專利名稱：組合的合成氣體發(fā)生器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及組合的合成氣體發(fā)生器。
背景技術：
目前，在生產含有一氧化碳和氫的合成氣體時，對部分氧化反應器提供碳氫化合物供給以及氧氣和可選擇的蒸汽，隨后，部分氧化反應器的產物和/或一部分的饋送流被供應到催化重整器?？晒┻x擇地是，可在單獨的單元內回收熱量用來提升蒸汽溫度。高壓和高溫管道連接各種反應器，這些反應器還包括單獨的基礎或單獨的支承結構。

發(fā)明內容
在各種實施方案中，可提供一種組合的合成氣體發(fā)生系統(tǒng)。該組合的合成氣體發(fā)生系統(tǒng)可包括二級反應器，該二級反應器包括部分氧化反應器和催化重整器。二級反應器可被構造成減少在生成合成氣體的過程中所產生的氣體之間的混合(例如最佳混合)幾乎沒有或可忽略的區(qū)域。在某些實施方案中，組合的合成氣體發(fā)生系統(tǒng)可包括三級系統(tǒng)，該三級系統(tǒng)包括部分氧化反應器、催化氣體重整器和余熱鍋爐。一個或多個實施方案的細節(jié)在以下的附圖和描述中進行闡述。從描述和附圖中將會明白到本發(fā)明其它的特征、目的和優(yōu)點。


圖1示出示例的組合的合成氣體發(fā)生系統(tǒng)。圖2示出圖1所示示例的組合的合成氣體發(fā)生系統(tǒng)的一部分。圖3示出圖1所示示例的組合的合成氣體發(fā)生系統(tǒng)的另一部分。圖4示出使用圖1所示的示例系統(tǒng)生產合成氣體的過程。圖5示出示例的組合的合成氣體發(fā)生系統(tǒng)的一部分。圖6示出圖1、2和5所示示例的合成氣體發(fā)生系統(tǒng)的剖視圖。圖7示出圖1、2和5所示示例的合成氣體發(fā)生系統(tǒng)的剖視圖。各個附圖中相同的附圖標記表示相同的元件。
具體實施例方式在各種實施方案中，處理饋送流以生產合成氣體流(例如，該氣體流包括氫和一氧化碳)。處理過的饋送流可包括各種含有甲烷的饋送流，例如天然氣、碳氫化合物燃料、 諸如煤層氣甲烷或沼氣(例如，從物質厭氧腐爛而產生的氣體流)之類的富含甲烷的氣體。饋送流可包括液態(tài)或氣態(tài)的碳氫化合物，諸如天然氣和液化石油氣和蒸餾物。組合的合成氣體發(fā)生系統(tǒng)可集成部分氧化反應器(POX)和氣體加熱催化重整器 (GHR)(例如對流加熱流/碳氫化合物催化重整器)，這樣，由POX產生的合成氣體與來自 GHR的合成氣體混合。組合的氣流可用來加熱GHR(例如，由于POX和GHR產生的合成氣體可具有足以加熱進入GHR的饋送和/或進入GHR的蒸汽的溫度，并可提供轉化GHR內蒸汽和碳氫化合物饋送來產生合成氣體所需的吸熱性反應熱)?？晒┻x擇的是，饋送到POX和 /或GHR的氣體可包括(X)2氣流，以在組合的合成氣體發(fā)生系統(tǒng)內產生所要求的CO對H2之比。包括有合成氣體的組合氣流可在冷卻狀態(tài)下離開GHR的殼側，并在余熱鍋爐 (WHB)內進一步冷卻。在三級合成氣體發(fā)生系統(tǒng)內，WHB可以是合成氣體發(fā)生系統(tǒng)的一個集成級。在二級合成氣體發(fā)生系統(tǒng)內，WHB可以是單獨的發(fā)生器。來自離開GHR殼側的組合流的熱量可加熱鍋爐饋送水，以產生可被POX和/或GHR利用的蒸汽。該蒸汽可由WHB在足夠高壓力下產生，以使蒸汽與用于GHR和/或POX的碳氫化合物燃料混合。在某些實施形式中，生成的蒸汽和饋送流可用外部裝置進一步預熱。傳統(tǒng)上，POX、GHR和WHB構造成三個單獨單元，例如，由管道連接并位于支承結構內的單獨的壓力容器?？傮w的結構布置需要昂貴的內部隔熱管道和/或高合金鋼管道以及相關的支承件等。組合的合成氣體發(fā)生系統(tǒng)可降低成本(例如，由于所使用的昂貴的管道更少，并由于可排除掉前述單獨的單元之間的連接)，同時保持合成氣體發(fā)生系統(tǒng)內所述的處理和運行、維護以及安全等的特性。