蒸汽/天然氣混合物在初級轉化爐之後的加熱及部分氧化方法

2023-05-04 06:02:26

專利名稱：蒸汽/天然氣混合物在初級轉化爐之後的加熱及部分氧化方法
技術領域：
本發明涉及一種加熱及部分氧化用於氨合成氣體的未^H55熱、預轉化的 蒸 天然氣^^的方法，其中氣^(粗合成氣體)沿流動方向在初級轉化器後 被供給能量。
背景技術：
合成氣的生產通過蒸汽轉^ii行，通常伴隨著大的熱能一體化，這意-M
蒸汽轉化器的餘熱可以在許多熱交換器中用iMi行天然氣、空*蒸，;^>熱或 者生產蒸汽。在生產合成氣的過程中，iW稍後的氨的合成非常重要，它們盡 可能高地為供給大氣氮所需的空氣預熱。
大氣氮的添加是與空氣氧在一個所謂的次M^化器中進行的，其連接於初
^5^汽轉化器之後。通過部分氧化來自初級轉化器中的氣體，氣體組*部分 通過燃燒，但是大部^iii^斤達到的高平銜顯度而^jt變化，即^^成氣中殘餘 曱烷^*將實際達到明顯小於1摩爾百分比("^:情況下在1050°C -1150°C以 上)。g加入催化劑加速平衡的形成。
在這個工藝步驟中重要的;1^分的氣 #,持續溫度升高時蒸汽轉化活 性催化劑的存在，以i^t從殘餘沼氣^i:(典型:10-14摩爾百分比)中通過甲烷的 分解及由於一氧^^和二氧^^存在的關係產生菸灰，以;5l7jO蒸汽的存在。

發明內容
本發明^M開始入手，其目的首M於，盡可^ia^菸灰的生成，其中 也可^^可變的添加物例如氮*氧氣或者它們的混合物。
才M^開始所述方式的一種方法，^^、本發明的任務以這樣的方i^決，即 在初級轉化器後的能量供^tit^少一個在初^^化器的排氣管中定位的多孔 燃燒器(Porenbre麗)直接進行。
在初^^化器後的待處理氣體的流動5^聖中^fJ多孑L燃燒器有很多優點， 特別是可以完全和肖一個襯的A^器，如次M^化器。
，優點例如 -大的可調整I"生
-不依賴於粗合成氣體入^ii;變的燃燒器火焰穩定性(由於自身的可燃氣
體供給可能性)
-循環中只有氮^/蒸汽時也f魄動燃燒器
-可變的氮^氧^A其^^物的添加可能1"生 -短時間反應的可能f生，由此生成菸灰的危險更小 -靜態^^器的催化劑:負責使氣體平衡，減小強烈的溫;l升高時形成菸灰 的危險
-在隔絕的加砌襯的管子中的靜態混合器經才^i且合所具有的可更換性 (材料由金備粉塵^#久'1±#料構成，可能經鋁塗層)
-可變的附加的催化劑^fM :例如直接用在燃燒器上的一種部分氧化催化 劑，然後一種蒸汽轉4^^化劑
-所需的氧氣量可以減小，已產生的粗合成氣(氫氣、 一氧4誠以及甲烷) 的消辨燃燒)減少，因為M加入或可以^f加AB燒^(例如甲烷)
-留存的殘餘沼^繼續進行蒸汽轉化。
^il裡指出一些參考文獻，它們至少提及了一點本發明的問題。DE-OS19 20001、 EP4 200 825-A1、 EP-876 993-A1或者US"6 730 285>A,涉及了合成氣 的生產。來自於同一申請人的US"6746624-A指出了塗層的催化劑管，DE-198 39 782-A1等^旨出了在流動路徑中的靜態^^器。DE-10232 970-A1描述了一 種沒有上述蒸汽轉化的短時間特歹AIU匕。DE-102 39 Ul-Al^liJ了多孑L燃燒器 與燃料電池結合的4M。
本發明進一步的實施方^^4^^要求中給出，據此可以艦，能量供 ^it過多個定^^I成流動路徑的初級轉化器氣體渝出管中的多孔燃燒器直接 進行。
還例如這^i殳計，除了通過可燃氣體能量供^除了氧化劑氧^^卜也可 ^氮^p/或少量的二氧^^l和/或蒸汽。
藉助於一種符合本發明的多孑L燃燒器可以大幅度地調節可燃氣體的量，優 選過化學計量鉍行。
通過多孑L燃燒器的^^也可以在氣流中^^催^劑塗層的靜態》'^^器，如
此，氣流就可以通過該;^^器適當:W流，就^M^發明i殳計的一樣。符合目的 的是，氣^t過各自燃燒器後的靜態;給器形雄流，紐第一^給H^本發 明具有部分氧^^化劑塗層，其它的混合器具有蒸汽轉"^^化劑塗層。
