[發(fā)明專利]分段式烴/蒸汽重整設(shè)備和方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810169056.4
• 申請日: 2008-10-20
• 公開（公告）號: CN101412496A
• 公開（公告）日: 2009-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 彭向東;J·M·雷帕斯基;B·E·赫布
• 申請（專利權(quán)）人: 氣體產(chǎn)品與化學(xué)公司
• 主分類號: C01B3/34
• 分類號: C01B3/34
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 劉 鍇;范 赤

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于氣態(tài)烴的蒸汽重整以形成含氫的合成氣的設(shè)備和方法。

背景技術(shù)

使用氫重整方法可以由諸如氣化的煤、焦炭、油和油精煉廢物的復(fù)合物，以及天然氣、生物氣或其他復(fù)合物中所含的烴產(chǎn)生氫氣。這種方法的一個公知的例子是甲烷蒸汽重整，其中在金屬催化劑存在下，甲烷和蒸汽在約400℃到約1000℃的溫度下反應(yīng)，產(chǎn)生包含一氧化碳和氫氣的合成氣，化學(xué)反應(yīng)式如下：CH₄+H₂O→CO+3H₂。由此產(chǎn)生的一氧化碳的一部分可能通過化學(xué)反應(yīng)式CO+H₂O→CO₂+H₂所示的水煤氣變換反應(yīng)，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為氫氣和二氧化碳，從而進(jìn)一步提高合成氣的氫氣含量。隨后可在純化單元(如變壓吸附單元)中對含氫氣和二氧化碳的合成氣做進(jìn)一步處理，以分離二氧化碳和其他不希望的氣體成分，從而得到具有高濃度氫氣的產(chǎn)物氣體。

用于根據(jù)前述重整方法進(jìn)行氫氣的工業(yè)生產(chǎn)的氫重整反應(yīng)器包括多根金屬管，通常每管直徑7-15cm，長9-12米，所述管中含有負(fù)載金屬催化劑(如氧化鎳(NiO)形式的鎳)的顆粒狀介質(zhì)，例如陶瓷小球。氧化鎳被氫和/或甲烷或天然氣還原成鎳，并且變得對氫重整反應(yīng)具有活性。由于該重整反應(yīng)是吸熱的，因此在適當(dāng)?shù)臏囟冉缦迌?nèi)對所述管進(jìn)行加熱以支持該化學(xué)反應(yīng)，同時不超過所述管的溫度界限。

現(xiàn)有技術(shù)的蒸汽重整設(shè)備和方法存在多種不足。例如，由于在催化劑上形成碳引起的催化劑污染問題(稱作“結(jié)焦”)限制了該方法的最低蒸汽/碳比，從而限制了方法的效率。最好能在不產(chǎn)生催化劑結(jié)焦的情況下降低蒸汽/碳比，并降低所需的能量，從而降低氫氣的生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明涉及用于由氣態(tài)烴和蒸汽產(chǎn)生包含氫氣的合成氣的蒸汽/烴重整裝置。該重整裝置通過熱氣體對流加熱，并包括具有用于接收熱氣體的入口和用于排出該熱氣體的出口的腔室。該腔室內(nèi)放置有多根第一管。該第一管含有蒸汽重整催化劑。該第一管中每一根都具有用于接收包含氣態(tài)烴和蒸汽的第一混合物的第一管入口和用于排出第一部分重整氣體的第一管出口。混合容器具有與第一管出口流體連接的、用于接收第一部分重整氣體的第一入口。該混合容器還具有用于接收包含氣態(tài)烴的第二混合物的第二入口，以及混合容器出口。在所述腔室內(nèi)放置有多根第二管。該第二管含有蒸汽重整催化劑。第二管中每根管都具有與混合容器出口流體連接的第二管入口和用于排出第二部分重整氣體的第二管出口。

本發(fā)明還包括使用前述重整裝置對氣態(tài)烴進(jìn)行蒸汽重整以產(chǎn)生合成氣的方法。該方法包括：

(a)用熱氣體加熱所述腔室；

(b)使氣態(tài)烴與蒸汽的第一混合物通過第一管；

(c)使熱量由所述熱氣體對流傳遞至第一管；

(d)借助第一管內(nèi)的重整催化劑使氣態(tài)烴與蒸汽的第一混合物反應(yīng)以產(chǎn)生第一部分重整氣體，其相比氣態(tài)烴與蒸汽的第一混合物具有更高的氫濃度；

(e)將第一部分重整氣體與包含氣態(tài)烴的第二混合物在混合容器中結(jié)合；

(f)使第一部分重組氣體和包含氣態(tài)烴的第二混合物通過第二管；

(g)使熱量由所述熱氣體對流傳遞至第二管；以及

(h)借助第二管內(nèi)的催化劑使第一部分重整氣體與包含氣態(tài)烴的第二混合物反應(yīng)以產(chǎn)生第二部分重整氣體，其相比第一部分重整氣體具有更高的氫濃度。

在另一實施方案中，用于由氣態(tài)烴和蒸汽產(chǎn)生包含氫氣的合成氣的對流加熱蒸汽/烴重整裝置包括具有用于接收熱氣體和用于排出該熱氣體的腔室。多個重整器段彼此以串聯(lián)的方式流體連接。每一重整器段均設(shè)置在所述腔室內(nèi)，并且包括多根含有蒸汽重整催化劑的管。所述管中每根都具有用于接收氣體入口和用于排出氣體的出口。每一重整器段還包括多個混合容器，在每一重整器段之間均設(shè)置有一個所述混合容器。每一混合容器均具有第一入口和第二入口，其中第一入口與重整器段中一個的所述管流體連接，第二入口用于接收包含氣態(tài)烴的混合物。每一混合容器還具有與重整器段中另一個的所述管流體連接的混合容器出口。

使用上段所述的重整裝置的本發(fā)明另一方法包括：

(a)用熱氣體加熱所述腔室；

(b)使氣態(tài)烴和蒸汽順序通過所述多個重整器段；

(c)使熱量對流傳遞至每一所述重整器段內(nèi)的所述氣態(tài)烴和蒸汽；

(d)借助每一所述重整器段內(nèi)的重整催化劑使所述氣體烴和蒸汽反應(yīng)，從而產(chǎn)生部分重整的氣體，其在每一所述重整器段后氫氣濃度都有上升；以及

(e)在每一重整器段之間，將包含氣態(tài)烴的新鮮進(jìn)料與所述部分重整的氣體混合。