CN103354801A - 用于启动自热重整反应器的方法 - Google Patents

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Abstract

启动一种自热反应器的方法，该方法用于通过在进行氧化反应和重整反应的反应室中重整含烃的原料气、通过进料一种含烃的原料气和水蒸汽来生产合成气，其中该水蒸汽含量是基于含碳原料气按体积计0-80%，并且将具有按体积计10%-100%氧含量的氧化剂进料并且产生了一种产物气体，其中触发了一个用于启动的点火过程，其中首先通过一种惰性介质将该自热反应器预加热到>600°C用于启动，并且随后通过引入一种气体或气体混合物以及引入一种氧化剂触发该点火过程，这种气体或气体混合物具有足够低的着火点并且具有低于该含烃原料气的着火温度的着火温度并且具有按体积计至少40%的组分比例，该组分具有低着火点，该氧化剂具有按体积计10%-100%的氧含量，并且随后通过引入该含烃原料气和水蒸汽开始该自热重整。

Description

用于启动自热重整反应器的方法
本发明涉及一种用于起动自热反应器的方法，该方法是用于通过在一个发生氧化和重整反应的反应室中重整含烃的原料气来产生合成气，根据该方法，进料含烃的原料气和水蒸气，其中针对该含烃的原料气，水蒸气含量是按体积计0-80%，以及进料一种按体积计10%-100%氧含量的氧化剂，并且产生了一种产物气体，该起动通过一种点火操作来引发。
用于通过天然气的重整产生合成气的自热反应器要求>800°C的温度以在主反应区获得稳定的持续反应，在该主反应区使该氧化剂与原料气接触，该原料是一种天然气/水蒸气混合物。
这种高温水平不能单独通过在常规的流体-加热热交换器中预加热该天然气完成。这样的热交换器在约600°C温度时已经达到它们用于有待加热的流体的极限值。这是由于对材料限定的限制以及在加工容器中，具体地在启动和关闭的过程中单独元件的热膨胀的很大的差异。此外，在该重整器的启动过程中经常没有可供使用的、可以提供高温的热源。
因此，要求一种点火装置来启动该反应。通常，为此目的使用专用的、装备有分开的点火装置的启动燃烧器。加热该反应室后必须移除该启动燃烧器以保护尤其是该点火装置免受存在于连续操作中的气氛以及永久的高温。燃烧器的移除要求在该预加热阶段后给该反应器泄压并且由此必然引起相当费时的过程。
电预热器允许高达约800°C的加热元件温度。然而，考虑到这些加热元件与用于将热传递到该过程的气体之间的温度差以及直到进入该反应器中不可避免的热量损失，实际上在该反应器内部可以达到的温度总是大大低于加热元件的温度。此外，经验已显示实际上在该反应器中占优势的温度仅以一种非常暂时的方式遵循该预热器的出口温度。这种现象的原因是进料管路的吸热能力以及该反应器的陶瓷衬里的吸热能力。由于这些情况，天然气所要求的着火温度不能在具有特别大的表面损耗的小型反应器中达到。也不确定这单独在电预热器的帮助下在大设备容量的情况下是有可能的。在任何情况下，长加热时期和大电能需求导致一种非常效率低的方法。将必需在预加热期结束时移除反应器-内部电预热器-类似于启动燃烧器。
US6,123,873描述了一种用于起动自热重整器的方法，其中使由甲醇和水蒸气组成的气体与一种甲烷化催化剂接触，该气体具有足够高的温度来引发甲醇分解反应成氢与一氧化碳（包括进一步加热），并且其中将该热气体随后进料到一种自热重整器中，将后者加热到足以启动并且维持一个重整反应的温度。然而，采用这种解决方案，为达到所要求的着火温度的技术努力是非常高的。
因此，本发明的目的是提供一种可替代的方法，该方法在设备方面尽可能简单并且允许了确保起动，而无需以一种费时的方式启动和再次关闭该自热反应器。
本目的是通过一种用于起动自热反应器的方法实现的，该方法用于通过在一个发生氧化和重整反应的反应室中重整含烃的原料气来产生合成气，根据该方法，进料一种含烃的原料气和水蒸气，其中针对含烃的原料气，水蒸气含量是按体积计0-80%，以及进料一种按体积计10%-100%氧含量的氧化剂，并且产生了一种产物气体，其中首先将该自热反应器通过一种惰性流体预加热到>600°C用于起动，并且然后将该点火操作通过进料一种具有足够低的着火温度（低于该含烃原料气的着火温度）的气体或气体混合物并且通过进料一种按体积计10%-100%氧含量的氧化剂来触发，并且在所述的气体或气体混合物中具有低着火温度的组分的含量按体积计是至少40%，并且然后通过进料该含烃的原料气和水蒸气开始该自热重整。
具体地，这里更高的烃可以用作具有高反应性（即，在低温下着火）的气体或气体混合物，它们的着火温度大大低于甲烷的着火温度并且已知随着链长的增加而降低。然而，同时，考虑到在该反应器的内部形成碳烟，气体的选择是一种折中，所述碳烟的形成随着该链长而增加。在这方面尤其关键的是例如不饱和烃，并且因此是不适合的。因此，一个良好的折中是使用丙烷或具有按体积计至少40%的丙烷含量的含丙烷的气体混合物，例如一种丙烷/丁烷气体混合物。
该含丙烷的气体混合物优选从一个储罐供应。
一种非-反应性气体，例如氮气或二氧化碳，或水蒸气，根据具体情况，有利地用作用于该反应器预加热的惰性流体。
该起动有利地在1-10巴绝对值，优选在1-5巴绝对值的压力下进行。由于与在约20至100巴的压力下进行的自热重整反应相比，该启动操作在减小的压力下进行，并且仅需要一段短的时间，所以即使在大型反应器的情况下为那个目的所要求的具有低着火温度的气体或气体混合物的量也是适度的。
通过这种起动方法有可能避免大量的用于达到天然气（即基本上甲烷）的着火温度的技术努力。与此相比，用于具有低着火温度的、含有，例如丙烷的气体混合物并且需要用于本发明的起动方法的额外的进料装置可以在相当较低的技术努力（即成本上应用），并且可以设计为几乎完全地与该天然气/水蒸气混合物的主供应管路分开。
在本发明方法的一个优选的实施例中，将具有低着火温度的、含有，例如丙烷的气体混合物与该含烃的原料气通过分开的进料管路各自进料到该反应器中。
在另一个实施例中，将具有低着火温度的气体或气体混合物和该含烃原料气的进料管路通过阀门互锁，从而通过一个适合的控制单元通过将这些阀门彼此互锁来防止该具有比该低着火温度的、含有，例如丙烷的气体混合物更高压力的含烃的原料气回流进入该具有低着火温度的原料气的进料管路中并且由此防止由操作人员造成的误操作。
下面通过图1更详细地描述本发明。
图1：简化的安排图，展示了一种用于本发明的起动自热重整反应的方法。
关于图1中显示的安排图，在一个第一步骤中，通过一种惰性流体1使该自热反应器达到>600°C的温度，然后将所述的流体通过管路8从自热反应器11中排出。为此目的，惰性流体1通过预热器15。在自热反应器11中一达到所希望的温度就停止这种预加热，关闭阀门16并且从一个储罐10中将具有低着火温度的含丙烷的气体流2提供给自发性热重整器11。在这样做时，阀门12是开放的。具有低着火温度的气体流2的压力在1与10巴之间的范围内。此外，将按体积计10%-100%氧含量的氧化剂3进料给自热反应器11。一旦该点火操作已经完成，维持这种操作状态持续一段足够的时间直到已经到达>800°C的反应器温度。然后，关闭阀门12并且，通过打开阀门14，将含烃水蒸气/原料气混合物4进料给一个天然气/水蒸气预热器13，该混合物具有按体积计0-80%的水蒸气含量并且通过混合水蒸气5与含烃的原料气6而产生。在那里，使混合物达到500°C-800°C的温度并且然后进料给自热反应器11。考虑到该反应器砖-衬的机械负荷以及负荷热负荷，适当的是首先在与具有低着火温度的气体流2的压力水平可比的低压下进料该加热的含烃的水蒸气/原料气混合物7，并且然后将压力缓慢增加到所希望的15巴-100巴的操作值。为了防止该加热的含烃的水蒸气/原料气混合物7的回流，将阀门12与阀门14通过控制单元17彼此互锁即，其方式为当供应该含烃的原料气并且相应地打开阀门14时，阀门12关闭，从而防止具有低着火温度的气体流2的进一步进料。然后，如从现有技术已知的来操作该自热反应器并且将产生的原始合成气通过管路8排出。
从用于启动一种自热反应器的本发明中产生的的优点：
-没有该自热反应器的费时的启动和再关闭过程，即当从低温条件下启动该反应器时显著节省时间。
-可以容易地被整合到现有设备中的工艺。
-不要求额外的单元，例如启动或点火燃烧器。
-所要求的高度地可燃的流体事实上是在全世界都可以获得的并且因此可以容易地、快速地并且以低成本被采购。
参考标号清单
1       惰性流体
2       具有低着火温度的气体流
3       氧化剂
4       含烃的水蒸气/原料气混合物
5       水蒸气
6       含烃原料气
7       加热的含烃的水蒸气/原料气混合物
8       原始合成气
10      用于具有低着火温度的气体的储罐
11      自热反应器
12      阀门
13      天然气/水蒸气预热器
14      阀门
15      电加热的预热器
16      阀门
17      控制单元

