CN115884957A - 用于转化非甲烷烃以从中回收氢气和/或甲烷气体的方法和系统 - Google Patents

用于转化非甲烷烃以从中回收氢气和/或甲烷气体的方法和系统 Download PDF

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Abstract

本公开涉及被布置和设计用于将非甲烷烃气体转化成包括以氢气为主的流和以甲烷气体蒸汽为主的流的多种产物气体流的方法、系统和装置。通过接收一定体积的火炬气或其他烃液体或气体进料，将烃气体流重整、裂化或转化成合成气流和甲烷气体流，其中该一定体积的烃进料包括一定体积的甲烷和一定体积的非甲烷烃。该合成气中所含的该氢可被分离成纯氢气流。对应气体转化系统可包括提供烃进料/蒸汽混合物的过热器、用于合成气形成的重质烃反应器和回收该合成气的该氢部分的氢分离器。

Description

用于转化非甲烷烃以从中回收氢气和/或甲烷气体的方法和 系统
相关申请的交叉引用
要求美国临时申请号63/049,022(2020年7月7日提交)的优先权，该美国临时申请全文以引用方式并入本文。
背景技术
技术领域
本公开涉及被布置和设计用于将非甲烷烃气体和液体转化成包括以氢气为主的流和以甲烷气体蒸汽为主的流的多种产物气体流的方法、系统和装置。
相关技术简介
油井通常具有与其相关的一定量的天然气(在本文中也称为“伴生气”和“火炬气”)。原油和天然气一起从油井中提取，并且天然气和原油必须分离。在基础设施不足的偏远地区或经济面临挑战的地方，这种伴生气可能会被燃烧。燃烧过程导致二氧化碳和挥发性有机化合物的排放，并且出于环境保护的原因，正将其作为去除对象。另外，燃烧过程通过无效地燃烧伴生气而浪费了大量有价值的能量，并且吸引了对这种浪费的越来越多的仔细研究。
与油井相关联的天然气可能富含除甲烷(C1)以外的链烷，诸如乙烷(C2)、丙烷(C3)和丁烷(C4)。与甲烷相比，这些碳数较高的链烷具有较高的热值，并可能导致伴生气的热值超过天然气发动机和其他应用中用作常规燃料的限制。为了将伴生气的热值降低到符合应用规范的范围，通常去除大部分C2+烃，从而产生可用作常规燃料的富甲烷气体。其中产生富甲烷气体的这种气体调节过程产生了主要由高热值C2+烃组成的副产物流，这些高热值C2+烃通常被称为天然气液体(“NGL”)并且通常不能用作燃料。副产物NGL通常被运输到场外用于进一步处理，这增加了使用伴生气作为常规燃料的成本和复杂性。
用于NGL分离的最常见的远程处理技术包括机械制冷单元(“MRU”)、Joule-Thompson Skids(“JT Skates”)和膜系统。这些方法中的每一种方法分离一部分NGL以提供可用的富甲烷气体，但也产生了通常不可用的、高热值NGL流，该NGL流必须被收集、储存并最终运输到场外用于处理，从而增加了总成本和复杂性。迄今为止，将整个伴生气流转化成液体燃料的另选方案(称为气体至液体(“GTL”))已被证明在现场处理伴生气所需的规模上是不经济的。这两种过程都是能量密集型的并且通常需要现场发电。
尽管这些方法解决了伴生气中过量的NGL含量，该NGL含量通常使得该气体不能用作常规燃料，但是由于NGL分离、储存和运输增加的负担，它们增加了使用伴生气作为燃料的成本和复杂性。在伴生气用作常规燃料的情况下，发动机通常被降级，从而导致性能和效率的显著损失。另外，使用伴生气作为燃料可增加排放并降低发动机寿命。
存在用于由烃流生成氢的方法，但是迄今为止，规模和能量需求阻止了此类方法在经济上可行的应用，特别是在远程分布式发电应用中。例如，可使用几种不同的过程生产氢气，包括烃的热化学离解、水的电解和有机生物质的厌氧消化。氢可在集中式大规模工厂或在分布式小规模设施中生产。在两种方法之间存在成本折衷，其中集中式生产导致生产成本降低，但与分布式生产的相反情况相比，由于缺乏规模经济，分配成本增加。
生产氢的最便宜且最常见的方法是蒸汽甲烷重整(“SMR”)。由于解离包含碳和氢分子的甲烷气体需要高温，该过程是复杂且能量密集的，因此仅在大规模集中式设施中是商业可行的。尽管在大型集成设施中氢的生产和使用在经济上是可行的，但是由于氢的储存和运输成本高，这种氢的远程使用过于昂贵而不能与另选燃料源竞争。水电解更适合于分布式生产，但是迄今为止，由于该过程的高能量需求，氢生产成本被证明是不经济的。
Steill等人的美国公开号2019/0024003用转化伴生气的方法和系统解决了这些问题，其中可使用蒸汽重整器系统将一定体积的甲烷和一定体积的其他链烷从其他链烷中净化出来以产生合成气。所公开的方法然后可进一步处理合成气以将其转化为富甲烷工艺气体，该富甲烷工艺气体可与火炬气组合以形成具有特定热值和甲烷数的富产物气体。
发明内容
在各个方面中，本公开涉及用于由包含非甲烷烃和任选的甲烷的烃(例如，气体)进料流形成氢气流、二氧化碳气体流和产物气体流中的一者或多者的烃(例如，气体)转化系统。如本文所用，提及烃气体进料流和气体转化系统可更一般地分别适用于烃进料和烃转化系统，或以其他方式可与烃进料和烃转化系统互换使用，例如当处理气化液态烃作为系统进料的组分时。
在一个方面，本公开涉及用于转化包含非甲烷烃和任选的甲烷的烃气体进料(或烃进料)流以形成(i)氢气流和(ii)包含甲烷的产物气体流中的至少一者的烃转化系统。烃转化系统可以是模块化系统，例如包括单独的重质烃重整(HHR)模块或与一个或多个其他模块或单元操作(诸如二氧化碳分离器或模块、合成天然气(SNG)模块、氢分离器或分离器模块和/或甲烷分离器或分离器模块)组合。使用模块化设计，HHR模块是灵活的，因为它可通过调节其操作条件，使用单一、一致的单元操作组，在主要氢和甲烷组分之间提供具有目标、可选择分布的平台气体输出。HHR模块平台气体输出的灵活性允许选择另外的下游单元操作模块以提供特别对应于给定用户需求的燃料产物输出。
重质烃重整(HHR)模块包括：第一入口，该第一入口用于接收烃气体进料流；第二入口，该第二入口用于接收系统水(例如，从下游SNG模块再循环的水、补充水或用于初始装料的新鲜水)；任选的第三入口，该第三入口用于接收系统水(例如，仅补充水或新鲜水，其中第二入口然后仅用于再循环的下游水)；和第一出口，该第一出口递送平台气体，该平台气体包含甲烷和氢(例如，和氧化碳，但水显著减少(例如，约2摩尔％或更少))。当没有另外的下游模块时，平台气体可以是产物气体。另选地，平台气体可以是进料到用于分离和/或反应的一个或多个另外的下游模块的中间气体。HHR模块进一步包括蒸汽发生器，该蒸汽发生器适于(i)接收系统水，以及(ii)输出蒸汽；和过热器(或工艺加热器)，该过热器适于(i)接收包含混合的来自第一入口的烃气体进料流和来自蒸汽发生器的蒸汽的进料气体，以及(ii)将进料气体过热至预先确定的温度范围以形成过热进料气体。HHR模块进一步包括第一反应器(或HHR反应器)，该第一反应器包含第一催化剂(例如，包含至少一种催化剂、两种或更多种催化剂、不同催化剂层的催化剂填充物)并且适于从与第一反应器流体连通的过热器接收过热进料气体。第一反应器和第一催化剂适于使过热进料气体中的非甲烷烃的至少一部分反应成氧化碳、氢气、甲烷和水，从而形成包含氧化碳、氢气、甲烷和水的第一重整产物(例如，湿的第一重整产物)。在第一(HHR)反应器中，通常基本上所有非甲烷烃反应或至少接近组合的蒸汽重整和甲烷化反应的平衡转化率反应，诸如存在于进料中的非甲烷烃的至少95摩尔％、98摩尔％、99摩尔％或99.5摩尔％的转化率。HHR模块进一步包括冷却器(或更一般地为水分离器/分离系统)，该冷却器适于(i)从与冷却器流体连通的第一反应器接收第一重整产物，以及(ii)从第一重整产物中分离水的至少一部分，从而提供(i)与第一出口流体连通的干燥的第一重整产物(例如，约2摩尔％水或)作为平台气体，和(ii)与蒸汽发生器(例如，其煮器部件)和第二入口流体连通的再循环系统水流。在各种模块化实施方案中，HHR模块适于接收另外的再循环系统水或来自其他来源的水，以与返回到蒸汽发生器的再循环系统水流组合。
在模块化系统设计的改进中，HHR模块不含甲烷分离器、氢分离器、二氧化碳分离器和合成天然气(SNG)反应器中的至少一者。考虑到烃转化系统的模块化设计，HHR模块通常不被设计成执行与甲烷分离、氢分离、二氧化碳分离和/或SNG生产相关联的一些或所有典型操作，此类操作通常在HHR模块的上游或下游执行，这取决于特定用户期望的烃转化系统的最终产物。不存在此类操作(例如，不存在对应单元操作装置)的HHR模块可表示为在第一出口的上游、第一入口的下游和/或第二入口的下游不包含甲烷分离器、氢分离器、二氧化碳分离器和/或SNG反应器中的一者或多者的HHR模块(或更一般地烃转化系统)。即使在HHR模块不存在各种分离器和/或SNG反应器的情况下，HHR模块也可包括用于形成多种重整产物流的多个反应器以增加生产能力，例如包括并联的多个HHR以并联地形成多种重整产物流。此类多种重整产物流可保持并联的流，合并成更少的流或单个流等，用于随后的冷却和水去除。
在模块化系统设计的改进中，烃转化系统在HHR模块第一出口的下游不存在进一步的分离或反应装置。并且平台气体是产物气体流。在一些实施方案中，平台气体可用作烃转化系统的最终燃料产物，例如用作富氢涡轮燃料。在此类情况下，平台气体可原样使用，或者它可与其他燃料组分(诸如C1烃或主要含有C1和C2的烃的混合物，例如管线甲烷或其他主要甲烷流)共混，但是它不需要经受进一步的分离和/或反应步骤或单元操作。
在模块化系统设计的改进中，烃转化系统进一步包括二氧化碳分离器或模块，该二氧化碳分离器或模块与HHR模块的第一出口流体连通并且适于(i)从HHR模块接收平台气体，以及(ii)分离平台气体中存在的二氧化碳的至少一部分，从而提供(i)二氧化碳流和(ii)包含来自平台气体的甲烷和氢的产物气体流(例如，其中具有减少的二氧化碳或基本上没有二氧化碳)。在一些实施方案中，可去除平台气体中的一些或基本上所有二氧化碳以提供富蓝色氢的涡轮燃料，类似于上述原始平台气体，该富蓝色氢的涡轮燃料可与其他燃料组分诸如C1烃或主要含有C1和C2的烃的混合物(例如管线甲烷或其他主要甲烷流)共混。在一些实施方案中，烃转化系统可结合二氧化碳分离器模块，该二氧化碳分离器模块包括二氧化碳分离器以及集成的回热式加热元件，例如使用来自一个或多个其他模块的工艺用热来加热胺分离器中的胺或二氧化碳分离器中的其他工艺流体。例如，热油加热系统可通过SNG反应器出口和/或来自蒸发器的蒸汽加热，从而向二氧化碳分离器提供热量。
在模块化系统设计的改进中，烃转化系统进一步包括合成天然气(SNG)模块。在一个实施方案中，SNG模块包括：第一入口，该第一入口用于接收包含氢、氧化碳和任选的甲烷(例如，进料中显著减少或有限的水)的SNG进料流，SNG模块的第一入口与HHR模块(例如，其下游以(直接)从其接收平台气体作为SNG模块的进料)的第一出口流体连通；第一出口，该第一出口用于递送包含甲烷的产物气体流(例如，甲烷含量比SNG进料流的甲烷含量高)；和第二出口，该第二出口用于递送再循环系统水，SNG模块的第二出口与HHR模块的第二入口流体连通(例如，其上游以向HHR模块中的再循环水流提供另外的水)。SNG模块进一步包括加热器，该加热器适于(i)接收SNG进料流，以及(ii)将SNG进料流加热到预先确定的温度范围以形成加热的SNG进料气体。加热器可以是回热式热交换器的形式，该回热式热交换器使用热的SNG产物流作为热的热交换流体以在将SNG产物流进料到冷却器之前预热SNG进料流。SNG模块进一步包括第二反应器(SNG)，该第二反应器包含第二催化剂(例如，包含至少一种催化剂、两种或更多种催化剂、不同催化剂层的催化剂填充物)并且适于从与第二反应器流体连通的加热器接收加热的SNG进料气体。第二反应器和第二催化剂适于使加热的SNG进料气体中氧化碳和氢的至少一部分反应成转化的甲烷和水，从而形成包含转化的甲烷和水的湿的合成天然气，其中合成的天然湿工艺气体具有比SNG进料流总体更高的甲烷摩尔分数。SNG模块进一步包括冷却器，该冷却器适于(i)从与冷却器流体连通的第二反应器接收湿的合成天然气体，以及(ii)从湿的合成天然气体中分离水的至少一部分，从而提供(i)与第一出口流体连通的干燥的合成天然气体作为产物气体和(ii)与第二出口流体连通的再循环系统水流(例如，使得SNG模块适于将另外的再循环系统水递送到HHR模块以与其中返回到蒸汽发生器和/或蒸发器(如果存在的话)的再循环水流组合)。SNG模块中的冷却器可包括脱水器或干燥器，以用于更完全地去除干燥的合成天然气中的水。
