專利名稱：無(wú)燃燒器的自熱重整裝置混合器的制作方法
無(wú)燃燒器的自熱重整裝置混合器
相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用:本申請(qǐng)要求2004年12月14日遞交、序列號(hào)為60/635,792的
美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)。上述臨時(shí)申請(qǐng)的公開通過(guò)引用被整體包括在本文中。
背景技術(shù)：
輕質(zhì)烴通過(guò)與氧和/或諸如水的含氧化合物的反應(yīng)被轉(zhuǎn)化成合成氣。例如，天然氣進(jìn) 料可以通過(guò)與含氧氣體的反應(yīng)被轉(zhuǎn)化成合成氣。
當(dāng)通常以蒸汽形式存在的水被用于氧化(也被稱為"重整(reforming)")輕質(zhì)烴進(jìn)料 時(shí)，水向產(chǎn)物混合物貢獻(xiàn)氧和氫兩者。氫的貢獻(xiàn)以及隨后由殘留水引起的產(chǎn)物CO變換 (shift conversion)產(chǎn)生具有相對(duì)高的氫對(duì)CO比率的合成氣。因此，氫的產(chǎn)生有利于輕 質(zhì)烴的蒸汽重整。使用水重整輕質(zhì)烴是吸熱的。必須加熱以維持反應(yīng)溫度。反應(yīng)器設(shè)計(jì)的 特征在于包含重整催化劑并工作在高溫下的傳熱管道系統(tǒng)。
利用二氧化碳的輕質(zhì)烴的重整通常只連同副產(chǎn)物C02的再循環(huán)一起完成。二氧化碳向 產(chǎn)物混合物提供碳和氧兩者，但不提供氫。所以，在從其他方式下為副產(chǎn)物損失的物質(zhì)中 回收碳值和氧值時(shí)，C02重整是有用的。所述的合成氣產(chǎn)物富含一氧化碳。當(dāng)連同蒸汽重 整一起進(jìn)行時(shí)，C02重整具有減少產(chǎn)物合成氣中H2對(duì)CO比率的作用。
利用分子氧對(duì)輕質(zhì)烴進(jìn)行的部分氧化向產(chǎn)物混合物貢獻(xiàn)氧，但不是氫或碳。它產(chǎn)生具 有這樣的H2對(duì)CO比率的合成氣，所述H2對(duì)CO比率低于蒸汽重整的H2對(duì)CO比率而高 于C02重整的H2對(duì)CO比率。因此，利用分子氧對(duì)輕質(zhì)烴進(jìn)行部分氧化良好地適應(yīng)于生 產(chǎn)用于費(fèi)歇爾一托羅普希合成和甲醇合成的合成氣。
部分氧化反應(yīng)是放熱的。該反應(yīng)的放熱性質(zhì)引出了"自熱"重整的概念。在自熱重整中， 原料的部分氧化提供了提高產(chǎn)物溫度所需的熱量中的大部分。氧化產(chǎn)物成為產(chǎn)物流的一部 分，如果所述氧化產(chǎn)物在反應(yīng)環(huán)境外部形成，則會(huì)損失在煙道氣中。無(wú)需高熱傳遞設(shè)備達(dá) 到高反應(yīng)溫度的能力進(jìn)一步加強(qiáng)了進(jìn)料與燃料的協(xié)合作用(synergy)。高溫有利于輕質(zhì)烴 向產(chǎn)物CO的轉(zhuǎn)化。
達(dá)到高的碳效率(carbonefficiency)和熱效率的需求已經(jīng)導(dǎo)致了重整和部分氧化(也 被稱為"POX")工藝的組合。
在一種組合中，輕質(zhì)烴首先被蒸汽部分重整，然后被氧化性氣體部分氧化。這種組合 在氨生產(chǎn)工業(yè)和甲醇生產(chǎn)工業(yè)中被廣泛采用。然而，這種蒸汽重整與部分氧化的組合需要
在初段(蒸汽)重整裝置中使用昂貴的熱傳遞裝置。
