制备含氢气体的方法技术

本发明专利技术提供了制备含氢气体的方法，它是通过将烃原料与水蒸汽相混合，进行预蒸汽催化转化得到蒸汽气体混合物，然后进行第一级催化转化，再进行第二级蒸汽氧催化转化的途径而实现的。且第二级转化是在将含氧气体与热媒以其体积比为热媒∶氧＝０．５∶３０．０的比例相混合，且含氧气体的温度被加热至不高于９００℃下进行的。将第二级转化得到的目标产品加入第一级转化过程以依靠目标产品的热量来实现蒸汽转化过程。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及烃原料的转化，更具体地说，本专利技术涉及制备含氢气体的方法。本专利技术可应用于氨、甲醇、高级乙醇的生产中，以及用于氢的生产中。目前已知有多种不同的制备含氢气体的方法，例如制备氮氢混合物（U.S.A3441393）的过程包括用燃烧产品的热量加热初始的蒸汽烃混合物，第一阶段的蒸汽转化过程是在催化剂存在下，在400-540℃至750-850℃（取决于燃烧产品的热量）的温度下进行的，该情况下，初始烃原料反应达70%;第二阶段的转化过程是在催化剂存在下，供给空气条件中进行的，在这种情况下，从第二转化阶段中得到的转化产品的温度为920-1050℃。制备氮氢混合物的已知方法（GB，A，2082623）包括：用烟气的热量加热初始的蒸汽烃混合物;第一阶段的催化蒸汽转化过程，在该过程中有20%-50%的初始烃混合物反应，且该过程是在400℃至650-750℃（取决于供暖气体燃烧的产品的热量）的温度下进行的;第二阶段的催化蒸汽转化过程中，有50%-20%初始的烃混合物反应，且它是在650-750℃至750-850℃下的温度下进行，所述的温度取决于与第三转化阶段后所得到的转化产品的间接热交换，第三阶段转化是在催化剂中，供给空气条件下进行的，在这种情况下，从第三转化阶段中得到的转化产品的温度为920-1050℃。与U.S.A3441393相比，上述的制备氮氢混合物的方法的优点是用于加热的天然气的消耗可减少30%，与U.S.A3441393相比，-->它能更有效地实施第一阶段的蒸汽转化，与U.S.A3441393中描述的第一阶段的蒸汽转化的条件相比，它可允许过程的温度降低100-150℃。但是，在实施该方法时，必段采用增加的催化剂体积，因为它在实施第一阶段的蒸汽转化过程有效性不好，此外，反应混合物与燃烧产品之间具有很大的压力差，由于第三阶段中得到的转化产品的温度状况的波动而导致了第二阶段中蒸汽转化过程进行的条件不稳定，由于第三转化阶段的工业空气流带入的热量不够，使第一转化阶段中为保持过程的温度合理而需要消耗的烃原料太多。U.S.A4376758中，烃原料合成氨气的已知的制备方法包括：加热初始烃原料;将初始的蒸汽烃混合物分成两股流，其中一股在第一阶段是依靠采暖气体供热进行蒸汽转化过程，然后与多余的空气一起进入第二阶段的转化过程，制得合成氨气用的非化学计量组分混合物;第二股初始烃混合物经过蒸汽转化过程依靠其与氮氢混合物的间接热交换达90-95%转化，所述的氮氢混合物是通过将第二阶段后得到的第一股流的转化气体与蒸汽转化过程后得到的第二股的转化气体相混合而得到的。该两股转化气流的混合物具有不必进一步加工即可用于氨合成的组分。与U.S.A3441393相比较，所给出的方法的优点是在加热时，烃的消耗可减少30%。但上述方法表现出的特征是：所用的催化剂在气态烃混合物两股流的蒸汽转化过程中效果不佳，在加热中的烃消耗太多，以及在第二部分的氮氢混合物中高含量的惰性甲烷就导致了实现第一阶段的转化过程需要严格的温度条件。U.S.A4631182中制备合成气体的已知的方法包括：在第一阶段中，温度为440-510℃至400-500℃，以及压力在1-30kg-->/cm之间的条件下，将气态烃混合物进行预绝热蒸汽转化，第二阶段用的蒸汽重整过程，依靠温度为400-500℃至750-850℃之间的采暖气体的热量，而在第三转化阶段则采用空气，从第三阶段所得到的转化气体的温度为920-1050℃。上述方法的优点是它提高了第一级重整的催化剂的利用率，这就使得催化剂的体积可以减小（开始转化阶段）。但是，该方法实施预绝热蒸汽转化过程是在不很适宜的温度范围内进行的，尤其，在采用天然气作为烃原料时，初始烃混合物中甲烷的转化率很低，并且在初始转化阶段，催化剂的体积过分高。EP106076A中制备含氢气体的已知的方法包括：将烃原料与蒸汽混合，将总的气量分成两部分，其中一部分进入第一阶段的蒸汽催化转化，然后与空气一起进入第二阶段的蒸汽催化转化，并往其中加入第二部分的初始气态烃。