;C0+3H2 C02+H2< = >C0+H20 CH4+C02< = >2C0+2H2
[0066] 蒸汽甲烷转化反应为吸热的，因此，通过燃烧器向所述蒸汽甲烷转化装置的反应 器（辐射）段发射热量将热量供应至装有催化剂的反应器管以支持所述反应。进行吸热反 应所需的能量输入通过用空气、氧气或富含氧气的空气流616燃烧燃料流提供。燃烧产生 离开辐射段632的烟道气流646。使用热交换器648 (以加热物流626)，650 (以使蒸汽过 热）以及652 (以产生蒸汽），以及692 (以预加热物流616)在对流段634中回收热量。
[0067] 轻质化石燃料流18(例如天然气、甲烷、石脑油、液化石油气）与蒸汽624在 SMR602中的转化产生含氢气和一氧化碳（以远大于2:1和典型地大于4:1的摩尔比率 (H2 = CO))的气态产物流642。在物流642中的氢气与一氧化碳的比率取决于在物流626中 的蒸汽与碳的比率以及在SMR出口处的物流642的温度。进料至SMR 602的蒸汽与碳的比 率的增大提高了在物流642中的氢气与一氧化碳的比率，而且可增加系统的整个能量需求 (考虑到生产被进料至SMR的额外的蒸汽所需的增加的额外的能量）。典型地，离开SMR的 SMR产物气体（物流642)的温度为约1600F。
[0068] 参考图3,来自SMR 602的含有氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烧以及水蒸气的物流 642被进料至自热转化装置604的燃烧器段604a。ATR被设计成通过添加氧气16来实现合 成气流642中的甲烷含量的下降以提供热量来提高合成气的温度并且在绝热条件下进一 步处理所述合成气。虽然未作图示说明，可向氧气流16添加蒸汽和/或CO2，和/或氧气流 16可在被引入自热转化装置604之前预先加热。也未示出的是，可向物流642添加与物流 18混合的一部分或全部的物流36,优选的在单元634中预先加热后。
[0069] 与SMR联结的ATR(二段转化装置）被设计成生产额外的氢气和一氧化碳。在SMR 产物气体中的可燃气体与氧气反应，产生促进转化反应（以绝热的方式在ATR内的催化剂 床上进行）的热量。所得ATR产物气体678在约1700° F至约1900° F的温度下离开自 热转化装置604。典型地，进入ATR的气体642将具有在（当以高温例如约1600° F离开 SMR 602时）约4摩尔％ (基于干重）至（当以较低温度例如1400° F离开时）约14摩 尔％ (基于干重）范围内的甲烷浓度。离开ATR的气体678将具有典型地小于约1摩尔％ (基于干重）的甲烷浓度。较低的SMR出口温度需要更多的氧气以实现正常ATR出口温度， 其归因于必须产生热量提供显热（sensible heat)来提升气体流642的温度，以及更重要 地，提供热量以驱动在物流642中更高的甲烷含量的转化。当氧气的量增加时，H2:C0的比 率略微下降。
[0070] 通常将离开ATR的气体678进料至工艺气体锅炉662进行冷却。为更好的温度控 制将旁路包括在工艺气体锅炉662的设计内并非不寻常。使用产生的冷却的合成气体流 686在热交换器696中预先加热轻质化石燃料流610和然后在锅炉给水加热器672内、软化 水加热器670、以及冷却器674内被进一步冷却以形成合成气体27。如对于本领域的那些 技术人员而言会是显而易见的，备选的换热排列对于回收含氢气和一氧化碳的气体流678 中的热量是可能的。
[0071] 蒸汽发生系统被整合在轻质化石燃料转化单元6内并且含有本领域已知的要素 以提供蒸汽甲烷转化反应所需的至少一些蒸汽。例如被提供在对流段634内的热交换器 652和650产生蒸汽并使之过热。来自蒸汽锅筒656的蒸汽流654在热交换器650内过热 以产生过热的蒸汽流658。取决于过热蒸汽生产率，物流658可被分为第一过热蒸汽流624 和输出蒸汽流660。虽然未图示说明，但由工艺气体锅炉662所产生的蒸汽也在对流段634 内过热和然后作为第一过热蒸汽流624以及输出蒸汽流660的部分补充被使用。饱和蒸汽 654在蒸汽锅筒656内从含蒸汽的物流668 (其从锅炉652进料至蒸汽锅筒656)中分离出 来。饱和锅炉给水作为物流666被进料至锅炉652。将在锅炉给水加热器672中加热的水 653供给蒸汽锅筒656并且软化水加热器670为脱气（未示出）提供热水，其通过与含氢气 和一氧化碳的气体流686的间接热交换。虽然未作图示说明，锅炉给水加热器670被供以 从脱气器泵送的水。
[0072] 使用冷却器674(其可为空气冷却和水冷却的组合）将保留在经过热交换设备 662、696、672和670之后的气体688内的低等级的热量回收和/或排放至空气。
[0073] 在正常运行期间（即气化器在设计生产能力下运行）向ATR 604添加最小量的氧 气16并且物流678的温度可在针对SMR的温度（大于约1550° F)至二段转化装置（ATR) 的上区（小于约1800° F)的范围内。在物流27中的所得4与CO的比率大于3:1并且典 型地大于4:1。
