CN101049908A - 重整装置和合成气产生方法 - Google Patents

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Abstract

燃料重整装置和方法，包括：第一和第二部分氧化区域；和分别包含第一和第二催化剂的第一和第二催化区域。第一催化区域与第一和第二部分氧化区域流体连通。第二催化区域与第二部分氧化区域流体连通。第一部分氧化区域具有适合于用至少一部分第一氧化剂流部分氧化至少一部分第一级燃料进料的至少一个燃烧器。第二部分氧化区域具有适合于用至少一部分第二氧化剂流或其它氧化剂流部分氧化至少一部分第二级燃料进料或其它燃料的另外进料的至少一个其它燃烧器。

Description

重整装置和合成气产生方法
                      技术领域
本发明一般涉及燃料的重整，特别涉及用于产生含氢气和碳氧化物的气体如甲醇合成气体(“合成气”)的自热重整方法和装置，包括但不限于合成气的大规模生产。
                      背景技术
图1图示了典型的直立式填料床自热重整器10。烃进料24在加热器34中被预热。预热的烃流然后可在独立的单元操作(未示出)中脱硫。预热的烃流与一部分蒸汽进料32混合。预热的混合物与氧化剂进料26在单个燃烧器28内结合。氧化剂进料(通常是氧气、空气或其组合)在加热器36内被预热。预热的氧化剂混合物与一部分蒸汽进料32混合或可在预热器前加入蒸汽。蒸汽和氧化剂混合物与预热的烃混合物在单个燃烧器28内混合。在自热重整器18内形成部分氧化(POX)区域22。部分氧化(POX)为烃与氧化剂(例如氧气或空气)产生CO和H2(其它产物包括H2O和CO2)的非催化亚化学计量燃烧。POX区域中部分氧化的流遇到目标砖系统14并进入填充催化剂床12。在填充催化剂床内发生蒸汽甲烷重整和水煤气变换反应。流出气体进入床拱座16并作为热合成气流38离开重整器。热合成气流可在工艺废热锅炉42中被冷却。合成气流38然后可按照需要被进一步加工。
EP0936183 A2和US5628931(Lednor)中公开了典型的自热重整器。
存在与如图1所示的常规自热重整器10中填充催化剂床12的使用有关的几个问题。首先，填充催化剂床12会引起相当大的压降，尤其对于增加的工艺流程/延伸部分。其次，常规自热重整器/二段转化炉设计基于来自单个燃烧器28的高放热(在POX区域中)并要求用于直立式容器18的重防火装置。由于来自单个燃烧器的高速射流，催化剂床需要目标砖系统14进行保护。通常，目标砖系统的失效都导致填充床催化剂床的磨耗。而且，单燃烧器设计强制全部热都在单一紧凑POX区域中被释放，这导致高的峰值火焰温度。另外，POX区域中高的速度(少的停留时间)会增加烟炱形成和催化剂降解。这种侵蚀性操作条件需要额外的蒸汽注入、重质进料的预先重整等来考虑可靠操作，所有这些都导致较高的资本和操作成本。
如下面所述，现有技术公开了能减少与在常规自热重整中使用填充催化剂床有关的一些问题的各种设计和改进。但是，仍需要对所提出问题的更全面的解决方案。
美国专利No.4618451(Gent)中公开了在燃气轮机电厂的燃烧室内使用整体结构在催化剂区域前利用一些燃料/氧化剂分段产生合成气。该专利公开了一种自热重整器，其中在涡轮机内结合了适用于甲醇合成的产物气体。
美国专利No.5632787(Boucot)中公开了具有较小POX室然后是重整催化剂床的设备，具有补充的氧化剂和燃料插入。一种构造为横向布置，下流自热重整器后是上流段，然后是另一下流催化剂床，然后是附加的上流和下流段。在后面的下流段中可进行附加的燃烧。
EP0312754 B1公开了水平式自热重整器，其使用垂直催化剂段。
涉及自热重整器内的整体结构的其它专利包括改进的喷射器或催化部分氧化。催化部分氧化(CPOX)涉及烃与氧化剂在催化剂上在比非催化部分氧化低的温度下的部分燃烧。因此，CPOX反应过程与POX明显不同。
美国专利No.5980596(Hershkowitz)中公开了当与喷射器一起使用时在自热重整器内使用蒸汽重整催化整体结构。美国专利No.4863707(McShea，III)中公开了蒸汽重整整体结构与CPOX整体结构一起用于氨生产。EP206535 B1中公开了整体结构二段转化炉(monolith secondary reformer)。
