转化器装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及气态烃－蒸汽转化方法和系统（１００），包括：部分燃烧第一燃料／空气混合物物流（１０２）来加热用于在气态烃－蒸汽物流的转化期间使用的燃料／空气混合物物流；燃烧第二燃料／空气混合物物流来加热用于在所述气态烃－蒸汽物流的转化期间使用的空气物流；和转化所述气态烃－蒸汽物流以形成合成气物流（１１０）和烟气物流（１１２）。本发明专利技术的转化方法是小规模、然而资本和运营成本可与大规模系统相媲美。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于转化气态烃的装置和方法，且更具体地涉及用于转化气态烃的高效率、低金属尘化、低结焦的装置和方法。蒸汽转化器是一种催化反应，其中，蒸汽和气态烃的混合物在高温下与在催化剂 接触以产生碳氧化物和氢气的混合物，通常被称为合成气。合成气可进一步转化为非常广 范围的大宗和特种化学品，包括氢气、甲醇、氨、运输燃料和润滑剂。在蒸汽转化中涉及的化学反应已为众所周知多年。事实上，蒸汽转化自20世纪30 年代以来已用于工业界，天然气的蒸汽转化自引入高压操作的20世纪60年代以来就一直 是生产氢气的主要方法。转化反应带来的两个潜在问题包括金属尘化和结焦，它们能够导致工艺低效率和 设备故障。金属尘化在温度、压力和含碳气体环境中的组成的组合导致合金腐蚀分解为尘 粉时发生。金属尘化条件在转化器系统中是难以避免的，因而金属尘化是持续的威胁。当 气态烃裂化产生可能堵塞或损坏流径、能够导致热传递和转化效率降低和设备故障的固体 含碳物质时，结焦发生。传统上，工业蒸汽转化器是管式结构，采用几个装有转化催化剂的大金属管。烃/ 蒸汽进料混合物流过该管，接触催化剂并转化为合成气。由于转化反应吸热，必须提供热量 以维持所要求的转化温度(一般高于800摄氏度)。在传统的管状转化系统中，这是通过将 管放置在通常燃烧天然气的燃烧炉中来实现的，其中热量通过对流传热和辐射传热的组合 来传递给管。因此，管式转化器的成功操作有赖于保持在管内的吸热转化反应和从燃烧炉到管 的热传递之间的某种精细的平衡。通过管壁的热通量必须足够高，以维持转化反应所需的 温度，但不能过高(通过强度降低来实现)，以免引起过高的金属壁温度或在管内的过热点 处产生烃结焦。因此，管式转化器的操作必须受到严格控制。虽然大规模的管式转化器在技术上和经济上都非常成功，但小规模的管式转化器 不太成功。除其它情况外，制造、安装、维护和以较小的规模操作管式转化器的成本不具吸 引力。因此，诸如氢气、氨和甲醇的合成气下游产品的较小的用户发现在现场设立这些 产品的生产设施没有吸引力。相反，他们通常依赖于来自大生产商的该产品的气缸的卡车 输送。随着运输燃料价格上涨，这个方案变得越来越不具吸引力。此外，许多使用天然气的 用户希望有现场生产设施，这样不仅是为了避免运输费用，而且提高了供应的可靠性。此 夕卜，世界上天然气供应的大部分是位于边远地区的小的区域，还没有到天然气市场的管道。 如果天然气首先转化为可从合成气生产的液体诸如甲醇和长链烃，这个所谓的“无管道系 统可利用的天然气(stranded gas) ”的能源内容物可以更容易地运到市场。因此，有对于比经济和实际上的可行的传统管式系统更小规模地生产合成气的需 求，并且那个需要有可能增加。但是，有相当大的挑战更小规模的系统在初始成本上必须 与大型工厂成合理比例，操作成本也必须与生产规模相称。低的操作成本要求高的能量效率、使天然气成本最小化、操作简单、最小化或避免需要专职工厂操作者的照看。虽然转化反应所需要的热量是由热力学所固定的，但工厂中的能源使用的总体效 率取决于从热的合成气和热的燃烧烟气物流回收热量来将冷的进料预热到转化温度和升 起必要的蒸汽的效率。高效的进料-流出物换热器和烟气加热的预转化器的使用可以在这 方面给予帮助。重要的是，虽然大规模的转化系统可能因将多余的蒸汽的能量输送到现场 的其它过程中而宣称具有能量 效率，但小规模的转化系统不可能有用于多余蒸汽的出口目 的地，因此其生产并不提高效率。初始资金成本和操作简单性都可以通过在可能的情况下改用被动控制技术而使 主动控制的使用最小化来增强。