CN105771812A - 重整烃的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及重整烃的方法。本发明涉及从烃原料生产合成气的方法，其中使全部烃进料通过串联布置的辐射炉、热交换重整器和自热重整器，其中将来自自热重整器的流出物气体用作用于热交换重整器中发生的重整反应的热源，并且其中将冷却介质加入到该热交换重整器中。

Description

重整烃的方法
本申请是专利申请号为201180014810.7、国际申请日为2011年1月18日（国际申请号为PCT/EP2011/000178）、发明名称为“重整烃的方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及生产富氢气体（尤其用于生产氨、甲醇、二甲醚(DME)、氢气和通过费-托合成(Fischer-Tropschsynthesis)来生产烃的合成气）的方法。更尤其，本发明涉及通过串联布置的辐射炉重整阶段、热交换重整阶段和自热重整阶段来生产合成气，其中热交换重整阶段中的反应所需要的热通过来自自热重整阶段的热流出合成气来提供，并且将冷却介质加入到热交换重整阶段中。
背景技术
重整气体的产物流作为热交换重整中的热源的用途是本领域中已知的。因此，EP-A-0033128和EP-A-0334540研究了并联布置，其中将烃进料平行引入辐射炉和热交换重整器中。然后将来自辐射炉的部分重整的气体用作用于热交换重整器中的重整反应的热源。
其它并联布置将热交换重整与自热重整组合。EP-A-0983963、EP-A-1106570和EP-A-0504471研究了其中将烃进料平行引入热交换重整器和自热重整器中的方法。将来自自热重整器的热产物合成气用作用于热交换重整器中发生的重整反应的热交换介质。
在许多情况下，有必要通过方法中的辐射炉来整合蒸汽甲烷重整阶段。因此，用于生产合成气的其它方法将热交换重整、辐射炉和自热重整组合。美国专利No.4,079,017公开了一种方法，其中将烃进料平行引入辐射炉和热交换重整器中。将来自两种重整器的产物流合并并引入自热重整器中，并将来自自热重整器的产物气体用作热交换重整器中的热源。
在EP-A-0440258中，我们公开了一种方法，其中首先使烃进料通过第一热交换重整器，以提供部分重整的物流（stream）。然后将该部分重整的物流平行引入辐射炉和第二热交换重整器中。将来自两种重整器的产物流合并并引入自热重整器中。将来自自热重整器的产物气体用作第二热交换重整器中的热源，同时将来自所述第二热交换重整器的产物气体用作第一热交换重整器中的热源。
串联布置也是本领域中已知的。我们的专利DK148882公开了生产合成气的方法，其中使烃进料通过热交换重整器和自热重整器，并且其中将来自后者的产物气体用作热交换重整器中的热源。美国专利No.4,824,658和美国专利No.6,296,679（两篇参考文献中的图2）公开了一种方法，其中将全部烃进料首先引入热交换重整器中，然后传送至辐射炉中并最终传送至自热重整器中。将来自自热重整器的产物气体用作热交换重整器中的热源。
和我们的US2009/0184293公开了一种方法，其中首先使烃进料通过辐射炉（管式重整器）；然后使部分重整的气体经受热交换重整并最终经受自热重整。将来自后者的产物气体用作热交换重整中的热源。在我们的US2009/0184293中，我们特别发现，通过提供其中使全部烃进料通过串联布置的辐射炉、热交换重整器和自热重整器的方法，显著降低了金属尘化(metaldusting)的风险。在诸如热交换重整器与辐射炉或自热重整器并联或串联之类的其它常规方法中，当来自自热重整器的流出物气体在其通过热交换重整器期间冷却时，热交换重整器的金属部件经历低温。因此，热交换重整器的金属部件落在金属尘化温度的限制范围内。
