CN1307086C - 制备合成气的方法和装置 - Google Patents

制备合成气的方法和装置 Download PDF

Info

Publication number
CN1307086C
CN1307086C CNB031648843A CN03164884A CN1307086C CN 1307086 C CN1307086 C CN 1307086C CN B031648843 A CNB031648843 A CN B031648843A CN 03164884 A CN03164884 A CN 03164884A CN 1307086 C CN1307086 C CN 1307086C
Authority
CN
China
Prior art keywords
gas
steam
flow process
reaction mixture
used heat
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB031648843A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1496955A (zh
Inventor
T·罗斯楚普－尼尔森
N·埃里克斯楚普
P·S·克里斯滕森
K·阿尔斯伯格－彼得森
J·－H·B·汉森
I·迪布杰尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Topsoe AS
Original Assignee
Haldor Topsoe AS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Haldor Topsoe AS filed Critical Haldor Topsoe AS
Publication of CN1496955A publication Critical patent/CN1496955A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1307086C publication Critical patent/CN1307086C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L3/00—Gaseous fuels; Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by subclass C10G, C10K; Liquefied petroleum gas
    • C10L3/06—Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by C10G, C10K3/02 or C10K3/04
    • C10L3/08—Production of synthetic natural gas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C01B3/384—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts the catalyst being continuously externally heated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C01B3/382—Multi-step processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
    • C01B2203/0816—Heating by flames
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1005—Arrangement or shape of catalyst
    • C01B2203/1011—Packed bed of catalytic structures, e.g. particles, packing elements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1005—Arrangement or shape of catalyst
    • C01B2203/1023—Catalysts in the form of a monolith or honeycomb
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1005—Arrangement or shape of catalyst
    • C01B2203/1035—Catalyst coated on equipment surfaces, e.g. reactor walls
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/14—Details of the flowsheet
    • C01B2203/142—At least two reforming, decomposition or partial oxidation steps in series
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency
    • Y02P20/129—Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

通过烃原料的催化蒸汽和/或二氧化碳转化制备合成气的方法和装置，包括的步骤为：(a)在来自燃烧管式转化器的包含烟道气的废热部分中加热烃原料和蒸汽和/或CO2的反应混合物；(b)通过与固体转化催化剂接触在废热部分外进行反应混合物的绝热转化；(c)重复步骤(a)和(b)直至达到所需反应混合物的组成和温度；(d)将反应混合物加入到燃烧管式转化器中并进一步将反应混合物转化至所需组成和温度；其中反应混合物的绝热转化是在包含烟道气的废热部分中流程气管线系统内进行的，该管线系统具有在加热部分以外的绝热区域，同时含有包括一个或多个催化结构元件的固体转化催化剂。