在第二種組合中，輕質(zhì)烴進(jìn)料被預(yù)熱并在存在蒸汽的情況下部分燃燒。然后，部分燃 燒產(chǎn)物在催化劑上經(jīng)過(guò)，在該催化劑上發(fā)生蒸汽重整和變換反應(yīng)。然而，在該組合中，輕 質(zhì)烴的無(wú)催化的部分燃燒需要使用相對(duì)大量的蒸汽以避免在重整催化劑上的積碳。當(dāng)部分 燃燒產(chǎn)物在重整催化劑上經(jīng)過(guò)時(shí)，所述的蒸汽又引起CO的過(guò)量變換。生成的合成氣產(chǎn)物 的氫對(duì)CO比率超出費(fèi)歇爾托羅普希合成的最優(yōu)值。為了調(diào)節(jié)此比率并改進(jìn)碳效率，有必 要將產(chǎn)生的過(guò)量的C02再循環(huán)至反應(yīng)器入口。然而，二氧化碳再循環(huán)通常是昂貴的。
在第三種組合中，蒸汽重整和部分氧化反應(yīng)同時(shí)發(fā)生在單一催化劑上，獲得與上述反 應(yīng)順序發(fā)生時(shí)相同的產(chǎn)物混合物。通過(guò)以超過(guò)燃燒速率的速率混合并遞送進(jìn)料至催化劑表 面，進(jìn)料混合物的燃燒被避免。
在美國(guó)專利6,447,745中描述了一種達(dá)到超速混合并遞送進(jìn)料至催化劑位點(diǎn)處的裝 置。這樣的裝置仍然必須在費(fèi)歇爾托羅普希規(guī)模上被商業(yè)化。通過(guò)使用空氣代替相對(duì)純的 氧氣作為氧化性氣體，可以大大地減輕對(duì)這樣的超速混合的需求。例如，如在專利6，344，491 中描述的，當(dāng)使用空氣作為氧化性氣體時(shí)，有可能延長(zhǎng)自燃滯后時(shí)間至幾百毫秒。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種裝置，該裝置混合輕質(zhì)烴、蒸汽和空氣，并將所述混合物遞送至有活 性的催化劑。本發(fā)明還涉及用于優(yōu)化所述混合裝置的空氣和/或氧注入噴嘴的尺寸和取向 的方法。本發(fā)明的所述裝置和方法良好地適應(yīng)于與序列號(hào)為10/924,174、公開號(hào)為 2005/0063899和序列號(hào)為10/923,931、公開號(hào)為2005/0066577的美國(guó)專利申請(qǐng)中所描述的 裝置和方法一起使用，上述兩個(gè)美國(guó)專利申請(qǐng)通過(guò)引用被整體包括在本文中。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述方法以單程(on a once-through basis)無(wú)再循環(huán)的方式在 高溫和升高的壓力進(jìn)行。這些條件通常利用傾向于自熱和自燃的進(jìn)料混合物。優(yōu)選地，天 然氣與具有含氧氣體的蒸汽混合物的混合在所述三種組分的氣體混合物接觸惰性固體材 料之前完成。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，通過(guò)在高氣體速度下進(jìn)行混合、通過(guò)均勻地分布開口以 及通過(guò)提供適于所述混合區(qū)的軸向長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)均勻混合。
在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，天然氣、蒸汽和含氧氣體的混合物以足夠低的速度接觸 有活性的催化劑，以阻止高壓損失和催化劑侵蝕。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，所述三種 組分的氣體混合物在膨脹區(qū)中被減速。優(yōu)選地，所述膨脹的混合物既不形成大尺度湍流渦 流(macroturbulent eddy)，也不引起大的空隙體積(void volume)和相關(guān)的長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間 的減速時(shí)期。
附圖簡(jiǎn)述