美国专利No.6059995(Topsoe)中公开了利用O2分段进行重整，美国专利申请公开No.2003/0200699 A1中公开了分段的空气自热重整器。EP0842894 B1中公开了利用O2分段的烃CPOX。
美国专利No.6911193(Allison)公开了分段的O2和原料用于CPOX区域然后是蒸汽甲烷重整(SMR)区域。Chemical Engineering，2003年9月，17页上的文章公开了分段O2用于CPOX和SMR催化剂的混合物。
希望具有能消除限制单一自热重整器合成气生产量的约束的燃料重整装置和方法，其中约束包括：单燃烧器设计，垂直流构造，和对输送管线的需要。
还希望具有能使重整器合成气产量增加同时减少碳形成问题的燃料重整装置和方法。
还希望具有对工艺流和氧化剂的要求比常规自热重整器的这些要求低的燃料重整装置和方法。
还希望具有能比现有技术的自热重整器具有更均匀的热分布并允许在较高的平衡温度下操作而导致合成气产物中较高的CO和较高的合成气体积的燃料重整装置和方法。
还希望具有能减小具有下游热回收设备的重整器的集成复杂性并消除对昂贵输送管线或上游管式重整器中所需提升管的需要的燃料重整装置和方法。
还希望具有比常规自热重整器工艺具有高的重整效率、控制H2/CO比的额外灵活性和更好的可靠性的燃料重整装置和方法。
还希望具有能减少所需的总蒸汽注入要求以降低碳形成风险的燃料重整装置和方法。
还希望具有能获得比常规自热重整器和方法的流出合成气温度高的流出合成气温度的燃料重整装置和方法，高的流出合成气温度导致较高的一氧化碳产量(合成气中较低的H2/CO比)。
还希望具有能允许水平和上流(垂直)两种构造的燃料重整装置和方法。
还希望具有能允许使用可在比常规单燃烧器少的苛刻条件下操作的多个燃烧器(每个不如单燃烧器复杂)的燃料重整装置和方法。
还希望具有能消除对如常规自热重整器中通常使用的目标砖系统的需要的燃料重整装置和方法。
还希望具有能比常规自热重整器和方法操作更有效率并具有比常规自热重整器和方法低的资本和操作费用的燃料重整装置和方法。
还希望具有能提供比现有技术好的性能并还克服现有技术的多种困难和缺点以提供更好和更有利结果的燃料重整装置和方法。
                      发明内容
本发明为燃料重整装置和方法。存在本发明的多种实施方案和这些实施方案的多种变化。
装置的第一种实施方案包括四个单元。第一单元为第一部分氧化区域，其具有适合于在第一部分氧化区域中用至少一部分第一氧化剂流部分氧化至少一部分第一级燃料进料的至少一个燃烧器，由此形成第一部分氧化流出物。第二单元为第一催化区域，其包含第一催化剂并与第一部分氧化区域流体连通，且适合于接受至少一部分第一部分氧化流出物，其在第一催化区域中反应形成第一级流出物。第三单元为第二部分氧化区域，其与第一催化区域流体连通并适合于接受至少一部分第一级流出物。第二部分氧化区域具有适合于在第二部分氧化区域中用至少一部分第二氧化剂流或其它氧化剂流部分氧化至少一部分第二级燃料进料或其它燃料的另外进料的至少一个其它燃烧器，由此形成第二部分氧化流出物。第四单元为第二催化区域，其包含第二催化剂并与第二部分氧化区域流体连通，且适合于接受至少一部分第二部分氧化流出物，其在第二催化区域中反应形成第二级流出物。
装置的第二种实施方案类似于第一种实施方案，但包括附加单元。附加单元为用于合并至少一种缓和剂的至少一个流的至少一部分和以下中至少一个的至少一部分的装置：(a)第一级燃料进料，(b)第二级燃料进料或其它燃料的另外进料，(c)第一氧化剂流，和(d)第二氧化剂流或其它氧化剂流。在这种实施方案变体中，所述至少一种缓和剂选自蒸汽、二氧化碳和它们的混合物。
装置的第三种实施方案类似于第一种实施方案，但在(a)第一部分氧化区域和第一催化区域和(b)第二部分氧化区域和第二催化区域的至少一个之间包括至少一个保护整体结构。
上述的第一种实施方案和其他实施方案存在多种变体。在一种变体中，第一催化剂和第二催化剂中的至少一个为整体式的。在另一种变体中，燃料至少部分为烃。在又一种变体中，第二级流出物为包含氢气和一氧化碳的产物合成气体。
