[發明專利]用于使用具有二級重整和輔助熱源的基于氧傳輸膜的重整系統來生產合成氣的方法和系統

有效

• 申請號: 201480048887.X
• 申請日: 2014-04-25
• 公開（公告）號: CN105517950B
• 公開（公告）日: 2018-12-14
• 發明（設計）人: S.查克拉瓦蒂;I.C.斯圖克特;R.F.德爾內維奇
• 申請（專利權）人: 普萊克斯技術有限公司
• 主分類號: C01B3/38
• 分類號: C01B3/38;B01J8/06
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 段菊蘭;石克虎

公開了用于在基于氧傳輸膜的重整系統中生產合成氣的方法和系統，所述基于氧傳輸膜的重整系統進行在重整反應器內的一級重整過程，和在氧傳輸膜反應器內的二級重整過程并且在由氧傳輸膜反應器和輔助熱源產生的熱量存在下進行。所述輔助熱源靠近重整反應器布置在反應器殼內，并且可包括輔助反應性驅動氧傳輸膜反應器或陶瓷燃燒器。

發明領域

本發明涉及用于在基于氧傳輸膜的重整系統中生產合成氣的方法和系統，并且更具體地涉及用于在提供一級重整和二級重整兩者以及輔助熱源的基于氧傳輸膜的重整系統中生產合成氣的方法和系統。

背景

含氫氣和一氧化碳的合成氣用于各種工業應用，例如氫氣的生產、化學品和合成燃料生產。常規地，合成氣在火焰重整器中生產，在其中天然氣和蒸汽在含鎳催化劑的重整器管中在高溫（例如850℃至1000℃）和中等壓力（例如16至30 bar）下重整以生產合成氣。對于發生在重整器管內的蒸汽甲烷重整反應的吸熱性加熱需求是通過向部分地由天然氣提供燃料的熔爐進行點火的燃燒器來提供。為增加由蒸汽甲烷重整(SMR)方法生產的合成氣的氫含量，可以使合成氣經受水煤氣變換反應以使合成氣中的殘余蒸汽與一氧化碳反應。

已良好確立的蒸汽甲烷重整的替代方案是非催化部分氧化法(POx)，由此允許亞化學計量的量的氧與天然氣進料在高溫下反應產生蒸汽和二氧化碳。高溫殘余甲烷通過與高溫蒸汽和二氧化碳的反應來重整。

用于生產合成氣的有吸引力的替代方法是自熱重整(ATR)方法，所述自熱重整方法使用氧化來產生熱量，其中使用催化劑以允許重整在比Pox法低溫度下發生。類似于Pox法，需要氧來使燃燒器中的天然氣部分氧化來提供熱量、高溫二氧化碳和蒸汽以重整殘余甲烷。需要將一些蒸汽添加至天然氣中以控制催化劑上的碳形成。然而，ATR和Pox法二者都需要單獨的空氣分離單元(ASU)以生產高壓氧，這增加整個方法的復雜性以及資金和操作成本。

當原料(feedstock)含有大量重烴時，SMR和ATR過程通常位于預重整步驟之后。預重整是用于將高級烴轉化成甲烷、氫氣、一氧化碳和二氧化碳的基于催化劑的工藝。預重整中涉及的反應一般是吸熱的。天然氣蒸汽上的大多數預重整器在吸熱區域中操作，并且絕熱地操作，和因此預重整的原料以比進入預重整器的原料低的溫度離開。本發明將討論的另一方法是二級重整方法，其本質上是被進料來自SMR過程的產物的自熱方法。因此，二級重整過程的進料主要是來自蒸汽甲烷重整的合成氣。取決于終端應用，一些天然氣可以繞過SMR過程，并且直接被引入二級重整步驟中。另外，當SMR過程之后是二級重整過程時，SMR可以在較低溫度（例如與850℃至1000℃相對的650℃至825℃）下操作。

如可以理解的，諸如上文已經討論的生產合成氣的常規方法是昂貴的并且需要復雜的設備(installations)。為克服這類設備的復雜性和費用，已經提出：在使用氧傳輸膜來供應氧的反應器內產生合成氣，和從而產生支持蒸汽甲烷重整反應的吸熱性加熱需求所需的熱量。典型的氧傳輸膜具有致密層，所述致密層雖然不透空氣，但當使其經受升高的操作溫度和跨膜氧分壓差時，將傳輸氧離子。