[發(fā)明專利]一種集成式氣態(tài)烴換熱式蒸汽轉(zhuǎn)化與非催化部分氧化結(jié)合生產(chǎn)合成氣的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510830913.0
• 申請日: 2015-11-25
• 公開（公告）號: CN105293434A
• 公開（公告）日: 2016-02-03
• 發(fā)明（設計）人: 代正華;王輔臣;徐月亭;李超;劉海峰;于廣鎖;龔欣;王亦飛;梁欽鋒;許建良;郭慶華;陳雪莉;李偉鋒;王興軍;郭曉鐳;趙輝;陸海峰;龔巖;劉霞;王立
• 申請（專利權(quán)）人: 華東理工大學;上海熠能燃氣科技有限公司
• 主分類號: C01B3/36
• 分類號: C01B3/36
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 胡紅芳

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及一種含烴物料生產(chǎn)合成氣的方法，具體涉及一種集成式氣態(tài)烴換熱式蒸汽轉(zhuǎn)化與非催化部分氧化結(jié)合生產(chǎn)合成氣的方法。

背景技術(shù)

天然氣、頁巖氣、煤層氣、油田氣、煉廠氣、焦爐氣、熱解氣等氣態(tài)烴以甲烷為主要成分，是重要的基礎能源和化工原料。將氣態(tài)烴轉(zhuǎn)化為經(jīng)合成氣(CO+H₂)，再經(jīng)合成氣合成氨、甲醇、油品等化學品是氣態(tài)烴利用的普遍方法。正在開發(fā)或者已經(jīng)實現(xiàn)工業(yè)化的甲烷間接轉(zhuǎn)化有如下幾種：蒸汽轉(zhuǎn)化、非催化部分氧化、自熱重整、催化部分氧化以及二氧化碳重整等，這些工藝路線的主要區(qū)別有反應器形式、甲烷轉(zhuǎn)化的主要反應、供熱方式等。在這些反應器中，主要發(fā)生的反應有水蒸汽重整、二氧化碳重整、甲烷完全或者部分氧化以及水煤氣變換反應等。

目前國際上已經(jīng)實現(xiàn)工業(yè)化的氣態(tài)烴制備合成氣路線主要有三條：一是蒸汽轉(zhuǎn)化，該工藝一般為兩段轉(zhuǎn)化，一段為水蒸汽轉(zhuǎn)化，氣態(tài)烴和水蒸氣按比例混合后，在管壁外側(cè)由燃氣燃燒供熱的管式反應器進行反應，二段反應器(一般為自熱重整反應器)中，一段轉(zhuǎn)化氣與補充的氧氣反應完成甲烷的進一步轉(zhuǎn)化，該工藝因需抑制積碳生成以及提高一段甲烷的轉(zhuǎn)化率，水碳比較高(工業(yè)上一般采用3～5)，能耗相對較高，且設備面積大，投資高；二是非催化部分氧化，該工藝路線添加的蒸汽量較小，主要利用高溫高壓條件下甲烷與水蒸氣和二氧化碳的反應完成氣態(tài)烴的徹底轉(zhuǎn)化；三是自熱重整，該工藝路線是將放熱的非催化部分氧化與吸熱的蒸汽轉(zhuǎn)化整合在單個反應器中，相較于蒸汽重整，自熱重整水碳比有所降低，但是仍需要添加大量水蒸氣來抑制積碳生成。

根據(jù)蒸汽轉(zhuǎn)化二段出口合成氣溫度較高，利用二段反應器出口合成氣的顯熱代替?zhèn)鹘y(tǒng)外部燃氣燃燒提供反應所需熱量，即二段出口高溫合成氣在一段管式反應器外與管內(nèi)氣體換熱供熱，此工藝為換熱式蒸汽轉(zhuǎn)化，典型代表有LCA工藝。該工藝路線有效利用了二段出口高溫合成氣的熱量，同時降低了工藝路線的比氧耗。

現(xiàn)有工廠采用的換熱式蒸汽轉(zhuǎn)化一般將自熱重整作為二段反應器，然而這種換熱式蒸汽轉(zhuǎn)化工藝仍有傳統(tǒng)蒸汽轉(zhuǎn)化反應器集成度低、設備占地面積大等問題。

以非催化部分氧化轉(zhuǎn)化爐作為換熱式蒸汽轉(zhuǎn)化的二段反應器在技術(shù)上亦可實現(xiàn)，并且該工藝路線有以下優(yōu)點：

(1)非催化部分氧化轉(zhuǎn)化爐相較于自熱重整轉(zhuǎn)化爐出口合成氣中甲烷轉(zhuǎn)化更加徹底，工藝的整體能量利用效率更高；

(2)非催化部分氧化轉(zhuǎn)化爐合成氣比自熱重整轉(zhuǎn)化爐溫度更高，可提高一段列管式反應器的操作溫度，有利于提高在甲烷蒸汽重整反應速度，進而提高一段蒸汽轉(zhuǎn)化甲烷轉(zhuǎn)化率，同時，根據(jù)已有研究發(fā)現(xiàn)提高蒸汽轉(zhuǎn)化操作溫度有利于抑制積碳生成，因此非催化部分氧化轉(zhuǎn)化爐作為二段反應器可減少一段蒸汽添加量，有效降低單位產(chǎn)品比蒸汽耗；

(3)自熱重整轉(zhuǎn)化爐長期運行會導致催化劑活性降低，在運行一段時間后需中斷運行更換催化劑，非催化部分氧化轉(zhuǎn)化爐無需使用催化劑，以非催化部分氧化轉(zhuǎn)化爐作為二段反應器的換熱式蒸汽轉(zhuǎn)化工藝在設備運行的連續(xù)性上亦更有優(yōu)勢。

因此，本發(fā)明提出一種集成式氣態(tài)烴換熱式蒸汽轉(zhuǎn)化與非催化部分氧化結(jié)合生產(chǎn)合成氣的方法，將換熱式蒸汽轉(zhuǎn)化和非催化部分氧化集成在一個反應器中。相較于傳統(tǒng)的非催化部分氧化、自熱重整和換熱式蒸汽轉(zhuǎn)化等工藝路線，具有熱利用效率高，合成氣產(chǎn)量高、設備集成度高、占地面積小、投資省等特點。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述問題，本發(fā)明的目的一種集成式氣態(tài)烴換熱式蒸汽轉(zhuǎn)化與非催化部分氧化結(jié)合生產(chǎn)合成氣的方法，該方法使用的設備是集成式轉(zhuǎn)化爐。具體技術(shù)方案如下：

一種集成式氣態(tài)烴換熱式蒸汽轉(zhuǎn)化與非催化部分氧化結(jié)合生產(chǎn)合成氣的方法，包括如下步驟：

(1)將凈化的氣態(tài)烴預熱至100～600℃，然后與水蒸氣混合后進入集成式轉(zhuǎn)化爐1；所述水蒸汽和所述氣態(tài)烴的配比使水碳摩爾比達到1.5～3.0：1；

(2)步驟1得到的混合物通過氣流均布器2進入列管式蒸汽轉(zhuǎn)化反應區(qū)3，發(fā)生氣態(tài)烴蒸汽轉(zhuǎn)化反應，反應所需熱量由非催化部分氧化區(qū)4生成的高溫合成氣的顯熱通過管壁換熱提供；

氣態(tài)烴蒸汽轉(zhuǎn)化反應的產(chǎn)物經(jīng)氣體收集器5收集后，與經(jīng)過氧氣加熱器6預熱后的氧氣經(jīng)噴嘴7進入非催化部分氧化區(qū)4進一步反應生成高溫合成氣，實現(xiàn)氣態(tài)烴的進一步轉(zhuǎn)化，所述高溫合成氣通過蒸汽轉(zhuǎn)化列管式反應器的間隙，由管壁向一段蒸汽轉(zhuǎn)化供熱后，由導管8離開集成式轉(zhuǎn)化爐進入下游的熱量回收裝置。

所述氣態(tài)烴選自天然氣、頁巖氣、油田氣、煤層氣、煉廠氣、焦爐氣、熱解氣氣態(tài)含烴化合物中的一種或幾種。