Description

制备合成气的方法和装置
技术领域
本发明涉及制备合成气的方法和装置。该制备方法包括烃原料的催化蒸汽和/或二氧化碳的转化。具体地，本发明提供了一种上述类型的改进方法，包括的步骤是：烃蒸汽混合物与蒸汽转化中具有活性的催化结构件接触进行加热蒸汽转化；随后，在燃烧蒸汽转化器中转化部分转化过的流出物。
背景技术
本领域公知的是，在合成气的制备中燃烧蒸汽转化器上游的部分蒸汽转化是以烃原料的预转化形式进行的。预转化通常用于包含高级烃的烃原料，或用于增加现有转化器设备的容量。在约450℃至550℃的温度下，将烃原料和蒸汽和/或CO2的流程气引入预转化器中。当进行预转化处理时，随着预转化器中蒸汽转化反应的进行，流程气的度能常稍稍降低或增加，这取决于烃原料，因为这是一种绝热的操作。
在工业合成气制备装置中，可在其中加入CO2的预转化流程气通过随后与来自燃烧蒸汽转化器的热烟道气进行热交换，而被再加热至燃烧蒸汽转化器所需的入口温度。工业转化器的入口温度通常为600℃至700℃。
在预转化器和燃烧蒸汽转化器之间加入烟道气加热的蒸汽转化步骤将提高烟道气热焓的利用率，同时能够保持入口温度在600℃至700℃之间。但是，本发明方法的使用并不限于这一温度范围内。
用于转化的烟道气中热焓利用率提高是令人期望的，因为它减少了燃烧转化器的尺寸同时降低了用于蒸汽生成的废热，从而限制了不希望出现的蒸汽的排出。
在欧洲专利申请855366中公开了来自燃烧蒸汽转化器的热烟道气中热量的改良使用。该专利申请公开了一种方法，其中进入蒸汽转化器的流程气在预热盘管中被部分转化，所述盘管壁上有蒸汽转化催化剂薄膜。而随后通过在涂覆催化剂的壁上进行的吸热蒸汽转化，反应烟道气中的大量有用热能传递级流程气并被其吸收。调节盘管的尺寸和催化剂的量，以提高来自催化预热盘管的部分转化流程气的出口温度，使其达到燃烧蒸汽转化器入口所需的温度。
该方法的主要缺点是，在催化预热盘管的长期操作过程中，降低了催化剂的活性。这会导致盘管的出口温度超过了燃烧蒸汽转化器入口允许的最大气体温度。升高的盘管出口温度是由于蒸汽转化减弱时，流程气的热吸收降低所致。因此，盘管壁上的催化剂必须不得不再活化或用新鲜催化剂替换。把盘管从烟道气通道中拆下来，更换预热盘管内的催化剂是困难且昂贵的操作。
在此参考引用的欧洲专利申请1069070中公开的目的是：利用易于替换的附加催化利单元补偿预热盘管上的薄膜催化剂降低的活性，从而改善上述类型的蒸汽转化过程的长期可操作性。
该专利申请公开了一种用于烃原料催化蒸汽转化的方法，而且包括蒸汽转化与第一蒸汽转化催化剂接触的烃蒸汽混合物，该第一蒸汽转化催化剂是设置在来自燃烧蒸汽转化器的烟道气通道中催化预热盘管壁上的薄膜。在此步骤后，将来自催化预热盘管的部分转化过的流出物与燃烧蒸汽转化器中的第二蒸汽转化催化剂进行接触。该方法包括的进一步步骤是，将部分转化过的流出物与一个中间转化单元进行接触，该中间转化单元设置在烟道气通道中催化预热盘管出口和燃烧蒸汽转化器入口之间。
在长时间操作过程中，催化预热盘管单元中活性的损失由中间转化单元中部分转化过的流出物的蒸汽转化反应部分地补偿。中间转化单元是在基本绝热的条件下进行操作的，而且补偿了催化预热盘管上薄膜状蒸汽转化催化剂部分降低的蒸汽转化活性，同时使得催化预热盘管流出物的温度升高。
除了在长时间操作中，提供所需要的温度调节使流程气的温度低于燃烧蒸汽转化器入口最大温度以外，中间转化单元进一步的优点是该单元的位置在烟道气通道之外。为了补偿上述的催化预热盘管中降低的活性，必须替换或再活化燃烧蒸汽转化器上游使用过的催化利。如前所述，在烟道气通道中盘管上使用过的以薄膜形状施加的催化剂的替换是耗费时间的且处理起来非常昂贵。
通过在烟道气通道外设置一个中间催化剂单元，于是在中间转化单元中替换使用过的催化剂而且替换操作明显地简化了。
在一个其中将催化预热盘管设计成使离开盘管的流程气在所需出口温度下是化学平衡的系统中，当进行绝热操作时，中间转化单元将不会改变温度或气体组份。随着催化预热盘管中的催化剂减活，化学反应将不是平衡状态。这意味着，使用较少的热量进行吸热蒸汽转化反应，同时由于传递到催化预热盘管的热量实际上没有变化，更多的热量可用于加热。这样导致盘管出口温度升高。在此情况下，中间转化单元将使气体组份接近平衡，因此在催化预热盘管中催化剂减活之前实现将气体冷却至接近所需温度。
然而，随着催化预热盘管中催化剂的减活变得严重，所产生的温度升高成为一个问题。预热盘管的温度升高可以超过设计温度，产生了来自烟道气的用于热传输的较小驱动力，导致了较小的传输功率，其结果是整个转化系统的容量已降低了。中间转化单元的使用并未解决这一问题，而且施加在预热盘管壁上的催化剂薄膜的替换变得必要了。
在EP855366和EP1069070中描述的方法都具有缺陷，即在烟道气通道中催化预热盘管壁上的催化剂薄膜的替换很困难。EP1069070描述了一种部分解决方法，该方法延长废热部分的再加热盘管壁上催化剂薄膜的使用寿命。然而，可以预料到随着时间的推移废热部分的预热盘管壁上催化剂薄膜的减活，最终必需替换催化剂。如上所述，这一操作是人们不希望的，因为它耗费时间而且昂贵。
美国专利US3743488公开了一种方法，其中烃蒸汽混合物在烟道气蒸汽中被重复加热，同时在烟道气蒸汽外部的绝热反应器中与蒸汽转化催化剂颗粒进行反应。这种方法能够较容易地进行外部反应器中催化剂的替换。但是，许多绝热反应器容器的使用总体上来说是一种昂贵的解决方法。
