专利名称：组合的合成气体发生器的制作方法
技术领域：
本发明涉及组合的合成气体发生器。
背景技术：
目前，在生产含有一氧化碳和氢的合成气体时，对部分氧化反应器提供碳氢化合物供给以及氧气和可选择的蒸汽，随后，部分氧化反应器的产物和/或一部分的馈送流被供应到催化重整器。可供选择地是，可在单独的单元内回收热量用来提升蒸汽温度。高压和高温管道连接各种反应器，这些反应器还包括单独的基础或单独的支承结构。
发明内容
在各种实施方案中，可提供一种组合的合成气体发生系统。该组合的合成气体发生系统可包括二级反应器，该二级反应器包括部分氧化反应器和催化重整器。二级反应器可被构造成减少在生成合成气体的过程中所产生的气体之间的混合(例如最佳混合)几乎没有或可忽略的区域。在某些实施方案中，组合的合成气体发生系统可包括三级系统，该三级系统包括部分氧化反应器、催化气体重整器和余热锅炉。一个或多个实施方案的细节在以下的附图和描述中进行阐述。从描述和附图中将会明白到本发明其它的特征、目的和优点。
图1示出示例的组合的合成气体发生系统。图2示出图1所示示例的组合的合成气体发生系统的一部分。图3示出图1所示示例的组合的合成气体发生系统的另一部分。图4示出使用图1所示的示例系统生产合成气体的过程。图5示出示例的组合的合成气体发生系统的一部分。图6示出图1、2和5所示示例的合成气体发生系统的剖视图。图7示出图1、2和5所示示例的合成气体发生系统的剖视图。各个附图中相同的附图标记表示相同的元件。
具体实施例方式在各种实施方案中，处理馈送流以生产合成气体流(例如，该气体流包括氢和一氧化碳)。处理过的馈送流可包括各种含有甲烷的馈送流，例如天然气、碳氢化合物燃料、 诸如煤层气甲烷或沼气(例如，从物质厌氧腐烂而产生的气体流)之类的富含甲烷的气体。馈送流可包括液态或气态的碳氢化合物，诸如天然气和液化石油气和蒸馏物。组合的合成气体发生系统可集成部分氧化反应器(POX)和气体加热催化重整器 (GHR)(例如对流加热流/碳氢化合物催化重整器)，这样，由POX产生的合成气体与来自 GHR的合成气体混合。组合的气流可用来加热GHR(例如，由于POX和GHR产生的合成气体可具有足以加热进入GHR的馈送和/或进入GHR的蒸汽的温度，并可提供转化GHR内蒸汽和碳氢化合物馈送来产生合成气体所需的吸热性反应热)。可供选择的是，馈送到POX和 /或GHR的气体可包括(X)2气流，以在组合的合成气体发生系统内产生所要求的CO对H2之比。包括有合成气体的组合气流可在冷却状态下离开GHR的壳侧，并在余热锅炉 (WHB)内进一步冷却。在三级合成气体发生系统内，WHB可以是合成气体发生系统的一个集成级。在二级合成气体发生系统内，WHB可以是单独的发生器。来自离开GHR壳侧的组合流的热量可加热锅炉馈送水，以产生可被POX和/或GHR利用的蒸汽。该蒸汽可由WHB在足够高压力下产生，以使蒸汽与用于GHR和/或POX的碳氢化合物燃料混合。在某些实施形式中，生成的蒸汽和馈送流可用外部装置进一步预热。传统上，POX、GHR和WHB构造成三个单独单元，例如，由管道连接并位于支承结构内的单独的压力容器。总体的结构布置需要昂贵的内部隔热管道和/或高合金钢管道以及相关的支承件等。组合的合成气体发生系统可降低成本(例如，由于所使用的昂贵的管道更少，并由于可排除掉前述单独的单元之间的连接)，同时保持合成气体发生系统内所述的处理和运行、维护以及安全等的特性。用于部分氧化、自动热重整和可选的余热回收等的顺序操作的单一反应器单元的另一个特征是在内部产生蒸汽，从而合成气体流不必通过单元之间的任何连接管道即可流通复合单元。