[发明专利]含烃混合物碳含量的确定方法

说明书

技术领域

本发明一般涉及氢气和/或合成气制备，更特别地涉及用于氢气和/或合成气制备的含烃原料碳含量的确定方法。 

背景技术

用于氢气和/或合成气制备工艺(例如蒸汽甲烷重整(SMR)、自热重整(ATR)和催化部分氧化(CPOX))的原料通常是含烃混合物，例如天然气，且可以包括炼厂废气。含烃混合物的性质之一是其碳含量。该碳含量用于在将混合原料引入氢气生成反应器之前确定为了形成混合原料而与该含烃混合物混合的蒸汽量。 

通过通常称作蒸汽/碳之比的控制参数来确定与该含烃混合物混合的蒸汽量。精确确定该含烃混合物的碳含量对于该氢气生成工艺是重要的，使得可以添加适当量的蒸汽。蒸汽量的不足会导致在氢气生成反应器中的催化剂上形成碳，由此导致碳沉积并降低催化剂的活性，而过多的蒸汽会降低该工艺的能量效率。 

通常，通过分析该含烃混合物的组成来确定碳含量。通常，通过质谱或气相色谱分析该化合物，其成本较高，且需要经常维修。此外，气相色谱会导致时间延迟，因此在含烃混合物已经引入到该氢气生成工艺中之前无法检测到组合物中的任何突然改变。 

因此，由于测量的时间延迟，通常保守设定该蒸汽/碳之比，以提供比氢气生成工艺所需更多的蒸汽。这样，在付出能量效率的代价下可以避免在催化剂上生成碳。 

将需要提供具有较低成本和较低的维修费用，优选具有很少或没有时间延迟的碳含量测试方法。 

为了避免组分分析的成本和维修费用，已经进行了使用不用组分分析的方法的尝试。 

一种方法是假设该含烃混合物的固定碳含量，例如当该组合物在小范围内改变时，例如当该含烃混合物是天然气时。由于低估碳含量 可能导致在催化剂上生成碳，因此该假定的碳含量通常根据由离线组分分析确定的该含烃混合物的历史组成来进行保守选择。因此，该蒸汽/碳之比通常大于所需值，导致该氢气生成工艺的能量效率降低。如果该含烃混合物的碳含量升高到其历史范围之上，那么催化剂也存在风险。 

另一种方法是基于对该含烃混合物的密度或分子量的测定。用于测定密度或分子量的传感器通常与质谱和气相色谱相比较为廉价，而且需要较少的维修。 

含烃混合物的碳含量与密度或分子量之间的关联式可以根据该含烃混合物的历史组成数据来建立。这种方法比使用该含碳混合物的固定碳含量更为适用。由于不同烃的比例改变而造成碳含量的改变会造成密度或分子量的改变，因此关联式将使用这种改变来提供该含烃混合物的碳含量的更精确的估计值。 

图1示出了直链烷烃(甲烷到己烷)、氮气、一氧化碳、二氧化碳和氢气的分子量作为碳数的函数曲线。图1示出了对于烷烃，其分子量与碳数之间具有良好的线性相关性。在该关联式中，氢气也可以包括在烷烃中。由于线性关系，因此这些烷烃和氢气构成混合物时，可以使用分子量的测量来确定碳数。 

由于计算碳数的精度取决于分子量的精度，因此将需要提供分子量的精确测量。 

使用密度或分子量的问题在于密度和分子量也取决于该含烃混合物中的非烃组分，例如氮气、氩气、二氧化碳、一氧化碳和水。如果这些非烃组分的含量显著变化，那么在由该关联式计算的碳含量中会造成较大的误差。如果非烃组分的含量超出开发该关联式时的历史范围之外，那么该关联式会变得非常不可靠。 

将需要提供精确的碳含量树脂，使得可以更不保守地设定蒸汽/碳之比，由此放置在催化剂上生成碳，且提高能量效率。 

本发明地方法解决了用改进的精度和响应时间确定含烃混合物的碳含量的长期需求，由此使得可以定位于更不保守的蒸汽/碳之比。 

相关公开包括日本专利申请号08-291195、美国专利号6758101和欧洲专利申请号EP1213566。

发明内容

本发明涉及含烃混合物碳含量的确定方法。 

在含烃混合物碳含量的确定方法的第一实施方式中，该方法包括测定该含烃混合物的第一组成依赖整体性质(composition-dependent bulk property)，以确定第一组成依赖整体性质值；和使用至少该第一组成依赖整体性质值在碳含量关联式(carbon content correlation)中计算碳含量值。该第一组成依赖整体性质选自低热值(lower heating value)、高热值(higher heating value)、导热系数(thermal conductivity)、粘度、摩尔热容、比热容(即基于质量的热容)和声速。