公开了一种装置，其除了主体外壳中的重整部件之外还具有用于CO的转移反应部件，所述装置能够在紧凑型装置中从烃产生氢气。重整反应接收来自燃烧催化剂床的热量。
发明内容
我们现已发现，通过提供其中使全部烃进料通过串联布置的辐射炉、热交换重整器和自热重整器，并且将冷却介质与进料至热交换重整器的实际工艺气体分开加入到该重整器中的方法，不仅显著降低了金属尘化的风险，而且可实现相当廉价的热交换重整器。尽管存在着热交换重整是吸热过程并因此需要能量输入的事实，但向热交换重整器中加入冷却介质（优选蒸汽）会在该重整器的金属部件中产生冷端，这使得有可能为反应器中的管构造相对冷的管支撑体（tubsupport）。同时，蒸汽流足够低，以使得与来自自热重整器（或二级（secondary）重整器）的冷却气体接触的反应器部件仍处于使金属尘化的可能性降低或消除的足够的温度水平。因此，保持重整管的温度高于或接近金属尘化限值的优点在产生冷端的同时得以维持，所述端使得管得以支撑。这使得能够使用非专门开发用于抵抗金属尘化的材料，同时使得重整性能不受损害。
因此，如权利要求1中所定义，我们提供从烃原料生产合成气的方法，其包括下列步骤：
(a)通过以下方式来重整烃原料：将蒸汽加入到所述原料中，以形成烃-蒸汽混合物，使所述烃-蒸汽混合物通过具备多个催化剂管的辐射炉中的第一重整阶段，以及取出（withdrawing）部分重整的烃流，所述多个催化剂管通过布置在所述辐射炉内的燃烧器来加热；
(b)使来自所述辐射炉的部分重整的物流通过具备多个催化剂管的热交换重整器中的第二重整阶段，以及从所述热交换重整器中取出合成气的冷却流出物和部分重整的烃流的流出物流，所述多个催化剂管与来自步骤(c)的合成气的热流出物的至少一部分呈间接导热关系；
(c)使来自所述热交换重整器的部分重整的烃流通过具备催化剂的固定床的自热重整阶段(ATR)或任选具备催化剂的固定床的部分氧化阶段(POx)，以及取出合成气的热流出物流，所述合成气的热流出物流中的至少一部分用作步骤(b)的热交换重整器中的加热介质；
其特征在于所述方法还包括向步骤(b)的热交换重整器中加入冷却介质。
特定实施方案在从属权利要求2至10中限定。
术语“催化剂管”表示用颗粒状催化剂填充从而形成固定床的管；或特别对于辐射炉管，其中催化剂作为涂层粘附或涂覆在适合于该管的内周边的箔中；或其中催化剂被涂覆或浸渍在诸如适合于管内部的整料之类的结构元件上的管。
“间接导热关系”表示催化剂与加热介质之间不存在直接接触，并且因此使通过催化剂的物流与加热介质之间不存在直接接触，因为它们被金属壁（即，含有催化剂的管的壁）分隔。
对于本领域的技术人员显而易见的是，当生产氨时，自热重整阶段(ATR)实际上为二级重整阶段。
在一些情况下，在无催化剂的情况下进行部分氧化阶段(POx)，但优选部分氧化阶段(POx)具备催化剂的固定床。
优选地，结合以上实施方案和以下实施方案中的一个或更多个，所述方法还包括将冷却介质直接加入到热交换重整器的管支撑结构中。
术语“管支撑结构”表示与催化剂管的外表面直接接触，并将此类管机械固定在重整器内的结构。在下文中，管支撑结构还被称为管板（tubsheet）。
因此，在反应器中的某个点处引入冷却介质，所述冷却介质在该点处可与管板的金属部件进行直接接触，同时与横穿所述管板的催化剂管的外部金属部件直接接触。通常，将管支撑结构（管板）安置在热交换重整器的上部。冷却介质填充在管支撑结构上方产生的重整器上部腔室并因此使管结构冷却。
优选地，结合以上或以下实施方案中的一个或更多个，所述方法还包括将热交换重整器中的冷却介质与来自辐射炉（步骤(a)的第一重整阶段）的部分重整的物流混合。
根据结合以上或以下实施方案的一个特别实施方案，冷却介质为蒸汽。优选地，蒸汽来源于在步骤(a)的第一重整阶段期间加入到烃原料中的蒸汽。