圖1是圖示混合器的第一對(duì)稱性實(shí)施方案的軸向截面的示意圖。 圖1A和1B是圖示混合器的第一對(duì)稱性實(shí)施方案的橫向截面的示意圖。 圖2是圖示混合器的第二對(duì)稱性實(shí)施方案的軸向截面的示意圖。 圖2A是圖示混合器的第二對(duì)稱性實(shí)施方案的橫向截面的示意圖。 圖3是圖示混合器的第一非對(duì)稱性實(shí)施方案的軸向截面的示意圖。 圖4是圖示混合器的第一對(duì)稱性實(shí)施方案的示意圖，該示意圖進(jìn)一步圖示惰性固體區(qū) 和有活性的催化劑區(qū)的入口部分。
圖5圖示對(duì)非對(duì)稱性混合器實(shí)施方案的計(jì)算流體力學(xué)分析結(jié)果。
圖6圖示對(duì)對(duì)稱性混合器實(shí)施方案的計(jì)算流體力學(xué)分析結(jié)果。
圖7是針對(duì)特定反應(yīng)器配置和進(jìn)料氣體組合物的溫度對(duì)時(shí)間的圖。
詳述
如本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)"均相反應(yīng)"是指C2+烴類的引燃(ignition)和/或分解。
首先參照?qǐng)Dl，本發(fā)明的混合器的第一對(duì)稱性實(shí)施方案以軸向截面被圖示。圖l更具 體地圖示所述混合器的含氧氣體入口部分。內(nèi)管100具有多個(gè)開口 110和氣體入口 120。 管殼130具有多個(gè)開口 180。內(nèi)管100和管殼130之間的空間形成環(huán)狀空間140。氣體入 口 170被設(shè)置為位于或接近環(huán)狀空間140的頂端部分。具有氣體入口 160的夾套(jacket) 150圍繞管殼130的至少一部分。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，含氧氣體進(jìn)料被傳遞通過(guò) 氣體入口 120進(jìn)入內(nèi)管100，并且通過(guò)開口 IIO進(jìn)入環(huán)狀空間140。在本發(fā)明的一些實(shí)施 方案中，含氧氣體還被傳遞進(jìn)入氣體入口 160，并且被傳遞通過(guò)開口 180進(jìn)入環(huán)狀空間140。 在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，天然氣和蒸汽的混合物通過(guò)氣體入口 170進(jìn)入環(huán)狀空間140。 如本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)"對(duì)稱性"指這樣的混合器，在所述混合器中含氧氣體的注入相 對(duì)于天然氣和蒸汽流的中線是對(duì)稱的。也即，圖l所示的實(shí)施方案被認(rèn)為是對(duì)稱的，因?yàn)?天然氣和蒸汽流軸向通過(guò)環(huán)狀空間140，含氧氣體從與氣流方向垂直的兩側(cè)注入環(huán)狀空間 140。
圖1A和1B圖示內(nèi)管100和管殼130的橫向截面視圖。在圖1A中，開口 110和180 是對(duì)齊的。在圖1B中，開口 110和130是相互錯(cuò)開(offset)的。
圖2圖示本發(fā)明的混合器的第二對(duì)稱性實(shí)施方案。如圖2所示，具有多個(gè)開口210和 氣體入口 220的內(nèi)管200以軸向截面示出。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，天然氣和蒸汽混 合物通過(guò)氣體入口 220進(jìn)入內(nèi)管200。管殼230圍繞內(nèi)管200，形成環(huán)狀空間240。環(huán)狀空 間240具有位于或接近環(huán)狀空間240頂端的氣體入口 250。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中， 含氧氣體被傳遞通過(guò)氣體入口 250進(jìn)入環(huán)狀空間240，通過(guò)開口 210并進(jìn)入內(nèi)管200。
