轴向对流重整装置及在其中产生合成气的蒸汽重整方法制造方法及图纸

公开了一种蒸汽／烃重整装置，其使用常规的辐射加热的第一重整段和烟道气加热的第二重整段。第二重整段包括用于部分重整烃物流的含催化剂的管。在第二重整段中的含催化剂的管被置于用于传送来自第一重整段的烟道气的管道中，从而从烟道气接受热量。烟道气与在第二重整段中的含催化剂的管内的工艺气体的流动同向或反向。来自第二重整段的部分重整的烃物流进料到第一重整段中的含催化剂的管，从而产生富氢的合成气。

【技术实现步骤摘要】
轴向对流重整装置
本专利技术涉及蒸汽-烃重整装置，更具体地说涉及在蒸汽-烃重整装置的设计中使用第二重整段。
技术介绍
对于制氢工厂、甲醇工厂、合成氨工厂等，广泛使用蒸汽-烃重整来生产合成气。合成气在本文中定义为包括氢和一氧化碳的气体。一般地，在点燃的重整装置中在高温下通过蒸汽/烃混合物的重整来产生氢和合成气。这种重整装置包含装有催化剂的管，其在高压将进料传送通过炉，在此进料被加热并反应而生成合成气产物。在接近环境压力下在重整装置管外通过使燃料与空气燃烧而加热炉。要求高温以获得优良的转化率。通过使用在烟道气和产物(其离开点燃的重整装置)中所含的废热来提高效率。这种废热通常用来预热进料并且生成用于该过程和用于蒸汽输出的蒸汽。生成了大量的输出蒸汽并且必须将其用于高效的过程。尽管蒸汽是一种有用副产品，但可能难以找到蒸汽的消费者，或者将其送至终端用户，可能产生大量的费用。此外，由于大量的燃料燃烧而生成蒸汽，生成每单位氢或合成气的燃料用量和二氧化碳排放量是高的。新型重整装置使用其它方法来利用来自重整装置的废热以减少燃料用量、输出蒸汽的量和排放二氧化碳的量。特别是，在炉中燃烧前，可以加热空气和/或燃料。此外，蒸汽/烃进料可以分别地或者结合在一起加热至较高的温度。这些方法减少了生产一定量的合成气所需的燃料的量。然而，由于温度提高，建造材料变得昂贵或得不到，并且进料和燃料能够被预热至的温度由于高温下烃的裂解倾向(形成结垢和堵塞交换器的固体炭)而被限制。为了克服这些限制，工业上开发了通过重整回收废热的特殊设计。这些方法中最普遍的作法是绝热的预重整装置，其中进料首先被预热，然后送往填充特殊的预重整装置催化剂的绝热容器中。气体部分重整(转化为氢和一氧化碳)，其降低了温度，这是由于反应的吸热性-->质。这种气体然后逆着来自点燃的重整装置的烟道气物流被进一步地加热，并然后被引入到点燃的重整装置中的管以获得期望的出口条件。预重整减小了主重整装置的尺寸，因为部分负荷在绝热反应器中完成。其还减少了燃料、输出蒸汽和二氧化碳排放的量，因为该部分重整用废热完成。预重整装置可以与上述其它方法结合而进一步提高合成气生成的效率。绝热的预重整装置的主要的缺点是所需要的特殊的催化剂。其具有高镍含量以在较低温度下获得优良的活性，并且往往对蒸汽敏感。蒸汽敏感性需要在启动和停工期间特殊的操作方法以防损害催化剂。绝热的重整装置还在其可以获得的转化数量方面受到限制，对于天然气原料一般地为15％。这是因为重整轻质原料是吸热的(重整气体在绝热反应器中冷却)，从而自动限制了可能发生的重整的数量。不考虑所提供的为提高合成气的生成效率而使用的其它设备，点燃的重整装置是工厂中主要的成本项目。常规重整炉辐射段中的管通常用催化剂如氧化铝载体上的镍填充。必须小心操作以将在催化剂上的积炭以及在所供应到管的进料物流中引入使催化剂中毒的杂质降到最低。在气体中存在足够的氢以抑制积炭前，积炭一般在热原料进入管时出现。