美国专利US4959079公开了一种方法，其设计目的是提高来自燃烧蒸汽转化器的热烟道气中热量的使用率。在该方法中，将通往蒸汽转化器的流程气在从辐射腔中延伸出来的转化器管预热部分中部分地转化。接着将烟道气中可利用的热量经过吸热蒸汽转化反应而被传递给流程气并被其吸收。但是，在烟道气和转化管之间的逆流中的热交换是很少的。在转化管上装翅片提高了热传递。尽管这样，如果将转化管的长度保持在合理的长度内，能够热传递的量相对有限。
本发明方法通过提供一种改进的方法解决了现有技术中的问题，它包括的步骤是烃蒸汽混合物与在蒸汽转化中具有活性的固体催化剂接触进行的蒸汽和/或CO2转化。固体催化剂例如催化结构件设置在构成蒸汽转化单元的烟道气加热盘管系统的管线系统中。接着，来自蒸汽转化单元的流出物与燃烧蒸汽转化器中的蒸汽转化催化剂接触。通过将一些或所有蒸汽转化单元的蒸汽转化催化剂定位为烟道气通道外部加热盘管系统的管线系统绝热部分中的可去除催化剂结构，容易实现催化剂的替换，同时提高了用于蒸汽转化的烟道气的热焓利用率。
发明内容
因此，本发明提供一种通过烃原料的催化蒸汽和/或CO2转化来制备合成气的方法，包括如下步骤：
(a)在来自燃烧管式转化器的包含烟道气的废热部分中加热烃原料和蒸汽和/或CO2的反应混合物；
(b)通过与固体转化催化剂接触而在废热部分外进行反应混合物的绝热转化；
(c)重复步骤(a)和(b)直至达到所需的反应混合物的组成和温度；
(e)将反应混合物送入到燃烧管式转化器中并进一步转化该混合物至所需的组成和温度；
其中，反应混合物的绝热转化是在包含烟道气的废热部分中的流程气管线系统中进行的，该管线系统具有在加热部分以外的绝热区，而且含有包括一个或多个催化结构元件的固体转化催化剂。
优选在本发明的方法中，在加热步骤(a)之前预转化烃原料和蒸汽和/或CO2的反应混合物。优选在本发明的方法中，的固体转化催化剂位于盘管的绝热区域内和/或管道连接件中。
本发明还涉及一种用于上述方法的装置，其中包括下列：
(a)一种绝热的预转化器，用于烃原料和蒸汽和/或CO2的混合物的任选的预转化；
(b)一个具有包含烟道气的废热部分的燃烧管式转化器，该废热部分用于加热烃原料和蒸汽和/或CO2的混合物或预转化混合物；
(c)一个结合在包含烟道气的废热部分中的流程气加热盘管；
(d)一个在废热部分外部的蒸汽转化单元系统；
其中，蒸汽转化单元系统结合在包含烟道气的废热部分中的加热盘管系统的管线系统的流程气管线系统中，该管线系统具有在加热部分以外的绝热区，而且含有包括一个或多个催化结构元件的固体转化催化剂。
优选在本发明的装置中，固体转化催化剂位于盘管的绝热区域内和/或管道连接件中。优选在本发明的装置中，流程气加热盘管包含固体转化催化剂，该加热盘管设置在包含烟道气的废热部分内。
本发明的各种实施方案可实现设置在管线系统中催化结构元件的容易替换，在烟道气和流程气之间有效的热传递和由于各种功能的高水平的结合形成的具有经济吸引力的设计。
将蒸汽转化单元系统结合在流程气管线系统中，并将其设置在燃烧管式转化器的包含烟道气的废热部分中。能够以各种方式构成管线系统。再加热部分可以由许多连接普通的进料和产品集管的平行管组成。例如，流程气通过入口集管进入加热盘管，接着被收集在加热部分外部的出口集管中。利用一个连接件将该出口集管与下一个再加热盘管部分的入口集管连接。
在本发明方法中，被催化的结构元件设置在普通的流程气管线系统中。催化元件可以设置在连接一个与另一个加热盘管的集管系统中，举例来说是在集管本身中或在两个集管之间的过渡区内。入口和出口集管以及在两个集管间的过渡区构成了绝热区。
在本发明的另一个实施方案中，第一催化元件可以设置在出口集管中，而第二催化元件设置在下一个再加热部分的入口集管中。
在本发明进一步的实施方案中，其方法由在流程气管线系统中的绝热蒸汽转化组成，其中独立的管子延伸至加热区外部。利用在加热区外的U形管或类似元件将每一个管子与接下来的管子连接。在烟道气通道和管连接件外部的管子延伸部分包括可设置催化剂的绝热部分。
本发明另一个实施方案包括一种方法，其中蒸汽转化另外发生在废热部分内再加热部分流程气管线系统中，再加热部分具有例如可以用隔离物分开的结构元件。除了设置在集管系统中的结构元件以外，交叉波纹状结构元件也可以用于这种情况。传统的催化剂颗粒也能够用于再加热部分的管线系统中。
在本发明方法中，可以改变再加热步骤的数目，再加热后在包含催化元件的集管部分中进行绝热转化。
各种固体转化催化剂能够混合在加热器的管线系统中。以含有催化层的结构元件形式的催化结构件适用于本发明的方法中。在本发明方法中，固体催化剂包括以含有蒸汽转化催化剂的催化剂涂层结构元件形式的催化结构件。将催化结构元件设置在加热部分和绝热反应部分中的任何位置。
术语催化结构元件用于催化剂系统，其中一层催化剂固定在另一种材料的表面。另一种材料起到为系统提供强度的承载结构作用。这样就能将本身机械强度不足的催化剂设计成形。另一种材料可以是、但并不限于、金属或陶瓷。其布局可包括、但并不限于、整体结构、交叉波纹结构、高表面积结构元件、泡沫、板、附属于管壁的结构或其它适宜的形状。
具体地，结构元件的特征在于它们是在相邻的层间包括有流通通道的许多涂层的装置。形成涂层以使相邻的涂层设置在一起形成这样一种装置，其中流通通道例如可以相互交叉或能形成直通道。结构元件在例如美国专利5536699和4985230、欧洲专利申请396650、433223和208929中进一步描述，所有这些专利申请在此引入作为参考。
两种类型的结构元件特别适用于本发明方法中一直通道元件和交叉波纹状元件。
直通道元件是最适用于绝热条件的，而且这些元件的各种几何形状都能使用。例如，直管状整体结构适用于本发明方法中。
交叉波纹状元件提供了从管壁到气流的有效热传递。它们也适用于本发明方法中，特别是在加热部分。