參照?qǐng)D2A，示出顯示包括開口 210的內(nèi)管200和管殼230的橫向截面圖。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3，示出所述混合器的第一非對(duì)稱性實(shí)施方案。具有多個(gè)開口310和氣體 入口 320的內(nèi)管300以軸向截面示出。管殼330圍繞內(nèi)管300，由此形成環(huán)狀空間340。 氣體入口 350被設(shè)置為位于或接近環(huán)狀空間340的頂端部分。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中， 天然氣和蒸汽混合物通過(guò)氣體入口 350進(jìn)入環(huán)狀空間340。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中， 含氧氣體通過(guò)氣體入口 320進(jìn)入內(nèi)管300，并且通過(guò)開口 310進(jìn)入環(huán)狀空間340。
現(xiàn)在參照?qǐng)D4，本發(fā)明的混合器的對(duì)稱性實(shí)施方案被圖示為處于無(wú)燃燒器自熱反應(yīng)器 的上游并且以流體的方式連接到(fluidly connected to)所述無(wú)燃燒器自熱反應(yīng)器，所述混 合器良好地適應(yīng)于與所述無(wú)燃燒器自熱反應(yīng)器一起使用。具有多個(gè)開口 110和氣體入口 120的內(nèi)管100被具有多個(gè)開口 180的管殼130所圍繞，由此形成環(huán)狀空間140。氣體入 口 170被設(shè)置為位于或接近環(huán)狀空間140的頂端部分。具有兩個(gè)氣體入口 160的夾套150 圍繞管殼130的一部分。內(nèi)管100終止于漸縮的錐形末端部分190。
在或大約在內(nèi)管100末端的高度(如點(diǎn)D所示)，管殼130向外稍微張開。點(diǎn)D與 點(diǎn)E之間的區(qū)域被稱為膨脹區(qū)(expansionzone)，在此膨脹區(qū)中可用于氣體的體積增加， 由此允許氣體速度減慢。在可替換的實(shí)施方案中，如圖4中點(diǎn)C與點(diǎn)D之間所示，內(nèi)管 的直徑可被減小，也導(dǎo)致用于氣體的體積擴(kuò)大。可以理解，可以使用其中管殼或內(nèi)管分別 更快或更慢地張開或漸縮的各種配置來(lái)達(dá)到所期望的擴(kuò)大的體積以及氣體速度的減小。如 圖4中的實(shí)施方案所示，內(nèi)管100沒(méi)有氣體出口，并且被注入內(nèi)管100的氣體必須通過(guò)開 口 110并進(jìn)入環(huán)狀空間140。
如圖4所圖示，在點(diǎn)E和點(diǎn)F之間的是惰性固體材料區(qū)。所述的惰性固體材料阻止在 所述膨脹區(qū)和有活性的部分氧化/重整催化劑之間的輻射熱傳遞。多種已知的惰性固體可 被用在該惰性固體材料區(qū)中。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，惰性固體材料被隨機(jī)地填充，并且是 能夠被暴露于超過(guò)2200°F的溫度而無(wú)實(shí)質(zhì)性的化學(xué)或物理降解的催化惰性陶瓷制品 (ceramic)