在管入口处使用不同的催化剂如小直径催化剂或钾促催化剂以减小积炭的可能。如果催化剂毒物被进料到管中，在管入口处催化剂此外对失活是更敏感的。通过将负荷转移到预重整反应器，预重整降低了点燃的重整装置的成本。然而，存在额外的好处。特别是，当在高温下运转时，比甲烷更高级的烃在催化剂上具有更大的积炭倾向。这限制了可对重整装置所设计的热通量，并且其被期待以在催化剂更迭期间长时间运转。在预重整装置中预重整使比甲烷更重的烃转化并且保留了催化剂毒物，这使得主重整装置被设计成更高的热通量，产生更小的更廉价的重整装置。已经建议各种方法，包括用来自烟道气的废热加热预重整装置。这些先前的方法缺乏所需的柔性以独立优化多个重整阶段。获得一种多个重整阶段可独立优化的设备和方法将会是有用的，这样拥有了更高的效率、更低的投资成本并减少维护。相关专利包括美国专利No.3094391(Mader)、-->No.6818028(Barnett等人)和No.4959079(Grotz等人)。
技术实现思路
本专利技术涉及用于产生合成气的蒸汽/烃重整装置。该重整装置包括第一重整段，其具有多个至少部分配置在燃烧室内的含催化剂的管。该室具有第一端壁和相对于第一端壁的第二端壁。重整装置的第一端壁可以是上端壁而第二端壁可以是下端壁。至少一个燃烧器连接到第一端壁而至少一个出口位于第二端壁中或者邻近第二端壁。重整装置进一步包括第二重整段，其具有多个至少部分配置在管道内的含催化剂的管。该管道具有入口和出口，所述入口用于接受至少一部分来自燃烧室的烟道气。第二重整段的含催化剂的管产生含氢的、部分重整的烃物流，其被进料到第一重整段的含催化剂的管。各个第二重整段的含催化剂的管都具有纵轴，其基本上与管道的纵轴平行。第一重整段中的含催化剂的管可以基本上垂直。第二重整段中的含催化剂的管可以基本上垂直。第二重整段中的含催化剂的管的长度可以是第一重整段中的含催化剂的管的长度的至少75％。第二重整段中的含催化剂的管的数量可小于第一重整段中的含催化剂的管的数量。重整装置可以包含收集歧管，其用于接受来自第二重整段的含催化剂的管的部分重整的烃物流。重整装置可以进一步包含分配歧管，其用于接受来自收集歧管的部分重整的烃物流。分配歧管可以向第一重整段中的含催化剂的管进料。第一重整段中一个或多个的含催化剂的管可以包含内管，该内管不包含催化剂并且至少部分被配置在第一重整段中一个或多个的含催化剂的管内。第二重整段中一个或多个的含催化剂的管可以包含内管，该内管不包含催化剂并且至少部分被配置在第二重整段中一个或多个的含催化剂的管内。本专利技术还涉及用于产生合成气的蒸汽重整方法。该蒸汽重整方法包括从燃烧室的第一端引入燃料和氧化剂并且在其中使燃料和氧化剂反应，从而形成烟道气，从相对该室的第一端的端部的出口取出烟道气，将来自该室的烟道气引入到管道的第一端，并且从管道的第二端取出烟道气。蒸汽重整方法进一步包括将进料物流引入到至少部分配置在管道内的含催化剂的管中，所述进料物流包括烃和蒸汽，通过使烟道气沿与进料物流流动同向或反向的流动方向通过管道中的含催化剂的-->管而传递热量，使进料物流在与该管道相关的含催化剂的管内反应而形成含氢的、部分重整的烃物流，将至少一部分部分重整的烃物流分配入用于重整该部分重整的烃物流的、至少部分被配置在该室中的含催化剂的管以形成富氢的合成气，和从与该室相关的含催化剂的管取出富氢的合成气。进料物流中20％-70％或20％-50％的烃可在与该管道相关的含催化剂的管中被转化。