在另一种变体中，第一催化剂和第二催化剂中的至少一个为蒸汽重整催化剂。在另一种变体中，在第一催化区域和第二催化区域的至少一个中发生蒸汽甲烷重整反应和水煤气变换反应中的至少一种。
在另一种变体中，氧化剂和其它氧化剂中的至少一种选自氧气、空气、贫氧空气、富氧空气、二氧化碳、蒸汽和甲醇。
在另一种变体中，装置具有通过第一部分氧化区域、第一催化区域、第二部分氧化区域和第二催化区域中每一个的纵轴，并且纵轴是基本水平的。
在另一种变体中，第一催化区域和第二催化区域中的至少一个与热回收设备流体连通。
本领域技术人员能认识到本发明的燃料重整装置存在多种其它实施方案和变体。例如，一种这样的其它实施方案包括上面为装置的第一种、第二种和第三种实施方案及上述其变体阐述的所有单元和限制的组合。
燃料重整方法的第一种实施方案包括多个步骤。第一个步骤是提供第一级燃料进料。第二个步骤是提供第二级燃料进料或其它燃料的另外进料。第三个步骤是提供具有至少一个燃烧器的第一部分氧化区域。第四个步骤是在具有至少一个燃烧器的第一部分氧化区域中用至少一部分第一氧化剂流部分氧化至少一部分第一级燃料进料，由此形成第一部分氧化流出物。第五个步骤是提供包含第一催化剂并与第一部分氧化区域流体连通的第一催化区域。第六个步骤是在第一催化区域中接受至少一部分第一部分氧化流出物，其在第一催化区域中反应形成第一级流出物。第七个步骤是提供与第一催化区域流体连通的第二部分氧化区域，第二部分氧化区域具有至少一个其它燃烧器。第八个步骤是在第二部分氧化区域中接受至少一部分第一级流出物。第九个步骤是在第二部分氧化区域中用至少一部分第二氧化剂流或其它氧化剂流部分氧化至少一部分第二级燃料进料或其它燃料的另外进料，由此形成第二部分氧化流出物。第十个步骤是提供包含第二催化剂并与第二部分氧化区域流体连通的第二催化区域。第十一个步骤是在第二催化区域中接受至少一部分第二部分氧化流出物，其在第二催化区域中反应形成第二级流出物。
该方法的第二种实施方案类似于方法的第一种实施方案，但包括两个附加步骤。第一个附加步骤是提供至少一种缓和剂的至少一个流。第二个附加步骤是合并至少一种缓和剂的至少一个流的至少一部分和以下中至少一种的至少一部分：(a)第一级燃料进料，(b)第二级燃料进料或其它燃料的另外进料，(c)第一氧化剂流，和(d)第二氧化剂流或其它氧化剂流。在这种实施方案变体中，所述至少一种缓和剂选自蒸汽、二氧化碳和它们的混合物。
方法的第三种实施方案类似于方法的第一种实施方案，但包括在(a)第一部分氧化区域和第一催化区域和(b)第二部分氧化区域和第二催化区域的至少一个之间提供至少一个保护整体结构的另一步骤。
上述方法的第一种实施方案和其他实施方案存在多种变体。在一种变体中，第一催化剂和第二催化剂中的至少一个为整体式的。在另一种变体中，燃料至少部分为烃。在又一种变体中，第二级流出物为包含氢气和一氧化碳的产物合成气体。
在另一种变体中，第一催化剂和第二催化剂中的至少一个为蒸汽重整催化剂。在另一种变体中，在第一催化区域和第二催化区域的至少一个中发生蒸汽甲烷重整反应和水煤气变换反应中的至少一种。
在另一种变体中，氧化剂和其它氧化剂的至少一种选自氧气、空气、贫氧空气、富氧空气、二氧化碳、蒸汽和甲醇。
在另一种变体中，存在通过第一部分氧化区域、第一催化区域、第二部分氧化区域和第二催化区域中每一个的纵轴，并且纵轴是基本水平的。
在另一种变体中，第一催化区域和第二催化区域中的至少一个与热回收设备流体连通。
本领域技术人员能认识到本发明的燃料重整方法存在多种其它实施方案和变体。例如，一种这样的其它实施方案是包括上面为方法的第一种、第二种和第三种实施方案及上述其变体阐述的所有步骤和限制的方法。
                      附图说明
将通过参考附图举例描述本发明，其中：
图1为图示常规自热重整器工艺的示意图；
图2为图示本发明的一种实施方案的示意图；
图3为图示本发明的另一种实施方案的示意图；
图4为比较常规自热重整器和本发明的分级重整器的一种实施方案的催化床中温度曲线的图；
图5为图示本发明的另一种实施方案的示意图，图示了多级重整器与热回收设备的集成；和
图6为图示本发明的又一种实施方案的示意图，图示了热回收设备或热交换器与本发明的二级重整器的第一和第二级的集成。
                    具体实施方式