仍參照?qǐng)D4，有活性的催化劑區(qū)被示出為開始于點(diǎn)F。注意到，在圖4中僅示出自熱 反應(yīng)器的有活性的催化劑區(qū)的入口部分。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，天然氣和蒸汽混合物被預(yù)混合并注入氣體入口 170。在 本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，天然氣和蒸汽混合物實(shí)質(zhì)上己經(jīng)充分生成軸向流，即，在達(dá)到 點(diǎn)A之前僅有非實(shí)質(zhì)量的回流或渦流。含氧氣體通過(guò)氣體入口 120被注入內(nèi)管100。含氧 氣體通過(guò)開口 110并進(jìn)入環(huán)狀空間140，在所述環(huán)狀空間140中，天然氣和蒸汽混合物接 觸并開始與含氧氣體混合。在本發(fā)明中有用的含氧氣體包括空氣、富氧空氣和氧。含氧氣 體還通過(guò)氣體入口 160中的一個(gè)或兩個(gè)進(jìn)入夾套150，通過(guò)開口 180并進(jìn)入環(huán)狀空間140，
在所述環(huán)狀空間140中該含氧氣體也與天然氣和蒸汽混合物接觸。當(dāng)含氧氣體通過(guò)開口 110和180時(shí)，天然氣和蒸汽與含氧氣體的混合開始，并且隨著混合物流過(guò)環(huán)狀空間140 并流過(guò)膨脹區(qū)而繼續(xù)。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，天然氣、蒸汽和含氧氣體在與點(diǎn)E處 的惰性固體材料接觸前被基本上均勻地混合。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，內(nèi)管100和管殼130的直徑被選擇為在膨脹區(qū)的入口處(即點(diǎn) D處)產(chǎn)生至少約為100英尺每秒的速度，更優(yōu)選地至少約為300英尺每秒的速度。在優(yōu) 選的實(shí)施方案中，內(nèi)管100的長(zhǎng)度被選擇為產(chǎn)生至少為約10毫秒的混合時(shí)間，更優(yōu)選地 至少約為30毫秒，但通常不大于約200毫秒的混合時(shí)間。
在本發(fā)明的可替換實(shí)施方案中，在含氧氣體注入的長(zhǎng)度上，天然氣、蒸汽和含氧氣體 的流量(flowvolume)可被增加，以部分地或全部地抵消隨遞增的含氧氣體注入而造成的 速度增加。
在一些實(shí)施方案中可以使用開口 110和180直接相沖(impingement)或相對(duì)的方式。 然而，在優(yōu)選的實(shí)施方案中，開口 IIO和180是相互錯(cuò)開的。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，與輕質(zhì)烴進(jìn)料混合的蒸汽量為輕質(zhì)烴進(jìn)料中輕質(zhì)烴部分體積的 約2%和約160%之間。更優(yōu)選地，蒸汽量為22%-36%?；旌涎b置中的壓力被維持在Opsig 至300psig，更優(yōu)選為100psig至200psig。從含氧氣體與輕質(zhì)烴(例如天然氣)的最終混 合到接觸催化劑的時(shí)間持續(xù)長(zhǎng)度少于約1000毫秒，更優(yōu)選少于約300毫秒。
惰性固體材料阻止從有活性的催化劑區(qū)到天然氣、蒸汽和含氧氣體混合物的熱輻射。 在一些實(shí)施方案中，惰性固體材料還可以提供曲折的通道(passage)，由此阻止對(duì)流換熱。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，當(dāng)天然氣、蒸汽和含氧氣體的混合物接觸有活性的催化劑的表 面時(shí)，它的速度不超過(guò)100英尺/秒，所述的催化劑位于部分氧化和重整段的頂端(如圖4 中的點(diǎn)F所示)。更優(yōu)選地，該速度不超過(guò)45英尺/秒。
