[发明专利]催化法生产合成气

说明书

本发明涉及以甲烷、氧以及（可能）二氧化碳和水为起始原料生产合成气（"syngas"），该方法是在多级催化床中进行的，催化床按串级排列，且原料以许多细分流的供料方式从各催化床逆流向上供入生产过程。

该合成气也称为"syngas"，主要由CO和H₂的气体混合物组成。目前，在采用费-托合成法生产用于汽车燃料的生产工艺中、在生产甲醇和高级醇的工艺中以及在氨合成法中，合成气混合物的生产是这些方法的关键环节。用于运行合成气生产设备所需的投资费用和能源消耗估计约占上列工艺总费用的60%。

合成气的生产，目前采用的方法是水蒸汽转化或自热转化或部分的、非催化的、烃氧化法。构成上述转化基础的反应如下：

更详细而言，水蒸汽转化法催化转化烃/水蒸汽混合物（H₂O：C＝2.5-3.5）产生H₂/CO之比典型地约为3的CO/H₂混合物。涉及该方法的化学反应是式〔2〕、〔4-5〕和〔6〕。

该反应剂混合物中H₂O/C之比是在该反应进行的温度和压力条件下测定的，而且必须抑制煤生成反应〔4-5〕发生。在这些方法中通常使用的催化剂是基于支承在Al、Mg、Si的氧化物上的Ni。这些载体显示出性能优良的热稳定性的机械强度。上述反应均在内部装有燃烧室的管状反应器中进行。管内压力典型的范围包括1-5MPa，管的出口气体温度典型地为约850℃（可参考例如"Catalysis Science and Technology";Vol.5（1984），chapter1，J.R.Rostrup-Nielsen）。

非催化部分氧化法未广泛应用，仅在为了将氧、烃、水蒸汽和水的混合物转化为H₂/CO之比典型地约为2的合成气时使用。该方法的化学反应可用式〔1〕、式〔4〕-〔6〕表示。迄今，由Texaco and Shell（参阅Hydrocarbon Processing;April 1990，page 99）安装的设备采用绝热反应器，上述反应即在其中进行，而总的烃燃烧反应〔7〕则在反应器的进口处借助燃烧器发生。这些反应产生大量的热、水蒸汽和CO₂。所产生的热导致未燃烧的烃发生裂解反应，有利于水蒸汽〔2〕和CO₂〔3〕的转化反应。

典型的操作温度范围包括1250-1500℃，而压力则可以在3-12MPa的范围内。

自热转化法是在供入烃、氧和水蒸汽混合物的绝热反应器中进行的。在第一反应区，总的烃燃烧反应开始进行，反应式如下：

在催化床内的第二反应区，发生水蒸汽〔2〕和CO₂〔3〕的转化反应。在催化床中，常使用镍基催化剂，其性能与如上所述的用于水蒸汽转化法的催化剂类似。在自热转化过程中，可以获得H₂/CO混合物，其具有的比值在水蒸汽转化法和非催化部分氧化法所得值的范围内。反应器出口的气流温度典型地包括在950-1000℃范围内，但是，在安装了燃烧器的区域其温度显然更高。反应器内的压力包括在2-4MPa范围内。