用于自热重整的氢气富集方案制造技术

公开了借助热压机喷射泵，使用预热的进料混合物作为运动流，将部分自热重整器流出物再循环至水蒸汽－烃的进料流中。合成气再循环流与运动流的摩尔比为０．２－１．０，选择该比例以优化整个配置。这种再循环将氢气和水蒸汽导入进料中，并升高进料温度，得到无煤烟方式进行的重整操作。在原料进料水蒸汽－天然气混合物和重整器进料之间存在一定的压力降低，这需要原料进料混合物以更高的压力进料，但由于水蒸汽量较少，在过程加热器和其他上下游装置中的压力降低较小，这可以补偿上述压力降低。当自热重整器的尺寸相比没有流出物再循环操作所需的尺寸大约相同时，进料预热器可以减少负载，上下游装置可以减小尺寸。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
用于自热重整的氢气富集方案
本专利技术涉及用于生成合成气的水蒸汽和烃的自热重整，该合成气可用于氨、甲醇的生产，费—托合成，石油改质和其它工艺，本专利技术特别涉及将部分合成气再循环以便于降低汽碳比而不形成煤烟的自热重整。
技术介绍
自热水蒸汽重整是众所周知的，并且已经成功地在商业上应用。水蒸汽和烃的混合物同空气，富氧空气或氧气一起加入到自热重整器中，并在自热重整器顶端入口处使用专门适合的燃烧器进行部分燃烧。部分燃烧产物在固定催化剂上反应形成合成气，通常合成气含有水蒸汽，氢气，一氧化碳和二氧化碳。该方法提供了基本简单，可靠和经济合算的合成气生产工艺。然而，期待提高的一个操作特性是自热重整器也能够依靠外部的氢气供应在启动时自动点火，如依靠5摩尔％的氢气进料。另一个期待提高的特性是一般使用相对高的汽碳比以确保无煤烟操作。高的汽碳比导致更高的资金成本，因为需要更大型的设备加热进料和将进料提供给重整器，并从重整器的流出物中回收多余的热量。高的汽碳比并不适合需要减小设备尺寸以获得单系工艺和规模经济的现代化百万吨合成气工厂。还已知升高进料混合物预热温度有助于无煤烟操作。但同样与高资金成本和高能源消耗相关联。最近，有人提议添加预重整器，以将含有水蒸汽—天然气的混合物的进料流加入到自热重整器中。这样在自热重整器的进料中稀释了烃并提供了一部分氢气。有助于汽碳比的降低。尽管如此，在降低汽碳比方面期待进一步改进。
技术实现思路
本专利技术涉及将一小部分自热重整器的流出物再循环到水蒸汽—烃的进料流中，优选通过使用预热进料混合物作为运动流的热压机喷射泵。适合于高温操作的喷射泵能够获得合成气再循环流与运动流的摩尔比为0.2-1。这样再循环气体流的流速与烃—水蒸汽进料混合物成比例，使得喷射器出口处得到始终如一的，充分混合的氢气—水蒸汽富集。可以为具体的操作选择精确的再循环流与-->运动流的比值以使整个配置最优化。在某一升高的温度下，再循环可以方便地将氢气和水蒸汽导入到自热重整器的进料中。离开喷射器的混合物具有较高的汽碳比，而且还包含有再循环中的氢气和具有较高的进料温度(这里再循环是在较高温度下进行的)。因此，重整器可以以无煤烟方式进行操作以避免催化床和下游设备的堵塞。由于经过喷射泵时损失，造成原料进料水蒸汽—天然气的混合物与重整器进料之间存在轻微压力下降，这需要在稍微高的压力下提供原料进料混合物，但是相比没有再循环的现有技术来说，由于在前端存在较少量的水蒸汽，因此可以由过程加热器和其他上游设备中存在的较少的压力降低来补偿。过程加热器的负载也可以减小并降低资金成本和能量损耗。由于重整器流出物中水蒸汽的比例较小，还可以减小下游设备的尺寸，如使用更小的废热锅炉和/或重整交换器，和使用更小的其他余热回收和制冷设备。同时，相对于总的合成气产物来说，自热重整器的尺寸与没有流出物再循环操作所需尺寸大致相同。一种实施方案是，本专利技术提供了一种水蒸汽重整工艺，包括(a)加热含有烃和水蒸汽原料混合物的气态进料流；(b)加热含有氧化剂气体的第二进料流；(c)将进料管路中的加热过的气态进料流和氧化剂供应管路中的加热过的第二进料流提供给自热重整器；(d)从自热重整器中回收合成气的流出气流；(e)将部分合成气的流出气流作为再循环气体导入到气态进料流中，以获得含有氢气的进料混合物；(f)其中再循环气体与气态进料流的比值为0.2-1；和(g)在汽碳比小于3.6的条件下对自热重整器进行操作。