用于产生合成气的自热重整器使用燃料分级和氧化剂分级、多燃烧器设计、和优选为整体式的催化剂、和优选具有水平流动构造。自热重整器消除了限制常规自热重整器的合成气产量的重要约束，如：单燃烧器设计(受单个燃烧器的负荷限制)；垂直流动构造(受催化剂床重量和拱座/拱顶支撑(arch/dome support)大小限制)；和对输送管线的需要(从重整器转移合成气到下游设备)。
本文使用的术语“燃料”包括可用作产生合成气或包含氢气和一氧化碳产物的其它气体的原料的任何燃料。燃料可为液体、气体、固体或它们的混合物。可使用单种燃料或多种燃料。优选地，使用的至少一种燃料部分为烃。例如，可单独或联合使用的燃料包括但不限于天然气、甲烷、烃混合物、氢气和包含氢气及类似燃料的混合物。
本文使用的术语“氧化剂”包括含有能用作氧化剂的任何形式氧的气体、液体、固体和它们的混合物。例如，可单独或联合使用的氧化剂包括但不限于空气、氧气、贫氧空气、富氧空气、二氧化碳、蒸汽、甲醇和类似的氧化剂。
燃料进料在多级中重整能使重整器合成气产量增加，同时减少碳形成问题。另外，该工艺减少了对工艺流和氧化剂的总需求。
氧化剂进料和燃料进料两者的分级允许受控制的热释放分布，并降低了峰值火焰温度。不太侵蚀性的操作条件允许使用更有活性的催化剂，并消除了对催化剂床惰性段和保护目标砖的需要。另外，该工艺提供了较大的操作和商业灵活性。
氧化剂进料和燃料进料两者的分级还允许使用多个燃烧器代替复杂的单燃烧器。在多燃烧器设计中，每个燃烧器都在比单燃烧器少的苛刻条件下工作。可完成更多侵蚀性操作，因为每个多燃烧器都可在单燃烧器条件下运行。重要的是，氧化剂进料和燃料进料两者的分级提高了重整器出口温度，并由重整器产生具有较高CO含量的合成气和更高的体积。平衡出口温度的提高不会必然导致重整反应器内部较高的火焰温度，因为有分级效应和多燃烧器设计，这还允许更均匀的热分布。
在本发明的一些实施方案中使用的水平流动布置消除了对任何特殊催化剂载体的需要，而且整体式催化剂(比填料床有低的压降)的使用消除了大多数催化剂磨耗问题。分级水平自热重整工艺还降低了具有下游热回收设备的重整器的集成复杂性，并消除了对昂贵输送管线或上游管式重整器中所需的提升管(对于使用二段转化炉的情况)的需要。它还具有比常规自热重整器工艺高的重整效率、控制H2/CO比的额外灵活性和更好的可靠性。
自热重整器使用蒸汽重整催化整体结构代替常规自热重整器(非催化部分氧化然后是催化剂床)内的蒸汽重整催化剂的常规填料床。使用催化整体结构代替常规固定床催化剂具有以下优点：
-降低的压降；
-相同催化剂体积时有较高的有效表面积；
-不同的填充结构大大减少了由热膨胀引起的催化剂磨耗；
-不需要目标耐火砖-因此消除了因磨耗堵塞目标砖的可能性；
-整体式床的顶(惰性)部分为床的下游催化剂部分组织了流道；
-整体结构的高热导率允许反应区域内更均匀的温度分布(与填料床相比)，并因此可获得较高的有效平衡温度；和
-全部上述优点导致更好的重整效率。
整体催化剂还在用于特殊流程条件的自热重整器/二段转化炉的构造设计(水平和上流设计)中提供重要的灵活性。更重要的是，它允许有组织的分级自热/二段重整工艺。
另外，本发明降低了减少碳形成风险所需要的总蒸汽注入需求。只有第一级需要蒸汽加入，而所有的下游级都可没有蒸汽注入来运行。第一级将产生可用于减少后面级中碳形成风险的蒸汽。
本领域的技术人员能认识到，除了蒸汽外，还可使用其它缓和剂。例如，二氧化碳(CO2)可单独用作缓和剂或与蒸汽或其它缓和剂联合。
参考图，本发明的一种实施方案包括烃自热重整器50使用催化剂整体结构，如图2中所示。烃进料101在加热器102中被预热。预热的烃流102可与一部分蒸汽进料108混合。蒸汽和烃混合物103可被分级至不同的燃烧器110。一部分预热的烃混合物104与一部分氧化剂180在燃烧器110内混合。氧化剂进料105(通常是氧气、空气或其组合)在预热器121中被预热。预热的氧化剂106与一部分蒸汽进料108混合，或可在预热器前加入蒸汽。蒸汽和氧化剂混合物107可被分级至不同的燃烧器110。一部分氧化剂181可被分级至燃烧器区域。氧化剂流182可与烃流191在第一催化区域113前的燃烧器110中混合。第一催化区域113包括整体催化剂区域。第一部分燃烧区域111内的部分燃烧产品进入第一催化区域113。在任何催化区域前，可提供非催化活性或保护整体结构112。在第一催化区域113内，发生蒸汽甲烷重整和水煤气变换反应。