在本發(fā)明中的再一方面，提供了用于優(yōu)化連接含氧氣體與天然氣和蒸汽混合物的開口 的尺寸和位置的方法以及其他工藝條件。圖5-6圖示通過(guò)計(jì)算流體力學(xué)分析所獲得的流型 (flowpattern)。在圖5-6中，彩色圖形的上部分對(duì)應(yīng)于在開口前、含氧氣體注入前的氣 流。所述開口被仿真為沿著混合器的環(huán)狀空間的混合區(qū)，含氧氣體通過(guò)所述開口被仿真為 進(jìn)入所述環(huán)狀空間。膨脹區(qū)也在該彩圖的下部分被圖示。在圖5和圖6中的每幅圖中，應(yīng) 參照左手邊的指示氣體速度的刻度。負(fù)的速度指示回流。
圖5圖示其中曾使用非對(duì)稱性混合器配置的一種計(jì)算流體力學(xué)過(guò)程的結(jié)果。如從圖5 中可以看到的，相當(dāng)數(shù)量的負(fù)向流區(qū)域(由兩個(gè)最深的藍(lán)色區(qū)指示)曾發(fā)展為導(dǎo)致不足和 不充分的混合。
相反，圖6圖示針對(duì)對(duì)稱性混合器配置的計(jì)算液體力學(xué)結(jié)果。如從圖6中可以看到的，
不曾發(fā)展成負(fù)向流。
雖然已經(jīng)以有限數(shù)量的實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是這些特定的實(shí)施方案不是 要限制如本文中以其他方式描述和要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍。存在著對(duì)所描述實(shí)施方案的 修改和變化。例如，含氧氣體可以沿混合器的整個(gè)長(zhǎng)度(即通過(guò)整個(gè)預(yù)部分氧化體積)而 非僅僅如附圖中所圖示的通過(guò)其上部被注入天然氣和蒸汽混合物中。因此，不滿足在一套 工藝條件下的選擇準(zhǔn)則的材料可以在另一套工藝條件下被用于本發(fā)明的實(shí)施方案中。采用 額外的部件可能導(dǎo)致以其他方式無(wú)法獲得的有益屬性。此外，盡管所述工藝被描述成包括 一個(gè)或更多個(gè)步驟，但是應(yīng)該理解，除非另有說(shuō)明，否則這些步驟可以以任何順序或序列 實(shí)施。這些步驟可以被組合或者分開。最后，無(wú)論在描述數(shù)字時(shí)是否使用了詞語(yǔ)"約"或 "大概"，本文中公開的任何數(shù)字均應(yīng)被理解為是大約的。所附權(quán)利要求書打算覆蓋所有 落入本發(fā)明范圍內(nèi)的這樣的變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種混合裝置，所述裝置用于混合輕質(zhì)烴進(jìn)料、蒸汽進(jìn)料以及含氧氣流以形成進(jìn)料混合物，其中，在所述進(jìn)料混合物通過(guò)后續(xù)與有活性的部分氧化/重整催化劑接觸轉(zhuǎn)化為合成氣之前，所述進(jìn)料混合物的自燃被阻止。
2. 如權(quán)利要求1的裝置，包括內(nèi)管，所述內(nèi)管具有多個(gè)通過(guò)所述內(nèi)管壁的開口；管殼，所述管殼圍繞所述內(nèi)管，由此在所述內(nèi)管與所述管殼之間建立環(huán)狀空間，所述 管殼在所述管殼壁中具有多個(gè)開口；以及 圍繞所述管殼的全部或部分的夾套，其中含氧氣體被送入所述內(nèi)管和所述夾套，并且，所述輕質(zhì)烴進(jìn)料和蒸汽進(jìn)料被送入 所述管殼。
3. 如權(quán)利要求l的裝置，包括內(nèi)管，所述內(nèi)管具有多個(gè)通過(guò)所述內(nèi)管壁的開口；以及管殼，所述管殼圍繞所述內(nèi)管，由此在所述內(nèi)管和所述管殼之間建立環(huán)狀空間； 其中含氧氣體被送入所述內(nèi)管，并且，所述輕質(zhì)烴進(jìn)料和蒸汽進(jìn)料被送入所述管殼。
4. 如權(quán)利要求1的裝置，包括內(nèi)管，所述內(nèi)管具有多個(gè)通過(guò)所述內(nèi)管壁的開口；以及 圍繞所述內(nèi)管的管殼；其中含氧氣體被送入所述管殼，并且，所述輕質(zhì)烴進(jìn)料和蒸汽進(jìn)料被送入所述內(nèi)管。