再循环气体优选在位于进料管路的热压机喷射泵处导入，并用气态进料流作为运动流。再循环气体的温度优选高于气态进料流的温度。烃优选天然气。氧化剂可以选自氧、富氧空气和空气。第二进料流可以含水蒸汽。进料混合物含有5-50摩尔％的氢气。原料混合物优选汽碳比为0.6-3。水蒸汽重整工艺也可以包括冷却合成气的流出气流和从冷却的合成气的流出气流中抽取再循环气体。合成气的流出气流可以在废热锅炉或重整交换器中冷却。优选地，再循环气与运动流的比值为0.3-0.7和进料混合物含有20-40摩尔％的氢气。该方法也可以包括对喷射器上游的气态进料流进行预重整，优选在加热气态进料流前进行。另一种实施力案是，本专利技术提供了一种水蒸汽重整工艺，包括(a)加热含有烃和水蒸汽的原料混合物的第一和第二气态进料流；(b)加热含有氧化剂-->气体的第三进料流；(c)将进料管路中的加热过的第一气态进料流和氧化剂供应管路中的第三进料流提供给自热重整器；(d)回收从自热重整器出来的第一合成气的流出气流；(e)提供加热过的第二进料流给自热转换器以用于自热转换器的管道中进行的吸热催化转化，形成第二合成气流出气流；(f)混合第一合成气的流出气流和第二合成气的流出气流以形成合成气混合物；(g)以热交换的方式将合成气混合物穿过重整交换器管路，以此将冷却了的合成气产物提供给合成气产物管路；(h)将部分合成气产物作为再循环气体导入第一气态进料流，以获得含有氢气的进料混合物，其中再循环气体与第一气态进料流的比值为0.2-1；和(i)在汽碳比小于3.6的条件下对自热重整器进行操作。由于氢气和水蒸汽的富集加上进料温度的升高，在这种实施方案中这种方法是合理的。在这种实施方案中，优选在位于进料管路中的热压机喷射泵处导入再循环气体，并用气态进料流作为运动流。再循环气体温度优选高于气态进料流温度。烃优选天然气。氧化剂可以选自氧、富氧空气和空气。第三流体可以含水蒸汽。进料混合物优选含有5-50摩尔％的氢气。原料混合物优选汽碳比为0.6-3。优选地，再循环气与第一气态进料流的比值为0.3-0.7和进料混合物含有20-40摩尔％的氢气。该方法也可以包括对喷射器上游的气态进料流进行预重整，优选在加热气态进料流前进行。再一种实施方案中，本专利技术提供了水蒸汽重整的设备。该设备包括加热含有烃和水蒸汽原料混合物的气态进料流的装置和加热含有氧化剂气体的第二进料流的装置。提供将进料管路中加热过的气态进料流和氧化剂供应管路中的第二进料流供应给自热重整器的装置。提供回收从自热重整器出来的合成气流出气流的装置。提供将部分合成气的流出气流作为再循环气体使用气态进料流作为运动流在位于进料管路的热压机喷射泵处导入气态进料流，以获得含有氢气的进料混合物的装置，其中再循环气体与运动流的比值为0.2-1。提供在汽碳比小于3.6的条件下对自热重整器进行操作的装置。本专利技术还可以包括预重整器以对喷射器上游的气态进料流进行预重整，优选在加热气态进料流之前。再一种实施方案中，本专利技术提供水蒸汽重整设备，包括加热含有烃和水蒸汽的原料混合物的第一和第二气态进料流的装置，加热含有氧化剂气体的第三进料流的装置，将进料管路中的加热过的第一气态进料流和氧化剂供应管路中-->的第三进料流提供给自热重整器的装置，回收自热重整器出来的第一合成气的流出气流的装置，向在重整交换器的管中进行吸热催化转化的重整交换器提供加热过的第二进料流以形成第二合成气流出气流的装置，混合第一合成气气流和第二合成气气流以形成合成气混合物的装置，以热交换形式将合成气混合物穿过重整交换器的管道，以此提供给合成气产物管路冷却的合成气产物之用的装置，将部分合成气产物作为再循环气体使用第一气态进料流作为运动流在位于进料管路的热压机喷射泵处导入第一气态进料流，以获得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水蒸汽重整工艺，包括：加热含有烃和水蒸汽原料混合物的气态进料流；加热含有氧化剂气体的第二进料流；将进料管路中的加热过的气态进料流和氧化剂供应管路中的加热过的第二进料流提供给自热重整器；从自热重整器中回收合 成气的流出气流；将部分合成气的流出气流作为再循环气体导入到气态进料流中，以获得含有氢气的进料混合物；其中再循环气体与气态进料流的比值为０．２－１；在汽碳比小于３．６的条件下对自热重整器进行操作。

