 和65(TC之間的溫度進行。
3. 根據權利要求1的轉化方法，其特徵在於將在所述預轉化步驟中獲 得的所述部分轉化產物(22)的至少一部分進行加熱，並且用作在所述預轉 化步驟中的間接熱交換的工作流體。
4. 根據權利要求3的轉化方法，其特徵在於從所述主轉化步驟中生成 的熱煙中取出用於所述部分轉化產物(22)的至少一部分的所述加熱所必需 的熱量。
5. 根據權利要求1的轉化方法，其特徵在於將所述烴混合物(I4)進行預熱。
6. 根據權利要求1的轉化方法，其特徵在於將在所述預轉化步驟中獲 得的所述部分轉化產物(22)在將它引入到所述主轉化步驟中之前進行加 執。
7. 根據權利要求6的轉化方法，其特徵在於從所述主轉化步驟中生成 的熱煙中取出用於所述部分轉化產物(22)的所述加熱所必需的熱量。
8. 下述類型的用於由烴混合物(14)生產合成氣(12)的轉化設備(10)，所 述轉化設備(10)包含相互流體連通並且彼此接連的預轉化部分(28)和主轉 化部分(30)，所述預轉化部分(28)包含第一反應區(20)，其中將包含所述烴 混合物(14)和水蒸汽(16)的加工混合物(18)進行初步催化轉化反應，從而獲 得包含氫氣、碳氧化物和烴的部分轉化產物(22);所述主轉化部分(30)包含 第二反應區(24)，其中將所述部分轉化產物(22)進行轉化完全反應，從而獲得所述合成氣(12)，其特徵在於所述預轉化部分(28)的所述第一反應區(20) 處於假等溫反應器(34)的催化床的形式。
9. 根據權利要求8的轉化設備(10)，其特徵在於在所述催化床中支承 工作熱交換流體在其中流動的至少一個熱交換裝置(36)。
10. 根據權利要求9的轉化設備(IO)，其特徵在於所述至少一個熱交 換裝置(36)包括板式熱交換器。
11. 根據權利要求IO的轉化設備(IO)，其特徵在於在來自所述假等溫 反應器(34)的產物中的氣體被部分送到熱回收裝置(38)中以將其加熱，然後 將所述氣體引入到所述至少一個熱交換裝置(36)中，從而組成所述工作熱 交換流體。
12. 根據權利要求ll的轉化設備(lO)，其特徵在於從主轉化部分(30) 中生成的熱煙中取出用於所述熱回收裝置(38)所必需的熱量。
13.根據權利要求8的轉化設備(IO)，其特徵在於在所述預轉化部分 (28)的上遊，安置預熱部分(26)，以加熱所述氣態烴混合物(14)。
14. 根據權利要求13的轉化設備(IO)， ^特徵在於在主轉化部分(30) 的上遊，安置另外的預熱部分，以將所述部^轉化產物(22)加熱直至在所 述主轉化部分(30)中進行的所述轉化反應的最佳溫度。
15. 根據權利要求14的轉化設備(10)，其特徵在於從所述主轉化部分 (30)中生成的熱煙中取出用於所述另外的預熱部分所必需的熱量。
全文摘要
一種用於由烴混合物(14)生產合成氣(12)的轉化方法，所述轉化方法包括第一步驟或預轉化步驟，其中將包含所述烴混合物(14)和水蒸汽(16)的加工混合物(18)進行初步催化轉化反應，從而獲得包含氫氣、碳氧化物和烴的部分轉化產物(22)；和第二步驟或主轉化步驟，其中將所述部分轉化產物(22)進行轉化完全反應，從而獲得所述合成氣(12)，所述預轉化步驟是在假等溫條件下進行的。
文檔編號C01B3/00GK101132986SQ200680007066
公開日2008年2月27日 申請日期2006年2月20日 優先權日2005年3月4日
發明者埃爾曼諾·菲利皮 申請人:阿梅尼亞·卡薩萊股份有限公司