图1示出示例的合成气体发生系统100，而图2和3示出合成气体发生系统100的各部分。所示合成气体发生系统100是三级合成的气体发生系统，其中，POX级1、GHR级5 和WHB级14垂直地布置。若与传统的组合合成气体发生系统和/或传统的分离单元式气体发生系统相比，则垂直布置可减小组合的合成气体发生系统所需的占地面积。减小系统占地面积可使成本效率更高(例如减小对土地的要求)，允许系统定位在占地面积减小的环境中，和/或允许组合的合成气体发生系统(例如，与总的处理过程中的其它部件一起) 被加工成尺寸紧凑且重量最小的单一模块。如图所示，POX级1靠近合成气体发生系统100的底部定位。WHB级14靠近合成气体发生系统100的顶部定位，而GHR级5定位在WHB级和POX级之间。POX级1可包括 POX燃烧器组件2，该组件2包括馈送入口 3和另一入口 4。氧气流和/或蒸汽流可通过另一入口 4被提供给POX级1。燃烧器组件2的燃烧器可构造成阻止POX级1中混合几乎没有或可忽略的区域。例如，燃烧器可被构造成产生稳定的涡流。 混合空间6可驻留在POX级1上方且在GHR级5的管子7下方。混合空间6可包括足够大的空间，用于有效地混合燃烧器5产生的高温气体，和/或让诸如部分氧化和转移反应之类的高温反应的发生有足够的驻留时间。这可使具有所需的CO对H2之比的合成气体产生最大的产量，同时，使固体碳颗粒的产生量最小。管子7可至少部分地填充有催化剂，该催化剂适用于对通过GHR入口 19进入GHR级的馈送流的进行催化蒸汽重整。管子7 在冷端处固定到管板7’并且在热端处没有固定，以允许在运行温度下的热膨胀不受限制。GHR级5的管子7可包括约束装置9(例如出口喷嘴)以提高气体排出速度。提高气体排出速度可促进POX和GHR的产物气体流之间的良好混合。也可通过在组合的气体流动流(例如来自GHR级5的管子7和POX级1的组合气体)中布置孔板8来促进混合。孔板8位于 GHR管子7的出口喷嘴9上方。颗粒层(例如图5中的颗粒层560)可包括固体颗粒，或者， 固体形成的小丸560可放置在孔板上方。这些颗粒或小丸可包括诸如氧化铝或硅石之类的惰性材料，或能够耐受运行温度的其它惰性材料。颗粒或小丸可过滤掉POX反应器内产生的至少一部分的碳颗粒，以防止过多地带到GHR反应器。被捕获在这些颗粒或小丸表面上的碳将快速地与组合的合成气体流中存在的多余蒸汽反应(例如，在大于1000°C的运行温度下)，这种对所沉淀的固体碳的连续除去将阻止因固体碳的缘故而引起的堵塞。在某些实施方式中，颗粒或小丸可包括催化剂，例如促进水煤气转移反应的催化剂。参见化学式(1)。 该方程建立起对平衡的一种逼近，该平衡允许在高温条件下通过与氢的放热反应将合成气体流中存在的部分二氧化碳转换为一氧化碳。这还可降低合成气体的温度。C02+H2 = C0+H20 (化学式(1))GHR级5的管子7可连接到(例如附连到)管板7’。该管板V可支承在一支承环10上，该支承环连接到(例如焊接到)POX级1和GHR级5的壳体。GHR管板V在支承环10上的位置可通过连接构件21 (例如销、螺栓等)来保持。GHR馈送流可包括蒸汽和一部分碳氢化合物馈送和/或C02，该GHR馈送流可通过 GHR入口 19流入GHR级5内。该GHR入口可包括柔性部分对，从而例如在该单元处于其运行温度时用来补偿热膨胀。GHR级5可包括靠近其顶部的集管盖20。该集管盖20可使用连接构件22 (例如销、螺栓等)偏心地连接到GHR级5的顶部法兰，从而它盖住管板V的顶部(至少一部分)并盖住所有的GHR管子7。GHR管子7的整个顶部可被集管盖20覆盖。 入口喷嘴19的内部可从容器壁11拆下，以便于取出GHR的顶部集管20和/或允许进入各个填充有催化剂的反应器管子。