因此，通过本发明还有可能使来自一级（primary）重整器的入口的工艺蒸汽中的一些移动至安置在下游的热交换重整器。将蒸汽加入到热交换重整器的方式使得其在与送至该重整器的进料气混合之前冷却管支撑体。这意味着在该重整器中产生冷端，该冷端使得有可能构造机械稳定的管支撑体。通常，管支撑结构经历约770℃的温度，这需要使用昂贵的材料，例如铬镍铁合金(Inconel)。管支撑结构不与侵蚀性气体接触，并且其还可由廉价材料（例如不同于铬镍铁合金的材料）构造，因为管支撑结构的温度可显著降低，例如降低至400至450℃。
根据本发明的一个特别实施方案，用于冷却的蒸汽实际上混合到贯穿热交换重整的催化剂管的工艺气体（烃-蒸汽混合物）中，从而其参与蒸汽重整反应以生产合成气。重整工艺的总体蒸汽/碳比率不发生变化，并且来自重整段的甲烷逃逸(methaneslip)（在任何随后的下游工艺如氨合成之前）得以保持。
再次意想不到的是，通过将冷却介质（优选蒸汽）加入到吸热反应器（热交换重整器）（否则需要加入热量来支持重整反应）中，我们能够以精致且简单的方式提供优异的方法。通过将热交换重整器放置在金属尘化区域的外部，同时在此重整器中产生冷端，有可能构造相对冷的管支撑体，并且重整器仍可放置于其中已消除或显著降低金属尘化的温度区域内。此外，现在有可能使用非专门开发用于抵抗金属尘化的金属部件用材料，因此与在金属尘化区域内操作的热交换重整器相比降低了重整器的材料成本。此外，因为加入到热交换重整器中的蒸汽与催化剂管内的反应物气体混合，所以还有可能具有改善的用于重整反应的蒸汽加入的灵活性而不影响合成气生产中使用的总体蒸汽/碳比率。因为高的蒸汽/碳比率与大的管道尺寸直接相关，所以对一级重整中所用的蒸汽中的一些（通常为总蒸汽流的25%或更少）的转移使得能够使用小管道尺寸，这又降低了资金成本。
本发明享有我们的US2009/0184293中已经记载的一些优点：当辐射炉中的催化剂管的出口温度降低时，有可能设计具有较低设计温度并因此比常规设计价格低得多的催化剂管。通过本发明，辐射炉中的重整器管的底部以一定方式被与辐射炉串联布置的热交换重整器取代，从而能够设计辐射炉中的具有显著较低的设计温度的重整器管，所述辐射炉还是重整器的最热部分并因此要进行设计。在燃氧自热重整器（二级重整器）中，直接来自辐射炉的气体的入口温度为通常约800℃或更高，以便获得低的甲烷逃逸。代替仅使得辐射炉达到大约800℃，现在有可能通过紧接辐射炉之后的热交换重整器使自热重整器达到此入口温度。这意味着与仅具有辐射炉的情况（其中出口温度为800℃或更高）相比，辐射炉的出口温度较低，例如约770℃或更低。然后热交换重整器使重整温度上升至所需水平。通过与来自自热重整器（即，二级重整器或部分氧化装置(POx)）的流出工艺气体的热交换来供应热交换重整器中重整所需的热量。通过降低重整器管的设计温度，现在还有可能设计出在比当前正常压力（25至45巴）高得多的压力（55至80巴）下操作的辐射炉。当提高设备容量（plantcapacity）时较高的压力通常是必需的，但是蒸汽重整反应的热力学决定了较低的甲烷转化率。对于氨或甲醇合成，可能有利的是，在高压力（例如最多80巴）下操作辐射炉，从而以较高的压力将合成气递送至氨或甲醇合成段，因为在合成气段与氨/甲醇合成段之间需要较少的增压。
可使用空气（21体积%氧气）或富氧空气（enrichedair）（即，含有30至70体积%O2，更优选40至50体积%O2的气体）进行自热重整阶段，以便生产氨合成气。因此，离开热交换反应器的冷却的合成气可经受一氧化碳变换，用于富集氢气、除去二氧化碳和甲烷化，以便生成合成气，所述合成气具有正确的氢气和氮气比率，用于随后的氨合成。
当生产合成气用于例如氢气或甲醇生产时，可使用由专用空气分离装置提供的含有至少70体积%氧气（优选100体积%氧气）的气体进行自热重整阶段。
