CN1874958A - 二次催化重整方法及其反应堆 - Google Patents

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Abstract

用于生产合成气的二次催化重整方法，包含下述连续的步骤：将含有碳氢化合物的第一气流和含有氧气的第二气流注入重整反应堆，至少一种上述气体在预先确定的注入方向被注入所述反应堆，预先设定的注入方向完全平行或更适宜地是与所述反应堆的纵轴同轴，将所述气流混入反应堆，同时第一气流的碳氢化合物被所述第二气流的氧气充分氧化。

Description

二次催化重整方法及其反应堆
技术领域
本发明涉及且绝大部分涉及用于生产合成煤气的二次催化重整方法。
背景技术
用于生产合成煤气的二次催化重整方法包含下述连续步骤：将含有碳氢化合物的第一气流和含有氧气的第二气流注入重整反应堆，至少一种上述气流在预定的注入方向被注入到所述反应堆，预定的注入方向完全平行于所述反应堆的纵轴，或更适宜地与其共轴，将所述气流混入所述反应堆，同时第一气流的碳氢化合物被所述第二气流的氧气充分氧化。
在余下的说明和后续的权利要求中，只要提到“碳氢化合物”我们一般是意味着一种碳氢化合物或多种饱和与/或非饱和碳氢化合物的混合物，这些碳氢化合物是轻质和/或重质的(例如：C1-C6)，提到“含有碳氢化合物的气流”我们一般是意味着一种更适宜的、来自预定的碳氢化合物(部分重整气)在初级重整过程中产生的气流，包含氢气，一氧化碳，二氧化碳，水蒸汽和未反应的碳氢化合物。
另一方面要是提到“含有氧气的气流”，我们一般意味着一种气流，它是含有纯氧、空气、富氧空气或含有确定比例的氧气、氮气和水蒸气的气体。
提到“合成煤气”，我们一般是意味着用于生产甲醇或氨的混合气体，或是含有碳氢化合物、一氧化碳，或许还含有氮气的一般的气体。
现有技术中，用于生产合成煤气的二次催化重整过程按如下两个连续的步骤发生：第一步，预定的碳氢化合物的部分氧化；第二步，在第一步骤中没有反应的碳氢化合物的完全氧化，在一个适当的催化反应层发生。
大家知道为了在第二步骤中得到较高的产量，换句话说为了使碳氢化合物能够被理想地完全氧化，催化反应层入口的温度和物质成份必须尽可能的统一，这样当催化剂在尽可能地符合设计阶段中预定的条件的情况下，它就可以在催化反应层的每一部分发生催化作用。
关于现有技术中的二次重整过程，一直被认为在催化反应层的入口存在着不均匀的温度分布，以空气温度计量，在所述催化反应层的表面的两个不同区域之间的温度，在一些较佳的应用例中可以达到60度/70度；由于这种情况可以接受，催化剂可以不必按照预先确定的设计情况发生作用，但这样就降低了反应的产量并增加了成本。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供了一种二次催化重整方法，在这种重整方法中，存在充分均匀的温度分布，甚至，温度还可以根据预先设计好的在一个很小的数值范围内变化，以保证在催化反应层上反应一段时间后使催化剂本身达到最佳状态。
解决本发明的技术问题是这样实现的，在所述二次催化重整过程中的第一氧化步骤的快速反应前期阶段，最佳的混合气流包含碳氢化合物和氧气，它们分别以连续气流的形式混入，使氧化反应在整个流团中变的统一且均匀。
换句话说，通过这样做，在本发明重整过程的第一步中，所述碳氢化合物的氧化反应具有完全均衡的转化程度，因此在催化反应层的入口得到了恒定的温度和由这种反应产生的气体混合物。
基于上述原理，上述技术问题通过这种二次催化重整方法得以解决，它的特征在于所述混合所述气流的步骤是将所述至少一种气流以旋转涡流的运动方式在预先设定的注入方向周围注入。
有利地，所述含有碳氢化合物的第一气流和含有氧气的第二气流在所述预定方向注入所述反应堆，在具有一定预设长度的所述反应堆的最初部分使它们保持分离，所述气流是一种在另一种气流里面、且两者共轴的气流，所述混合步骤发生在所述部分的下游，给至少一种上述位于内部且共轴的气流在所述预定注入方向周围一个旋转涡流作用。
更适宜地，所述被施加旋转涡流作用的气流就是所述含有氧气的第二气流。
本发明还涉及一种实现上述方法的催化重整反应堆。
本发明的特征和优点将从以下根据本发明的催化剂二次重整方法的具体实施例的详细描述中显得更加清楚，以下将结合附图说明，但其仅仅是说明而不起限制的作用。
附图说明
图1为实现根据本发明方法的重整堆的剖面示意图；
图2为图1的详细剖面示意图；
图3为图2的详细剖面示意图。
具体实施方式
参考图1，实现本发明的催化剂二次重整方法的反应堆表示整体为1。
这个反应堆包含一个圆柱壳体2，其有垂直方向的轴A-A，还有一涂有抗高温难熔材料的内壁，在图1中以15表示。在所述反应堆里，形成第一区域Z1与第二区域Z2在顶部彼此相连，并且以流动方式互相交流。一催化反应层3以已知的方式位于下部区域Z2里，催化反应层3的上表面或“自由面”组成一平板B以隔离上述两个区域，