如图所示，GHR级5包括分段带挡板的壳侧。GHR级5的壳侧具有位于管板内的分段切口 12，以允许合成气体流流出GHR级5壳侧并流入WHB级14下方的空间13内。WHB 级14包括连接在壳侧上的锅炉馈送水入口管15 (例如，靠近WHB级底部)以及出口蒸汽或蒸汽加水的移出管16 (例如，靠近GHR级顶部)。WHB级14包括多个管子，这些管子让与壳侧上蒸发水进行传热接触的全部合成气体产物流通过。WHB级14包括带有合成气体出口管 18的顶盖17。如图所示，GHR馈送流可通过GHR入口 19而被提供到由集管盖封住的区域20，。 GHR馈送流可从被集管盖20封住的区域20’流入管子7内。集管盖可阻止管子19内的入口馈入物和空间13内产物气体之间的连通。至少部分的GHR馈送流可经受催化蒸汽重整而产生合成气体。产物流可通过管子7的喷嘴9流出，而与来自组合的合成气体发生系统的POX级的气体混合。该组合流可经打孔板8流到GHR级的壳侧，以对管子提供热量，使管子7内的GHR馈送流进行催化蒸汽重整。通过对管子7内的流束提供热量，可冷却组合的气体流。通过纳入规则地间距开的水平阻挡板(例如，垂直地分开，它们以最佳方式引导管子7外的壳侧流动，与通过GHR级5壳侧的压降的约束相一致)，可加强壳侧合成气体流的冷却和传热。如图所示，挡板具有交替布置的分段切口，以便于壳侧气体从一个挡板空间
6流到另一挡板空间。该挡板的布置使得管板内的切口符合于挡板的大小和相对于管束的位置，从而壳侧气体流可通过管板切口 12流出。在某些实施方式中，可采用盘形和炸面圈形的挡板布置。冷却的气体流可在开口 12处流出GHR级5的壳侧而流入WHB级14和GHR级 5之间的空间13内。冷却的气体流然后可流入WHB级14的管侧，并提供热量以从来自于入口 15的馈送水中产生蒸汽，来自于入口 15的馈送水还进一步冷却已冷却的组合气体流。 产生的蒸汽或蒸汽加水可在出口 16处流出WHB的壳侧。选择性地进行进一步处理的部分的或全部的蒸汽流可被提供到GHR级5和/或POX级1，该进一步处理可包括进一步的加热。进一步冷却的组合的合成气体流可在合成的气体出口 18处流出WHB级和/或组合的合成气体系统。在某些实施方式中，暴露的金属部分或这些暴露的金属部分在空间13内的部分 (例如，选择性地包括WHB管板的暴露表面的那些露出的金属部分)可包括保护涂层23 (例如，涂层可以是涂敷的，涂层可以是各个部分的顶层，涂层可以是可除去的偶联层等)。保护涂层23可以基本上不渗透气体，和/或可在GHR级5安装好集管盖20之后进行涂敷。如果将来需要更换GHR管束，则保护涂层23可被除去。保护性绝缘可至少部分地覆盖连接构件21和22。GHR管板7’的下侧，或者其至少某些部分可用气体不渗透的涂层M涂敷。涂层M可使用比GHR管子7便宜的材料来构造管板(例如，GHR管子可包括诸如693或617 那样的镍合金)。POX级1和GHR级5中的容器壁内部可用绝热层25隔热。绝热层25可包括永久性的陶瓷隔热材料。空间13区域内的容器壳内部可用绝热层沈隔热，在某些实施方式中，该绝热层可包括永久性的陶瓷隔热材料。尽管图1中示出了一个三级合成气体发生系统的实施形式，但仍可添加、消去和/ 或修改各种部件和/或特征。例如，各级可水平地或倾斜地布置。作为另一个实例，POX级可靠近合成气体发生系统的顶部定位。GHR级可靠近(例如，邻近、处于下方等)Ρ0Χ级定位，使WHB在GHR级下方。在此情形中，喷嘴16将在喷嘴15上方并靠近管板27。该系统可布置成垂直或倾斜结构，使POX在顶部，接下来是GHR，而WHB在底部。