CN86101235A - 气态烃的热转化 - Google Patents

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Abstract

本发明是关于通过气态烃的转化,制造主要含 CO+H2的气体的一种方法和装置。气体烃和水蒸汽 几乎是按化学计量的比例,单独或混合地供给转化 反应器(1)。混合气用等离子体发生器(5)全部或部 分加热,温度超过1200℃。

Description

气态烃的热转化
本发明是关于通过气态烃,例如CH4,与水蒸汽在几乎是化学计量比例的情况下热转化,制造出主要含CO+H2的合成气的方法,以及根据本发明方法所使用的装置。
转化气态烃,例如CH4,来生产含CO+H2合成气的已知方法是在低於大约1000℃的温度下催化转化。为了用所谓一步转化来生产还原气体,转化几乎是按H2O和C二者之间的化学计量比例来进行的。高温有利于这个过程,不过温度受转化炉管材料强度的限制。
这种已知过程的缺点是催化剂对硫极其敏感,因此在转化前,烃必须脱净硫。
本来,烃的转化,温度在1200-1300℃以上,可以不用催化剂。然而,还不知道进行这种过程的适当方法或装置。
本发明的目的是提出一种不用转化炉管或催化剂气态烃热转化的方法和一种装置。
根据本发明的方法,包括将气态烃和水蒸汽,按几乎是化学计量比分别或混合后,供应转化反应器,並用等离子体发生器将气体全部或部分加热,使气体混合物的温度超过1200℃。
通过等离子体发生器除供给外部能量外,根据本发明的热转化过程,还能在过程一开始就得到含量很低的CO2+H2O,即低于10%。
根据本发明的方法,按合适的实施方案,烃和/或水蒸汽是全部或部份地通过等离子体发生器,其余气体直接喷入反应器。
等离子体发生器可以装有二个环形电极,也可以是转向电弧型装置。
根据本发明的方法另一合适的实施方案,该过程的热量损失和/或形成的气体混合物的物理热量,至少有一部份是用来生产本过程所用的水蒸汽。
根据本发明的方法另一合适的实施方案,这种形成的气体混合物,其物理热量至少有一部份是用来脱掉所产气中的硫。脱硫是在反应器中喷入硫接受体,例如,石灰石粉或白云石粉而进行的。脱硫处理后,大多数的硫随同固态和/或液态的废石灰一起分离出去。
根据本发明的方法,按照还有另一个实施方案,形成的气体混合物,其物理热至少有一部分是用来对所生产的气体加碳。最好是将反应活泼的碳粉载体,通常是焦炭,喷入反应器中而实现加碳。加碳后,残留的灰粉以固体形式和/或液态分出来,这样残留的CO2+H2O含量可以进一步降低,理论上可降至0%。
将生产的热气体在转化后通过另一反应器进行脱硫和/或碳化,这本身也是可行的。
本发明是这样进行操作的,即在一空的、绝热的反应器中,温度超过1200℃,最好达1300℃,反应器内气体混合物的压力调节至所规定的气体用途。如果是作还原气体用,相应的压力,应该是近似于2-3巴(a),而作合成气用,通常应该超过20巴(a)左右。产品气体的温度用适合於目的需要方式例如热交换和/或冷却来进行控制。
根据本发明的方法所使用的装置,包括至少一个反应室,至少一个给反应室提供外部能量的等离子体发生器,供给由等离子体发生器加热烃和水蒸气的装置,气体出口和灰渣的出口。
根据本发明的装置,按最好的实施方案,它也包括,供应反应活泼碳载体和硫接受体的装置。
等离子体发生器可以装有园柱形电极,其间产生电弧,或它可以是转向电弧型装置。
根据本发明的装置,按另一个合适的实施方案。装置包括了一个立式的分成转化区和加碳区的,圆筒形炉腔,在两个区之间,尽可能有一个缩颈,並在炉腔底部,有液渣出口,在炉腔较低处安装气体出口,並与其后的分离器相通,在分离器的较低位置装有固体灰渣和未蒸发物料的出口,而在顶部有气体出口。供应反应活泼的碳载体和硫接受体的装置安装在炉腔的一处或几处並炉腔的气体出口管相连。
根据本发明的装置,按另一个合适的实施方案,则等离子体发生器是安装在主式炉腔的顶部。
根据本发明的装置,按照另外一个合适的实施方案,分离器设计成一种旋风除尘器,以便于分离固体颗粒。
根据本发明的装置,按还有一个实施方案,热交换器是安装在立式炉腔和/或分离器的气体出口处。
本发明的更多特点、优点和实施方案将在下面作详细说明,並参照附图,其中
图是按本发明进行热转化过程的装置示意图。
本装置包括一个立式、园筒形炉腔1,它是由转化区2和加碳区3组成。表示出来的两个区是由缩颈4将它们不完全分开,而是互相直接联通的。
在炉腔顶部至少安装一台等离子体发生器5。烃类可以全部或部份地通过管道6直接引入炉腔或通过管道7,引入混合器8。在图中所示的实施方案中,水与发生的气体热交换,水蒸汽可通过管道9通入混合器,或通过管道10,全部或部份地喷入转化区。在混合器8中可产生混合气体,通过管道11可以全部或部份地输送进入等离子体发生器5,或者混合气体的一部份可以通过管道12直接喷入转化区。
实施方案中,也允许由混合器8,供给等离子体发生器单独的烃或水蒸汽。
气化区2下面的加碳区3,通过气体管道13与分离器14相连,这样保证了气体有足够长的停留时间,以使加碳成所希望的CO2和H2O的残留含量。分离器最好组合一个旋风除尘器,以便于分开气体中的颗粒污染物,例如落下的渣和未气化的物质。
由气化区2得到的大多数渣,通过炉腔1的园筒形气化区的出渣口15除掉,而气体所带的颗粒通过分离器底部的出渣口16除掉。
就其功能来说,气体管道13成为加碳区3的一部份。提供反应碳载体和/或硫接受体的喷管17、18、19是安装在气化区、加碳区、和上述气体管道上的。造渣物也可能通过这些喷管喷入。
图中的热交换器21,是装在分离器14的气体出口20处。这是用来对产出的气体进行热交换或冷却的。如上所述,热交换器最好是能用来发生用於转化过程的水蒸汽。上述产生的混合气体进行热交换或冷却可以交替进行或者也可以在碳化区与分离器连接的气体管道13中进行。

