组合的合成气体发生器制造技术

在各种系统和过程中，合成气体的生成可以进行组合。部分氧化反应器（ＰＯＸ）和气体对流加热蒸汽／碳氢化合物催化重整器（ＧＨＲ）可进行组合来生产合成气体。在某些实施形式中，部分氧化反应器、气体对流加热蒸汽／催化重整器以及余热锅炉可组合起来以生产合成气体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及组合的合成气体发生器。
技术介绍
目前，在生产含有一氧化碳和氢的合成气体时，对部分氧化反应器提供碳氢化合物供给以及氧气和可选择的蒸汽，随后，部分氧化反应器的产物和/或一部分的馈送流被供应到催化重整器。可供选择地是，可在单独的单元内回收热量用来提升蒸汽温度。高压和高温管道连接各种反应器，这些反应器还包括单独的基础或单独的支承结构。
技术实现思路
在各种实施方案中，可提供一种组合的合成气体发生系统。该组合的合成气体发生系统可包括二级反应器，该二级反应器包括部分氧化反应器和催化重整器。二级反应器可被构造成减少在生成合成气体的过程中所产生的气体之间的混合(例如最佳混合)几乎没有或可忽略的区域。在某些实施方案中，组合的合成气体发生系统可包括三级系统，该三级系统包括部分氧化反应器、催化气体重整器和余热锅炉。一个或多个实施方案的细节在以下的附图和描述中进行阐述。从描述和附图中将会明白到本专利技术其它的特征、目的和优点。附图说明图1示出示例的组合的合成气体发生系统。图2示出图1所示示例的组合的合成气体发生系统的一部分。图3示出图1所示示例的组合的合成气体发生系统的另一部分。图4示出使用图1所示的示例系统生产合成气体的过程。图5示出示例的组合的合成气体发生系统的一部分。图6示出图1、2和5所示示例的合成气体发生系统的剖视图。图7示出图1、2和5所示示例的合成气体发生系统的剖视图。各个附图中相同的附图标记表示相同的元件。具体实施例方式在各种实施方案中，处理馈送流以生产合成气体流(例如，该气体流包括氢和一氧化碳)。处理过的馈送流可包括各种含有甲烷的馈送流，例如天然气、碳氢化合物燃料、 诸如煤层气甲烷或沼气(例如，从物质厌氧腐烂而产生的气体流)之类的富含甲烷的气体。馈送流可包括液态或气态的碳氢化合物，诸如天然气和液化石油气和蒸馏物。组合的合成气体发生系统可集成部分氧化反应器(POX)和气体加热催化重整器 (GHR)(例如对流加热流/碳氢化合物催化重整器)，这样，由POX产生的合成气体与来自 GHR的合成气体混合。组合的气流可用来加热GHR(例如，由于POX和GHR产生的合成气体可具有足以加热进入GHR的馈送和/或进入GHR的蒸汽的温度，并可提供转化GHR内蒸汽和碳氢化合物馈送来产生合成气体所需的吸热性反应热)。可供选择的是，馈送到POX和 /或GHR的气体可包括(X)2气流，以在组合的合成气体发生系统内产生所要求的CO对H2之比。包括有合成气体的组合气流可在冷却状态下离开GHR的壳侧，并在余热锅炉 (WHB)内进一步冷却。在三级合成气体发生系统内，WHB可以是合成气体发生系统的一个集成级。在二级合成气体发生系统内，WHB可以是单独的发生器。来自离开GHR壳侧的组合流的热量可加热锅炉馈送水，以产生可被POX和/或GHR利用的蒸汽。该蒸汽可由WHB在足够高压力下产生，以使蒸汽与用于GHR和/或POX的碳氢化合物燃料混合。在某些实施形式中，生成的蒸汽和馈送流可用外部装置进一步预热。传统上，POX、GHR和WHB构造成三个单独单元，例如，由管道连接并位于支承结构内的单独的压力容器。总体的结构布置需要昂贵的内部隔热管道和/或高合金钢管道以及相关的支承件等。组合的合成气体发生系统可降低成本(例如，由于所使用的昂贵的管道更少，并由于可排除掉前述单独的单元之间的连接)，同时保持合成气体发生系统内所述的处理和运行、维护以及安全等的特性。用于部分氧化、自动热重整和可选的余热回收等的顺序操作的单一反应器单元的另一个特征是在内部产生蒸汽，从而合成气体流不必通过单元之间的任何连接管道即可流通复合单元。图1示出示例的合成气体发生系统100，而图2和3示出合成气体发生系统100的各部分。所示合成气体发生系统100是三级合成的气体发生系统，其中，POX级1、GHR级5 和WHB级14垂直地布置。若与传统的组合合成气体发生系统和/或传统的分离单元式气体发生系统相比，则垂直布置可减小组合的合成气体发生系统所需的占地面积。