专利名称：用于合成气生产的转化方法和相关设备的制作方法
用于合成气生产的转化方法和相关设备技术领域在最普遍的方面，本发明涉及合成气的生产，即包含氢气和碳氧化物 的混合物的生产，所述合成气是包括化肥、甲醇及其衍生物和有机化学的 各种化合物的不同生产的基础。特别是，本发明涉及下述类型的用于由烃混合物生产合成气的转化方 法，所述转化方法包括第一步骤或预转化步骤，其中将包含所述烃混合物 和水蒸汽的加工混合物进行初步催化转化反应，从而获得包含氢气、碳氧 化物和烃的部分转化产物；和第二步骤或主转化步骤，其中将所述部分转 化产物进行转化完全反应，从而获得所述合成气。现有技术在工业规模上通过下列反应获得合成气是已知的-烃在水蒸汽的存在下的催化转化反应，所述反应典型地在水蒸汽转 化设备(所谓水蒸汽转化装置)中进行；或-烃在非催化部分氧化转化设备(所谓部分氧化器)中的部分氧化反 应，或-烃在催化部分氧化转化设备(所谓自热转化装置)中的部分氧化反应。在本申请中，上述三种方法中的任何一种或它们的组合被认为是"主 转化"。还存在熟知的需要是在不必制造上述三种类型的任一种的转化设备 的情况下获得富含氢气的合成气，例如具有在40%和50%(折干计)之间的氢 气含量的合成气，所述转化设备不但在投资成本方面，而且在管理和维护 成本方面是特别复杂的。对于这种目的，现有技术使用一种用于由气态烃混合物生产合成气的 转化方法，其中提供在主转化步骤之前的预转化步骤，使得转化设备可以 对其中烃已经被部分转化为合成气的气态混合物起作用。所述预转化步骤 通过烃在水蒸汽的存在下的催化转化反应在适合的化学反应器中进行，所 述化学反应器也称为预转化装置，比转化设备更简单。它采取通常配备有单个催化床的绝热型反应器的形式。在反应器的上 游，还可以安置热回收部分以从反应的气态加工混合物中回收热，所述气 态加工混合物包含所述气态烃混合物和水蒸汽。尽管就不同观点而言是有利的，但是根据示意性描述的用于合成气生 产的转化方法具有公认的缺点，主要的缺点之一在于，在预转化步骤中获 得的部分转化产物具有很有限的将烃转化为合成气的转化率，例如获得在5%和25%之间的将初始气态烃混合物转化为合成气的百分比值，从而以不完全令人满意的方式与随后的主转化步骤结合。 发明概述本发明要解决的技术问题在于，设计并且提供所考虑类型的用于合成 气生产的转化方法，所述转化方法能够满足上述需求，并且同时能够允许 在预转化步骤中以简单和成本合算的方式获得比现有技术更好的将烃转 化为合成气的转化率。'根据本发明，这种问题是通过上述类型的用于由烃混合物生产合成气 的转化方法解决的，并且所述方法的特征在于所述预转化步骤是在假等温 条件下进行的。以这种方式，通过将在预转化步骤中使用的催化剂的温度基本上保持恒定，可以在来自预转化步骤的产物中获得部分转化产物，其中例如在15% 和40%之间的百分比的烃已经被转化为合成气。从为了陈述性和非限制性目的，参考附图
对其优选实施方案所进行的 下列描述中，根据本发明的用于合成气生产的转化方法的另外的特征和优 点将变得清楚。附图简述图l示意性地表示实施根据本发明的转化方法的合成气生产用的转化设备。优选实施方案的详述参考图l，显示了总体上以10表示的合成气生产用的转化设备，所述 转化设备实施根据本发明的用于生产合成气12的方法。由烃混合物14进行上述用于合成气生产的转化方法。烃混合物14优选是气态的，因此以下将在描述中提及的是这种类型的混合物。将水蒸汽16引入到气态烃混合物14中，从而获得包含烃和水蒸汽的气 态加工混合物18。优选地，在将水蒸汽16引入到气态烃混合物14之前，加 热气态烃混合物14。所述方法包括第一步骤或预转化步骤，其中将所述气态加工混合物18 进行初步催化转化反应，从而获得包含氢气、碳氧化物和烃的部分转化产 物22。所述预转化步骤之后是第二步骤或主转化步骤，其中将所述部分转化 产物22进行转化完全反应，从而获得所述合成气12。根据本发明的一个方面，所述预转化步骤在假等温条件下进行。优选 地，所述预转化步骤在40(TC和65CrC之间的温度下进行。