[发明专利]用于制备合成气的装置

说明书

申请领域

本发明在它的最普遍方面中涉及一种用于制备气体混合物的装置，该 气体混合物包含氢、一氧化碳以及任选的氮，例如用于甲醇和氨的合成气。

具体地，本发明涉及一种上述类型的装置，该装置包括：在相对的端 部封闭的基本上圆筒形的壳体；用于供给含有氧的气流的至少一个入口； 用于供给含有烃的气流的至少一个入口；用于合成气流的至少一个出口； 至少一个燃烧器，其与用于进行烃的转化反应和/或用于将所述烃部分氧化 的反应室流体连通，得到所述的合成气流，所述反应室与所述至少一个出 口流体连通，并且任选包含合适的催化床，以促进所述转化反应。

在本说明书的余下部分以及在随后的权利要求书中，术语“含有氧的 气流”一般是指含有氧并且任选含有蒸汽和/或氮的燃烧(comburent)气体， 而术语“含有烃的气流”是指含有烃并且任选还含有二氧化碳、氢、一氧 化碳和蒸汽的可燃或工艺气体。

现有技术

如众所周知，上述类型的装置广泛地用于：在上述反应室中，在催化 剂的存在下，进行烃的次级转化或自热转化(ATR)；或在没有催化剂的存 在下，进行烃的部分氧化(POX)，从而得到用于制备各种化合物的合成气， 特别是用于制备氨和甲醇的合成气。

在用于次级转化的使用中，可燃气体通常来自初级转化部分，在所述 初级转化部分中，使得烃例如天然气、燃料油、LPG(液化石油气)或炼厂 气以及它们的混合物与蒸汽反应。这样的可燃气体通常含有轻质烃(例如， C₁-C₄)以及氢、一氧化碳、二氧化碳和蒸汽。在次级转化装置中，在燃烧 器下面的反应室的第一区(也称为燃烧区)中，对烃进行部分氧化，其中消 耗包含在燃烧气体中的氧，从而得到气体混合物。这样的氧化或燃烧是高 度放热的，并且产生促进气体混合物的转化反应所必需的热量，所述气体 混合物的转化反应相反地是吸热的，发生在反应室中燃烧区下面的第二区 内，所述的第二区中安装有适当的催化床，从而得到包含一氧化碳和氢的 气体合成流。

在用于自热转化的使用中，在单一装置(所谓的自热转化炉)中将烃的 部分氧化与同蒸汽的转化相结合，而没有预先对烃进行初级转化。因此， 在此情形下，可燃气体直接包含预定供给源(例如天然气)的烃，向所述的 预定供给源中，可以任选加入来自例如循环气流的二氧化碳，并且在合适 的催化床上进行转化。

在意在烃的部分氧化(POX)的装置中，即所谓的部分氧化器中，燃烧 和可燃气流的进料与用于自热转化的装置的进料类似。然而，在此情形下， 在没有催化剂的情况下，烃的部分氧化与任选地同蒸汽的转化反应在反应 室中一起进行。

还已知，上述装置，至少在燃烧区中，在相当高的温度，通常为 1000-1600℃工作，并且这使得必须保护壳体的金属结构。为此目的，壳体 的内部衬有一些通常由预制砖或耐火水泥的铸件制成的耐火材料的层，然 而，这具有各种缺点。

首先，应当注意，这样的耐火材料，根据它们是否构成衬里的更内层(因 此，更加遭受高温)或更外层(较少遭受高温)，必须满足耐高温性、热传导 性以及热膨胀系数的不同特性。这暗示着，衬里必须必要地由不同材料的 多层组成。

为了得到适当的耐高温性以及低的热分散性，人们还必须使通常由不 同材料的交替层构成的耐火衬里具有充分的径向厚度(300-500mm)。

而且，这样的耐火衬里的安装是费力的，需要非常长的时期以及高度 专门的人员，因为必须布置砖或水泥铸件，布置的方式使得避免形成使得 热和气体朝向壳体扩散的槽道或狭缝。

也难以制备和安装，常规耐火衬里对上述装置的运行施加了相当的限 制。首先，在安装以后，耐火衬里的固化、干燥以及烧结需要长的时间。 在正常的运行中，在装置的加热和冷却步骤期间，耐火衬里的存在迫使采 用相对于单位时间的适当温度梯度(dT/dt)，这允许了不同折射层的不均匀 膨胀(归因于耐火衬里在厚度上的温差，以及所使用的不同材料)，而没有 产生比该材料可接受的热应力更大的热应力。实际上，最大热梯度的超过 经常可以导致对耐火衬里本身的破坏性损坏。

实际上，应当注意，例如，在从装置的内部朝向外部进行的加热过程 中，热应力是通过下列事实而产生的：更热的内层的热膨胀由外层所阻止。

由于这些原因，上述装置的加热和冷却步骤可能需要许多天。