專利名稱：蒸汽轉(zhuǎn)化方法
本申請要求1996年10月4日申請的美國臨時專利No.60/027,639的利益。
本發(fā)明涉及氨合成氣的制備方法。
本發(fā)明提供氨合成氣的制備方法。該方法包括，將原料流與煙道氣混合，以便獲得混合氣，然后將分流中的混合氣送入至少一對轉(zhuǎn)化反應(yīng)器中。每個反應(yīng)器具有一個加工及燃料端和燃燒端。每對反應(yīng)器的加工及燃料端并聯(lián)排布，而燃燒端串聯(lián)排布。每個反應(yīng)器中的火焰溫度保持低于大約1400℃。原料氣通常要進(jìn)行脫硫。
從每對反應(yīng)器的第二個反應(yīng)器中取出的煙道氣通常主要由CO2、H2O和N2組成。選擇煙道氣的量，以便獲得合成氣中預(yù)定的H2/N2比。
原料流可以再與蒸汽混合。最好通過供應(yīng)大量過量的空氣，例如大約過量105％，保持第一反應(yīng)器的溫度。每對反應(yīng)器中第一反應(yīng)器的煙道氣作為燃燒空氣供應(yīng)第二反應(yīng)器。煙道氣的氧氣耗盡，這將火焰溫度限制到低于大約1400℃。保持總空氣過量低至大約5％。
按照優(yōu)選實(shí)施方案，將混合氣送入至少兩對反應(yīng)器中。每個反應(yīng)器的加工氣端并聯(lián)連接。每對反應(yīng)器的燃燒端與另一對反應(yīng)器分燃燒端串聯(lián)連接。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)如下來自NH3生產(chǎn)的化學(xué)計(jì)量合成氣在熱交換轉(zhuǎn)化反應(yīng)器中生產(chǎn)，而不用富空氣或過量氮?dú)獾纳罾浞蛛x；在燃燒空氣端串聯(lián)使用兩個轉(zhuǎn)化反應(yīng)器，提供對火焰溫度的控制，不必使用總體過量燃燒空氣；由轉(zhuǎn)化過程釋放到大氣的NOx減至最小；消除了SO2的釋放；
通過燃燒形成的CO2和蒸汽部分用作轉(zhuǎn)化爐進(jìn)料，降低總蒸汽的需求；過量煙道氣的膨脹部分恢復(fù)了燃燒空氣的壓縮動力。
此外，進(jìn)料氣與來自隨后熱交換蒸汽轉(zhuǎn)化法步驟的含氮?dú)夂投趸嫉臒煹罋饣旌线M(jìn)行的蒸汽轉(zhuǎn)化，提供的碳?xì)浠衔镌险羝D(zhuǎn)化的轉(zhuǎn)化率較高，由此提供的反應(yīng)器流出物中未轉(zhuǎn)化碳?xì)浠衔锏臐饪s較低。
在蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)器中，通過與加壓煙道氣進(jìn)行間接熱交換，提供吸熱蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)所需的熱。
為了提供用于熱交換蒸汽轉(zhuǎn)化法的煙道氣，燃料與第一熱交換蒸汽轉(zhuǎn)化步驟空氣中的過量空氣一起燃燒，使得反應(yīng)器中的燃燒溫度較低。然后從第一轉(zhuǎn)化步驟中取出含氧煙道氣，進(jìn)行中間冷卻，再與隨后一個或多個轉(zhuǎn)化步驟中的其它燃料一起燃燒。
參考附圖，由本發(fā)明的以下描述中將清楚地看出本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明方法的簡圖。
圖2為本發(fā)明方法的另一實(shí)施方案的簡圖。
圖1示出了本發(fā)明方法的簡化形式。原料20通常為脫硫的天然氣，分流為兩個氣流。原料與氣流30和預(yù)定量的脫氧加壓煙道氣40(參見下文)混合，獲得待生產(chǎn)合成氣中所需的正確的H2/N2比。氣體混合物用作兩個熱交換轉(zhuǎn)化反應(yīng)器60、80(其加工及燃料端并聯(lián)排布，燃燒空氣端串聯(lián)排布)中的加工氣。排布在轉(zhuǎn)化反應(yīng)器中的每個催化劑床62、82的出口溫度很高，以確保CH4泄漏適當(dāng)?shù)托?br> 將空氣100加壓至比熱交換器上游加工氣的壓力稍高的壓力?？諝馐紫扔米鞯谝粺峤粨Q燃燒爐64中的燃燒空氣，燃燒爐在大量過量(大約過量105％)的空氣中進(jìn)行操作，以保持火焰溫度低于1400℃。
與第一反應(yīng)器中轉(zhuǎn)化爐管進(jìn)行熱交換后，加壓煙道氣102(于大約600℃)還用作第二反應(yīng)器80的燃燒空氣。該燃燒空氣是貧氧的，這將火焰溫度限制到低于大約1400℃，同時總空氣保持低度過量，大約過量5％。
第二反應(yīng)器的煙道氣104分流為兩個氣流106、108。氣流106膨脹，提供空氣壓縮所需的部分動力。殘留量的煙道氣108送入脫氧器中，以除去殘留的微量氧氣，再如上所述送入進(jìn)入反應(yīng)器的進(jìn)料流中。
圖2示出了本發(fā)明另一具體實(shí)施方案，按照該實(shí)施方案，加工氣中的甲烷在四個熱交換蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)器I、II、III和IV中進(jìn)行蒸汽轉(zhuǎn)化。