[0074] 当气化器不运行或在小于设计生产能力下运行时，SMR的加热速度（通过物流644 和616的流量确定）保持恒定。因此，SMR 602的辐射段和对流段的热交换性能维持不变。 流向反应段632的轻质化石燃料610的流量增加。调节经由物流624所添加的蒸汽量以实 现进入SMR的反应器段632的气体626的期望S/C比率。在这种条件下的期望S/C比率通 常小于当气化器在设计生产能力下运行时的S/C比率。因此，当与正常运行情况相比，物 流642的温度下降。一部分的可利用的氧气14 (典型地被使用在气化单元2中）被转移至 ATR604以提高物流678的温度至至少1550° F并且可能地至1900° F。优选的温度通常 会在1700° F至1900° F的范围内。热交换设备例如662以及662下游的那些将被设计 成管理可变热功能，其由轻质化石燃料18的流量增加而产生。在这种情况下，可能在物流 27中实现小于3. 5:1并且优选地小于3. 2:1的H2/C0的比率。为了在气化单元合成气生产 能力下降时实现仏/CO比率接近液体燃料生产所需的仏/CO比率，将从单元5回收的全部或 部分的富含CO2的物流29返回至轻质化石燃料转化单元6以进一步降低物流27的H 2/C0 比率。全部或部分的物流29可被添加至物流18、618和/或16。回流0)2将进一步降低物 流27的H2/C0比率至小于3:1并且可能地小于2. 6:1。若经由物流16向ATR添加富含CO2的物流，则对于当气化器在设计生产能力或低于设计生产能力下运行的情况轻质化石燃料 进料加热器696、脱硫装置614以及热交换器648不需要为超大型。
[0075] 图2和图3显示轻质化石燃料转化单元6的两种构造，可实践未作说明的变化。例 如所述轻质化石燃料转化单元可含有： ?平行运行的SMR和ATR，各自将轻质化石燃料转化为含氢气和一氧化碳的物流，所述 物流可被结合用于液体燃料生产。 ?SMR和ATR，以便轻质化石燃料进料被分为两个部分，单独地或与SMR产物气体相混合 进料至SMR的第一部分以及进料至ATR的第二部分。
[0076] 向气化单元2和轻质化石燃料转化单元6供应的氧气可来自相同或不同的来源。 虽然未作图示说明，但可向氧气流16添加蒸汽和/或氧气流16可在被引入自热转化装置 之前预先加热。
[0077] 参考图1，物流26和物流28作为液体燃料生产单元8的进料。这些物流可分开或 作为混合的物流30进料。取决于液体燃料生产单元8的运行压力，物流26、28或30可能 需要被压缩或减压（通过阀或膨胀机）。所述液体燃料生产单元使用催化转化方法（例如 甲醇合成、费-托法）来生产液体燃料产物。更高压的气化器例如气流床技术可产生在没 有压缩下的压力足以用于单元8的物流30。若终产物为柴油类型的燃料，单个阶段的压缩 可能足够，并且在某些情况下可能不需要压缩。对于醇（例如甲醇、乙醇），可能需要2-3个 阶段的压缩。明显地，与分开压缩物流26和28至所期望的压力相比，压缩共混物流30提 供压缩所需的设备的数量上的减少的益处。
[0078] 通常在考虑费-托转化时，费-托反应可在任何可容忍所使用的温度和压力的 反应器内进行。在反应器内的压力典型地在300psia和1500psia之间，而所述温度可在 400° F和700° F之间。优选地，费-托烃合成阶段为低温的费-托烃合成阶段。反应器 的运行压力将典型地在300psia和700psia之间。所述反应器会因此含有费-托催化剂， 其可呈颗粒的形式。所述催化剂可含有Co、Fe、Ni、Ru、Re和/或Rh作为它的活性催化剂 组分。可用选自以下的一种或更多种的助催化剂（promoter)来促进所述催化剂：碱金属、 V、Cr、Pt、PcU La、Re、Rh、Ru、Th、Mn、Cu、Mg、K、Na、Ca、Ba、Zn 和 Zr。所述催化剂可为负载 型催化剂，在这种情况下，所述活性催化剂组分例如Co被负载在合适的载体例如氧化铝、 氧化钛、氧化硅、氧化锌或这些的任何组合上。在本发明中的优选实施方案使用Co基催化 剂。对于生物质原料而言，优选的反应器构造为具有被装载在管内的Co基催化剂的固定床 管式反应器。对于煤而言，优选的反应器构造为泥浆床反应器，在其中所述Co基催化剂呈 颗粒的形式。固定床管式反应器，虽然较不优选，也可被使用。
[0079] 在费-托转化中，在物流30中的氢气和一氧化碳在压力下在催化剂存在下在指示 范围内的反应温度下反应以生成烷醇、烷烃或两者的混合物，其可含有1个至大于60个的 碳原子。也生成水和二氧化碳。
[0080] 由于费-托反应为放热的，产生蒸汽的冷却旋管优选存在于费-托反应器内以去 除反应的热量。该蒸汽可作为在蒸汽甲烷转化反应中的部分蒸汽反应物被进料至轻质化石 燃料转化单元6或被使用在整个工艺中的其它地方，例如胺溶剂的再生，固体原料的干燥。 如有需要，新鲜催化剂优选地被添加至在液体燃料生产单元8内的FT反应器而不中断工艺 以保持高的反应物转化率并且确保催化剂颗粒的粒径分布大体上保持不变。
[0081] 进行用于从合成气生产醇的费-托反应的变化的方式为熟知的并且已实践多年。 在"Synthesis of Alcohols by Hydrogenation of Carbon Monoxide".R.B. Anderson, J. Feldman and Η. H. StorchjIndustrial&Engineering Chemistry, Vol. 44, No. 10, pp 2418 - 2