在一些实施方案中，HHR模块与SNG模块的流体连通可直接或紧接在HHR模块的下游，例如在其间没有任何其他介入分离器操作。例如，当甲烷是整个烃转化系统的主要期望产物时，情况可能如此。在此类情况下，HHR模块可在相对较低的温度下操作以提供具有相对较高甲烷分数的平台气体，例如相对于作为整体的平台气体或相对于平台气体中甲烷和氢的组合量。
在其他实施方案中，HHR模块与SNG模块的流体连通可间接在HHR模块的下游，例如在它们之间具有至少一个其他介入分离器操作(例如，在HHR模块和SNG模块之间串联的二氧化碳分离器和氢分离器)。例如，当氢是整个烃转化系统的主要产物时，情况可能如此。在此类情况下，HHR模块可在相对较高的温度下操作以提供具有相对较高氢分数的平台气体，例如相对于作为整体的平台气体或相对于平台气体中甲烷和氢的组合量。基本上纯的氢可从SNG模块上游的平台气体中去除，并且残余的未分离的氢以及来自平台气体的氧化碳可在SNG模块中转化为甲烷作为副产物。
在模块化系统设计的改进中，烃转化系统进一步包括串联的二氧化碳分离器或模块和氢分离器模块，以提供(i)氢气流和(i)压缩尾气作为产物流。二氧化碳分离器与HHR模块的第一出口流体连通并且适于(i)从HHR模块接收平台气体，以及(ii)分离平台气体中存在的二氧化碳的至少一部分，从而提供(i)二氧化碳流和(ii)包含来自平台气体的甲烷、氢和未分离的氧化碳的中间产物气体流。氢分离器模块包括：第一入口，该第一入口用于从二氧化碳分离器(例如，其下游)接收中间产物气体流并且与二氧化碳分离器流体连通；第一出口，该第一出口用于递送氢气流；和第二出口，该第二出口用于递送压缩尾气，该压缩尾气包含氢(例如，氢水平比中间产物气体的氢水平低)、氧化碳和甲烷(例如，基本上不含水)；氢分离器，该氢分离器适于(i)接收中间产物气体，以及(ii)从中间产物气体中分离氢的至少一部分，从而提供(i)氢气流和(ii)包含氢、氧化碳和甲烷(例如，基本上不含水)的尾气；和压缩机，该压缩机适于接收并压缩尾气，从而提供压缩尾气作为产物气体。在这种情况下，尾气可用作设计燃料，其组成根据具体应用需求定制。来自上游二氧化碳分离器的二氧化碳流的一部分仍可用于计量二氧化碳以提供通过燃料参数(包括沃伯指数、甲烷值等)测量的目标组成。类似地，尾气可与其他外部气体(如管线甲烷、来自SNG模块的合成天然气等)共混以提供具有期望目标组成的设计燃料。
在模块化系统设计的改进中，烃转化系统进一步包括串联的二氧化碳分离器或模块、氢分离器模块和SNG模块，以提供(i)氢气流和(i)合成天然气作为产物流。二氧化碳分离器与HHR模块的第一出口流体连通并且适于(i)从HHR模块接收平台气体，以及(ii)分离平台气体中存在的二氧化碳的至少一部分，从而提供(i)二氧化碳流和(ii)包含来自平台气体的甲烷、氢和未分离的氧化碳的中间产物气体流。氢分离器模块包括：第一入口，该第一入口用于从二氧化碳分离器(例如，其下游)接收中间产物气体流并且与二氧化碳分离器流体连通；第一出口，该第一出口用于递送氢气流；和第二出口，该第二出口用于递送压缩尾气，该压缩尾气包含氢(例如，氢水平比中间产物气体的氢水平低)、氧化碳和甲烷(例如，基本上不含水)；氢分离器，该氢分离器适于(i)接收中间产物气体，以及(ii)从中间产物气体中分离氢的至少一部分，从而提供(i)氢气流和(ii)包含氢、氧化碳和甲烷(例如，基本上不含水)的尾气；和压缩机，该压缩机适于接收和压缩尾气。SNG模块包括：第一入口，该第一入口用于接收包含氢、氧化碳和任选的甲烷(例如，进料中基本不含水)的SNG进料流，SNG模块的第一入口与氢分离器模块(例如，其下游)的第二出口流体连通；第一出口，该第一出口用于递送包含甲烷的产物气体流(例如，甲烷含量比SNG进料流的甲烷含量高)；第二出口，该第二出口用于递送再循环系统水，SNG模块的第二出口与HHR模块的第二入口流体连通(例如，其上游以向HHR模块中的再循环水流提供另外的水)。SNG模块进一步包括加热器，该加热器适于(i)接收SNG进料流，以及(ii)将SNG进料流加热到预先确定的温度范围以形成加热的SNG进料气体。SNG模块进一步包括第二反应器(SNG)，该第二反应器包含第二催化剂并且适于从与第二反应器流体连通的加热器接收加热的SNG进料气体，其中第二反应器和第二催化剂适于使加热的SNG进料气体中氧化碳和氢的至少一部分反应成转化的甲烷和水，从而形成包含转化的甲烷和水的湿的合成天然气，其中湿的合成天然气具有比SNG进料流总体更高的甲烷摩尔分数。SNG模块进一步包括冷却器，该冷却器适于(i)从与冷却器流体连通的第二反应器接收合成天然湿工艺气体，以及(ii)从湿的合成天然气中分离水的至少一部分，从而提供(i)与第一出口流体连通的干燥的合成天然气(例如，主要是甲烷，任选地具有少量未反应的氢和/或氧化碳)作为产物气体，和(ii)与第二出口流体连通的再循环系统水流。在一些实施方案中，可将来自上游二氧化碳分离器的二氧化碳流(或调整流)的一部分以足以使尾气中的基本上所有氢反应(即，考虑到尾气中已经存在的一氧化碳和二氧化碳)的量进料到SNG进料管线。这种调整二氧化碳通常在尾气压缩之前。
在另一方面，本公开涉及用于由包含非甲烷烃和任选的甲烷的烃气体进料流形成(i)氢气流和(ii)产物气体流的烃或气体转化系统。该气体转化系统包括：过热器，该过热器适于(i)接收包含混合的烃气体进料流和水(例如，水蒸气/蒸汽)的进料气体，以及(ii)将进料气体过热至预先确定的温度范围以形成过热进料气体。第一反应器，该第一反应器包含第一催化剂并且适于从与第一反应器流体连通的过热器接收过热进料气体，其中第一反应器和第一催化剂适于使过热进料气体中的非甲烷烃的至少一部分反应(例如，经由选择性裂化、蒸汽重整)成氧化碳和氢，从而形成第一重整产物(例如，湿的重整产物；反应器产物出口)，该第一重整产物包含氧化碳、氢、任选的甲烷和任选的水；和氢分离器(例如，膜分离器、PSA分离器)，该氢分离器适于(i)从与氢分离器流体连通的第一反应器接收第一重整产物，以及(ii)从重整产物中分离氢的至少一部分，从而提供(i)包含分离的氢的氢气流和单独的(ii)包含氧化碳的产物气体流。第一反应器可以是重质烃反应器(HHR)，例如当系统中包括两个或更多个HHR单元(例如，并联)时是第一HHR。产物气体流可进一步包括任何未分离的氢以及重整产物中存在的任何甲烷或未反应的非甲烷烃。
在另一方面，本公开涉及用于由包含非甲烷烃和任选的甲烷的烃气体进料流形成(i)任选的氢气流和(ii)产物气体流的烃或气体转化系统。在该方面中，气体转化系统具有模式设计，使得其可操作以形成氢气(例如，HHR/HHR模式)或另选地操作以形成合成天然气(例如，HHR/SNG模式)。在HHR/HHR模式中，并联的两个反应器作为重质烃反应器(HHR)操作。在HHR/SNG模式中，串联的两个反应器作为重质烃反应器(HHR)操作，随后作为合成天然气(SNG)反应器操作。该气体转化系统包括：过热器，该过热器适于(i)接收包含混合的烃气体进料流和水的进料气体，以及(ii)将进料气体过热至预先确定的温度范围以形成过热进料气体。第一反应器(例如，第一HHR)，该第一反应器包含第一催化剂并且适于从与第一反应器流体连通的过热器接收过热进料气体，其中第一反应器和第一催化剂适于使过热进料气体中的非甲烷烃的至少一部分反应(例如，经由选择性裂化、蒸汽重整)成氧化碳和氢，从而形成第一重整产物(例如，湿的重整产物；反应器产物出口)，该第一重整产物包含氧化碳、氢和任选的甲烷；和第二反应器(例如，第二重质烃反应器或第一合成气反应器)，该第二反应器包含第二催化剂(例如，与第一催化剂相同)并且适于作为重质烃反应器以第一模式操作或作为合成气反应器以第二模式操作(例如，以两种另选操作模式中的一种)。在第一模式(HHR)中，第二反应器适于从与第二反应器流体连通的过热器接收过热进料气体，其中第二反应器和第二催化剂适于使过热进料气体中的非甲烷烃的至少一部分反应(例如，经由选择性裂化、蒸汽重整)成氧化碳和氢气，从而形成第二重整产物(例如，湿的重整产物；反应器产物出口)，该第二重整产物包含氧化碳、氢和任选的甲烷。在第二模式(SNG)中，第二反应器适于从与第二反应器流体连通的第一反应器接收第一重整产物(例如，在冷却和水分离之后)，其中第二反应器和第二催化剂适于将第一重整产物中的氧化碳和氢的至少一部分转化成转化甲烷，从而形成包含转化甲烷的合成天然湿工艺气体，其中合成天然湿工艺气体具有比烃气体进料流总体更高的甲烷摩尔分数。例如，基于最初存在于烃气体进料流中的甲烷、经由平衡蒸汽重整反应的甲烷化/逆反应在第一反应器中形成的甲烷和/或经由合成气转化在第二反应器中形成的甲烷的组合，甲烷可存在于合成天然湿工艺气体中。
模态气体转化系统进一步包括第一分流器，该第一分流器适于从与第一分流器流体连通的过热器接收过热进料气体，其中(i)在第二反应器的第一模式(HHR)下，第一分流器适于将过热进料气体的至少一部分进料到并联的第一反应器和第二反应器两者，使得各自与过热进料气体的一部分流体连通并且适于接收该过热进料气体的一部分，并且(ii)在第二反应器的第二模式(SNG)下，第一分流器适于(A)将过热进料气体的至少一部分进料到第一反应器，以及(B)防止过热进料气体流动到第二反应器(例如，没有分流并且过热进料气体仅进料到第一反应器)。
模态气体转化系统进一步包括第一流动搅拌器，该第一流动搅拌器与第一反应器和第二反应器(例如，在各自出口处)流体连通，其中(i)在第二反应器的第一模式(HHR)中，第一流动搅拌器适于接收第一重整产物和第二重整产物并将其合并为单一重整产物(例如，其中第一重整产物和第二重整产物可合并为单一重整产物并进料到氢分离器(当存在时))，并且(ii)在第二反应器的第二模式(SNG)中，第一流动搅拌器适于仅接收第一重整产物(例如，没有来自第二反应器的出口或其他流动进入第一流动搅拌器或以其他方式与第一重整产物合并)。
模态气体转化系统进一步包括第二分流器，该第二分流器与第一流动搅拌器流体连通，其中(i)在第二反应器的第一模式(HHR)中，第二分流器适于(A)接收组合的第一重整产物和第二重整产物，以及(B)防止组合的第一重整产物和第二重整产物流动到第二反应器(例如，将组合的重整产物送到冷却器用于水分离，然后送到氢分离器)，并且(ii)在第二反应器的第二模式(SNG)中，第二分流器适于(A)仅接收第一重整产物，以及(B)将第一重整产物的至少一部分进料到第二反应器(例如，将单一重整产物送到串联的第二反应器用于甲烷生产，绕过任何下游氢分离器)。
在实施方案中，模态气体转化系统进一步包括氢分离器，其中在第二反应器的第一模式(HHR)中，氢分离器适于(i)从与氢分离器流体连通的第二分流器接收组合的第一重整产物和第二重整产物，以及(ii)从组合的第一重整产物和第二重整产物中分离氢的至少一部分，从而提供(i)包含分离的氢的氢气流和单独的(ii)包含氧化碳的产物气体流。
任何方面中的烃气体进料流包括非甲烷烃和任选的甲烷。即，在一些实施方案中，烃气体进料可包括甲烷。在其他实施方案中，烃气体进料可排除或以其他方式基本上不含甲烷。例如，在一些实施方案中，甲烷存在于可用作所公开的系统的进料的火炬气/伴生气流中，但在上游Joule-Thompson(JT)或其他NGL分离的情况下，这种甲烷是烃气体进料流的任选组分。在其他实施方案中，当使用除火炬气/伴生气流以外的原料(例如，丙烷或其他进料气体)时，甲烷可不存在于烃气体进料流中。烃进料流可以是液体，或通过气化液体形成的气体。
在任何方面中，除了其氧化碳和氢组分之外，重整产物流类似地包括甲烷作为任选组分。基于存在于烃气体进料流中的甲烷、经由平衡蒸汽重整反应的甲烷化/逆反应在第一反应器中形成的甲烷和/或经由合成气转化在第二反应器中形成的甲烷(例如，当第二反应器作为SNG反应器操作时，诸如以HHR/SNG操作模式)，甲烷可存在于重整产物中。
