用于产生合成气的反应器系统的制作方法
【专利说明】用于产生合成气的反应器系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2013年11月11日提交的美国临时专利申请第61/901,740号的优先权。
[0003]背景
[0004]将天然气(甲烷)或其他烃转化为氢气和一氧化碳的混合物(被称为“合成气(synthesis gas)，，或“合成气(syngas)，，常常被称作部分氧化。在此过程中，经流(例如天然气)与氧气反应以提供具有氢气(?)和一氧化碳(CO)的合成气。典型地，合成气随后在费托法中的下游被用于将合成气转化为液体烃产物，该液体烃产物可以被进一步加工以制成液体运输燃料，例如柴油。
[0005]概述
[0006]根据本公开内容的实例的用于部分氧化产生合成气的反应器系统包括:反应器容器，该反应器容器包括具有反应区进口和反应区出口的定义的反应区、可操作地将反应物注入到所述反应区进口的注入器部分、可操作地从所述反应区出口下游注入冷却剂的冷却剂注入器、和在所述冷却剂注入器的下游的反应器容器出口。控制器被配置成至少关于冷却从所述反应区出口排出的合成气来操作所述冷却剂注入器并且将在所述合成气中的H2:CO比率向上移动至目标比率。
[0007]在前述实施方案中的任一个的另外的实施方案中，所述冷却剂注入器是水注入器。
[0008]在前述实施方案中的任一个的另外的实施方案中，所述冷却剂是水蒸气并且所述控制器被配置成控制关于冷却从所述反应区出口排出的所述合成气所注入的所述水蒸气的量并且将在所述合成气中的所述H2: CO比率向上移动至所述目标比率。
[0009]在前述实施方案中的任一个的另外的实施方案中，所述冷却剂是液体水并且所述控制器被配置成控制关于冷却从所述反应区出口排出的所述合成气所注入的所述液体水的量并且将在所述合成气中的所述H2: CO比率向上移动至所述目标比率。
[0010]在前述实施方案中的任一个的另外的实施方案中，所述定义的反应区通过在所述反应器容器内的长形的子室(sub-chamber)来界定。
[0011]在前述实施方案中的任一个的另外的实施方案中，所述控制器被配置成关于冷却从所述反应区出口排出的所述合成气来操作所述冷却剂注入器并且将在所述合成气中的所述H2:CO比率向上移动至少0.1至所述目标比率。
[0012]在前述实施方案中的任一个的另外的实施方案中，所述目标比率是1.9-2.1:1。
[0013]在前述实施方案中的任一个的另外的实施方案中，所述控制器被配置成还关于进入所述注入器部分内的输入水(input water)来操作所述冷却剂注入器。
[0014]在前述实施方案中的任一个的另外的实施方案中，所述控制器被配置成关于在定义的范围内的所述目标比率调节所述输入水的输入和所述冷却剂的输入。
[0015]在前述实施方案中的任一个的另外的实施方案中，所述注入器部分包括至少天然气输入和氧气输入。
[0016]在前述实施方案中的任一个的另外的实施方案中，所述注入部分包括来自所述反应器容器的下游位置的水再循环输入。
[0017]在前述实施方案中的任一个的另外的实施方案中，所述注入部分包括不同的、水清洗输入(water purge input)。
[0018]在前述实施方案中的任一个的另外的实施方案中，所述注入部分包括副产物流再循环输入。
[0019]根据本公开内容的实例的部分氧化气化工艺包括在合成气中以约1.9-2.1:1的H2: CO比率操作。
[0020]在前述实施方案中的任一个的另外的实施方案中，所述操作包括将反应物注入在反应器容器内的定义的反应区的反应区进口内以产生从所述定义的反应区的反应区出口排出的所述合成气的流。所述合成气具有第一H2:C0比率并且在邻近所述反应区出口的位置将控制量的冷却剂排出到所述流中。所述控制量的冷却剂冷却所述合成气的流并且将所述第一 H2: CO比率向上移动至约1.9-2.1:1的H2: CO比率。
[0021]在前述实施方案中的任一个的另外的实施方案中，所述冷却剂是水。
