CN103569965A - 烃类两段法蒸汽纯氧转化制取合成气的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及化工领域烃类制气技术，具体为烃类两段法蒸汽纯氧转化制取合成气的方法，该方法为利用两个串联的纯氧转化反应器来制取合成气，即将烃类分成两部分，一部分进入第一个纯氧转化器，在第一个纯氧转化器中通入氧气以及一定量的水蒸气与烃类进行反应，从第一个反应器出来的反应气与另一部分烃类混合进入第二个纯氧转化器，在第二个纯氧转化器中再通入氧气使烃类发生转化反应，从第二个纯氧转化器出来的反应气经过热量回收，最后经气水分离得到合成气。本发明取消了烃类蒸汽转化反应器，节省了蒸汽转化反应所需的加热燃料量，减少二氧化碳排放；由于烃类蒸汽转化反应器投资比纯氧转化炉大，取消烃类蒸汽转化反应器，节省了投资。
Description
技术领域
本发明涉及化工领域烃类制气技术，烃类指含有甲烷、乙烷、丙烷的气体，具体为烃类两段法蒸汽纯氧转化制取合成气的方法。
背景技术
合成气指氢气、一氧化碳混合气体，合成气中氢碳比（H2/CO摩尔比）是衡量合成气品质指标之一，氢碳比通常比值在2.0-3.0范围，传统的烃类制取合成气方法有烃类蒸汽转化和烃类蒸汽串纯氧转化两种工艺。
烃类蒸汽转化工艺：烃类在装有转化催化剂的反应管里与蒸汽进行转化反应，由于烃类蒸汽转化反应是吸热反应，需要外加热才能保证烃类的转化率，由于受传热和材质影响，烃类蒸汽转化反应一般不会超过850度，同时为了防止烃类高温结碳，影响催化剂使用寿命，必须保证一定的水碳比（水与烃类所含碳的比例），为此需要加入大量水蒸气，由于加入蒸汽量大，受转化反应的平衡影响，烃类蒸汽转化工艺获得的合成气中二氧化碳和甲烷含量高，氢碳比比值在5左右，采用烃类蒸汽转化工艺获得的合成气的氢碳比与通常要求的碳比相差较大，合成气品质差，同时转化采用间接加热提供热量，需要燃烧一部分烃类，增加原料消耗，而且转化炉投资高，由烃类蒸汽转化工艺获得的单位数量合成气的投资和费用高。
烃类蒸汽串纯氧转化工艺：先由一部分烃类在装有转化催化剂的反应管里与蒸汽进行转化反应，然后再与剩余部分烃类混合后进入装有转化催化剂的纯氧转化炉内在氧气燃烧提供热量下与蒸汽进行转化反应。由于纯氧转化反应器出口温度比烃类蒸汽转化反应器出口温度高，加之纯氧转化炉进口的水碳比比烃类蒸汽转化反应器进口的水碳比低，烃类蒸汽串纯氧转化工艺获得的合成气中二氧化碳和甲烷含量均比单纯的烃类蒸汽转化工艺低，氢碳比比值在3.0左右，故采用烃类蒸汽转化串纯氧转化工艺制取的合成气基本满足要求，由于烃类蒸汽串纯氧转化工艺还有一部分烃类采用蒸汽转化，故烃类蒸汽串纯氧转化工艺获得的单位数量合成气的投资和费用还是较高。
发明内容
本发明正是基于以上技术问题，提供用烃类两段法蒸汽纯氧转化制取合成气技术，采用两台纯氧转化炉串联来得到合格的合成气。
本发明的技术方案为：
烃类两段法蒸汽纯氧转化制取合成气的方法，利用两个串联的纯氧转化反应器来制取合成气，即将烃类分成两部分，一部分进入第一个纯氧转化器，在第一个纯氧转化器中通入氧气以及一定量的水蒸气与烃类进行反应，从第一个反应器出来的反应气与另一部分烃类混合进入第二个纯氧转化器，在第二个纯氧转化器中再通入氧气使烃类发生转化反应，从第二个纯氧转化器出来的反应气经过热量回收，最后经气水分离得到合成气，合成气氢碳比比值在2.8左右。
所述的第一个纯氧转化器和第二个纯氧转化器可以均为非催化反应器，也可以均为催化反应器，也可以其中任意一个纯氧转化器为催化反应器，另外一个为非催化反应器。
以干基摩尔百分含量计，两段反应器烃类分配比例，根据控制进入二段反应气的混合气中碳摩尔浓度来确定，二段反应气的混合气中碳摩尔浓度含量小于45%。
