气料流242。在所示实施方案中，还可以设计热交换段204,以 使得在冷却该合成气料流242时，生成工艺用汽，预热烃进料流，以及加热锅炉进料水和给 水。
[0033] 为了最大程度减少金属尘化的问题，在工艺气体（PG)锅炉249中将热的合成气 242直接冷却至大约400°C或更低。该初始冷却的合成气料流244随即用于在燃料预热器 250中预热天然气和氢进料流282的混合物，并随后用于在节热器256中预热锅炉进料水 288以及用于加热进料水料流259。在所示实施方案中，锅炉进料水料流288优选使用进料 水栗(未显示）栗送，在节热器256中加热，并送至蒸汽鼓筒257,而加热的进料水259送至 提供锅炉进料水288的除气器(未显示)。离开给水加热器258的合成气优选为大约150°C。 使用翅扇式冷却器261和进料冷却水266的合成气冷却器264将其冷却至40°C。冷却的 合成气248随后进入分离鼓268,在那里作为工艺冷凝物料流270从塔底除去水，尽管未显 示，将所述工艺冷凝物料流270再循环用作给水，并且冷却的合成气272在塔顶回收。
[0034] 冷却的合成气料流272任选在合成气压缩机274中压缩以产生合成气产品276。 根据氧输送膜基重整系统的运行压力，回收的合成气的压力优选为大约10巴至35巴，更优 选为12巴至30巴。在所述实施方案中制得的合成气的模数通常小于大约2. 0,并常常小于 大约1. 9,而对于某些合成气应用如甲醇合成，所需合成气模数优选为大约2. 0至2. 2。相 对于没有预重整器的配置，在该0TM反应器的前面使用绝热预重整器可以将该模数提高大 约0. 05至0. 1。使用加热的预重整器，有可能实现更高的模数，优选大于2并肯定大于1. 9。 确切的模数值取决于运行温度。
[0035] 本文中公开的实施方案中使用的氧输送膜元件或管优选包含复合结构，其结合了 致密层、多孔载体和位于致密层与多孔载体之间的中间多孔层。致密层与中间多孔层各自 能够在提高的运行温度下传导氧离子和电子以便从进入的空气流中分离氧。多孔载体层由 此形成了反应物侧或渗透侧。致密层和中间多孔层优选分别包含离子传导性材料和电导性 材料的混合物以传导氧离子和电子。该中间多孔层优选具有比多孔载体层更低的渗透性和 更小的平均孔隙尺寸以便朝向该多孔载体层分配由该致密层分离的氧。
[0036] 在优选实施方案中，该氧输送膜管包括混合相氧离子传导致密陶瓷分离层，其包 含氧化锆基氧离子传导相和主要为电子导电的钙钛矿相的混合物。该薄的、致密的分离层 在较厚的惰性多孔载体上实现。该中间多孔层可以具有大约10微米至大约40微米的厚度， 大约25%至大约40%的孔隙率和大约0. 5微米至大约3微米的平均孔径。该致密层可以具 有大约10微米至大约30微米的厚度。可以提供具有大约10微米至大约40微米的厚度、大 约30%至大约60%的孔隙率和大约1微米至大约4微米的孔径的多孔表面交换层，并且该 载体层可以具有大约〇. 5毫米至大约10. 0毫米但优选0. 9毫米的厚度，和不超过50微米 的孔隙尺寸。该中间多孔层可以含有大约60重量％的（Laa825Sr a 175)。.96 Cr。.76Fea 225V。.。1503 5 与剩余的lOSclYSZ的陶瓷混合物，而该致密层可以由大约40重量％的（LaQ.S25Sr ai75)a94Cr。 .72Mna26V a(]203，与剩余的lOSclYSZ的陶瓷混合物形成，该多孔表面交换层可以由大约50重 量％的（La Q.sSra2)a98Mn03 5与剩余的lOSclCeSZ的陶瓷混合物构成。
[0037] 氧化催化剂粒子或含有氧化催化剂粒子的前体的溶液任选位于中间多孔层中和 邻接该中间多孔层的更厚的惰性多孔载体中。该氧化催化剂粒子含有氧化催化剂，选择该 氧化催化剂以便在引入到多孔载体的孔隙中时在渗透氧的存在下在其与中间多孔层相对 的一侧上促进部分重整合成气料流的氧化。该氧化催化剂可以是钆掺杂的二氧化铈。此外， 可以提供多孔表面交换层与中间多孔层相对地接触该致密层。在此类情况下，该多孔表面 交换层将构成滞留物一侧。该载体层优选由萤石结构化材料构成，例如3摩尔％氧化钇稳 定的氧化锆，或3YSZ。