原则上希望避免使用辐射炉，并希望通过仅使用热交换重整器和自热重整器来生产合成气。举例而言，使用产量高达4000MTPD或甚至更多的新颖设备，氨设备容量正在上升，本领域的趋势已朝向避免使用辐射炉，且仅集中在催化的基于氧气的合成气生产，例如自热重整(ATR)或部分氧化(POx)。然而，我们发现随着设备容量的增加，使用根据本发明的辐射炉实际上是有利的。当用空气引发自热重整阶段时，将辐射炉与热交换重整和自热重整一起使用变得尤其相关，因为这在制备氨合成气时是通常的情况。在不存在辐射炉的情况下，必需用如上所定义的富氧空气（最通常用含有70至100体积%O2的空气）引发自热重整器，以便在ATR中获得充足的热量，其不仅就操作成本而言高度昂贵，而且由于需要执行专用空气分离装置而使资金成本高度昂贵。
在自热重整阶段中，引入的氧气通过与来自热交换重整器的一些流出物气体一起燃烧而被转化。由于燃烧反应是放热的，因此ATR中的温度升高至约1000至1050℃，这也是流出物气体离开此重整器的温度。通过本发明，使得全部物流也通过自热重整阶段，所述物流含有烃进料并且不仅仅为其一部分（如在常规的平行进料方法中那样）。因此，由于所有进料均经受其中最高的重整温度，因此获得最低可能的甲烷逃逸。
进入辐射炉的烃-蒸汽混合物中的蒸汽与碳的摩尔比（S/C比率）通常在1.5至3的范围内，以便防止在重整步骤中产生不需要的甲烷。对于生产氨合成气，合适的S/C比率为3。较低的S/C比率（例如2或2.5）有助于降低通过本工艺的物质流，并从而允许设备具有减小的尺寸。然而，来自ATR的甲烷逃逸增加并且其变得更难以在辐射炉的出口温度与气体的Boudouard温度或用于CO还原的平衡温度之间保持合适的温差。这些温度为这样的温度：在低于该温度，含有一氧化碳的气体具有遵照Boudouard反应2CO=C+CO2或CO还原反应CO+H2=C+H2O形成碳的潜力。当一氧化碳的分压高，并且该气体与低于Boudouard温度或CO还原温度的金属表面接触时，通过该金属表面来催化上述反应。如果进入热交换重整器的气体的温度低至使得金属温度下降至低于Boudouard温度或CO还原温度，则可能发生高度不利的金属表面上的碳沉积和/或金属尘化。通过本发明，现在有可能降低辐射炉中气体的出口温度，同时将该温度保持高到足以超出热交换重整器中金属尘化的范围。同时，有可能以低至2.5或甚至更低的S/C比率来进行所述工艺，其中甲烷逃逸仍在可接受的水平内，即，在来自用于生产氨合成气的方法的自热重整阶段的流出物气体（合成气）中低于约0.4干摩尔％CH4。
根据本发明，将来自自热重整器的热流出物的至少一部分用作热交换重整器中的加热介质。根据结合以上或以下实施方案的一个优选实施方案，将来自自热重整器步骤（来自步骤(c)）的合成气的所有热流出物用作热交换重整器中的加热介质。
结合以上或以下实施方案中的一个或更多个，热交换重整器优选选自内插管式反应器(bayonettubetypereactor)、管壳式热交换器和分别具有配置在套管内部的催化剂、配置在套管外部的催化剂以及配置在套管的外部和内部的催化剂的套管反应器。
根据内插管式反应器的一个特别实施方案，此重整器中的至少一个催化剂管（重整器管）以外管和内管的形式提供，外管为U形管并且具备重整催化剂，内管同心地适配，以从外管取出部分重整的烃的流出物流，外管被间隔开外管的套筒同心地围绕，并且适合于传送来自自热重整器（或二级重整器）的热流出物流，通过在套筒与外管之间的空间中传导热流出物流而使所述热流出物流与外管中的反应原料呈间接导热关系。
对于内插管式反应器，腔室内的蒸汽在催化剂管外部混合。蒸汽与管结构进行直接接触，淹没所有催化剂管的横穿管结构的部分，通过例如靠近催化剂管的孔隙渗透穿过管结构，并且与进入的进料气体混合。合并的气体在催化剂管的顶部进入，并且在催化剂管的内部向下流动。由于腔室内蒸汽的高压，迫使蒸汽进入催化剂管中，从而参与重整反应。