Claims (7)

1.用于起动自热反应器的方法，该方法是用于通过在一个发生氧化和重整反应的反应室中重整含烃的原料气来产生合成气，根据该方法，进料一种含烃的原料气和水蒸气，其中针对该含烃的原料气该水蒸气含量是按体积计0-80%，以及进料一种按体积计10%-100%氧含量的氧化剂，并且产生了一种产物气体，该起动通过一种点火操作来引发，
其特征在于
首先通过一种惰性流体将该自热反应器预加热到>600°C用于起动，并且
然后将该点火操作通过进料一种具有足够低的着火温度的气体或气体混合物，并且通过进料一种按体积计10%-100%氧含量的氧化剂来触发，该气体或气体混合物的着火温度低于该含烃原料气的着火温度，并且在所述的气体/气体混合物中，具有低着火温度的成分的含量是按体积计至少40%，并且
然后通过进料该含烃的原料气和水蒸气开始自热重整。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于该起动在1-10巴绝对值，优选地在1-5巴绝对值的压力下进行。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于将该具有低着火温度的气体混合物和该含烃的原料气各自通过分开的进料管路进料到该反应器中。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于使该具有低着火温度的气体混合物与该含烃的原料气的进料管路通过阀门互锁，从而通过一个控制单元通过将这些阀门彼此互锁来防止该具有比该低着火温度的气体混合物更高压力的含烃的原料气回流进入该具有低着火温度的气体混合物的进料管路中。
5.根据以上权利要求之一所述的方法，其特征在于丙烷用作具有低着火温度的气体。
6.根据以上权利要求之一所述的方法，其特征在于使用一种气体作为用于该反应器预加热的惰性流体，该气体选自下组：氮气、二氧化碳和水蒸气。
7.根据以上权利要求之一所述的方法，其特征在于从一个储罐供应该具有低着火温度的气体或气体混合物。
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