用于部分氧化、自動熱重整和可選的余熱回收等的順序操作的單一反應器單元的另一個特征是在內部產生蒸汽，從而合成氣體流不必通過單元之間的任何連接管道即可流通復合單元。圖1示出示例的合成氣體發(fā)生系統(tǒng)100，而圖2和3示出合成氣體發(fā)生系統(tǒng)100的各部分。所示合成氣體發(fā)生系統(tǒng)100是三級合成的氣體發(fā)生系統(tǒng)，其中，POX級1、GHR級5 和WHB級14垂直地布置。若與傳統(tǒng)的組合合成氣體發(fā)生系統(tǒng)和/或傳統(tǒng)的分離單元式氣體發(fā)生系統(tǒng)相比，則垂直布置可減小組合的合成氣體發(fā)生系統(tǒng)所需的占地面積。減小系統(tǒng)占地面積可使成本效率更高(例如減小對土地的要求)，允許系統(tǒng)定位在占地面積減小的環(huán)境中，和/或允許組合的合成氣體發(fā)生系統(tǒng)(例如，與總的處理過程中的其它部件一起) 被加工成尺寸緊湊且重量最小的單一模塊。如圖所示，POX級1靠近合成氣體發(fā)生系統(tǒng)100的底部定位。WHB級14靠近合成氣體發(fā)生系統(tǒng)100的頂部定位，而GHR級5定位在WHB級和POX級之間。POX級1可包括 POX燃燒器組件2，該組件2包括饋送入口 3和另一入口 4。氧氣流和/或蒸汽流可通過另一入口 4被提供給POX級1。燃燒器組件2的燃燒器可構造成阻止POX級1中混合幾乎沒有或可忽略的區(qū)域。例如，燃燒器可被構造成產生穩(wěn)定的渦流。 混合空間6可駐留在POX級1上方且在GHR級5的管子7下方。混合空間6可包括足夠大的空間，用于有效地混合燃燒器5產生的高溫氣體，和/或讓諸如部分氧化和轉移反應之類的高溫反應的發(fā)生有足夠的駐留時間。這可使具有所需的CO對H2之比的合成氣體產生最大的產量，同時，使固體碳顆粒的產生量最小。管子7可至少部分地填充有催化劑，該催化劑適用于對通過GHR入口 19進入GHR級的饋送流的進行催化蒸汽重整。管子7 在冷端處固定到管板7’并且在熱端處沒有固定，以允許在運行溫度下的熱膨脹不受限制。GHR級5的管子7可包括約束裝置9(例如出口噴嘴)以提高氣體排出速度。提高氣體排出速度可促進POX和GHR的產物氣體流之間的良好混合。也可通過在組合的氣體流動流(例如來自GHR級5的管子7和POX級1的組合氣體)中布置孔板8來促進混合?？装?位于 GHR管子7的出口噴嘴9上方。顆粒層(例如圖5中的顆粒層560)可包括固體顆粒，或者， 固體形成的小丸560可放置在孔板上方。這些顆粒或小丸可包括諸如氧化鋁或硅石之類的惰性材料，或能夠耐受運行溫度的其它惰性材料。顆?；蛐⊥杩蛇^濾掉POX反應器內產生的至少一部分的碳顆粒，以防止過多地帶到GHR反應器。被捕獲在這些顆?；蛐⊥璞砻嫔系奶紝⒖焖俚嘏c組合的合成氣體流中存在的多余蒸汽反應(例如，在大于1000°C的運行溫度下)，這種對所沉淀的固體碳的連續(xù)除去將阻止因固體碳的緣故而引起的堵塞。在某些實施方式中，顆粒或小丸可包括催化劑，例如促進水煤氣轉移反應的催化劑。參見化學式(1)。 該方程建立起對平衡的一種逼近，該平衡允許在高溫條件下通過與氫的放熱反應將合成氣體流中存在的部分二氧化碳轉換為一氧化碳。這還可降低合成氣體的溫度。C02+H2 = C0+H20 (化學式(1))GHR級5的管子7可連接到(例如附連到)管板7’。該管板V可支承在一支承環(huán)10上，該支承環(huán)連接到(例如焊接到)POX級1和GHR級5的殼體。GHR管板V在支承環(huán)10上的位置可通過連接構件21 (例如銷、螺栓等)來保持。GHR饋送流可包括蒸汽和一部分碳氫化合物饋送和/或C02，該GHR饋送流可通過 GHR入口 19流入GHR級5內。該GHR入口可包括柔性部分對，從而例如在該單元處于其運行溫度時用來補償熱膨脹。GHR級5可包括靠近其頂部的集管蓋20。該集管蓋20可使用連接構件22 (例如銷、螺栓等)偏心地連接到GHR級5的頂部法蘭，從而它蓋住管板V的頂部(至少一部分)并蓋住所有的GHR管子7。GHR管子7的整個頂部可被集管蓋20覆蓋。 入口噴嘴19的內部可從容器壁11拆下，以便于取出GHR的頂部集管20和/或允許進入各個填充有催化劑的反應器管子。如圖所示，GHR級5包括分段帶擋板的殼側。GHR級5的殼側具有位于管板內的分段切口 12，以允許合成氣體流流出GHR級5殼側并流入WHB級14下方的空間13內。WHB 級14包括連接在殼側上的鍋爐饋送水入口管15 (例如，靠近WHB級底部)以及出口蒸汽或蒸汽加水的移出管16 (例如，靠近GHR級頂部)。WHB級14包括多個管子，這些管子讓與殼側上蒸發(fā)水進行傳熱接觸的全部合成氣體產物流通過。WHB級14包括帶有合成氣體出口管 18的頂蓋17。如圖所示，GHR饋送流可通過GHR入口 19而被提供到由集管蓋封住的區(qū)域20，。 GHR饋送流可從被集管蓋20封住的區(qū)域20’流入管子7內。集管蓋可阻止管子19內的入口饋入物和空間13內產物氣體之間的連通。至少部分的GHR饋送流可經(jīng)受催化蒸汽重整而產生合成氣體。產物流可通過管子7的噴嘴9流出，而與來自組合的合成氣體發(fā)生系統(tǒng)的POX級的氣體混合。該組合流可經(jīng)打孔板8流到GHR級的殼側，以對管子提供熱量，使管子7內的GHR饋送流進行催化蒸汽重整。通過對管子7內的流束提供熱量，可冷卻組合的氣體流。通過納入規(guī)則地間距開的水平阻擋板(例如，垂直地分開，它們以最佳方式引導管子7外的殼側流動，與通過GHR級5殼側的壓降的約束相一致)，可加強殼側合成氣體流的冷卻和傳熱。如圖所示，擋板具有交替布置的分段切口，以便于殼側氣體從一個擋板空間
6流到另一擋板空間。該擋板的布置使得管板內的切口符合于擋板的大小和相對于管束的位置，從而殼側氣體流可通過管板切口 12流出。在某些實施方式中，可采用盤形和炸面圈形的擋板布置。冷卻的氣體流可在開口 12處流出GHR級5的殼側而流入WHB級14和GHR級 5之間的空間13內。冷卻的氣體流然后可流入WHB級14的管側，并提供熱量以從來自于入口 15的饋送水中產生蒸汽，來自于入口 15的饋送水還進一步冷卻已冷卻的組合氣體流。 產生的蒸汽或蒸汽加水可在出口 16處流出WHB的殼側。選擇性地進行進一步處理的部分的或全部的蒸汽流可被提供到GHR級5和/或POX級1，該進一步處理可包括進一步的加熱。進一步冷卻的組合的合成氣體流可在合成的氣體出口 18處流出WHB級和/或組合的合成氣體系統(tǒng)。在某些實施方式中，暴露的金屬部分或這些暴露的金屬部分在空間13內的部分 (例如，選擇性地包括WHB管板的暴露表面的那些露出的金屬部分)可包括保護涂層23 (例如，涂層可以是涂敷的，涂層可以是各個部分的頂層，涂層可以是可除去的偶聯(lián)層等)。保護涂層23可以基本上不滲透氣體，和/或可在GHR級5安裝好集管蓋20之后進行涂敷。如果將來需要更換GHR管束，則保護涂層23可被除去。保護性絕緣可至少部分地覆蓋連接構件21和22。GHR管板7’的下側，或者其至少某些部分可用氣體不滲透的涂層M涂敷。涂層M可使用比GHR管子7便宜的材料來構造管板(例如，GHR管子可包括諸如693或617 那樣的鎳合金)。POX級1和GHR級5中的容器壁內部可用絕熱層25隔熱。絕熱層25可包括永久性的陶瓷隔熱材料?？臻g13區(qū)域內的容器殼內部可用絕熱層沈隔熱，在某些實施方式中，該絕熱層可包括永久性的陶瓷隔熱材料。盡管圖1中示出了一個三級合成氣體發(fā)生系統(tǒng)的實施形式，但仍可添加、消去和/ 或修改各種部件和/或特征。例如，各級可水平地或傾斜地布置。作為另一個實例，POX級可靠近合成氣體發(fā)生系統(tǒng)的頂部定位。GHR級可靠近(例如，鄰近、處于下方等)Ρ0Χ級定位，使WHB在GHR級下方。在此情形中，噴嘴16將在噴嘴15上方并靠近管板27。該系統(tǒng)可布置成垂直或傾斜結構，使POX在頂部，接下來是GHR，而WHB在底部。圖1中所示的垂直結構可使GHR管束在移去余熱鍋爐部分之后容易地被提升出殼體。作為另一實例，管道可以是導管。在某些實施形式中，其它的絕緣層25和/或沈可包括不同類型的絕緣物。POX 級和GHR級的橫截面面積可以是近似相同的大小。在某些實施形式中，組合的合成氣體發(fā)生系統(tǒng)可以是包括三級的單一承壓容器。作為另一實例，WHB級產生的蒸汽可與饋送流組合和/或可提供到預熱器。WHB級產生的蒸汽可不被提供到組合的合成氣體系統(tǒng)外的管道系統(tǒng)，而是相反被提供到POX級和/或GHR級之內。圖4示出使用諸如圖1所示組合的合成氣體發(fā)生系統(tǒng)那樣的組合的合成氣體發(fā)生系統(tǒng)來生產合成氣體的示例的工藝過程。饋送流可使用至少一個靠近三級反應器底部的燃燒器在三級反應器的部分氧化級內部分地氧化(操作40幻。例如，天然氣流、氧氣流和 /或蒸汽可被提供到三級反應器的POX級?？勺柚筆OX級內大于規(guī)定范圍的溫度分布(操作404)。例如，可將POX的燃燒器設計成可在POX級內達到基本上均勻的反應溫度。對于混合幾乎沒有或可忽略的區(qū)域的限制可以例如提高合成氣體產量、降低生產合成氣體的成本、和/或促進POX級內的均勻反應溫度。自由碳和/或煙灰的形成可被阻止(操作406)。 例如，可將POX的燃燒器設計或選擇成使自由碳和/或煙灰的形成為最小?？稍试S三級反應器的POX級內的氣體混合(例如，由于氣體的流動型式)，從而阻止POX級內混合幾乎沒有或可忽略的區(qū)域(操作408)。例如，可將POX的燃燒器定位成使得混合幾乎沒有或可忽略的區(qū)域被減到最小或禁止?？稍赑OX級內產生穩(wěn)定的渦流來阻止混合幾乎沒有或可忽略的區(qū)域。POX級可具有足夠的體積來使燃燒器產生的高溫氣體發(fā)生有效的混合，并有足夠的駐留時間讓高溫反應發(fā)生，該高溫反應可使合成氣體產量最大，并使固體碳顆粒的形成量最小(例如，碳顆粒形成為零或最少)?？稍试S來自POX級的氣體和來自GHR級管子的氣體混合(操作410)。例如，可允許來自POX級和GHR級的氣體在GHR管子和POX級之間的混合區(qū)域內進行混合。來自GHR 管子的氣體可包括通過對進入GHR級的管子的饋送流和蒸汽流和/或CO2流的催化蒸汽重整所產生的合成氣體。來自GHR級的產物氣體可從管子的噴嘴流出，以促進來自POX和GHR 管子的氣體之間的混合(操作412)。組合氣體流可流經(jīng)孔板(操作414)。例如，組合氣體流可經(jīng)靠近混合區(qū)域定位的孔板流到GHR級的殼側?？装蹇芍С杏蓄w粒層，以實現(xiàn)水煤氣轉移反應的平衡和/或對組合的合成氣體混合物的冷卻，該顆粒層可充當除碳裝置和/或催化部分。GHR的殼側可以是加擋板的。允許組合的氣體流流過孔板會在孔板上產生壓降，這會在混合空間的橫截面上的孔板上形成更加均勻的流束(例如，與不使用孔板的流束相比)。GHR級的管子內的蒸汽和饋送和/或CO2可被加熱(操作416)。例如，GHR殼側內的組合的氣體流可提供熱量以加熱GHR級管側內的流束。冷卻的組合氣體流可從GHR級的殼側流到WHB級(操作418)。使用冷卻的氣體可加熱流向WHB的饋送水，以產生提供到GHR級和/或POX級的蒸汽(操作420)。過多的蒸汽可被用于發(fā)電。冷卻的組合氣體流還可通過提供熱量來產生WHB內的蒸汽而進一步冷卻。包括有合成氣體的冷卻的組合氣體流可從WHB流出(操作422)。過程400可用各種系統(tǒng)來實施，例如，用系統(tǒng)100。此外，還可添加、去除或修改各種操作。例如，在二級組合的合成氣體反應器內，操作418、420和/或422可不由組合的合成氣體系統(tǒng)執(zhí)行。