产物气体然后进入附加燃烧器110提供热的第二部分氧化区域151。氧化剂流183可与烃流192在第二部分氧化区域151内的燃烧器110内混合。蒸汽或其它缓和剂(例如二氧化碳)的缓和剂流199可与烃流192混合。第二部分燃烧区域151中的部分燃烧产物进入第二催化区域114。在第二催化区域114内，发生蒸汽和甲烷重整以及水煤气变换反应。产物气体然后离开第二催化区域114并进入工艺废热锅炉116或其它热回收(或热交换)设备。合成气产物117然后可按照需要被进一步加工。
仅仅是为了说明目的，图2中只显示了具有氧化剂和烃分级的两个部分氧化和两个催化区域。但是，可添加任意数量的附加催化区域和部分氧化区域。
而且，烃进料101可被分级到不同的部分氧化区域(如所示)或可被优先地输送到只一个区域。显示了水平构造，但垂直上流设计也可利用催化剂整体结构工作。在每个部分氧化区域内可提供多个燃烧器。
氧化剂进料和烃进料都被分级到自热反应器的至少两个段。催化剂整体结构允许在水平构造中使用多个催化剂段。
图3显示了本发明的自热重整器50的另一实施方案。烃进料201在加热器220中被预热。预热的烃流202可与一部分蒸汽进料208混合。蒸汽和烃混合物203可被分级到不同的燃烧器210。一部分预热的烃混合物204与一部分氧化剂280在燃烧器210内混合。氧化剂进料205(通常是氧气、空气或其组合)在加热器221内被预热。预热的氧化剂206与一部分蒸汽进料208混合或可在预热器前加入蒸汽。蒸汽和氧化剂混合物207可被分级到不同的燃烧器210中。一部分氧化剂281可被分级到燃烧器区域。氧化剂流282可与烃流291在第一催化区域213前的燃烧器210内混合。催化区域213包括整体催化剂区域。第一部分燃烧区域211内的部分燃烧产物进入第一催化区域213。在任何催化区域前，可提供非催化活性或保护整体结构212。在第一催化区域213内，发生蒸汽甲烷重整和水煤气变换反应。
产物气体然后进入附加燃烧器210提供热的第二部分氧化区域251。氧化剂流283可与烃流292在第二部分氧化区域251内的燃烧器210内混合。第二部分燃烧区域251中的部分燃烧产物进入第二催化区域214。在第二催化区域214内，发生蒸汽甲烷重整和水煤气变换反应。产物气体然后离开第二催化区域214并进入工艺废热锅炉216或其它热回收(或热交换)设备。合成气产物217然后可按照需要被进一步加工。
烃的附加分级是可以的，因为一部分预热的烃202X可被分级到任何一个燃烧器中。仅仅是为了说明目的，图3中只显示了具有氧化剂和烃分级的两个部分氧化和两个催化区域。但是，可添加任意数量的附加催化区域和部分氧化区域。
而且，烃进料201可被分级到不同的部分氧化区域(如所示)或可被优先地输送到只一个区域。显示了水平构造，但垂直上流设计也可利用催化剂整体结构工作。在每个部分氧化区域内可提供多个燃烧器210。
表1显示了如图1中所示常规直立式填料床自热重整器的典型工艺条件。常规设计内的单一燃烧器限制了总燃烧。因此，填料床直立式自热重整器的最大记载出口温度为大约1922。较高的流出物温度需要图1中POX区域22中显著高的温度。此外，甚至需要较高的蒸汽对碳比以避免烟炱形成。直立式填料床自热重整器内燃烧负荷的分级是不实际的，因为有支撑拱形区域16。
                          表1
常规自热重整器的工艺条件
●T进口/T出口     900/1850
●蒸汽/碳          0.6-3.0
●压力             300-450psig
●氧气/碳          0.5-75
●H2/CO           2.0-4.0
●催化剂           陶瓷w/9wt％
镍
●燃烧器           氧气/燃料
本发明通过减小峰值燃烧负荷和分散/分级负荷到反应器内的不同区域解决了获得较高流出物合成气温度的问题。整体结构催化剂的使用有利于本发明各种实施方案中所用的分级。整体结构的固定结构允许水平或上流构造。水平构造不需要任何支撑拱，因为整体结构自身支撑。因此，可使用一系列POX区域和催化区域。多个部分氧化区域减小了任何区域中的峰值燃烧。因此，可通过选择到任意POX区域的进料、氧化剂和任意次级进料的数量来调节绝热火焰温度。这允许使用能在比常规单燃烧器少的苛刻条件下操作的多个燃烧器(每个都比单燃烧器复杂性低)。由于有效动量在第一POX区域中被减少，因此不再需要目标砖系统，其可被去掉或被低的或惰性整体结构段代替。
