一種集成式氣態(tài)烴換熱式蒸汽轉(zhuǎn)化與非催化部分氧化結(jié)合生產(chǎn)合成氣的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種含控物料生產(chǎn)合成氣的方法，具體設(shè)及一種集成式氣態(tài)控?fù)Q熱式 蒸汽轉(zhuǎn)化與非催化部分氧化結(jié)合生產(chǎn)合成氣的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 天然氣、頁巖氣、煤層氣、油田氣、煉廠氣、焦?fàn)t氣、熱解氣等氣態(tài)控W甲燒為主要 成分，是重要的基礎(chǔ)能源和化工原料。將氣態(tài)控轉(zhuǎn)化為經(jīng)合成氣（C0+H2)，再經(jīng)合成氣合成 氨、甲醇、油品等化學(xué)品是氣態(tài)控利用的普遍方法。正在開發(fā)或者已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的甲燒間 接轉(zhuǎn)化有如下幾種：蒸汽轉(zhuǎn)化、非催化部分氧化、自熱重整、催化部分氧化W及二氧化碳重 整等，運(yùn)些工藝路線的主要區(qū)別有反應(yīng)器形式、甲燒轉(zhuǎn)化的主要反應(yīng)、供熱方式等。在運(yùn)些 反應(yīng)器中，主要發(fā)生的反應(yīng)有水蒸汽重整、二氧化碳重整、甲燒完全或者部分氧化W及水煤 氣變換反應(yīng)等。
[0003]目前國際上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的氣態(tài)控制備合成氣路線主要有=條：一是蒸汽轉(zhuǎn) 化，該工藝一般為兩段轉(zhuǎn)化，一段為水蒸汽轉(zhuǎn)化，氣態(tài)控和水蒸氣按比例混合后，在管壁外 側(cè)由燃?xì)馊紵岬墓苁椒磻?yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，二段反應(yīng)器（一般為自熱重整反應(yīng)器）中，一段 轉(zhuǎn)化氣與補(bǔ)充的氧氣反應(yīng)完成甲燒的進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，該工藝因需抑制積碳生成W及提高一段 甲燒的轉(zhuǎn)化率，水碳比較高（工業(yè)上一般采用3~5)，能耗相對(duì)較高，且設(shè)備面積大，投資 高；二是非催化部分氧化，該工藝路線添加的蒸汽量較小，主要利用高溫高壓條件下甲燒與 水蒸氣和二氧化碳的反應(yīng)完成氣態(tài)控的徹底轉(zhuǎn)化；=是自熱重整，該工藝路線是將放熱的 非催化部分氧化與吸熱的蒸汽轉(zhuǎn)化整合在單個(gè)反應(yīng)器中，相較于蒸汽重整，自熱重整水碳 比有所降低，但是仍需要添加大量水蒸氣來抑制積碳生成。
[0004] 根據(jù)蒸汽轉(zhuǎn)化二段出口合成氣溫度較高，利用二段反應(yīng)器出口合成氣的顯熱代替 傳統(tǒng)外部燃?xì)馊紵峁┓磻?yīng)所需熱量，即二段出口高溫合成氣在一段管式反應(yīng)器外與管內(nèi) 氣體換熱供熱，此工藝為換熱式蒸汽轉(zhuǎn)化，典型代表有LCA工藝。該工藝路線有效利用了二 段出口高溫合成氣的熱量，同時(shí)降低了工藝路線的比氧耗。 陽0化]現(xiàn)有工廠采用的換熱式蒸汽轉(zhuǎn)化一般將自熱重整作為二段反應(yīng)器，然而運(yùn)種換熱 式蒸汽轉(zhuǎn)化工藝仍有傳統(tǒng)蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)器集成度低、設(shè)備占地面積大等問題。
[0006] W非催化部分氧化轉(zhuǎn)化爐作為換熱式蒸汽轉(zhuǎn)化的二段反應(yīng)器在技術(shù)上亦可實(shí)現(xiàn)， 并且該工藝路線有W下優(yōu)點(diǎn)：
[0007] (1)非催化部分氧化轉(zhuǎn)化爐相較于自熱重整轉(zhuǎn)化爐出口合成氣中甲燒轉(zhuǎn)化更加徹 底，工藝的整體能量利用效率更高；
[0008] (2)非催化部分氧化轉(zhuǎn)化爐合成氣比自熱重整轉(zhuǎn)化爐溫度更高，可提高一段列管 式反應(yīng)器的操作溫度，有利于提高在甲燒蒸汽重整反應(yīng)速度，進(jìn)而提高一段蒸汽轉(zhuǎn)化甲燒 轉(zhuǎn)化率，同時(shí)，根據(jù)已有研究發(fā)現(xiàn)提高蒸汽轉(zhuǎn)化操作溫度有利于抑制積碳生成，因此非催化 部分氧化轉(zhuǎn)化爐作為二段反應(yīng)器可減少一段蒸汽添加量，有效降低單位產(chǎn)品比蒸汽耗；
