一种重整制合成气的方法及反应器技术

一种重整制取合成气的方法，将原料气、氧气与水蒸汽混合，在０．１ＭＰａ～２ＭＰａ个压力条件下加热至１２５０－１４００℃，之后冷却至６５０－８５０℃，收集气体部分。用于实现上述方法的反应器，为一金属壳体构成，该反应器的顶部安装有单元烧嘴，该单元烧嘴通过一预混室连通氧气进口、水蒸气进口和原料气进口；反应器内侧的上段设有耐火内衬，构成转化反应段，对应该转化反应段的反应器外表面套设有表面水冷套；下段内侧设有金属内衬，该金属内衬与反应器的金属壳体之间设有冷却盘管，构成硫转化段；在转化反应段和硫转化段之间设有激冷烧嘴；反应器底部设有合成气出口。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种合成气的制备方法。 本专利技术还涉及实现上述方法的反应器。
技术介绍
富含Oi气的天然气、煤层气、焦炉煤气是主要气相资源。其用于生 产液态能源化工产品时，必须加以转化。转化方法可分为如下几类催化 蒸汽转化、催化部分氧化和非催化部分氧化法。1)催化蒸汽转化催化蒸汽转化法是指在镍、铑等催化剂作用下，通过CH^H20重整反 应，转化CH4成C0和H2的工艺。其主要反应如(l一4)式。 CH4+H20=C0+3H2 AH298^206.4kJ/mo1 (1)CH4+2H20=C02+4H2 AH298=165.4kJ/mol (2)其主要缺点是原料消耗高、能耗高、生产强度低、催化剂寿命短、容 易出现催化剂中毒和预热过程出现积炭等现象。 2)非催化部分氧化法焦炉煤气非催化部分氧化转化是一般热力学控制条件下的CH,转化反 应，随反应温度提高反应加速。例如，对水碳比为2的甲烷蒸汽混合气， 在70(TC和75CTC下反应6小时，干转化气中残余甲烷含量分别为86。/。和 72%，转化率仅达平衡转化率的3 8%，当温度升至950。C和1050。C下加热 2小时，甲垸转化率达平衡转化率的68%和86%。非催化部分氧化操作温度 达1300 150CTC时，CH,才能快速转化，过程才有工业化意义。非催化转化有如下特点(1)原料气要求宽松，焦炉气不需深度脱硫 净化，无催化剂中毒问题；(2)高温裂解把所有烷烃、烯烃及芳香化合物C0+H20=C02+H:CH4+C02=2C0+2H:AH298二247. 4kJ/mol △H298=-41. OkJ/mol都裂解转化成C和H2; (3)产品气中有碳黑生成，需净化系统等不足。甲烷的重整反应速度与温度相关。在镍、铑等催化剂存在的条件下，理论认为甲烷转化在950。C 105(TC完成，在115(TC 125(TC时有工业应 用意义。非催化剂的条件下，甲烷转化反应需在130(TC以上，才有工业应 用的价值。不论是催化转化还是非催化转化，合理布置反应场温度、建立 合理的反应温度场，是完成甲烷转化并提高热效率的核心。如果简单地提 高反应温度，会造成耗氧增加、热效率降低和由于材料原因产生的工业应 用成本增加等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种重整制合成气的方法。 本专利技术的又一目的在于提供一种用于实现上述方法的反应器。 为实现上述目的，本专利技术提供的重整制合成气的方法，是以富含甲烷 气的焦炉煤气、煤层气和天然气中的一种或几种为原料气，在非催化条件 下采用部分氧化法制备以氢、 一氧化碳为主要成分的合成气。富含甲垸气体转化制取合成气，是既有H2、又有CH4条件下，甲烷通 过重整反应转化为CO和H2的过程。CH厂H20、 CH厂C02重整反应有两种渠道， 即(1)在Ni系列催化剂条件下，在温度为(1150 96(TC)条件下转化。 (2)在不使用催化剂的条件下的转化，即在温度为(13ocrc以上)时实 现CH4重整转化。本专利技术依据甲烷转化反应特征，提出一种结构简单、不 使用催化剂、投资低、能耗低、操作稳定的方法和反应器。本专利技术的具体操作方法是，将原料气、氧气与水蒸汽混合后，在 0. lMPa 2Mpa个压力条件下加热至1250—1400。C，使原料气进行转化生 成合成气，通过冷却至650 — 850'C，收集气体部分。上述方法中，较理想的原料、氧气与水蒸汽的比例范围是多少。 本专利技术提供的用于实现上述方法的反应器，为一金属壳体构成，该反 应器的顶部安装有单元烧嘴，该单元烧嘴通过一预混室连通氧气进口、水 蒸气进口和原料气进口；单元烧嘴轴间距为单元烧嘴直径的2 10倍，由 此阵列排列的烧嘴单元组成整体烧嘴；反应器内侧的上段设有耐火内衬，构成转化反应段，对应该转化反应段的反应器外表面套设有表面水冷套；下段内侧设有金属内衬，该金属内 衬与反应器的金属壳体之间设有冷却盘管，构成硫转化段；在转化反应段 和硫转化段之间设有激冷烧嘴；反应器底部设有合成气出口。所述的反应器，其中，转化反应段的长径比为0.5 5。所述的反应器，其中，转化反应段的耐火内衬与金属壳体之间设有保温内衬。所述的反应器，其中，单元烧嘴由阵列式单元烧嘴组成，各单元烧嘴 呈等距离三角形、梅花形或六边形分布。所述的反应器，其中，烧嘴内部设有抗回火结构。所述的反应器，其中，单元烧嘴连接至火焰监控系统和温度监控系统。本专利技术具有如下优点-(1) 不使用任何催化剂，不产生催化剂中毒现象。(2) 装置简单，无内构件烧损现象。(3) 原料气不需要预热，热效率高，氧耗低。反应器内部平均温度 低于各种转化反应装置。(4) 两段反应器结构可以有效抑制不良副反应发生，提高产品气中 的有效气体成分含量。(5) 原料气要求宽松，不产生预热过程中由于焦油碳化造成的设备故障。(6) 在转化过程中同时完成原料气中硫向易于脱除形态的转化。(7) 总体工艺流程简单，省去了预热炉、饱和器等装置，设备投资 少、运行稳定。附图说明图1是本专利技术的反应器结构示意图。 具体实施例方式以下是对本专利技术的详细说明，不对本专利技术作任何限制。需要说明的是，本专利技术涉及的公知技术部分没有作详细，并且在附图中也没有标出，如控制烧嘴的燃烧控制系统以及烧嘴上设置的回火抑制装置等，均采用的公 知技术。另外，如前所述，本专利技术的原料气可以是焦炉煤气、煤层气和天 然气中的一种或几种，为便于叙述，以焦炉煤气为原料气进行说明。本领 域技术人员根据本实施例的描述，能够理解采用其它原料气也可以完成本 专利技术。本专利技术的反应是在O. lMPa 2Mpa个压力条件下进行的，原料气以合理 流速(具体流速是多少)进入反应器内部。少量(具体是多少)水蒸汽和 氧气同时进入反应器。本专利技术的反应器，是由金属壳体l构成柱形空间，该反应器的顶部安 装有单元烧嘴2，该单元烧嘴2通过一预混室3连通氧气进口4、水蒸气进口 5和原料气进口6，使进入反应器内的氧气、水蒸气和原料气混合。单元烧 嘴轴间距为单元烧嘴直径的2 10倍，单元烧嘴由阵列式单元烧嘴组成， 各单元烧嘴可以是呈等距离三角形、梅花形、六边形分布。烧嘴内部设有 抗回火结构(公知技术)；单元烧嘴由火焰监控系统和温度监控系统(公 知技术)。反应器内侧的上段设有由耐火材料制成的耐火内衬7，构成转化反应 段，转化反应段的长径比为0.5 5。单元烧嘴喷入的氧气、水蒸气和原料 气的混合气体在该转化反应段加热至1250 — 140(TC，完成甲烷转化，将原 料气转化生成合成气。为避免高温对反应器壳体的损坏和保持转化反应段 的转化温度，转化反应段的耐火内衬与金属壳体之间设有保温内衬8，在 对应转化反应段的反应器外表面套设有表面水冷套9，以通过冷水对反应 器壳体进行冷却保护。在转化反应段，氧化反应和还原反应同时发生，快速完成甲烷转化反应。由于本专利技术的反应系统具有O. lMPa 2Mpa个压力，原料气体在转化反 应段内完成甲垸转化后，进入反应器下段的硫转化段。在硫转化段通过激 冷抑制不利反应发生，并保证各种形态的硫完向成有利于脱除成分的转 化。在硫转化段内部温度为硫转化段温度为65(TC 85(rC。硫转化段的具体结构是下段的内侧设有金属内衬IO，该金属内衬10与 反应器的金属壳体之间设有冷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种重整制取合成气的方法，将原料气、氧气与水蒸汽混合，在０．１ＭＰａ～２Ｍｐａ个压力条件下加热至１２５０－１４００℃，之后冷却至６５０－８５０℃，收集气体部分；　所述的原料气体为焦炉煤气、煤层气和天然气中的一种或几种。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王强，
申请(专利权)人：上海一度生物技术有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]