图1中所示的垂直结构可使GHR管束在移去余热锅炉部分之后容易地被提升出壳体。作为另一实例，管道可以是导管。在某些实施形式中，其它的绝缘层25和/或沈可包括不同类型的绝缘物。POX 级和GHR级的横截面面积可以是近似相同的大小。在某些实施形式中，组合的合成气体发生系统可以是包括三级的单一承压容器。作为另一实例，WHB级产生的蒸汽可与馈送流组合和/或可提供到预热器。WHB级产生的蒸汽可不被提供到组合的合成气体系统外的管道系统，而是相反被提供到POX级和/或GHR级之内。图4示出使用诸如图1所示组合的合成气体发生系统那样的组合的合成气体发生系统来生产合成气体的示例的工艺过程。馈送流可使用至少一个靠近三级反应器底部的燃烧器在三级反应器的部分氧化级内部分地氧化(操作40幻。例如，天然气流、氧气流和 /或蒸汽可被提供到三级反应器的POX级。可阻止POX级内大于规定范围的温度分布(操作404)。例如，可将POX的燃烧器设计成可在POX级内达到基本上均勻的反应温度。对于混合几乎没有或可忽略的区域的限制可以例如提高合成气体产量、降低生产合成气体的成本、和/或促进POX级内的均勻反应温度。自由碳和/或烟灰的形成可被阻止(操作406)。 例如，可将POX的燃烧器设计或选择成使自由碳和/或烟灰的形成为最小。可允许三级反应器的POX级内的气体混合(例如，由于气体的流动型式)，从而阻止POX级内混合几乎没有或可忽略的区域(操作408)。例如，可将POX的燃烧器定位成使得混合几乎没有或可忽略的区域被减到最小或禁止。可在POX级内产生稳定的涡流来阻止混合几乎没有或可忽略的区域。POX级可具有足够的体积来使燃烧器产生的高温气体发生有效的混合，并有足够的驻留时间让高温反应发生，该高温反应可使合成气体产量最大，并使固体碳颗粒的形成量最小(例如，碳颗粒形成为零或最少)。可允许来自POX级的气体和来自GHR级管子的气体混合(操作410)。例如，可允许来自POX级和GHR级的气体在GHR管子和POX级之间的混合区域内进行混合。来自GHR 管子的气体可包括通过对进入GHR级的管子的馈送流和蒸汽流和/或CO2流的催化蒸汽重整所产生的合成气体。来自GHR级的产物气体可从管子的喷嘴流出，以促进来自POX和GHR 管子的气体之间的混合(操作412)。组合气体流可流经孔板(操作414)。例如，组合气体流可经靠近混合区域定位的孔板流到GHR级的壳侧。孔板可支承有颗粒层，以实现水煤气转移反应的平衡和/或对组合的合成气体混合物的冷却，该颗粒层可充当除碳装置和/或催化部分。GHR的壳侧可以是加挡板的。允许组合的气体流流过孔板会在孔板上产生压降，这会在混合空间的横截面上的孔板上形成更加均勻的流束(例如，与不使用孔板的流束相比)。GHR级的管子内的蒸汽和馈送和/或CO2可被加热(操作416)。例如，GHR壳侧内的组合的气体流可提供热量以加热GHR级管侧内的流束。冷却的组合气体流可从GHR级的壳侧流到WHB级(操作418)。使用冷却的气体可加热流向WHB的馈送水，以产生提供到GHR级和/或POX级的蒸汽(操作420)。过多的蒸汽可被用于发电。冷却的组合气体流还可通过提供热量来产生WHB内的蒸汽而进一步冷却。包括有合成气体的冷却的组合气体流可从WHB流出(操作422)。过程400可用各种系统来实施，例如，用系统100。此外，还可添加、去除或修改各种操作。例如，在二级组合的合成气体反应器内，操作418、420和/或422可不由组合的合成气体系统执行。作为另一实例，产生的蒸汽流可被提供到预热器和/或与一部分馈送流混合。在某些实施形式中，过程400或其某些部分可由二级反应器(例如，包括POX级和 GHR级的反应器)执行。