专利名称：制造冷却的压缩合成气的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及制造冷却的压缩合成气的方法和设备。H2/C0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(P0X、ATR)产生的。该方法在非常高的温度(800至 1300 0C )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°C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°C的温度T2生成。同样有利的是，所述冷却的合成气具有400°C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。在图2中，根据现有技术，将轻质烃HC和蒸汽加入蒸汽甲烷重整器1，以制造压力 为P2和温度为T2的、基本含H2、CO和CO2的合成气2。然后使制得的合成气2通过锅炉3 而将其骤冷，在此，其热被骤然转移到锅炉水中，从而制造过热的蒸汽和压力为P4、温度为 T4的冷却合成气4。在存在水(未显示)的情况下将合成气4引入转换反应器5，以制造压 力为P6的不纯氢6的料流。然后将不纯氢6引入PSA单元7，在此将其提纯，以提供压力 为P8的提纯的氢8。最后，在压缩机9中将氢8压缩，以提供压力为PlO的压缩氢10，压力 PlO高于将要使用氢10的系统11的压力。在图3中，根据本发明，将轻质烃HC和蒸汽加入蒸汽甲烷重整器1，以制造压力为 P2和温度为T2的、基本含H2、CO和CO2的合成气2。然后将制得的合成气2送入热动力压 缩机23，在此将其压缩并通过直接喷射液态水22将其骤然冷却(骤冷)。因此制得了冷 却到温度T24、压缩到压力P24、并且由于喷射的冷却水的量而具有增大的水含量的合成气 24。在存在水(未显示)的情况下将合成气24引入转换反应器25中，以制造压力为P26 的不纯氢26的料流。然后将不纯氢26引入PSA单元27中，在此将其提纯，以提供压力为 P28的提纯的氢28。最后，将氢28压缩，必要时在压缩机29中压缩，以提供压力为P30的 压缩氢30，压力P30高于将要使用氢30的系统31的压力。使合成气22通过热动力压缩机23可以使得下游工艺气体的压力升高，特别带来 了下述优势
·较好的PSA处理效率；
·减少了将氢加压达到系统压力所需的压缩能； 有可能降低重整压力(相对于常规的重整压力水平)，并且由于在热动力压缩机 中实现的压缩，可以获得常规的下游合成气压力，由此提高CH4的转化效率并降低重整管上的机械应力，重整管因此具有较长的寿命。已经以蒸汽甲烷重整(SMR)反应器的形式给出了两个基础图(即图2和图3)，但 它们可以扩展到部分氧化(POX)反应器、自热重整(ATR)反应器和甲醇重整器等。
权利要求
由烃原料制造合成气的方法，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(2)；和-将合成气(2)快速冷却，以制造温度为T24的冷却的合成气(24)，特征在于将合成气(2)冷却的步骤在至少一个热动力压缩机(23)中进行，所述至少一个热动力压缩机(23)同时冷却并压缩合成气(2)，从而使用冷却剂(22)制造冷却到温度T24并压缩到压力P24的合成气(24)。
2.权利要求1所述的方法，其中冷却剂(22)是水。
3.权利要求1或2所述的方法，其中粗制合成气⑵在高于800°C的温度T2生成。
4.权利要求1至3任一项所述的方法，其中冷却的压缩合成气(24)具有400°C的最高温度。
5.合成气制造设备，包括至少一个用于生成粗制合成气的反应器(1)、热动力压缩机 (23)、向反应器⑴加料的装置、将合成气⑵从反应器⑴送往热动力压缩机(23)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。
全文摘要
本发明涉及由烃原料制造合成气的方法，该方法至少包括下述步骤在温度T2生成热的粗制合成气(2)，将气体(2)快速冷却以产生温度为T24的冷却的合成气(24)，将该合成气在同时冷却并压缩气体(2)的至少一个热动力压缩机(23)中冷却，以产生冷却的压缩合成气(24)。
文档编号F04F5/54GK101873990SQ200880117839
公开日2010年10月27日 申请日期2008年11月24日 优先权日2007年11月26日
发明者B·达维迪安 申请人:乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司