【技术特征摘要】
US 2002-9-23 10/0651641、一种水蒸汽重整工艺，包括：加热含有烃和水蒸汽原料混合物的气态进料流；加热含有氧化剂气体的第二进料流；将进料管路中的加热过的气态进料流和氧化剂供应管路中的加热过的第二进料流提供给自热重整器；从自热重整器中回收合成气的流出气流；将部分合成气的流出气流作为再循环气体导入到气态进料流中，以获得含有氢气的进料混合物；其中再循环气体与气态进料流的比值为0.2-1；在汽碳比小于3.6的条件下对自热重整器进行操作。2、权利要求1的水蒸汽重整工艺，其中再循环气是在位于进料管路中的热压机喷射泵处使用气态进料流作为运动流导入的。3、权利要求1的水蒸汽重整工艺，其中再循环气的温度高于加热过的气态进料流温度。4、权利要求1的水蒸汽重整工艺，其中烃中含有天然气。5、权利要求1的水蒸汽重整工艺，其中氧化剂气体选自氧气、富氧空气和空气。6、权利要求5的水蒸汽重整工艺，其中第二进料流含有水蒸汽。7、权利要求1的水蒸汽重整工艺，其中进料混合物含有5-50摩尔％的氢气。8、权利要求1的水蒸汽重整工艺，其中原料混合物的汽碳比为0.6-3。9、权利要求1的水蒸汽重整工艺，进一步包括冷却合成气的流出气流和从冷却了的合成气的流出气流中取出再循环气。10、权利要求9的水蒸汽重整工艺，其中合成气的流出气流是在废热锅炉里被冷却的。11、权利要求9的水蒸汽重整工艺，其中合成气的流出气流是在重整交换器中被冷却的。12、权利要求1的水蒸汽重整工艺，其中再循环气与气态进料流的比例为0.3-0.7，且进料混合物中含有20-40摩尔％的氢气。13、一种水蒸汽重整工艺，包括：加热含有烃和水蒸汽的原料混合物的第一和第二气态进料流；加热含有氧化剂气体的第三进料流；将进料管路中的加热过的第一气态进料流和氧化剂供应管路中的第三进料流提供给自热重整器；回收从自热重整器出来的第一合成气的流出气流；提供加热过的第二进料流给自热转换器以用于在自热转换器的管道中进行吸热催化转化，形成第二合成气流出气流；混合第一合成气的流出气流和第二合成气的流出气流以形成合成气混合物；以热交换的方式将合成气混合物穿过重整交换器管路，以此将冷却了的合成气产物提供给合成气产物管路；将部分合成气产物作为再循环气体，使用第一气态进料流作为运动流在进料管线的热压机喷射泵处导入第一气态进料流，以获得含有氢气的进料混合物；其中再循环气体与运动流的比值为0.2-1；在汽碳比小于3.6的条件下对自热重整器进行操作。14、权利要求13的水蒸汽重整工艺，其中再循环气是在位于进料管路中的热压机喷射泵处使用气态进料流作为运动流导入的。15、权利要求13的水蒸汽重整工艺，其中再循环气的温度高于加热过的气态进料流温度。16、权利要求13的水蒸汽重整工艺，其中烃中含有天然气。17、权利要求13的水蒸汽重整工艺，其中氧化剂气体选自氧气、富氧空气和空气。18、权利要求13的水蒸汽重整工艺，其中第三进料流含有水蒸汽。19、权利要求13的水蒸汽重整工艺，其中进料混合物含有5-50摩尔％的氢气。20、权利要求13的水蒸汽重整工艺，其中原料混合物的汽碳比为0.6-3。21、权利要求20的水蒸汽重整工艺，其中再循环气与运动流的比例为0.3-0.7，进料混合物中含有20-40摩尔％的氢气。22、一种水...

【专利技术属性】
技术研发人员：SP辛，A马尔霍特拉，
申请(专利权)人：凯洛格布朗及鲁特有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]