图5示出一示例的合成气体发生系统500的一部分。如图所示，该合成气体发生系统500包括带有一体的POX级510和GHR级520的二级反应器。馈送流、氧气流和/或蒸汽流可被提供到POX级510的燃烧器512。馈送流可部分地被氧化而产生合成气体。馈送流和蒸汽流和/或(X)2流可被提供到GHR级520的管侧。在包括催化剂的管子522内， 管子内的至少一部分馈送流可以被催化蒸汽重整而产生合成气体。来自GHR级520可选地带有喷嘴9的管子522的气体流和POX级510内的气体可混合并允许流过孔板530。组合的气体流可经孔板530和颗粒层560而流到GHR级的壳侧。来自组合的气体流的热量可被提供到GHR级的管子内的流束中。允许来自组合气体流的热量被利用来加热GHR侧的管内的流束可节约成本并生产出较高产量的合成气体。POX级510顶部的形状可以是这样形成耐火的容器内衬550(例如，存在突入到容器腔内的突起)，和/或突起可连接到容器的内部区域，使得管子522在POX气体流的出口横截面上大致均勻地分布，如图5-7所示。图6示出POX级顶部600的截面图。如图所示，两个挡板部分610靠近截面边缘设置，假定没有管子620通过该挡板部分。如图7所示，对于盘形和炸面圈形的壳侧挡板结构的GHR，它的横截面700显示在图7中，部分710呈环形的环，在GHR出口接管上方的孔板MO内还可有一圆形的空白区域。如图5所示，孔板530可靠近GHR管子522的端部设置(例如，在管子出口喷嘴9 上方)。GHR管可穿过孔板530。孔板530可包括多个让GHR管子穿过的孔以及可能小一些的第二组孔。来自混合区域的气体流可通过第二组孔而流到GHR的壳侧。第二组孔可造成进一步的压降和/或确保在P0X/GHR混合空间的横截面上的均勻流束。在该孔板530和颗粒层560上方，组合的合成气体流可在气体流进入带挡板的热交换部分时呈不对称。三级反应器和/或二级反应器的各种实施方式可包括以下一个或多个特征，或不包括以下特征。POX级和GHR级之间的容器横截面面积(例如直径)可以相同或不同。例如，容器在POX级和GHR级之间和/或沿GHR级可以是狭窄的。作为另一个实例，容器可沿其长度具有大致一致的横截面面积。在某些实施形式中，GHR级的壳侧可包括垫料层，比如惰性陶瓷形的垫衬材料(例如，在图5中所示的空间560中)。垫料可设置在打孔板上方， 并可捕获POX燃烧器产生的碳颗粒(例如，特别是系统升温到运行温度时在系统启动过程中会产生碳颗粒)。系统的特征可以是当系统在大致高于900°C的温度下运行时，在垫料层上所捕获的任何碳在与蒸汽反应时将被气化为CO和H2。系统的另一特征可以是POX燃烧器可以是单个单元或多个单元，各个单元有单独的氧气、馈送流和/或蒸汽入口。POX燃烧器可靠近POX级底部集管设置，并垂直向上燃烧。燃烧器可设计成促进热的产物合成气体反混到高温的一次氧气/碳氢化合物反应区域内，以确保均勻的反应温度范围。燃烧器还可设计成尽可能减小、阻止和/或消除由燃烧器产生的自由碳或烟灰。系统的另一特征可包括燃烧器的设计可致使再循环，并可提供直接在各个燃烧器上方提供稳定的涡流排气流动型式。稳定的涡流可提供大的再循环气体流动型式，其返回到燃烧器的反应区域内。在某些实施形式中，在POX级的主区域内可有最小水平的体积再循环。例如，大于90 %的POX合成气体可具有4秒或以上的驻留时间，以留出使POX反应器内的合成气体生产达到最大的时间。系统的另一特征可包括GHR管子出口的合成气体流和POX合成气体流的混合独立于POX燃烧器系统内的流动型式。由此，可实施对于各个混合级合适的流动型式。