当热交换重整器为管壳式热交换器时，优选将离开热交换重整器中的催化剂管的部分重整的物流传导至自热重整器（或二级重整器），同时将来自自热重整器的热流出物气体传导通过热交换重整器的壳侧，用于催化剂管内进行的重整反应的间接加热。
当热交换重整器为具有配置在套管内部的催化剂、配置在套管外部的催化剂以及配置在套管的外部和内部的催化剂的套管反应器时，来自自热重整阶段的流出物气体通过套管的环形区域，同时将欲进一步重整的气体传导通过布置在套管内部的催化剂以及还任选传导通过布置在套管外部的催化剂。套管基本上为具有两个基本同心的管的布置。管壁之间的空间限定了环形区域，热交换介质流动通过所述环形区域，在此情况下（热交换介质）为来自自热重整阶段（或二级重整阶段）的流出物。
尤其，当热交换重整器为具有配置在套管内部的催化剂的套管反应器时，此类催化剂管还可通过由套筒或金属护罩围绕的单一催化剂管来限定，所述套筒或金属护罩与催化剂管间隔开，并且产生加热介质可通过的环形区域。套筒或金属护罩不必为催化剂管本身的一部分，但用来产生环形区域。在此类型的重整器中，蒸汽简单通过管孔隙（如狭缝）进入各催化剂管中，而不是像在内插管式重整器(bayonettypereformer)一样淹没所有的管，沿着催化剂管的上部分的长度提供所述狭缝。蒸汽与从管的顶部进入的进料气体在催化剂管内部混合，以便参与在其中合并的气体与催化剂接触的下游发生的重整反应。
在另一个结合以上或以下实施方案的另一个实施方案中，本发明还包括在辐射炉中进行所述第一重整阶段之前，使所述烃原料通过绝热的预重整阶段。随着辐射炉中重整管的出口温度降低，辐射炉中的重整催化剂具有因存在硫而失活的较高倾向。借助于通过预重整催化剂（如基于镍的催化剂）的固定床提供绝热重整形式的预重整阶段，这能够除去烃进料中的任何痕量的硫以及由此引起的辐射炉中的下游催化剂的中毒，并且消除了诸如CO变换之类的其它下游工艺。预重整阶段除去硫，并递送仅含有CH4、H2、CO、CO2和H2O的气体，该气体为用于下游重整器装置的理想烃进料。通常烃原料与工艺蒸汽混和，然后进入绝热的预重整阶段，由此特别使高级烃（例如LPG或石脑油）转化成碳氧化物和甲烷。
在结合以上实施方案中的一个或更多个的另一实施方案中，在已经为热交换反应器中的重整反应递送热量之后，将来自自热重整阶段的如此冷却的合成气（如从属权利要求9中所记载）根据其最终用途进行进一步加工，即，将流出物合成气转化成氨合成气、甲醇合成气、DME合成气、用于通过费-托合成来生产烃的合成气、或氢气。
总之，本发明的方法提供了以下优点：
o一级重整器中所需要的较小负荷导致较小的一级重整器
o一级重整器中的较低设计温度允许管壁厚度较小
o全部工艺气体流通过二级重整器，使得能够保持低的甲烷逃逸。对于氨应用，这导致氨合成回路的净化较少
o较廉价的构造材料；花费较低的热交换重整器
o可能的较高前端压力（合成气制备段中具有较高压力）
o与除去CO2有关的提高的能量效率
o较小的管道尺寸。
附图说明
附图（图1）显示了本发明的包含串联布置的辐射炉中的蒸汽重整、热交换重整和自热重整的一个特别实施方案的流程图，在该实施方案中热交换重整器为内插管式反应器(bayonettypereactor)。
具体实施方式
将脱硫且预热的天然气流1与含有本方法中所用的大部分蒸汽的物流2混合，以便提供S/C比率为2.5的烃-蒸汽混合物3。将烃进料流3引入辐射炉20中，辐射炉20具有布置在其中的多个燃烧器21和催化剂填充管22。将温度为770℃的部分重整的烃流4从辐射炉20取出并传送至热交换重整器23，热交换重整器23中配置有多个含有重整催化剂的插入式催化剂管24。将工艺蒸汽的其余部分(balance)作为380℃的冷却介质9引入热交换重整器23中，然后与催化剂管24内部的部分重整的气体混合。将烃流4与物流9混合，物流9在混合之前已充当冷却介质（冷却气体）。