在任何方面中，干燥的重整产物或平台气体主要包括甲烷和氢，以及大量二氧化碳和通常至少一些一氧化碳和/或水。在各种实施方案中，可通过改变HHR模块的第一反应器中的蒸汽∶碳比率和反应温度来选择和控制重整产物或平台气体的具体组成以使其在相对宽的范围内。例如，平台气体的甲烷含量可在10摩尔％至80摩尔％的范围内，例如至少10摩尔％、20摩尔％、30摩尔％、40摩尔％、50摩尔％或60摩尔％和/或至多30摩尔％、40摩尔％、50摩尔％、60摩尔％、70摩尔％或80摩尔％。平台气体的氢含量可在10摩尔％至70摩尔％的范围内，例如至少10摩尔％、20摩尔％、30摩尔％、40摩尔％或50摩尔％和/或至多30摩尔％、40摩尔％、50摩尔％、60摩尔％或70摩尔％。平台气体的二氧化碳含量可在5摩尔％至30摩尔％的范围内，例如至少5摩尔％、8摩尔％、10摩尔％或12摩尔％和/或至多12摩尔％、16摩尔％、20摩尔％、24摩尔％或30摩尔％。平台气体的一氧化碳含量可在0.01摩尔％至10摩尔％的范围内，例如至少0.01摩尔％、0.1摩尔％、0.2摩尔％或0.5摩尔％和/或至多1摩尔％、2摩尔％、3摩尔％、5摩尔％、7摩尔％或10摩尔％。平台气体的水含量可在0.01摩尔％至5摩尔％的范围内，例如至少0.01摩尔％、0.1摩尔％、0.2摩尔％或0.5摩尔％和/或至多0.5摩尔％、1摩尔％、2摩尔％、3摩尔％或5摩尔％。
在操作HHR模块以有利于氢作为期望或目标产物的情况下，平台气体的氢含量可在30至摩尔％70摩尔％的范围内，例如至少30摩尔％、35摩尔％、40摩尔％、45摩尔％或50摩尔％和/或至多50摩尔％、55摩尔％、60摩尔％、65摩尔％或70摩尔％。类似地，平台气体的甲烷含量可在10摩尔％至50摩尔％的范围内，例如至少10摩尔％、15摩尔％、20摩尔％、25摩尔％或30摩尔％和/或至多30摩尔％、35摩尔％、40摩尔％、45摩尔％或50摩尔％。类似地，平台气体的二氧化碳含量可在5摩尔％至30摩尔％的范围内，例如至少5摩尔％、8摩尔％、10摩尔％或12摩尔％和/或至多12摩尔％、16摩尔％、20摩尔％、24摩尔％或30摩尔％。类似地，平台气体的一氧化碳含量可在0.1摩尔％至10摩尔％的范围内，例如至少0.1摩尔％、0.2摩尔％或0.5摩尔％和/或至多1摩尔％、2摩尔％、3摩尔％、5摩尔％、7摩尔％或10摩尔％。类似地，平台气体的水含量可在0.01摩尔％至5摩尔％的范围内，例如至少0.01摩尔％、0.1摩尔％、0.2摩尔％或0.5摩尔％和/或至多0.5摩尔％、1摩尔％、2摩尔％、3摩尔％或5摩尔％。
在操作HHR模块以有利于甲烷作为期望或目标产物的情况下，平台气体的甲烷含量可在50摩尔％至80摩尔％的范围内，例如至少50摩尔％、55摩尔％、60摩尔％、65摩尔％或70摩尔％和/或至多60摩尔％、65摩尔％、70摩尔％、75摩尔％或80摩尔％。类似地，平台气体的氢含量可在10摩尔％至40摩尔％的范围内，例如至少10摩尔％、15摩尔％、20摩尔％或25摩尔％和/或至多20摩尔％、25摩尔％、30摩尔％、35摩尔％或40摩尔％。类似地，平台气体的二氧化碳含量可在5摩尔％至30摩尔％的范围内，例如至少5摩尔％、8摩尔％、10摩尔％或12摩尔％和/或至多12摩尔％、16摩尔％、20摩尔％、24摩尔％或30摩尔％。类似地，平台气体的一氧化碳含量可在0.01摩尔％至3摩尔％的范围内，例如至少0.01摩尔％、0.1摩尔％、0.2摩尔％或0.5摩尔％和/或至多1摩尔％、2摩尔％或3摩尔％。类似平台气体的水含量可在0.01摩尔％至5摩尔％的范围内，例如至少0.01摩尔％、0.1摩尔％、0.2摩尔％或0.5摩尔％和/或至多0.5摩尔％、1摩尔％、2摩尔％、3摩尔％或5摩尔％。
在任何方面中，合成天然气主要包括甲烷，以及可能的少量未反应的氧化碳和/或氢，并且通常包括至少一些水。例如，湿的合成天然气可包括约70摩尔％至90摩尔％的量的甲烷，例如至少70摩尔％、75摩尔％或80摩尔％和/或至多80摩尔％、85摩尔％或90摩尔％。类似地，湿的合成天然气可包括约10摩尔％至25摩尔％的量的水，例如至少10摩尔％、12摩尔％或15摩尔％和/或至多15摩尔％、20摩尔％或25摩尔％。类似地，湿的合成天然气可包括约0.1摩尔％至5摩尔％的量的组合量的氧化碳和/或氢，例如至少0.1摩尔％、0.2摩尔％、0.5摩尔％或1摩尔％和/或至多1摩尔％、2摩尔％、3摩尔％或5摩尔％。在去除水之后，干燥的合成天然气可包括约92-99摩尔％的量的甲烷，例如至少92摩尔％、94摩尔％、96摩尔％或98摩尔％和/或至多95摩尔％、97摩尔％、98摩尔％或99摩尔％。类似地，干燥的合成天然气可包括0.01摩尔％至5摩尔％的量的水，例如至少0.01摩尔％、0.1摩尔％、0.2摩尔％或0.5摩尔％和/或至多0.5摩尔％、1摩尔％、2摩尔％、3摩尔％或5摩尔％。类似地，干燥的合成天然气可包括约0.1摩尔％至5摩尔％的量的组合量的氧化碳和/或氢，例如至少0.1摩尔％、0.2摩尔％、0.5摩尔％或1摩尔％和/或至多0.5摩尔％、1摩尔％、2摩尔％、3摩尔％或5摩尔％。
在另选实施方案中，烃或气体转化系统可省略过热器或将过热器结合到反应器单元操作中。例如，可将过热器结合到第一反应器和/或第二反应器中，使得反应器适于接收除了烃气体进料流之外的水，然后将混合的两种组分过热以在反应器中形成过热进料气体。另选地，烃或气体转化系统的输入可以已经是包括烃气体进料和来自一些其他来源的水的过热进料气体的形式，该过热进料气体然后可以进料到反应器中。
所公开的烃或气体转化系统、其部件及其模块的各种改进是可能的。
在改进中，烃或气体转化系统进一步包括：蒸汽发生器，该蒸汽发生器适于(i)接收系统水，以及(ii)输出蒸汽；和/或搅拌器(例如，混合阀系统)，该搅拌器与用于接收烃气体进料流的入口流体连通并且与用于接收输出蒸汽的蒸汽发生器流体连通，该搅拌器适于(i)流动控制烃气体进料流和蒸汽的至少一部分，以及(ii)将进料气体输出到与搅拌器流体连通的过热器。系统水可包括再循环系统水和/或从与蒸汽发生器流体连通的罐/贮存器系统部件供应的水。
如上所述，可通过改变HHR模块的第一反应器中的蒸汽∶碳比率和反应温度来选择和控制重整产物或平台气体的具体组成以使其在相对宽的范围内。蒸汽通常与烃气体进料混合，使得所得进料气体(和过热进料气体)中蒸汽∶碳比率在2至4、5、6或更高的范围内。例如，蒸汽∶碳比率可具有约2.3的值以促进甲烷生产，诸如至少2.0、2.1或2.2和/或至多2.4、2.5或2.6。另选地，蒸汽∶碳比率可具有约4或更高的值以促进氢生产，诸如至少3、3.5、4、4.5、5、6和/或至多4、4.5、5、6、7或8。蒸汽∶碳比率是进料气体中水的摩尔数与碳原子的摩尔数之间的摩尔比(例如，进料气体中1mol乙烷提供2mol碳原子用于确定蒸汽∶碳比率)。HHR模块的第一反应器可在宽温度范围内操作，例如在约400℃至800℃的范围内。例如，第一反应器可具有在约400℃至550℃范围内的入口温度(或过热进料气体温度)以促进甲烷生产，诸如至少400℃、425℃或450℃和/或至多450℃、475℃、500℃、525℃或550℃的入口温度，任选地在出口很少或基本上没有温度升高或降低(例如，在入口的25℃或50℃内)。另选地，第一反应器可具有在约450℃至700℃范围内的入口温度(或过热进料气体温度)以促进氢气生产，诸如至少400℃、425℃或450℃和/或至多450℃、475℃、500℃、525℃或550℃的入口温度，进一步包括出口处的温度升高(例如，相对于入口至少50℃、75℃、100℃或125℃和/或至多100℃、150℃、200℃或250℃的升高)。
在改进中，离开第一反应器的第一重整产物进一步包含水；并且该系统进一步包括冷却器，该冷却器适于(i)从与冷却器流体连通的第一反应器接收第一重整产物，以及(ii)从第一重整产物中分离水的至少一部分(例如，通过冷却/冷凝)，从而提供与氢分离器流体连通并进料到氢分离器的干燥的第一重整产物。当以HHR模式、SNG模式或SNG模块操作时，类似条件适用于第二反应器。离开反应器的初始(湿)重整产物流通常含有40摩尔％至80摩尔％(或体积％)的水，例如至少40摩尔％、45摩尔％、50摩尔％、55摩尔％或60摩尔％和/或至多60摩尔％、65摩尔％、70摩尔％、75摩尔％或80摩尔％的水。冷却器通常去除初始重整产物中的至少85％的水，例如去除至少85％、90％、95％、98％或99％的水。离开冷却器或其他水分离器系统的干燥的重整产物流通常含有至多20摩尔％(或体积％)的水，例如至少0.1摩尔％、0.2摩尔％、0.5摩尔％、1摩尔％、2摩尔％或5摩尔％和/或至多1摩尔％、2摩尔％、3摩尔％、5摩尔％、7摩尔％、10摩尔％、15摩尔％或20摩尔％的水。
在冷却器的各种实施方案中，例如在HHR模块中和/或更一般地在烃或气体转化系统中，冷却器可包括：(i)制冷器，该制冷器与来自第一反应器(例如，在回热式热交换器的下游)的第一重整产物流体连通并适于降低其温度，从而冷凝第一重整产物中的水；(ii)水分离器，该水分离器与制冷器流体连通并适于从第一重整产物中去除冷凝水，从而形成平台气体和重整产物水流作为水分离器的出口物；和(iii)脱气器，该脱气器与来自水分离器的重整产物水流流体连通并适于从中去除夹带的重整产物气体(例如，氧化碳、氢气和/或甲烷)，从而形成再循环水流。在一些实施方案中，冷却器可包括制冷器上游(例如，以及回热式热交换器的下游)的另外的水分离器单元，例如以去除由于回热式热交换器中的重整产物的热交换和冷却而冷凝的一小部分水。冷却器通常不需要包括用于基本上完全去除水的脱水器或其他吸收材料；在冷却和冷凝之后剩余的约2摩尔％或更少的少量水对于下游处理是可接受的，诸如在SNG模块中。
在改进中，烃或气体转化系统进一步包括：第一热交换器，该第一热交换器定位在蒸汽发生器和过热器之间(例如，在流体流动的意义上)，该第一热交换器适于接收来自蒸汽发生器(例如，经由搅拌器)的进料气体作为第一冷热交换流体和第一重整产物作为第一热热交换流体，从而加热递送到过热器的进料气体(例如，并且冷却第一重整产物)；第二热交换器，该第二热交换器定位在第一入口和蒸汽发生器(或搅拌器)之间，该第二热交换器适于接收来自第一入口的烃气体进料流作为第二冷热交换流体和第一重整产物作为第二热热交换流体(例如，从第一热交换器热侧递送/与其流体连通)，从而加热待与蒸汽混合的烃气体进料流以提供进料气体(例如，并进一步冷却第一重整产物)；和/或第三热交换器，该第三热交换器定位在冷却器和蒸汽发生器之间，该第三热交换器适于接收来自冷却器和第二入口的再循环系统水流作为第三冷热交换流体和第一重整产物作为第三热热交换流体(例如，从第二热交换器热侧递送/与其流体连通)，从而加热递送到蒸汽发生器(例如，其煮器部件)的再循环系统水流，并(进一步)冷却递送到冷却器的第一重整产物。烃转化系统优选包括所有三个第一热交换器、第二热交换器和第三热交换器作为HHR回热式热交换器，以从HHR/第一反应器出口回收热能。然而，在各种实施方案中，烃转化系统可包括第一热交换器、第二热交换器和第三热交换器中的一些、全部或不包括的任何组合。
在另外的改进中，烃或气体转化系统进一步包括气化器热交换器，该气化器热交换器定位在第一反应器和第一热交换器之间，该气化器热交换器适于接收系统水的至少一部分作为气化器冷热交换流体和第一重整产物作为气化器热交换流体，从而加热和气化作为蒸汽递送到蒸汽发生器(例如，其汽包贮存器)或其下游的系统水的一部分。进料到气化器的系统水的一部分可包括新鲜/补充水和/或来自冷却器的再循环系统水。气化器可定位在第三热交换器的下游，并且可包括位于蒸汽发生器的返回和气化器热交换器之间的分流。烃或气体转化系统可进一步包括：分流器，该分流器适于(i)接收系统水(例如，从与分流器流体连通的第三热交换器的再循环系统水和/或补充水)，(ii)将系统水的至少一部分递送到蒸汽发生器，以及(iii)将系统水的至少一部分递送到蒸发器热交换器。分流器可将选定的可变相对量的系统水递送到蒸汽发生器煮器和气化器。在极限情况下，分流器还可将系统水仅递送到蒸汽发生器或仅递送到气化器。
在另一个改进中，烃或气体转化系统进一步包括气化器热交换器，该气化器热交换器定位在第一反应器和冷却器之间，该气化器热交换器适于接收作为气化器冷热交换流体的系统水的至少一部分(例如，来自冷却器的再循环系统水)和气化器热交换流体处的第一重整产物，从而加热和气化作为蒸汽递送到蒸汽发生器(例如，其汽包贮存器)或其下游的系统水的一部分。
在另一个改进中，烃或气体转化系统进一步包括分流器，该分流器适于(i)接收系统水(例如，来自冷却器诸如第三热交换器下游并且与分流器流体连通的再循环水流)，(ii)将系统水的至少一部分递送到蒸汽发生器的煮器部分，以及(iii)将系统水的至少一部分递送到蒸汽发生器的蒸汽贮存器部分(例如，经由中间蒸发器(当存在时)作为蒸汽)。该实施方案还可代表HHR模块的可升级版本，该HHR模块不包含气化器，但其预先与水线连接，以有利于以后将气化器作为冷侧流体安装和连接到水线。