[0022]在前述实施方案中的任一个的另外的实施方案中，所述冷却剂是水蒸气。
[0023]在前述实施方案中的任一个的另外的实施方案中，所述冷却剂是液体水。
[0024]在前述实施方案中的任一个的另外的实施方案中，所述控制量的冷却剂的所述排出被选择以将所述第一 H2: CO比率向上移动至少0.2。
[0025]在前述实施方案中的任一个的另外的实施方案中，所述控制器被配置成还关于进入所述注入器部分内的输入水来操作所述冷却剂注入器。
[0026]前述实施方案中的任一个的另外的实施方案包括关于将所述H2:CO比率维持在约1.9-2.1:1来控制将水输入所述反应区进口内。
[0027]附图简述
[0028]本公开内容的各个特征和优点将从以下的详述中对本领域技术人员变得明显。伴随详述的附图可以如下简要地描述。
[0029]图1图示用于部分氧化以产生合成气的示例性反应器系统。
[0030]图2是用于部分氧化以产生合成气的利用图1的反应器系统的工艺的示意性流程图。
[0031]详述
[0032]图1图示用于使用天然气(主要是甲烷，CH4)或其他烃的部分氧化来产生包含一氧化碳(CO)和氢气(H2)的合成气的示例性反应器系统20。在大规模工业用途中，效率是工艺/设备设计的主要动因。在这点上，天然气的大规模部分氧化为了效率的目的而伴随有，例如，从产生的合成气中的下游热回收。此类大规模系统需要很多的资本成本和设备，并因此通常阻止了用于转化较小量的天然气(例如闲置天然气(stranded natural gas)或废天然气)的减小规模的模块型版本。如将描述的，反应器系统20包括如下的特征:所述特征允许在例如具有相对高的H2: CO比率的合成气的产生中用作用于闲置天然气或废天然气的小规模、模块型系统。
[0033]在图示的实例中，反应器系统20包括通常是中空的反应器容器22并且包括定义的反应区24，其中发生天然气和其他反应物或其大部分的部分氧化。定义的反应区24包括反应区进口 24a和反应区出口 24b。在此实例中，定义的反应区24被在反应器容器22内的长形的子室26界定或定义。例如，子室26可以包括外壁26a和内衬26b，内衬26b有助于在定义的反应区24内的工艺温度的控制。在此实例中，子室26与反应器容器22的壁间隔开。
[0034]反应器容器22还包括具有一个或更多个注入器喷嘴30的冷却剂注入器28，注入器喷嘴30可操作以在反应区出口 24b的下游位置注入冷却剂，例如水。反应器容器22还包括注入器部分32，注入器部分32可操作以将反应物注入到反应区进口 24a。对于天然气的部分氧化，反应物至少包括甲烷和氧气。反应器容器出口 34相对于反应物和产物穿过反应器容器22的流动位于从冷却剂注入器28的下游。因此，在操作中，反应物从注入器部分32被注入用于在定义的反应区24内的反应并且穿过反应区出口 24b被排出到注入器部分28，然后从反应器容器22穿过反应器容器出口 34被排出。
[0035]控制器36与至少冷却剂注入器28可操作地连接以控制其操作。在这点上，冷却剂注入器28和/或连接至其的、用于供应冷却剂的管线可以包括阀、流量计及类似物，这些也与控制器36可操作地连接，使得控制器36可以控制冷却剂从注入器喷嘴30至反应器容器22的注入。控制器36还可以与注入器部分32可操作地连接以控制反应物至反应区24的输入。
[0036]控制器36与硬件、软件或两者一起被配置成关于冷却从反应区出口24b排出的合成气来操作冷却剂注入器28并且将H2:⑶比率向上移动至目标值。例如，控制器36可以控制冷却剂的量、冷却剂的相或两者以将从反应区出口 24b排出的合成气冷却期望的量，以便将从反应区出口 24b排出的合成气的H2 = CO比率向上移动至目标值。
[0037]在一个实例中，从反应区出口24b排出的合成气具有约1.8的H2:CO比率，并且控制器26关于冷却合成气来操作冷却剂注入器28使得该比率向上移动至少0.1，至约1.9-2.1:1。约1.9-2.1:1的H2:C0比率适合于合成气被用于下游设备或工艺，例如费托法，以产生烃燃料。相比之下，在大规模的工业部分氧化