使用结构化的催化填料产生合成气的方法技术

一种产生合成气的方法，其中在入口质量速率高于包含无规则填料催化剂颗粒或结构化的催化填料的常规管式反应器的入口质量速率下，将包括蒸汽和轻质烃的反应气体混合物引入到包括结构化的催化填料的管式反应器中。

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术涉及合成气的生产领域，更特别涉及在燃烧火焰重整炉的重整炉管 中使用结构化的催化填料产生合成气。蒸汽重整法是广为人知的碳氢重整的化学方法。包括蒸汽和轻质烃的反应 气体混合物在催化剂的存在下形成氢气、 一氧化碳和二氧化碳。由于重整反应 是强烈吸热的，因此，必须例如通过加热被称作重整炉的炉中的含催化剂的管 道向反应混合物供应热量。在各种因素中，获得的重整量，即转化率取决于离 开含催化剂的管道的气体 显度。对常规的蒸汽一烃重整来说，典型的出口温度是700-950。C。形成反应气体混合物的轻质烃原料一般会进行脱硫和饱和烯烃的预处理。 轻质烃原料可以同蒸汽混合并预重整，使比甲烷重的烃与蒸汽反应形成一种具 有基本上降低了M烃浓度且富含氢气的混合物。普遍来说，重整催化剂，粒状形式， 一般包括分散在合适的陶瓷载体如 氧化铝上的镍。这些颗粒方爐于几个高而垂直的重整炉管中，直径一般是5cm —20cm。重整炉管放置在炉子内侧，以便从周围的由燃料和含氧气体如空气或来自 燃气轮机的废气点燃的燃烧器产生的火焰中吸取热量。来自燃烧火焰的辐射加 热重整炉管和其中流动的气体，提供轻质烃和蒸汽的重整反应所需的热量。希 望通过提供充分的热传递为重皿供热量。重整炉管和其中含有的催化剂即使不是重整炉中最昂贵的部分，也是最昂贵的部分之一。因此希望减少用于处理给定量的反应气体混合物所需的重整炉 管的数量。或者，希望用给定数量的重整炉管处理更多量的反应气混合物。重整炉管一般持续的时间比催化剂保持充分活性的时间长。因此，希望催 化剂容易替换。与仅替换催化剂相比，如果重整炉管和催化剂都需要替换，成本就会明显提高。己经公开了含结构化的催化填料(catalyzed structured packing)的反应器，例如用于重整的管式反应器。在共同未决的专利申请11/435541和Davidson的 美国专利No.4,340,501中已经公开了在蒸汽重整炉中的结构化填料的j顿。与 散装填线dumped packing)也称为无规则填料如催化齐噘粒相比，结构化i^^斗能 产生较低的压降，不容易流化，并且不易于沉降和破碎。希望对含有结构化的 催化填料的管式反应器提供有效的操作参数。通常，由于l柳较小的压縮，因此，结构化i辩斗具有流动阻力较低的优点， 由此会在工艺过程中节约能量。公开了一种产生合成气的方法。该方^^括在第一压力A和第一M下， 向管式反应器内通入包括蒸汽和轻质烃的反应气体混合物，其中密度修正的入 口质量速率是5.7kg/m2s—30kg/m2s,或者密度修正的入口质量速率是7kg/m2s— 30kg/m2s，或者密度修正的入口质量速率是8kg/m2s—30kg/m2s。其中管式反应 器具有入口端和出口端，定义入口和出口端限定了其间的长度Z，并且其中管式 反应器包括具有内表面和外表面的管部分，并且其中管式反应器包括在管部分 内的结构化的催化填料；燃烧位于管式反应器之外的燃料以加热管部分的外表 面，从而为反应气i^混合物反应提供热量；在管式反应器内的反应气体混合物 进行反应从而将一定百分含量的轻质烃转化并且产生包括合成气的产物混合 物；并且在第二压力尸2和第二^^下从出口端回收产物混合物。平均整体压力梯度，iV/L，可以是5000Pa/m到50,000Pa/m，或者是 5000Pa/m到30,000Pa/m。加热管部分的夕卜表面可以在管部分的内表面提供100kW/i^到200kW/m2 的平均热流(heat flux)。轻质烃的转化百分比至少是50%或至少70%。第二 乱度可以是高于第一温度至少20(TC。产生合成气的方法包括在第一压力尸7和第一、温度下向管式反应器内通入 包括蒸汽和甲烷的反应气体混合物，其中密度修正的入口质量速率是5.7k^m2s —30kg/m2s，或者密度修正(density modified)的入口质量速率是7kg/m2s— 30kg/m2s，或者密度修正的入口质量i!