專利名稱:用于烴類一次及二次催化水蒸汽轉(zhuǎn)化的聯(lián)合方法及設(shè)備的制作方法
本發(fā)明涉及流體烴類的水蒸汽轉(zhuǎn)化。特別是涉及一個(gè)改進(jìn)方法及設(shè)備，以減少這類水蒸汽轉(zhuǎn)化操作的燃料消耗。
在流體烴類諸如天然氣的一次水蒸汽轉(zhuǎn)化過(guò)程中，進(jìn)料和水蒸汽通過(guò)裝有催化劑的垂直懸掛的轉(zhuǎn)化裝置的管束，在管式反應(yīng)器的爐子部分靠輻射熱傳遞，和(或)與燃燒氣接觸傳熱以維持高溫。轉(zhuǎn)化裝置管束的熱流出氣，可以通過(guò)一個(gè)廢熱回收區(qū)以發(fā)生水蒸汽，而水蒸汽又可用于蒸汽轉(zhuǎn)化操作。常規(guī)的一次水蒸汽轉(zhuǎn)化操作，通常約在750℃到850℃或更高的溫度下進(jìn)行，水蒸汽與烴類進(jìn)料的摩爾比約為2/1到4/1。
一次水蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)是一個(gè)高度吸熱的反應(yīng)，所需要的大量的熱通常是由外部燃料在轉(zhuǎn)化爐中接近常壓下進(jìn)行燃燒所供給的。轉(zhuǎn)化裝置管束的管壁一定要能經(jīng)受住嚴(yán)苛的操作條件，諸如表皮溫度約為750-880℃，而且壓差約為15-40巴。因而，轉(zhuǎn)化裝置的管束通常用高級(jí)合金制造，在如此嚴(yán)苛的條件下，昂貴的材料只有有限的操作壽命。轉(zhuǎn)化裝置管束內(nèi)部的反應(yīng)溫度一般約低于850℃，故從一次轉(zhuǎn)化裝置得到的流出氣，通常含有2-6%的甲烷。
此外，根據(jù)常規(guī)的做法，一次轉(zhuǎn)化的流出物有時(shí)通入二次轉(zhuǎn)化區(qū)，轉(zhuǎn)化氣體混合物中未轉(zhuǎn)化的甲烷與空氣、氧氣或其它合適的含氧氣體在此進(jìn)行催化反應(yīng)。甲烷與氧的二次轉(zhuǎn)化反應(yīng)是一個(gè)放熱燃燒反應(yīng)，反應(yīng)中溫度一般約升到950℃以上，而且不用像一次轉(zhuǎn)化時(shí)的那樣外部供熱。二次轉(zhuǎn)化反應(yīng)器的器壁可以用耐火材料保護(hù)，而且，比起一次轉(zhuǎn)化裝置管束的情況，可保持在低得多的溫度，例如300℃。單個(gè)大直徑的二次轉(zhuǎn)化反應(yīng)器可用來(lái)代替反應(yīng)管束，可采用價(jià)值較低的材料，而一次轉(zhuǎn)化裝置必須應(yīng)用昂貴的材料。由于采用了很高的反應(yīng)溫度，從二次轉(zhuǎn)化裝置反應(yīng)器排出的流出物氣體中只剩下很少量的未轉(zhuǎn)化的甲烷。
不論用這種水蒸汽轉(zhuǎn)化操作方法，還是通過(guò)部分氧化反應(yīng)，都生成大量氫氣或含氫氣和氮?dú)獾陌焙铣蓺饣旌衔铩２糠盅趸穸无D(zhuǎn)化一樣，是一個(gè)放熱、自供熱和內(nèi)部燃燒的過(guò)程。二次轉(zhuǎn)化也是一個(gè)催化過(guò)程，然而，各種已知的部分氧化過(guò)程都采用非催化反應(yīng)，因而操作在較高的反應(yīng)溫度約在1300℃左右。應(yīng)用二次轉(zhuǎn)化或應(yīng)用部分氧化過(guò)程所得到的重大利益，在某種程度上由于需要將含氧氣體壓縮到要求的反應(yīng)壓力或者還高的壓力而被抵銷了。二次轉(zhuǎn)化和部分氧化過(guò)程的另外一個(gè)缺點(diǎn)，是部分進(jìn)料氣體燃燒生成了二氧化碳和水而不是要求的產(chǎn)品。因此，雖然自供熱過(guò)程不需要任何燃料，但仍要求較多的天然氣或其它進(jìn)料氣體，以生成一定量的氫氣或者合成氣。相反，典型的一次轉(zhuǎn)化的燃料消耗速率介于進(jìn)料速率的30%和50%之間。
熟悉此工藝的人員知道，不把進(jìn)料氣體進(jìn)行初始的一次轉(zhuǎn)化，而單獨(dú)應(yīng)用二次轉(zhuǎn)化過(guò)程是不實(shí)際的。所以，在實(shí)際工業(yè)操作中，生產(chǎn)純氫氣產(chǎn)品的最常用的過(guò)程，是單獨(dú)的一次轉(zhuǎn)化或者用氧氣的部分氧化。另一方面，當(dāng)要求生產(chǎn)含有氫氣和氮?dú)獾陌焙铣蓺怏w混合物時(shí)，最常用的是緊接著一次轉(zhuǎn)化進(jìn)行二次轉(zhuǎn)化的組合，二次轉(zhuǎn)化中使用空氣而不用氧氣。這種一次及二次轉(zhuǎn)化的組合是部分自供熱的，其二次轉(zhuǎn)化裝置不需要外部燃料，不過(guò)其缺點(diǎn)是要求應(yīng)用比較大的一次轉(zhuǎn)化裝置，而且熱效率較低。此技術(shù)的這種缺點(diǎn)已被認(rèn)識(shí)，并已努力回收熱量以減小外部燒燃料的一次轉(zhuǎn)化裝置爐子的尺寸，以改進(jìn)整個(gè)方法。在夸特利等的美國(guó)專利3，264，066中，講到了為生產(chǎn)氨合成氣體的一次及二次轉(zhuǎn)化操作特有的問(wèn)題，包括需要大尺寸的設(shè)備，和在理想的操作條件下要用大量的水蒸汽和燃料?？涮乩裙_(kāi)了在一次及二次轉(zhuǎn)化裝置之間應(yīng)用一個(gè)熱交換器，用以使一次及二次轉(zhuǎn)化裝置的流出物進(jìn)行間接的熱交換。作為二次轉(zhuǎn)化裝置進(jìn)料的一次轉(zhuǎn)化裝置流出物的溫度由此提高了，同時(shí)，二次轉(zhuǎn)化裝置流出物的溫度降低了。在克羅福特等的美國(guó)專利4，079，017中的另一個(gè)方法，是建議將同樣的兩個(gè)水蒸汽轉(zhuǎn)化裝置用于烴類進(jìn)料的一次轉(zhuǎn)化。一部分進(jìn)料用輻射熱的方法加熱，即采用水蒸汽轉(zhuǎn)化爐，同時(shí)另一部分進(jìn)料在一個(gè)熱交換器-反應(yīng)器單元中，與二次轉(zhuǎn)化操作出來(lái)的流出物進(jìn)行間接熱交換來(lái)加熱。上述兩個(gè)專利的方法是回收熱量以用于轉(zhuǎn)化反應(yīng)，這樣縮小了外部燒燃料的一次轉(zhuǎn)化裝置，或者如同美國(guó)專利3，264，066中的全部進(jìn)料，或者如同美國(guó)專利4，079，017中至少進(jìn)料的主要部分，通過(guò)這種一次轉(zhuǎn)化裝置。常規(guī)型熱交換器在轉(zhuǎn)化所要求的相對(duì)的高溫下操作，會(huì)引起困難的機(jī)械設(shè)計(jì)問(wèn)題，因而兩個(gè)專利也都有通常遇到的典型的設(shè)備問(wèn)題的不利方面。