在上部和下部，壳体2的锥形部分分别形成了反应室5，其在底部被平板B定义(催化反应层3的上表面)的第一区域Z1内，以及反应产物的聚合室6，它通过排放管16与外界进行气流交换。
根据本发明的催化剂二次重整方法包含将气体注入到反应堆1中，注入方向完全平行于轴A-A，第一连续气流含有碳氢化合物，第二连续气流含有氧气。后者的注入方向相对于反应堆1的轴A-A是完全共轴的。
特别地，根据本发明的一个优选实施例，所述气流在所述反应堆1的最开始的一定长度的部分19是保持互相分离的，为了达到这个目的利用了第一输送管8和第二输送管7，它们均为管状、刚性的，最好是直线的，共轴且同中心的。第二输送管7设置在所述第一输送管8内，并且有一个环状的间隙9在两者之间。
所述输送管7和8有一预定长度在区域Z1中沿轴向延伸，区域Z1通过它们与所述第一和第二气流的原料供给(未示出)进行气流交换，原料供给位于反应堆1外部。更适宜地，所述第二输送管7在反应区5的轴向延伸。
更适宜地，第一气流经过所述间隙9，同时第二气流经过第二输送管7，这样它位于所述第一气流内部且与其同轴。
第一气流，包含碳氢化合物，在通过中心轴为C-C的输送管11后被引入间隙9，轴C-C垂直于轴A-A，接着它经过一个分配器10，以在间隙9中达到匀速流动。
根据本发明的一个特征，当含有氧气的第二气流经过分开的第二输送管7时，在注入方向周围被施以旋转涡流作用。
有利地，所述旋转运动叫做涡流运动，并通过一个合适的称为涡流设备12的装置产生，涡流设备12位于第二输送管7中、与末端有一定距离的地方，它开口在区域Z1中。
例如，这种涡流设备12包含倾斜或螺旋状的翅片，由于其是现有技术就不表示出来了，可以对经过它们的流体施加旋转运动。
当第二气流到达第二输送管7的开口端18时，正好碰上旋转作用，它背离径向朝着所述腔5的壁运动。
就这样，所述第二气流的表面层与第一气流接触，第一气流位于所述第二气流外面并其与同轴，同时推动它向外朝着反应室5的壁运动并使两者混合。
当它们接触的同时，第一和第二气流开始互相反应，第一气流的氢氧化合物被部分氧化，接着获得一种第三气流，它除了包含一小部分未反应的氢氧化合物，还包含氧气和一氧化碳。
由于上述的设备配置和反应过程，在反应室5中达到了有效的气体混合，它通过第二气流的旋转运动得到很大改进，这种旋转运动被认为是一种简单的、一致的接触作用，以获得碳氢化合物对氢气和一氧化碳的部分氧化反应的相同程度的改进。
从而，催化反应层表面得到了统一的温度和相同的物质成分，这样使得催化剂在预定的温度和物质成分条件下发生作用。优点在于反应产量增加且生产成本降低。
然后将第三种气流在所述碳氢化合物发生部分氧化反应的地方被注入到所述催化反应层3。
在催化反应层3的出口，反应气流通过输出通道16从反应堆进入反应产品的收集室6。
在如图1-3所示的例子中，第二输送道7的开口端向外背离所述反应室5的内壁。
更有利地，所述开口端18包含非完整锥形部分13与第二圆柱输送道7同轴，且有锥形贴边面向第二输送道7的中心，其孔径角具有预定的度数，大于或等于30度并小于或等于180度，最好在120度和150度之间。
而且，这一部分更适宜的是通过具有一大半径的凹面装置17与第二输送道7连接，它的弯曲半径在所述第二输送道7直径的十分之一和五倍之间，优选为在上述直径的尺寸的0.1-0.2倍之间。
根据一个可选实施例，没有在图中示出，所述开口端18包含一大半径的凹面装置13，它的弯曲半径在所述第二输送道7直径的十分之一和五倍之间，最好是在前述直径的0.1到0.2倍之间。
带有装置17的第二输送道7和/或部件13形成了一与众不同喇叭形的特殊外形。
由于部件13的结构配置，第一气流包括碳氢化合物，它在环形间隙9之间流动，它向外偏离，使前述喇叭形外形和扩口朝向反应堆的非完全圆锥壁。
由于扩展和锥形的管口通道部分和第二气流的旋转运动，它倾向于贴着装置17的曲形壁和部件13的锥形壁流动。这使得它在一个较低的速度运作，甚至等于或小于它在以下情况时速度的一半，即在带有一直线形且没有岔口的端口18的内部传送道7里。这样的优点在于，在前述气流被施加旋转作用时候，限制了装置所承受的压力。这样，所述第二气流很容易从它的初始方向移开，并且沿着前述锥形轮廓朝着反应区5的壁方向向外膨胀，它平行于含有碳氢化合物的第一气流。
以上根据本发明的方法的说明是参考首选实施例的，其中含有氧气的气流是在含有氢氧化合物的气流的外面的。
根据本发明的另一个实施例，没有示出，第二输送道7和间隙9都装有涡流设备12，它们配置成给通过的气流施加旋转作用。
既然如此，涡流设备12设置成一定形状以分别给两种气流施加反方向的旋转作用，例如，在互相相反的方向。通过这样的方法，两种气流在反应室5内接触的瞬间得到更好的混合效果。
根据本发明的构思在针对不同情况和特殊需求时所做的变化和修改都是可以被接受的，都应该落入本发明的由以下权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (14)