在某些实施形式中，混合来自各个填充有催化剂的管子的GHR出口合成气体的主要机制是利用靠近各个管子端部的限制喷嘴。流出该喷嘴的气体可具有至少约为20米/秒的平均出口速度，和/或从约30至80米/秒的平均出口速度。这些高速气体流可导致大部分周围气体与流出管子的GHR合成气体产物混合。系统的另一特征可包括GHR反应器容器级可布置有GHR管子，使用分段的挡板或盘形和炸面圈结构的挡板，使GHR管子呈带挡板的热交换器的构造。系统的另一特征可包括围绕各个GHR管子7的同心管子，使得离开层560的组合的合成气体进入到这些同心的空间，并提供GHR重整反应所需的热量。同心管子然后可在 GHR的冷端处终止在顶部挡板上(既可分段也可同心)，使得组合的合成气体流可经过开口 12而进入GHR和WHB之间的空间13内。系统的另一特征可包括大大地节约成本(例如，降低管道要求、减小占地面积、更有效地回收和利用热等)。例如，在某些实施形式中，不需要用管道让产物气体流(例如合成气体)在多个容器之间流动。单独容器所需的管道通常是高温的，用大直径高压外钢管使内部绝缘，该钢管必须是加水套的以保持温度恒定，或必须对因内部绝缘问题引起的任何可能的局部加热进行监视。减少对该类型昂贵管道的需求可降低安装成本(例如，由于安装较容易，所需管道较少等)，降低合成气体生产的成本(例如，由于不再需要监视、修理或更换昂贵的管道)。作为另一实例，当使用三个单独的容器时，在容器之间需要最小的垂直和水平间距(例如，由政府和/工业标准所要求，诸如DOW Fire and Safety Standards), 以适应高温合成气体管道连接。这意味着三个容器被支承在一个具有很大横截面面积和高度的昂贵的钢框架结构上。单一容器可自由树立而具有足够的间隙，以便于从容器底部拆下燃烧器。与使用单独容器的系统相比，支承钢结构可以是不必要的，和/或可要求大大减少的支承钢。此外，单个单元的成本远低于三个单元的成本。例如，在单一单元上有二个高压容器头，而不是三个单独的单元上的六个容器头。此外，与三个单元或二个单元相比，由于使用单一单元时只需要对一个容器的进行编码和批准，所以可节约成本和时间。系统的另一特征包括单一单元可构造成完全模块化制造的可搬运的组件，其还可包括其它上游和下游部件，其产量远大于三个容器的结构。另一特征包括减少耐火材料失效的风险，因为耐火材料布置、定位和数量比内部绝缘的互连管道的设计更为有利。系统的另一特征可包括与单一容器的启动和运行有关的重要问题大致相同或较少。事实上，与两个或三个分开的单元相比，与单一容器有关问题较少，因为在实践中，所有三个容器的合成气体系必须如单一单元那样启动、关闭和运行，而三个单元之间无隔离阀。 另一特征可包括用于监视装置特性的传感器可容易地定位在单一容器的封壳内。而且，若与多个单元的维护和检查相比较，则单个容器结构中的维护和检查更加便利。另一特征可包括POX级的稳定涡流混合。例如，美国专利No. 4，741，885中所述的系统包括POX燃烧器的漩涡结构，该结构沿着容器长度以诱发出涡流，该涡流具有向上的中心分量，其横截面对应于GHR内管子区域的横截面。使用多个燃烧器，它们围绕POX部分的外围切向地布置并在各个燃烧器位置处与径向轴线成角度地倾斜，还向上倾斜，以在POX 级腔内诱发出向上的漩涡运动。然而，会发生死区或者混合不力或流速很低的区域。死区可在POX级内造成不均勻的反应温度分布，和/或降低合成气体的产量。此外，美国专利 No. 4，741，885中所述的系统造成沿单元的压差。该压差是非常不理想的。