5. 如權(quán)利要求2的裝置，其中所述內(nèi)管和管殼被調(diào)整尺寸以在所述環(huán)狀空間中實(shí)現(xiàn) 在約30英尺/秒和約卯0英尺/秒之間的氣體速度。
6. 如權(quán)利要求3的裝置，其中所述內(nèi)管和管殼被調(diào)整尺寸以在所述環(huán)狀空間中實(shí)現(xiàn) 在約30英尺/秒和約900英尺/秒之間的氣體速度。
7. 如權(quán)利要求4的裝置，其中所述內(nèi)管和管殼被調(diào)整尺寸以在所述環(huán)狀空間中實(shí)現(xiàn) 在約30英尺/秒和約900英尺/秒之間的氣體速度。
8. 如權(quán)利要求2的裝置，其中在所述環(huán)狀空間中的所述氣體速度在約40英尺/秒和 約400英尺/秒之間。
9. 如權(quán)利要求3的裝置，其中在所述環(huán)狀空間中的所述氣體速度在約40英尺/秒和 約400英尺/秒之間。
10. 如權(quán)利要求4的裝置，其中在所述環(huán)狀空間中的所述氣體速度在約40英尺/秒和 約400英尺/秒之間。
11. 如權(quán)利要求2的裝置，還包括所述內(nèi)管和管殼下游的膨脹區(qū)。
12. 如權(quán)利要示3的裝置，還包括所述內(nèi)管和管殼下游的膨脹區(qū)。
13. 如權(quán)利要示4的裝置，還包括所述內(nèi)管和管殼下游的膨脹區(qū)。
14. 如權(quán)利要求ll的裝置，還包括惰性固體材料以阻止在所述膨脹區(qū)和所述有活性 的部分氧化/重整催化劑之間的輻射熱傳遞。
15. 如權(quán)利要求12的裝置，還包括惰性固體材料以阻止在所述膨脹區(qū)和所述有活性 的部分氧化/重整催化劑之間的輻射熱傳遞。
16. 如權(quán)利要求13的裝置，還包括惰性固體材料以阻止在所述膨脹區(qū)和所述有活性 的部分氧化/重整催化劑之間的輻射熱傳遞。
17. 如權(quán)利要求2的裝置，其中預(yù)混合的蒸汽和輕質(zhì)烴混合物軸向通過(guò)在所述內(nèi)管和 所述管殼之間的所述環(huán)狀空間，并且進(jìn)一步，其中所述預(yù)混合的蒸汽和輕質(zhì)烴在接觸所述 內(nèi)管或所述管殼的最上部第一開口之前已經(jīng)充分生成軸向流。
18. 如權(quán)利要求3的裝置，其中預(yù)混合的蒸汽和輕質(zhì)烴混合物軸向通過(guò)在所述內(nèi)管和 所述管殼之間的所述環(huán)狀空間，而且，其中所述預(yù)混合的蒸汽和輕質(zhì)烴在接觸所述內(nèi)管的 最上部第一開口之前己經(jīng)充分生成軸向流。
19. 如權(quán)利要求4的裝置，其中預(yù)混合的蒸汽和輕質(zhì)烴混合物軸向通過(guò)所述內(nèi)管，而 且，其中所述預(yù)混合的蒸汽和輕質(zhì)烴在接觸最上部第一開口的所述內(nèi)管之前己經(jīng)充分生成 軸向流。
20. 如權(quán)利要求2的裝置，其中所述內(nèi)管和所述管殼的直徑被配制為在所述環(huán)狀空間 中提供在約100英尺/秒和約400英尺/秒之間的軸向氣體速度。
21. 如權(quán)利要求3的裝置，其中所述內(nèi)管和所述管殼的直徑被配制為在所述環(huán)狀空間 中提供在約100英尺/秒和約400英尺/秒之間的軸向氣體速度。
22. 如權(quán)利要求4的裝置，其中所述內(nèi)管的直徑被配制為在所述內(nèi)管中提供在約100 英尺/秒和約400英尺/秒之間的軸向氣體速度。
23. 如權(quán)利要求2、 3或4中任一項(xiàng)的裝置，其中在氣體混合物暴露于起催化作用的 部分氧化和重整步驟的催化劑之前，天然氣、蒸汽以及含氧氣體共存于混合汽態(tài)且無(wú)均相 反應(yīng)發(fā)生。
24. 如權(quán)利要求2、 3或4中任一項(xiàng)的裝置，所述裝置在約50psig和約600psig之間 的壓力操作。
25. 如權(quán)利要求2、 3或4中任一項(xiàng)的裝置，所述裝置在約50psig和約200psig之間 的壓力操作。
26. 如權(quán)利要求2、 3或4中任一項(xiàng)的裝置，所述裝置在約600。F和約1200。F之間的 溫度操作。
27. 如權(quán)利要求2、 3或4中任一項(xiàng)的裝置，所述裝置在約850°F和約1050°F之間的溫度操作。
28. 如權(quán)利要求14、 15或16中任一項(xiàng)的裝置，其中所述惰性固體材料包括隨機(jī)填充 的惰性固體。
29. 如權(quán)利要求14、 15或16中任一項(xiàng)的裝置，其中所述惰性固體材料是能夠被暴露 于超過(guò)2200°F的溫度而無(wú)物理或化學(xué)降解的催化惰性陶瓷制品。
30. —種用于優(yōu)化如權(quán)利要求2所述裝置的所述內(nèi)管和所述管殼的所述開口的尺寸和 取向的方法，包括，針對(duì)多個(gè)開口尺寸和取向，利用計(jì)算流體力學(xué)來(lái)估計(jì)在所述混合裝置 中的所述含氧氣體和天然氣及蒸汽氣體混合物的氣體速度分量的步驟。
31. —種用于優(yōu)化如權(quán)利要求3所述裝置的所述內(nèi)管和所述管殼的所述開口的尺寸和 取向的方法，包括，針對(duì)多個(gè)開口尺寸和取向，利用計(jì)算流體力學(xué)來(lái)估計(jì)在所述混合裝置 中的所述含氧氣體和天然氣及蒸汽氣體混合物的氣體速度分量的步驟。
32. —種用于優(yōu)化如權(quán)利要求4所述裝置的所述內(nèi)管的所述開口的尺寸和取向的方 法，包括，針對(duì)多個(gè)開口尺寸和取向，利用計(jì)算流體力學(xué)來(lái)估計(jì)在所述混合裝置中的所述 含氧氣體和天然氣及蒸汽氣體混合物的氣體速度分量的步驟。
33. —種用于優(yōu)化如權(quán)利要求2所述裝置的所述內(nèi)管和所述管殼的所述開口的尺寸和 取向的方法，包括，針對(duì)多個(gè)開口尺寸和取向，利用已知的工程相關(guān)性來(lái)估計(jì)在所述混合 裝置中的所述含氧氣體和天然氣及蒸汽氣體混合物的氣體速度分量的步驟。
34. —種用于優(yōu)化如權(quán)利要求3所述裝置的所述內(nèi)管和所述管殼的所述開口的尺寸和 取向的方法，包括，針對(duì)多個(gè)開口尺寸和取向，利用已知的工程相關(guān)性來(lái)估計(jì)在所述混合 裝置中的所述含氧氣體和天然氣及蒸汽氣體混合物的氣體速度分量的步驟。
35. —種用于優(yōu)化如權(quán)利要求4所述裝置的所述內(nèi)管的所述開口的尺寸和取向的方 法，包括，針對(duì)多個(gè)開口尺寸和取向，利用已知的工程相關(guān)性來(lái)估計(jì)在所述混合裝置中的 所述含氧氣體和天然氣及蒸汽氣體混合物的氣體速度分量的步驟。
36. 如權(quán)利要求1的裝置，其中所述含氧氣體是空氣或富氧空氣。
37. 如權(quán)利要求l的裝置，其中所述進(jìn)料混合物和裝置配制是這樣的，即，使得在所 述進(jìn)料混合物接觸所述有活性的催化劑之前無(wú)均相反應(yīng)發(fā)生。
全文摘要
公開一種用于混合輕質(zhì)烴進(jìn)料、蒸汽進(jìn)料和含氧氣流以形成進(jìn)料混合物的混合裝置。在進(jìn)料混合物通過(guò)后續(xù)與有活性的部分氧化/重整催化劑接觸轉(zhuǎn)化為合成氣之前，進(jìn)料混合物的自燃被阻止。
文檔編號(hào)C07C27/00GK101111304SQ200580047193
公開日2008年1月23日 申請(qǐng)日期2005年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月14日
發(fā)明者J·F·萊希, K·B·阿庫(kù)里, K·希梅爾普芬尼格 申請(qǐng)人:合成石油公司