气化器提供了这样的益处，即第一重整产物被冷却到相对较低的温度，使得HHR模块或烃或气体转化系统中后续的下游单元操作(更一般地，例如第一热交换器、第二热交换器和第三热交换器)不会暴露在极端高温下，从而降低其成本，同时仍然提供预热水、烃进料和进料气体流的回热式能量益处。当操作第一反应器以有利于氢气作为平台气体中的产物组分时，立即离开第一反应器的这样高的第一重整产物温度是可能的。气化器还提供用于各种工艺用途的蒸汽输出，例如作为第一反应器的反应物，并且当操作第一反应器以有利于氢气作为平台气体中的产物时，第一反应器的蒸汽需求通常较高(即，这还对应于较高的第一(HHR)反应器出口温度和降低温度的需要)。气化器蒸汽输出可用于其他工艺要素中，例如用于二氧化碳分离器(例如，胺分离器)中。在实施方案中，当操作第一反应器以有利于甲烷作为平台气体中的产物时，立即离开第一反应器的第一重整产物温度通常比第一反应器的蒸汽需求低。在此类情况下，系统水的相对较小部分(或没有)可递送到气化器热交换器，剩余部分递送到蒸汽发生器(例如，其煮器)。因此，气化器有利于HHR模块的模块化设计及其在高温和低温两种方案下操作的能力，以制备有利于氢或甲烷组分的平台气体产物：进料回蒸汽发生器煮器的系统水与进料到气化器的系统水之间选择可变分隔允许湿的重整产物和蒸汽产生的温度降低程度可变可选择，这对于氢或甲烷有利的平台气体组分是适当的。在其他实施方案中，可使用另外的或另选的温度控制装置来降低或限制进入热交换器的高重整温度。
在改进中，烃或气体转化系统进一步包括：第二反应器(例如，(第二)重质烃反应器)，该第二反应器包含第二催化剂并且适于从与第二反应器流体连通的过热器接收过热进料气体，其中第二反应器和第二催化剂适于使过热进料气体中的非甲烷烃的至少一部分反应(例如，经由选择性裂化、蒸汽重整)成氧化碳和氢，从而形成第二重整产物(例如，湿的重整产物；反应器产物出口)，该第二重整产物包含氧化碳、氢和任选的甲烷。第一反应器和第二反应器是并联的，使得各自与过热进料气体的一部分流体连通并且适于接收该过热进料气体的一部分(例如，经由反应器上游和过热器下游的合适的分流器)。将第一重整产物和第二重整产物组合成与氢分离器流体连通的单一重整产物并进料到该氢分离器(例如，经由反应器下游和氢分离器和冷却器(当存在时)上游的合适的搅拌器)。
在改进中，第一反应器(例如，和第二反应器，如果存在的话)适于作为绝热反应器、等温反应器、温度升高控制反应器和/或温度降低控制反应器操作。反应器的等温操作可包括入口和出口反应物/产物流之间相对小的温度梯度，例如具有至多约25℃、50℃、75℃或100℃的温度差或绝对温度差(AT或|AT|)。反应器的温度升高/降低控制操作可包括分别从反应物/产物流的入口到出口的适度的温度升高或降低，例如对于控制的温度升高具有至少75℃、100℃、125℃或150℃和/或至多约125℃、150℃、175℃、200℃、250℃或300℃的温度差(AT，出口减去入口)，或者对于控制的温度降低具有至少-125℃、-150℃、-175℃、-200℃、-250℃或-300℃和/或至多-75℃、-100℃、-125℃或-150℃的温度差。
在改进中，第一反应器(例如，和第二反应器，如果存在的话)适于接收逆流(热)热交换流体，从而向第一反应器中含有第一催化剂和过热进料气体的反应体积提供热量。更一般地，反应器适于独立地接收逆流或并流热交换流体，这取决于给定反应器是否被配置为作为吸热或放热反应的等温或绝热反应器操作。
根据应用需要，可独立地选择每个反应器以在绝热或等温模式下操作，并且可独立地选择每个反应器以具有逆流或并流热交换流。例如，这些反应器一个或两个反应器以HHR模式操作以产生氢气作为最终产物，反应器适合作为等温反应器或温度升高/降低控制反应器操作。更具体地，对于氢生产，可以等温或通过利用逆流流动热交换流在两端加热反应器的控制温度升高或降低来操作HHR。使用过热器将初始进料预热，并且使用具有加热流体(热气体)的逆流来在出口处引入热量并且防止穿过反应器催化剂床从入口到出口的温度下降。当一个反应器以HHR模式操作并且另一个反应器以SNG模式操作时，在用于产生甲烷气体作为最终产物的模态系统设计中，HHR反应器可使用并联/并流加热流体流绝热地操作。考虑到甲烷化是放热反应，SNG反应器更多以等温方式操作，以通过使用逆流—在这种情况下使用冷却流体(例如，来自鼓风机的环境空气)—冷却反应器以将反应温度维持在合理范围内。热可用于限制SNG反应(例如，控制催化剂温度的另选方法)。
在改进中，烃或气体转化系统进一步包括：甲烷分离器，该甲烷分离器适于(i)接收包含非甲烷烃和甲烷的烃气体预进料流(例如，作为火炬气/伴生气流)以及(ii)从预进料流分离甲烷的至少一部分，从而提供包含非甲烷烃的烃气体进料流(例如，除了潜在残余量的未分离甲烷之外)作为到过热器的进料(例如，经由其上游的搅拌器/蒸汽发生器)，例如在气化器中的NGL液体气化之后。甲烷分离器(或NGL分离器)可以是将甲烷与其他天然气液体(NGL)从包括甲烷和非甲烷烃两者的火炬气/伴生气流中分离的任何合适的分离器。合适的示例包括Joule-Thompson(JT)分离器、机械制冷分离器、膜分离器等，并且通常可包括本领域已知的分离器。
在进料到甲烷分离器、烃转化系统或HHR模块之前，可首先将火炬气/伴生气体流分流成(i)用于与产物气体流共混的旁路/富集流(即绕过整个氢形成和分离系统)和(ii)用于氢形成和分离的包含甲烷和非甲烷烃两者的进料流。甲烷分离器可以是多级设备。如图所示，甲烷分离器可包括第一NGL分离塔板以去除作为气体的甲烷(例如，与较少量的低级C2+烃一起)，并具有主要为C2+烃和一些残余甲烷的第二输出。分离的以甲烷为主的气体流用作第二旁路/富集流，而来自NGL分离的液体输出被传送到NGL运行罐，其中较轻的烃(例如甲烷、乙烷、丙烷等)将在NGL运行罐之前或之中开始气化，并且必须被排出以避免罐中的压力升高。因此，来自NGL运行罐的气体输出包括第三旁路/富集流，该第三旁路/富集流包括甲烷和少量的低级C2+烃，并且来自NGL运行罐的液体输出主要包括C2+烃，但具有较少的甲烷。分流成旁路/富集和进料流可与是否使用甲烷分离器无关地执行。适当地，可使用至多三个共混/富集塔板：(1)初始工艺气体流可与NGL运行罐排出气体共混以形成初始产物气体流。(2)初始产物气体流可与来自甲烷(例如，JT)分离的轻气体(以甲烷为主)共混以形成第二产物气体流。(3)第二产物气体流可与原始进料流(例如，本文的预进料气体)共混以形成第三产物气体。
在改进中，烃气体进料流中的非甲烷烃选自C2烃、C3烃、C4烃、C5烃、C6烃以及它们的组合(例如，混合物)。合适的非甲烷烃的示例包括乙烷、丙烷、丁烷、戊烷和己烷，包括其直链和支链异构体。更一般地，非甲烷烃可包括具有两个或更多个碳原子的烃(例如，“C2+烃”)，例如包括具有多于六个碳原子的一些烃，例如包括C7+、C8+、C9+或C10+烃(例如，至多C10、C12或C15)，诸如石脑油等。在一些实施方案中，非甲烷烃可包括氧化烃，例如醇诸如甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇等(例如，C1、C2、C3、C4、C5或C6醇)。此类醇可与以上列出的链烷烃一起包括，或代替以上列出的链烷烃，例如包括主要由作为重整反应物的甲醇组成的烃气进料。烃气体进料流的其他非烃组分可包括二氧化碳、氮、水蒸气、硫化氢以及它们的组合。
在改进中，烃气体进料流包含甲烷(即，除了非甲烷烃诸如C2+烃之外)。根据原料的特定来源，进料气体的甲烷含量范围为至多90摩尔％(或体积％)，其中C2+烃基本上是进料的剩余部分。例如，烃气体进料流适当地包含至少20摩尔％、30摩尔％、40摩尔％、50摩尔％、60摩尔％或70摩尔％的甲烷和至多50摩尔％、60摩尔％、70摩尔％、80摩尔％或90摩尔％的甲烷。类似地，烃气体进料流适当地包含少于15摩尔％、10摩尔％、5摩尔％、2摩尔％、1摩尔％、0.5摩尔％、0.2摩尔％或0.1摩尔％的除甲烷和非甲烷烃组合之外的气体物质(例如，氮气、二氧化碳或其他惰性气体)。
在改进中，烃气体进料流基本上不含甲烷。例如，当甲烷存在于火炬气/伴生气流中但在上游JT或其他NGL分离或分馏的情况下基本上不存在于气体转化系统的进料中时，或当使用丙烷或其他进料气体时，情况可能如此。例如，烃气体进料流可以是上游甲烷分离的结果，其进料气体中甲烷小于20摩尔％(或体积％)，其中C2+烃基本上是进料的剩余部分。因此，烃气体进料流可不含或基本上不含甲烷。在各种实施方案中，烃气体进料流适当地包含至少0.01摩尔％、0.1摩尔％、0.2摩尔％、0.5摩尔％、1摩尔％、2摩尔％或5摩尔％的甲烷和至多1摩尔％、2摩尔％、5摩尔％、10摩尔％、15摩尔％或20摩尔％的甲烷。类似地，烃气体进料流适当地包含少于15摩尔％、10摩尔％、5摩尔％、2摩尔％、1摩尔％、0.5摩尔％、0.2摩尔％或0.1摩尔％的除甲烷和非甲烷烃组合之外的气体物质。当将含非甲烷的流用作初始原料时，烃气体进料流适当地包含小于15摩尔％、10摩尔％、5摩尔％、2摩尔％、1摩尔％、0.5摩尔％、0.2摩尔％或0.1摩尔％的除所有组合的非甲烷烃之外的气体物质(例如，至多基本上100摩尔％任何合适分布的不同种类的C2+烃)。
在改进中，氢分离器适于在氢气流中提供99.97摩尔％的氢含量(例如，以摩尔、体积或重量为基础)，这是燃料电池级氢的最低规格。较低的氢含量对于其他应用/用途是可能的。适当地，氢分离器分离重整产物气体中至多90％的氢(例如，在氢气流中至少20％、30％、40％、50％、60％或70％和至多50％、60％、70％、80％或90％的氢分离和回收)。在各种实施方案中，氢气流可具有至少80摩尔％、85摩尔％、90摩尔％、95摩尔％、98摩尔％、99摩尔％、99.5摩尔％99.9摩尔％、99.97摩尔％或99.99摩尔％和/或至多98摩尔％、99摩尔％、99.5摩尔％、99.8摩尔％、99.9摩尔％、99.97摩尔％、99.99摩尔％、99.999摩尔％或100摩尔％的氢含量。去除氢之后剩余的尾气主要包括甲烷、氢和一氧化碳。例如，尾气可包括约30摩尔％至70摩尔％，例如至少30摩尔％、40摩尔％或50摩尔％和/或至多50摩尔％、60摩尔％或70摩尔％的量的甲烷。类似地，尾气可包括约20摩尔％至60摩尔％，例如至少20摩尔％、30摩尔％或40摩尔％和/或至多40摩尔％、50摩尔％或60摩尔％的量的氢。类似地，尾气可包括约5摩尔％至30摩尔％，例如至少5摩尔％、10摩尔％或15摩尔％和/或至多15摩尔％、20摩尔％或30摩尔％的量的一氧化碳。在其中尾气(或其一部分)作为具有目标组成的设计燃料从系统中排出的实施方案中，前述组分范围中的任一者也可适用于设计燃料。在其中尾气(或其一部分)与其他组分诸如二氧化碳(例如，来自二氧化碳分离器或模块)、管线甲烷、合成天然气(例如，来自SNG模块)等共混以向设计燃料提供目标组成的实施方案中，设计燃料可具有除了上文针对尾气提及的那些组分范围之外的另选组分范围。例如，设计燃料可包括约50摩尔％至99摩尔％的量的甲烷，例如至少50摩尔％、60摩尔％、70摩尔％、80摩尔％或90摩尔％和/或至多70摩尔％、80摩尔％、90摩尔％、95摩尔％、98摩尔％或99摩尔％。类似地，设计燃料可包括约0.1摩尔％至50摩尔％的量氧化碳、氢或组合的氧化碳和氢，例如至少0.1摩尔％、1摩尔％、2摩尔％、5摩尔％、10摩尔％、20摩尔％或30摩尔％和/或至多3摩尔％、5摩尔％、7摩尔％、10摩尔％、15摩尔％、20摩尔％、25摩尔％、30摩尔％、40摩尔％或50摩尔％。
在改进中，氢分离器选自由以下项组成的组：膜分离器、变压吸附(PSA)分离器和低温分离器。在一些实施方案中，该系统可进一步包括在氢分离器上游以及反应器和冷却器下游的脱水器和/或压缩机。例如，氢分离可在升高的压力下执行，例如至多350psi至600psi或400psi至500psi。因此，在一些实施方案中并且取决于进入氢分离器的进料的压力，可期望包括压缩机以将进入的低压进料的压力(例如，在约20psi至50psi或30psi至35psi的范围内)增加到期望的升高压力。在其他实施方案中，例如在将进入系统的烃进料气体压缩到升高的压力的情况下，可省略在氢分离器之前的压缩机。合适地，该系统还包括如图所示的二氧化碳分离器，例如与氢分离器分开的胺或其他独立装置。因此，氢分离器可提供至多三个出口：氢气流、二氧化碳流和残余产物流(例如，包括残余氢、二氧化碳、甲烷和非甲烷烃等)。