例如，对单一物流进行合适的分流以传送到并行连接的多 个组件可以通过安排合适的、通过这些组件的相对压降来实现，而不使用控制阀。作为另一 个例子，离开换热器的蒸汽的温度可以通过安排使换热器以小的温度夹区(pinch)操作而 保持在接近极限。小规模系统的另一个考虑因素是，与大规模工厂不同，用户可能无法以工厂的全 部生产能力或接近工厂的全部生产能力连续操作。因此，就如快速开车和停车程序一样，大 范围内的吞吐量的调节应该是可以实现的并应自动化。小规模的转化器也应该最小化维修的需求。因此，需要实现由于易于控制、监测和维护以及高的能源效益而在资金和操作成 本上与大规模系统相媲美的小规模的转化方法及装置。
技术实现思路
在一些实施方案中，气态烃_蒸汽转化方法和/或装置可被设计为将金属尘化条 件的发生限制到装置或方法的局部部分中。在一些实施方案中，将金属尘化条件的发生限 制到其中的装置或方法的局部部分可包括燃料预热器，在该燃料预热器中部分燃烧燃料/ 空气混合物来将燃料物流从金属尘化温度以下加热到金属尘化温度以上。在一些实施方案 中，将金属尘化条件的发生限制到其中的装置或方法的局部部分可包括空气预热器，在该 空气预热器中燃烧燃料/空气混合物来将空气物流从金属尘化温度以下加热到金属尘化 温度以上。在一些实施方案中，将金属尘化条件的发生限制到其中的装置或方法的局部部 分可包括毗邻急冷换热器的管道部分，在那里将在转化过程期间形成的合成气物流的一部 分从金属尘化温度以上急冷至金属尘化温度以下。在一些实施方案中，将金属尘化条件的 发生限制到其中的装置或方法的局部部分可包括一部分工艺管道，在那里将急冷的合成气 与尚未急冷的第二部分合成气混合。相应地，在一些实施方案中，气态烃-蒸汽转化方法可包括a)预热一股或多股空气物流以形成一股或多股预热的空气物流；b)将至少一股空气物流与至少一股燃料物流的一部分混合以形成具有低于金属 尘化条件的温度的燃料/空气混合物；c)部分燃烧所述燃料/空气混合物的一部分中的燃料以形成用于在一个或多个 转化器级中使用的具有高于金属尘化条件的温度的加热的燃料物流；d)在至少一股所述预热的空气物流的存在下燃烧所述燃料/空气混合物的一部 分以形成用于在一个或多个转化器级中使用的具有高于金属尘化条件的温度的加热的空气物流； e)加热一股或多股水物流以形成蒸汽；f)将该蒸汽与一股或多股气态烃物流混合，以形成所述气态烃_蒸汽物流；g)在一个或多个预转化级中加热并部分转化所述气态烃_蒸汽物流以形成转化 器物流，其中遍及所述一个或多个预转化级，所述气态烃_蒸汽物流具有避免金属尘化条 件和结焦条件的温度和组成的组合；h)在一个或多个转化器级中转化所述转化器物流以形成合成气物流和烟气物流， 其中遍及所述一个或多个转化级，所述转化器物流具有避免金属尘化条件和结焦条件的温 度和组成的组合；i)从所述烟气物流中回收热量以便为步骤g)中的预转化级供热并为所述水物流 提供预热；和j)从所述合成气物流中回收热量，以预热来自步骤a)的空气物流并提供热量来 形成步骤e)中的蒸汽。在一些实施方案中，所述方法或装置包括用于气态烃的蒸汽转化以生产合成气的 方法或装置，其中气态烃的进料流量为1到10，000标准立方米/小时(“SCMH”)。在一些 实施方案中，配置所述方法或装置以使金属尘化条件和/或结焦条件在整个蒸汽转化方法 中被最小化、避免或局部化。优选地，配置该方法或装置以在该方法或装置的换热器、转化 级和预转化级中避免金属尘化条件。优选地，配置所述方法或装置配置以避免在燃料进料 物流、预转化级本文档来自技高网...

【技术保护点】
气态烃－蒸汽转化方法，包括：部分燃烧第一燃料／空气混合物物流中的燃料来加热用于在气态烃－蒸汽物流的转化期间使用的燃料／空气混合物物流；燃烧第二燃料／空气混合物物流来加热用于在所述气态烃－蒸汽物流的转化期间使用的空气物流；和转化所述气态烃－蒸汽物流以形成合成气物流和烟气物流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：安东尼约翰斯顿，
申请(专利权)人：美吉特英国有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]