轉(zhuǎn)化爐為常規(guī)的插管(bayonet tube)型，其內(nèi)管同軸放置在外套管中。蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑裝載在內(nèi)管和外管限定的環(huán)形空間內(nèi)。
由此，由沿套管壁外部通過的熱煙道氣提供加工氣中進(jìn)行的吸熱蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)所需的熱。
在導(dǎo)入加工氣2之前，氣體與主要由CO2、H2O和N2組成的煙道氣4混合。煙道氣4向反應(yīng)器中進(jìn)行的蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)供應(yīng)熱后，從反應(yīng)器II中取出。煙道氣4與一定量的加工氣混合，以獲得通過反應(yīng)器I-IV蒸汽轉(zhuǎn)化制備的合成氣所需的H2/N2比。
反應(yīng)器I-IV就混合加工氣6的導(dǎo)入而言為并聯(lián)連接的。在燃燒/煙道氣端，反應(yīng)器以反應(yīng)器I和II為一組、反應(yīng)器III和IV為一組來排布。兩個反應(yīng)器組串聯(lián)連接。
反應(yīng)器I和II通過燃燒燃料和加壓空氣8進(jìn)行加熱。反應(yīng)器I中用過量空氣進(jìn)行燃燒，以達(dá)到適當(dāng)?shù)娜紵郎囟炔⑻峁姆磻?yīng)器I中取出的煙道氣中必需的氧氣量，然后導(dǎo)入反應(yīng)器II中，再與燃料一起燃燒。從反應(yīng)器II中取出的煙道氣12循環(huán)到具有常規(guī)氧化催化劑床的脫氧器14中，以除去氣體中殘留量的氧氣。來自脫氧器14、基本上由氮?dú)狻⒍趸己退M成的煙道氣4循環(huán)到進(jìn)料氣2中并進(jìn)行混合。
煙道氣端串聯(lián)連接的反應(yīng)器III和IV通過在大氣壓下燃燒燃料進(jìn)行加熱。離開反應(yīng)器III的煙道氣16送入反應(yīng)器IV進(jìn)行燃燒。煙道氣向反應(yīng)器IV供應(yīng)熱后，送去進(jìn)行廢熱回收。
盡管本發(fā)明聯(lián)系特殊實(shí)施方案進(jìn)行描述，但許多其它變化和修改對本領(lǐng)域技術(shù)人員是很明顯的。因此，本發(fā)明不受具體說明書的限制，而僅受所附的權(quán)利要求限制。
權(quán)利要求
1.氨合成氣的制備方法，包括以下步驟可選地將原料氣與煙道氣混合，以便獲得混合氣；將可選地與煙道氣混合的原料氣送入至少一對重整反應(yīng)器中，每個反應(yīng)器具有加工及燃料端和燃燒端，每對反應(yīng)器的加工及燃料端并聯(lián)排布，而燃燒端串聯(lián)排布；其中通過向一對反應(yīng)器的第一反應(yīng)器供應(yīng)過量的燃燒空氣，而向第二反應(yīng)器供應(yīng)貧氧燃燒空氣來控制每對反應(yīng)器的火焰溫度。
2.權(quán)利要求1的方法，其中火焰溫度保持低于大約1400℃。
3.權(quán)利要求1的方法，還包括向第一反應(yīng)器供應(yīng)過量大約105％的空氣。
4.權(quán)利要求1的方法，其中來自每對反應(yīng)器中第一反應(yīng)器的貧氧煙道氣作為燃燒空氣供應(yīng)第二反應(yīng)器，以便限制第二反應(yīng)器的火焰溫度，在第二反應(yīng)器中保持總空氣過量大約5％。
5.權(quán)利要求1的方法，其中供應(yīng)第一反應(yīng)器的燃燒空氣被壓縮至比位于反應(yīng)器上游的原料氣的壓力稍高的壓力。
6.權(quán)利要求6的方法，其中來自第二反應(yīng)器的煙道氣膨脹，以提供至少一部分空氣壓縮所需的動力。
7.權(quán)利要求1的方法，其中從各對反應(yīng)器的第二反應(yīng)器中取出與原料氣混合的煙道氣。
8.權(quán)利要求1的方法，其中混合氣送入至少兩對反應(yīng)器中，每對反應(yīng)器的燃燒端與另一對反應(yīng)器的燃燒端串聯(lián)連接。
9.權(quán)利要求1的方法，其中選擇與原料氣混合的煙道氣的量，以便獲得合成氣中預(yù)定的H2/N2比。
10.權(quán)利要求1的方法，其中原料是經(jīng)過脫硫的。
全文摘要
本發(fā)明提供氨合成氣的制備方法,該方法包括將原料氣和煙道氣混合,以獲得混合氣。將混合氣供應(yīng)至少一對重整反應(yīng)器,每個反應(yīng)器具有加工及燃料端和燃燒端。每對反應(yīng)器的加工及燃料端并聯(lián)布置,而燃燒端串聯(lián)布置。通過向一對反應(yīng)器的第一反應(yīng)器供應(yīng)過量的燃燒空氣,而向第二反應(yīng)器供應(yīng)貧氧燃燒空氣來控制每對反應(yīng)器的火焰溫度。
文檔編號C01B3/02GK1183376SQ9712006
公開日1998年6月3日 申請日期1997年10月5日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月4日
發(fā)明者H·O·斯塔爾, I·戴謝爾, C·L·勞爾森 申請人:赫多特普索化工設(shè)備公司