去除二氧化碳允许气体转化系统基于期望的最终用途灵活地提供产物流。例如，可使用去除二氧化碳以便提供所产生的氢气作为“蓝色”氢，这增加了产物的市场价值。作为背景，产生的氢气存在三种类型/等级：1)灰色氢(由没有碳捕获和螯合(CCS)的重整产物产生)；蓝色氢(由烃如重整但用CCS产生)；3)绿色氢(完全由可再生资源(典型地用经由风、太阳或核提供的能量电解)产生)。去除二氧化碳(例如，经由CCS)可提供绿色益处并且从销售和/或碳/可再生能源信用中产生另一种收入来源。去除或分离二氧化碳可通过任何合适的装置或装置的组合执行，例如膜分离器和/或洗涤器。在实施方案中，二氧化碳分离器是全胺装置系统(例如，基于胺的洗涤器)，例如包括胺接触塔和胺回收回路。一氧化碳通常不从工艺流中去除；一氧化碳可保留在产物气体中并被消耗/燃烧以获得其燃料值，或者其可在SNG反应器或模块中转化成作为反应物的甲烷。在去除二氧化碳之后，产物气体或中间产物气体可包含的甲烷范围为10摩尔％至90摩尔％(例如，至少10摩尔％、20摩尔％、30摩尔％、40摩尔％、50摩尔％、60摩尔％或70摩尔％和/或至多30摩尔％、40摩尔％、50摩尔％、60摩尔％、70摩尔％、80摩尔％或90摩尔％)，氢气的范围为10摩尔％至90摩尔％(例如，至少10摩尔％、20摩尔％、30摩尔％、40摩尔％、50摩尔％、60摩尔％或70摩尔％和/或至多30摩尔％、40摩尔％、50摩尔％、60摩尔％、70摩尔％、80摩尔％或90摩尔％)，一氧化碳的范围为0.01摩尔％至10摩尔％(例如，至少0.01摩尔％、0.1摩尔％、0.2摩尔％或0.5摩尔％和/或至多1摩尔％、2摩尔％、3摩尔％、5摩尔％、7摩尔％或10摩尔％)，水的范围为0.01摩尔％至5摩尔％(例如，至少0.01摩尔％、0.1摩尔％、0.2摩尔％或0.5摩尔％和/或至多0.5摩尔％、1摩尔％、2摩尔％、3摩尔％或5摩尔％)，并且/或者二氧化碳小于0.1摩尔％、0.01摩尔％或0.001摩尔％。
产物流中氢、甲烷和/或二氧化碳含量的选择和控制还允许气体转化系统根据用户特定的一组标准(例如，“设计”燃料)灵活地提供燃料流。系统容量和生产可在主要氢、甲烷和二氧化碳产物之间自主且独立地变化，使得可基于用户需求生产具有期望的氢、甲烷和/或二氧化碳含量的一个或多个气体流。该气体转化系统允许去除产物流和/或添加产物流以产生根据具体应用定制的燃料，从而为往复回热式发动机性能和涡轮发动机性能提供最佳燃料参数。例如，往复式和涡轮发动机制造商认为燃料稀释剂(二氧化碳)和氢(H2)含量是基于甲烷的燃料的非常有益的添加物。具体地：1)系统可将基于甲烷的燃料的稀释剂含量(二氧化碳)调整到与较低发动机排放和较好发动机性能和较长寿命一致的目标值，2)系统可调整基于甲烷的燃料中的氢含量以向发动机/涡轮性能提供性能、寿命和排放益处，以及3)系统可控制其他参数如热值、C2+含量、沃伯指数等以有益于性能、寿命和排放。在另一种操作模式中，该系统使用制氢(例如，HHR/HHR)配置来仅生产设计燃料，使得氢气不被分离成最终的、基本上纯的氢气产物，而是作为燃料组分包括。例如，可能存在其中不希望去除氢气并且希望生产定制的基于甲烷的燃料的应用。
在另一方面，本公开涉及一种用于由包含非甲烷烃和任选的甲烷的烃气体进料流形成(i)氢气流和(ii)产物气体流中的至少一者的方法，该方法包括：将烃气体进料流进料到根据前述实施方案中任一项所述的烃或气体转化系统，从而形成(i)氢气流和(ii)产物气流中的至少一者，例如通过加热、冷却、混合、反应、分离等各种中间步骤。例如，如本文所述的模块化烃或气体转化系统可用于形成氢气流和包含甲烷的产物气体流中的一者或两者(例如，合成天然气、尾气、设计燃料)。该方法可任选地包括将另外的产物流(例如，来自模块化系统或其他系统的二氧化碳、合成天然气和/或尾气)添加到氢气流和产物气体流中的至少一者中，从而形成具有选定组成的设计燃料流。此外，可使用具有一个、两个或更多个HHR单元的如上所述的气体转化系统形成氢气。类似地，如上所述的模态气体转化系统可用于形成具有至少一个HHR单元和至少一个单独的HHR/SNG单元的氢气、甲烷或两者(即，当在模式之间切换时)。
虽然所公开的方法、系统、装置和组成以各种形式易受实施方案的影响，但是在说明本公开的具体实施方案(并且将在下文中描述)时，理解本公开的目的是旨在说明，并且不旨在将权利要求限制为本文描述和说明的具体实施方案。
附图说明
为了更完整地理解本公开，应参考以下详细描述和附图，其中：
图1是说明在所公开的用于氢气生产的气体转化系统中的代表性单元操作和流的工艺流程图。
图2是说明在所公开的用于氢气生产的气体转化系统中的代表性单元操作和流的工艺流程图，进一步包括用于生产基本上纯的氢气的氢分离器。
图3是说明在所公开的用于氢气生产或使用相同单元操作的甲烷生成的模态气体转化系统中的代表性单元操作和流的工艺流程图。
图4是说明在具有氢分离的第一模式中图3的模态气体转化系统的工艺流程图。
图5是说明在没有氢分离的第一模式中图3的模态气体转化系统的工艺流程图。
图6是说明在第二模式中图3的模态气体转化系统的工艺流程图。
图7是说明在没有旁通/富集产物流的实施方案中所公开的用于氢气生产的气体转化系统中的流的代表性流速和能量含量的工艺流程图。
图8是说明在包括用于产物流富集的原始火炬气/伴生气旁路流的实施方案中所公开的用于氢气生产的气体转化系统中的流的代表性流速和能量含量的工艺流程图。
图9是说明在包括用于产物流富集的(i)原始火炬气/伴生气旁路流和(ii)甲烷/轻气体旁路流两者的实施方案中所公开的用于氢气生产的气体转化系统中的流的代表性流速和能量含量的工艺流程图。
图10是说明在包括(i)用于产物流富集的原始火炬气/伴生气旁路流、(ii)用于产物流富集的甲烷/轻气体旁路流、(iii)氢气流分离和(iv)二氧化碳气体流分离的实施方案中所公开的用于氢气生产的气体转化系统中的流的代表性流速和能量含量的工艺流程图。
图11是说明所公开的气体转化系统的HHR模块中的代表性单元操作和流的工艺流程图。
图12是说明进一步包括气化器的HHR模块中的代表性单元操作和流的工艺流程图。
图13是说明在所公开的结合了HHR模块和二氧化碳分离器或模块的气体转化系统中的代表性单元操作和流的工艺流程图。
图14是说明在所公开的结合了HHR模块和SNG模块的气体转化系统中的代表性单元操作和流的工艺流程图。
图15是说明在所公开的结合了HHR模块、二氧化碳分离器或模块、氢分离器模块和SNG模块的气体转化系统中的代表性单元操作和流的工艺流程图。
图16是说明图15的气体转化系统中的具体流的工艺流程图。
具体实施方式
本公开总体涉及由火炬气或其他烃进料气体流生产氢气流(例如，基本上纯的氢气流)、二氧化碳气体流(例如，基本上纯的二氧化碳气体流)和高质量富甲烷气体流的方法、系统和装置。通过接收一定体积的烃进料气体，将烃进料气体流重整、裂化或转化成合成气流和甲烷气体流，其中一定体积的烃进料气体包括一定体积的甲烷(C1)和一定体积的非甲烷(C2+)烃。该方法可控制一定体积的烃进料气体的入口流量和至少一个重整器系统的一定体积的蒸汽，该重整器系统将重整、裂化或转化至少一部分体积的C2+烃(例如，存在或不存在甲烷)。以这种方式，蒸汽重整器系统由一定体积的烃进料气体和一定体积的蒸汽产生一定体积的合成气和一定体积的甲烷气体。合成气中所含的氢可通过包括膜分离和变压吸附(“PSA”)系统的各种技术分离成高纯度氢气流，从而留下残余的以甲烷和氧化碳为主的气体流。分离的氢或主要为甲烷和氧化碳的残余流可与烃进料气体组合以形成具有目标质量值(包括热值、甲烷值或沃伯指数)的富集产物气体。以这种方式，使氢气和以甲烷和氧化碳为主的残余气体可在现场用作燃料或用于压缩或液化以及存储或运输到场外。
本公开进一步涉及通过接收一定体积的烃进料气体由火炬气或其他烃进料气体产生氢气流(例如，基本上纯的氢气流)和高质量富甲烷气体流的方法、系统和装置，其中一定体积的烃进料气体包括一定体积的甲烷(C1)和一定体积的C2+烃。该方法使用各种气体分离技术(包括Joule-Thompson、机械制冷和膜系统)将烃进料气体分离成以甲烷为主的气体流和以C2+烃为主的气体流。该方法可控制一定体积的C2+烃的入口流量和至少一个重整器系统的一定体积的蒸汽，该重整器系统将重整、裂化或转化至少一部分体积的以C2+为主的烃。以这种方式，蒸汽重整器系统由一定体积的以C2+为主的烃和一定体积的蒸汽产生一定体积的合成气和一定体积的甲烷气体。然后该方法可通过包括膜和变压吸附(“PSA”)系统的各种技术中的任一者将合成气中所含的氢气进一步分离成单独的高纯氢气流，从而留下残余的以甲烷和氧化碳为主的气体流。分离的氢或以甲烷和氧化碳为主的流可与从烃进料气体中分离的以甲烷为主的气体和/或与烃进料气体组合，以产生具有目标气体质量值(包括比热值、甲烷值或沃伯指数)的富集产物气体。以这种方式，使氢气和以甲烷和氧化碳为主的气体可在现场用作燃料或用于压缩或液化以及运输到场外。
在具体方面，本公开涉及由非甲烷烃进料气体流生产(i)氢气流(例如，基本上纯的氢气流)和(ii)含甲烷产物流(诸如富甲烷气体流或甲烷/氢共混物)中的一者或两者的模块化系统、方法和装置。模块化系统允许灵活的燃料生产，其范围从燃料电池级氢到管道质量甲烷到根据给定用户的规格包含甲烷、氢和(任选的)二氧化碳的现场特定“设计燃料”共混物。模块化设计允许针对特定用户的需要定制的系统的快速配置和现场安装和组装。使用模块化设计，作为核心部件的HHR模块是灵活的，因为其可使用单一、一致的安装/组装的一组单元操作在主要氢和甲烷组分之间提供具有目标、可选择分布的平台气体输出。通过改变操作条件诸如蒸汽∶碳比率和HHR反应温度，可在宽范围内控制HHR反应器中蒸汽重整和甲烷化反应的相对转化率和选择性，使得当氢是最终期望产物时，平台气体的组成可包括相对较高分数的氢产物(例如，与甲烷相比)，当甲烷是最终期望产物时，平台气体可包括相对较高分数的甲烷产物(例如，与氢相比)，当氢和甲烷都是期望的最终产物时，平台气体可包括氢和甲烷的平衡共混物等。HHR模块平台气体输出的这种灵活性(其可使用HHR模块中的单元操作的单个安装布置获得)允许选择另外的下游单元操作模块以提供特别对应于给定用户需求的燃料产物输出。这种下游模块可包括那些用于二氧化碳分离、氢分离和/或SNG生产的模块。
本公开的另一个实施方案涉及由火炬气或其他烃进料气体生产高纯度氢气流和富甲烷气体流的方法、系统和装置，如上所述，其中在通过膜、PSA或其他技术分离之前，在水煤气变换反应器中进一步处理合成气以增加氢含量。
本公开的另一个实施方案涉及由C2+烃生产高纯度氢气流和富甲烷气体流的方法、系统和装置，其中系统进料气体不包括甲烷气体。可能的进料气体包括乙烷、丙烷、丁烷和其他C2+烃。
图1至图2包括说明所公开的用于氢气生产的烃或气体转化系统50中的代表性单元操作和流的工艺流程图。
将包括非甲烷烃和任选的甲烷的烃气体进料62作为调节气体进料到搅拌器130，该搅拌器接收来自蒸汽发生器120的蒸汽126。搅拌器130输出对应进料气体132，该对应进料气体包括混合的烃气体进料流和水(例如，蒸汽)。热交换器(HEX)170，例如图示为第一热交换器172和第二热交换器174，可包括在搅拌器130的上游和下游，以使用来自重整产物流152的热量调整烃气体进料62和对应进料流的温度。然后将进料气体132进料到过热器140，该过热器将进料气体132过热至选定温度并输出过热进料气体142。然后将过热进料气体142进料到第一HHR反应器150，该过热进料气体含有适于使过热进料气体142中的非甲烷烃的至少一部分反应成氧化碳和氢的催化剂，从而形成包含氧化碳、氢和任选的甲烷的重整产物152。如图所示，可包括第二HHR反应器150以与第一反应器150并联操作。更一般地，可使用任何数量的HHR反应器150。如进一步说明的，HHR反应器150可包括逆流热交换流154以维持反应器150中的近似等温操作条件。离开HHR反应器150的重整产物流152可通过冷却器160以去除水169，水可再循环到例如蒸汽发生器120。在图1所示的实施方案中，干燥的重整产物114可作为合成气(即氧化碳和氢气)以及进料中最初存在的或由HHR反应器150中甲烷化产生的任何甲烷的混合物作为产物气体74回收。在图2所示的实施方案中，干燥的重整产物114进一步通过氢气分离器310以形成包括氧化碳的产物气体流74和包括分离的氢的氢气流72。根据干燥的重整产物的状态，可使用其他上游单元操作，诸如脱水器166和/或压缩机320。
