[發明專利]具有結構化催化劑和改善的熱平衡的重整器管

有效

• 申請號: 201710811812.8
• 申請日: 2017-09-11
• 公開（公告）號: CN107812499B
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發明（設計）人: 迪特爾·烏爾伯;馬里·巴辛;讓-菲利普·塔迪耶洛;丹尼爾·加里;勞倫特·普羅斯特
• 申請（專利權）人: 喬治·克勞德方法的研究開發空氣股份有限公司
• 主分類號: B01J8/02
• 分類號: B01J8/02;C01B3/38;C01B3/36
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 金海霞;楊青

本發明涉及具有結構化催化劑和改善的熱平衡的重整器管。具體地，本發明提出一種用于通過含烴進料氣體的蒸汽重整來產生合成氣體的重整器管，其中使用結構化蒸汽重整催化劑。根據本發明，熱交換器管排列在結構化催化劑內部，其中進料氣體流首先流過結構化催化劑，接著以逆流方式流過熱交換器管。這改善了合成氣體產物流與結構化催化劑和流過結構化催化劑的進料氣體流之間的熱交換，特別是徑向熱交換。

技術領域

本發明涉及一種用于將含烴進料、優選天然氣和輕質液體烴(如石腦油)轉化為含有碳氧化物和氫氣的合成氣體產物的重整器管。本發明的重整器管允許在進料氣體與已經部分轉化為合成氣體產物的產物氣體之間進行內部熱交換，從而在產生合成氣體和有價值的氫氣和一氧化碳的產物中在能量消耗方面具有優勢。此外，通過使用結構化重整催化劑降低了壓降。

本發明還涉及一種通過使用本發明的重整器管將含烴進料蒸汽重整來產生合成氣體的方法，以及涉及配備有重整器管的重整爐。

背景技術

烴可以與蒸汽發生催化反應，得到合成氣體，即氫氣(H₂)與一氧化碳(CO)的混合物。如烏爾曼工業化學百科全書(Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry),第六版,1998Electronic Release,關鍵詞“氣體產生(Gas Production)”中所示，這種蒸汽重整是用于產生合成氣體的最廣泛使用的方法，該合成氣體隨后可以被轉化為其它重要基礎化學品，如甲醇或氨。盡管各種烴(如石腦油、液化石油氣或精煉廠氣體)可以發生反應，但以含甲烷的天然氣的蒸汽重整為主。

天然氣的蒸汽重整以高度吸熱方式進行。因此，在重整爐中進行天然氣的蒸汽重整，在該重整爐中，大量的含催化劑重整器管平行排列，其中在所述重整器管中進行蒸汽重整反應。重整爐的外壁以及其頂部和其底部包覆或襯有多個能經受高達1200℃的溫度的耐火材料層。重整器管通常借助于燃燒器來燃燒，所述燃燒器安裝在重整爐的上側或下側或側壁上并且直接燃燒重整器管之間的中間空間。此處，向重整器管進行熱傳遞通過從熱煙道氣熱輻射和對流熱傳遞來進行。

借助于熱交換器或燃燒式加熱器預熱到約500℃后，烴/蒸汽混合物最后被加熱到約500-800℃，接著進入重整器管并且在重整器管中在重整催化劑上轉化為一氧化碳和氫氣。基于鎳的重整催化劑被廣泛使用。盡管高級烴被完全轉化為一氧化碳和氫氣，但在甲烷的情形下，通常獲得部分轉化。此處，產物氣體的組成由反應平衡決定；因此，除一氧化碳和氫氣以外，產物氣體還含有二氧化碳、未反應的甲烷和水蒸氣。出于能量優化的目的或在包含高級烴的進料的情形下，可以在預加熱器后使用用于初步解離進料的預重整器。接著在另一個加熱器中將預解離的進料加熱到所希望的重整器管進口溫度。

將熱合成氣體產物氣體在離開重整爐后在一個或多個熱交換器中部分冷卻。接著，部分冷卻的合成氣體產物氣體經歷其它調節步驟，所述其它調節步驟取決于所希望的產物的類型或下游工藝。

天然氣的蒸汽重整因其高能量消耗而受到關注。因此，現有技術中已經提議嘗試通過工藝的優化結構化(例如通過能量回收)來使外來能量的消耗最小化。因此，Higman在Eurogas-90conference,Trondheim,1990年6月提出了具有內部熱交換的HCT重整器管，其還公開在http://www.higman.de/gasification/papers/eurogas.pdf(2011年9月27日檢索)上。這種HCT重整器管包含外部重整器管，該外部重整器管填充有催化劑并從外面燃燒，并且在該外部重整器管中進料氣體從頂部向下流過催化劑床。在催化劑床的內部存在兩個螺旋熱交換器管，其排列成雙螺旋形式并且由適合材料制成，并且部分重整的氣體在離開催化劑床后流過所述熱交換器管并且在這么做的過程中向在催化劑上進行的蒸汽重整工藝釋放其可感熱的一部分。然而，此處的缺點為由于氣體輸送通過螺旋熱交換器管的距離較長，所以壓降較高。國際專利申請WO 2013/068416 A1中也教導了在此基礎上進一步發展并且具有內部熱交換的重整器管。