[0038] 虽然已经以各种方式表征本发明并就优选实施方案描述了本发明，本领域技术人 员将想到，可以对其进行大量增加、改变和修改而不离开所附权利要求中描述的本发明的 精神与范围。
【主权项】
1. 在氧输送膜基重整系统中生产合成气的方法，该方法包括以下步骤： 在热的存在下在重整反应器中重整包含含烃进料流与水蒸气的混合进料流以生产包 含氢、一氧化碳和未重整的经气体的重整的合成气料流； 将所述重整的合成气料流进料至反应性驱动和含催化剂的氧输送膜反应器的反应物 一侧，其中所述氧输送膜反应器包括至少一个氧输送膜元件，所述氧输送膜元件配置成在 被施以提高的运行温度和跨越所述至少一个氧输送膜元件的氧分压差时经氧离子传输从 含氧料流中分离氧； 使一部分重整合成气料流与渗透穿过至少一个氧输送膜元件的氧反应以产生跨越所 述至少一个氧输送膜元件的氧分压差并生成含有水蒸气的加热的反应产物料流和热量； 将一部分作为所述反应的结果所产生的热：（i)转移至含催化剂的氧输送膜反应器中 的气体；（ii)通过辐射转移至所述重整反应器；和（iii)通过对流转移至所述贫氧料流；和 在所述氧输送膜反应器中所含一种或多种催化剂与热的存在下重整所述部分重整的 合成气料流中的未重整的烃气体以生产合成气产物料流。2. 权利要求1的方法，其中所述混合进料流具有大约1. 6至3. O的水蒸气/碳比和大 约500 °C至750 °C的温度。3. 权利要求1的方法，进一步包括将所述合成气产物料流直接冷却至大约400°C或更 低的温度的步骤。4. 权利要求1的方法，进一步包括使用安置在氧输送膜基重整系统之中或附近的管道 燃烧器将所述贫氧料流重新加热到大约1050 °C至1200°C的温度的步骤，其中所述管道燃 烧器配置为燃烧补充燃料流和贫氧料流中的残余氧以便经由间接热交换加热进入的含氧 料流。5. 生产合成气的氧输送膜基重整系统，包含： 反应器外壳； 安置在所述反应器外壳中并配置为从含氧进料流中分离氧并产生在氧输送膜元件或 管的渗透侧的渗透氧与贫氧料流的多个含催化剂与反应性驱动的氧输送膜元件或管，其中 邻近所述氧输送膜管或元件的渗透侧安置一种或多种催化剂； 与所述氧输送膜元件或管并列地安置在所述反应器外壳中的多个含催化剂的重整器 管，所述含催化剂的重整器管配置为通过在所述重整器管中所含催化剂和由并列的氧输送 膜元件或管辐射的热的存在下重整含烃进料与水蒸气来生产重整的合成气料流； 其中含催化剂的重整器管的出口流体连接到所述氧输送膜元件或管的渗透侧，以使得 重整的合成气流经所述氧输送膜元件或管， 其中在重整的合成气中的氢、一氧化碳和甲烷与所述氧输送膜元件或管的渗透侧的渗 透氧反应以便反应性驱动氧从所述含氧进料流中的分离并生产部分氧化反应产物与热；和 其中所述氧输送膜元件和管进一步配置为通过部分氧化和通过在一种或多种催化剂 与热的存在下进一步重整进料到所述氧输送膜元件或管的渗透侧的重整的合成气料流来 生产合成气产物料流。6. 权利要求5的氧输送膜基重整系统，进一步包含合成气冷却子系统，其配置为将合 成气产物料流冷却至大约400°C或更低的温度。7. 权利要求5的氧输送膜基重整系统，进一步包含安置在所述氧输送膜基重整系统外 壳之中或附近的管道燃烧器，其配置为燃烧补充燃料流和所述贫氧料流中的残余氧以便经 由间接热交换加热所述含氧进料流。
【专利摘要】公开了在氧输送膜基重整系统中制造合成气的方法与系统，其进行初级重整过程、次级重整过程。
【IPC分类】C01B13/02, C01B3/38, B01J19/24
【公开号】CN105121334
【申请号】CN201480023552
【发明人】S.查克拉瓦蒂, R.F.德尔内维奇, M.M.莎, I.C.斯图克特
【申请人】普莱克斯技术有限公司
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2014年4月7日
【公告号】CA2909977A1, US9023245, US20140319424, US20150190776, WO2014176021A1