率是8k^m2s—30kg/m2s;其中管式反应 器具有入口端和出口端，定义入口和出口端限定了其间的长度丄；其中管式反应 器包括具有内表面和外表面的管部分，并且其中管式反应器包括在管部分内的结构化的催化填料；燃烧位于管式反应器之外的燃料；以在管部分的内表面为 反应气体混合物进行反应提供100k^V/m2到200k\V/m2的平均热流；反应气体混 合物在管式反应器内反应从而转化至少50 %或者至少70 %的甲烷并产生包括合 成气的产物混合物;并且在第二压力A和第二温度下从出口端回收产物混合物。 附图简介附图说明图1图示了包括结构化的催化i真料的管式反应器。图2是平均整体压力梯度相对于密度修正的入口质量速率的曲线。专利技术详述本文4柳的不确定冠词"a"和"an"在应用于说明书和权利要求所述的本 专利技术的实施方式中的任何特征时表示一个或多个。"a"和"an"的使用并不局 限于表示单4it征，除非这样柳蹄U已经明确地说明。在单个或多个名词或名 词短语前面的限定性冠词"the"表示某个特定的特征或者某些特定的特征，并 且根据使用该词的上下文，其可以具有单个或多个的内涵。形容词"any"表示 一个、 一些或者无论数量多少都没有差别的全部。通常称为"syngas"的合成气是包含氢气和一氧化碳的混合物。燃烧过程被定义为含碳燃料与氧化剂反应产生co2和其它气体的任何过 程，例如加热炉过程。如
技术介绍
部分所述，结构化填料相对于散装填料对流体流能表现出樹氐 的阻力。作为通过更少压缩反应气体混合物选择节能的另一方法，可以增加包 括结构化i真料的反应器流速以便实现与包括散装填料的反应器相当的压降。但 是，增加的流速降低了反应气体在管式反应器内的停留时间，并且增加了以下 的担心对反应气体混合物到产物混合物的满意转化率来说，停留时间和/或热 传递不足。专利技术人意外地发现结构化填料增加的催化剂几何表面积能充分补偿当流速 增加时管式反应器内停留时间的减少。通过较高流速提供的增加的热传递也有 助,卜于偿管式反应器内停留时间的减少。在给定量反应气体混合物的工艺过程 中，较高^m也转化为所需的重整炉管的减少。本文所述的方法涉及产生合成气的方法，该方法在具有重整炉管的重^l:户 中是有效的。参考图1 ，产生合成气的方、^括将反应气1^混合物10弓l入管式反应器1 。反应气体混合物10包括蒸汽和轻质烃。如本文定义，轻质烃是仅包含氢原子和 碳原子且具有l-10个碳原子的线型和支链烷烃的有机化合物。轻质烃可以是甲 烷、乙烷、丙烷、丁烷、正戊烷，和/或任何在合成气生产领域已知的轻质烃。术语"一种"轻质烃的使用不排除超过一种轻质烃。反应气体混合物可包 括蒸汽和至少两种轻质烃和/或惰性气体例如氮。例如，当使用天然气作为原料形成反应气体混合物时，反应气体混合物包括蒸汽(steam)、甲垸、乙垸、丙垸、 二氧化碳、氮气和较低含量的氧气、氩气、氦气、氖气和/或氤气。至少一种轻质烃的来源可以是天然气管线或者可以是源自精炼厂的尾气， 或者可以是石脑油蒸汽。精炼尾气可以包含f连烷烃和烯烃。 如果原料包含 烯烃(烯属烃)，它们可以在进料至重整炉之前基本上氢化为链烷烃(烷烃)。 原料在进料至重整炉之前也基本上脱硫。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种产生合成气的方法，包括：　　　　将包括蒸汽和轻质烃的反应气体混合物在５．７ｋｇ／ｍ↑［２］ｓ－３０ｋｇ／ｍ↑［２］ｓ的密度修正的入口质量速率下，在第一压力Ｐ↓［１］和第一温度下引入管式反应器，其中管式反应器具有入口端和出口端，入口端和出口端限定了其间的长度Ｌ，并且其中管式反应器包括具有内表面和外表面的管部分，并且其中管式反应器在管部分内具有结构化的催化填料；　　　　燃烧位于管式反应器外部的燃料以加热管部分的外表面，从而为反应气体混合物的反应提供热量；　　　　在管式反应器内使反应气体混合物进行反应，从而将一定百分比的轻质烃转化以产生包括合成气的产物混合物；以及　　　　从出口端在第二压力Ｐ↓［２］和第二温度下回收产物混合物。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：S纳塔拉杰，RR布罗克休斯，D加格，X何，XJ李，
申请(专利权)人：气体产品与化学公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]