專利名稱：氫和一氧化碳富氣的制備方法及其反應器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及氫和一氧化碳富氣的制備。具體地說，本發(fā)明涉及一種通過烴原料的自熱催化重整制備這種氣體的方法及其反應器。
在氨和甲醇或其它有機化合物的生產(chǎn)中，氫和一氧化碳富氣主要用作合成氣。
這種氣體還可在鋼生產(chǎn)過程中采用和作燃料或民用燃氣使用。
最常用的工業(yè)制備方法包括烴的自熱催化重整和非催化部分氧化。
在部分氧化過程中，烴原料與空氣、氧氣或富含氧氣的空氣在安裝于反應容器頂部的燃燒器中一起燃燒。因此，供應的氧氣總量小于完全燃燒的需要量，并且主要通過火焰燃燒反應在流出氣體中產(chǎn)生氫和一氧化碳(1)(2)對于所有烴來講，兩個反應都是強放熱反應。
通常在重油氣化中，采用部分氧化，其中在燃燒過程中，氣體溫度升至1000-1500℃，該溫度是足夠高的，以在燃燒流出氣體中提供足夠低的未轉(zhuǎn)化的烴含量。范圍為燃點在200℃以內(nèi)的天然氣至石腦油之間的餾分的輕原料常通過這種原料的自熱催化重整來處理。
在該方法中，只有一部分烴原料通過上述燃燒反應(1,2)用含氧空氣氧化。然后，使來自于該燃燒氣流中的殘留的烴通過下面的吸熱反應進行催化蒸汽重整(3)因此，該吸熱蒸汽重整反應所必要的熱量是由這種放熱燃燒反應(1,2)來提供。
在自熱催化重整過程中，使用稍低的燃燒溫度，在大約900-1400℃的典型溫度下操作。為了緩和燃燒溫度和增加燃燒爐流出氣中烴的轉(zhuǎn)化率，蒸汽被加入到進料中。
與這種部分氧化方法相似，在反應器頂部用一種含氧空氣將同蒸汽混合的烴進料燃燒。然后，在存在催化劑的情況下，使該燃燒氣中殘留的烴進行蒸汽重整，所述催化劑呈固定床設置在該反應器的下部。吸熱蒸汽重整反應的熱量由來自于反應器頂部部分并且在催化劑床上部的燃燒區(qū)的熱流出氣來提供。當燃燒氣接觸催化劑時，通過在催化劑床上的蒸汽重整反應，使該氣體的溫度冷卻至900-1100℃。
在操作上述方法中，將合適的烴進料，如果必要先將其預熱，導入安裝在反應器頂部的燃燒爐中，并用含氧空氣燃燒。為使反應器殼體，在放熱氧化反應過程中產(chǎn)生的高溫下得到保護，在反應器殼體內(nèi)壁上裝有而溫和絕緣耐火襯層。
該襯層的材料必須能夠經(jīng)受得住高溫照射，并且適合抵抗熱氣體腐蝕。目前，在上述類型的工業(yè)反應器中最普遍使用的耐火材料含有超過90％的氧化鋁。
在通過上述方法的合成氣的制備中，普遍的問題是在苛刻處理條件下，例如處理的原料中的蒸汽/一碳比低，在燃燒區(qū)生成煙灰。
另一個問題涉及原料的部分氧化的燃燒爐的啟動，需要將原料和反應器預熱至高溫。
目前，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在部分氧化和自熱催化重整方法中，當在環(huán)繞烴原料燃燒區(qū)的表面進行蒸汽重整反應時，基本上避免了上述問題。當將一種合適的催化劑設置在環(huán)繞熱燃燒區(qū)的反應器的至少部分表面時，那些反應在燃燒流出氣中進行。
對降低煙氣生成的一種理論解釋可能是，通過在鄰近燃燒區(qū)的催化表面上進行蒸汽重整反應，參與煙灰生成的前體分子被減少或被反應。此外，通過在這個區(qū)域發(fā)生的蒸汽重整過程增加的氫濃度，改善了進料氧氣混合物的燃燒性能并且可使該過程在非嚴格條件下啟動。
按照上述發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明提供了在通過烴原料的部分氧化制備氫和/或一氧化碳富氣過程中抑制煙氣生成的方法，包括下列步驟在一個具有上部和下部的反應器中，至少在該反應器上部表面設置在烴蒸汽重整中有活性的催化材料；將原料和含氧空氣引入到該反應器上部；在反應器上部用氧氣部分氧化該原料；和在反應器上部使一部分已部分氧化的原料與重整催化劑接觸。