本發明im定， 一種沒有或略微預熱的可燃氣#>空氣混^(特別是甲烷+ 空氣M^給多孑ia燒器本身以ii行化學計量或過化學計量的運^亍。可燃氣體';^^ 物必須##溫度^#在燃點以下。
有利的是氣體^^藉助於多孔燃燒器加熱到約iooo-c到uotrc的溫度， 這樣就能^4^防止合成氣體中的菸灰^1:。
加熱可以藉助多^Hu^連接的多孑L燃燒器進行，其中按照本發明催化^^ M^連在中間的。
本發明進一步的實施方式中，氣^^靜態的濕合元件^或之間通過M 的特別是^^房狀的、44l化劑的元件引導。
開始所提的任務才娥本發明特別通過一種設備解決，*#棘於，在轉化 管的每個匯集管道中，在初級轉化器後沿著氣流的最後的管入口與傳輸管道的 接管之間設有至少一個多孑L燃燒器。
^匕實施方式中可以如jH^t，每個多孑L燃燒器西沐一^態;^^器，尤 其是在每個多孔燃燒器後面連接一^^態;^^器。
本發明的其它特徵、細節和優點#^後面的描述以及藉助附圖得出。其中

圖1 帶有後接的積i且和按本發明的多孔燃燒器的初級轉化器的原理^
圖2帶有匯集管及按本發明定位的多孔燃燒器的初級轉化器的簡化空間
圖3至5帶有不同設計的多孑L燃燒器的管局部放大圖，以及
圖6在匯集管ii^傳輸管道的i^度區域中多3U^燒器的定位圖。 M實施方式
在圖1中總#^用1標識的部^i殳備的主要的設^P分由用2標識的初級 轉化器與轉化管3(曱烷+蒸JWli管)和頂燃燒器4以及匯集管道S和至少一個 傳輸管道6構成，其中傳輸管iMA帶有蒸汽鼓8的餘熱鍋爐7M過熱交換 器9最終至一lt/^^轉換(CO/Shift) 10，其^ifei!E沒有進一^^討的必要。
6虛線示出的是一個必要時夕卜部的(絕熱的)^化劑機架11。在傳輸管道6中
定位的多孑L燃燒器在圖1中總體用12標明，它的供給元件用13標明，例如， 通過供給元件^HiM^給例如空氣和曱烷併到最後時刻才混合，這裡，如在圖 l表明的，沿流動方向在每個多孔燃燒器12後設有催化的靜態的混合器14。最 後在圖1中i^示明一個輸入管道15，通過它可向系統供給可能產生的蒸汽。
圖2簡化三^^繪了初級轉化器2，其帶有通過甲^r蒸》'^"入管道3a 供給的轉化管3，頂燃燒器4和，燒室中導出廢氣的廢氣匯集器16和匯集管 道5以及一絲輸管道6，其中設有多孑L燃燒器12。
圖3至5隻是部絲示出例如一^#輸管道6的以6'才斜己的管，在其中安 裝了總體以12才科己的多孔燃燒器。在圖3描述的例子中多孑L燃燒器的頭部以 16才斜己，是截錐形的，帶有多孔的燃燒器壁17以及一個i^t流動方向定位的 帶有沿氣^^下遊定位的蓋板的朝,18。
帶有燃燒器頭部16的輸入管道13有一個夕Nl5的隔離體19、 一個帶有例如 含氧的氣體20的冷空^T入管it^一個中心的內管21用於點火氣M可燃氣 體。
對於多孑L燃燒器共同的是，燃絲燃燒雜17中進行，亦即不可能雄。 這樣的燃燒器的細節可以從例如DE"43 22 109-A或相應的EP~0 657 Oll-B中獲悉。
在圖3中也示出了帶有一^L化劑塗層22的靜態〉V給器14在管6中是怎 樣定位的。它們僅僅^4i'lt^ft為折^^導^^描繪，它們可以是伊子形的， 諸如此類，對此不再進一步描述。靜態的混合器可以例:i(魂過j琳lf 23組合成 多個或一個結構單元，如此，其可以從管6連同它的隔離塗層6"拉出來，這沬 詳細地示出。這^it用於燃燒器的拆卸。
粗合成氣體的流動方向是通過小的箭頭24在附圖中示出。燃燒器後的熱合 成氣體由箭頭25標明。該合成氣體含氮氣、 一氧4誠、二勤械、氫氣、水。
圖4中用與圖3類似的描^^ 燒器頭部16a的一個變型實施例。
，多孔的燃燒雜17a的定^^"些不同，其構雄燒器的 板，位於內 部的# 18的定位也有些不同。B情;^與圖3中的那些一致。
圖4中展示的經催4^^層的靜態混合器與部分伊形葉片22a有點不同並且 同樣^U^目應的連接元件23組合成一個安裝##架。
圖5中展示的又是一個變型的實施例，特別是關於多孑L燃燒器16b的構型。 其^E設計成圓柱形的燃燒器頭部，其中沿著吸^fc):辦的壁10b的M配設 一系列的靜態》V^器22b。