所述的混合气为一段反应气与烃类的混合气。所述的在第一个纯氧转化器中通入氧气以及一定量的水蒸气与烃类进行反应，通入的氧气与水蒸气的体积例可以为1-4。
烃类两段法蒸汽纯氧转化制取合成气的方法，其所采用的原料气为烃类物质，首先将烃类物质进入烃类预热器与转化气体换热，烃类物质被加热到180-220℃，然后进入加热器中被烟气加热到350～400℃，再进入脱硫槽中将所含的硫脱出，脱硫后的气体被一分为二，一部分脱硫后的气体与蒸汽混合进入加热器加热到580-620℃，然后进入到第一纯氧转化炉，在第一纯氧转化炉中天然气与蒸氧混合气反应；另一部分天然气与第一纯氧转化炉出来的反应气混合，温度≥550℃，混合气进入到第二纯氧转化炉，在第二纯氧转化炉中天然气与蒸氧混合气反应，从第二纯氧转化炉出来的反应气，温度为850～1020℃，然后进入到蒸汽发生器换热，温度降到280-350℃，然后进入烃类预热器与天然气进行换热，换热后转化气经过脱盐水预热器和水冷器冷却，经水汽分离后合成气去后续工艺。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
（一）、取消了烃类蒸汽转化反应器，节省了蒸汽转化反应所需的加热燃料量，减少二氧化碳排放；
（二）、由于烃类蒸汽转化反应器投资比纯氧转化炉大，取消烃类蒸汽转化反应器将大大节省投资。
（三）、获得的合成气氢碳比更合适。
附图说明
图1是本发明方法中的烃类两段法蒸汽纯氧转化制取合成气技术流程示意图，并作为实施例1、2的烃类两段法蒸汽纯氧转化制取合成气技术流程示意图；
图1中，V1为脱硫槽，R1为第一纯氧转化器，R2为第二纯氧转化器， E1为加热器，E2为中压蒸汽发生器，E3为烃类预热器，E4为脱盐水预热器，E5为水冷器，1、2、3、4、5为烃类气体，6、7为蒸汽，8为氧气，9、10为蒸氧混合气体，11为混合气体，12、13、14、15、16为转化气体，17为冷凝液，18为合成气。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例并不限制本发明的范围，本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
下述实施例1、2为不同工况的烃类两段法蒸汽纯氧转化制取合成气技术流程。
实施例1：
本实施例的烃类两段法蒸汽纯氧转化制取合成气技术流程如下：
流程如图1所示。本实施例烃类为天然气，从天然气管网来的天然气，流量为～10000 Nm3/h，温度为常温，压力～2.0MPa(G)，进入烃类预热器E3与转化气体换热，天然气被加热到～200℃，然后进入加热器E1被加热烟气加热到～350℃，再进入脱硫槽V1将天然气所含的硫脱出。
脱硫后天然气一分为二，一部分天然气与蒸汽混合进入加热器加热到～600℃，进入到第一纯氧转化炉R1，在第一纯氧转化炉中天然气与蒸氧混合气反应；另一部分天然气与第一纯氧转化炉出来的反应气混合，温度～600℃，混合气进入到第二纯氧转化炉R2，在第二纯氧转化炉中天然气与蒸氧混合气反应。从第二纯氧转化炉出来的反应气，温度～950℃，进入到蒸汽发生器E2换热，温度降到～300℃，然后进入烃类预热器E3与天然气换热，换热后转化气经过脱盐水预热器和水冷器冷却，经水汽分离后合成气去后续工艺。与烃类蒸汽串纯氧转化工艺相比，减少投资约1500万，年减少蒸汽转化加热所需原料天然气560万 Nm3，年减排二氧化碳排放11000吨，年增加氧气消耗880万 Nm3。
实施例2：
本实施例的烃类两段法蒸汽纯氧转化制取合成气技术流程如下：
流程如图1所示。本实施例烃类为天然气，从天然气管网来的天然气，流量为～50000 Nm3/h，温度为常温，压力～2.5MPa(G)，进入烃类预热器E3与转化气体换热，天然气被加热到～200℃，然后进入加热器E1被加热烟气加热到350℃，再进入脱硫槽V1将天然气所含的硫脱出。
脱硫后天然气一分为二，一部分天然气与蒸汽混合进入加热器加热到～600℃，进入到第一纯氧转化炉R1，在第一纯氧转化炉中天然气与蒸氧混合气反应；另一部分天然气与第一纯氧转化炉出来的反应气混合，温度～600℃，混合气进入到第二纯氧转化炉R2，在第二纯氧转化炉中天然气与蒸氧混合气反应。从第二纯氧转化炉出来的反应气，温度～950℃，进入到蒸汽发生器E2换热，温度降到～300℃，然后进入烃类预热器E3与天然气换热，换热后转化气经过脱盐水预热器和水冷器冷却，经水汽分离后合成气去后续工艺。与烃类蒸汽串纯氧转化工艺相比，减少投资约4000万，年减少蒸汽转化加热所需原料天然气2800万 Nm3，年减排二氧化碳排放66000吨，年增加氧气消耗4400万 Nm3。
Claims (9)
1.烃类两段法蒸汽纯氧转化制取合成气的方法，其特征在于：利用两个串联的纯氧转化反应器来制取合成气，即将烃类分成两部分，一部分进入第一个纯氧转化器，在第一个纯氧转化器中通入氧气以及一定量的水蒸气与烃类进行反应，从第一个反应器出来的反应气与另一部分烃类混合进入第二个纯氧转化器，在第二个纯氧转化器中再通入氧气使烃类发生转化反应，从第二个纯氧转化器出来的反应气经过热量回收，最后经气水分离得到合成气。
2.根据权利要求1所述的烃类两段法蒸汽纯氧转化制取合成气的方法，其特征在于：所述的第一个纯氧转化器为非催化反应器，第二个纯氧转化器是催化反应器。
3.根据权利要求1所述的烃类两段法蒸汽纯氧转化制取合成气的方法，其特征在于：所述的第一个纯氧转化器与第二个纯氧转化器均为催化反应器。
4.根据权利要求1所述的烃类两段法蒸汽纯氧转化制取合成气的方法，其特征在于：所述的第一个纯氧转化器与第二个纯氧转化器均为非催化反应器。
5.根据权利要求1所述的烃类两段法蒸汽纯氧转化制取合成气的方法，其特征在于：所述的第一个纯氧转化器为催化反应器，第二个纯氧转化器为非催化反应器。
6.根据权利要求1所述的烃类两段法蒸汽纯氧转化制取合成气的方法，其特征在于：以干基计，两段反应器烃类分配比例，根据控制进入二段反应器的混合气中烃类摩尔浓度来确定，二段反应器进口的混合气中烃类摩尔浓度含量小于45%。
7.根据权利要求1所述的烃类两段法蒸汽纯氧转化制取合成气的方法，其特征在于：所述的混合气为一段反应气与烃类的混合气。
8.根据权利要求1所述的烃类两段法蒸汽纯氧转化制取合成气的方法，其特征在于：所述的在第一个纯氧转化器中通入氧气以及一定量的水蒸气与烃类进行反应，通入的氧气与水蒸气的体积比大于1。
9.根据权利要求1-8中任意一项权利要求所述的烃类两段法蒸汽纯氧转化制取合成气的方法，其特征在于：原料气为烃类，将烃类物质进入烃类预热器与转化气体换热，烃类物质被加热到180-220℃，然后进入加热器中被烟气加热到350-400℃，再进入脱硫槽中将所含的硫脱出，脱硫后的气体被一分为二，一部分脱硫后的气体与蒸汽混合进入加热器加热到580-620℃，然后进入到第一纯氧转化炉，在第一纯氧转化炉中天然气与蒸氧混合气反应；另一部分天然气与第一纯氧转化炉出来的反应气混合，混合后温度≥550℃，混合气进入到第二纯氧转化炉，在第二纯氧转化炉中天然气与蒸氧混合气反应，从第二纯氧转化炉出来的反应气，温度为850～1030℃，然后进入到蒸汽发生器换热，温度降到280-350℃，然后进入烃类预热器与天然气进行换热，换热后转化气经过脱盐水预热器和水冷器冷却，经水汽分离后合成气去后续工艺。
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