另一缺点在于， 涡流形成在POX空间的全部本体内，并用来诱发出以较低温度被抽吸到POX空间内的合成气体产物，因此，局部地降低POX空间的温度，并防止由于该结构所造成的温度和驻留时间变化引起POX燃烧器气体转化为合成气体的最大化。尽管在实施方式中描述了流束包括各种组分，但这些流束还可包括一个或多个其它的组分。例如，尽管馈送流被描述为包括甲烷，但馈送流还可包括其它组分，诸如其它的碳氢化合物(例如乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等)、其它的含碳化合物(例如二氧化碳、一氧化碳、乙醇等)、有机化合物、含硫化合物(例如有机硫化合物、硫化氢等)、氮；氩等。馈送流可以是天然气、原油生产相关的气体、诸如精炼生产的其它过程中产生的可燃废气、液态碳氢化合物等。在某些实施方式中，当馈送流可能是例如处理过的天然气时，天然气中的硫化合物可被除去，或至少部分地除去，以防止催化剂被破坏，尤其是在GHR内。作为另一个实例，尽管合成气体被描述为包括一氧化碳和氢，但合成气体还可包括其它的组分，比如惰性气体(例如氮或氩)。作为另一个实例，氧气流中除了氧之外还可包括惰性气体或氮。
尽管各种流束被描述为气体流或包括气体的流束，但在流束中也可存在有其它形式的物质。例如，流束可包括液体、作为实例来说，WHB级中的流束可包括水，而蒸汽或液体的碳氢化合物可被用作为送向POX燃烧器的馈送流。尽管结合二级反应器或三级反应器的介绍描述了各种特征，但各种特征也可应用于其它的反应器中。尽管在各种实施形式中描述了管道，但合适的话也可使用其它的管路。尽管在各种实施形式中描述了容器，但合适的话也可使用其它类型的容器(例如，各种形状和设计)。尽管以上描述了系统的特殊实施形式，但可以添加、去除和/或修改各种部件。此外， 所描述的各种温度和/或浓度只是为了解释的目的。合适的话，温度和/或浓度都可改变。至此已经描述了多个实施形式。然而，应该理解到，可以作出各种的修改而不会脱离本发明的精神和范围。因此，其它的实施形式均落入在本申请的范围之内。应该理解到，各种本发明实施形式不局限于所描述的特殊系统或过程，当然，它可以是变化的。还应该理解到，这里所用的术语仅是为了描述特殊的实施形式，而不是意图加以限制。如本说明书中所采用的，单数形式的冠词均包括了复数，除非文中另有清楚地指明。因此，例如，说到“流束”这词，其可包括两个或多个流束的组合，“馈送”可包括不同类型的馈送。
权利要求
1.一种生产至少含有氢和一氧化碳的合成气体的系统，其包括部分氧化反应器(POX)，该部分氧化反应器使碳氢化合物馈送流的第一部分与氧化气体进行放热反应，以生成放热产生的合成气体产物，该氧化气体包括在第一反应器内的分子氧和可选的蒸汽和二氧化碳，其中，馈送流包括甲烷；邻近于POX定位的气体加热重整器(GHI )，其在热交换重整器内的催化剂上，用蒸汽和可选的二氧化碳吸热地重整碳氢化合物馈送流的第二部分，以生成吸热重整的合成气体产物，其中，生成吸热重整的合成气体产物所用的热量从冷却来自POX和GHR的组合的合成气体产物流所释放出的热量得到；邻近于GHR定位的余热锅炉(WHB)，该余热锅炉使用冷却来自GHR的组合的合成气体流所释放出的热量来生成蒸汽；以及其中，POX、GHR和WHB被包含在单一压力容器内，该单一压力容器独立于POX、GHR和 WHB之间的管道，并具有来自于POX的合成气体和来自于GHR的合成气体之间的内部混合， 以产生流过GHR管子的组合的合成气体流，为吸热重整反应提供热量，并使组合的合成气体流出GHR壳侧而进入WHB以提供产生蒸汽的热量。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，POX、GHR和WHB垂直地布置，使POX定位在 GHR下方和WHB定位在GHR上方。