图4中图示了常规自热重整器(“当前ATR工艺”)和本发明的分级重整器的一种实施方案(“二级ATR”)的催化剂床中温度曲线的比较。如所示，本发明的实施方案获得了较高的合成气出口温度，同时在重整器中保持较低的最大内部温度。这通过氧化剂和燃料两者的适当分级来实现。
本发明的各种实施方案的多级自热重整器设计允许在常用工艺单元内集成有下游热回收设备并消除对输送管线的需要。例如，参考图5中所示的实施方案，该实施方案的构造允许重整器反应器与下游热回收设备216的紧密连接，热回收设备216可为任何工艺设备。例如，工艺废热锅炉或对流热交换器可降低碳形成区域下面的合成气温度，同时从合成气流中回收热。
对称和不对称的集成设计都是可以的。在热回收单元每一侧上具有同等数量的重整级的对称设计对于大规模合成气生产具有特殊的重要性。
图5图示了联合了集成有热回收设备216或热交换器的两个二级自热重整器的对称集成设计。另一种对称集成设计显示在图6中，其中热回收设备216或热交换器在二级自热重整器的第一和第二级之间。
下面的表2比较了常规自热重整器(“单床ATR”)的操作条件和本发明的两种实施方案(“SHARP-2床”)的操作条件。(“ATR”为自热重整器的缩写，“SHARP”为分级水平自热重整工艺的缩写)。常规单床直立式自热重整器的流出物温度(T出口)为1922。本发明的两种实施方案都供应40％的烃进料到第一POX区域，余量供应到第二POX区域。本发明的第一种实施方案保持与常规装置相同的流出物温度即1922，而在第二种实施方案中，流出物温度提高到2100。控制氧化剂分级以保持第一催化区域的最大流出物温度为1800。
本发明的各种实施方案的固有优点在于在第一催化区域中形成的水可用于有效提高第二催化区域中的蒸汽对碳比例。对于相同的流出物温度(ATR对SHARP实施方案1)，SHARP实施方案1中的绝热火焰温度(3474)比ATR的(3566)低92。而且，对于与常规单床ATR工艺中相同的合成气产量，SHARP实施方案1的工艺需要较少的氧气(～20,000lbs/h)和蒸汽(～100,000lbs/h)。较低的总蒸汽需求，但较高的局部蒸汽对O2，允许较少的CO2输入到工艺中。
本发明的第二种实施方案(SHARP实施方案2)提高反应器流出物温度到2100，这增加O2需求至大约与单床ATR情况的相同，约400,000lbs/h。较高的流出物温度降低CO2输入需求约2400lbmol/h，或45％。合成气中CO2的伴随减少大大减小了下游CO2分离设备的尺寸。
                            表2操作条件的比较
  单床ATR SHARP-2床
  进料分解T出口床1T出口ART进料工艺流氧气S/C优先S/C床1S/C床2O2/C床1O2/C床2Stm/O2床1Stm/O2床2床1中的Tad床2中的Tad到燃烧器1的H2到燃烧器2的H2ATR流出物流出物中的C02CH4减少率CO2输入CO2rec.comp.   ％Flbmol/hrlb/hrlb/hrFF％(湿)％(湿)lbmol/hrlbmol/hr％(干)lbmol/hrkW 192219,493377,958400,8300.61.00.641.5735664.38659666600.3353427511   40/601800192219,283279,527380,6330.61.01.2830.5940.6091.682.11347434364.425.77893950120.5140055631   40/601800210019,398281,170403,2570.61.01.2560.5880.6651.701.89349636424.526.37879142880.1229354127
尽管参考某些特定的实施方案进行了说明和描述，但本发明仍然不打算限制于显示的细节。相反，在权利要求的范围和等价范围内，只要不脱离本发明的精神，就可对细节作出各种改变。

