流。
[0017] 附图简沐 虽然本说明书以清楚地指出申请人视为其发明的主题的权利要求为结束，据信，当与 附图结合时将更好地理解本发明，其中图1是设计为在该氧输送膜反应器中既进行初级重 整过程又进行次级重整过程的氧输送膜基重整系统的实施方案的示意图。
[0018] 发明详沐 图1提供了本发明的氧输送膜基重整系统201和组装件200的实施方案的示意图。如 其中所见，含氧料流210如空气通过强制通风（FD)风扇214引入到该系统中，进入热交换 器213以便预热该含氧进料流210。热交换器213优选是与含氧进料流210和加热的滞留 料流224运行相关设置的高效的、循环连续旋转的陶瓷蓄热器。该陶瓷蓄热器213将进入 的空气进料流210加热到大约500°C至1050°C的温度。
[0019] 该贫氧空气作为加热的滞留料流224在与加热的空气进料流215相比相同或略高 的温度下离开该氧输送膜重整管。任何温度升高，通常<30°C，可归因于氧输送膜管中氢与 一氧化碳的氧化反应所生成的和通过对流转移至该空气料流的能量部分。该加热的、贫氧 的滞留料流224首先用于将该混合进料流加热到大约450°C至650°C的温度，更优选加热到 500°C至600°C的温度，并随后用于将水蒸气进一步加热为过热水蒸气。
[0020] 该贫氧滞留料流224的温度优选随后在被引导至陶瓷热交换器或蓄热器213之前 需要升温返回到大约1050°C至1200°C的温度。滞留料流224的这种温度升高优选通过使 用管道燃烧器226来实现，所述管道燃烧器使用滞留料流224中的一部分残留氧促进了补 充燃料流228的燃烧。可以想象的是，混合进料加热器和蒸汽过热器可以替代地位于单独 的火焰加热器(未显示）中。在这种情况下，管道燃烧器226的燃料要求将少得多。
[0021] 在该陶瓷热交换器或蓄热器213中，加热的贫氧滞留料流提供能量以便将进入的 进料空气流从环境温度升温到大约850°C至1050°C的温度。离开该陶瓷热交换器的所得冷 滞留料流(通常含有少于5%的氧）在大约150°C的温度下作为废气232离开该氧输送膜基 重整系统201。
[0022] 该氧输送膜基重整系统201包含两个可以为含催化剂的管组形式的反应器一一重 整反应器和氧输送膜反应器。该重整反应器由其中发生初级重整的重整管240组成，氧输 送膜反应器由其中发生次级重整的氧输送膜管220组成。尽管紧邻三个初级重整管240仅 显示了六个次级重整氧输送膜管220，如本领域技术人员能够想到的那样，在各个氧输送膜 子系统中可以存在许多此类次级重整氧输送膜管和许多初级重整管。同样地，将存在用于 氧输送膜基重整系统201的工业应用的多个氧输送膜子系统。
[0023] 经由进气管道216将加热的含氧料流215引导至并入该氧输送膜系统201中的 多个次级重整氧输送膜管220。该次级重整氧输送膜管220优选配置为能够在提高的工作 温度下传导氧离子的多层陶瓷管，其中该次级重整氧输送膜管220的氧化剂侧或滞留物侧 是暴露于加热的含氧料流215的陶瓷管的外表面，该反应物侧或渗透侧是该陶瓷管的内表 面。在各个次级重整氧输送膜管220中的是一种或更多种促进部分氧化和重整的催化剂。
[0024] 尽管未显示，氧输送膜基重整系统的替代实施方案可以在进气管道216中在反应 器上游设置管道燃烧器226和补充燃料流228。此类安排将允许使用更小的陶瓷热交换器 或蓄热器213和不那么苛刻的陶瓷热交换器或蓄热器213的运行条件。
[0025] 如下文中更详细地描述地，待重整的含烃进料流292 (优选天然气）通常与少量的 氢或富氢气体293混合并在充当预热器的热交换器250中预热至大约370°C。天然气通常 含有不可接受的高水平的硫物质，加入氢以促进脱硫。加热的进料流282经由装置290经 历除硫过程，如加氢处理以便将硫物质还原为H 2S，其随后使用类似ZnO和/或CuO的材料 在保护床中除去。该加氢处理步骤还饱和含烃进料流中存在的任何烯烃。尽管未显示，加 热的进料流还可以经历在绝热预重整器中的预重整步骤(该步骤将更高级的烃类转化为甲 烷、氢、一氧化碳和二氧化碳)或加热的预重整步骤。在加热预重整的情况下，考虑基于催化 剂的预重整器与该氧输送膜基重整系统热耦合。
