[發明專利]無燃燒器的自熱重整裝置混合器

無效

• 申請號: 200580047193.5
• 申請日: 2005-12-12
• 公開（公告）號: CN101111304A
• 公開（公告）日: 2008-01-23
• 發明（設計）人: K·B·阿庫里;K·希梅爾普芬尼格;J·F·萊希
• 申請（專利權）人: 合成石油公司
• 主分類號: B01J8/00
• 分類號: B01J8/00;B01J8/04;B01F3/00;C07C27/00
• 代理公司: 北京嘉和天工知識產權代理事務所
• 代理人: 甘玲

相關申請的交叉引用：本申請要求2004年12月14日遞交、序列號為60/635,792的 美國臨時申請的優先權。上述臨時申請的公開通過引用被整體包括在本文中。

發明背景

輕質烴通過與氧和/或諸如水的含氧化合物的反應被轉化成合成氣。例如，天然氣進 料可以通過與含氧氣體的反應被轉化成合成氣。

當通常以蒸汽形式存在的水被用于氧化(也被稱為“重整(reforming)”)輕質烴進料 時，水向產物混合物貢獻氧和氫兩者。氫的貢獻以及隨后由殘留水引起的產物CO變換 (shift?conversion)產生具有相對高的氫對CO比率的合成氣。因此，氫的產生有利于輕 質烴的蒸汽重整。使用水重整輕質烴是吸熱的。必須加熱以維持反應溫度。反應器設計的 特征在于包含重整催化劑并工作在高溫下的傳熱管道系統。

利用二氧化碳的輕質烴的重整通常只連同副產物CO₂的再循環一起完成。二氧化碳向 產物混合物提供碳和氧兩者，但不提供氫。所以，在從其他方式下為副產物損失的物質中 回收碳值和氧值時，CO₂重整是有用的。所述的合成氣產物富含一氧化碳。當連同蒸汽重 整一起進行時，CO₂重整具有減少產物合成氣中H₂對CO比率的作用。

利用分子氧對輕質烴進行的部分氧化向產物混合物貢獻氧，但不是氫或碳。它產生具 有這樣的H₂對CO比率的合成氣，所述H₂對CO比率低于蒸汽重整的H₂對CO比率而高 于CO₂重整的H₂對CO比率。因此，利用分子氧對輕質烴進行部分氧化良好地適應于生 產用于費歇爾-托羅普希合成和甲醇合成的合成氣。

部分氧化反應是放熱的。該反應的放熱性質引出了“自熱”重整的概念。在自熱重整中， 原料的部分氧化提供了提高產物溫度所需的熱量中的大部分。氧化產物成為產物流的一部 分，如果所述氧化產物在反應環境外部形成，則會損失在煙道氣中。無需高熱傳遞設備達 到高反應溫度的能力進一步加強了進料與燃料的協合作用(synergy)。高溫有利于輕質烴 向產物CO的轉化。

達到高的碳效率(carbon?efficiency)和熱效率的需求已經導致了重整和部分氧化(也 被稱為“POX”)工藝的組合。

在一種組合中，輕質烴首先被蒸汽部分重整，然后被氧化性氣體部分氧化。這種組合 在氨生產工業和甲醇生產工業中被廣泛采用。然而，這種蒸汽重整與部分氧化的組合需要 在初段(蒸汽)重整裝置中使用昂貴的熱傳遞裝置。

在第二種組合中，輕質烴進料被預熱并在存在蒸汽的情況下部分燃燒。然后，部分燃 燒產物在催化劑上經過，在該催化劑上發生蒸汽重整和變換反應。然而，在該組合中，輕 質烴的無催化的部分燃燒需要使用相對大量的蒸汽以避免在重整催化劑上的積碳。當部分 燃燒產物在重整催化劑上經過時，所述的蒸汽又引起CO的過量變換。生成的合成氣產物 的氫對CO比率超出費歇爾托羅普希合成的最優值。為了調節此比率并改進碳效率，有必 要將產生的過量的CO₂再循環至反應器入口。然而，二氧化碳再循環通常是昂貴的。

在第三種組合中，蒸汽重整和部分氧化反應同時發生在單一催化劑上，獲得與上述反 應順序發生時相同的產物混合物。通過以超過燃燒速率的速率混合并遞送進料至催化劑表 面，進料混合物的燃燒被避免。

在美國專利6,447,745中描述了一種達到超速混合并遞送進料至催化劑位點處的裝 置。這樣的裝置仍然必須在費歇爾托羅普希規模上被商業化。通過使用空氣代替相對純的 氧氣作為氧化性氣體，可以大大地減輕對這樣的超速混合的需求。例如，如在專利6,344,491 中描述的，當使用空氣作為氧化性氣體時，有可能延長自燃滯后時間至幾百毫秒。

發明內容

本發明涉及一種裝置，該裝置混合輕質烴、蒸汽和空氣，并將所述混合物遞送至有活 性的催化劑。本發明還涉及用于優化所述混合裝置的空氣和/或氧注入噴嘴的尺寸和取向 的方法。本發明的所述裝置和方法良好地適應于與序列號為10/924,174、公開號為 2005/0063899和序列號為10/923,931、公開號為2005/0066577的美國專利申請中所描述的 裝置和方法一起使用，上述兩個美國專利申請通過引用被整體包括在本文中。