Claims (26)

1.一种燃料重整装置，包括：
第一部分氧化区域，其具有适合于在第一部分氧化区域中用至少一部分第一氧化剂流部分氧化至少一部分第一级燃料进料的至少一个燃烧器，由此形成第一部分氧化流出物；
第一催化区域，其包含第一催化剂并与第一部分氧化区域流体连通，且适合于接受至少一部分第一部分氧化流出物，其在第一催化区域中反应形成第一级流出物；
第二部分氧化区域，其与第一催化区域流体连通并适合于接受至少一部分第一级流出物，第二部分氧化区域具有适合于在第二部分氧化区域中用至少一部分第二氧化剂流或其它氧化剂流部分氧化至少一部分第二级燃料进料或其它燃料的另外进料的至少一个其它燃烧器，由此形成第二部分氧化流出物；和
第二催化区域，其包含第二催化剂并与第二部分氧化区域流体连通，且适合于接受至少一部分第二部分氧化流出物，其在第二催化区域中反应形成第二级流出物。
2.权利要求1的装置，还包括：
用于合并至少一种缓和剂的至少一个流的至少一部分和以下中至少一个的至少一部分的装置：
a)第一级燃料进料，
b)第二级燃料进料或其它燃料的另外进料，
c)第一氧化剂流，和
d)第二氧化剂流或其它氧化剂流。
3.权利要求2的装置，其中所述至少一种缓和剂选自蒸汽、二氧化碳和它们的混合物。
4.权利要求1的装置，还在以下中的至少一个之间包括至少一个保护整体结构：
a)第一部分氧化区域和第一催化区域，和
b)第二部分氧化区域和第二催化区域。
5.权利要求1的装置，其中第一催化剂和第二催化剂中的至少一个为整体式的。
6.权利要求1的装置，其中该装置具有通过第一部分氧化区域、第一催化区域、第二部分氧化区域和第二催化区域中每一个的纵轴，并且其中纵轴是基本水平的。
7.权利要求1的装置，其中第一催化区域和第二催化区域中的至少一个与热回收设备流体连通。
8.权利要求1的装置，其中燃料至少部分为烃。
9.权利要求1的装置，其中氧化剂和其它氧化剂中的至少一种选自氧气、空气、贫氧空气、富氧空气、二氧化碳、蒸汽和甲醇。
10.权利要求1的装置，其中第二级流出物为包含氢气和一氧化碳的产物合成气体。
11.权利要求1的装置，其中第一催化剂和第二催化剂中的至少一种为蒸汽重整催化剂。
12.权利要求1的装置，其中在第一催化区域和第二催化区域中的至少一个中发生蒸汽甲烷重整反应和水煤气变换反应中的至少一种。
13.一种烃燃料重整装置，包括：
第一部分氧化区域，其具有适合于在第一部分氧化区域中用至少一部分第一氧化剂流部分氧化至少一部分第一级烃燃料进料的至少一个燃烧器，由此形成第一部分氧化流出物；
第一催化区域，其包含第一催化剂并与第一部分氧化区域流体连通，且适合于接受至少一部分第一部分氧化流出物，其在第一催化区域中反应形成第一级流出物；
第二部分氧化区域，其与第一催化区域流体连通并适合于接受至少一部分第一级流出物，第二部分氧化区域具有适合于在第二部分氧化区域中用至少一部分第二氧化剂流或其它氧化剂流部分氧化至少一部分第二级烃燃料进料或其它燃料的另外进料的至少一个其它燃烧器，由此形成第二部分氧化流出物；
第二催化区域，其包含第二催化剂并与第二部分氧化区域流体连通，且适合于接受至少一部分第二部分氧化流出物，其在第二催化区域中反应形成包含氢气和一氧化碳的产物合成气体；
用于合并至少一种缓和剂的至少一个流的至少一部分和以下中至少一个的至少一部分的装置：
a)第一级烃燃料进料，
b)第二级烃燃料进料或其它燃料的另外进料，
c)第一氧化剂流，和
d)第二氧化剂流或其它氧化剂流，
其中所述至少一种缓和剂选自蒸汽、二氧化碳和它们的混合物；
在以下中的至少一个之间的至少一个保护整体结构：
a)第一部分氧化区域和第一催化区域，和
b)第二部分氧化区域和第二催化区域，
其中第一催化剂和第二催化剂中的至少一个为整体式的，和
其中该装置具有通过第一部分氧化区域、第一催化区域、第二部分氧化区域和第二催化区域中每一个的纵轴，并且其中纵轴是基本水平的，和
其中氧化剂和其它氧化剂中的至少一种选自氧气、空气、贫氧空气、富氧空气、二氧化碳、蒸汽和甲醇。
14.一种燃料重整方法，包括步骤：
提供第一级燃料进料；
提供第二级燃料进料或其它燃料的另外进料；
提供具有至少一个燃烧器的第一部分氧化区域；