[0026] 根据需要，将过热水蒸气280添加到预处理过的天然气和氢进料流中以生产具有 大约1. 0至2. 5、更优选大约1. 2至2. 2的水蒸气/碳比的混合进料流238。该过热水蒸气 280优选为大约15巴至80巴和大约300°C至600°C，并使用安置在滞留物管道225中的水 蒸气盘管279通过与加热的滞留料流224的间接热交换来生成。任何没有在天然气与氢进 料流282中添加或使用的过热水蒸气280是用于发电的排放水蒸气281。该混合进料流238 使用安置在滞留物管道225中的盘管289通过与加热的滞留料流的间接热交换被加热到优 选大约450°C至650°C、更优选大约500°C至600°C。
[0027] 随后将加热的混合进料流238送至重整管240,其含有常规重整催化剂。离开该重 整管240的部分重整的富氢合成气298的温度通常设计为650°C至850°C。该合成气随后 进料到填充有重整催化剂的氧输送膜管220。来自加热的进入空气的氧渗透穿过该氧输送 膜管220并促进一部分部分重整的合成气298的反应。由该反应生成的一部分能量或热用 于部分重整合成气298中残余甲烷的原位次级重整。该能量或热的剩余部分通过辐射传送 至重整管240以驱动初级重整反应，和通过对流传送至贫氧料流224。离开氧输送膜管220 (其基本充当次级重整器）的合成气242处在大约900°C至1050°C的温度下。
[0028] 通过来自次级重整氧输送膜管220的一部分热的辐射以及由加热的滞留料流224 提供的对流传热来供给发生在初级重整管240中的重整过程的吸热加热要求。此外，当加 热的贫氧滞留料流224离开该氧输送膜基重整系统201时，其还经由使用安置在滞留料流 管道225中的一个或更多个盘管289的间接热传递将混合进料流238加热到大约450°C至 650 °C的温度。
[0029] 在本发明的反应器系统的设计中必须确保在释放热的陶瓷氧输送膜管与吸收热 的含催化剂的重整器管之间充足的热耦合或热传递。在该陶瓷氧输送膜管与相邻的含催 化剂的重整器管之间的一部分热传递通过热传递的辐射模式，由此表面积、表面视角因数 (surface view factor)、表面发射率和官之间的非线性温度差（即T氧输送膜管_T||整器）是头 现所需热耦合的关键要素。表面发射率和温度通常由管材料和反应的要求来决定。该表面 积和辐射视角因数通常由各个模块和整个反应器中的管排列或配置来决定。虽然存在能满 足氧输送膜管与重整器管之间热耦合要求的许多管排列或配置，关键的挑战是实现每单位 容积相对高的生产速率，这反过来依赖于在该单位容积中包含的活性氧输送膜面积的量。 在本发明的实施方案中，在氧输送膜管辐射热至含有催化剂的重整器管之间的优选视角因 数为大于或等于大约0.4。
[0030] 要注意的是，术语"视角因数"是本领域已知的量，其限定了到达另一表面的离开 表面的总能量的分数。视角因数在用于确定辐射热传递的公式中使用。本领域中公知的该 公式是：
其中是在表面1和2之间的辐射热传递，e是发射率，〇是斯蒂芬.玻尔兹曼常数， 為是表面2的面积，/^是由表面2至表面1的视角因数，是表面1的绝对温度，A是表 面2的绝对温度。
[0031] 实现最佳热耦合性能的另一挑战是优化陶瓷氧输送膜管和含催化剂的重整器管 的尺寸，更特别是各个管的有效表面积比A a#s /Aw_^。当然，此类性能优化必需针对可 制造性要求、成本以及可靠性、可维护性、模块与反应器的运行可行性来平衡。优选地，在本 实施方案中含催化剂的重整器管与向该重整器管辐射热的含催化剂的氧输送膜管的面积 比A重整器/A氧输送膜管为大约0?5至1. 0。
[0032] 回到图1，由该氧输送膜基重整系统201生产的合成气料流242通常含有氢、一氧 化碳、未转化的甲烧、水蒸气、二氧化碳和其它成分。来自合成气料流242的相当一部分显 热可以使用热交换段或回收系列204来回收。热交换段204设计为冷却离开该氧输送膜基 重整系统201的制得的合成