蒸汽重整方法也可包括混合来自一个或多个与该管道相关的含催化剂的管的含氢的、部分重整的烃物流，然后分配到与该室相关的所含的催化剂。蒸汽重整方法也可包括通过使富氢的合成气在至少一个含催化剂的管之内的内管中通过而从富氢的合成气中传递热量。本专利技术增加了氢和合成气生产的效率。这降低了生成每单位氢或合成气的燃料需求和二氧化碳排放量。当副产蒸汽价值低时，本专利技术特别有价值，因为通过实施本专利技术，输出蒸汽的量被减小到较少的量。本专利技术还使得减少重整装置的燃烧辐射段的尺寸25-30％。附图说明图1是本专利技术实施方案的示意图，其举例说明被加热的第二重整段，其中在含催化剂的管中的工艺气体的流动与烟道气同向。图2是本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于产生合成气的蒸汽重整设备，其包括：第一重整段，其包括具有第一端壁和相对于所述第一端壁的第二端壁的室、至少一个连接到第一端壁的燃烧器、至少一个在第二端壁中的出口或邻近第二端壁的出口、和用于接受含氢的、部分重整的烃物流的第一多个 含催化剂的管，其中至少一部分所述第一多个含催化剂的管被置于所述室之内；包括管道的第二重整段，所述管道具有入口，其与第一重整段的至少一个出口流体连通，以及出口和纵轴，所述第二重整段进一步包括用于产生所述含氢的、部分重整的烃物流的第二多 个含催化剂的管，其中至少一部分所述第二多个含催化剂的管被置于所述第二重整段管道之内，各个所述第二多个含催化剂的管具有基本上与所述第二重整段管道的所述纵轴平行的纵轴。

【技术特征摘要】
US 2005-6-14 11/1530251.一种用于产生合成气的蒸汽重整设备，其包括：第一重整段，其包括具有第一端壁和相对于所述第一端壁的第二端壁的室、至少一个连接到第一端壁的燃烧器、至少一个在第二端壁中的出口或邻近第二端壁的出口、和用于接受含氢的、部分重整的烃物流的第一多个含催化剂的管，其中至少一部分所述第一多个含催化剂的管被置于所述室之内；包括管道的第二重整段，所述管道具有入口，其与第一重整段的至少一个出口流体连通，以及出口和纵轴，所述第二重整段进一步包括用于产生所述含氢的、部分重整的烃物流的第二多个含催化剂的管，其中至少一部分所述第二多个含催化剂的管被置于所述第二重整段管道之内，各个所述第二多个含催化剂的管具有基本上与所述第二重整段管道的所述纵轴平行的纵轴。2.权利要求1的蒸汽重整设备，其中第一端壁是上端壁而第二端壁是下端壁。3.权利要求1的蒸汽重整设备，其中第二多个含催化剂的管的长度是第一多个含催化剂的管的长度的至少75％。4.权利要求1的蒸汽重整设备，其中第一多个含催化剂的管基本上垂直。5.权利要求1的蒸汽重整设备，其中第二多个含催化剂的管基本上垂直。6.权利要求1的蒸汽重整设备，其中所述第二多个含催化剂的管的数量小于所述第一多个含催化剂的管的数量。7.权利要求1的蒸汽重整设备，进一步包括收集歧管，其中第二多个含催化剂的管与所述收集歧管流体连通。8.权利要求7的蒸汽重整设备，进一步包括分配歧管，所述分配歧管具有与所述收集歧管流体连通的入口和与所述第一多个含催化剂的管流体连通的多个出口。9.权利要求1的蒸汽重整设备，其中至少一个所述第一多个含催化剂的管包括不包含催化剂的内管，其中至少一部分所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：WR李彻特，
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]