t^在圖6中展示了一個帶有輸入管道的多孑L燃燒器，它的燃燒器頭部16 在所描述的例子中^A匯集管道5中，其帶有轉化管，在它的頭端設有一根傳 輸管道6，其由於視圖的緣#圖紙平面轉了90度。在圖6中用細，，是 一個多孑L燃燒器頭部16在該傳輸管道6中的定位，其可以通iW閉蓋簡單M ^p拆卸。封閉蓋以26標明。
當然，在不離開^^更、想的情況下，本發明所述的實施例可在多方面進行 修改。這特別是對於多孑匕燃燒器的所有形式和它^#加熱氣體的氣^3^聖中的 特殊定位是適用的。
權利要求
1.一種加熱及部分氧化用於氨合成氣體的未分開預熱、預轉化的蒸汽/天然氣混合物的方法，其中氣流(粗合成氣體)沿氣流方向在初級轉化器後被供給能量，其特徵在於，在初級轉化器後的能量供給通過至少一個在初級轉化器的氣體輸出管中定位的多孔燃燒器直接進行。
2. 如^U'J要求1的方法，^ft棘於，能量供驗過多個定^^初^t化器的構成氣;;^f聖的氣^r出管中的多孑L燃燒器直接進行。
3. 如4W要求1或2的方法，其特徵在於，除了通過可燃氣^￡#^量供 絲除了一種氧化劑(例如氧氣)4^卜，氣-Mi皮供給氮氣，以適配於用於氨設備的合成氣體。
4. 如W'J要求1或上i^K^要求中^-項的方法，^#棘於，氣;j^皮 附加itk^給二氧^^和/或蒸汽。
5. 如^N要求l或上i^又利要求中4—項的方法，*#*於，多孑L燃 燒器關^轉化的蒸^/天然氣:^^以^i匕學計量的方^^行或在引入可燃 氣體的情況下以過化學計量的方式運行。
6. :WWJ要求1或上^5U'漆求中^-項的方法，^#棘於，氣;艦過 蒸汽轉化W化劑塗層的靜態齡器處旋流。
7. 如權利要求l或上i^5U'J要求中任一項的方法，其特徵在於，氣流通過 靜態的^^器在各自燃燒器後旋流，其中^^器有一轉分氧^#化劑塗層。
8. 如^U'J要求1或上i^K^要求中任一項的方法，《特機在於，向多孔 燃燒^#^"種沒有或略賴熱的可燃氣體空氣^^(特別是甲烷+空氣)，以 進行化學計量或過化學計量的運行。
9. 如^5U'〗要求1或上^U'J要求中^""項的方法，^#棘於，通過多 孑匕燃燒##氣體^^加熱到約IOO(TC到1100。C的溫度。
10. :MWJ要求1或上ii^U'漆求中^-項的方法，^ft棘於，通過帶有 中間連接的催化^^級的多^H^連接的多孑L燃燒器進O熱。
11.如^M'漆求1或上i^5U'溪求中^-"項的方法，^#棘於，氣;純過 iM於靜態、;a^元件^或之間的M的特別A^^房狀的、用蒸汽轉化H^化 劑(例女媒)塗層的元件引導。
12. 才娥權利要求l或上i^又利要求中^^項的方法，^#棘於，多孑L燃燒M為氧^;蒸汽燃燒器運轉。
13. 如權利要求12所述的方法，^#絲於，對於在合成氣體中氫~一氧^^的摩爾比大約為3，以一^Na免菸灰的量附加地';tVv二氧^^。
14. 一種設備，尤其;I^I於實施如前i^X^要求中^""項所述的方法，膽 棘於，在轉化管(3)的每個匯集管it(5)中，在絲的管入口與傳輸管it(6) 的接管之間和/或在傳輸管道(6)中設有至少一個多孑L燃燒器(12)。15J^U'J要求14所述的設備，^#棘於，每個多孑L燃燒器(12)配設一個 靜態的;^^器(14 )，尤其^^^一^^態的〉V^器。
全文摘要
本發明涉及一種加熱和部分氧化用於氨合成氣體的未分開預熱的、預轉化的蒸汽/天然氣混合物的方法及設備，其中氣流(粗合成氣體)沿氣流方向在初級轉化器後被供給能量，建議一種解決方法，用此方法可儘量避免菸灰的形成，同時也存在可變地添加例如氮氣和氧氣或它們的混合物的可能性。根據此方法，在初級轉化器後的能量供給通過至少一個在初級轉化器的氣體輸出管道中定位的多孔燃燒器直接進行。
文檔編號C01B3/02GK101184688SQ200680015821
公開日2008年5月21日 申請日期2006年2月16日 優先權日2005年5月10日
發明者E·格瓦爾, H·海德勒, J·約翰寧 申請人:猶德有限公司