可用于進行本發(fā)明方法的一種反應器包括在壓力殼體內(nèi)部的、設置在該殼體內(nèi)壁上的耐火襯層；一個適于接收烴原料和含氧空氣，并適于用氧氣部分氧化該烴原料的上部；和一種設置在該反應器上部的重整催化劑。
在本發(fā)明的方法和反應器的一種具體實施方案的操作中，將一種預熱至大約400-700℃的烴原料導入安裝在具有耐火襯層的反應器頂部的燃燒爐中。在該燃燒爐中，該原料與蒸汽和含氧空氣以一定數(shù)量混合，以提供一種工藝氣，該工藝氣的氧氣/碳的摩爾比優(yōu)選在0.5和0.7之間，并且蒸汽/碳的摩爾比優(yōu)選在0.5和1.5之間。
對于該方法，當該方法在自熱催化重整條件下操作時，適用的典型烴原料是沸點在200℃以內(nèi)的甲烷至石腦油之間的餾份，包括天然氣、LPG和初級重整氣。從燃燒爐中將該工藝氣排至反應器上部的燃燒區(qū)，在此處，通過如上述的火焰燃燒反應(1)和(2)，該工藝氣中的部分烴與氧氣反應生成碳氧化物和氫。
根據(jù)最終產(chǎn)品氣體所需要的組成，在氨合成氣的制備中，氧氣可以由空氣或富含氧氣的空氣來提供，或?qū)τ诋a(chǎn)物氣體中不需要氮的含氧合成氣和還原氣體的生產(chǎn)來說，由氧氣來提供氧。在烴氧化過程中，燃燒區(qū)的溫度升至900-1500℃。
在鄰近燃燒區(qū)的表面，通過在該氣體中進行的吸熱蒸汽重整反應(3)，再循環(huán)燃燒氣中氫的濃度增加，煙氣前體分子的含量降低。
因此，氫濃度的實際增量取決于來自燃燒區(qū)的該氣體中的烴和蒸汽的數(shù)量，以及反應器上部重整催化劑的活性和數(shù)量。
適合于這一目的的催化劑包括公知的元素周期表中Ⅷ族的重整催化劑，包括鎳和/或鈷，為了充分地降低煙灰和改進火焰燃燒，通過常用的浸漬或涂層技術以1g/m2至0.1g/cm2之間的量將催化劑負載在該襯層表面。
當該方法在自熱催化重整條件下進行時，使來自于燃燒區(qū)的流出氣體進一步通過安裝在該反應器下部的、常用的鎳和/或鈷重整催化劑的固定床。通過穿過該催化劑床層，該氣體中殘留的烴進一步被蒸汽重整為氫和一氧化碳。
權(quán)利要求
1．一種用于在通過烴原料的部分氧化制備氫和/或一氧化碳富氣過程中抑制煙氣生成的方法，包括下列步驟在一個具有上部和下部的反應器中，至少在該反應器上部表面設置在烴的蒸汽重整中有活性的催化材料；將原料和一種含氧空氣引入到該反應器上部；在反應器上部用氧氣部分氧化該原料；和在反應器上部使一部分已部分氧化的原料與該重整催化劑接觸。
2．權(quán)利要求1的方法，其中，來自于反應器上部的部分氧化的原料進一步與設置在反應器下部的蒸汽重整催化劑接觸。
3．權(quán)利要求1的方法，其中，烴原料與含氧空氣在導入反應器上部之前在一個燃燒爐中進行混合。
4．按照前述任一項權(quán)利要求的方法用于在合成氣制備方法中抑制煙氣生成的用途。
5．一種在至少上部表面裝有一在烴的蒸汽重整中有活性的催化劑的反應器，在進行烴原料的部分氧化和/或自熱蒸汽重整中用以降低煙氣生成量的用途。
全文摘要
一種在通過烴原料的部分氧化制備氫和/或一氧化碳富氣過程中抑制煙氣生成的方法,包括下列步聚:在一個具有上部和下部的反應器中,至少在該反應器上部表面設置在烴蒸汽重整中有活性的催化材料;將原料和含氧空氣引入到該反應器上部;在反應器上部用氧氣部分氧化該原料;和在反應器上部使一部分已部分氧化的原料與重整催化劑接觸。
文檔編號C10J1/20GK1303812SQ01108970
公開日2001年7月18日 申請日期2001年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月11日
發(fā)明者I·I·普林達爾, T·S·克里斯滕森 申請人:赫多特普索化工設備公司