[0009] (3)自熱重整轉(zhuǎn)化爐長期運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致催化劑活性降低，在運(yùn)行一段時(shí)間后需中斷 運(yùn)行更換催化劑，非催化部分氧化轉(zhuǎn)化爐無需使用催化劑，W非催化部分氧化轉(zhuǎn)化爐作為 二段反應(yīng)器的換熱式蒸汽轉(zhuǎn)化工藝在設(shè)備運(yùn)行的連續(xù)性上亦更有優(yōu)勢(shì)。
[0010] 因此，本發(fā)明提出一種集成式氣態(tài)控?fù)Q熱式蒸汽轉(zhuǎn)化與非催化部分氧化結(jié)合生產(chǎn) 合成氣的方法，將換熱式蒸汽轉(zhuǎn)化和非催化部分氧化集成在一個(gè)反應(yīng)器中。相較于傳統(tǒng)的 非催化部分氧化、自熱重整和換熱式蒸汽轉(zhuǎn)化等工藝路線，具有熱利用效率高，合成氣產(chǎn)量 高、設(shè)備集成度高、占地面積小、投資省等特點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 鑒于上述問題，本發(fā)明的目的一種集成式氣態(tài)控?fù)Q熱式蒸汽轉(zhuǎn)化與非催化部分氧 化結(jié)合生產(chǎn)合成氣的方法，該方法使用的設(shè)備是集成式轉(zhuǎn)化爐。具體技術(shù)方案如下：
[0012] 一種集成式氣態(tài)控?fù)Q熱式蒸汽轉(zhuǎn)化與非催化部分氧化結(jié)合生產(chǎn)合成氣的方法，包 括如下步驟：
[0013] (1)將凈化的氣態(tài)控預(yù)熱至100~600°c，然后與水蒸氣混合后進(jìn)入集成式轉(zhuǎn)化爐 1;所述水蒸汽和所述氣態(tài)控的配比使水碳摩爾比達(dá)到1. 5~3. 0 :1;
[0014] (2)步驟1得到的混合物通過氣流均布器2進(jìn)入列管式蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)區(qū)3,發(fā)生氣 態(tài)控蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)，反應(yīng)所需熱量由非催化部分氧化區(qū)4生成的高溫合成氣的顯熱通過管 壁換熱提供；
[0015] 氣態(tài)控蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)的產(chǎn)物經(jīng)氣體收集器5收集后，與經(jīng)過氧氣加熱器6預(yù)熱后 的氧氣經(jīng)噴嘴7進(jìn)入非催化部分氧化區(qū)4進(jìn)一步反應(yīng)生成高溫合成氣，實(shí)現(xiàn)氣態(tài)控的進(jìn)一 步轉(zhuǎn)化，所述高溫合成氣通過蒸汽轉(zhuǎn)化列管式反應(yīng)器的間隙，由管壁向一段蒸汽轉(zhuǎn)化供熱 后，由導(dǎo)管8離開集成式轉(zhuǎn)化爐進(jìn)入下游的熱量回收裝置。
[0016] 所述氣態(tài)控選自天然氣、頁巖氣、油田氣、煤層氣、煉廠氣、焦?fàn)t氣、熱解氣氣態(tài)含 控化合物中的一種或幾種。
[0017] 所述氧化劑是氧氣、空氣或者富氧空氣。
[0018] 所述集成式轉(zhuǎn)化爐1的向火面襯里的材料是耐火磚。
[0019] 出集成式轉(zhuǎn)化爐1的合成氣經(jīng)導(dǎo)管8進(jìn)入熱量回收裝置，該熱量回收裝置可采用 水管鍋爐或者火管鍋爐。
[0020] 所述集成式轉(zhuǎn)化爐1的工作壓力為0. 1~12MPa ;非催化部分氧化區(qū)4補(bǔ)充的氧 化劑需使非催化部分氧化區(qū)的合成氣溫度達(dá)到1000~1700°c，W實(shí)現(xiàn)甲燒的徹底轉(zhuǎn)化，同 時(shí)保證列管式反應(yīng)器的熱量供應(yīng)；高溫?zé)岷铣蓺饨?jīng)過列管式反應(yīng)器降溫后，出集成式轉(zhuǎn)化 爐溫度為650~800 °C。
[0021] 本發(fā)明提出了集成式氣態(tài)控?fù)Q熱式蒸汽轉(zhuǎn)化與非催化部分氧化結(jié)合生產(chǎn)合成氣 的方法，其優(yōu)點(diǎn)在于：甲燒轉(zhuǎn)化測(cè)底，蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)區(qū)蒸汽消耗低，工藝的整體能量利用效 率高；非催化部分氧化區(qū)采用非催化部分氧化氣化爐，裝置連續(xù)運(yùn)行時(shí)間長；設(shè)備集成度 高、占地面積小、投資省。
【附圖說明】
[0022] 圖1是實(shí)施例1生產(chǎn)合成氣方法的工藝流程示意圖。 陽〇2引符號(hào)說明
[0024] 1集成式轉(zhuǎn)化爐；2氣體均布