1、用于生产合成气的二次催化重整方法，包含下述连续的步骤：
将含有碳氢化合物的第一气流和含有氧气的第二气流注入重整反应堆，至少一种上述气体在预先确定的注入方向被注入所述反应堆，预先设定的注入方向完全平行或更适宜地是与所述反应堆的纵轴同轴，
将所述气流混入所述反应堆，同时第一气流的碳氢化合物被所述第二气流的氧气充分氧化，
其特征在于：所述混合气体的步骤是将所述至少一种气流以旋转涡流的运动方式从预先设定的注入方向周围注入。
2、根据权利要求1所述的二次催化重整方法，其特征在于：所述至少一种气流就是所述含有氧气的第二气流。
3、根据权利要求1所述的二次催化重整方法，其特征在于：所述第一气流含有碳氢化合物，所述第二气流含有氧气，它们在所述预定方向被注入所述反应堆，在具有一预设长度的所述反应堆的最初一部分使它们保持分离，所述气流是一种在另一种里面且两者共轴，所述混合步骤发生在上述部分的下游，在所述预定注入方向周围给至少一种上述位于内部和共轴的气流一个旋转涡流作用。
4、根据权利要求3所述的二次催化重整方法，其特征在于：所述含有氧气的第二气流是在内部的且与所述含有碳氢化合物的第一气流共轴。
5、根据权利要求4所述的二次催化重整方法，其特征在于：一个旋转涡流运动作用于含有碳氢化合物的第一气流，作用于所述第一气流的所述旋转涡流运动相对于所述第二气流的所述旋转运动是处于相反方向的。
6、根据权利要求3所述的二次催化重整方法，其特征在于：所述混合步骤是将两种气流在所述预定注入方向周围都经历旋转涡流作用，作用于所述第一气流的所述旋转涡流运动相对于所述第二气流的所述旋转运动是处于相反方向的。
7、实现根据权利要求1所述的重整方法的反应堆，包含一基本柱形壳(2)，带有一垂直轴(A-A)，一第一区(Z1)和第二区(Z2)，被垂直于所述轴(A-A)的平板(B)分开，并以流动方式互相交流，一催化反应层(3)位于所述第二区，一位于所述第一区(Z1)中的反应室(5)，一第一输送道(8)以流动方式与反应室(5)交流，一第二圆柱输送道(7)使所述轴(A-A)在流动交流方向完全垂直所述反应室(5)，其特征在于：所述第二输送道(7)包括一中心旋转装置(12)使经过的气流产生旋转作用。
8、根据权利要求7所述的反应堆，其特征在于：所述第一输送道(8)是圆柱形的，第二输送道(7)与第一输送道(8)是共轴、同心的，且第二输送道(7)置于第一输送道(8)中。
9、根据权利要求7所述的反应堆，其特征在于：所述第二输送道(7)延伸到所述反应室(5)中。
10、根据权利要求7所述的反应堆，其特征在于：所述第二输送道(7)包括一开口端(18)朝所述反应室(5)的侧壁分叉。
11、根据权利要求10所述的反应堆，其特征在于：所述开口端(18)包括一部分圆锥形部件(13)，它与所述第二输送道(7)同轴，并且锥顶朝向输送道的中心，它具有预先设定的孔径角，大于或等于30度但小于或等于180度。
12、根据权利要求11所述的反应堆，其特征在于：所述开口端(18)通过一弧度很大的凹面装置与所述第二输送道(7)结合，更适宜的弯曲半径是所述第二输送道(7)直径的十分之一到五倍之间。
13、根据权利要求10所述的反应堆，其特征在于：所述开口端(18)包括一弧度很大的凹面部件(13)，更适宜的弯曲半径是所述第二输送道(7)直径的十分之一到五倍之间。
14、根据权利要求8所述的反应堆，其特征在于：所述第一输送道(8)包括位于内部的旋转装置(12)，用于给经过它的气流提供旋转作用。
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