以这种方式，发 现在部分转化产物22中，例如百分比大于30%的烃已经被转化为合成气。因为在预转化步骤中进行的初步催化转化反应是吸热的，所以必须将 将热量供应入催化床中。转化设备10包含相互流体连通并且彼此接连的可能的预热部分26;预 转化部分28;和主转化部分30，所述预转化部分28包含其中进行所述预转 化步骤的第一反应区20，所述主转化部分30包含其中进行所述主转化步骤 的第二反应区24。预热部分26还配备有气态烃混合物14的纯化部分，即脱硫部分。主转化部分30可以由水蒸汽转化装置、部分氧化器或自热转化装置或 它们的组合组成。根据本发明的一个方面，预转化部分28的第一反应区20处于假等温反 应器34的催化床的形式，在所述催化床中支承工作热交换流体在其中流动 的热交换装置36，所述热交换装置36将热量释放给所述催化床。备选地，可以安置多个热交换装置。优选地，热交换装置36包括本身已知的板式热交换器它们具有基本 上扁平的箱形体，所述箱形体具有基本上为平行六面体的矩形构造，从而 限定被所述工作热交换流体穿过的各个内室。在本发明的一个优选实施方案中，在来自假等温反应器34的产物中的 气体被部分送到热回收装置38中以将其加热，然后将这些气体引入到热交 换装置36中(在使用板式热交换器的情况下，将这些气体引入到交换器本身 的内室中)，从而组成所述工作热交换流体。有利地，可以从主转化部分30中生成的热烟中取出用于热回收装置38 所必需的热，或者可以为此安置特制炉(purpose-built oven)。以下说明根据本发明的转化设备10的操作。将用作生成合成气的原料的气态烃混合物14引入到预热部分26中，在 此将它加热直至例如55(TC，并且脱硫。在预热部分26的下游，将水蒸汽16引入到气态烃混合物14中，从而获 得被供给到预转化部分28中的气态加工混合物18，所述气态加工混合物18 包含烃和水蒸汽。根据本发明的一个未显示的优选实施方案，还将水蒸汽16在预热部分 26中加热。对此，将它例如安置成将水蒸汽16在预热部分26的上游引入到 气态烃混合物14中。气态加工混合物18穿过假等温反应器34的催化床并且反应，从而将烃 部分地转化为氢气和碳氧化物。热交换装置36将用于这种部分转化所必需 的热量释放给假等温反应器34的催化床。然后，将在预转化部分28中获得的包含氢气、碳氧化物和烃的部分转 化产物22送到主转化部分30，在此存在烃的完全转化，从而获得需要的合 成气12。在主转化部分30的下游，安置通常处于锅炉形式的热回收部分32，在 此使生产的合成气12冷却以回收热量。在根据本发明的转化设备的另一个实施方案中，在主转化部分30的上 游，安置另外的预热部分(没有在图中示例)，以将部分转化产物22加热直 至在主转化部分30中进行的转化反应的最佳温度，例如68(TC。有利地，
可以从主转化部分30中生成的热烟中取出用于所述另外的预热部分所必 需的热，或可以为此安置特制炉。从上述描述中，可以清楚地看出，根据本发明的用于合成气生产的转 化方法解决了所述技术问题，并且获得了众多优点，第一个优点在于这样 的事实因为可以精确控制假等温反应器的催化床的热剖面，对于预转化 部分允许非常高的转化率，这种事实因催化床本身中存在热交换装置，特 别是因使用的热交换单元(例如板式热交换器)处于与催化床中容纳的催化 剂直接热交换的关系的事实而变得可能。本发明的另一个优点在于，可以优化主转化部分的设计，将其负荷降 低到最少，所述主转化部分通常远比预转化部分更复杂和昂贵。在使用自 热转化装置或部分氧化器的情况下，将对纯氧气以及随之发生的适于获得 这种纯氧气的空气分离装置的尺寸的需求减到最低。本发明的另一个优点在于，在已经存在的转化设备的情况下，通过引 入具有假等温反应器的新预转化部分，或者通过根据本发明改进已经存在 的预转化部分，可以提高生产能力。本发明的另一个优点在于，在具有自热转化装置的主转化部分的情况 下，获得例如用于甲醇合成的化学计量比对所述合成更有利的合成气，并 且同时减少自热转化装置的氧气消耗。当然，本领域技术人员可以对上述用于合成气生产的转化方法作出大 量修改，以满足特定和偶然的需要，所有这些都由本发明如后附权利要求 限定的保护范围所覆盖。
权利要求
1.下述类型的用于由烃混合物(14)生产合成气(12)的转化方法，所述转化方法包括第一步骤或预转化步骤，其中将包含所述烃混合物(14)和水蒸汽(16)的加工混合物(18)进行初步催化转化反应，从而获得包含氢气、碳氧化物和烃的部分转化产物(22)；和第二步骤或主转化步骤，其中将所述部分转化产物(22)进行转化完全反应，从而获得所述合成气(12)，其特征在于所述预转化步骤是在假等温条件下进行的。
2. 根据权利要求1的转化方法，其特征在于所述预转化步骤在40(TC 和65(TC之间的温度进行。
3. 根据权利要求1的转化方法，其特征在于将在所述预转化步骤中获 得的所述部分转化产物(22)的至少一部分进行加热，并且用作在所述预转 化步骤中的间接热交换的工作流体。
4. 根据权利要求3的转化方法，其特征在于从所述主转化步骤中生成 的热烟中取出用于所述部分转化产物(22)的至少一部分的所述加热所必需 的热量。
5. 根据权利要求1的转化方法，其特征在于将所述烃混合物(I4)进行预热。
6. 根据权利要求1的转化方法，其特征在于将在所述预转化步骤中获 得的所述部分转化产物(22)在将它引入到所述主转化步骤中之前进行加 执。
7. 根据权利要求6的转化方法，其特征在于从所述主转化步骤中生成 的热烟中取出用于所述部分转化产物(22)的所述加热所必需的热量。
8. 下述类型的用于由烃混合物(14)生产合成气(12)的转化设备(10)，所 述转化设备(10)包含相互流体连通并且彼此接连的预转化部分(28)和主转 化部分(30)，所述预转化部分(28)包含第一反应区(20)，其中将包含所述烃 混合物(14)和水蒸汽(16)的加工混合物(18)进行初步催化转化反应，从而获 得包含氢气、碳氧化物和烃的部分转化产物(22);所述主转化部分(30)包含 第二反应区(24)，其中将所述部分转化产物(22)进行转化完全反应，从而获得所述合成气(12)，其特征在于所述预转化部分(28)的所述第一反应区(20) 处于假等温反应器(34)的催化床的形式。
9. 根据权利要求8的转化设备(10)，其特征在于在所述催化床中支承 工作热交换流体在其中流动的至少一个热交换装置(36)。
10. 根据权利要求9的转化设备(IO)，其特征在于所述至少一个热交 换装置(36)包括板式热交换器。
11. 根据权利要求IO的转化设备(IO)，其特征在于在来自所述假等温 反应器(34)的产物中的气体被部分送到热回收装置(38)中以将其加热，然后 将所述气体引入到所述至少一个热交换装置(36)中，从而组成所述工作热 交换流体。
12. 根据权利要求ll的转化设备(lO)，其特征在于从主转化部分(30) 中生成的热烟中取出用于所述热回收装置(38)所必需的热量。
13.根据权利要求8的转化设备(IO)，其特征在于在所述预转化部分 (28)的上游，安置预热部分(26)，以加热所述气态烃混合物(14)。
14. 根据权利要求13的转化设备(IO)， ^特征在于在主转化部分(30) 的上游，安置另外的预热部分，以将所述部^转化产物(22)加热直至在所 述主转化部分(30)中进行的所述转化反应的最佳温度。
15. 根据权利要求14的转化设备(10)，其特征在于从所述主转化部分 (30)中生成的热烟中取出用于所述另外的预热部分所必需的热量。
全文摘要
一种用于由烃混合物(14)生产合成气(12)的转化方法，所述转化方法包括第一步骤或预转化步骤，其中将包含所述烃混合物(14)和水蒸汽(16)的加工混合物(18)进行初步催化转化反应，从而获得包含氢气、碳氧化物和烃的部分转化产物(22)；和第二步骤或主转化步骤，其中将所述部分转化产物(22)进行转化完全反应，从而获得所述合成气(12)，所述预转化步骤是在假等温条件下进行的。
文档编号C01B3/00GK101132986SQ200680007066
公开日2008年2月27日 申请日期2006年2月20日 优先权日2005年3月4日
发明者埃尔曼诺·菲利皮 申请人:阿梅尼亚·卡萨莱股份有限公司