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，POX包括POX燃烧器，该POX燃烧器具有用于馈送流的第一入口以及用于氧气流和可选的蒸汽流和二氧化碳流的第二馈送，且该POX 燃烧器构造成阻止混合可忽略的区域，并对POX内产生的气体提供均勻的驻留时间。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括介于GHR和WHB之间的混合级，用于混合由POX和GHR产生的合成气体产物，使得进入GHR壳侧的组合的气体流处于基本上均勻的温度下。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，GHR内部结构包括管板，GHR管子在该管板中包括有开口，总体合成气体流可通过该开口，通过固定到管板并覆盖管板一部分的盖子与总体GHR馈送流隔绝，所述GHR管子固定在管板内。
6.如权利要求1或5所述的系统，其特征在于，GHR包括用于总体馈送流的GHR入口， 该GHR入口包括用于补偿热膨胀的柔性构件。
7.如权利要求1、5或6所述的系统，其特征在于，还包括总体GHR馈送气体入口喷嘴和 GHR管板盖之间的内部连接，可移去该管板盖以露出GHR管子。
8.如权利要求1、5、6或7所述的系统，其特征在于，可通过移去WHB以露出GHR来从压力容器中移去GHR管束。
9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，各个GHR管子包括诸如出口端上的喷嘴那样的约束装置来提高GHR合成气体的排放速度，该约束装置至少靠近POX和GHR之间的混合区域定位。
10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，GHR包括位于GHR管子出口约束装置上方的孔板，总体合成气体产物流过该孔板，孔板具有让管子通过的孔和让总体合成气体通过的孔，孔的大小被设置成促进总体合成气体产物的混合。
11.如权利要求1或10所述的系统，其特征在于，一层固体颗粒放置在孔板上方，以捕获总体合成气体产物流中的碳颗粒并能够有足够的驻留时间，该足够的驻留时间用于所沉积的碳与总体合成气体产物流中存在的蒸汽反应。
12.如权利要求1、10或11所述的系统，其特征在于，固体颗粒包括用于一氧化碳转移反应的催化剂，以降低总体合成气体产物流的温度，并减小总体合成气体产物流中一氧化碳对氢的比例。
13.如权利要求1所述的系统，其特征在于，GHR和WHB之间的空间内以及GHR管板下侧上的暴露的金属表面涂覆有一层材料，该材料在运行条件下基本上不被一氧化碳的扩散所渗透。
14.如权利要求1所述的系统，其特征在于，POX和GHR区域内的压力容器内壁以及GHR 和WHB之间的空间用合适的耐火隔热材料进行内部隔绝。
15.如权利要求1所述的系统，其特征在于，GHR管子由基本上耐受因暴露于总体合成气体产物流所造成的金属粉化的材料制成。
全文摘要
在各种系统和过程中，合成气体的生成可以进行组合。部分氧化反应器(POX)和气体对流加热蒸汽/碳氢化合物催化重整器(GHR)可进行组合来生产合成气体。在某些实施形式中，部分氧化反应器、气体对流加热蒸汽/催化重整器以及余热锅炉可组合起来以生产合成气体。
文档编号C10J3/86GK102165047SQ200980139122
公开日2011年8月24日 申请日期2009年9月29日 优先权日2008年9月29日
发明者R·J·阿拉姆 申请人:Gtl汽油有限公司