[发明专利]合成气体的自热生产

说明书

本发明涉及生产诸如氨、甲醇、氢气、羰基合成醇或费-托法的烃的富氢合成气的方法和设备。

当然，举例来说从碳氢化合物供料气流，如天然气生产氨的方法，已众所周知。所以，使碳氢化合物料气和水蒸汽的混合物经过吸热催化反应，生产一氧化碳和氢，这种反应通常称作初始重整。然后必须通入氮气，典型的是通入空气，以产生所需的氨合成气，这称为二次重整。

现有的工业化的氨合成方法，初始重整和二次重整步骤一般都在单独的反应器中进行。当工厂为它种用途需要或希望生产蒸汽时，这种生产方法才是完全适用和令人满意的。因此，在这个过程中，来自二次重整运行的热反应流体被用来生产或加热过热蒸汽。或者用于氨合成的其他方面，或者排掉。

在不需要生产蒸汽的情况下，为其它目的利用合成气体生产过程中来自二次重整步骤的热量较为有利。来自二次重整步骤中的热量，一种用途是为初始重整提供必要的热量。本发明的主要目的是提供能实现这种高效利用热量的方法和设备。

氨的生产，以及象从烃类制取甲醇之类的其它产品的生产，近几年来已发展成为相当先进的技术。其中主要是改善成本效果，但很难实现，鉴于这种观点，如果能在同一反应器中完成初始和二次重整步骤，那这是很理想的，通过减少昂贵的反应器，以及主要有关设备，完全能减少总的生产成本。

人们为制造令人满意的反应器已做了各种努力，但也遇到了一定的困难。例如，美国第3751228号专利就描述了一种反应器，其中，热的重整气体产物从反应器底部被排掉，而不是用来为重整反应供热，反之，却从外界向反应器通热气，以提供重整步骤中所需要的热量，美国第4127389号专利也描述了一种类似的反应器。

美国第4071330号专利描述了一种反应器，它被安装在炉内，利用反应器壳体与火炉的热传递为吸热重整反应提供必要的热量。反应器的壳体是用如高镍铬钢一类的导热金属材料制成的。

美国第3549335号专利，举例并描述了一种自热反应器，它包括由内壳体构成的夹套，其间为环状通路，烃料气和蒸汽混合从中通过，再通过反应器下部内壳体上的开口，并通过放置在管外的初始重整催化床。此后，气体与燃烧反应产物接触，最后从反应器排出。这一反应过程，由于利用空气燃烧，所以不能有效地利用反应放出的热量。这一技术在今天先进技术的竞争中具有很大的希望，但它还需排放掉过量氮气或在后续阶段调节产物的比率，此外，效率很低。

如前所述，本发明的目的是为富氢合成气体如氨或甲醇、氢、羰基合成醇、或烃（用费-托法）的合成气的自热生产提供一种改进的方法和设备，在合成气体生产过程中有效利用反应放出的热量。

在本发明的方法和设备中，通过使蒸汽与烃料气的混合物与过程中燃烧反应流体逆向流动通过催 化床，实现初始重整。混合气通过装有初始重整催化剂的反应管，然后使其与氧气或富氧空气接触完成燃烧。燃烧反应流体通过第二催化区进行二次反应，即二次重整反应，并产生合成气体。合成气体产物通过反应管外部，这样利用燃烧放出的热量为初始和二次反应提供热量。

附图是本发明的自热反应器的最佳装置剖面图。

附图中1表示自热反应器，反应器包括热交换室2，和为导入蒸汽和烃料气，如天然气的混合物的第一入口3。在管板5和6之间的热交换室内装有多个反应管4。（为清楚起见，只在图上标出两个），所设置的反应管可以使初始催化固定床7能固定在里面，当然催化剂可以是任何适用于重整的催化剂，如镍，而具体催化剂的选择是本技术领域专业人员熟知的。

如图所示，带有垂直扩张管11的圆锥形收集室10装在与反应管相连的邻近管板6上，使来自反应管的部分反应重整气通入到燃烧反应室12内。反应室12位于反应器1的底部。而反应室10的形状为圆锥体。不难理解，也可以采用其它的形状。

第二进气口13，位于反应器底部，用以导入氧气或富氧空气以实现燃烧室内的燃烧。邻近垂直扩张管11的末端的隔板14，把燃烧室10与热交换室2隔开。在隔板14上开有多个孔15，使燃烧反应流体可以从孔中流过，并进入第二催化剂区16。因此，流体通过催化剂区进行另一次即二次重整，产生所需要的合成气体。再者，重整催化剂可以用那些典型中的任何一种，最好选择那些本技术领域专业人员熟知的物质。还有，为清楚地用图说明，只画出了一部分催化剂，但应该明白，放入足够量的催化剂构成整个催化区。

当生产出的合成气体从第二催化剂区向上流动时，借助于反应管4外面的挡板20导向，使反应管与热流体直接接触。这种运行方式保证有效地利用燃烧放出的热量提供给反应管4内的吸热反应。