[发明专利]用于碳氢化合物氧化的方法和反应器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于含碳氢化合物给料(feedstock)的氧化的方法和相关的反应器。本发明可以用用于例如自动热转化(autothermalreforming)、二段转化(secondary reforming)和部分氧化，用于产生合成气体或燃料。 

背景技术

含碳氢化合物给料(HCF)的部分氧化或全部氧化在这样的过程中实现：焦炉煤气或天然气的自动热转化；来自于一段转化炉(reformer)的过程气体(process gas)的二段转化，例如，用于产生合成气体；HCF的部分氧化(POX)，用于转换成合成气体、燃料或还原气体。取决于应用，在适当的容器的反应室内氧化剂流可以是空气、浓缩O₂的空气或纯氧气(通常为95％摩尔或更多)。 

图13示出了现有技术的空气二段转化炉的示例。转化炉具有带有颈状部101的容器100，燃烧器102安装在所述颈状部101处，并连接到空气管110。含碳氢化合物给料或HCF经由连接到颈状部101的侧面的耐火衬里输送管线103进入转化炉。过程气体分布器104安装在燃烧器102的末端的上方，以在容器颈状部的横截面上提供均匀的过程气体分布，并与氧化剂实现良好的混合。燃烧器102安装在颈状部101的底端处，以使得在位于容器颈状部的底端处和包括在容器100内的催化床(未示出)的顶部上的室内发生燃烧。 

图14示出了氧气二段转化炉的典型布置。转化炉包括容器200、颈状部201、燃烧器202、过程气体输送管线203和气体分布器204。燃烧器末端大约在颈状部201的中心，以使得颈状部本身被用作燃烧室。 

自动热转化炉或ART主要包括反应器，在反应器处HCF部分燃烧，随 后甲烷流在催化床上转化和变换。HCF和氧化剂入口通常根据图14布置，在图14中，HCF和蒸汽在203处进入，而氧气或浓缩空气经由燃烧器202进入。 

已知技术中的HCF的部分氧化在所谓的POX气体发生器内实现，所述POX气体发生器通常包括耐火衬里外壳，所述内火衬里外壳限定适当的燃烧室，并具有轴向空气(或氧气)入口和横向HCF入口。 

上述现有技术的缺点是HCF进入流往往使进入燃烧室的方向受到90°的改变。而且，由于不对称进入，气体分布器在普通转化炉中是必不可少的，以在室内的HCF与氧化剂流之间得到可接受的混合。然而，气体分布器涉及相关压降。POX气体发生器可以在没有气体分布器的情况下实现，然而因为HCF被强制流动通过燃烧器自身，所以它们仍然承受HCF流的相关压降。 

更详细地，在所述方向改变和在通过气体分布器的压降中HCF的动能几乎全部损失；因此，现有技术提供的是通过提供大大超过转化炉内操作压力的压力下的氧化剂流而提供用于混合气体和氧化剂流所需的能量。氧化剂流的超压能被转化成动能，同时得到促进与过程气体混合的高速氧化剂流。然而，这种方案涉及氧化剂的相关压降，从而涉及成本和用于压缩的能耗。 

另外的缺点是气体分布器安装在HCF入口的下游，燃烧器的重要部分被直接暴露到热(大约800℃)的HCF气体，例如，来自于一段转化炉或预热器的HCF气体。 

参照图13，可以看到的是气体管直接暴露到通常在高温下被预转化或预加热的HCF气体流；因此需要昂贵的高合金管。在氧气转化炉或ART中(图14)，燃烧器的主体本身被暴露到HCF。气体分布器也被暴露到热气体，因此需要用诸如适于极端环境的合金的昂贵材料来实现。 

更进一步，必需将燃烧器末端保持在气体分布器的下游增加了燃烧器的长度或其空气管的长度，增加的燃烧器的长度或其空气管的长度则具体地易于由气体流动引起振动。 

从上述论述中显而易见，现有技术的技术问题和缺点可以概括如下： 

-HCF的相关压降；

-与成本和压降相关的气体分布器的需要； 

-需要压缩氧化剂流，以提供用于在燃烧室内混合所需的动能； 

-燃烧器直接暴露到热气体流动； 

-需要设计细长的燃烧器，尤其在氧气转化炉中，所述细长的燃烧器易于被流动引起振动。 

尽管需要有效而又有成本效益的用于转化、自动热转化或部分氧化的设备，例如，用于产生合成天然气，或产生用于合成氨的氢/氮合成气，或用于其它目的，但是在现有技术中尚还没有解决以上缺点。 

发明内容

本发明的问题是提供一种用于本文所考虑的反应器，如空气或氧气转化炉、自动热转化炉和POX气体发生器的新设计，从而解决上述所列的缺点。