在富德雷的美國(guó)專利4，337，170中公開(kāi)了另一個(gè)方法，用以減少燃料消耗來(lái)改進(jìn)水蒸汽轉(zhuǎn)化操作，該專利介紹了在一次轉(zhuǎn)化裝置熱交換器單元中轉(zhuǎn)化20-30%的進(jìn)料，在此單元中從常規(guī)轉(zhuǎn)化裝置出來(lái)的熱產(chǎn)品流出物，聯(lián)同轉(zhuǎn)化裝置-熱交換器自身出來(lái)的熱產(chǎn)品流出物一起，提供該轉(zhuǎn)化裝置-熱交換器單元的熱量。常規(guī)轉(zhuǎn)化裝置包括或者是單獨(dú)的一次轉(zhuǎn)化，或者是這種一次轉(zhuǎn)化和二次轉(zhuǎn)化偶聯(lián)的操作。在后一種情況時(shí)，從二次轉(zhuǎn)化器出來(lái)的熱流出物進(jìn)入轉(zhuǎn)化裝置-熱交換器。與克羅福特等的方法不同，克羅福特法中，同樣的兩個(gè)中的每一個(gè)一次水蒸汽轉(zhuǎn)化裝置的流出物，必須進(jìn)入一個(gè)二次轉(zhuǎn)化裝置，從該二次轉(zhuǎn)化裝置出來(lái)的產(chǎn)品混合物，用來(lái)供給一部分進(jìn)料一次轉(zhuǎn)化時(shí)所需要的熱量;而富德雷的方法不要求采用二次轉(zhuǎn)化裝置。盡管所提供的加工靈活性是合乎需要的，但直接進(jìn)入轉(zhuǎn)化裝置的有一部分進(jìn)料，在任何情況下都沒(méi)有進(jìn)行二次轉(zhuǎn)化，甚至當(dāng)有一個(gè)二次轉(zhuǎn)化裝置用來(lái)處理從常規(guī)一次轉(zhuǎn)化裝置出來(lái)的流出物時(shí)也是這樣。其結(jié)果是混合的產(chǎn)品流出物的殘余甲烷濃度，比從二次轉(zhuǎn)化出來(lái)的產(chǎn)品氣流的甲烷濃度要高很多。盡管富德雷公開(kāi)的應(yīng)用一個(gè)轉(zhuǎn)化裝置-熱交換器能夠大量減少燃料消耗，并具有其它操作優(yōu)點(diǎn)，但是未轉(zhuǎn)化甲烷的損失仍是不理想的。正如夸特利等和克羅福特等的技術(shù)一樣，也可看到富德雷方法需要應(yīng)用一個(gè)外部燒燃料的一次轉(zhuǎn)化裝置的爐子，雖然燃料的需要量在這里是減少了。
盡管為改進(jìn)水蒸汽轉(zhuǎn)化操作作了這些努力，但要意識(shí)到在此技術(shù)中還有一個(gè)要求，要在這種操作中得到較低的水蒸汽及燃料的需要量和較高的熱效率。另外，也要求改進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)以減小所應(yīng)用的整個(gè)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的尺寸，并達(dá)到其它有用的目的，諸如減少一次轉(zhuǎn)化裝置管束所受到的熱應(yīng)力。也要求在較高的壓力下進(jìn)行水蒸汽轉(zhuǎn)化操作，如在20-100巴的范圍內(nèi)。對(duì)這些要求的改進(jìn)也與一次及二次轉(zhuǎn)化操作的聯(lián)合有關(guān)，以得到二次轉(zhuǎn)化的效益，同時(shí)達(dá)到比迄今為止技術(shù)上可能得到的更高的全部轉(zhuǎn)化操作效率。
本發(fā)明的一個(gè)目的，是要為烴類的轉(zhuǎn)化提供一個(gè)改進(jìn)的方法和設(shè)備。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是為盡量減少轉(zhuǎn)化操作的燃料需要，而提供一個(gè)方法和設(shè)備。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是為烴類的聯(lián)合的一次及二次轉(zhuǎn)化，提供一個(gè)方法及設(shè)備。
本發(fā)明的另一個(gè)目的，是提供一個(gè)具有低水蒸汽需要量和高熱效率的轉(zhuǎn)化方法。
本發(fā)明進(jìn)一步的目的，是提供一個(gè)緊湊設(shè)計(jì)和減少一次轉(zhuǎn)化裝置管束熱應(yīng)力的一次及二次轉(zhuǎn)化設(shè)備。
本發(fā)明進(jìn)一步的一個(gè)目的還在于提供一個(gè)方法及設(shè)備，使水蒸汽轉(zhuǎn)化操作在較高壓力下進(jìn)行，如在約20-100巴的范圍內(nèi)。
記住這些和其它目的，下文詳述本發(fā)明，其新穎的特征在所附的權(quán)利要求
中特別指出。
本發(fā)明產(chǎn)生一個(gè)聯(lián)合的一次及二次轉(zhuǎn)化的方法及設(shè)備，它的操作方式是使烴類及水蒸汽完全自供熱的轉(zhuǎn)化為氫氣及碳的氧化物。這樣就不需要一個(gè)外部燒燃料的一次轉(zhuǎn)化裝置。從設(shè)備的一次轉(zhuǎn)化區(qū)出來(lái)的部分轉(zhuǎn)化的流出物，通過(guò)一個(gè)合適的導(dǎo)管，穿過(guò)催化劑床層進(jìn)入二次轉(zhuǎn)化區(qū)進(jìn)料端的空間，在那里引入予熱的含氧氣體。熱的二次轉(zhuǎn)化裝置的流出物不離開(kāi)設(shè)備，而通過(guò)一次轉(zhuǎn)化區(qū)的殼側(cè)，由此供給吸熱的一次轉(zhuǎn)化反應(yīng)所需要的熱量，反應(yīng)在該一次轉(zhuǎn)化區(qū)的裝有催化劑的反應(yīng)管束內(nèi)發(fā)生。
本發(fā)明在下文參照附圖敘述，圖表明了本發(fā)明用于實(shí)踐中的設(shè)備及加工流程。
本發(fā)明的這些目的，是由聯(lián)合一次及二次轉(zhuǎn)化裝置成為一個(gè)全部自供熱的單元來(lái)完成的，根本不需要常規(guī)的一次轉(zhuǎn)化技術(shù)中的直接燃燒的一次轉(zhuǎn)化裝置。本發(fā)明實(shí)用中蒸汽需要量很低，由此進(jìn)行的轉(zhuǎn)化操作的特征是罕見(jiàn)的高熱效率。
在高溫下烴類與水蒸汽的催化轉(zhuǎn)化，當(dāng)然是眾所周知的技術(shù)。諸如天然氣的一種流體烴類，在此過(guò)程中根據(jù)下列反應(yīng)(1)轉(zhuǎn)化為主要含氫氣和一氧化碳的熱的轉(zhuǎn)化氣體混合物
這個(gè)通常被認(rèn)為是一次轉(zhuǎn)化，而廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)合成氣體或純氫。在本發(fā)明實(shí)踐中，這個(gè)放熱反應(yīng)與在常規(guī)實(shí)踐中一樣地進(jìn)行，流體烴和水蒸汽的汽體混合物，通過(guò)一個(gè)外部加熱的反應(yīng)管或一組管束，管中裝填有合適的催化劑組合物，諸如沉積于惰性載體材料上的固體催化劑顆粒。有鑒于在常規(guī)的一次轉(zhuǎn)化中，需要的熱量通常用空氣在一次轉(zhuǎn)化裝置的殼側(cè)燃燒一種流體烴類燃料來(lái)供給，諸如流體烴類進(jìn)料的一股旁路，本發(fā)明利用二次轉(zhuǎn)化裝置流出物的含熱量來(lái)達(dá)到這個(gè)目的，如在此所公開(kāi)和權(quán)利要求