Claims (16)

1、一种制造气体的方法,它是通过气态烃,例如CH4,与主要含CO+H2的水蒸汽在几乎是化学计量比例的情况下热转化,其特征在于包括将几乎是化学计量比例的气态烃和水蒸汽,以单独或混合方式供给转化反应器,同时用等离子体发生器来加热全部或部份的这种气体,使气体混合物的温度超过1200℃。
2、根据权利要求1的方法,其中烃和/或水蒸汽是全部或部份地通入等离子体发生器,而剩余的气体直接喷入反应器。
3、根据权利要求1-2的方法,其中等离子体发生器是装有二根环形电极。
4、根据权利要求1-2的方法,其中等离子体发生器是转向弧型装置。
5、根据权利要求1-4的方法,其中过程的热损失和/或形成的气体混合物的物理热,至少有一部份是用来生产过程中使用的水蒸汽。
6、根据权利要求1-5的方法,其中形成气体混合物的物理热,至少有一部份是用来使生产的这种气体脱硫。
7、根据权利要求6的方法,其中脱硫作用是在反应器中喷入硫接受体,例如石灰石粉或白云石粉进行的,其后,大部份的硫与固态和/或液态的废石灰一起分离出来。
8、根据权利要求1-7的方法,其中,产出的气体混合物的物理热,至少有部份用来使生产的这种气体加碳。
9、根据权利要求8的方法,其中达到碳化是在反应器中喷入反应活泼碳粉载体,最好是焦炭,其后,残留灰份以固态和/或液态分出。
10、根据权利要求9的方法,其中,气体混合物碳化后CO2+H2O的残留量低于10%。
11、一种为了实施权利要求1的方法,制造主要含CO+H2气体的装置,它是通过气态烃,例如CH4,与水蒸汽在几乎是化学计量比例的情况下热转化,其特征在于装置中包括:至少有一个反应室、至少有一台等离子体发生器(5)以供给反应室的外部能量、提供由等离子体发生器加热的烃和水蒸汽的装置以及灰渣的出口管(15,16)。
12、根据权利要求11的装置,包括提供反应活泼碳载体和/或硫接受体的装置。
13、根据权利要求11-12的装置,其特征在于包括一立式分成转化区(2)和碳化区(3)的园筒形炉腔(1),在两区间可能有一缩颈(4),並在炉腔底部装有液渣排出管(15),同时气体出口管安装在炉腔的较低位置並与后面的分离器(14)相通,在分离器的较低位置装有固体渣和未蒸发物的出口管(16),还有安装在分离器顶部的气体出口管(20)。
14、根据权利要求11-13的装置,其中等离子体发生器是安装在立式炉腔的顶部。
15、根据权利要求11-14的装置,其中分离器(14)是设计成一种旋风除尘器。
16、根据权利要求11-15的装置,其特征在于包括立式炉腔(1)的气体出口(13)处和/或分离器(14)的气体出口(20)处有一热交换器(21)。
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