在具有至少一个燃烧器的第一部分氧化区域中用至少一部分第一氧化剂流部分氧化至少一部分第一级燃料进料，由此形成第一部分氧化流出物；
提供包含第一催化剂并与第一部分氧化区域流体连通的第一催化区域；
在第一催化区域中接受至少一部分第一部分氧化流出物，其在第一催化区域中反应形成第一级流出物；
提供与第一催化区域流体连通的第二部分氧化区域，第二部分氧化区域具有至少一个其它燃烧器；
在第二部分氧化区域中接受至少一部分第一级流出物；
在第二部分氧化区域中用至少一部分第二氧化剂流或其它氧化剂流部分氧化至少一部分第二级燃料进料或其它燃料的另外进料，由此形成第二部分氧化流出物；
提供包含第二催化剂并与第二部分氧化区域流体连通的第二催化区域；
在第二催化区域中接受至少一部分第二部分氧化流出物，其在第二催化区域中反应形成第二级流出物。
15.权利要求14的方法，还包括步骤：
提供至少一种缓和剂的至少一个流；和
合并至少一种缓和剂的至少一个流的至少一部分和以下中至少一个的至少一部分：
a)第一级燃料进料，
b)第二级燃料进料或其它燃料的另外进料，
c)第一氧化剂流，和
d)第二氧化剂流或其它氧化剂流。
16.权利要求15的方法，其中所述至少一种缓和剂选自蒸汽、二氧化碳和它们的混合物。
17.权利要求14的方法，还包括步骤：
在以下中的至少一个之间提供至少一个保护整体结构：
a)第一部分氧化区域和第一催化区域，和
b)第二部分氧化区域和第二催化区域。
18.权利要求14的方法，其中第一催化剂和第二催化剂中的至少一个为整体式的。
19.权利要求14的方法，其中具有通过第一部分氧化区域、第一催化区域、第二部分氧化区域和第二催化区域中每一个的纵轴，并且其中纵轴是基本水平的。
20.权利要求14的方法，其中第一催化区域和第二催化区域中的至少一个与热回收设备流体连通。
21.权利要求14的方法，其中燃料至少部分为烃。
22.权利要求14的方法，其中氧化剂和其它氧化剂中的至少一种选自氧气、空气、贫氧空气、富氧空气、二氧化碳、蒸汽和甲醇。
23.权利要求14的方法，其中第二级流出物为包含氢气和一氧化碳的产物合成气体。
24.权利要求14的方法，其中第一催化剂和第二催化剂中的至少一种为蒸汽重整催化剂。
25.权利要求14的方法，其中在第一催化区域和第二催化区域中的至少一个中发生蒸汽甲烷重整反应和水煤气变换反应中的至少一种。
26.一种烃燃料重整方法，包括步骤：
提供第一级烃燃料进料；
提供第二级烃燃料进料或其它燃料的另外进料；
提供具有至少一个燃烧器的第一部分氧化区域；
在具有至少一个燃烧器的第一部分氧化区域中用至少一部分第一氧化剂流部分氧化至少一部分第一级烃燃料进料，由此形成第一部分氧化流出物；
提供包含第一催化剂并与第一部分氧化区域流体连通的第一催化区域；
在第一催化区域中接受至少一部分第一部分氧化流出物，其在第一催化区域中反应形成第一级流出物；
提供与第一催化区域流体连通的第二部分氧化区域，第二部分氧化区域具有至少一个其它燃烧器；
在第二部分氧化区域中接受至少一部分第一级流出物；
在第二部分氧化区域中用至少一部分第二氧化剂流或其它氧化剂流部分氧化至少一部分第二级烃燃料进料或其它燃料的另外进料，由此形成第二部分氧化流出物；
提供包含第二催化剂并与第二部分氧化区域流体连通的第二催化区域；
在第二催化区域中接受至少一部分第二部分氧化流出物，其在第二催化区域中反应形成包含氢气和一氧化碳的产物合成气；
提供至少一种缓和剂的至少一个流；和
合并至少一种缓和剂的至少一个流的至少一部分和以下中至少一个的至少一部分：
a)第一级燃料进料，
b)第二级燃料进料或其它燃料的另外进料，
c)第一氧化剂流，和
d)第二氧化剂流或其它氧化剂流，
其中所述至少一种缓和剂选自蒸汽、二氧化碳和它们的混合物；
在以下中的至少一个之间提供至少一个保护整体结构：
a)第一部分氧化区域和第一催化区域，和
b)第二部分氧化区域和第二催化区域，
其中第一催化剂和第二催化剂中的至少一个为整体式的；和
其中该装置具有通过第一部分氧化区域、第一催化区域、第二部分氧化区域和第二催化区域中每一个的纵轴，并且其中纵轴是基本水平的，和
其中氧化剂和其它氧化剂中的至少一种选自氧气、空气、贫氧空气、富氧空气、二氧化碳、蒸汽和甲醇。
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