[發明專利]用于操作重整爐的方法和重整設備

有效

• 申請號: 201080057032.5
• 申請日: 2010-12-08
• 公開（公告）號: CN102656112A
• 公開（公告）日: 2012-09-05
• 發明（設計）人: 貝恩德·波爾斯特;亞歷山大·勒施;馬修·謝弗;迪特爾·烏爾伯;烏爾里希·沃爾夫
• 申請（專利權）人: 魯奇有限責任公司
• 主分類號: C01B3/38
• 分類號: C01B3/38
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 沈同全;車文

技術領域

本發明涉及一種用于操作重整爐的方法，使得所述重整爐允許相對于作為碳氫化合物的蒸汽重整的二次產物獲得的產品蒸汽的最佳靈活性。本發明此外涉及用于實施根據本發明的方法的設備。

背景技術

借助于蒸汽，碳氫化合物可被催化地轉變成合成氣，即氫(H₂)與一氧化碳(CO)的混合物。如在Ullmann的工業化學百科全書（Encyclopedia?of?Industrial?Chemistry）（第六版，1998年電子版，關鍵詞“氣體產品”）中，該所謂的蒸汽重整是用于合成氣的生產的最頻繁使用的方法，所述合成氣隨后可被轉變成諸如甲醇或氨的更重要的基本化學制品。盡管可轉變諸如石腦油、液化氣體或精煉氣體的不同的碳氫化合物，但用含甲烷天然氣的蒸汽重整是占統治地位的。

天然氣的蒸汽重整是強吸熱的。因此，所述蒸汽重整在重整爐中實施，在所述重整爐中，許多含催化劑的重整爐管并聯布置，并且在所述重整爐中，蒸汽重整反應發生。重整爐的外壁鑲有或設有經得起一直到1200℃的溫度的多層耐火材料。重整爐管通常借助于安裝在重整爐的上表面或下表面上并直接點燃（fire）重整爐管之間的空間的燃燒器點燃。到重整爐管的傳熱通過熱煙道氣的熱輻射和對流熱傳輸實現。

在由熱交換器或火焰加熱器預熱至大約500℃之后，碳氫化合物蒸汽混合物在最終加熱至大約500℃至800℃之后進入重整爐管，并在那里于重整催化劑處被轉變，以獲得一氧化碳和氫。廣泛地使用了鎳基重整催化劑。當高級碳氫化合物被完全轉變成一氧化碳和氫的同時，通常在甲烷的情況下實現部分轉化。產品氣的成分由反應平衡決定；除一氧化碳與氫之外，產品氣因此還包含未轉變的甲烷與蒸汽。

在離開重整爐之后，熱的合成氣的產品氣在一個或多個熱交換器中通過與水流的間接熱交換被冷卻。水流被蒸發，并且可作為高壓蒸汽被釋放至在重整設備的內部和外部的負載。在上述情形下，釋放的蒸汽流稱為輸出蒸汽。在熱煙道氣的冷卻時，還獲得同樣可作為輸出蒸汽被釋放的高壓蒸汽。部分冷卻的合成氣產品氣隨后經歷依賴于所期望的產品的類型或隨后的過程的進一步的調節步驟。

以有效的方式，蒸汽重整設備因此產生兩種主要產品，即合成氣與可能由多部分蒸汽流組成的產品蒸汽流，所述產品蒸汽流全部地或部分地作為輸出蒸汽被釋放。消耗合成氣產品的負載(例如氫產生、氧化合成、CO的產生)通常與消耗輸出蒸汽的負載不一樣。不利的是，由于兩種產品合成氣與產品蒸汽的生產率彼此耦合并且輸出蒸汽的生產率僅可在非常小的程度適應，所以在合成氣生產與輸出蒸汽的消耗之間可出現差異。具體地，在蒸汽重整器的部分負載操作下，可能無法維持向外部負載發送的輸出蒸汽量。此外，例如在設備停止的情況下或者在消耗設備的部分負載操作下，臨時降低要釋放的輸出蒸汽量可能是合乎需要的。

在現有技術中，因此已描述了用于甲烷的蒸汽重整的方法，在該方法中，所述方法試圖實現輸出的蒸汽生產與合成氣生產的分開。歐洲專利申請EP?2103568A2例如描述了用于甲烷的蒸汽重整的方法，在所述方法中，實質上不向外部負載釋放輸出蒸汽。上述情形以如下方式實現：一方面，實質上在重整過程本身中消耗所產生的全部蒸汽。另一方面，例如以如下方式使蒸汽產生最小：借助于富氧空氣在重整器爐中燃燒燃料，由此降低可用于與水/蒸汽流的間接熱交換的熱燃燒廢氣的質量流。此外，提出使用通過與熱合成氣產品氣或熱燃燒廢氣的間接熱交換傳送的熱量，用于使隨后用于在蒸汽渦輪中的能量產生的蒸汽流過熱。由此獲得的能量繼而可用于氧產生或燃燒空氣的富氧。在此不利的是昂貴的設備構思。

在專利說明書EP?2103569A2中采用了用于類似的使蒸汽輸出最小的方法。除重整器內產生的蒸汽基本完全的消耗之外，冷卻的合成氣產品氣被供應至將二氧化碳分開的變壓吸附。變壓吸附的富氫并因此具有增加的熱值的獲得的產品氣被部分地再循環至重整器爐，并在那里用作燃料。由于以高成本產生的貴重產品氫僅用熱的方法被燃燒利用，所以上述情形是不利的。

在碳氫化合物工程（Hydrocarbon?Engineering）(2001),6(8),pp.47-50中，Grant等描述了一種用于氫生產的新穎的蒸汽重整設備以及關于要觀察的環境要求與裝配場地的限制而在所述新穎的蒸汽重整裝置的構造中出現的問題。聲明的是，通過采用與預重整器單元結合的新穎類型的重整器，例如能實現輸出蒸汽流的降低。