然后所得混合物在其通过由来自自热重整器25的约1030℃的产物气体流7提供热量的催化剂填充管时进一步被转化，并且通过内管作为825℃的部分重整的物流5离开。将来自热交换重整器的工艺气体流5送入其中布置有催化剂的固定床26的自热重整器25。在自热重整器中，使进料流5与氧化剂（如空气、富氧空气或纯氧气）的物流6反应。取出合成气的约1030℃的热流出物流7。该产物气体流7含有氢气、一氧化碳、二氧化碳以及任何残余的甲烷、蒸汽和与氧化剂流6一起引入的氮气和氩气形式的惰性气体。在已将热量递送至热交换重整器之后，将790℃并且含有合成气的冷却产物气体流8取出，用于进一步加工成氨合成气、甲醇/DME合成气以及用于费-托烃合成或用于生产氢气。
本发明的特征
1.从烃原料生产合成气的方法，其包括下列步骤：
(a)通过以下方式来重整烃原料：将蒸汽加入到所述原料中，以形成烃-蒸汽混合物，使所述烃-蒸汽混合物通过具备多个催化剂管的辐射炉中的第一重整阶段，以及取出部分重整的烃流，所述多个催化剂管通过布置在所述辐射炉内的燃烧器来加热；
(b)使来自所述辐射炉的部分重整的物流通过具备多个催化剂管的热交换重整器中的第二重整阶段，以及从所述热交换重整器中取出合成气的冷却流出物和部分重整的烃流的流出物流，所述多个催化剂管与来自步骤(c)的合成气的热流出物的至少一部分呈间接导热关系；
(c)使来自所述热交换重整器的部分重整的烃流通过具备催化剂的固定床的自热重整阶段(ATR)或部分氧化阶段(POx)，以及取出合成气的热流出物流，所述合成气的热流出物流中的至少一部分用作步骤(b)的热交换重整器中的加热介质；
其特征在于所述方法还包括向步骤(b)的热交换重整器中加入冷却介质。
根据特征1所述的方法，其中所述方法还包括向所述热交换重整器的管支撑结构中直接加入所述冷却介质。
根据特征1或2所述的方法，其中所述方法还包括将热交换重整器中的所述冷却介质与来自辐射炉的所述部分重整的物流混合。
根据特征1至3中任意项所述的方法，其中所述冷却介质为蒸汽。
根据特征4所述的方法，其中所述蒸汽来源于加入到步骤(a)的第一重整阶段中的所述烃原料中的蒸汽。
根据特征1至5中任意项所述的方法，其中将来自步骤(c)的所有合成气的热流出物用作步骤(b)的热交换重整器中的加热介质。
根据特征1至6中任意项所述的方法，其中：
·所述部分重整的烃流的温度为700℃至840℃，优选为750℃至790℃；
·所述冷却介质的温度为340℃至420℃，优选为370℃至390℃；
·所述部分重整的烃流的温度为745℃至905℃，优选为800℃至850℃；
·所述合成气的热流出物流的温度为930℃至1130℃，优选为1000℃至1060℃；以及
·所述合成气的冷却流出物的温度为710℃至870℃，优选为750℃至810℃。
根据特征1至7中任意项所述的方法，其中所述热交换重整器选自内插管式反应器、管壳式热交换器、和套管反应器，所述套管反应器具有配置在套管内部的催化剂、配置在套管外部的催化剂以及配置在套管的外部和内部的催化剂。
根据特征1至8中任意项所述的方法，其还包括在辐射炉中进行所述第一重整阶段之前，使所述烃原料通过绝热的预重整阶段。
根据特征1至9中任意项所述的方法，其还包括将步骤(b)的合成气的流出物转化成氨合成气、甲醇合成气、DME合成气、用于通过费-托合成来生产烃的合成气、或氢气。
实施例