作為另一實例，產生的蒸汽流可被提供到預熱器和/或與一部分饋送流混合。在某些實施形式中，過程400或其某些部分可由二級反應器(例如，包括POX級和 GHR級的反應器)執(zhí)行。圖5示出一示例的合成氣體發(fā)生系統(tǒng)500的一部分。如圖所示，該合成氣體發(fā)生系統(tǒng)500包括帶有一體的POX級510和GHR級520的二級反應器。饋送流、氧氣流和/或蒸汽流可被提供到POX級510的燃燒器512。饋送流可部分地被氧化而產生合成氣體。饋送流和蒸汽流和/或(X)2流可被提供到GHR級520的管側。在包括催化劑的管子522內， 管子內的至少一部分饋送流可以被催化蒸汽重整而產生合成氣體。來自GHR級520可選地帶有噴嘴9的管子522的氣體流和POX級510內的氣體可混合并允許流過孔板530。組合的氣體流可經(jīng)孔板530和顆粒層560而流到GHR級的殼側。來自組合的氣體流的熱量可被提供到GHR級的管子內的流束中。允許來自組合氣體流的熱量被利用來加熱GHR側的管內的流束可節(jié)約成本并生產出較高產量的合成氣體。POX級510頂部的形狀可以是這樣形成耐火的容器內襯550(例如，存在突入到容器腔內的突起)，和/或突起可連接到容器的內部區(qū)域，使得管子522在POX氣體流的出口橫截面上大致均勻地分布，如圖5-7所示。圖6示出POX級頂部600的截面圖。如圖所示，兩個擋板部分610靠近截面邊緣設置，假定沒有管子620通過該擋板部分。如圖7所示，對于盤形和炸面圈形的殼側擋板結構的GHR，它的橫截面700顯示在圖7中，部分710呈環(huán)形的環(huán)，在GHR出口接管上方的孔板MO內還可有一圓形的空白區(qū)域。如圖5所示，孔板530可靠近GHR管子522的端部設置(例如，在管子出口噴嘴9 上方)。GHR管可穿過孔板530。孔板530可包括多個讓GHR管子穿過的孔以及可能小一些的第二組孔。來自混合區(qū)域的氣體流可通過第二組孔而流到GHR的殼側。第二組孔可造成進一步的壓降和/或確保在P0X/GHR混合空間的橫截面上的均勻流束。在該孔板530和顆粒層560上方，組合的合成氣體流可在氣體流進入帶擋板的熱交換部分時呈不對稱。三級反應器和/或二級反應器的各種實施方式可包括以下一個或多個特征，或不包括以下特征。POX級和GHR級之間的容器橫截面面積(例如直徑)可以相同或不同。例如，容器在POX級和GHR級之間和/或沿GHR級可以是狹窄的。作為另一個實例，容器可沿其長度具有大致一致的橫截面面積。在某些實施形式中，GHR級的殼側可包括墊料層，比如惰性陶瓷形的墊襯材料(例如，在圖5中所示的空間560中)。墊料可設置在打孔板上方， 并可捕獲POX燃燒器產生的碳顆粒(例如，特別是系統(tǒng)升溫到運行溫度時在系統(tǒng)啟動過程中會產生碳顆粒)。系統(tǒng)的特征可以是當系統(tǒng)在大致高于900°C的溫度下運行時，在墊料層上所捕獲的任何碳在與蒸汽反應時將被氣化為CO和H2。系統(tǒng)的另一特征可以是POX燃燒器可以是單個單元或多個單元，各個單元有單獨的氧氣、饋送流和/或蒸汽入口。POX燃燒器可靠近POX級底部集管設置，并垂直向上燃燒。燃燒器可設計成促進熱的產物合成氣體反混到高溫的一次氧氣/碳氫化合物反應區(qū)域內，以確保均勻的反應溫度范圍。燃燒器還可設計成盡可能減小、阻止和/或消除由燃燒器產生的自由碳或煙灰。系統(tǒng)的另一特征可包括燃燒器的設計可致使再循環(huán)，并可提供直接在各個燃燒器上方提供穩(wěn)定的渦流排氣流動型式。穩(wěn)定的渦流可提供大的再循環(huán)氣體流動型式，其返回到燃燒器的反應區(qū)域內。在某些實施形式中，在POX級的主區(qū)域內可有最小水平的體積再循環(huán)。例如，大于90 %的POX合成氣體可具有4秒或以上的駐留時間，以留出使POX反應器內的合成氣體生產達到最大的時間。