图3至图6包括说明在所公开的用于氢气生产或使用相同单元操作的甲烷生成的模态气体转化系统50中的代表性单元操作和流的工艺流程图。
模态气体转化系统50类似于上文关于图1至图2所述的系统，但其进一步包括分流器136A、B、C、D和流动搅拌器134A，它们可被设定以引导流动穿过系统50，使得系统以用于氢产生的第一(HHR)模式或用于甲烷生成的第二(SNG)模式操作。在第一模式中，过热进料气体142被分流成两个(或更多个)并联流以在HHR反应器150中反应，从而形成氢气产物。在第二模式中，将过热进料气体142串联进料到用于合成气生产的第一HHR反应器150(在图中标记为左HHR)，然后进料到第二SNG反应器420(在图中标记为右HHR/SNG)，从而形成甲烷气体产物。图4说明用于氢产生的第一模式中的操作，其中氢气作为产物被回收。二氧化碳以及工艺气体(例如，二氧化碳、残余烃)也作为产物流被分离。图5说明用于氢产生的第一模式中的操作，其中氢气作为产物气体的组分被留下(即，进一步包括作为合成气的氧化碳)。图6说明用于甲烷产生的第二模式中的操作，其中产物气体包括甲烷以及任何未反应的氧化碳、氢或更重质烃。
图7至图10包括说明所公开的结合了HHR模块100和氢气分离器310用于氢气生产以提供氢气流72、产物气体流74和任选的一种或多种另外的产物流76、76A、76B、76C、76D的气体转化系统50中的流的代表性流速和能量含量的工艺流程图。图7说明没有任何进料旁路或产物富集流的实施方案。图8说明包括用于富集产物流74的原始火炬/烃进料气体旁路流66的实施方案。图9说明包括(i)原始火炬/烃进料旁通流66C和(ii)来自甲烷分离器80(例如，包括如所示的NGL分离器81和NGL运行罐82)的甲烷/轻气体旁通流66B、66A两者用于富集产物流74的实施方案。图10说明包括(i)用于富集产物流74的原始火炬/烃进料旁通流66C，(ii)用于富集产物流74的甲烷/轻气体旁通流66B、66A，(iii)经由氢分离器310分离的氢气流72，和(iv)经由二氧化碳分离器210分离的二氧化碳气体流76D的实施方案。下文的表1至表4提供了图7至图10中的流的流速和能量含量的汇总。
表1.图7的流特性
Figure BDA0004044465470000281
表2.图8的流特性
Figure BDA0004044465470000282
表3.图9的流特性
Figure BDA0004044465470000283
Figure BDA0004044465470000291
表4.图10的流特性
Figure BDA0004044465470000292
图11至图16包括说明所公开的用于使用各种模块化布置中的相同单元操作生产氢气和包含甲烷的产物气体中的一者或两者的烃或气体转化系统50中的代表性单元操作和流的工艺流程图。如图所示，烃或气体转化系统50包括单独的或与一个或多个其他分离器或模块(例如包括二氧化碳模块200、氢分离器模块300和/或SNG模块400)组合的HHR模块100。
如图11所示，HHR模块100可包括用于烃进料的第一(HHR)入口102、用于再循环系统水的第二(HHR)入口104、用于补充水的第三(HHR)入口105、用于平台气体的第一(HHR)出口106和用于脱气重整气体的第二(HHR)出口107。将包括非甲烷烃的烃气体进料62进料到搅拌器130，该搅拌器接收来自蒸汽发生器120的蒸汽126。搅拌器130输出对应进料气体132，该对应进料气体包括混合的烃气体进料流和水(例如，蒸汽)。回热式热交换器(HEX)170，例如图示为第一热交换器172、第二热交换器174和第三热交换器176，可包括在搅拌器130的上游和下游，以使用来自重整产物流152的热量作为热侧热交换流体来调整烃气体进料62和对应进料流的温度。然后将进料气体132进料到过热器140，该过热器将进料气体132过热至选定温度并输出过热进料气体142。然后将过热进料气体142进料到第一(HHR)反应器150，该过热进料气体含有适于经由平衡蒸汽重整和甲烷化反应使过热进料气体142中的非甲烷烃的至少一部分反应成氧化碳、氢和甲烷的催化剂。在各种实施方案中，用于第一(HHR)和第二(SNG)反应器的合适的催化剂没有特别限制，并且可包括各种可商购获得的催化剂，诸如商业蒸汽重整催化剂。示例包括AR-401催化剂(在活化的镁氧化铝尖晶石载体上的镍催化剂；可从HaldorTopsoe以丸粒形式或带有孔的盘获得)、CRG-LHR催化剂(具有镍活性组分的沉淀催化剂；可从Johnson Matthey以丸粒形式获得)、MC-750R催化剂(基于镍的催化剂；可从Unicat以丸粒形式获得)和REFORMAX 100RS催化剂(基于镍的催化剂；可从Clariant以丸粒形式获得)。
第一反应器150的产物输出是包括氧化碳、氢、甲烷和水的(湿的)重整产物152。更一般地，任何数量的第一反应器150可例如并联地使用以增加HHR模块100的容量。离开第一反应器150的重整产物流152可通过回热式热交换器170，然后到达冷却器或水分离单元160以去除水，水可再循环到例如蒸汽发生器120。在图11所示的实施方案中，冷却器160可包括第一水分离器166以去除在通过回热式热交换器170之后冷凝的一些水，随后是制冷器164以进一步冷却和冷凝水，水可在第二水分离器166中从重整产物中去除以形成具有显著降低的水含量的干燥重整产物167。从水分离器166回收的系统水可传送到脱气器168，以经由第二出口107分离并去除一些重整化合物(例如，少量甲烷、二氧化碳、氢)，从而形成再循环系统水流169。再循环系统水169可与来自下游模块的另外的再循环系统水112以及经由第三入口105的新鲜水或补充水混合，例如在收集点或水贮存器162中，以将系统水163提供回到蒸汽发生器120。
干燥的重整产物167作为平台气体114经由第一出口106离开HHR模块100。在一些实施方案中，平台气体114可作为甲烷、氢和二氧化碳的混合物回收并用作产物气体74，而不需要进一步的下游分离和/或反应单元操作。在其他实施方案中，平台气体114可代表作为进料传送到一个或多个另外的下游分离和/或反应单元操作的中间产物。
图12说明进一步包括气化器180的HHR模块100的另选实施方案。气化器180可定位在第一反应器150的下游和回热式热交换器170的上游，使得其可接收作为热热交换流体的热的湿的重整产物152以气化系统水163的至少一部分，该系统水否则将返回到蒸汽发生器120，如图11所示。如图12所示，系统水163的一部分184作为液态水传送到蒸汽发生器120，例如传送到其煮器122部件。类似地，系统水163的一部分186作为冷热交换流体被传送到气化器180，在那里它被热重整产物152气化，然后作为蒸汽被传送到蒸汽发生器120，例如传送到其汽包124部件。
图13说明包括与HHR模块100串联的二氧化碳分离器模块200的模块化烃或气体转化系统50。二氧化碳分离器模块200可包括用于包含二氧化碳的进料的第一(CO2)入口202、用于分离的二氧化碳的第一(CO2)出口206和用于具有减少的二氧化碳的中间或最终产物气体的第二(CO2)出口208。如图所示，来自HHR模块100的平台气体114经由第一入口202进料到模块200中的二氧化碳分离器210。示例二氧化碳分离器210可包括洗涤器(例如，胺洗涤器)、膜分离器等。富二氧化碳的流经由第一出口206离开分离器210和模块200，例如作为另外的二氧化碳产物流76，其随后可用作燃料稀释剂，添加到SNG进料中作为氧化碳反应物的来源。含有减少的二氧化碳或基本上不含二氧化碳的第二流经由第一出口208离开分离器210和模块200，例如作为含有甲烷和氢两者的产物流74。在一些实施方案中，产物流74可用作富蓝色氢的涡轮燃料，类似于原始平台气体，该富蓝色氢的涡轮燃料可与其他燃料组分诸如C1烃或主要含有C1和C2的烃的混合物(例如管线甲烷或其他主要甲烷流)共混。在一些实施方案中，甲烷/氢混合物可作为中间产物流212取出并进料到其他下游模块(例如，用于氢分离和/或SNG生产)。
图14说明包括与HHR模块100串联的SNG器模块400的模块化烃或气体转化系统50。SNG模块400可包括用于包含氢和氧化碳的进料的第一(SNG)入口402、用于合成天然气的第一(SNG)出口406和用于再循环系统水的第二(SNG)出口408。如图所示，来自HHR模块100的平台气体114经由第一入口402进料到模块400中的加热器410，例如回热式热交换器。平台气体114包括氢、氧化碳和甲烷的混合物，并且在进料到第二(SNG)反应器420之前通过加热器410加热到选定温度，第二反应器包含适于使氧化碳和氢的至少一部分经由甲烷化反应反应成甲烷和水的催化剂。第二反应器420的产物输出是包括甲烷和水的湿的合成天然气422。更一般地，任何数量的第二反应器420可例如并联地使用以增加SNG模块400的容量。离开第二反应器420的湿的合成天然气422可通过回热式热交换器(例如加热器410)，然后到达冷却器或水分离单元430以去除水，水可再循环到例如HHR模块100。在图14所示的实施方案中，冷却器430可包括制冷器434以冷却和冷凝水，水可在水分离器436中从湿气中去除以形成具有显著降低的水含量的干燥的合成天然气437。干燥的合成天然气437经由第一出口406作为包含高水平或基本上纯的甲烷的产物气体离开SNG模块400。从水分离器436回收的系统水可经由第二出口408作为进一步再循环系统水流112进料回到HHR模块100。
图15说明包括与HHR模块100串联的二氧化碳分离器模块200、氢分离器模块300和SNG模块400的模块化烃或气体转化系统50。二氧化碳分离器模块200和SNG模块400基本上如以上针对图13和图14的模块化实施方案所述进行操作，主要区别在于氢分离器模块300可在将氧化碳和氢的混合物传送到SNG模块400以形成富甲烷产物流之前取出高纯度氢作为产物。氢分离器模块300可包括用于包含氢和氧化碳的进料的第一(H2)入口302、用于高纯度氢气的第一(H2)出口304、用于作为SNG进料的压缩尾气的第二(H2)出口306和用于作为另选的含甲烷产物气体的压缩尾气的第三(H2)出口308。如图所示，来自二氧化碳分离器模块300的中间产物气体212经由第一入口302进料到模块200中的氢分离器310。示例氢分离器310可包括PSA分离器、膜分离器等。富氢流经由第一出口304离开分离器310和模块300，例如作为高纯度氢气72。离开氢分离器310的尾气312然后在压缩机320中压缩以提供压缩尾气322输出。在一些实施方案中，压缩尾气322的一部分(或全部)可经由第三出口308取出作为另外的产物流76B(例如，以及主要含有二氧化碳的另外的产物流76A)。在一些实施方案中，压缩尾气322的一部分(或全部)经由第二出口306进料到SNG模块400作为包含氧化碳和氢的SNG进料流。在一些实施方案中，来自上游二氧化碳分离器210(例如，经由其第一出口206)的二氧化碳流(或修整流)的一部分可在压缩之前添加到尾气312中，使得进料到SNG模块400的压缩尾气322含有另外的氧化碳反应物以促进在SNG模块400中更高地转化成甲烷。
在图15所示的另选的实施方案中，可省略SNG模块400。在此类情况下，模块化系统50的两种主要产物包括氢气流72和压缩的尾气流76B。
在图15所示的另一个另选的实施方案中，模块化系统可包括旁路管线，使得平台气体114的一部分(或全部)可直接进料到SNG模块400，从而绕过二氧化碳分离器模块200和氢分离器模块300。例如，在二氧化碳分离器模块200管线上游的平台气体114上的合适的分流器允许分配平台气体114，使得系统50可如图14(即，甲烷作为主要产物)、图15(即，氢和甲烷作为主要产物)或这两个实施方案的用户期望组合中所示进行操作。
实施例
以下实施例包括过程模拟，提供了根据本公开的烃转化系统的说明性组成和流条件。
实施例1
下表5提供了在图8中一般性说明的结合了用于富集产物流的原始火炬/伴生气旁路流的过程的说明性组成值。入口进料气体是典型的火炬气的代表，含有约60摩尔％至65摩尔％甲烷、约30摩尔％至35摩尔％组合的乙烷和丙烷以及约1摩尔％至5摩尔％的较重质烃(C4+)。“工艺气体”和“产物气体”塔包括在系统中形成的氢气的分数，其基于气体转化系统的通过量为约10摩尔％至50摩尔％或20摩尔％至25摩尔％，或者基于总进料气体(即，组合的旁路量加上气体转化系统通过量)为约6摩尔％至10摩尔％。在从气体转化系统的输出中分离氢组分的实施方案中，在“工艺气体”塔中的氢量在基本上纯的氢气流中回收，并且其他组分的浓度相应地成比例增加(例如，基于氢分离以及可能的二氧化碳分离)。
表5.用于产生富集的氢的说明性工艺流组分
Figure BDA0004044465470000331
Figure BDA0004044465470000341
实施例2
类似于实施例1，下表6提供了图10中一般性说明的结合了用于富集产物流的原始火炬/伴生气旁路流两者以及用于两种另外的产物流的氢分离和二氧化碳分离两者的过程的说明性组成值。
表6.用于产生富集的氢和二氧化碳的说明性工艺流组分
Figure BDA0004044465470000342
实施例3至实施例6
实施例3至实施例6说明根据本公开的HHR模块使用相同的工艺装备安装配置，但具有不同的入口蒸汽:碳比率和用于第一(HHR)反应器的温度提供可控的、可变组成的平台气体的能力。HHR模块如图11所示，并且烃气体进料是纯乙烷。下表7至表10提供了用于第一(HHR)反应器的过热入口、第一(HHR)反应器的湿的重整产物出口和HHR模块的干燥的重整产物平台气体的流条件(即，分别为图11中的流142、152和167)。
表7.实施例3流特性—氢目标产物、较低温度
Figure BDA0004044465470000351
表8.实施例4流特性—氢目标产物、较高温度
Figure BDA0004044465470000352
表9.实施例5流特性—甲烷目标产物、较低流速
Figure BDA0004044465470000353
Figure BDA0004044465470000361
表10.实施例6流特性—甲烷目标产物、较高流速
Figure BDA0004044465470000362
实施例7
实施例7说明根据本公开的烃转化系统使用模块化系统设计提供氢、甲烷和二氧化碳的多个高纯度产物流的能力。烃转化系统包括HHR模块、二氧化碳分离器、氢分离器模块和SNG模块，如图11和图15所示。在如上实施例4所述的高反应器温度下，如以上对于氢主产物所述操作HHR模块，并且烃气体进料是纯乙烷。下表11提供了图16所示的各种工艺流的流条件。
表11.实施例7流特性
Figure BDA0004044465470000363
Figure BDA0004044465470000371
表11.实施例7流特性–续
Figure BDA0004044465470000372
表11.实施例7流特性—续
Figure BDA0004044465470000373
Figure BDA0004044465470000381
美国公开号2019/0024003全文以引用方式并入本文。
因为对于本领域技术人员而言，为了适应特定操作要求和环境而变化的其他修改和改变将是显而易见的，所以本公开不被认为限于为了说明的目的而选择的示例，并且覆盖不构成偏离本公开的真实精神和范围的所有改变和修改。
因此，给出前述描述仅是为了清楚地理解本发明，并且不应从其理解为不必要的限制，因为在本公开的范围内的修改对于本领域普通技术人员而言可能是显而易见的。
在本说明书中引用的所有专利、专利申请、政府出版物、政府法规和参考文献全文以引用方式并入本文中。若有矛盾，将以本说明(包括定义)为准。
在整个说明书中，当组成、过程、试剂盒或装置被描述为包括组分、步骤或材料的情况下，除非另外描述，否则预期这些组成、过程或装置还可包括所述组分或材料的任何组合、基本上由所述组分或材料的任何组合组成或由所述组分或材料的任何组合组成。除非另有特别说明，否则组分浓度可以重量浓度表示。预期组分的组合包括均相和/或非均相混合物，如本领域普通技术人员鉴于前述公开内容所理解的。
附图成分列表
50 烃(或气体)转化系统
60 系统进料流
62 烃气体进料流
64、66 另外的烃进料或旁路/富集物流
70 系统产物流
72 氢气流
74 产物气体流
76 另外的产物流
80 甲烷分离器
81 NGL分离器
82 NGL运行罐
90 辅助系统
100 重质烃反应器(HHR)模块
102 第一入口(烃进料)
104 第二入口(再循环水)
105 第三入口(补充水)
106 第一出口(平台气体)
107 第二出口(脱气的重整气体)
112 再循环系统水
114 平台气体
120 蒸汽发生器
122 煮器
124 汽包/贮存器
126 输出蒸汽
130 搅拌器
132 进料气体
134 另外的流动搅拌器
136 另外的分流器
140 过热器
142 过热进料气体
150 第一应器或重质烃反应器(HHR)
152 第一重整产物
154 加热或热交换流
160 冷却器
162 收集或混合点/水贮存器
163 系统水
164 制冷器
166 水分离器
167 干燥的第一重整产物
168 脱气器
169 再循环水流
170 回热式热交换器
172 第一热交换器
174 第二热交换器
176 第三热交换器
180 气化器
182 分流器
184 到蒸汽发生器/煮器的再循环水
186 到气化器或蒸汽发生器/贮存器的再循环水
188 到蒸汽发生器(或汽包)的蒸汽
200 二氧化碳分离器(CO2)模块
202 第一入口 206 第一出口
208 第二出口
210 二氧化碳分离器
212 中间产物流
300 氢分离器(H2)模块
302 第一入口
304 第一出口
306 第二出口
308 第三出口
310 氢分离器
312 尾气
320 压缩机
322 压缩尾气
400 合成天然气(SNG)模块
402 第一入口
406 第一出口
408 第二出口
410 加热器(或热交换器)
420 第二反应器或合成天然气(SNG)反应器
422 湿的合成天然气
430 冷却器
434 制冷器
436 水分离器
437 干燥合成天然气
439 再循环水

Claims (36)

1.一种烃转化系统，所述烃转化系统用于转化包含非甲烷烃和任选的甲烷的烃气体进料流以形成(i)氢气流和(ii)包含甲烷的产物气体流中的至少一者，所述烃转化系统包括：
重质烃重整(HHR)模块，所述HHR模块包括：
第一入口，所述第一入口用于接收所述烃气体进料流；
第二入口，所述第二入口用于接收系统水；
第一出口，所述第一出口用于递送包含甲烷和氢的平台气体；
蒸汽发生器，所述蒸汽发生器适于(i)接收系统水，以及(ii)输出蒸汽；
过热器，所述过热器适于(i)接收包含混合的来自所述第一入口的所述烃气体进料流和来自所述蒸汽发生器的所述蒸汽的进料气体，以及(ii)将所述进料气体过热至预先确定的温度范围以形成过热进料气体；
第一反应器，所述第一反应器包含第一催化剂并且适于从与所述第一反应器流体连通的所述过热器接收所述过热进料气体，
其中所述第一反应器和所述第一催化剂适于使所述过热进料气体中的所述非甲烷烃的至少一部分反应成氧化碳、氢、甲烷和水，
从而形成包含所述氧化碳、所述氢、所述甲烷和所述水的第一重整产物；和
冷却器，所述冷却器适于(i)从与所述冷却器流体连通的所述第一反应器接收所述第一重整产物，以及(ii)从所述第一重整产物中分离所述水的至少一部分，从而提供(i)与所述第一出口流体连通的干燥的第一重整产物作为所述平台气体，和(ii)与所述蒸汽发生器和所述第二入口流体连通的再循环系统水流。
2.根据权利要求1所述的烃转化系统，所述烃转化系统进一步包括：
搅拌器，所述搅拌器与用于接收所述烃气体进料流的所述第一入口流体连通并且与用于接收所述输出蒸汽的所述蒸汽发生器流体连通，所述搅拌器适于(i)流动控制所述烃气体进料流和所述蒸汽的至少一部分，以及(ii)将所述进料气体输出到与所述搅拌器流体连通的所述过热器。
3.根据权利要求1所述的烃转化系统，所述烃转化系统进一步包括：
第一热交换器，所述第一热交换器定位在所述蒸汽发生器和所述过热器之间，所述第一热交换器适于接收来自所述蒸汽发生器的所述进料气体作为第一冷热交换流体和所述第一重整产物作为第一热热交换流体，从而加热递送到所述过热器的所述进料气体；
第二热交换器，所述第二热交换器定位在所述第一入口和所述蒸汽发生器之间，所述第二热交换器适于接收来自所述第一入口的所述烃气体进料流作为第二冷热交换流体和所述第一重整产物作为第二热热交换流体，从而加热待与所述蒸汽混合的所述烃气体进料流以提供所述进料气体；和
第三热交换器，所述第三热交换器定位在所述冷却器和所述蒸汽发生器之间，所述第三热交换器适于接收来自所述冷却器和所述第二入口的所述再循环系统水流作为第三冷热交换流体和所述第一重整产物作为第三热热交换流体，从而加热递送到所述蒸汽发生器的所述再循环系统水流，并冷却递送到所述冷却器的所述第一重整产物。
4.根据权利要求3所述的烃转化系统，所述烃转化系统进一步包括：
气化器热交换器，所述气化器热交换器定位在所述第一反应器和所述第一热交换器之间，所述气化器热交换器适于接收所述系统水的至少一部分作为所述气化器冷热交换流体和所述第一重整产物作为所述气化器热交换流体，从而加热和气化作为蒸汽递送到所述蒸汽发生器或其下游的所述系统水的所述部分。
5.根据权利要求4所述的烃转化系统，所述烃转化系统进一步包括：
分流器，所述分流器适于(i)接收所述系统水，(ii)将所述系统水的至少一部分递送到所述蒸汽发生器，以及(iii)将所述系统水的至少一部分递送到所述气化器热交换器。
6.根据权利要求1所述的烃转化系统，所述烃转化系统进一步包括：
气化器热交换器，所述气化器热交换器定位在所述第一反应器和所述冷却器之间，所述气化器热交换器适于接收所述系统水的至少一部分作为所述气化器冷热交换流体和所述气化器热交换流体处的所述第一重整产物，从而加热和气化作为蒸汽递送到所述蒸汽发生器或其下游的所述系统水的所述部分。
7.根据权利要求1所述的烃转化系统，所述烃转化系统进一步包括：
分流器，所述分流器适于(i)接收所述系统水，(ii)将所述系统水的至少一部分递送到所述蒸汽发生器的煮器部分，以及(iii)将所述系统水的至少一部分递送到所述蒸汽发生器的蒸汽贮存器部分。
8.根据权利要求1所述的烃转化系统，其中所述冷却器包括：
(i)制冷器，所述制冷器与来自所述第一反应器的所述第一重整产物流体连通并适于降低其温度，从而冷凝所述第一重整产物中的水；
(ii)水分离器，所述水分离器与所述制冷器流体连通并适于从所述第一重整产物中去除所冷凝的水，从而形成所述平台气体和所述重整产物水流作为所述水分离器的出口物；和
(iii)脱气器，所述脱气器与来自所述水分离器的所述重整产物水流流体连通并适于从所述重整产物水流中去除夹带的重整产物气体从而形成所述再循环水流。
9.根据权利要求1所述的烃转化系统，其中所述HHR模块不含甲烷分离器、氢分离器、二氧化碳分离器和合成天然气(SNG)反应器中的至少一者。
10.根据权利要求1所述的烃转化系统，其中所述第一反应器适于作为绝热反应器、等温反应器、温度升高控制反应器或温度降低控制反应器操作。
11.根据权利要求1所述的烃转化系统，其中所述第一反应器适于接收逆流或并流热交换流体，从而向所述第一反应器中含有所述第一催化剂和所述过热进料气体的反应体积提供热量。
12.根据权利要求1所述的烃转化系统，其中所述烃气体进料流中的所述非甲烷烃选自C2烃、C3烃、C4烃、C5烃、C6烃、C1醇氧化烃、C2醇氧化烃、C3醇氧化烃、C4醇氧化烃、C5醇氧化烃、C6醇氧化烃、C7至C15烃以及它们的组合。
13.根据权利要求1所述的烃转化系统，其中所述烃气体进料流包含甲烷。
14.根据权利要求1所述的烃转化系统，其中所述烃气体进料流基本上不含甲烷。
15.根据权利要求1所述的烃转化系统，所述烃转化系统进一步包括：甲烷分离器，所述甲烷分离器适于(i)接收包含非甲烷烃和甲烷的烃气体预进料流，以及(ii)从所述预进料流中分离所述甲烷的至少一部分，从而提供包含所述非甲烷烃的所述烃气体进料流作为所述第一入口的进料。
16.根据权利要求1所述的烃转化系统，其中：
所述烃转化系统在所述HHR模块第一出口下游不存在进一步的分离或反应装置；并且
所述平台气体是所述产物气体流。
17.根据权利要求1所述的烃转化系统，所述烃转化系统进一步包括：
二氧化碳分离器，所述二氧化碳分离器与所述HHR模块的所述第一出口流体连通并且适于(i)从所述HHR模块接收所述平台气体，以及(ii)分离所述平台气体中存在的二氧化碳的至少一部分，从而提供(i)二氧化碳流和(ii)包含来自所述平台气体的所述甲烷和所述氢的所述产物气体流。
18.根据权利要求1所述的烃转化系统，所述烃转化系统进一步包括：
合成天然气(SNG)模块，所述SNG模块包括：
第一入口，所述第一入口用于接收包含氢、氧化碳和任选的甲烷的SNG进料流，所述SNG模块的所述第一入口与所述HHR模块的所述第一出口流体连通；
第一出口，所述第一出口用于递送包含所述甲烷的所述产物气体流；
第二出口，所述第二出口用于递送所述再循环系统水，所述SNG模块的所述第二出口与所述HHR模块的所述第二入口流体连通；
加热器，所述加热器适于(i)接收所述SNG进料流，以及(ii)将所述SNG进料流加热到预先确定的温度范围以形成加热的SNG进料气体；
第二反应器(SNG)，所述第二反应器包含第二催化剂并且适于从与所述第二反应器流体连通的所述加热器接收所述加热的SNG进料气体，其中所述第二反应器和所述第二催化剂适于使所述加热的SNG进料气体中所述氧化碳和所述氢的至少一部分反应成转化的甲烷和水，从而形成包含所述转化的甲烷和所述水的湿的合成天然气，其中所述湿的合成天然气具有比所述SNG进料流总体更高的甲烷摩尔分数；和
冷却器，所述冷却器适于(i)从与所述冷却器流体连通的所述第二反应器接收所述湿的合成天然气，以及(ii)从所述湿的合成天然气中分离所述水的至少一部分，从而提供(i)与所述第一出口流体连通的干燥的合成天然气作为所述产物气体和(ii)与所述第二出口流体连通的再循环系统水流。
19.根据权利要求1所述的烃转化系统，所述烃转化系统进一步包括：
二氧化碳分离器，所述二氧化碳分离器与所述HHR模块的所述第一出口流体连通并且适于(i)从所述HHR模块接收所述平台气体，以及(ii)分离所述平台气体中存在的二氧化碳的至少一部分，从而提供(i)二氧化碳流和(ii)包含来自所述平台气体的所述甲烷、所述氢和未分离的氧化碳的中间产物气体流；和
氢分离器模块，所述氢分离器模块包括：
第一入口，所述第一入口用于从所述二氧化碳分离器接收所述中间产物气体流并且与所述二氧化碳分离器流体连通；
第一出口，所述第一出口用于递送所述氢气流；和
第二出口，所述第二出口用于递送包含氢、氧化碳和甲烷的压缩尾气；
氢分离器，所述氢分离器适于(i)接收所述中间产物气体，以及(ii)从所述中间产物气体中分离所述氢的至少一部分，从而提供(i)所述氢气流和(ii)包含氢、氧化碳和甲烷的尾气；和
压缩机，所述压缩机适于接收并压缩所述尾气，从而提供所述压缩尾气作为所述产物气体。
20.根据权利要求1所述的烃转化系统，所述烃转化系统进一步包括：
二氧化碳分离器，所述二氧化碳分离器与所述HHR模块的所述第一出口流体连通并且适于(i)从所述HHR模块接收所述平台气体，以及(ii)分离所述平台气体中存在的二氧化碳的至少一部分，从而提供(i)二氧化碳流和(ii)包含来自所述平台气体的所述甲烷、所述氢和未分离的氧化碳的中间产物气体流；和
氢分离器模块，所述氢分离器模块包括：
第一入口，所述第一入口用于从所述二氧化碳分离器接收所述中间产物气体流并且与所述二氧化碳分离器流体连通；
第一出口，所述第一出口用于递送所述氢气流；和
第二出口，所述第二出口用于递送包含氢、氧化碳和甲烷的压缩尾气；
氢分离器，所述氢分离器适于(i)接收所述中间产物气体，以及(ii)从所述中间产物气体中分离所述氢的至少一部分，从而提供(i)所述氢气流和(ii)包含氢、氧化碳和甲烷的尾气；和
压缩机，所述压缩机适于接收和压缩所述尾气；和
合成天然气(SNG)模块，所述SNG模块包括：
第一入口，所述第一入口用于接收包含氢、氧化碳和任选的甲烷的SNG进料流，所述SNG模块的所述第一入口与所述氢分离器模块的所述第二出口流体连通；
第一出口，所述第一出口用于递送包含所述甲烷的所述产物气体流；
第二出口，所述第二出口用于递送所述再循环系统水，所述SNG模块的所述第二出口与所述HHR模块的所述第二入口流体连通；
加热器，所述加热器适于(i)接收所述SNG进料流，以及(ii)将所述SNG进料流加热到预先确定的温度范围以形成加热的SNG进料气体；
第二反应器(SNG)，所述第二反应器包含第二催化剂并且适于从与所述第二反应器流体连通的所述加热器接收所述加热的SNG进料气体，其中所述第二反应器和所述第二催化剂适于使所述加热的SNG进料气体中所述氧化碳和所述氢的至少一部分反应成转化的甲烷和水，从而形成包含所述转化的甲烷和所述水的湿的合成天然气，其中所述湿的合成天然气具有比所述SNG进料流总体更高的甲烷摩尔分数；和
冷却器，所述冷却器适于(i)从与所述冷却器流体连通的所述第二反应器接收所述合成天然湿工艺气体，以及(ii)从所述湿的合成天然气中分离所述水的至少一部分，从而提供(i)与所述第一出口流体连通的干燥的合成天然气作为所述产物气体和(ii)与所述第二出口流体连通的再循环系统水流。
21.一种烃转化系统，所述烃转化系统用于由包含非甲烷烃和任选的甲烷的烃气体进料流形成(i)氢气流和(ii)产物气体流，所述气体转化系统包括：
过热器，所述过热器适于(i)接收包含混合的所述烃气体进料流和水的进料气体，以及(ii)将所述进料气体过热至预先确定的温度范围以形成过热进料气体；
第一反应器，所述第一反应器包含第一催化剂并且适于从与所述第一反应器流体连通的所述过热器接收所述过热进料气体，其中所述第一反应器和所述第一催化剂适于使所述过热进料气体中的非甲烷烃的至少一部分反应成氧化碳和氢，从而形成包含所述氧化碳、所述氢和任选的甲烷的第一重整产物；和
氢分离器，所述氢分离器适于(i)从与所述氢分离器流体连通的所述第一反应器接收所述第一重整产物，以及(ii)从所述重整产物中分离所述氢的至少一部分，从而提供(i)包含所述分离的氢的所述氢气流和单独的(ii)包含所述氧化碳的所述产物气体流。
22.根据权利要求21所述的烃转化系统，所述烃转化系统进一步包括：
蒸汽发生器，所述蒸汽发生器适于(i)接收系统水，以及(ii)输出蒸汽；和
搅拌器，所述搅拌器与用于接收所述烃气体进料流的入口流体连通并且与用于接收所述输出蒸汽的所述蒸汽发生器流体连通，所述搅拌器适于(i)流动控制所述烃气体进料流和所述蒸汽的至少一部分，以及(ii)将所述进料气体输出到与所述搅拌器流体连通的所述过热器。
23.根据权利要求21所述的烃转化系统，其中：
离开所述第一反应器的所述第一重整产物进一步包含水；并且
所述系统进一步包括冷却器，所述冷却器适于(i)从与所述冷却器流体连通的所述第一反应器接收所述第一重整产物，以及(ii)从所述第一重整产物中分离所述水的至少一部分，从而提供与所述氢分离器流体连通并进料到所述氢分离器的干燥的第一重整产物。
24.根据权利要求21所述的烃转化系统，所述烃转化系统进一步包括：
第二反应器，所述第二反应器包含第二催化剂并且适于从与所述第二反应器流体连通的所述过热器接收所述过热进料气体，其中所述第二反应器和所述第二催化剂适于使所述过热进料气体中的非甲烷烃的至少一部分反应成氧化碳和氢，从而形成包含所述氧化碳、所述氢和任选的甲烷的第二重整产物；
其中：
所述第一反应器和所述第二反应器是并联的，使得各自与所述过热进料气体的一部分流体连通并且适于接收所述过热进料气体的所述一部分；并且
将所述第一重整产物和所述第二重整产物组合成与所述氢分离器流体连通并进料到所述氢分离器的单一重整产物。
25.根据权利要求21所述的烃转化系统，其中所述第一反应器适于作为绝热反应器或等温反应器操作。
26.根据权利要求21所述的烃转化系统，其中所述第一反应器适于接收逆流热交换流体，从而向所述第一反应器中含有所述第一催化剂和所述过热进料气体的反应体积提供热量。
27.根据权利要求21所述的烃转化系统，所述烃转化系统进一步包括：
甲烷分离器，所述甲烷分离器适于(i)接收包含非甲烷烃和甲烷的烃气体预进料流，以及(ii)从所述预进料流中分离所述甲烷的至少一部分，从而提供包含所述非甲烷烃的所述烃气体进料流作为所述过热器的进料。
28.根据权利要求21所述的烃转化系统，其中所述烃气体进料流中的所述非甲烷烃选自C2烃、C3烃、C4烃、C5烃、C6烃以及它们的组合。
29.根据权利要求21所述的烃转化系统，其中所述烃气体进料流包含甲烷。
30.根据权利要求21所述的烃转化系统，其中所述烃气体进料流基本上不含甲烷。
31.根据权利要求21所述的烃转化系统，其中所述氢分离器适于在所述氢气流中提供至少99.97摩尔％的氢含量。
32.根据权利要求21所述的烃转化系统，其中所述氢分离器选自膜分离器、变压吸附(PSA)分离器和低温分离器。
33.根据权利要求21所述的烃转化系统，所述烃转化系统进一步包括二氧化碳分离器。
34.一种烃转化系统，所述烃转化系统用于由包含非甲烷烃和任选的甲烷的烃气体进料流形成(i)任选的氢气流和(ii)产物气体流，所述气体转化系统包括：
过热器，所述过热器适于(i)接收包含混合的所述烃气体进料流和水的进料气体，以及(ii)将所述进料气体过热至预先确定的温度范围以形成过热进料气体；
第一反应器，所述第一反应器包含第一催化剂并且适于从与所述第一反应器流体连通的所述过热器接收所述过热进料气体，其中所述第一反应器和所述第一催化剂适于使所述过热进料气体中的非甲烷烃的至少一部分反应成氧化碳和氢，从而形成包含所述氧化碳、所述氢和任选的甲烷的第一重整产物；
第二反应器，所述第二反应器包含第二催化剂并且适于作为重质烃反应器以第一模式操作或作为合成气反应器以第二模式操作，其中
(i)在所述第一模式(HHR)中，所述第二反应器适于从与所述第二反应器流体连通的所述过热器接收所述过热进料气体，其中所述第二反应器和所述第二催化剂适于使所述过热进料气体中的非甲烷烃的至少一部分反应成氧化碳和氢，从而形成包含所述氧化碳、所述氢和任选的甲烷的第二重整产物，并且
(ii)在所述第二模式(SNG)中，所述第二反应器适于从与所述第二反应器流体连通的所述第一反应器接收所述第一重整产物，其中所述第二反应器和所述第二催化剂适于将所述第一重整产物中的所述氧化碳和所述氢的至少一部分转化成转化甲烷，从而形成包含所述转化甲烷的合成天然湿工艺气体，其中所述合成天然湿工艺气体具有比所述烃气体进料流总体更高的甲烷摩尔分数；
第一分流器，所述第一分流器适于从与所述第一分流器流体连通的所述过热器接收所述过热进料气体，其中
(i)在所述第二反应器的所述第一模式(HHR)中，所述第一分流器适于将所述过热进料气体的至少一部分进料到并联的所述第一反应器和所述第二反应器两者，使得各自与所述过热进料气体的一部分流体连通并且适于接收所述过热进料气体的所述一部分，并且
(ii)在所述第二反应器的所述第二模式(SNG)中，所述第一分流器适于(A)将所述过热进料气体的至少一部分进料到所述第一反应器，以及(B)防止所述过热进料气体流动到所述第二反应器；和
第一流动搅拌器，所述第一流动搅拌器与所述第一反应器和所述第二反应器流体连通，其中
(i)在所述第二反应器的所述第一模式(HHR)中，所述第一流动搅拌器适于接收所述第一重整产物和所述第二重整产物并将其组合成单一重整产物，并且
(ii)在所述第二反应器的所述第二模式(SNG)中，所述第一流动搅拌器适于仅接收所述第一重整产物；和
第二分流器，所述第二分流器与所述第一流动搅拌器流体连通，其中
(i)在所述第二反应器的所述第一模式(HHR)中，所述第二分流器适于(A)接收组合的第一重整产物和第二重整产物，以及(B)防止所述组合的第一重整产物和第二重整产物流动到所述第二反应器；并且
(ii)在所述第二反应器的所述第二模式(SNG)中，所述第二分流器适于(A)仅接收所述第一重整产物，以及(B)将所述第一重整产物的至少一部分进料到所述第二反应器。
35.根据权利要求34所述的烃转化系统，所述烃转化系统进一步包括：
氢分离器，其中，在所述第二反应器的所述第一模式(HHR)中，所述氢分离器适于(i)从与所述氢分离器流体连通的所述第二分流器接收所述组合的第一重整产物和第二重整产物，以及(ii)从所述组合的第一重整产物和第二重整产物中分离所述氢的至少一部分，从而提供(i)包含所述分离的氢的所述氢气流和单独的(ii)包含所述氧化碳的所述产物气体流。
36.一种由包含非甲烷烃和任选的甲烷的烃气体进料流形成(i)氢气流和(ii)产物气体流中的至少一者的方法，所述方法包括：
将所述烃气体进料流进料到根据前述权利要求中任一项所述的烃转化系统，从而形成(i)氢气流和(ii)产物气体流中的至少一者；以及
任选地向所述氢气流和所述产物气体流中的至少一者添加另外的产物流，从而形成具有选定组成的设计燃料流。
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