表1显示热交换重整器中含有如上所描述的内管、外管和套筒的6m长的插入式催化剂管的壁温度，对于根据附图中所示的布置方式的方法，所述热交换重整器处理来自辐射炉的386000Nm3/h的工艺气体并在37巴表压(barg)下操作。进入辐射炉的烃混合物-蒸汽中的S/C比率为2.5，并将含有21体积%氧气的工艺空气注射入ATR。来自辐射炉的气体的出口温度为770℃，并且来自ATR的流出物气体的温度为1029℃。在催化剂管的底部，壁温度为897℃，并且当来自ATR的合成气在其通过热交换重整器冷却时，催化剂管的壁温度降低。在合成气离开热交换反应器的管顶部，合成气温度下降至789℃，而管壁温度下降至782℃。然而此壁温度高到足以超出存在金属尘化的风险的温度（高达750℃）。在重整器的最冷的顶部，管板通常经历770℃的温度。相当于本方法中所用的总蒸汽的18.5体积%的一部分工艺蒸汽（大约40t/h）绕过（bypass）一级重整阶段，并且作为物流9单独加入到热交换重整器中。因此管板经历425℃的温度，这使得能够在热交换重整器中使用较廉价的材料而不影响重整性能。623,000Nm3/h合成气离开ATR，并因此也使下游工艺的热交换重整器具有0.22干摩尔％的甲烷逃逸。通常认为低于约0.4干摩尔％的甲烷逃逸是低的。
表1
自入口的轴向距离(%) 来自ATR的气体的温度(℃) 管壁温度(℃)
0（顶部） 789 782
10 802 775
20 820 787
30 833 798
40 857 815
50 866 836
60 908 852
80 973 863
100（底部） 1029 897

Claims (6)

1.从烃原料生产合成气的方法，其包括下列步骤：
(a)通过以下方式来重整烃原料：将蒸汽加入到所述原料中，以形成烃-蒸汽混合物，使所述烃-蒸汽混合物通过具备多个催化剂管的辐射炉中的第一重整阶段，以及取出部分重整的烃流，所述多个催化剂管通过布置在所述辐射炉内的燃烧器来加热；
(b)使来自所述辐射炉的部分重整的物流通过具备管支撑结构和多个催化剂管的热交换重整器中的第二重整阶段，以及从所述热交换重整器中取出合成气的冷却流出物和部分重整的烃流的流出物流，所述多个催化剂管与来自步骤(c)的合成气的热流出物的至少一部分呈间接导热关系；
(c)使来自所述热交换重整器的部分重整的烃流通过具备催化剂的固定床的自热重整阶段(ATR)或部分氧化阶段(POx)，以及取出合成气的热流出物流，所述合成气的热流出物流中的至少一部分用作步骤(b)的热交换重整器中的加热介质；
其特征在于所述方法还包括向步骤(b)的热交换重整器的所述管支撑结构中直接加入温度为340℃至420℃的冷却介质，所述冷却介质在反应器中的某个点处引入，所述冷却介质在该点处可与管支撑结构的金属部件进行直接接触，同时与横穿所述管支撑结构的催化剂管的外部金属部件直接接触，其中所述方法还包括将热交换重整器中的冷却介质与来自辐射炉的部分重整的物流混合，其中所述冷却介质为来源于加入到步骤(a)的第一重整阶段中的所述烃原料中的蒸汽。
2.根据权利要求1所述的方法，其中将来自步骤(c)的所有合成气的热流出物用作步骤(b)的热交换重整器中的加热介质。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中：
所述部分重整的烃流的温度为700℃至840℃，优选为750℃至790℃；
所述冷却介质的温度为370℃至390℃；
所述部分重整的烃流的温度为745℃至905℃，优选为800℃至850℃；
所述合成气的热流出物流的温度为930℃至1130℃，优选为1000℃至1060℃；以及
所述合成气的冷却流出物的温度为710℃至870℃，优选为750℃至810℃。
4.根据权利要求1至3中任意项所述的方法，其中所述热交换重整器选自内插管式反应器、管壳式热交换器、和套管反应器，所述套管反应器具有配置在套管内部的催化剂、配置在套管外部的催化剂以及配置在套管的外部和内部的催化剂。
5.根据权利要求1至4中任意项所述的方法，其还包括在辐射炉中进行所述第一重整阶段之前，使所述烃原料通过绝热的预重整阶段。
6.根据权利要求1至5中任意项所述的方法，其还包括将步骤(b)的合成气的流出物转化成氨合成气、甲醇合成气、DME合成气、用于通过费-托合成来生产烃的合成气、或氢气。
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