用于操作重整炉的方法和重整设备技术

一种用于含碳氢化合物的输入材料的蒸汽重整的方法，其中烟道气的一部分在离开重整器炉的废热部之后并在进入烟道气处置系统之前分支并被引导回重整器炉。借助于改变回送的烟道气的比例，向外部负载排出的输出流的量可在宽的范围上改变。这样，输出蒸汽的量即使在重整器的部分负载操作期间也能保持恒定。替代地，在重整器的满负载操作期间，借助于回送的烟道气质量流的合适变化，输出蒸汽的量的降低或进一步的提高是可能的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于操作重整炉的方法，使得所述重整炉允许相对于作为碳氢化合物的蒸汽重整的二次产物获得的产品蒸汽的最佳灵活性。本专利技术此外涉及用于实施根据本专利技术的方法的设备。
技术介绍
借助于蒸汽，碳氢化合物可被催化地转变成合成气，即氢(H2)与一氧化碳(CO)的混合物。如在 Ullmann 的エ业化学百科全书(Encyclopedia of Industrial Chemistry)(第六版，1998年电子版，关键词“气体产品”)中，该所谓的蒸汽重整是用于合成气的生产的最频繁使用的方法，所述合成气随后可被转变成诸如甲醇或氨的更重要的基本化学制品。尽管可转变诸如石脑油、液化气体或精炼气体的不同的碳氢化合物，但用含甲烷天然气的蒸汽重整是占统治地位的。天然气的蒸汽重整是强吸热的。因此,所述蒸汽重整在重整炉中实施,在所述重整炉中，许多含催化剂的重整炉管并联布置，并且在所述重整炉中，蒸汽重整反应发生。重整炉的外壁镶有或设有经得起一直到1200°C的温度的多层耐火材料。重整炉管通常借助于安装在重整炉的上表面或下表面上并直接点燃(fire)重整炉管之间的空间的燃烧器点燃。到重整炉管的传热通过热烟道气的热辐射和对流热传输实现。在由热交換器或火焰加热器预热至大约500°C之后，碳氢化合物蒸汽混合物在最终加热至大约500°C至800°C之后进入重整炉管，并在那里于重整催化剂处被转变，以获得一氧化碳和氢。广泛地使用了镍基重整催化剂。当高级碳氢化合物被完全转变成一氧化碳和氢的同时，通常在甲烷的情况下实现部分转化。产品气的成分由反应平衡决定；除ー氧化碳与氢之外，产品气因此还包含未转变的甲烷与蒸汽。在离开重整炉之后，热的合成气的产品气在ー个或多个热交換器中通过与水流的间接热交換被冷却。水流被蒸发，并且可作为高压蒸汽被释放至在重整设备的内部和外部的负载。在上述情形下，释放的蒸汽流称为输出蒸汽。在热烟道气的冷却时，还获得同样可作为输出蒸汽被释放的高压蒸汽。部分冷却的合成气产品气随后经历依赖于所期望的产品的类型或随后的过程的进ー步的调节步骤。以有效的方式，蒸汽重整设备因此产生两种主要产品，即合成气与可能由多部分蒸汽流组成的产品蒸汽流，所述产品蒸汽流全部地或部分地作为输出蒸汽被释放。消耗合成气产品的负载(例如氢产生、氧化合成、CO的产生)通常与消耗输出蒸汽的负载不一祥。不利的是，由于两种产品合成气与产品蒸汽的生产率彼此耦合并且输出蒸汽的生产率仅可在非常小的程度适应，所以在合成气生产与输出蒸汽的消耗之间可出现差异。具体地，在蒸汽重整器的部分负载操作下，可能无法维持向外部负载发送的输出蒸汽量。此外，例如在设备停止的情况下或者在消耗设备的部分负载操作下，临时降低要释放的输出蒸汽量可能是合乎需要的。在现有技术中，因此已描述了用于甲烷的蒸汽重整的方法，在该方法中，所述方法试图实现输出的蒸汽生产与合成气生产的分开。欧洲专利申请EP 2103568A2例如描述了用于甲烷的蒸汽重整的方法，在所述方法中，实质上不向外部负载释放输出蒸汽。上述情形以如下方式实现一方面，实质上在重整过程本身中消耗所产生的全部蒸汽。另ー方面，例如以如下方式使蒸汽产生最小借助于富氧空气在重整器炉中燃烧燃料，由此降低可用于与水/蒸汽流的间接热交换的热燃烧废气的质量流。此外，提出使用通过与热合成气产品气或热燃烧废气的间接热交换传送的热量，用于使随后用于在蒸汽涡轮中的能量产生的蒸汽流过热。由此获得的能量继而可用于氧产生或燃烧空气的富氧。在此不利的是昂贵的设备构思。在专利说明书EP 2103569A2中采用了用于类似的使蒸汽输出最小的方法。除重整器内产生的蒸汽基本完全的消耗之外，冷却的合成气产品气被供应至将ニ氧化碳分开的变压吸附。变压吸附的富氢并因此具有増加的热值的获得的产品气被部分地再循环至重整器炉，并在那里用作燃料。由于以高成本产生的贵重产品氢仅用热的方法被燃烧利用，所以上述情形是不利的。在碳氢化合物工程(HydrocarbonEngineering) (2001), 6 (8), pp. 47-50 中，Grant等描述了ー种用于氢生产的新颖的蒸汽重整设备以及关于要观察的环境要求与装配场地的限制而在所述新颖的蒸汽重整装置的构造中出现的问题。声明的是，通过采用与预重整器单元结合的新颖类型的重整器，例如能实现输出蒸汽流的降低。然而，在现有技术中到目前为止没有考虑相反的情况，在所述相反的情况中，稳定的高输出蒸汽量在蒸汽重整器的可变负载状态或部分负载操作的情况下同样变得可能。然而，尤其地，该操作模式在集成的エ业综合设备中是相关的，在所述集成的エ业综合设备中，蒸汽重整器被嵌入在消耗输出蒸汽的多个相邻的设备中。在此，输出蒸汽的稳定释放对于整个过程的经济性非常重要。由于上述不利，所以还存在对替代性方法的需求，在所述替代性方法中，即使在重整器的满负载操作下，也能至少临时地降低所释放的输出蒸汽量。最后，本专利技术提供ー种方法，在所述方法中，即使重整器已在满负载操作下操作，也能进ー步増加所释放的输出蒸汽量。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种用于蒸汽重整碳氢化合物给料的方法，在所述方法中，两种产品合成气与输出蒸汽的生产率彼此分开。具体地，本专利技术应形成ー种方法，通过所述方法，即使在蒸汽重整的部分负载操作下，也能提供全输出蒸汽量。本专利技术的替代性目的是提供ー种方法，采用所述方法，在重整器的满负载操作下，能降低或进ー步提高所释放的输出蒸汽量。根据本专利技术的目的的解决方案大致可从权利要求I至3的特征部分与相应的前序部分的特征相结合得到。可从从属权利要求理解本专利技术另外的有利方面。通过重整器炉的燃烧器中的燃烧器给料的燃烧获得的烟道气的一部分再循环至燃烧器在碳氢化合物的蒸汽重整中是本身已知的措施。在德国公开DE 2513499A中，例如，提出了一种新颖的重整器炉，在所述重整器炉中，到重整器管的热传输仅通过对流实现并且仅较小部分通过热辐射实现。除其他结构措施之外，上述情形以如下方式实现烟道气的 一部分在可选择的再压缩之后被再循环至炉，与燃料和燃烧空气混合，并被再循环至燃烧器。烟道气到燃烧的部分再循环此外在燃烧发电技术中是已知的措施，其中，所述烟道气到燃烧的部分再循环用于降低CO与氧化氮的排放。已发现的是，当烟道气再循环流的大小可调整并且与蒸汽重整器的合成气生产能力相关时，烟道气的一部分的再循环令人惊讶地导致根据本专利技术的目的的解决方法。合成气生产能力被理解为合成气产品气的质量流。根据本专利技术，再循环烟道气的质量流例如在重整器的部分负载操作下可随着降低合成气产品气的质量流而提高，使得通过提高第二部分蒸汽流，获得恒定或近似恒定的产品蒸汽流。根据本专利技术，另ー方面，再循环烟道气的质量流可随着合成气产品气的恒定的质量流而降低，使得通过降低第二部分蒸汽流，获得降低的产品蒸汽流。在本专利技术的替代性方面中，最終提供的是，再循环烟道气的质量流随着合成气产品气的恒定的质量流而提高，使得通过提高第二部分蒸汽流，获得提高的产品蒸汽流。 通过描述的本专利技术的方面，输出蒸汽生产与合成气生产分开，这提供所释放的蒸汽量的最佳灵活性。当蒸汽重整器在部分负载下操作时，合成气产品气与第一部分蒸汽流的质量流同正常操作比较起来降低，所述第一部分蒸汽流通过与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.12.16 DE 102009058687.3;2010.05.12 DE 10201001.一种通过在蒸汽重整器中对碳氢化合物给料进行催化蒸汽重整来生产合成气产品气和至少ー个产品蒸汽流的方法，所述蒸汽重整器具有所述合成气产品气的可变生产能力，其中所述蒸汽重整器包括多根含催化剂的重整器管和重整器炉，所述重整器炉具有用于点燃所述重整器管的燃烧器，其中热的合成气产品气流以形成冷却的合成气产品气流与第一部分蒸汽流的方式通过相对于水流的间接热交換在至少ー个热交換器中被冷却，其中所述第一部分蒸汽流供应至所述产品蒸汽流，以及 其中所述重整炉的操作包括以下步骤 (a)以形成燃烧器给料的方式将燃料、燃烧空气和至少ー个烟道气再循环流供应至所述重整器炉， (b)以形成热的烟道气流的方式在所述燃烧器中燃烧所述燃烧器给料， (C)以形成冷却的烟道气流与被供应至所述产品蒸汽流的第二部分蒸汽流的方式通过相对于水流的间接热交換在至少ー个热交換器中冷却所述热的烟道气流， (d)将冷却的烟道气流分成烟道气废气流与至少ー个烟道气再循环流，其中所述烟道气再循环流被再循环至步骤(a)， 其特征在于，再循环的烟道气的质量流随着减少所述合成气产品气的质量流而增加，使得通过增加所述第二部分蒸汽流获得恒定或近似恒定的产品蒸汽流。2.一种通过在蒸汽重整器中对碳氢化合物给料进行催化蒸汽重整来生产合成气产品气和至少ー个产品蒸汽流的方法，其中所述蒸汽重整器包括多根含催化剂的重整器管和重整器炉，所述重整器炉具有用于点燃所述重整器管的燃烧器，其中热的合成气产品气流以形成冷却的合成气产品气流与第一部分蒸汽流的方式通过相对于水流的间接热交換在至少ー个热交換器中被冷却，其中所述第一部分蒸汽流供应至所述产品蒸汽流，以及 其中所述重整炉的操作包括以下步骤 (a)以形成燃烧器给料的方式将燃料、燃烧空气和至少ー个烟道气再循环流供应至所述重整器炉， (b)以形成热的烟道气流的方式在所述燃烧器中燃烧所述燃烧器给料， (C)以形成冷却的烟道气流与被供应至所述产品蒸汽流的第二部分蒸汽流的方式通过相对于水流的间接热交換在至少ー个热交換器中冷却所述热的烟道气流， (d)将冷却的烟道气流分成烟道气废气流与至少ー个烟道气再循环流，其中所述烟道气再循环流被再循环至步骤(a)， 其特征在于，再循环的烟道气的质量流随着所述合成气产品气的恒定的质量流而减少，使得通过减少所述第二部分蒸汽流获得減少的产品蒸汽流。3.—种通过在蒸汽重整器中对碳氢化合物给...

【专利技术属性】
技术研发人员：贝恩德·波尔斯特，亚历山大·勒施，马修·谢弗，迪特尔·乌尔伯，乌尔里希·沃尔夫，
申请(专利权)人：鲁奇有限责任公司，
类型：发明
国别省市：