减小系统占地面积可使成本效率更高(例如减小对土地的要求)，允许系统定位在占地面积减小的环境中，和/或允许组合的合成气体发生系统(例如，与总的处理过程中的其它部件一起) 被加工成尺寸紧凑且重量最小的单一模块。如图所示，POX级1靠近合成气体发生系统100的底部定位。WHB级14靠近合成气体发生系统100的顶部定位，而GHR级5定位在WHB级和POX级之间。POX级1可包括 POX燃烧器组件2，该组件2包括馈送入口 3和另一入口 4。氧气流和/或蒸汽流可通过另一入口 4被提供给POX级1。燃烧器组件2的燃烧器可构造成阻止POX级1中混合几乎没有或可忽略的区域。例如，燃烧器可被构造成产生稳定的涡流。 混合空间6可驻留在POX级1上方且在GHR级5的管子7下方。混合空间6可包括足够大的空间，用于有效地混合燃烧器5产生的高温气体，和/或让诸如部分氧化和转移反应之类的高温反应的发生有足够的驻留时间。这可使具有所需的CO对H2之比的合成气体产生最大的产量，同时，使固体碳颗粒的产生量最小。管子7可至少部分地填充有催化剂，该催化剂适用于对通过GHR入口 19进入GHR级的馈送流的进行催化蒸汽重整。管子7 在冷端处固定到管板7’并且在热端处没有固定，以允许在运行温度下的热膨胀不受限制。GHR级5的管子7可包括约束装置9(例如出口喷嘴)以提高气体排出速度。提高气体排出速度可促进POX和GHR的产物气体流之间的良好混合。也可通过在组合的气体流动流(例如来自GHR级5的管子7和POX级1的组合气体)中布置孔板8来促进混合。孔板8位于 GHR管子7的出口喷嘴9上方。颗粒层(例如图5中的颗粒层560)可包括固体颗粒，或者， 固体形成的小丸560可放置在孔板上方。这些颗粒或小丸可包括诸如氧化铝或硅石之类的惰性材料，或能够耐受运行温度的其它惰性材料。颗粒或小丸可过滤掉POX反应器内产生的至少一部分的碳颗粒，以防止过多地带到GHR反应器。被捕获在这些颗粒或小丸表面上的碳将快速地与组合的合成气体流中存在的多余蒸汽反应(例如，在大于1000°C的运行温度下)，这种对所沉淀的固体碳的连续除去将阻止因固体碳的缘故而引起的堵塞。在某些实施方式中，颗粒或小丸可包括催化剂，例如促进水煤气转移反应的催化剂。参见化学式(1)。 该方程建立起对平衡的一种逼近，该平衡允许在高温条件下通过与氢的放热反应将合成气体流中存在的部分二氧化碳转换为一氧化碳。这还可降低合成气体的温度。C02+H2 = C0+H20 (化学式(1))GHR级5的管子7可连接到(例如附连到)管板7’。该管板V可支承在一支承环10上，该支承环连接到(例如焊接到)POX级1和GHR级5的壳体。GHR管板V在支承环10上的位置可通过连接构件21 (例如销、螺栓等)来保持。GHR馈送流可包括蒸汽和一部分碳氢化合物馈送和/或C02，该GHR馈送流可通过 GHR入口 19流入GHR级5内。该GHR入口可包括柔性部分对，从而例如在该单元处于其运行温度时用来补偿热膨胀。GHR级5可包括靠近其顶部的集管盖20。该集管盖20可使用连接构件22 (例如销、螺栓等)偏心地连接到GHR级5的顶部法兰，从而它盖住管板V的顶部(至少一部分)并本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种生产至少含有氢和一氧化碳的合成气体的系统，其包括：部分氧化反应器（ＰＯＸ），该部分氧化反应器使碳氢化合物馈送流的第一部分与氧化气体进行放热反应，以生成放热产生的合成气体产物，该氧化气体包括在第一反应器内的分子氧和可选的蒸汽和二氧化碳，其中，馈送流包括甲烷；邻近于ＰＯＸ定位的气体加热重整器（ＧＨＲ），其在热交换重整器内的催化剂上，用蒸汽和可选的二氧化碳吸热地重整碳氢化合物馈送流的第二部分，以生成吸热重整的合成气体产物，其中，生成吸热重整的合成气体产物所用的热量从冷却来自ＰＯＸ和ＧＨＲ的组合的合成气体产物流所释放出的热量得到；邻近于ＧＨＲ定位的余热锅炉（ＷＨＢ），该余热锅炉使用冷却来自ＧＨＲ的组合的合成气体流所释放出的热量来生成蒸汽；以及其中，ＰＯＸ、ＧＨＲ和ＷＨＢ被包含在单一压力容器内，该单一压力容器独立于ＰＯＸ、ＧＨＲ和ＷＨＢ之间的管道，并具有来自于ＰＯＸ的合成气体和来自于ＧＨＲ的合成气体之间的内部混合，以产生流过ＧＨＲ管子的组合的合成气体流，为吸热重整反应提供热量，并使组合的合成气体流出ＧＨＲ壳侧而进入ＷＨＢ以提供产生蒸汽的热量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·J·阿拉姆，
申请(专利权)人：GTL汽油有限公司，
类型：发明
国别省市：US