其它催化结构元件也可用于本发明方法中，例如高表面积结构元件。在本发明方法中，在系统中引入附加催化剂活性的其它方式也可与催化结构元件结合使用，举例来说附属于管壁的催化剂如薄膜和催化剂颗粒。
附图说明
图1表示含有含再加热部分的预转化器和转化器的传统系统。
图2表示本发明方法的一个实施方案的系统。
具体实施方式
图1描述了一种传统的系统，其中将烃原料(1)和蒸汽(2)的流程气在约450℃至550℃温度下引入预转化器(20)中。当进行预转化处理时，随着预转化器中蒸汽转化反应的进行，流程气的温度通常稍稍降低或增加，这取决于烃原料，因为这是一种绝热的操作。预转化过的产物气流(4)和任选的二氧化碳(8)进入加热盘管。任选添加的CO2用虚线表示。
在工业合成气制备设备中，可加入CO2的预转化流程气通过随后与来自燃烧转化器的热烟道气(7)进行热交换，而被再加热至所需的燃烧蒸汽转化器(24)的入口温度。常规的工业转化器的入口温度为500℃至700℃。
图2表示具有两个再加热部分和三个部分具有催化元件的本发明的一个实施方案。在本发明方法中，完全消除了该方法所必需的催化剂的量受必需的热传递区域的影响。
将烃进料(1)与过程蒸汽(2)混合，形成进入绝热预转化器(20)中的进料气流(3)。这一步骤是任选的而且如果不需要可以将其省略。然后如果需要可将蒸汽和/或CO2加入到预转化过的产物流(4)中，或者在不需要预转化的情况下，将其加入到烃和蒸汽进料气流(3)中。接着混合物进入位于来自燃烧管式转化器(29)的烟道气部分(27)的过程加热盘管(21)中，利用烟道气(12)中的热焓进行过程气流的蒸汽转化。在加热盘管(21)中，将预转化过的气流(4)在收集到集管系统(22)之前加热至例如600-700℃。用蒸汽转化催化剂(22a)催化的结构元件位于集管系统(22)中。加热的气流(4)通过催化剂(22a)，利用热量以蒸汽转化过程气流中的烃组份并形成气流(5)。将蒸汽(5)引入第二过程加热盘管(23)中。
在收集到集管系统(24)之前，在加热盘管(23)中将气流(5)加热至例如600℃至750℃。用蒸汽转化催化剂(24a)催化的结构元件位于集管系统(24)中，加热的气流(5)通过催化剂(24a)，利用热量进一步蒸汽转化过程气流中的烃组份并形成气流(6)。将蒸汽(6)引入第三过程加热盘管(25)中。
在收集到集管系统(26)之前将气流(6)加热至例如600℃至800℃。用蒸汽转化催化剂(26a)催化的结构元件位于集管系统(26)中，加热的气流(6)通过该催化剂，利用热量进一步蒸汽转化过程气流中的烃组份并形成气流(7)。
在此可以包括几个更多的再加热和反应步骤。再加热和反应步骤的数目取决于所需的效果，如气体组成或平衡气体温度。
如果需要，在每一个反应步骤中可以加入蒸汽和/或CO2。
如果不需要进一步的再加热和反应步骤，将蒸汽(7)引入位于燃烧管式转化器(29)内的转化管(28)中。在此通过燃料燃烧为工艺添加额外的热量，同时由转化管收集所需的转化过的产品(8)。
在上述实施方案中使用的适宜的结构元件是直管整体结构。
本发明的装置和方法有很多优点。最重要的优点是可以容易地替换固体转化催化剂，因为该催化剂位于废热部分外部容易接近的元件中。
实施例
实施例1
将本发明方法中所需催化剂的量与传统方法进行比较。
通过将烃和蒸汽加入预转化器，接着在管式转化器的包含烟道气的废热部分的盘管中将其加热实现传统的方法。首先，在进料通过包含蒸汽转化催化剂颗粒的第一绝热反应器之前将其加热。接着，混合物再加热并再次反应，重复再加热和反应步骤的次数直到已经同时完成四次再加热步骤和四次反应步骤。
在本发明方法中，将由烃和蒸汽组成的进料送入到预转化器中，接着使其通过管式转化器的包含烟道气的废热部分中的管线系统。首先，在其通过包含催化结构元件的第一绝热集管系统之前加热进料。接着，混合物再加热并再次反应，重复再加热和反应步骤的次数直到已经同时完成四次再加热步骤和四次反应步骤。
在两个系统中，预转化后进入第一再加热盘管的入口温度为450℃且最后的出口温度为650℃。两个系统以270Nm3/h的流动速率送料至两个蒸汽转化系统，并且以319Nm3/h的速率排料。碳流动速率为100Nm3/h。传统方法的空速为10000-15000Nm3C1/hrm3催化剂。本发明方法中的空速可提高至100000-1000000Nm3C1/hrm3催化剂，因为催化剂支撑在结构元件上。
本发明方法中使用的催化剂的量为0.1-1.0kg，而在传统方法中使用6.7至10kg。
本发明方法可使用少几个数量级的催化剂，设计简单而产生更多的经济效益。
实施例2
这个实施例是以图1和2中描述的系统为基础但没有加入CO2。在转化器的烟道气部分中设置了一个废热锅炉，需要该锅炉是为了通过回收烟道气中的热焓而获得整体高能效。
表2中的数字表示使用本发明方法可获得的大量的节省。
表2
传统方法与本发明方法中功率分布的对比
   传统方法    本发明方法
 主转化器功率，Gcal/h    40.3    22.6
 再加热盘管功率，Gcal/h    5.3    不适用
 再加热盘管/包含结构催化剂的集管系统功率，Gcal/h    不适用    12.0
 总转化功率，Gcal/h    45.6    45.6
 烟道气流，Nm3/h    105166    92054
 废热锅炉功率，Gcal/h    9.8    2.0
结果显示，在本发明方法中转化器所需功率低得多。因此在本发明方法中可以使用较小的转化器。除了烟道气流动速率降低以外，所产生的蒸汽量也减少了。总而言之实现了大量节省。