中所述的那樣。
如同在常規(guī)實(shí)踐中常用的那樣，一次轉(zhuǎn)化操作的熱轉(zhuǎn)化管的流出物，進(jìn)入二次轉(zhuǎn)化裝置。常規(guī)實(shí)踐中二次轉(zhuǎn)化裝置通常是分開(kāi)的處理單元，而本發(fā)明的二次轉(zhuǎn)化裝置是包含在一個(gè)聯(lián)合的一次及二次轉(zhuǎn)化設(shè)備內(nèi)的單獨(dú)的處理區(qū)。在本發(fā)明實(shí)踐和常規(guī)實(shí)踐中，二次轉(zhuǎn)化操作是將一次轉(zhuǎn)化裝置流出物中未轉(zhuǎn)化的甲烷，與空氣或其它含氧氣體進(jìn)行反應(yīng)。在本發(fā)明的實(shí)踐中，當(dāng)予熱氣體到達(dá)二次轉(zhuǎn)化催化劑床層進(jìn)料端的反應(yīng)空間時(shí)，與作為氫原料氣的甲烷，在二次轉(zhuǎn)化區(qū)的這個(gè)開(kāi)始部分發(fā)生下列反應(yīng)
在該反應(yīng)空間內(nèi)，反應(yīng)(2)、(3)及(4)為放熱反應(yīng)，會(huì)快速進(jìn)行的。反應(yīng)生成的氣體混合物通過(guò)二次轉(zhuǎn)化區(qū)的催化劑床層時(shí)，剩余的甲烷按照上面的反應(yīng)(1)與水蒸汽進(jìn)行反應(yīng)而轉(zhuǎn)化，所以在本方法的產(chǎn)品氣體中只剩下很少量的甲烷。強(qiáng)吸熱反應(yīng)(1)是一個(gè)比較慢的反應(yīng)，反應(yīng)貫穿在二次轉(zhuǎn)化區(qū)催化劑床層的整個(gè)氣體通道。由此將在該催化劑床層進(jìn)料端空間發(fā)生的反應(yīng)(2)、(3)及(4)而得到高溫的氣體進(jìn)行冷卻。在本發(fā)明的實(shí)踐中，進(jìn)入聯(lián)合一次-二次轉(zhuǎn)化裝置的氧氣和流體烴類進(jìn)料的比例，是使其基本上或者甚至完全是自供熱性質(zhì)的方式下單獨(dú)進(jìn)行反應(yīng)，即基本上不需要燃料和基本上消滅了一個(gè)外部燒燃料的一次水蒸汽轉(zhuǎn)化裝置，以此作為整個(gè)轉(zhuǎn)化操作的必要的特征。如下文所討論的，本發(fā)明的一個(gè)重要特征，是能夠使一部分烴類進(jìn)料，通過(guò)旁路直接進(jìn)入二次轉(zhuǎn)化催化劑床層進(jìn)料端無(wú)催化劑的熱反應(yīng)空間去的靈活性，如圖中表明的那樣。
參照附圖，在管線1中的流體烴類進(jìn)料氣體，匯同從管線2來(lái)的水蒸汽，進(jìn)入總愛(ài)從標(biāo)為數(shù)字3的聯(lián)合一次及二次水蒸汽轉(zhuǎn)化裝置的底部向上通過(guò)一次轉(zhuǎn)化區(qū)5中的裝填有催化劑的一次反應(yīng)器管束4。部分轉(zhuǎn)化的一次轉(zhuǎn)化裝置流出物從這些管束排出，通過(guò)導(dǎo)管7進(jìn)入二次轉(zhuǎn)化區(qū)6。如圖中所示，導(dǎo)管7延伸通過(guò)二次轉(zhuǎn)化催化劑床層8進(jìn)入該二次轉(zhuǎn)化區(qū)6的上部反應(yīng)空間9，該空間在催化劑床層8的進(jìn)料端。經(jīng)予熱的空氣或者其它含氧氣體，經(jīng)過(guò)管線10進(jìn)入反應(yīng)空間9，通過(guò)旁路管線11的一部分烴類進(jìn)料和水蒸汽也在此處引入。盡管部分烴類通過(guò)旁路進(jìn)入二次轉(zhuǎn)化區(qū)6是本發(fā)明的最滿意的特征，但可以看到管線11還是連有控制閥13。同樣，水蒸汽管線2裝有控制閥14和旁路管線15裝有控制閥16，用以控制進(jìn)入一次轉(zhuǎn)化區(qū)5的部分進(jìn)料中的或者通過(guò)旁路直接進(jìn)入二次轉(zhuǎn)化區(qū)6的水蒸汽與烴類進(jìn)料的比例。如要求特別的處理操作，可將部分水蒸汽與烴類進(jìn)料的混合物，不通過(guò)聯(lián)合的一次及二次轉(zhuǎn)化裝置3的一次轉(zhuǎn)化區(qū)5，而通過(guò)此單元中裝有的分輸管線12，進(jìn)入常規(guī)一次轉(zhuǎn)化裝置單元17，并從管線18到旁路11排出，管線11上應(yīng)用了控制閥19以達(dá)到這個(gè)目的，以上如同在圖中已表明的那樣，也屬本發(fā)明范圍之內(nèi)。然而，鑒于上述的討論得到了認(rèn)識(shí)，在聯(lián)合的一次及二次轉(zhuǎn)化裝置3的整個(gè)操作中，包括這種常規(guī)一次轉(zhuǎn)化裝置單元17，并不是本發(fā)明的基本要求。
在反應(yīng)空間9，予熱的含氧氣體與從旁路來(lái)的烴類進(jìn)料中的，和(或)在一次轉(zhuǎn)化裝置流出物中存在的烴類、或甲烷、或氫氣進(jìn)行反應(yīng)，在此發(fā)生反應(yīng)(2)、(3)及(4)，得到的反應(yīng)混合物向下通過(guò)，如圖所示的，由球形氧化鋁顆粒組成的床層20支持的二次轉(zhuǎn)化催化劑床層8。
在反應(yīng)空間9中反應(yīng)混合物的溫度迅速上升，這是由于在那里發(fā)生了放熱反應(yīng)，但反應(yīng)混合物在通過(guò)二次轉(zhuǎn)化催化劑床層8到其排放端時(shí)，發(fā)生了甲烷和水蒸汽轉(zhuǎn)化的緩慢的吸熱反應(yīng)，使其冷卻下來(lái)。從二次轉(zhuǎn)化區(qū)6出來(lái)的流出物氣體，比在反應(yīng)空間的氣體溫度略低，并不在這里離開(kāi)本發(fā)明的設(shè)備，而是直接進(jìn)入一次轉(zhuǎn)化區(qū)5的殼側(cè)。當(dāng)它從排出端向著進(jìn)料端，與流過(guò)裝填有催化劑的反應(yīng)器管束4的水蒸汽及烴類進(jìn)料混合物逆向流動(dòng)時(shí)，被進(jìn)一步冷卻。如數(shù)字21所示，適當(dāng)?shù)膿醢?，可用于將二次轉(zhuǎn)化的流化物氣體導(dǎo)向流動(dòng)，使其橫過(guò)該反應(yīng)器的管束，流過(guò)從一次轉(zhuǎn)化區(qū)4的排出端到進(jìn)料端的通道再通過(guò)從聯(lián)合轉(zhuǎn)化裝置3底部接近底部進(jìn)料入口的管線22放出。
從圖中可看到本發(fā)明設(shè)備的所有熱的部件可以制造得完全同軸的，使其有極好的氣流分布和最小的熱應(yīng)力。設(shè)備的構(gòu)造可以沒(méi)有相互剛性連接的不同溫度的縱向部件。
