[发明专利]制造冷却的压缩合成气的方法和设备

说明书

本发明涉及制造冷却的压缩合成气的方法和设备。

H₂/CO合成气是通过甲烷蒸汽重整(SMR)(甲烷可以被其它烃原料代替，例如石脑油、燃料油、甲醇等)或通过部分氧化(POX、ATR)产生的。该方法在非常高的温度(800至1300℃)进行。

为了防止损坏金属设备，有必要在反应器的出口和在之后对粗制合成气进行处理(转换、提纯、PSA等)以前将其骤然冷却，以防止所述合成气在发生“碳灰化”的温度区域(即在400至800℃之间的温度区域)停留过长时间，因为在这些温度，合成气腐蚀金属设备。

所采用的一种已知方法包括通过将非常热的合成气通入锅炉而将其冷却，这样可以回收其热以制造蒸汽。使用该锅炉将合成气骤冷，即将其快速冷却。

然而，整个合成气工艺仅仅产生与其消耗相比过量的蒸汽，因此，为了利用合成气的热，有必要找到对于使用该蒸汽有兴趣的客户。

因此，当出于制造蒸汽之外的目的时将合成气骤冷时，需要利用被回收的合成气的热。

因此，本发明的一个目的是提供将合成气冷却的方法并回收热，而不是致力于制造蒸汽或者更概括而言致力于制造一种或多种热的流体。

本发明的另一个目的是相对于重整操作后的压力，提高合成气的压力。

本发明提出通过使用热动力压缩机直接喷射液态水将重整反应器提供的非常热的合成气骤冷，所述热动力压缩机可以在单个步骤中压缩合成气同时将其骤然冷却，由此避免“金属灰化”。

由此提高的合成气压力可以在不同方面得到良好的利用：

·在反应器出口的合成气压力一定的情况下，有利的是具有较高的下游压力，这在PSA处理(在较高压力下具有较高的效率)和可能的H2压缩操作、尤其是最高达系统压力的压缩操作方面可能是有利的(压缩能量减少)；

·在下游压力一定的情况下，可以在合成气生成反应器中使用较低的压力，例如由此减少合成气中的CH₄量(提高转化产量)，或者可以减少压缩烃原料和任选地在POX和ATR情况下压缩O₂所需要的能量。如果决定降低重整器中的压力(相对于常规的压力水平)，一个非常重要的额外益处是有可能降低炉内重整管上的机械应力，使重整管的使用寿命大大延长。

因此两个特别有利的效果同时结合在一起：

·将合成气骤冷；以及

·提高合成气压力；

热动力压缩机使得来自生成步骤的合成气中所含的热能能够得到利用。此热能实际上被合成气自身消耗。

热动力压缩机如下所述将气体压缩：将气体加速达到高速度，优选超过声速(通常是300m/s)，将其冷却(例如通过与水滴直接接触)，然后将其减速。

所述述冷却可以发生在加速之前、加速过程中或者加速之后。

通过使合成气穿过喉口，例如渐缩渐阔喷嘴，可以将合成气加速。同样地，为了将合成气减速，可以使其通过另一喉口，例如渐缩渐阔喷嘴。

热动力压缩机需要的能量由合成气提供。优选的冷却剂是水，其可以被去除和/或之后当在重整操作后水已经存在(以蒸汽的形式)于合成气中时被利用。

热动力压缩机的示例描述于专利申请FR-A-2805008中。其原理基于通过将细小水滴的汽化、然后使用会聚和发散的喷嘴的设置将气体压缩而将所述气体冷却。图1中显示了基于此原理的热动力压缩机的模型。

本发明的第一个主题涉及由烃原料制造合成气的方法，其至少包括下述步骤：在温度T2和压力P2生成热的粗制合成气；将所述合成气快速冷却，以制造温度为T24的冷却的合成气，其中将所述热的粗制合成气冷却的步骤在至少一个热动力压缩机中进行，所述至少一个热动力压缩机同时冷却并压缩所述热的粗制合成气，从而使用冷却剂制造冷却到温度T24并且压缩到压力P24的合成气。

优选地，冷却剂是液态水。

有利的是，所述热的粗制合成气在高于800℃的温度T2生成。

同样有利的是，所述冷却的合成气具有400℃的最高温度。

本发明的第二个主题涉及合成气的制造设备，其包括至少一个用于生成热的粗制合成气的反应器、热动力压缩机、向反应器加料的装置、将热的粗制合成气从反应器送往热动力压缩机的装置、将冷却剂22加入热动力压缩机23的装置、以及将冷却的压缩合成气24排出的装置

下面结合图2和图3更具体地描述本发明，图2代表制造合成气以最终制造氢的方法的基础图，图3代表根据本发明制造合成气以最终制造氢的方法。