第二阶段的转化过程后得到温度为920-1050℃的目标产品，该产品的热量可进一步用于在蒸汽转化阶段中，对全部初始烃混合物进行间接的加热。上述方法要求烃原料的蒸汽转化在压力为25-50巴，过程开始时温度为450-700℃之间进行，蒸汽与碳的质量比值为2.5-4.5，在镍催化剂存在下进行（在蒸汽转化结束时温度为680℃-790℃）。第二次转化是从700℃加热到900℃的一定量的工业空气流存在下进行的，以保证经第二次转化阶段后温度为850℃-1000℃。上述方法是以(H2+CO)/(N2)=1.9的比率得到含氢气体的，它需要消耗大的能量以压缩过量的空气，且要损失部分烃原料，使之与过量空气中的氧气反应。本专利技术的目的是通过改变进行第二级蒸汽转化的条件的途径来提供制备含氢气体的方法，该方法可减少过程进行中的能耗，并在制备-->目标产品时在提供稳定的气体组分情况下可减少反应物的耗量。上述目的是通过提供制备含氢气体的方法来达到的，该方法包括：将烃原料与水蒸汽相混合，所得到混合物的预先蒸汽催化转化，第一级蒸汽催化转化以及后来的第二级蒸汽氧催化转化是在向其供应温度不高于900℃的含氧气体下进行的，并获得目标产品。将目标产品加入第一级转化以依靠其热量实现蒸汽转化过程，根据本专利技术，供给第二级转化的含氧气体在加热前与热媒介质相混合，其体积比为热媒∶氧＝0.5∶30.0。本专利技术的一个重要的方面是能减少含氧气体的消耗，因而也减少了制氧电能的消耗，同时也减少了在第二级气态氧转化阶段中要与含氧气体反应的烃的用量。与EP106076A的已知的方法相比较，本专利技术的方法的总能耗缩减0.6百焦耳/顿NH3。根据本专利技术，热媒用水蒸汽和/或二氧化碳为宜，这说明了其经济合理性，同时，二氧化碳有利于向形成一氧化碳的第二级转化的热力平衡的混合转化，并改善用于生产醇的目标产品的质量，其指标是H2/CO的比率。根据本专利技术，为了使第一级转化过程的温度条件保持稳定以及保证第二级转化中稳定性适宜，在与热媒混合前，将含氧气体总量的0.1-2.0%（体积）取出，并在将其加入第一级转化前与目标产品相混合。根据本专利技术，为了减少第二级转化中含氧气体的消耗及改善催化剂的利用率，较合理地是在初始温度为540-570℃下实施预蒸汽催化转化。本专利技术的进一步的目的和优点通过对制备含氢气体的方法以及实施该方法的具体实例的详细描述，将变得更明显。本专利技术的制备含氢气体的方法是以二级蒸汽氧催化转化的方法为-->基础的。本专利技术的方法中采用烃原料，例如甲烷、乙烷、丙烷和它们的混合物作为初始物料;在一般情况下，高级烃呈气体形式或液体状态。按照本专利技术的方法，上述的烃原料最好压缩至压力为10-100巴，且在温度为400℃下与水蒸汽以能保证(H2O)/(C)=2.5-4的比率相混合。在这种情况下，水蒸汽的温度最好为380℃。混合后所形成的蒸汽混合物的温度约为390℃。按照本专利技术，所得到的蒸汽混合物被加热至480-570℃的温度，较佳地是被加热到540-570℃，并在诸如镍或镍-钴催化剂存在下进行预蒸汽化转化。预蒸汽转化过程是绝热的，并依靠蒸汽混合物的物理热来实现，以获得氢气，同时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备含氢气体的方法，它包括将烃原料与水蒸汽相混合，该混合物的预蒸汽催化转化，第一级蒸汽催化转化和随后的第二级蒸汽氧催化转化是在向其提供温度不高于９００℃的含氧气体下进行的，并得到目标产品，将目标产品加入第一级转化，依靠目标产品的热量实施蒸汽转化过程，其特征在于加热前，将供给第二级转化的含氧气体与热媒相混合，其体积比为热媒∶氧＝０．５∶３０．０。

【技术特征摘要】
SU 1989-9-20 4736269;SU 1989-10-13 47454751、一种制备含氢气体的方法，它包括将烃原料与水蒸汽相混合，该混合物的预蒸汽催化转化，第一级蒸汽催化转化和随后的第二级蒸汽氧催化转化是在向其提供温度不高于900℃的含氧气体下进行的，并得到目标产品，将目标产品加入第一级转化，依靠目标产品的热量实施蒸汽转化过程...

【专利技术属性】
技术研发人员：米哈伊尔哈莫维奇索斯娜，柳博尼古拉耶芙娜尼基京娜，玛齐娜彼得罗芙娜希金娜，鲍里斯米哈罗维奇贡果，伊萨克叶菲莫维邦达尔，彼得维克托罗维奇帕西科，瓦西里瓦西里维奇霍德奈斯基，米哈伊尔瓦尔福洛米维奇克拉夫琴科，鲍里斯伊凡诺维奇皮赫顿尼克夫，
申请(专利权)人：国家科学生产研究院，
类型：发明
国别省市：SU[苏联]