因而，它們加熱時(shí)可以自由膨脹，冷卻時(shí)自由收縮，由此也使熱應(yīng)力減到最小。一次轉(zhuǎn)化區(qū)的殼側(cè)和管側(cè)間存在的壓差，僅僅是由于氣流流動(dòng)的壓力降的后果。在一次轉(zhuǎn)化區(qū)5的冷進(jìn)料端，殼側(cè)與管側(cè)間的壓差，典型的僅為3-4巴，而管溫約為440℃。另一方面，在上部，一次轉(zhuǎn)化區(qū)5的排放端，壓差僅約1巴，而局部壁溫在800℃左右。相反常規(guī)的一次轉(zhuǎn)化裝置單元中，在壁溫約800℃時(shí)，典型的壓差約為30巴。由于轉(zhuǎn)化裝置的管束僅需承受小的壓差，總操作壓力可以升到100巴或甚至更高。
聯(lián)合的一次及二次轉(zhuǎn)化器3最好是由一個(gè)內(nèi)部隔熱的園柱形金屬容器組成。為此目的，一次轉(zhuǎn)化區(qū)5的殼側(cè)內(nèi)壁，和二次轉(zhuǎn)化區(qū)6的內(nèi)壁可以用氧化鎂或其它方便的耐熱材料襯里，以保護(hù)轉(zhuǎn)化裝置的外殼，和有效地利用加工氣流有效的熱量。應(yīng)用雙殼結(jié)構(gòu)，聯(lián)同使水蒸汽、或小部分烴類進(jìn)料氣、或鍋爐給水、或者其他的冷卻劑，最好是在反應(yīng)器操作壓力下通過(guò)內(nèi)殼和外殼之間的環(huán)形空間的裝置，以冷卻支撐耐熱材料內(nèi)壁，這些設(shè)施也都在本發(fā)明范圍之內(nèi)。應(yīng)用這種結(jié)構(gòu)，不論轉(zhuǎn)化裝置的內(nèi)部容器或者外殼都不升到高溫，雙殼都可用價(jià)值低的合金制造。外殼一般要做絕熱處理的，故在通常的實(shí)踐中，轉(zhuǎn)化裝置的熱損失是可以忽略的。
雖然水平方向的管束也可以應(yīng)用在本發(fā)明的實(shí)踐中，圖中表明的是采用垂直方向的轉(zhuǎn)化器管束。在本發(fā)明的轉(zhuǎn)化裝置中，采用垂直懸掛的管束是特別合乎需要的，因?yàn)椋趹覓斓墓苁?，在水蒸汽與烴類混合物向上(最好)流過(guò)時(shí)進(jìn)行水蒸汽轉(zhuǎn)化以后，從懸掛的轉(zhuǎn)化裝置管束中出來(lái)的熱流出物，可以方便地通過(guò)一個(gè)或多個(gè)放置于二次轉(zhuǎn)化催化劑床層內(nèi)部的合適的導(dǎo)管，排入位于接近催化劑床層進(jìn)料端的反應(yīng)空間。作為本圖的實(shí)施例，一次轉(zhuǎn)化裝置的流出物，可以很方便地在穿過(guò)二次轉(zhuǎn)化催化劑床層的導(dǎo)管裝置向上流動(dòng)，進(jìn)入該床層上部的反應(yīng)空間，該導(dǎo)管裝置最好是同軸的。如上面所公開(kāi)的那樣，予熱的含氧氣體和任何水蒸汽及烴類進(jìn)料混合物的旁路部分也都通過(guò)這個(gè)做為二次轉(zhuǎn)化裝置一部分的反應(yīng)空間，然后反應(yīng)混合物再沿相反方向，如所述的實(shí)例中向下，流過(guò)催化劑床層。由于懸掛的管束的內(nèi)外壓力基本上一樣，不需要在這方面過(guò)度的化費(fèi)來(lái)避免管子的毀壞。在所介紹的實(shí)施例中，可看到聯(lián)合的一次及二次轉(zhuǎn)化裝置3有一個(gè)外殼23和內(nèi)殼24，它們之間的環(huán)形空間定為25，鍋爐進(jìn)料水或其它冷卻劑可以通過(guò)裝有閥27的管線26加入其中。如果需要，一部分烴類進(jìn)料氣體可以通過(guò)裝有閥29的管線28通入該環(huán)形空間25。
圖中也表明了耐熱材料30支撐在內(nèi)殼24的內(nèi)壁上。在一個(gè)方便的實(shí)施例中，提供了耐熱材料的擴(kuò)展部分31，它在下面的一次轉(zhuǎn)化區(qū)5和上面的二次轉(zhuǎn)化區(qū)6之間的聯(lián)結(jié)處向內(nèi)延伸，與耐熱材料擴(kuò)大部分一起應(yīng)用的還有抗熱材料，如氧化鋁棒或小球床層20，用以支撐該二次轉(zhuǎn)化區(qū)6的催化劑床層8。
在本發(fā)明的聯(lián)合的一次及二次轉(zhuǎn)化方法的實(shí)踐中，脫硫的流體進(jìn)料氣體與水蒸汽的混合物，通常約在溫度200℃到500℃下引入一次轉(zhuǎn)化區(qū)的管側(cè)。一次轉(zhuǎn)化區(qū)內(nèi)的條件，適于促進(jìn)流體烴類進(jìn)料轉(zhuǎn)化為氫氣及一氧化碳。在轉(zhuǎn)化管束內(nèi)，進(jìn)料氣體與水蒸汽的混合物，用在一次轉(zhuǎn)化區(qū)殼側(cè)逆向流過(guò)的二次轉(zhuǎn)化裝置的產(chǎn)品氣體流出物逐漸加熱。在該一次轉(zhuǎn)化區(qū)的熱的排放端，一次轉(zhuǎn)化裝置流出物的溫度約為650℃到900℃。按照上述反應(yīng)(1)部分還原的氣流，經(jīng)過(guò)一根或多根穿過(guò)二次轉(zhuǎn)化區(qū)催化劑床層的導(dǎo)管，排入二次催化劑床層進(jìn)料端的反應(yīng)空間?？諝夂?或)氧氣或其它含氧氣體，予熱后進(jìn)入該反應(yīng)空間的溫度一般約為200℃到600℃。
二次轉(zhuǎn)化催化劑床層進(jìn)料端的反應(yīng)空間的溫度，由于在此發(fā)生的放熱反應(yīng)(2)、(3)及(4)而迅速上升，例如，典型操作時(shí)約高于930℃。在圖中表明的本實(shí)施例中，當(dāng)氣體從反應(yīng)空間向下流經(jīng)二次轉(zhuǎn)化區(qū)的催化劑床層部分時(shí)，由于吸熱反應(yīng)(1)使氣流冷卻，剩余的甲烷在此與水蒸汽轉(zhuǎn)化生成附加量的氫氣及一氧化碳。所以在這催化劑床層的排出端，氣體溫度典型的約在900℃到1100℃的范圍內(nèi)。如上述及圖所示，二次轉(zhuǎn)化裝置的流出物仍留在聯(lián)合的一次及二次轉(zhuǎn)化裝置內(nèi)，它進(jìn)入一次轉(zhuǎn)化區(qū)的殼側(cè)，為在該區(qū)發(fā)生的吸熱反應(yīng)(1)供熱而自身被冷卻。
如在本工藝中已知的那樣，水蒸汽與烴類進(jìn)料的比率是變動(dòng)的，它取決于在轉(zhuǎn)化區(qū)中所應(yīng)用的全部條件。影響所采用的水蒸汽量的是，避免在催化劑上積碳的一般要求，及在應(yīng)用的轉(zhuǎn)化條件下，在氣體流出物中剩余的可接受的甲烷量。在此基礎(chǔ)上，常規(guī)的一次轉(zhuǎn)化單元中，水蒸汽與烴類進(jìn)料的摩爾比最好約從2/1到4/1。這個(gè)范圍的水蒸汽與烴類的比率，通常也適用于本發(fā)明設(shè)備的一次轉(zhuǎn)化段。如上面所指出的那樣，將一部分進(jìn)料氣體通過(guò)旁路直接進(jìn)入二次轉(zhuǎn)化區(qū)催化劑床層進(jìn)料端的熱的無(wú)催化劑的反應(yīng)空間是可能的，即通入所介紹的實(shí)施例中該床層上面的反應(yīng)空間。此實(shí)施例能夠在水蒸汽與烴類進(jìn)料氣的比率上得到一個(gè)非常重要的改進(jìn)，極大地加強(qiáng)了本發(fā)明的總的效能。這樣在旁路氣中的水蒸汽與烴類進(jìn)料的比率，可以比進(jìn)入一次轉(zhuǎn)化區(qū)的混合物的低很多，因?yàn)榕月窔馀c足量的氧氣水蒸汽混合，故在較高溫度下，在該二次轉(zhuǎn)化區(qū)的催化劑上不發(fā)生焦或碳的生成。因此，在進(jìn)料的旁路部分氣流中，常能采用約0.4到1.4范圍內(nèi)的水蒸汽與烴類摩爾比。由于在本發(fā)明實(shí)踐中，整個(gè)進(jìn)料的相當(dāng)部分可以通過(guò)旁路進(jìn)入二次轉(zhuǎn)化區(qū)，故可以得到罕見(jiàn)的低的總水蒸汽與烴類進(jìn)料的比率，在本發(fā)明最好的實(shí)施例中約在1.6和2.2之間。
