專利名稱：制造冷卻的壓縮合成氣的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造冷卻的壓縮合成氣的方法和設(shè)備。H2/C0合成氣是通過甲烷蒸汽重整(SMR)(甲烷可以被其它烴原料代替，例如石腦 油、燃料油、甲醇等)或通過部分氧化(P0X、ATR)產(chǎn)生的。該方法在非常高的溫度(800至 1300 0C )進(jìn)行。為了防止損壞金屬設(shè)備，有必要在反應(yīng)器的出口和在之后對(duì)粗制合成氣進(jìn)行處理 (轉(zhuǎn)換、提純、PSA等)以前將其驟然冷卻，以防止所述合成氣在發(fā)生“碳灰化”的溫度區(qū)域 (即在400至800°C之間的溫度區(qū)域)停留過長(zhǎng)時(shí)間，因?yàn)樵谶@些溫度，合成氣腐蝕金屬設(shè) 備。所采用的一種已知方法包括通過將非常熱的合成氣通入鍋爐而將其冷卻，這樣可 以回收其熱以制造蒸汽。使用該鍋爐將合成氣驟冷，即將其快速冷卻。然而，整個(gè)合成氣工藝僅僅產(chǎn)生與其消耗相比過量的蒸汽，因此，為了利用合成氣 的熱，有必要找到對(duì)于使用該蒸汽有興趣的客戶。因此，當(dāng)出于制造蒸汽之外的目的時(shí)將合成氣驟冷時(shí)，需要利用被回收的合成氣 的熱。因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供將合成氣冷卻的方法并回收熱，而不是致力于制 造蒸汽或者更概括而言致力于制造一種或多種熱的流體。本發(fā)明的另一個(gè)目的是相對(duì)于重整操作后的壓力，提高合成氣的壓力。本發(fā)明提出通過使用熱動(dòng)力壓縮機(jī)直接噴射液態(tài)水將重整反應(yīng)器提供的非常熱 的合成氣驟冷，所述熱動(dòng)力壓縮機(jī)可以在單個(gè)步驟中壓縮合成氣同時(shí)將其驟然冷卻，由此 避免“金屬灰化”。由此提高的合成氣壓力可以在不同方面得到良好的利用 在反應(yīng)器出口的合成氣壓力一定的情況下，有利的是具有較高的下游壓力，這在 PSA處理(在較高壓力下具有較高的效率)和可能的H2壓縮操作、尤其是最高達(dá)系統(tǒng)壓力 的壓縮操作方面可能是有利的(壓縮能量減少)； 在下游壓力一定的情況下，可以在合成氣生成反應(yīng)器中使用較低的壓力，例如由 此減少合成氣中的CH4量(提高轉(zhuǎn)化產(chǎn)量)，或者可以減少壓縮烴原料和任選地在POX和 ATR情況下壓縮O2所需要的能量。如果決定降低重整器中的壓力(相對(duì)于常規(guī)的壓力水 平)，一個(gè)非常重要的額外益處是有可能降低爐內(nèi)重整管上的機(jī)械應(yīng)力，使重整管的使用壽 命大大延長(zhǎng)。因此兩個(gè)特別有利的效果同時(shí)結(jié)合在一起 將合成氣驟冷；以及 提高合成氣壓力；熱動(dòng)力壓縮機(jī)使得來自生成步驟的合成氣中所含的熱能能夠得到利用。此熱能實(shí) 際上被合成氣自身消耗。熱動(dòng)力壓縮機(jī)如下所述將氣體壓縮將氣體加速達(dá)到高速度，優(yōu)選超過聲速(通 常是300m/s)，將其冷卻(例如通過與水滴直接接觸)，然后將其減速。
所述述冷卻可以發(fā)生在加速之前、加速過程中或者加速之后。通過使合成氣穿過喉口，例如漸縮漸闊噴嘴，可以將合成氣加速。同樣地，為了將 合成氣減速，可以使其通過另一喉口，例如漸縮漸闊噴嘴。熱動(dòng)力壓縮機(jī)需要的能量由合成氣提供。優(yōu)選的冷卻劑是水，其可以被去除和/ 或之后當(dāng)在重整操作后水已經(jīng)存在(以蒸汽的形式)于合成氣中時(shí)被利用。熱動(dòng)力壓縮機(jī)的示例描述于專利申請(qǐng)F(tuán)R-A-2805008中。其原理基于通過將細(xì)小 水滴的汽化、然后使用會(huì)聚和發(fā)散的噴嘴的設(shè)置將氣體壓縮而將所述氣體冷卻。

圖1中顯 示了基于此原理的熱動(dòng)力壓縮機(jī)的模型。本發(fā)明的第一個(gè)主題涉及由烴原料制造合成氣的方法，其至少包括下述步驟在 溫度T2和壓力P2生成熱的粗制合成氣；將所述合成氣快速冷卻，以制造溫度為T24的冷卻 的合成氣，其中將所述熱的粗制合成氣冷卻的步驟在至少一個(gè)熱動(dòng)力壓縮機(jī)中進(jìn)行，所述 至少一個(gè)熱動(dòng)力壓縮機(jī)同時(shí)冷卻并壓縮所述熱的粗制合成氣，從而使用冷卻劑制造冷卻到 溫度T24并且壓縮到壓力P24的合成氣。優(yōu)選地，冷卻劑是液態(tài)水。 有利的是，所述熱的粗制合成氣在高于800°C的溫度T2生成。同樣有利的是，所述冷卻的合成氣具有400°C的最高溫度。本發(fā)明的第二個(gè)主題涉及合成氣的制造設(shè)備，其包括至少一個(gè)用于生成熱的粗制 合成氣的反應(yīng)器、熱動(dòng)力壓縮機(jī)、向反應(yīng)器加料的裝置、將熱的粗制合成氣從反應(yīng)器送往熱 動(dòng)力壓縮機(jī)的裝置、將冷卻劑22加入熱動(dòng)力壓縮機(jī)23的裝置、以及將冷卻的壓縮合成氣24 排出的裝置下面結(jié)合圖2和圖3更具體地描述本發(fā)明，圖2代表制造合成氣以最終制造氫的 方法的基礎(chǔ)圖，圖3代表根據(jù)本發(fā)明制造合成氣以最終制造氫的方法。在圖2中，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，將輕質(zhì)烴HC和蒸汽加入蒸汽甲烷重整器1，以制造壓力 為P2和溫度為T2的、基本含H2、CO和CO2的合成氣2。然后使制得的合成氣2通過鍋爐3 而將其驟冷，在此，其熱被驟然轉(zhuǎn)移到鍋爐水中，從而制造過熱的蒸汽和壓力為P4、溫度為 T4的冷卻合成氣4。在存在水(未顯示)的情況下將合成氣4引入轉(zhuǎn)換反應(yīng)器5，以制造壓 力為P6的不純氫6的料流。然后將不純氫6引入PSA單元7，在此將其提純，以提供壓力 為P8的提純的氫8。最后，在壓縮機(jī)9中將氫8壓縮，以提供壓力為PlO的壓縮氫10，壓力 PlO高于將要使用氫10的系統(tǒng)11的壓力。在圖3中，根據(jù)本發(fā)明，將輕質(zhì)烴HC和蒸汽加入蒸汽甲烷重整器1，以制造壓力為 P2和溫度為T2的、基本含H2、CO和CO2的合成氣2。然后將制得的合成氣2送入熱動(dòng)力壓 縮機(jī)23，在此將其壓縮并通過直接噴射液態(tài)水22將其驟然冷卻(驟冷)。因此制得了冷 卻到溫度T24、壓縮到壓力P24、并且由于噴射的冷卻水的量而具有增大的水含量的合成氣 24。在存在水(未顯示)的情況下將合成氣24引入轉(zhuǎn)換反應(yīng)器25中，以制造壓力為P26 的不純氫26的料流。然后將不純氫26引入PSA單元27中，在此將其提純，以提供壓力為 P28的提純的氫28。最后，將氫28壓縮，必要時(shí)在壓縮機(jī)29中壓縮，以提供壓力為P30的 壓縮氫30，壓力P30高于將要使用氫30的系統(tǒng)31的壓力。使合成氣22通過熱動(dòng)力壓縮機(jī)23可以使得下游工藝氣體的壓力升高，特別帶來 了下述優(yōu)勢(shì)
·較好的PSA處理效率；
·減少了將氫加壓達(dá)到系統(tǒng)壓力所需的壓縮能； 有可能降低重整壓力(相對(duì)于常規(guī)的重整壓力水平)，并且由于在熱動(dòng)力壓縮機(jī) 中實(shí)現(xiàn)的壓縮，可以獲得常規(guī)的下游合成氣壓力，由此提高CH4的轉(zhuǎn)化效率并降低重整管上的機(jī)械應(yīng)力，重整管因此具有較長(zhǎng)的壽命。已經(jīng)以蒸汽甲烷重整(SMR)反應(yīng)器的形式給出了兩個(gè)基礎(chǔ)圖(即圖2和圖3)，但 它們可以擴(kuò)展到部分氧化(POX)反應(yīng)器、自熱重整(ATR)反應(yīng)器和甲醇重整器等。
權(quán)利要求
由烴原料制造合成氣的方法，至少包括下述步驟-在溫度T2和壓力P2生成熱的粗制合成氣(2)；和-將合成氣(2)快速冷卻，以制造溫度為T24的冷卻的合成氣(24)，特征在于將合成氣(2)冷卻的步驟在至少一個(gè)熱動(dòng)力壓縮機(jī)(23)中進(jìn)行，所述至少一個(gè)熱動(dòng)力壓縮機(jī)(23)同時(shí)冷卻并壓縮合成氣(2)，從而使用冷卻劑(22)制造冷卻到溫度T24并壓縮到壓力P24的合成氣(24)。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其中冷卻劑(22)是水。
3.權(quán)利要求1或2所述的方法，其中粗制合成氣⑵在高于800°C的溫度T2生成。
4.權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的方法，其中冷卻的壓縮合成氣(24)具有400°C的最高溫度。
5.合成氣制造設(shè)備，包括至少一個(gè)用于生成粗制合成氣的反應(yīng)器(1)、熱動(dòng)力壓縮機(jī) (23)、向反應(yīng)器⑴加料的裝置、將合成氣⑵從反應(yīng)器⑴送往熱動(dòng)力壓縮機(jī)(23)的裝 置、將冷卻劑(22)加入熱動(dòng)力壓縮機(jī)(23)的裝置、以及將冷卻的壓縮合成氣(24)排出的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及由烴原料制造合成氣的方法，該方法至少包括下述步驟在溫度T2生成熱的粗制合成氣(2)，將氣體(2)快速冷卻以產(chǎn)生溫度為T24的冷卻的合成氣(24)，將該合成氣在同時(shí)冷卻并壓縮氣體(2)的至少一個(gè)熱動(dòng)力壓縮機(jī)(23)中冷卻，以產(chǎn)生冷卻的壓縮合成氣(24)。
文檔編號(hào)F04F5/54GK101873990SQ200880117839
公開日2010年10月27日 申請(qǐng)日期2008年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月26日
發(fā)明者B·達(dá)維迪安 申請(qǐng)人:喬治洛德方法研究和開發(fā)液化空氣有限公司