[发明专利]生产含氢气体的设备和方法

说明书

本发明涉及用于生产氢气、氢气‑甲烷混合物或含Hsubgt;2/subgt;的反应气体，用于生产氢气、醇、氨、二甲醚和乙烯以及用于费‑托法的设备和方法，并且可以用于处理烃类气体的气体或气体化学工业以及使用氢气‑甲烷混合物的技术。根据本发明，在用于生产含氢气体的设备中，所述设备包括在压力下运行的反应器容器，并且设有用于输送蒸汽‑甲烷混合物和蒸汽‑空气混合物的装置，生产气体出口，设置在容器的内壁上的耐火衬里，以及设置在容器内部并由上子层和下子层组成的甲烷转化催化剂层，甲烷进料安装在催化剂子层之间。反应器容器由不同直径的零件制成，使得催化剂的上子层设置在容器的直径较大的零件中，并且催化剂的下子层设置在直径较小的下部零件中。

技术领域

本发明涉及用于获得含氢气体，氢气、氢气-甲烷混合物、基本上含H₂和CO的合成气，用于生产氢气、醇、氨、二甲醚、乙烯，以及用于费-托法的设备和方法，并且可以用于处理烃类气体的化学工业中，并还用于涉及氢气-甲烷混合物的应用的技术中。

背景技术

现有技术描述了用于获得基本含H₂和CO的合成气，用于生产醇、氨、二甲醚、乙烯，以及用于生产费-托法的甲烷转化反应器，如2004年5月20日公布的RF专利2228901号，IPCC01B3/38中所述。用于获得预设的H₂/CO比在1.0至2.0范围内的合成气的现有技术反应器包括两个阶段：部分氧化步骤A)和在催化剂上用步骤A)产物转化残留甲烷的步骤B)。部分氧化步骤A)分两个阶段进行：a)以大约等于0.76-0.84的氧气与甲烷的摩尔比用氧气对天然气进行非催化部分氧化，以得到H₂O和CH₄的非平衡含量的产物；b)用与CO₂与H₂O或H₂0和CH₄的矫正添加剂转化阶段a)反应产物，以通过在催化剂上将用水蒸气转化残留甲烷而获得气体混合物。甲烷转化反应器允许产生具有预设的CO/H₂比的合成气，该合成气可用于获得氢气以及原料，所述原料用于醇、二甲醚、氨或其他碱性化学物质的进一步合成工艺。

然而，所描述的甲烷转化反应器具有若干缺点，其中，受到与高氧气消耗(超过转化天然气的重量消耗)相关的设备应用的功能限制和经济限制，其生产要求高功耗(高达1000kWh/t)和资本成本(高达1500USD/kgh^-1)。烟灰(sooting)也是一个严重的问题，因为它会大大降低催化剂活性。

该设备的缺点还在于由于空气压缩的支出、中间阶段的存在和副反应而造成的低热力学效率，这显著降低了产物气体中目标组分的含量。

现有技术描述了一种用于获得氢气-甲烷混合物的反应器，其被描述在于2014年6月27日公布的RU发明专利第2520482号。它是使用至少两个包含低级石蜡烃作为原料源的并流的等效设备。那时，一个流被送入用于用含氧气体进行的部分氧化，而另一流与水蒸气混合并且经过数个后续阶段。每个阶段包括由于由第一流的部分氧化而产生的热传递而在加热热交换器中进行加热。之后，该流流过充满催化剂头的绝热转化反应器。该方案的缺点是高投资成本、高金属消耗和低的原料利用效率。

现有技术根据USSR专利第1831468号，IPC 5C01 3/38描述了“从烃进料中获得合成气的方法”。它是包括将烃类进料与氧化剂(氧气或含氧气体或蒸汽混合)并且在整装催化剂的存在下转化混合物的等效方法。此时，反应区的温度不低于混合物自燃点的93℃，并且反应区的混合物注入速度超过了回火工艺的速度。现有技术方法需要使用高选择性催化剂。USSR专利第1831468号中描述的发明的主要缺点是催化剂成本高，由于局部过热而可能造成催化剂损坏以及可能的烟灰。

目前，用于部分甲烷氧化的反应器是已知的。它包括：

·第一室，用于形成第一反应物气体的通道；

·第二室，用于形成第二反应物气体的通道；