如上面指出的那樣，已經(jīng)確定進(jìn)入本聯(lián)合的一次及二次轉(zhuǎn)化裝置系統(tǒng)的總進(jìn)料的主要部分，可以通過(guò)旁路進(jìn)入二次轉(zhuǎn)化區(qū)。這樣，在最好的實(shí)施例中，總烴類進(jìn)料氣流的50到80%(摩爾)，可以有利地通過(guò)旁路進(jìn)入該二次轉(zhuǎn)化區(qū)，而約20到50%(摩爾)進(jìn)入一次轉(zhuǎn)化空間。熟悉本工藝的人員將意識(shí)到，在一個(gè)基本上自供熱的一次及二次轉(zhuǎn)化操作中，當(dāng)加入系統(tǒng)的烴類進(jìn)料和含氧氣體總量基本上能使一次轉(zhuǎn)化區(qū)操作所需的全部熱量，由二次轉(zhuǎn)化裝置流出物的含熱量提供時(shí)，則此數(shù)量(比值)在上述范圍以外時(shí)也可應(yīng)用于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。在本發(fā)明的實(shí)踐中，由于采用了進(jìn)料旁路這一特點(diǎn)，除了得到較低的總的水蒸汽與烴類進(jìn)料的比率，也應(yīng)當(dāng)指出采用旁路后，與過(guò)程中沒(méi)有旁路時(shí)相比，由于較少的烴類進(jìn)料進(jìn)入一次轉(zhuǎn)化區(qū)，會(huì)導(dǎo)致較低的壓力降，或者較高的殼體的高徑比。還應(yīng)當(dāng)指出在實(shí)行進(jìn)料通過(guò)旁路時(shí)，從整個(gè)精制操作方面來(lái)說(shuō)，在二次轉(zhuǎn)化區(qū)無(wú)催化劑的反應(yīng)空間的真正作用，是作為需氧量較低的部分氧化區(qū)。在這方面，可以理解為從各自供應(yīng)管線進(jìn)來(lái)的含氧氣與旁路的烴類進(jìn)料予混合后進(jìn)入反應(yīng)空間，這時(shí)有較高的氧氣與進(jìn)料的比率。在這種條件下完全燃燒后，如同在部分氧氣反應(yīng)氣中一樣，反應(yīng)溫度將會(huì)達(dá)到約1300℃或更高。然而，在燃燒全部完成并達(dá)到這種高溫之前，從一次轉(zhuǎn)化區(qū)出來(lái)的產(chǎn)品流出物，通過(guò)圖中的導(dǎo)管7時(shí)，穿過(guò)二次轉(zhuǎn)化的催化劑床層，排入反應(yīng)空間就與氧氣、旁路進(jìn)料及其反應(yīng)產(chǎn)品的混合物相混合。因此，反應(yīng)空間的溫度可迅速上升到約1100℃，或者達(dá)到相應(yīng)于應(yīng)用部分氧化的1300℃略低的某一溫度。當(dāng)反應(yīng)氣體混合物通過(guò)二次轉(zhuǎn)化催化劑床層時(shí)，如上面指出的，由于在此發(fā)生的吸熱的甲烷轉(zhuǎn)化反應(yīng)需要熱量，使氣體混合物進(jìn)一步冷卻，因此從二次轉(zhuǎn)化區(qū)出來(lái)的產(chǎn)品流出物的溫度，典型的約在900℃到1000℃之間的級(jí)別，雖然溫度在此范圍以外也可以適合，并可用于供給在一次轉(zhuǎn)化區(qū)中基本上全部需要的熱。
下文進(jìn)一步敘述本發(fā)明，參照如圖所示聯(lián)合的雙殼設(shè)備中進(jìn)行的特別用作說(shuō)明的實(shí)施例。基本上含有1，450千克分子/小時(shí)的甲烷的，脫硫的天然氣體進(jìn)料，是進(jìn)入設(shè)備的全部原料氣體。進(jìn)入設(shè)備的水蒸汽加水的流量是2，770千克分子/小時(shí)?？偭繛?00千克分子/小時(shí)的甲烷進(jìn)入該設(shè)備的一次轉(zhuǎn)化區(qū)，同時(shí)另外700千克分子/小時(shí)的甲烷，由旁路進(jìn)入該二次轉(zhuǎn)化區(qū)內(nèi)催化劑床層進(jìn)料端的無(wú)催化劑的反應(yīng)空間。另外，有50千克分子/小時(shí)的甲烷，流經(jīng)該聯(lián)合設(shè)備內(nèi)、外殼之間的環(huán)形空間作為冷卻流體。在加入設(shè)備的水蒸汽及水的總量中，2，070千克分子/小時(shí)的水蒸汽進(jìn)入一次轉(zhuǎn)化區(qū)，而640千克分子/小時(shí)的水蒸汽通過(guò)旁路進(jìn)入二次轉(zhuǎn)化區(qū)的反應(yīng)空間?？偭繛?0千克分子/小時(shí)的水流經(jīng)環(huán)形空間作為冷卻流體。這樣作為本發(fā)明的這一實(shí)施例水蒸汽與烴類原料總的摩爾比為2，770比1，450，或?yàn)?.91。富含氧的空氣用作二次轉(zhuǎn)化的含氧氣，用于此目的的氣體中的氧氣加氮?dú)鉃?00加1273千克分子/小時(shí)。
甲烷進(jìn)料氣、水蒸汽、鍋爐原料水及富含氧的空氣，均在50巴的壓力下應(yīng)用，而一次轉(zhuǎn)化流出物、二次轉(zhuǎn)化流出物及從聯(lián)合設(shè)備出來(lái)的產(chǎn)品流出物的壓力，分別為46、45、5及45.0巴。甲烷進(jìn)料氣和富含氧的空氣都予熱到400℃，水蒸汽應(yīng)用300℃的，一次轉(zhuǎn)化流出物、二次轉(zhuǎn)化流出物和從設(shè)備出來(lái)的產(chǎn)品流出物的溫度分別為750、990及550℃。一次轉(zhuǎn)化區(qū)由375根管子組成，每一根管子長(zhǎng)度為6.3米，內(nèi)徑為56毫米。一次轉(zhuǎn)化區(qū)的熱交換器面積為415平方米，管子內(nèi)、外的平均溫差為200℃?？倐鳠崃繛?30×109焦耳/小時(shí)(36.3兆瓦)。在此總條件下，從一次及二次轉(zhuǎn)化區(qū)得到的出口氣體，以千克分子/小時(shí)計(jì)量，列表如下表一次轉(zhuǎn)化流出物 二次轉(zhuǎn)化流出物氫氣 1，148 3，187二氧化碳 200 434一氧化碳 116 950甲烷 434 66氮?dú)? - 1，271水蒸汽 1，554 2，343總流量 3，452 8，251管側(cè)的壓力降為2巴，而殼側(cè)的壓力降為0.5巴。聯(lián)合的一次及二次轉(zhuǎn)化設(shè)備的總體尺寸是長(zhǎng)14米、外徑3.3米及體積120立方米。據(jù)估算在生產(chǎn)與上例相同量的合成氣的一個(gè)常規(guī)氨廠中，用常規(guī)轉(zhuǎn)化操作的外部燒燃料的一次轉(zhuǎn)化裝置，約為上述聯(lián)合轉(zhuǎn)化裝置設(shè)備體積的30倍。
本發(fā)明的流體烴類原料可以理解為，除了天然氣或甲烷外，還包括各種通常的氣體烴類，諸如丙烷及丁烷，也包括予汽化的常規(guī)的液體烴類，諸如己烷或者石油煉制的低沸點(diǎn)餾份，如石腦油。熟練本工藝的人員會(huì)理解到本發(fā)明可以實(shí)行于烴類精煉，作為用于各種工業(yè)應(yīng)用的整個(gè)加工技術(shù)的一部分，即作為氫氣、甲醇、氨或(氧代)合成氣的生產(chǎn)。當(dāng)需要生產(chǎn)氨合成氣時(shí)，一般最好采用空氣或富含氧的空氣作為含氧氣體，反之，如生產(chǎn)氫氣而不是生產(chǎn)氫氣與氮?dú)獾幕旌衔铮诼?lián)合轉(zhuǎn)化裝置的二次轉(zhuǎn)化區(qū)中，一般最好使用氧氣。
在本發(fā)明實(shí)踐中使用的催化劑，可以是任一種或多種合適的用于常規(guī)轉(zhuǎn)化操作中的轉(zhuǎn)化催化劑。原子序數(shù)不大于28的周期表中的第Ⅷ族金屬和(或)其氧化物，及第Ⅵ族左邊元素的金屬和(或)其氧化物，均為大家知道的轉(zhuǎn)化催化劑?？梢詰?yīng)用的轉(zhuǎn)化催化劑的特例是鎳、氧化鎳、氧化鈷、氧化鉻和鉬的氧化物。催化劑可與助劑一起應(yīng)用，也可以經(jīng)受技術(shù)上已知的各種特殊處理以改進(jìn)其性質(zhì)。氧化鎳的促進(jìn)催化劑一般是最好的，一次轉(zhuǎn)化裝置管束中裝填的固體催化劑顆粒，通常由鎳或其它催化物質(zhì)沉積在一個(gè)合適的惰性載體物質(zhì)上組成。如上面討論的那樣，二次轉(zhuǎn)化區(qū)通常包括一個(gè)這種催化劑材料的床層，還有在其進(jìn)料端的無(wú)催化劑的反應(yīng)空間。
可以意識(shí)到包括本發(fā)明的那些水蒸汽轉(zhuǎn)化操作，通常都在高于常壓下進(jìn)行。應(yīng)用特定的操作壓力受到相繼的加工操作所要求的壓力的影響，在這些加工中要用轉(zhuǎn)化氣體混合物，其中含有一氧化碳及氫氣或單獨(dú)氫氣。雖然在本發(fā)明的實(shí)踐中任何高于常壓的壓力都可以應(yīng)用，通常應(yīng)用的壓力約為20到60巴(約300到870磅/吋2絕對(duì)壓力)。當(dāng)然在本發(fā)明的一些特別的實(shí)施例中，低于20巴和高到100巴(1450磅/吋2絕對(duì)壓力)或更高的壓力也可以使用。
本發(fā)明受重視還在于它能使聯(lián)合轉(zhuǎn)化裝置單元的一次及二次轉(zhuǎn)化區(qū)，基本上實(shí)行自供熱的轉(zhuǎn)化操作，不需要一個(gè)外部燒燃料的一次轉(zhuǎn)化裝置作為該單元的必須組成部分。這樣，進(jìn)入轉(zhuǎn)化裝置的烴類進(jìn)料，全部進(jìn)入一次轉(zhuǎn)化區(qū)，或者一部分，最好是約50到80%由旁路進(jìn)入二次轉(zhuǎn)化區(qū)，與引入轉(zhuǎn)化裝置的足量的氧氣配合使用，則在一次轉(zhuǎn)化區(qū)中進(jìn)行的吸熱的一次水蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)所需要的基本上全部熱量，都可由從二次轉(zhuǎn)化區(qū)出來(lái)的熱流出物氣體在從轉(zhuǎn)化裝置單元排放出去之前供給，從轉(zhuǎn)化單元出去的該流出物接著用通常的設(shè)施冷卻和凈化，以提供最終的產(chǎn)品，或者是甲醇合成氣、氫氣，或者如在生產(chǎn)氨合成氣時(shí)那樣是氫氣與氮?dú)獾幕旌衔铩?br>熟悉本工藝的人會(huì)意識(shí)到，氧氣或含氧氣體精確的用量，和進(jìn)入本發(fā)明聯(lián)合轉(zhuǎn)化裝置的烴類進(jìn)料量，取決于任何給定的轉(zhuǎn)化操作中應(yīng)用的特定條件，包括烴類進(jìn)料的性質(zhì);使用的特定催化劑;在一次轉(zhuǎn)化區(qū)和通過(guò)旁路進(jìn)入二次轉(zhuǎn)化區(qū)的水蒸汽與烴類混合物的水蒸汽對(duì)烴類的比率，要使其產(chǎn)生足夠的熱量，盡管在二次轉(zhuǎn)化區(qū)的催化劑床層中發(fā)生吸熱反應(yīng)，但產(chǎn)品流出物在排出之前，其熱量足以供給一次轉(zhuǎn)化區(qū)的需要。與一次轉(zhuǎn)化區(qū)的流出物中的烴類殘留量相比，上述產(chǎn)品流出物中的殘余烴類余留量是很小的，典型的低于1%(摩爾)。在這方面，應(yīng)當(dāng)指出，從本發(fā)明的一次轉(zhuǎn)化區(qū)出來(lái)的產(chǎn)品流出物中，未轉(zhuǎn)化的甲烷含量，與從常規(guī)的燒燃料的一次轉(zhuǎn)化操作中出來(lái)的產(chǎn)品流出物的殘余甲烷含量相比，前者約從2-3%到約20%(摩爾)干基，而后者典型的為2-6%?？梢岳斫膺M(jìn)入二次轉(zhuǎn)化區(qū)的未轉(zhuǎn)化甲烷量的這種變動(dòng)，會(huì)影響一次轉(zhuǎn)化區(qū)需要的熱量，和用于為本發(fā)明總目的的給定量的烴類進(jìn)料所需的總的氧氣量。如上面所指出的那樣，應(yīng)用一個(gè)可供選擇的燒燃料的常規(guī)一次轉(zhuǎn)化裝置用以處理旁路進(jìn)料，屬于本發(fā)明范圍之內(nèi)。在應(yīng)用這個(gè)可供選擇的特征的實(shí)施例中，可以理解到水蒸汽與烴類進(jìn)料的比率，和供給聯(lián)合的一次-二次轉(zhuǎn)化裝置單元的氧氣量，將隨操作條件而變動(dòng)，以往的操作條件適合于在實(shí)際應(yīng)用中，在旁路進(jìn)料上沒(méi)有這種可供選擇的一次轉(zhuǎn)化裝置。熟悉本工藝的人會(huì)了解，各種能應(yīng)用于在此敘述的本方法及設(shè)備細(xì)節(jié)中的其它改進(jìn)和變動(dòng)，如同在所附權(quán)利要求
中闡明的那樣，并不偏離本發(fā)明范圍。
由于它具有基本上能達(dá)到自供熱操作的能力，基本上不再需要一個(gè)燒燃料的一次轉(zhuǎn)化裝置，本發(fā)明在天然氣和其它流體烴類轉(zhuǎn)化的領(lǐng)域中，提供了一個(gè)高度合乎需要和重大的進(jìn)展。
本發(fā)明具有真正的工業(yè)實(shí)用價(jià)值，因?yàn)樗哂忻黠@的節(jié)省操作投資費(fèi)用的潛力，特別是由于具有實(shí)際上消滅燃料消耗而進(jìn)行烴類轉(zhuǎn)化操作的能力，得到了有重大價(jià)值的節(jié)約。由于本發(fā)明的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益，明顯地增加了烴類轉(zhuǎn)化操作用于實(shí)際工業(yè)應(yīng)用的吸引力。
權(quán)利要求
1.用于流體烴類的一次及二次轉(zhuǎn)化的一個(gè)聯(lián)合的、基本自供熱的催化方法，此方法包括(1)一股流體烴類進(jìn)料與水蒸汽在裝有催化劑的轉(zhuǎn)化裝置的管束中進(jìn)行催化反應(yīng)，該管束放在一個(gè)聯(lián)合的一次-二次轉(zhuǎn)化裝置中的一次轉(zhuǎn)化區(qū)內(nèi)在該一次轉(zhuǎn)化區(qū)的殼側(cè)通入從該轉(zhuǎn)化裝置的二次轉(zhuǎn)化區(qū)出來(lái)的熱產(chǎn)品流出物，使一次轉(zhuǎn)化區(qū)維持在高溫下；(2)將從一次轉(zhuǎn)化區(qū)出來(lái)的部分轉(zhuǎn)化的產(chǎn)品流出物，通入二次轉(zhuǎn)化區(qū)內(nèi)催化劑床層進(jìn)料端的無(wú)催化劑的反應(yīng)空間；(3)將含氧氣體引入聯(lián)合轉(zhuǎn)化裝置二次轉(zhuǎn)化區(qū)內(nèi)無(wú)催化劑的反應(yīng)空間，氧氣與未轉(zhuǎn)化的流體烴類進(jìn)料及氫氣進(jìn)行放熱反應(yīng)，使反應(yīng)空間內(nèi)反應(yīng)混合物的溫度上升；(4)將反應(yīng)混合物從反應(yīng)空間通入二次轉(zhuǎn)化的催化劑床層，在反應(yīng)混合物中未轉(zhuǎn)化的烴類進(jìn)料與水蒸汽，在反應(yīng)混合物通過(guò)催化劑床層時(shí)進(jìn)行吸熱反應(yīng)，也就降低了反應(yīng)混合物的溫度，使其從在無(wú)催化劑的反應(yīng)空間中達(dá)到的高溫降到較低的溫度；(5)從二次轉(zhuǎn)化的催化劑床層的出料端，將二次轉(zhuǎn)化的產(chǎn)品流出物引入一次轉(zhuǎn)化區(qū)的殼側(cè)，為在一次轉(zhuǎn)化區(qū)中充填了催化劑的反應(yīng)器管束內(nèi)部進(jìn)行的吸熱水蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)，供給熱量以維持較高的溫度；(6)從一次轉(zhuǎn)化區(qū)的殼側(cè)排出冷卻的流出物，作為聯(lián)合的一次-二次轉(zhuǎn)化裝置的產(chǎn)品流出物，所要求的流體烴類進(jìn)料的全部一次及二次轉(zhuǎn)化，是靠用二次轉(zhuǎn)化區(qū)的產(chǎn)品流出物，供應(yīng)一次轉(zhuǎn)化區(qū)內(nèi)需要的基本上全部的熱量來(lái)完成的，所以基本上取消了對(duì)一個(gè)外部燃燒燃料的一次轉(zhuǎn)化裝置的需要，和(或)免除了以一部分烴類進(jìn)料作為燃料的消耗。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，其中在一次轉(zhuǎn)化區(qū)中水蒸汽與烴類進(jìn)料的摩爾比從約2/1到約4/1，從一次轉(zhuǎn)化區(qū)出來(lái)的部分轉(zhuǎn)化的產(chǎn)品流出物的溫度從約650℃到約900℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2的方法，其中含氧氣體在進(jìn)入二次轉(zhuǎn)化區(qū)的無(wú)催化劑的反應(yīng)空間之前，從約200℃予熱到約600℃，氧氣與烴類進(jìn)料間的放熱反應(yīng)，使反應(yīng)空間內(nèi)的溫度上升到高于約930℃。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3的方法，其中進(jìn)入一次轉(zhuǎn)化區(qū)的殼側(cè)的二次轉(zhuǎn)化產(chǎn)品流出物的溫度從約900℃到約1000℃。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，其中烴類進(jìn)料包括甲烷。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5的方法，其中一次轉(zhuǎn)化區(qū)中部分轉(zhuǎn)化的產(chǎn)品流出物，含有約3到20%(體積)干基的未轉(zhuǎn)化的甲烷。
7.根據(jù)權(quán)利要求
5的方法，其中含氧氣體包括空氣。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，還包括一部分烴類進(jìn)料和水蒸汽，從旁路進(jìn)入聯(lián)合的一次-二次轉(zhuǎn)化裝置的二次轉(zhuǎn)化區(qū)。
9.根據(jù)權(quán)利要求
8的方法，其中從旁路進(jìn)入二次轉(zhuǎn)化區(qū)的烴類進(jìn)料和水蒸汽，通入該區(qū)內(nèi)催化劑床層進(jìn)料端的無(wú)催化劑的反應(yīng)空間。
10.根據(jù)權(quán)利要求
9的方法，其中所述的旁路氣流，具有水蒸汽與烴類進(jìn)料的摩爾比從約0.4/1到約1.4/1。
11.根據(jù)權(quán)利要求
10的方法，其中水蒸汽與烴類進(jìn)料之比約為0.5/1至1/1。
12.根據(jù)權(quán)利要求
10的方法，其中進(jìn)入聯(lián)合反應(yīng)器的烴類進(jìn)料，約有50%到約80%(體積)由旁路進(jìn)入其二次轉(zhuǎn)化區(qū)。
13.根據(jù)權(quán)利要求
2的方法，其中從一次轉(zhuǎn)化區(qū)出來(lái)的產(chǎn)品流出物，其溫度從約700℃到約800℃。
14.根據(jù)權(quán)利要求
9的方法，其中聯(lián)合轉(zhuǎn)化裝置包括一個(gè)耐用的殼體裝置，而它又包括可將一冷卻流體通過(guò)內(nèi)外殼間的環(huán)狀空間。
15.根據(jù)權(quán)利要求
14的方法，其中冷卻流體實(shí)際是在聯(lián)合反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)壓力下使用的。
16.根據(jù)權(quán)利要求
15的方法，其中冷卻流體包括烴類進(jìn)料氣體。
17.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，其中烴類進(jìn)料包括丙烷或丁烷。
18.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，其中烴類進(jìn)料包括輕石腦油。
19.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，還包括將一部分烴類進(jìn)料和水蒸汽，由旁路進(jìn)入一個(gè)外部燒燃料的一次轉(zhuǎn)化裝置，將從該外部轉(zhuǎn)化裝置出來(lái)的產(chǎn)品流出物，通入所述的聯(lián)合反應(yīng)器的二次轉(zhuǎn)化區(qū)內(nèi)催化劑床層進(jìn)料端的無(wú)催化劑的反應(yīng)空間。
20.根據(jù)權(quán)利19的方法，其中進(jìn)入聯(lián)合轉(zhuǎn)化裝置的烴類進(jìn)料，約有50%到80%體積由旁路進(jìn)入外部燒燃料的一次轉(zhuǎn)化裝置。
21.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，其中部分轉(zhuǎn)化的產(chǎn)品流出物，從較低的一次轉(zhuǎn)化區(qū)向上通過(guò)延伸穿過(guò)二次轉(zhuǎn)化區(qū)的催化劑床層的導(dǎo)管裝置，進(jìn)入位于二次轉(zhuǎn)化區(qū)的催化劑床層上面的無(wú)催化劑反應(yīng)空間。
22.用于基本上自供熱的、聯(lián)合的烴類一次及二次轉(zhuǎn)化的設(shè)備，包括以下內(nèi)容(1)其內(nèi)有裝填催化劑轉(zhuǎn)化器管束的一個(gè)一次轉(zhuǎn)化區(qū);(2)將流體烴類進(jìn)料氣流與水蒸汽引入一次轉(zhuǎn)化區(qū)內(nèi)的該轉(zhuǎn)化器管束中去所采用的裝置;(3)包括一個(gè)二次轉(zhuǎn)化催化劑床層，和一個(gè)在該催化劑床層進(jìn)料端的無(wú)催化劑的反應(yīng)空間的一個(gè)二次轉(zhuǎn)化區(qū);(4)為使部分轉(zhuǎn)化產(chǎn)品的流出物，從一次轉(zhuǎn)化區(qū)進(jìn)入位于二次轉(zhuǎn)化區(qū)內(nèi)無(wú)催化劑的反應(yīng)空間的導(dǎo)管裝置;(5)為將從該轉(zhuǎn)化區(qū)內(nèi)催化劑床層的出口端移出的二次產(chǎn)品流出物氣體，引入一次反應(yīng)區(qū)殼側(cè)的裝置;和(6)為將二次產(chǎn)品流出物穿過(guò)通道后，從一次轉(zhuǎn)化區(qū)殼側(cè)移出的排放裝置。
23.根據(jù)權(quán)利要求
22的設(shè)備，還包括將引入聯(lián)合一次-二次轉(zhuǎn)化裝置去的，烴類進(jìn)料和含氧氣體予熱的裝置。
24.根據(jù)權(quán)利要求
22的設(shè)備，其中二次轉(zhuǎn)化區(qū)位于一次轉(zhuǎn)化區(qū)之上。
25.根據(jù)權(quán)利要求
24的設(shè)備，其中一次轉(zhuǎn)化區(qū)內(nèi)部裝有垂直的轉(zhuǎn)化器管束，烴類進(jìn)料與水蒸汽反應(yīng)混合物進(jìn)入該區(qū)，是由最低部的入口處引入該管束的下端，部分轉(zhuǎn)化的產(chǎn)品流出物由上端排離轉(zhuǎn)化器管束。
26.根據(jù)權(quán)利要求
25的設(shè)備，其中在催化劑床層進(jìn)料端的無(wú)催化劑的反應(yīng)空間，位于該催化劑床層之上。
27.根據(jù)權(quán)利要求
26的設(shè)備，其中導(dǎo)管裝置使部分轉(zhuǎn)化的流出物進(jìn)入二次轉(zhuǎn)化區(qū)上部無(wú)催化劑的反應(yīng)空間，該流出物在二次轉(zhuǎn)化區(qū)中向上穿過(guò)催化劑床層。
28.根據(jù)權(quán)利要求
27的設(shè)備，其中導(dǎo)管裝置同軸位于二次轉(zhuǎn)化區(qū)之上。
29.根據(jù)權(quán)利要求
27的設(shè)備，其中使含氧氣體引入無(wú)催化劑的反應(yīng)空間的裝置，適于將該氣體引入該反應(yīng)空間的上方。
30.根據(jù)權(quán)利要求
22的設(shè)備，還包括通入聯(lián)合轉(zhuǎn)化裝置的一部分烴類進(jìn)料和水蒸汽，通過(guò)旁路進(jìn)入二次轉(zhuǎn)化區(qū)的裝置。
31.根據(jù)權(quán)利要求
30的設(shè)備，其中使烴類進(jìn)料和水蒸汽通過(guò)旁路進(jìn)入二次轉(zhuǎn)化區(qū)的裝置，適合于將該烴類進(jìn)料和水蒸汽送入二次轉(zhuǎn)化區(qū)中的無(wú)催化劑的反應(yīng)空間。
32.根據(jù)權(quán)利要求
31的設(shè)備，其中為烴類進(jìn)料和水蒸汽旁路通過(guò)的裝置，適合于將該反應(yīng)物引入無(wú)催化劑的反應(yīng)空間的上方。
33.根據(jù)權(quán)利要求
22的設(shè)備，還包括一個(gè)外部燒燃料的一次轉(zhuǎn)化裝置單元和為了使一部分烴類進(jìn)料和水蒸汽由旁路進(jìn)入該一次轉(zhuǎn)化裝置單元的裝置，連同將產(chǎn)品流出物從該單元送入二次轉(zhuǎn)化區(qū)的裝置。
34.根據(jù)權(quán)利要求
33的設(shè)備，其中為使產(chǎn)品流出物從該一次轉(zhuǎn)化裝置單元進(jìn)入二次轉(zhuǎn)化區(qū)中的無(wú)催化劑的反應(yīng)空間的裝置穿過(guò)二次轉(zhuǎn)化的催化劑床層。
35.根據(jù)權(quán)利要求
27的設(shè)備，其中所述的一次-二次轉(zhuǎn)化裝置有一個(gè)外殼，上面襯有耐熱材料。
36.根據(jù)權(quán)利要求
35的設(shè)備，其中該外殼包括一個(gè)雙層殼，而它又包括使冷卻流體通過(guò)內(nèi)外殼之間的環(huán)形空間的裝置。
專利摘要
將一次轉(zhuǎn)化區(qū)的轉(zhuǎn)化器管束流出的部分轉(zhuǎn)化的產(chǎn)物通入二次轉(zhuǎn)化區(qū)中催化劑床層進(jìn)料端的無(wú)催化劑的反應(yīng)空間，進(jìn)行聯(lián)合的一次—二次轉(zhuǎn)化操作。用反應(yīng)空間的反應(yīng)熱供作二次轉(zhuǎn)化區(qū)催化劑床層吸熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)所需熱量，自二次轉(zhuǎn)化區(qū)流出的仍然是熱的二次產(chǎn)物進(jìn)入一次轉(zhuǎn)化區(qū)殼側(cè)，為在一次轉(zhuǎn)化區(qū)反應(yīng)提供所需的熱量?；旧峡色@得自供熱的操作條件，故可基本消除用外置的燃燒燃料的一次轉(zhuǎn)化裝置和(或)以一部分烴類進(jìn)料作為燃料的消耗的必要性。
文檔編號(hào)C10G45/02GK87100591SQ87100591
公開(kāi)日1988年7月20日 申請(qǐng)日期1987年1月8日
發(fā)明者安德里賈·富特雷爾 申請(qǐng)人:聯(lián)合碳化公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan