[发明专利]获得作为吸热反应的间接加热源的加热流体的方法

说明书

本发明涉及获得作为进行吸热反应、例如烃重整反应的间接加热源的加热流体的方法。

更准确地说，本发明涉及包括下列步骤的方法：

-将含有烃类的物流和含有氧的气流加入到燃烧室，在燃烧室中这些流体被适当地压缩；

-在燃烧室中、在氧存在下燃烧烃类，从而获得含二氧化碳和氧的高温流体。

本发明还涉及在交换器型重整装置中进行烃重整反应的方法。

在下面的说明书和后附的权利要求书中，术语“烃类”通常是指轻质气态烃(C₁-C₄)例如甲烷，天然气，炼厂气，或轻质液态烃，例如石脑油，和它们的混合物。此外，术语“含氧气流”通常是指空气，富含氧的空气或纯氧。

在下面的说明书和后附的权利要求书中，术语“烃的重整”是指在水蒸汽存在下烃的吸热转化。用这样的方法获得化合物，例如氢、一氧化碳和二氧化碳，这些化合物在许多化学反应中作为基本的反应物。

术语“交换器型重整装置”是指适合于进行烃重整的特定装置。从概念的观点来看，这些装置可以与换热器相比。通常，重整反应是在许多装有催化剂并有烃和水蒸汽的流体流过的管(管束)中进行。反应热是通过加热流体接触管外侧壁、进行间接热交换来提供的。

正如所知道的那样，在吸热反应、更确切地说是在烃重整反应领域，越来越感到需要提供这样一些方法，这些方法一方面具有最低能量消耗，另一方面可以在具有高热效率的、简单和可靠的重整设备或装置中进行，并且需要低的投资和维修费用。

为了满足上述的要求，在本领域已经提出了一些方法例如烃重整方法，其中反应热是通过与加热流体的间接热交换来提供的。

这种类型的方法已经在下列论文中举例说明："synetix发表的先进的气体加热重整装置，P.W.Farnell"和"新的Kellogg Brown和Root氨处理(New Kellogg Brown & Root ammonia process),Jim Gosnell"；这两篇论文在"第44届美国化学工程师学会年会关于氨设备和有关设施的安全(44th AIChE Annual meeting on safety in ammonia plants andrelated facilities)”，西雅图，美国，27-30日，九月，1999年中详细说明。

迄今为止，已经发现，需要例如上述交换器型重整装置的设备的这些方法在实际应用中非常有限，这是因为这些方法要求总能量消耗等于甚至高于传统的炉型重整装置。此外，它们还有未解决的新的技术问题，例如金属粉尘化(metal dusting)。

事实上，虽然这些方法保证了反应性气体(烃和水蒸汽)和加热流体之间的高温交换效率，以及高效率地回收离开交换器型重整装置的加热流体的余热，但是这种方法有许多缺点，有些缺点在下文中指出。

例如，在用于获得氨合成反应物的烃重整反应的情况下，重整反应所需的热通常是在交换器型重整装置(第一重整装置)中通过与来自第二重整装置的热气体间接热交换来提供的。

在第二重整装置中，反应热是通过与在装置中的氧化剂与部分烃和氢的放热燃烧反应所生产的热进行直接热交换来提供的。

然而，在第二重整装置中的氧化剂通常是空气，与该氧化剂一起引入的氮量必须是用于下列NH₃合成反应的化学计算量，对交换器型重整装置有效的热量是不变的，并且无论如何不足以提供满意的烃重整。

为了避免这种情况，通常提出了二种可能的解决方案：1)用过量的氧化剂，即空气进行第二重整操作；2)用富氧空气操作。

第一种解决方案的缺点是，必须压缩空气量使其大大地超过化学计算量(约超过50％)。此外，过量的氮不会用于合成反应，因此必须用昂贵的设备将其除去；另外，可将氮送到氨合成回路，从氨合成回路必须洗涤出氮，因为在这种情况下它对合成反应是有害的。在这两种情况下，压缩过量的氮所用的能量被损失，结果使能量消耗增加。

第二种解决方案的缺点是富氧空气系统是昂贵的，并且要消耗相应的能量。

这两种解决方案不可避免地意味着交换器型重整装置是在具有高浓度CO的还原气氛中进行加热流体操作。这样就使设备产生所谓的金属粉尘化现象，这种现象将在后面描述。

为了降低与金属粉尘化问题有关的危险，在烃重整期间所用加工蒸汽的量大于额定量，这样进一步增加了消耗。另外，还要使用高级的和昂贵的材料来制造重整设备。