Claims (12)

1.通过烃原料的催化蒸汽和/或二氧化碳转化而制备合成气的方法，它包括以下步骤：
(a)在来自燃烧管式转化器的包含烟气的废热部分中加热烃原料和蒸汽和/或CO2的反应混合物；
(b)通过与固体转化催化剂接触而在废热部分外进行反应混合物的绝热转化；
(c)重复步骤(a)和(b)直至达到所需反应混合物的组成和温度；
(d)将反应混合物送入燃烧管式转化器中并进一步将反应混合物转化至所需组成和温度；
其中，反应混合物的绝热转化是在包含烟道气的废热部分内的流程气管线系统中进行的，该管线系统具有在加热部分以外的绝热区域，并且含有包括一个或多个催化结构元件的固体转化催化剂。
2.如权利要求1所述的方法，其中在加热步骤(a)之前预转化烃原料和蒸汽和/或CO2的反应混合物。
3.如权利要求1所述的方法，其中的结构元件是交叉波纹状的。
4.如权利要求1所述的方法，其中的结构元件是整体结构。
5.如权利要求1所述的方法，其中的结构元件是金属或陶瓷结构元件。
6.如权利要求1所述的方法，其中的固体转化催化剂位于集管系统的绝热区域内，该集管系统将流程气送入加热盘管中并从加热盘管中收集流程气。
7.如权利要求1所述的方法，其中的固体转化催化剂位于盘管的绝热区域内和/或管道连接件中。
8.如权利要求1-7任一项所述的方法，其中的在包含烟道气的废热部分内的流程气管线系统包含固体转化催化剂。
9.用于权利要求1所述合成气制备方法的装置，包括下列部分：
(a)绝热的预转化器，用于烃原料和蒸汽和/或CO2的混合物的任选的预转化；
(b)具有包含烟道气的废热部分的燃烧管式转化器，该废热部分用于烃原料和蒸汽和/或CO2的混合物或预转化的混合物的加热；
(c)结合在包含烟道气的废热部分中的流程气加热盘管；
(d)一个在废热部分外部的蒸汽转化单元系统；
其中，蒸汽转化单元系统结合在包含烟道气的废热部分中的加热盘管系统的流程气管线系统中，所述管线系统具有在加热部分以外的绝热区，而且含有包括一个或多个催化结构元件的固体转化催化剂。
10.权利要求9所述的装置，其中的固体转化催化剂位于集管系统的绝热区域内，该集管系统将流程气送入加热盘管中并从加热盘管中收集流程气。
11.权利要求9所述的装置，其中的固体转化催化剂位于盘管的绝热区域内和/或管道连接件中。
12.权利要求9-11任一项所述的装置，其中的流程气加热盘管包含固体转化催化剂，该加热盘管设置在包含烟道气的废热部分内。
CNB031648843A 2002-09-26 2003-09-26 制备合成气的方法和装置 Expired - Fee Related CN1307086C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DKPA200201432 2002-09-26
DKPA200201432 2002-09-26