系統(tǒng)的另一特征可包括GHR管子出口的合成氣體流和POX合成氣體流的混合獨立于POX燃燒器系統(tǒng)內的流動型式。由此，可實施對于各個混合級合適的流動型式。在某些實施形式中，混合來自各個填充有催化劑的管子的GHR出口合成氣體的主要機制是利用靠近各個管子端部的限制噴嘴。流出該噴嘴的氣體可具有至少約為20米/秒的平均出口速度，和/或從約30至80米/秒的平均出口速度。這些高速氣體流可導致大部分周圍氣體與流出管子的GHR合成氣體產物混合。系統(tǒng)的另一特征可包括GHR反應器容器級可布置有GHR管子，使用分段的擋板或盤形和炸面圈結構的擋板，使GHR管子呈帶擋板的熱交換器的構造。系統(tǒng)的另一特征可包括圍繞各個GHR管子7的同心管子，使得離開層560的組合的合成氣體進入到這些同心的空間，并提供GHR重整反應所需的熱量。同心管子然后可在 GHR的冷端處終止在頂部擋板上(既可分段也可同心)，使得組合的合成氣體流可經(jīng)過開口 12而進入GHR和WHB之間的空間13內。系統(tǒng)的另一特征可包括大大地節(jié)約成本(例如，降低管道要求、減小占地面積、更有效地回收和利用熱等)。例如，在某些實施形式中，不需要用管道讓產物氣體流(例如合成氣體)在多個容器之間流動。單獨容器所需的管道通常是高溫的，用大直徑高壓外鋼管使內部絕緣，該鋼管必須是加水套的以保持溫度恒定，或必須對因內部絕緣問題引起的任何可能的局部加熱進行監(jiān)視。減少對該類型昂貴管道的需求可降低安裝成本(例如，由于安裝較容易，所需管道較少等)，降低合成氣體生產的成本(例如，由于不再需要監(jiān)視、修理或更換昂貴的管道)。作為另一實例，當使用三個單獨的容器時，在容器之間需要最小的垂直和水平間距(例如，由政府和/工業(yè)標準所要求，諸如DOW Fire and Safety Standards), 以適應高溫合成氣體管道連接。這意味著三個容器被支承在一個具有很大橫截面面積和高度的昂貴的鋼框架結構上。單一容器可自由樹立而具有足夠的間隙，以便于從容器底部拆下燃燒器。與使用單獨容器的系統(tǒng)相比，支承鋼結構可以是不必要的，和/或可要求大大減少的支承鋼。此外，單個單元的成本遠低于三個單元的成本。例如，在單一單元上有二個高壓容器頭，而不是三個單獨的單元上的六個容器頭。此外，與三個單元或二個單元相比，由于使用單一單元時只需要對一個容器的進行編碼和批準，所以可節(jié)約成本和時間。系統(tǒng)的另一特征包括單一單元可構造成完全模塊化制造的可搬運的組件，其還可包括其它上游和下游部件，其產量遠大于三個容器的結構。另一特征包括減少耐火材料失效的風險，因為耐火材料布置、定位和數(shù)量比內部絕緣的互連管道的設計更為有利。系統(tǒng)的另一特征可包括與單一容器的啟動和運行有關的重要問題大致相同或較少。事實上，與兩個或三個分開的單元相比，與單一容器有關問題較少，因為在實踐中，所有三個容器的合成氣體系必須如單一單元那樣啟動、關閉和運行，而三個單元之間無隔離閥。 另一特征可包括用于監(jiān)視裝置特性的傳感器可容易地定位在單一容器的封殼內。而且，若與多個單元的維護和檢查相比較，則單個容器結構中的維護和檢查更加便利。另一特征可包括POX級的穩(wěn)定渦流混合。例如，美國專利No. 4，741，885中所述的系統(tǒng)包括POX燃燒器的漩渦結構，該結構沿著容器長度以誘發(fā)出渦流，該渦流具有向上的中心分量，其橫截面對應于GHR內管子區(qū)域的橫截面。使用多個燃燒器，它們圍繞POX部分的外圍切向地布置并在各個燃燒器位置處與徑向軸線成角度地傾斜，還向上傾斜，以在POX 級腔內誘發(fā)出向上的漩渦運動。然而，會發(fā)生死區(qū)或者混合不力或流速很低的區(qū)域。死區(qū)可在POX級內造成不均勻的反應溫度分布，和/或降低合成氣體的產量。此外，美國專利 No. 4，741，885中所述的系統(tǒng)造成沿單元的壓差。該壓差是非常不理想的。另一缺點在于， 渦流形成在POX空間的全部本體內，并用來誘發(fā)出以較低溫度被抽吸到POX空間內的合成氣體產物，因此，局部地降低POX空間的溫度，并防止由于該結構所造成的溫度和駐留時間變化引起POX燃燒器氣體轉化為合成氣體的最大化。盡管在實施方式中描述了流束包括各種組分，但這些流束還可包括一個或多個其它的組分。例如，盡管饋送流被描述為包括甲烷，但饋送流還可包括其它組分，諸如其它的碳氫化合物(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)、有機化合物、含硫化合物(例如有機硫化合物、硫化氫等)、氮；氬等。饋送流可以是天然氣、原油生產相關的氣體、諸如精煉生產的其它過程中產生的可燃廢氣、液態(tài)碳氫化合物等。在某些實施方式中，當饋送流可能是例如處理過的天然氣時，天然氣中的硫化合物可被除去，或至少部分地除去，以防止催化劑被破壞，尤其是在GHR內。作為另一個實例，盡管合成氣體被描述為包括一氧化碳和氫，但合成氣體還可包括其它的組分，比如惰性氣體(例如氮或氬)。作為另一個實例，氧氣流中除了氧之外還可包括惰性氣體或氮。
盡管各種流束被描述為氣體流或包括氣體的流束，但在流束中也可存在有其它形式的物質。例如，流束可包括液體、作為實例來說，WHB級中的流束可包括水，而蒸汽或液體的碳氫化合物可被用作為送向POX燃燒器的饋送流。盡管結合二級反應器或三級反應器的介紹描述了各種特征，但各種特征也可應用于其它的反應器中。盡管在各種實施形式中描述了管道，但合適的話也可使用其它的管路。盡管在各種實施形式中描述了容器，但合適的話也可使用其它類型的容器(例如，各種形狀和設計)。盡管以上描述了系統(tǒng)的特殊實施形式，但可以添加、去除和/或修改各種部件。此外， 所描述的各種溫度和/或濃度只是為了解釋的目的。合適的話，溫度和/或濃度都可改變。至此已經(jīng)描述了多個實施形式。然而，應該理解到，可以作出各種的修改而不會脫離本發(fā)明的精神和范圍。因此，其它的實施形式均落入在本申請的范圍之內。應該理解到，各種本發(fā)明實施形式不局限于所描述的特殊系統(tǒng)或過程，當然，它可以是變化的。還應該理解到，這里所用的術語僅是為了描述特殊的實施形式，而不是意圖加以限制。如本說明書中所采用的，單數(shù)形式的冠詞均包括了復數(shù)，除非文中另有清楚地指明。因此，例如，說到“流束”這詞，其可包括兩個或多個流束的組合，“饋送”可包括不同類型的饋送。
權利要求
1.一種生產至少含有氫和一氧化碳的合成氣體的系統(tǒng)，其包括部分氧化反應器(POX)，該部分氧化反應器使碳氫化合物饋送流的第一部分與氧化氣體進行放熱反應，以生成放熱產生的合成氣體產物，該氧化氣體包括在第一反應器內的分子氧和可選的蒸汽和二氧化碳，其中，饋送流包括甲烷；鄰近于POX定位的氣體加熱重整器(GHI )，其在熱交換重整器內的催化劑上，用蒸汽和可選的二氧化碳吸熱地重整碳氫化合物饋送流的第二部分，以生成吸熱重整的合成氣體產物，其中，生成吸熱重整的合成氣體產物所用的熱量從冷卻來自POX和GHR的組合的合成氣體產物流所釋放出的熱量得到；鄰近于GHR定位的余熱鍋爐(WHB)，該余熱鍋爐使用冷卻來自GHR的組合的合成氣體流所釋放出的熱量來生成蒸汽；以及其中，POX、GHR和WHB被包含在單一壓力容器內，該單一壓力容器獨立于POX、GHR和 WHB之間的管道，并具有來自于POX的合成氣體和來自于GHR的合成氣體之間的內部混合， 以產生流過GHR管子的組合的合成氣體流，為吸熱重整反應提供熱量，并使組合的合成氣體流出GHR殼側而進入WHB以提供產生蒸汽的熱量。
2.如權利要求1所述的系統(tǒng)，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.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，POX包括POX燃燒器，該POX燃燒器具有用于饋送流的第一入口以及用于氧氣流和可選的蒸汽流和二氧化碳流的第二饋送，且該POX 燃燒器構造成阻止混合可忽略的區(qū)域，并對POX內產生的氣體提供均勻的駐留時間。
4.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括介于GHR和WHB之間的混合級，用于混合由POX和GHR產生的合成氣體產物，使得進入GHR殼側的組合的氣體流處于基本上均勻的溫度下。
5.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，GHR內部結構包括管板，GHR管子在該管板中包括有開口，總體合成氣體流可通過該開口，通過固定到管板并覆蓋管板一部分的蓋子與總體GHR饋送流隔絕，所述GHR管子固定在管板內。
6.如權利要求1或5所述的系統(tǒng)，其特征在于，GHR包括用于總體饋送流的GHR入口， 該GHR入口包括用于補償熱膨脹的柔性構件。
7.如權利要求1、5或6所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括總體GHR饋送氣體入口噴嘴和 GHR管板蓋之間的內部連接，可移去該管板蓋以露出GHR管子。
8.如權利要求1、5、6或7所述的系統(tǒng)，其特征在于，可通過移去WHB以露出GHR來從壓力容器中移去GHR管束。
9.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，各個GHR管子包括諸如出口端上的噴嘴那樣的約束裝置來提高GHR合成氣體的排放速度，該約束裝置至少靠近POX和GHR之間的混合區(qū)域定位。
10.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，GHR包括位于GHR管子出口約束裝置上方的孔板，總體合成氣體產物流過該孔板，孔板具有讓管子通過的孔和讓總體合成氣體通過的孔，孔的大小被設置成促進總體合成氣體產物的混合。
11.如權利要求1或10所述的系統(tǒng)，其特征在于，一層固體顆粒放置在孔板上方，以捕獲總體合成氣體產物流中的碳顆粒并能夠有足夠的駐留時間，該足夠的駐留時間用于所沉積的碳與總體合成氣體產物流中存在的蒸汽反應。
12.如權利要求1、10或11所述的系統(tǒng)，其特征在于，固體顆粒包括用于一氧化碳轉移反應的催化劑，以降低總體合成氣體產物流的溫度，并減小總體合成氣體產物流中一氧化碳對氫的比例。
13.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，GHR和WHB之間的空間內以及GHR管板下側上的暴露的金屬表面涂覆有一層材料，該材料在運行條件下基本上不被一氧化碳的擴散所滲透。
14.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，POX和GHR區(qū)域內的壓力容器內壁以及GHR 和WHB之間的空間用合適的耐火隔熱材料進行內部隔絕。
15.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，GHR管子由基本上耐受因暴露于總體合成氣體產物流所造成的金屬粉化的材料制成。
全文摘要
在各種系統(tǒng)和過程中，合成氣體的生成可以進行組合。部分氧化反應器(POX)和氣體對流加熱蒸汽/碳氫化合物催化重整器(GHR)可進行組合來生產合成氣體。在某些實施形式中，部分氧化反應器、氣體對流加熱蒸汽/催化重整器以及余熱鍋爐可組合起來以生產合成氣體。
文檔編號C10J3/86GK102165047SQ200980139122
公開日2011年8月24日 申請日期2009年9月29日 優(yōu)先權日2008年9月29日
發(fā)明者R·J·阿拉姆 申請人:Gtl汽油有限公司