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1496955A CN1496955A (zh) 2004-05-19
CN1307086C true CN1307086C (zh) 2007-03-28

Family

ID=29414639

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB031648843A Expired - Fee Related CN1307086C (zh) 2002-09-26 2003-09-26 制备合成气的方法和装置

Country Status (10)

Country Link
US (1) US7087192B2 (zh)
EP (1) EP1403217A1 (zh)
JP (1) JP2004269344A (zh)
KR (1) KR101015876B1 (zh)
CN (1) CN1307086C (zh)
AU (1) AU2003248392B2 (zh)
CA (1) CA2442657C (zh)
NO (1) NO20034282L (zh)
RU (1) RU2354607C2 (zh)
ZA (1) ZA200307448B (zh)

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7807110B2 (en) 2004-03-12 2010-10-05 Cormetech Inc. Catalyst systems
US7776786B2 (en) 2004-05-04 2010-08-17 Cormetech, Inc. Catalyst systems advantageous for high particulate matter environments
US7638039B2 (en) * 2004-06-15 2009-12-29 Cormetech, Inc. In-situ catalyst replacement
US20070264186A1 (en) * 2004-09-09 2007-11-15 Dybkjaer Ib Process for Production of Hydrogen and/or Carbon Monoxide
US7377951B2 (en) * 2005-04-15 2008-05-27 Air Products And Chemicals, Inc. Process to utilize low-temperature waste heat for the preparation of synthesis gas
KR100711349B1 (ko) 2005-06-17 2007-04-27 한국가스공사 삼중개질반응을 이용한 합성가스의 제조방법
US20070000173A1 (en) * 2005-06-28 2007-01-04 Michael Boe Compact reforming reactor
US20070000172A1 (en) * 2005-06-28 2007-01-04 Michael Boe Compact reforming reactor
US8216323B2 (en) * 2005-06-30 2012-07-10 General Electric Company System and method for hydrogen production
ES2382568T3 (es) 2006-01-23 2012-06-11 Saudi Basic Industries Corporation Inc. Proceso para la producción de etileno a partir de gas natural con integración de calor
DK2054139T3 (da) * 2006-08-01 2011-06-06 Cormetech Inc Fremgangsmåde til behandling af udstødningsgasser
US7824574B2 (en) * 2006-09-21 2010-11-02 Eltron Research & Development Cyclic catalytic upgrading of chemical species using metal oxide materials
US7501078B2 (en) 2007-01-10 2009-03-10 Air Products And Chemicals, Inc. Process for generating synthesis gas using catalyzed structured packing
US20080260631A1 (en) * 2007-04-18 2008-10-23 H2Gen Innovations, Inc. Hydrogen production process
DE102007019830B3 (de) * 2007-04-25 2008-07-31 Uhde Gmbh Primärreformer mit brennerzuführenden Sekundäreinlasskanälen
KR100905638B1 (ko) * 2007-07-25 2009-06-30 한국에너지기술연구원 합성가스 제조 반응기 및 합성가스 제조방법
US7790059B2 (en) * 2007-10-18 2010-09-07 Air Products And Chemicals, Inc. Staged hydrocarbon/steam reformer apparatus and method
CN102395524B (zh) * 2009-04-15 2015-07-15 气体产品与化学公司 制造含氢产物气体的方法
US8287763B2 (en) 2010-10-28 2012-10-16 Air Products And Chemicals, Inc. Steam-hydrocarbon reforming with limited steam export
US20120157731A1 (en) * 2010-12-16 2012-06-21 L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L' Exploitation Des Procedes Georges Claude Multistage Prereforming
RU2548410C2 (ru) 2011-02-18 2015-04-20 Сергей Александрович Вощинин Способ и устройство для получения синтез-газа
US8591769B2 (en) 2011-12-15 2013-11-26 Air Liquide Large Industries U.S. Lp Hydrogen production with reduced carbon dioxide generation and complete capture
US8580153B2 (en) * 2011-12-20 2013-11-12 Air Liquide Large Industries U.S. Lp Hydrogen production with reduced carbon dioxide generation and complete capture

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4985230A (en) * 1987-08-27 1991-01-15 Haldor Topsoe A/S Method of carrying out heterogeneous catalytic chemical processes
US5536699A (en) * 1993-08-26 1996-07-16 Sulzer Chemtech Ag Packing having catalytic or absorbent agents
CN1281028A (zh) * 1999-07-15 2001-01-24 赫多特普索化工设备公司 一种用于烃原料催化蒸汽重整的方法
EP1241130A1 (en) * 2001-03-14 2002-09-18 Toyo Engineering Corporation Process for producing synthesis gas

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3919114A (en) * 1969-11-21 1975-11-11 Texaco Development Corp Synthesis gas process
US3743488A (en) * 1971-05-27 1973-07-03 Fluor Corp Synthesis gas generation process
FR2169961A1 (en) 1972-02-05 1973-09-14 Inst Nawozow Sztucznych Steam reforming of hydrocarbons - using surfaces of reactor heating tubes as catalyst
CA1008667A (en) * 1972-06-30 1977-04-19 Foster Wheeler Corporation Catalytic steam reforming
JPS5265190A (en) 1975-11-25 1977-05-30 Inst Nabozofu Sutsukuzunitsuhi Manufacture of contacttreaction tubes carrying catalyst on wall
JPS5382690A (en) 1976-12-29 1978-07-21 Chiyoda Chem Eng & Constr Co Ltd Improved preparation of synthetic gas for ammonia
US4844837A (en) * 1982-09-30 1989-07-04 Engelhard Corporation Catalytic partial oxidation process
GB8308343D0 (en) * 1983-03-25 1983-05-05 Ici Plc Steam reforming
GB8309359D0 (en) * 1983-04-06 1983-05-11 Ici Plc Synthesis gas
JPH0657601B2 (ja) 1984-10-17 1994-08-03 日揮株式会社 炭化水素の水蒸気改質法
DK165946C (da) * 1985-03-21 1993-07-05 Haldor Topsoe As Reformingproces under varmeudveksling og reaktor dertil
JPH0722694B2 (ja) 1986-03-18 1995-03-15 株式会社日立製作所 燃料改質器
US4959079A (en) * 1987-10-23 1990-09-25 Santa Fe Braun Inc. Steam reforming process with low fired duty
GB8728882D0 (en) 1987-12-10 1988-01-27 Ici Plc Hydrogen
EP0334540B1 (en) * 1988-03-24 1993-10-20 Imperial Chemical Industries Plc Two-step steam-reforming process
US4990481A (en) 1988-05-20 1991-02-05 Toyo Engineering Corporation Catalyst for steam reforming
JP2662529B2 (ja) * 1989-10-02 1997-10-15 三菱化学エンジニアリング株式会社 無電解めっきによる改質ガス製造装置および方法
DK167864B1 (da) 1990-02-02 1993-12-27 Topsoe Haldor As Fremgangsmaade og reaktorsystem til reforming af carbonhydrider under varmeveksling
US5429809A (en) * 1991-09-23 1995-07-04 Haldor Topsoe A/S Process and reactor for carrying out non-adiabatic catalytic reactions
JPH05155602A (ja) 1991-12-09 1993-06-22 Sekiyu Sangyo Kasseika Center 薄型水蒸気改質反応器
DK169614B1 (da) 1992-08-13 1994-12-27 Topsoe Haldor As Fremgangsmåde og reaktor til fremstilling af hydrogen- og carbonmonoxidrige gasser
FR2696168B1 (fr) * 1992-09-25 1994-12-09 Inst Francais Du Petrole Procédé et dispositif de fabrication de gaz de synthèse et utilisation associée.
MY131526A (en) * 1993-12-27 2007-08-30 Shell Int Research A process for the preparation of carbon monoxide and/or hydrogen
JP3389412B2 (ja) 1996-05-16 2003-03-24 東洋エンジニアリング株式会社 改良された低級炭化水素用水蒸気改質触媒
ATE200884T1 (de) * 1997-01-22 2001-05-15 Haldor Topsoe As Erzeugung eines synthesegases durch dampfreformierung unter verwendung eines katalysierten hardware
US6048472A (en) * 1997-12-23 2000-04-11 Air Products And Chemicals, Inc. Production of synthesis gas by mixed conducting membranes
DK173496B1 (da) 1998-07-16 2001-01-02 Topsoe Haldor As Fremgangsmåde til fremstilling af syntesegas ved vanddampreformering under anvendelse af en katalyseret metaloverflade
GB9817526D0 (en) * 1998-08-13 1998-10-07 Ici Plc Steam reforming
DK173897B1 (da) * 1998-09-25 2002-02-04 Topsoe Haldor As Fremgangsmåde til autotermisk reforming af et carbonhydridfødemateriale indeholdende højere carbonhydrider
AU762733B2 (en) 1999-03-30 2003-07-03 Syntroleum Corporation System and method for converting light hydrocarbons into heavier hydrocarbons with a plurality of synthesis gas subsystems
US20010051662A1 (en) * 2000-02-15 2001-12-13 Arcuri Kym B. System and method for preparing a synthesis gas stream and converting hydrocarbons
US6444712B1 (en) * 2000-09-28 2002-09-03 Exxonmobil Chemical Patents, Inc. Methanol, olefin, and hydrocarbon synthesis process

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4985230A (en) * 1987-08-27 1991-01-15 Haldor Topsoe A/S Method of carrying out heterogeneous catalytic chemical processes
US5536699A (en) * 1993-08-26 1996-07-16 Sulzer Chemtech Ag Packing having catalytic or absorbent agents
CN1281028A (zh) * 1999-07-15 2001-01-24 赫多特普索化工设备公司 一种用于烃原料催化蒸汽重整的方法
EP1241130A1 (en) * 2001-03-14 2002-09-18 Toyo Engineering Corporation Process for producing synthesis gas

Also Published As

Publication number Publication date
US7087192B2 (en) 2006-08-08
JP2004269344A (ja) 2004-09-30
ZA200307448B (en) 2004-07-06
US20040060239A1 (en) 2004-04-01
AU2003248392B2 (en) 2010-06-17
RU2354607C2 (ru) 2009-05-10
EP1403217A1 (en) 2004-03-31
CA2442657C (en) 2013-08-06
NO20034282L (no) 2004-03-29
KR20040027457A (ko) 2004-04-01
AU2003248392A1 (en) 2004-04-22
CA2442657A1 (en) 2004-03-26
NO20034282D0 (no) 2003-09-25
RU2003128599A (ru) 2005-03-27
CN1496955A (zh) 2004-05-19
KR101015876B1 (ko) 2011-02-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1307086C (zh) 制备合成气的方法和装置
CN1328153C (zh) 合成气的制备方法和装置
CN1683065B (zh) 用于冷却放热反应区的方法和反应器单元
US6296679B1 (en) Method for hydrocarbon steam reforming
US6969411B2 (en) Compact light weight autothermal reformer assembly
CN101208264B (zh) 紧凑型重整反应器
US20030044331A1 (en) Annular heat exchanging reactor system
CA2389638A1 (en) Low pressure drop reforming exchanger
GB2127321A (en) Radial flow series bed catalytic reactor
CN101254442A (zh) 一种用于放热加压催化反应的方法及其反应器
CN1547503A (zh) 用于液体处理装置的模块化微反应器结构及方法
CN1217732C (zh) 利用板排列加热和预热反应物的方法和设备
US7497881B2 (en) Heat exchanger mechanization to transfer reformate energy to steam and air
AU2018330243A1 (en) Conversion reactor and management of method
CN103180038A (zh) 利用等温催化床制备甲醇的方法和装置
WO1998007510A1 (fr) Procede de reaction catalytique execute pres de la temperature optimale
CN110617491B (zh) 一种尾气催化焚烧塔及使用其的尾气处理方法
CN1784575B (zh) 热交换器以及执行化学处理的方法
CN2499385Y (zh) 部分氧化制备合成气的径向反应器
JP2572251B2 (ja) 燃料改質装置
JP2601707B2 (ja) 触媒反応装置
KR100475587B1 (ko) 연료전지를 위한 평판형 연료개질기
CN106582468A (zh) 一种轴向微通道耦合反应器及应用
CN114699995B (zh) 一种生物油水蒸气催化重整制氢固定床反应器
CN220182779U (zh) 一种用于甲烷蒸汽重整制氢的装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20070328

Termination date: 20190926

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee