CN102099445A - 催化部分氧化重整 - Google Patents

催化部分氧化重整 Download PDF

Info

Publication number
CN102099445A
CN102099445A CN2009801280990A CN200980128099A CN102099445A CN 102099445 A CN102099445 A CN 102099445A CN 2009801280990 A CN2009801280990 A CN 2009801280990A CN 200980128099 A CN200980128099 A CN 200980128099A CN 102099445 A CN102099445 A CN 102099445A
Authority
CN
China
Prior art keywords
gas
hydrogen
synthetic gas
hydrocarbon
product
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2009801280990A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102099445B (zh
Inventor
A.马尔霍特拉
D.P.曼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kellogg Brown and Root LLC
Original Assignee
Kellogg Brown and Root LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kellogg Brown and Root LLC filed Critical Kellogg Brown and Root LLC
Publication of CN102099445A publication Critical patent/CN102099445A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102099445B publication Critical patent/CN102099445B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/06—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes
    • B01J8/067—Heating or cooling the reactor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/025—Preparation or purification of gas mixtures for ammonia synthesis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C01B3/382—Multi-step processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C01B3/384—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts the catalyst being continuously externally heated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/48—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents followed by reaction of water vapour with carbon monoxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01C—AMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
    • C01C1/00—Ammonia; Compounds thereof
    • C01C1/02—Preparation, purification or separation of ammonia
    • C01C1/04—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase
    • C01C1/0405—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase from N2 and H2 in presence of a catalyst
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00265—Part of all of the reactants being heated or cooled outside the reactor while recycling
    • B01J2208/00274—Part of all of the reactants being heated or cooled outside the reactor while recycling involving reactant vapours
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00309—Controlling the temperature by indirect heat exchange with two or more reactions in heat exchange with each other, such as an endothermic reaction in heat exchange with an exothermic reaction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/0053—Controlling multiple zones along the direction of flow, e.g. pre-heating and after-cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00002—Chemical plants
    • B01J2219/00004—Scale aspects
    • B01J2219/00006—Large-scale industrial plants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00002—Chemical plants
    • B01J2219/00018—Construction aspects
    • B01J2219/00024—Revamping, retrofitting or modernisation of existing plants
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0238—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a carbon dioxide reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0244—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being an autothermal reforming step, e.g. secondary reforming processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/025—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a partial oxidation step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0283—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a CO-shift step, i.e. a water gas shift step
    • C01B2203/0288—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a CO-shift step, i.e. a water gas shift step containing two CO-shift steps
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0405—Purification by membrane separation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0415—Purification by absorption in liquids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/0475—Composition of the impurity the impurity being carbon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06—Integration with other chemical processes
    • C01B2203/068—Ammonia synthesis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0838—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by heat exchange with exothermic reactions, other than by combustion of fuel
    • C01B2203/0844—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by heat exchange with exothermic reactions, other than by combustion of fuel the non-combustive exothermic reaction being another reforming reaction as defined in groups C01B2203/02 - C01B2203/0294
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0872—Methods of cooling
    • C01B2203/0877—Methods of cooling by direct injection of fluid
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1047—Group VIII metal catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1076—Copper or zinc-based catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1082—Composition of support materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1235—Hydrocarbons
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1235—Hydrocarbons
    • C01B2203/1241—Natural gas or methane
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/14—Details of the flowsheet
    • C01B2203/141—At least two reforming, decomposition or partial oxidation steps in parallel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/14—Details of the flowsheet
    • C01B2203/142—At least two reforming, decomposition or partial oxidation steps in series
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

提供了用于制备合成气的***和工艺。能够将第一烃在氧化剂和一种或多种第一催化剂的存在下在足以部分燃烧该第一烃的一部分的条件下部分氧化以提供二氧化碳、未燃烧的第一烃和热量。能够将未燃烧的第一烃的至少一部分在该部分氧化步骤中所产生热量和该一种或多种第一催化剂的存在下重整以提供第一合成气。该第一合成气能够包括氢气、一氧化碳和二氧化碳。能够将热量从第一合成气间接交换到第二烃以在水蒸气和一种或多种第二催化剂的存在下重整该第二烃的至少一部分以提供第二合成气。该第二合成气能够包括氢气、一氧化碳和二氧化碳。

Description

催化部分氧化重整
发明领域
本发明总的来讲涉及用于制备合成气和由其制备的产物的***和工艺。更特别地，本发明的实施方案涉及用于由部分氧化技术制备合成气和由其制备的产物的***和工艺。
现有技术的描述
部分氧化（POX）***通常在非常高的温度（例如约1,000℃（1,832℉）～约1,300℃（2,372℉））将预加热的烃气体和氧化剂转化为包含氢气、一氧化碳、二氧化碳和水的合成气。然后该热的合成气在进一步处理之前必须骤冷或冷却到通常约200～300℃（392～572℉）。
通常，该合成气用作相当昂贵的传热介质以产生水蒸气。然而，所制备的水蒸气能够远远超过工艺需求并因此输出或由于未对该水蒸气进行利用而简单地浪费了。换言之，冷却该合成气意味着损失或浪费了大量的反应热。
需要最大化或提高在现有装置中氢气和一氧化碳的产量。然而，该POX反应器通常是容量有限的操作，因为POX反应器不能容易地扩大以提高产量。因此存在更能量有效的用于制备合成气的***和工艺。
附图简述
为使本发明的上述特征能够得到更详细的了解，可以参照实施方案更特别地描述本发明，其一些描述在附图中。然而，注意到该附图仅描述了本发明的典型实施方案，因此并不认为限制了其范围，因为本发明可以允许其他同等有效的实施方案。
图1描绘了依照所述一种或多种实施方案的用于使用部分氧化技术制备合成气的示例性***。
图2描绘了依照所述一种或多种实施方案的具有多个管的重整交换器的示例性横截面顶视图。
图3描绘了依照所述一种或多种实施方案的用于使用部分氧化技术制备合成气的另一种示例性***。
图4描绘了依照所述一种或多种实施方案的用于使用部分氧化技术制备合成气的另一种示例性***。
图5描绘了依照所述一种或多种实施方案的用于使用部分氧化技术制备合成气的另一种示例性***。
图6描绘了依照所述一种或多种实施方案的具有多个管的重整交换器的示例性横截面顶视图。
图7描绘了依照所述一种或多种实施方案的用于制备合成气和一种或多种来自其的含氢产物的示例性***。
图8描绘了依照所述一种或多种实施方案的用于制备合成气、氢气产物和氨的示例性***。
图9描绘了依照所述一种或多种实施方案的用于制备合成气、氨和氨衍生物的示例性***。
发明详述
现在将提供详细描述。各后附权利要求限定了单独的发明，为了侵权目的，其认为包括了权利要求中指出的各种要素或限定的等效方式。根据本文，所有用“本发明”限定的出处在一些情况中都仅可以表示某些特别实施方案。在其他情况中，应当认识到用“本发明”限定的出处将表示在一个或多个，但不必是所有的权利要求中提出的主题。现在将在下面更详细地描述各发明，包括特别实施方案、变型和实施例，但本发明并不限定于这些实施方案、变型和实施例，其包括以使在将本专利中的信息与可获得的信息和技术相结合时本领域普通技术人员能够实施并应用本发明。
提供了用于制备合成气和来自其的产物的***和工艺。在一种或多种实施方案中，能够在氧化剂的存在下将第一烃在足以将该第一烃的一部分部分燃烧的条件下部分氧化以生成二氧化碳、未燃烧的烃和热量。在一种或多种实施方案中，能够在该部分氧化阶段中产生的热量的至少一部分和一种或多种第一催化剂的存在下将该未燃烧的烃的至少一部分重整以提供第一合成气。在一种或多种实施方案中，该第一合成气能够包含但不局限于：氢气、一氧化碳和二氧化碳。在一种或多种实施方案中，来自该第一合成气的热量能够与第二烃间接热交换以在水蒸气和一种或多种第二催化剂的存在下重整该第二烃的至少一部分以提供第二合成气。在一种或多种实施方案中，该第二合成气能够包含但不局限于：氢气、一氧化碳和二氧化碳。
图1描绘了依照一种或多种实施方案的用于使用部分氧化技术制备合成气的示例性***。该***能够包括一个或多个催化部分氧化（CPOX）反应器150和一个或多个重整交换器200。能够将一种或多种第一催化剂置于该CPOX反应器150内的该一个或多个第一催化剂区域或催化剂床155，157（示出了两个）中。该一个或多个第一催化剂床155，157能够是但不局限于：固定床、流化床、独石型床或其任意组合。该一个或多个催化剂床155，157能够由任意已知的方法负载，例如筛网、载体棒/杆或其他适合的载体结构。
该重整交换器200中的至少一个能够是壳管式交换器。该重整交换器200能够包括至少部分位于该重整交换器200的壳体内的一个或多个管205。一种或多种第二催化剂能够位于该一个或多个管205内以在该一个或多个管205内提供一个或多个第二催化剂区域210。该一种或多种第二催化剂能够通过一个或多个筛网215或其他适合的载体结构负载在该一个或多个管205中。
该一个或多个管205能够以任意形式或构造设置在该重整交换器200的壳体内。尽管未示出，该管205能够包括但不局限于：一个或多个设置在该管205的外表面和/或内表面上的翅片、静态混合器、膛线、导热填料、湍流产生凸起、或其任意组合。该一个或多个管能够具有各种形状，例如直管、bayonet管（未示出）、U形管（未示出）、盘管（未示出）或其任意组合。在一种或多种实施方案中，能够使用能够具有相同或不同形状、长度和/或直径或横截面积的两个或多个管205。该一个或多个管205能够以垂直、水平或任意其他角度设置在该重整交换器200内。
该管205能够由一个或多个管板201制成在该重整交换器200的壳体内。该一个或多个管板201能够从该一个或多个管205的第一端分隔该重整交换器200的壳侧，且能够防止该一个或多个管205的第一端和该重整交换器200的壳侧之间流体连通。该一个或多个管205的第二端能够与该重整交换器200的壳侧流体连通。
图2描绘了依照一种或多种实施方案的具有多个管的重整交换器的示例性的横截面顶视图。图2描绘了位于多个管205内的一个或多个第二催化剂区域210。多个管定义为两个或多个管205。由该一个或多个管205之间或周围的空间（也参见图1）限定的加热区域207可以使得热量从引入该重整交换器200的壳侧的传热介质间接转移到该一个或多个催化剂区域210。
再次参照图1，该CPOX反应器150中的一种或多种第一催化剂和/或该重整交换器200中的一种或多种第二催化剂能够包括但不局限于：碱土金属、稀土金属、铬、锰、钼、钨、锡、铼、铋、铟、磷、铁、钴、镍、钌、铑、钯、锇、铱、铂、其氧化物、其衍生物、其混合物或其组合。该重整交换器200中的一种或多种第二催化剂能够与该一个或多个CPOX反应器150中的一种或多种第一催化剂相同或不同。位于该CPOX反应器150中的一种或多种第一催化剂、位于该重整交换器200中的一种或多种第二催化剂或两者能够进一步包括一种或多种催化剂载体材料。
在一种或多种实施方案中，该催化剂载体材料能够是或能够包括难熔氧化物。例如，该难熔氧化物能够是氧化铝（特别是α-氧化铝）、氧化锆、氧化钛、氧化铪、二氧化硅或其混合物。该催化剂载体材料能够是或能够包括稀土金属改性的难熔金属氧化物，其中该稀土金属能够是任意稀土金属，例如镧或钇；和/或碱土金属改性的难熔氧化物。该催化剂载体材料能够分类作为在反应条件具有充分稳定的表面积的材料，例如不因反应条件而实质改变或不以影响该反应的方式改变的表面积。
该一种或多种第一催化剂和/或第二催化剂（催化剂）能够是颗粒、粉末、小珠、小丸、小球、薄片、圆柱体、球体或其他形状的形式。该催化剂能够具有在50微米（0.002英寸）～约1cm（0.4英寸）范围内的长度或尺寸。在一种或多种实施方案中，该催化剂能够具有在约0.25mm（0.01英寸）～约6.5mm（0.26英寸）或约0.5mm（0.02英寸）～约0.4mm（0.16英寸）范围内的长度或尺寸。
在美国专利号5,486,313、5,720,901、7,226,548和7,261,751中能够找到进一步的反应条件、催化剂和CPOX反应器150的细节，将其所有通过参考全部引入此处。在美国专利号5,011,625、5,122,299、5,362,454、6,855,272、7,138,001和7,220,505中能够找到进一步的重整工艺条件、催化剂和重整交换器200的细节，将其所有通过参考全部引入此处。
能够通过管线110将第一烃并通过管线140将氧化剂引入该一个或多个CPOX反应器150中。该第一烃能够在氧化剂和一种或多种第一催化剂的存在下部分氧化。该部分氧化能够发生在足以将该第一烃的一部分部分燃烧的条件下发生以得到二氧化碳、未燃烧的烃和热量。该未燃烧的烃能够在该部分氧化阶段中产生的热量的至少一部分和一种或多种第一催化剂的存在下至少部分重整以提供第一合成气。该第一合成气能够包括但不局限于氢气、一氧化碳和二氧化碳。随着该部分燃烧的第一烃流过该一个或多个第一催化剂区域155，157或流过其上，该未燃烧的烃的至少一部分能够反应（即被重整）以提供该第一合成气。在一种或多种实施方案中，在将第一烃引入该一个或多个CPOX反应器150之前，能够将通过管线110的第一烃与通过管线115的水蒸气和/或二氧化碳混合。尽管未示出，在一种或多种实施方案中，该第一烃和该氧化剂能够在该CPOX反应器150的上游混合以提供反应混合物，然后能够将其引入该CPOX反应器150中。尽管未示出，在一种或多种实施方案中，能够将水蒸气和/或二氧化碳通过管线115直接引入该一个或多个CPOX反应器150中或与该氧化剂预混合。
该一种或多种氧化剂能够通过管线140引入一个或多个CPOX反应器150中的该一个或多个第一催化剂区域155，157中第一个之前。在一种或多种实施方案中，能够在一个或多个第一催化剂区域155，157中各个之前将该一种或多种氧化剂的一部分通过管线140引入，由此提供催化剂床间氧化剂注入。催化剂床间氧化剂注入能够提供对通过管线140引入各催化剂床155，157的氧化剂的量进行单独调节和控制。对通过管线140引入该一个或多个催化剂床155，157的氧化剂的量的控制能够提高反应速率和该一个或多个第一催化剂床155，157内的温度调节。
该CPOX反应器150能够以约700℃（1,292℉）～约1,500℃（2,732℉）的温度操作，该温度是由在该第一合成气通过管线160离开该CPOX反应器150时对第一合成气的温度测定的。该CPOX反应器150能够以约700℃（1,292℉），约800℃（1,472℉）或约900℃（1,652℉）到1,100℃（2,012℉），约1,200℃（2,192℉）或约1,300℃（2,372℉）的温度操作。该CPOX反应器150能够以约100kPa（0psig）～约15,000kPa（2,162psig）或约400kPa（44psig）～约8,500kPa（1,219psig）的压力操作。
能够将第二烃通过管线180引入该一个或多个重整交换器200中。该第二烃能够与通过管线185的水蒸气混合。在一种或多种实施方案中，该第二烃能够与通过管线185的水蒸气和二氧化碳混合。能够将具有或不具有二氧化碳的该第二烃和水蒸气的混合物通过管线180引入该一个或多个第二催化剂区域210。例如，能够将第二烃通过管线180引入该一个或多个包含第二催化剂的管205的第一端。能够通过将该第二烃通过该一个或多个第二催化剂区域210而将该第二烃至少部分重整以提供第二合成气。该第二合成气能够包括但不局限于氢气、一氧化碳和二氧化碳。该第二合成气能够通过筛网215离开该一个或多个管205的第二端并能够与该第一合成气在混合区域222中混合以提供通过管线230的混合合成气或合成气产物。
该第一合成气能够通过管线160引入该重整交换器200的管壳侧。该第一合成气和第二合成气能够在混合区域222中混合以提供混合合成气。在该混合合成气沿该一个或多个管205流动或流过其上通过该加热区域207时，该该第二合成气在该第二催化剂区域210中重整所需的热量能够由该混合合成气提供。尽管未示出，该第一合成气能够通过该一个或多个管205外部之上或其周围以将热量从该第一合成气间接传递给该第二催化剂区域210，在此之后该第一合成气和第二合成气能够在该混合区域222中混合。该混合合成气能够作为合成气产物（合成气）通过管线230回收。
该通过管线110的第一烃和通过管线180的第二烃能够包括但不局限于一种或多种含碳物料。该含碳物料能够包括但不局限于：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷或任意其他包含总数为1～20个碳原子（C1～C20）的烃，或其任意混合物。该含碳物料能够包括但不局限于C1～C5烃或其任意混合物。该含碳物料能够包括但不局限于：天然气、甲烷（沼气）、脱硫天然气、脱硫甲烷（脱硫沼气）、其混合物或其任意组合。该第一烃和第二烃能够是相同或不同的含碳物料。该第一烃、第二烃或两者能够基本上不含污染物，例如硫、汞、一硫化碳和其他污染物。
该通过管线110的第一烃和/或通过管线180的第二烃能够包含约80mol％干基的甲烷或更多，或约90mol％干基的甲烷或更多，或约95mol％干基的甲烷或更多，或约97mol％干基的甲烷或更多，或约99mol％干基的甲烷或更多。此处所用的术语“干基”表示没有水和/或氮气的原料、产物、合成气或中间产物。
通过管线110的第一烃能够在第一烃和第二烃的总组合（“总原料”）的约10wt％～约90wt％范围内。该第一烃能够在总原料的约20wt％～约80wt％，或总原料的约30wt％～约70wt％范围内，或总原料的约40wt％～约60wt％范围内。该通过管线120的第二烃能够在总原料的约10wt％～约90wt％范围内。该第二烃能够在总原料的约20wt％～约80wt％，或总原料的约30wt％～约70wt％，或总原料的约40wt％～约60wt％范围内。
通过管线140引入该一个或多个CPOX反应器150的一种或多种氧化剂的种类和量能够影响通过管线160的第一合成气和通过管线230的第二合成气的组成和物理性质。该一种或多种氧化剂能够包括但不局限于：空气、氧气、基本氧气、富氧空气、氧气和空气的混合物、水、二氧化碳、氧气和惰性气体（例如氮气或氩气）的混合物、富氮气体及其任意混合物。该氧化剂能够包含约60vol％或更多的氧气，或约70vol％或更多的氧气，或约80vol％或更多的氧气，或约90 vol％或更多的氧气，或约95 vol％或更多的氧气，或约99 vol％或更多的氧气。此处所用的术语“基本氧气”表示包含超过50vol％氧气的氧化剂。此处所用的术语“富氧空气”表示包含超过21vol％氧气的氧化剂流。氧气、基本氧气或富氧空气能够由例如低温蒸馏、变压吸附、膜分离或其任意组合得到。该通过管线140的一种或多种氧化剂能够是不含氮气的或基本上不含氮气的。此处所用的术语“基本上不含氮气”表示包含约5vol％或更少的氮气，4vol％或更少的氮气，3 vol％或更少的氮气，2 vol％或更少的氮气或1 vol％或更少的氮气。
能够在该CPOX反应器150中发生的该催化部分氧化反应能够是通过优化该一种或多种含碳材料和通过管线140引入的分子氧（O2）的浓度而促进（即控制）的。该第一烃和氧化剂能够调节以具有例如在约1:1 C:O2～约10:1 C:O2、或约1:1 C:O2～约8:1 C:O2、或约1:1 C:O2～约6:1 C:O2的范围内的碳:O2摩尔比（C:O2）。该C:O2摩尔比能够在约1.5:1 C:O2～约4:1 C:O2、或约1.6:1 C:O2～约3.5:1 C:O2、或约1.6:1 C:O2～约2.5:1 C:O2的范围内。
在一种或多种实施方案中，水蒸气和/或二氧化碳能够存在于管线110中的第一烃中。水蒸气和/或二氧化碳能够直接引入该CPOX反应器150和/或管线110中的第一烃中。最初与该第一催化剂区域155接触的通过管线110的第一烃中的水蒸气与碳的重量比能够为约0～约3，最初与该第一催化剂区域155接触的第一烃中的二氧化碳与碳的重量比能够为约0～约2。
经过管线140引入该CPOX反应器150中的该一种或多种氧化剂能够经选择以提供能够包含约30mol％或更多干基氢气、约40mol％或更多干基氢气、或约50mol％或更多干基氢气、或约60mol％或更多干基氢气、或约70mol％或更多干基氢气的经过管线160的第一合成气、离开该一个或多个管205的第二合成气和/或经过管线230的合成气产物。该经过管线140的氧化剂能够经选择以提供能够包含约5mol％或更多干基一氧化碳、或约10mol％或更多干基一氧化碳、或约15mol％或更多干基一氧化碳、或约20mol％或更多干基一氧化碳、或约25mol％或更多干基一氧化碳、或约30mol％或更多干基一氧化碳、或约35mol％或更多干基一氧化碳的经过管线160的第一合成气、离开该一个或多个管205的第二合成气和/或经过管线230的合成气产物。该经过管线140的氧化剂能够经选择以提供能够包含约2mol％或更多干基二氧化碳、或约5mol％或更多干基二氧化碳、或约10mol％或更多干基二氧化碳、或约20mol％或更多干基二氧化碳的经过管线160的第一合成气和/或经过管线230的合成气产物。
该经过管线160的第一合成气、第二合成气和/或经过管线230的合成气产物中氢气的浓度能够在从约30mol％干基、40mol％干基、或50mol％干基的低值到约50mol％干基、60mol％干基、或70mol％干基的高值的范围内。该经过管线160的第一合成气、第二合成气和/或经过管线230的合成气产物中的氢气浓度能够在从约25mol％干基、35mol％干基、或45mol％干基的低值到约55mol％干基或65mol％干基的高值的范围内。该经过管线160的第一合成气、第二合成气和/或经过管线230的合成气产物中的一氧化碳浓度能够在从约5mol％干基、10mol％干基、15mol％干基或20mol％干基的低值到约25mol％干基、30mol％干基或35mol％干基的高值的范围内。该经过管线160的第一合成气、第二合成气和/或经过管线230的合成气产物中的二氧化碳浓度能够在从约2mol％干基、5mol％干基或7mol％干基的低值到约10mol％干基、15mol％干基或25mol％干基的高值的范围内。
该经过管线160的第一合成气、离开该一个或多个管205的第二合成气和/或经过管线230的合成气产物能够具有不同的氢气、一氧化碳和二氧化碳浓度。例如，该经过管线160的第一合成气能够具有约60mol％干基的氢气浓度，该经过管线230的合成气产物能够具有约70mol％干基的氢气浓度。该经过管线160的第一合成气和经过管线230的合成气产物中的氢气、一氧化碳和二氧化碳浓度能够随时间变化。几种因素能够影响该经过管线160的第一合成气和经过管线230的合成气产物的浓度，气能够包括但不局限于：流速、烃原料组成、温度、压力、催化剂类型、催化剂时效和氧化剂。
经过管线230的合成气产物的组成能够为约65mol％干基氢气、约30mol％干基一氧化碳和约4mol％干基二氧化碳。该经过管线230的合成气产物能够为约65mol％干基氢气、约15mol％干基一氧化碳和约15mol％干基二氧化碳。
图3描绘了依照一种或多种实施方案的用于使用部分氧化技术制备合成气的另一示例性***。该一个或多个CPOX反应器150、经过管线110的第一烃、经过管线140的氧化剂、经过管线160的第一合成气、经过管线180的第二烃和经过管线230的合成气产物能够是如上面参照图1所讨论和描述的。该一个或多个重整交换器200也能够是如上面参照图1所讨论和描述的，然而，该壳管型交换器的内部构造能够不同。在一种或多种实施方案中，该一个或多个含催化剂的管205能够具有位于该管205周围的两个或多个管板201（显示了两个）。该一个或多个含催化剂的管205能够具有以至少一个该第二催化剂区域210能够位于该两个管板201之间的方式的位于该管205的第一端处或其附近的至少一个管板和至少一个位于该管205的第二端处或其附近的至少一个管板。在该实施方案中，该含催化剂的管205的两端能够与该重整交换器200的壳侧分隔开（即不流体连通）。
经过管线180的第二烃能够引入该一个或多个管205的第一端。该第二烃能够在该一个或多个管205内的第二催化剂区域210中重整。该管205能够延伸通过能够由两个或多个管板201之间的空间或容积限定的该加热区域207。该经过管线180的第二烃的吸热重整反应所需的热量能够由来自经过管线160引入该加热区域207中的该第一合成气的热量提供。不是如图1中所示将该第一合成气与该第二合成气混合以提供合成气产物，而是能够将该第一合成气经过管线223回收，并能够将该第二合成气经过管线227回收。在一种或多种实施方案中，能够将经过管线223的第一合成气的至少一部分与经过管线227的合成气的至少一部分混合以提供经过管线230的合成气产物。该第经过管线223的第一合成气、经过管线227的第二合成气或经过管线230的其混合物（即合成气产物）能够包括但不局限于氢气、一氧化碳和二氧化碳。
尽管未示出，在一种或多种实施方案中，能够安装三个或更多的管板201以在该重整交换器200内提供两个或更多个加热区域207。例如，能够安装三个管板201（显示了两个），第一管板201设置在该一个或多个管205的第一端处或附近，第二管板201设置在该一个或多个管205的第二端处或附近，第三管板（未示出）能够位于该第一管板201和该第二管板201之间以提供两个单独的加热区域。在一种或多种实施方案中，能够将经过管线160的第一合成气分开并能够将经过管线160的第一合成气的至少一部分引入各单独的加热区域中。在一种或多种实施方案中，能够将经过管线160的第一合成气引入一个独立的加热区域中，能够将第二传热介质（例如水蒸气）引入另一独立的加热区域中。这种设置能够改进该多个反应区域内的温度控制，因为能够通过控制引入该两个或多个加热区域中的第一合成气（或其他传热介质）的量，单独控制从经过管线160的第一合成气引入特定的加热区域中的热量。
图4描绘了依照一种或多种实施方案的用于使用部分氧化技术制备合成气的另一示例性***。该一个或多个CPOX反应器150、一个或多个重整交换器200、经过管线110的第一烃、经过管线140的氧化剂、经过管线160的第一合成气、经过管线180的第二烃、第二合成气和经过管线230的合成气产物能够是如上面参照图1-3所讨论和描述的。在一种或多种实施方案中，该***能够进一步包括一个或多个热交换器（显示了两个130，170）。该热交换器能够用于对经过管线110的第一烃、经过管线180的第二烃进行预加热和/或用于冷却经过管线160的第一合成气。
该管线110内的第一烃能够在一个或多个热交换器130中用经过管线120提供的传热介质（例如水蒸气）预加热。该管线110内的第一烃能够被预加热到约100℃（212℉）～约900℃（1,652℉）或约100℃（212℉）～约700℃（1,292℉）或约300℃（572℉）～约500℃（932℉）的温度。例如，该管线110内的第一烃能够被预加热到约400℃（752℉）、约500℃（932℉）或约600℃（1,112℉）的温度。
该管线180内的第二烃能够在一个或多个热交换器170中用管线160内的第一合成气作为传热介质预加热。在一种或多种实施方案中，该管线180内的第二烃能够在热交换器170中通过从外部提供的传热介质（例如水蒸气）向管线180内的第二烃传热而被预加热。该管线180内的第二烃能够被预加热到约100℃（212℉）～约900℃（1,652℉）或约300℃（212℉）～约700℃（1,292℉）或约450℃（842℉）～约650℃（1,202℉）的温度。例如，该管线180内的第二烃能够被预加热到约400℃（752℉）、约500℃（932℉）或约600℃（1,112℉）的温度。
在一种或多种实施方案中，该管线160中的第一合成气能够在该CPOX反应器150和该重整交换器200之间被冷却。该管线160中的第一合成气能够通过间接冷却、直接冷却或两者被冷却。该管线160内的第一合成气能够通过例如用经过管线165引入的水、二氧化碳或任意其他适合的冷却解释的直接冷却而被冷却。该管线160内的第一合成气能够通过例如在一个或多个热交换器（例如热交换器170）中用传热介质间接传热而通过非接触了冷却方式被冷却。在该热交换器170中能够使用任意适合的传热介质，例如经过管线180的第二烃、水（未示出）、来自该装置内的另一工艺原料（未示出）、其混合物或其组合。经过管线160的第一合成气能够被冷却到约700℃（1,292℉）～约1,100℃（2,012℉）或约750℃（1,382℉）～约1,000℃（1,832℉）的温度。
经过管线160引入该重整交换器200的第一合成气的温度能够比经过管线180引入该重整交换器200的第二烃的温度高约10％～约300％。经过管线160引入该重整交换器200的第一合成气的温度能够比经过管线180引入该重整交换器200的第二烃的温度高约30％，高约40％，高约50％，高约60％或高约70%或更高。
尽管未示出，在一种或多种实施方案中，经过管线140引入该CPOX反应器150的氧化剂能够在一个或多个热交换器中被预加热或与该第一烃混合并在热交换器130中加热。该氧化剂能够被预加热到100℃（212℉）～约900℃（1,652℉）或约100℃（212℉）～约700℃（1,292℉）或约300℃（572℉）～约500℃（932℉）的温度。
图5描绘了依照一种或多种实施方案的用于使用部分氧化技术制备合成气的另一示例性***。该一个或多个CPOX反应器150、经过管线110的第一烃、经过管线140的氧化剂、经过管线180的第二烃、经过管线160的第一合成气、第二合成气和经过管线230的合成气产物能够是如上面参照图1-4所讨论和描述的。该一个或多个重整交换器200能够是如上参照图1所讨论和描述的，然而，该壳管型交换器的内部构造能够不同。在一种或多种实施方案中，该一种或多种第二催化剂能够设置在该重整交换器200的壳侧的至少一部分中以提供一个或多个第二催化剂区域220。该第二催化剂区域220中的一种或多种第二催化剂能够被催化剂筛网225、或任意其他适合的载体结构支撑以提供与该一个或多个管205的第二端相邻的混合区域222。在一种或多种实施方案中，该第二催化剂能够位于该重整交换器的壳侧，没有催化剂筛网225，其中该混合区域222能够包含该第二催化剂的一部分。
图6描绘了依照所述一种或多种实施方案的具有多个管的重整交换器的横截面顶视图。图6描绘了设置在该重整交换器200壳侧的至少一部分内的第二催化剂区域220。该第二催化剂区域220能够设置在该一个或多个不含催化剂的管205附近。能够间接从能够流过该管205的传热介质传热给该第二催化剂区域220。
再次参照图5，能够将经过管线160的第一合成气引入该重整交换器200的管侧。该经过管线160的第一合成气能够流过该一个或多个管205。能够将该第二烃经过管线180引入该重整交换器200的壳侧，其能够流过该第二催化剂区域220或流过其上，其中能够将该第二烃重整以提供第二合成气，能够将其通过催化剂筛网225引入混合区域222。该第二烃的重整所需的热量能够间接从流过该一个或多个管205的第一合成气传给该第二催化剂区域220。
尽管未示出，在一种或多种实施方案中，该第一合成气和第二合成气能够在该重整交换器200的外部混合，如参照图3所讨论和描述的。在一种或多种实施方案中，该第一合成气和第二合成气能够单独从该重整交换器200中回收（即不混合）。例如，该催化剂筛网225能够被第二管板201替代，其能够为第一合成气和第二合成气提供单独分开的流路。该第二合成气能够从与该重整交换器200的壳侧流体连通的出口管线中回收，该第一合成气能够从与该重整交换器的管侧流体连通的出口管线中回收。
尽管未示出，在一种或多种实施方案中，经过管线160引入的第一合成气能够在整个催化剂区域的不同区域中不同分配。例如，设置在该第二催化剂区域220内和/或通过其设置的两组或多组独立供给的管能够引入不同量的经过管线160的第一合成气。例如，经过管线160的第一合成气的70％能够引入第一组管，30％能够引入第二组管，其能够在其中能够存在更多未反应的经过管线180的第二烃的该催化剂区域220的第一部分中提供更多的热量。在该第二催化剂区域220内和/或通过其设置的该两组或多组独立供给的管能够是直的、U形的、螺旋卷绕的和/或Bayonet形的管。
尽管未示出，在一种或多种实施方案中，能够将经过管线160的第一合成气引入该一个或多个管205的任一端和/或沿该一个或多个管205的长度的任意位置。例如，能够将经过管线160的第一合成气直接引入该混合区域222中，混合的合成气能够流过一个或多个管205。
图7描绘了依照一种或多种实施方案的用于制备合成气和来自其的一种或多种含氢产物的示例性***。经过管线230的合成气能够使用上述参照图1～6讨论和描述的一种或多种实施方案制备。该***能够进一步包括一个或多个高温变换炉（HTSC）350、一个或多个中温变换炉（MTSC）400、一个或多个低温变换炉（LTSC）450和/或一个或多个分离***500。能够将至少一部分该经过管线230的合成气引入该一个或多个HTSC 350、MTSC 400、LTSC 450和/或分离***500中。尽管未示出，在一种或多种实施方案中，该合成气能够是如上述参照图3讨论和描述的。例如，该经过管线230的合成气产物能够是经过管线223的合成气产物、经过管线227的合成气产物、经过管线230的合成气产物或其组合（即第一合成气和/或第二合成气能够在不混合或仅混合其一部分以提供经过管线230的合成气的情况下独立处理）。
再次参照图7，该HTSC 350、MTSC 400和LTSC 450能够包含一种或多种催化剂。该HTSC 350、MTSC 400和LTSC 450能够将管线230中的合成气中的一氧化碳通过将该二氧化碳在设置在该HTSC 350、MTSC 400和/或LTSC 450中的催化剂的存在下在足以氧化该一氧化碳的温度下反应以转化为二氧化碳。设置在该HTSC 350中的催化剂包括但不局限于氧化铁、铁酸锌、磁铁矿、铬氧化物、其衍生物或其任意组合。该HTSC 350能够在约325℃（617℉）～约550℃（1,022℉）的温度操作。该MTSC 400中设置的催化剂能够包括但不局限于氧化铁、铬氧化物、其衍生物或其任意组合。该MTSC 400能够在约250℃（482℉）～约300℃（572℉）的温度操作。该LTSC 450中设置的催化剂能够包括但不局限于铜、锌、铜助催化的氧化铬、其衍生物或其任意组合。该LTSC 450能够在约180℃（356℉）～约220℃（428℉）的温度操作。
该一个或多个分离***500能够选择性地分离经过管线230引入的合成气以提供经过管线510的氢气产物和经过管线515的废气产物。在一种或多种实施方案中，该一个或多个分离***500能够包括但不局限于膜分离***、变压吸附***和/或低温分离***。该膜分离***能够包括但不局限于一种或多种碳分子筛、聚合膜、共聚膜、钯合金膜、陶瓷膜、钙钛矿基膜、沸石基膜、分子筛或其任意组合。该变压吸附***能够包括但不局限于一种或多种经选择以使氢气通过该变压吸附***同时阻挡其他气体（例如一氧化碳和二氧化碳）通过的吸附剂材料。该吸附剂材料能够包括但不局限于活性炭、沸石、硅胶、选择性表面流动膜、无水硫酸钙、氯化锂、其衍生物、其混合物或其组合。该低温分离***能够将混合气流分离成两个或多个部分。该低温分离***能够使用一种或多种包括但不局限于以下的操作***：压缩、脱水、通过低温蒸馏分离和再蒸发。
在一种或多种实施方案中，能够将至少一部分合成气经过管线230引入一个或多个HTSC 350中以提供经过管线360的中间产物。在一种或多种实施方案中，能够将该经过管线360的中间产物的至少一部分引入一个或多个MTSC 400、一个或多个LTSC 450、分离***500或其任意组合中。
在一种或多种实施方案中，能够将至少一部分合成气经过管线230引入一个或多个MTSC 400中以提供经过管线410的中间产物。在一种或多种实施方案中，能够将该经过管线410的中间产物的至少一部分引入一个或多个HTSC 350、一个或多个LTSC 450、分离***500或其任意组合中。
在一种或多种实施方案中，能够将至少一部分经过管线230的合成气引入一个或多个LTSC 450中以提供经过管线460的中间产物。在一种或多种实施方案中，能够将该经过管线460的中间产物的至少一部分引入一个或多个HTSC 350、一个或多个MTSC 400、分离***500或其任意组合中。
来自HTSC 350的经过管线360、来自MTSC的经过管线410和/或来自LTDC 450的经过管线460提供的合成气能够包含比经过管线230引入的合成气和/或经过管线360、410和/或460的其他中间产物更少的一氧化碳。来自HTSC 350的经过管线360、来自MTSC的经过管线410和/或来自LTDC 450的经过管线460提供的中间产物能够包含5mol％干基或更少的一氧化碳、或3mol％干基或更少的一氧化碳、或2mol％干基或更少的一氧化碳、或1mol％干基或更少的一氧化碳、或0.5mol％干基或更少的一氧化碳。
该经过管线230的合成气、经过管线360的中间产物、经过管线410的中间产物和/或经过管线460的中间产物能够等量或不等量地分配到以下中的任意一个或多个中：HTSC 350、MTSC 400、LTSC 450和/或分离***500。例如，能够将约75％的经过管线230的合成气引入HTSC 350中且能够将约25％引入MTSC 400中。然后能够将经过管线360和410的中间产物引入分离***500以提供经过管线510的氢气产物和经过管线515的废气产物。
在一种或多种实施方案中，能够将合成气经过管线230引入一个或多个HTSC 350中以提供经过管线360的中间产物。能够将该经过管线360的中间产物引入一个或多个MTSC 400中以提供经过管线410的中间产物。能够将该经过管线410的中间产物引入一个或多个LTSC 450中以提供经过管线460的中间产物。能够将该经过管线460的中间产物引入一个或多个分离***500中以提供经过管线510的氢气产物和经过管线515的废气产物。
该经过管线510的氢气产物能够包含约90mol％干基或更多的氢气，或约95mol％干基或更多的氢气，或约97mol％干基或更多的氢气，或约99mol％干基或更多的氢气。该经过管线510的氢气产物能够包含约99.5mol％干基或更多的氢气，或约99.9mol％干基或更多的氢气。该经过管线515的废气产物能够包括但不局限于：一氧化碳、二氧化碳、氧气、氮气、水和惰性气体。
图8描绘了依照一种或多种实施方案的用于制备合成气、烃产物和氨气的示例性***。该经过管线230的合成气能够使用上述参照图1～6讨论和描述的***和工艺制备。该***能够进一步包括一个或多个HTSC 350、一个或多个MTSC 400、一个或多个LTSC 450，其能够是如上述参照图7所讨论的。该***能够包括一个或多个二氧化碳去除***550。该***能够包括一个或多个干燥器650、低温分离单元700和/或合成单元750。能够将经过管线230的合成气的至少一部分引入该一个或多个HTSC 350、一个或多个MTSC 400、一个或多个LTSC 450和/或一个或多个二氧化碳去除***550中。尽管未示出，在一种或多种实施方案中，该合成气能够是如上述参照图3讨论和描述的（即第一合成气和/或第二合成气能够在不混合或仅混合其一部分以提供经过管线230的合成气的情况下独立处理）。
如上述参照图7讨论的，在图7中将至少一部分经过管线230的合成气引入该一个或多个分离***500中之前，能够等量或不等量地且以任意顺序将该经过管线230的合成气的至少一部分分配到以下中的任意一个或多个中：一个或多个HTSC 350、一个或多个MTSC 400和/或一个或多个LTSC 450，以分别提供经过管线360、410和/或460的中间产物，能够将其引入一个或多个二氧化碳去除***550中。
该二氧化碳去除***550能够包括一个或多个物理分离***，包括但不局限于膜型分离***和溶剂基***。例如，该一个或多个二氧化碳去除***550能够包括但不局限于吸收/吸附型、基于溶剂的***。该二氧化碳去除***550能够将经过管线230引入的合成气和/或经过管线410、460和/或510引入的中间产物与一种或多种吸收剂接触以除去至少一部分二氧化碳。二氧化碳选择性吸附剂能够包括但不局限于一乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）、三乙醇胺（TEA）、碳酸钾、甲基二乙醇胺（MDEA）、二甘醇胺（DGA）、二异丙醇胺（DIPA）、其衍生物、其混合物或其任意组合。其他适合的吸附剂和技术能够包括但不局限于：碳酸亚丙酯物理吸附溶剂以及其他烷基碳酸酯、2～12个乙二醇单元的聚乙二醇的二甲基醚（SelexolTM工艺）、n-甲基-吡咯烷酮、环丁砜、以及Sulfinol®气体处理工艺的使用。
该一个或多个二氧化碳去除***550能够提供经过管线560的氢气产物和经过管线565的二氧化碳副产物。该经过管线560的氢气产物能够包含约90mol％干基或更多的氢气，或约95mol％干基或更多的氢气，或约97mol％干基或更多的氢气，或约99mol％干基或更多的氢气。该经过管线560的氢气产物或贫二氧化碳合成气能够包含约10mol％干基或更少的一氧化碳和二氧化碳，或5mol％干基或更少的一氧化碳和二氧化碳，或3mol％干基或更少的一氧化碳和二氧化碳，或1mol％干基或更少的一氧化碳和二氧化碳。
该经过管线565回收的二氧化碳能够用于燃料回收工艺中以提高油和气体的回收率。在示例性的油回收工艺中，能够将二氧化碳注入并冲入其中存在“标准”油的现有的井下面的区域中。然后能够将与原油一起取出的水和二氧化碳分离并循环。
对于氨制备和其他需要氮气的含氮产物，能够将包含氮气的氧化剂经过管线140引入该CPOX反应器150中（参见图1）。经过管线140引入该管线110中的第一烃中的氧化剂能够是或包括空气、富氮空气、其他含氮气体或过量空气。此处使用的术语“过量空气”表示在该合成气中所得到的氢与氮的摩尔比（在变换之后）能够小于约3（氨合成气组成的典型化学剂量比）。此处所用的术语“富氮空气”表示包含79vol％或更多氮气的氧化剂流。在氮气含量和/或合成气的氢气纯度并不关键时，例如在燃料电池中、在原油或其重馏分的加氢处理重或在其中氮气是惰性的且其存在不会显著影响该工艺的经济性的应用中，使用空气代替氧气或富氧空气能够是经济有利的。当经济或空间考虑限制了使用传统空气分离装置（ASU）时，例如当使用CPOX反应器150和重整交换器200用于制备用于浮式采油储存和排出（FPSO）装置上的氢气时，空气能够作为纯氧的替代方式。如果需要，该空气能够由能够由燃气涡轮驱动的压缩机提供，能够使用从该燃气涡轮排气中回收的热量用于例如预加热工艺原料流，产生工艺水蒸气等。
使用空气或过量空气作为氧化剂能够提供经过管线160的第一合成气、经过管线230的合成气，其能够包含但不局限于氢气、一氧化碳、二氧化碳和氮气。该经过管线230的合成气能够具有在20mol％干基～约80mol％干基的氮气含量。
能够将经过管线560的氢气产物（具有或不具有氮气）的至少一部分引入甲烷转化器600中。该甲烷转化器600能够将该管线560中的氢气产物中任意残余的一氧化碳和二氧化碳的至少一部分转化为甲烷和水以提供能够基本上不含（即少于500ppmw）总一氧化碳和二氧化碳的经过管线610的氢气产物。该甲烷转化器600能够时在足以将至少一部分该一氧化碳和二氧化碳转化或反应生成甲烷和水的温度操作的催化工艺。适合的甲烷转化器催化剂能够包括但不局限于：镍、稀土金属助催化的镍、其衍生物或其组合。该甲烷转化器600能够在约200℃（392℉）～约400℃（752℉）的温度操作。该管线610中的氢气产物能够包含约50ppm或更少的一氧化碳和二氧化碳，或30ppm或更少的一氧化碳和二氧化碳，或10ppm或更少的一氧化碳和二氧化碳。当使用包含氮气的氧化剂时，该经过管线610的氢气产物能够包含约20mol％（不包括水）～约80mol％（不包括水）的氮气。
能够将经过管线610的氢气产物的至少一部分引入干燥器650、低温分离单元700、氨合成单元750或其组合中。该干燥器650能够从该氢气产物中除去水以提供经过管线660的干燥水蒸气产物和经过管线665的水。该干燥器650能够包括但不局限于一种或多种分子筛、吸收剂、吸附剂、闪蒸罐分离器、焚烧炉或其任意组合。适合的吸收剂能够包括但不局限于：乙二醇、碱土金属卤化物盐、其衍生物或其组合物。适合的吸附剂能够包括但不局限于：活化氧化铝、硅胶、分子筛、活性炭、其衍生物或其混合物。该经过管线660的氢气产物能够包含约90mol％干基或更多的氢气，或约95mol％干基或更多的氢气，或约97mol％干基或更多的氢气，或约99mol％干基或更多的氢气。
在一种或多种实施方案中，能够将该经过管线610的氢气产物的至少一部分、经过管线660的氢气产物或两者引入低温分离单元700和/或氨合成单元750中。该低温分离单元700能够除去污染物（例如甲烷和惰性气体）以提供经过管线710的纯化氢气产物。在一种或多种实施方案中，如果存在于管线610中的氢气产物和/或管线660中的干燥氢气产物中，过量的氮气能够除去以在经过管线710的纯化氢气产物中提供约为3:1（或任意其他适合的比例）的氢气与氮气（氢气:N2）比。经过管线715除去的污染物（例如废气）能够包括但不局限于甲烷、氮气、水和惰性气体，其能够经过管线715回收。
该管线710中的纯化氢气产物能够包含约97mol％干基或更多的氢气，或约99mol％干基或更多的氢气，或约99.5mol％干基或更多的氢气，或约99.5mol％干基或更多的氢气。该管线710中的纯化氢气产物（例如用于氨合成）能够包含氮气且能够具有约3:1的氢氮比（或任意其他适合的比例）。
在一种或多种实施方案中，能够将经过管线560的氢气产物、经过管线610的氢气产物、经过管线660的干燥氢气产物、经过管线710的纯化氢气产物的至少一部分或其任意组合作为氨合成原料供给该氨合成单元750以提供经过管线760的氨产物。然而，通过引入包含过量氮气的氨合成原料能够阻碍优化的原料组成和因此优化的氨气产率。
在一种或多种实施方案中，该氨合成单元750能够包括任意适用于将氢气和氮气转化或反应为氨气的***、装置和/或其组合。尽管未示出，在一种或多种实施方案中，该氨合成单元750能够包括但不局限于：能够包括以下中的至少一个的反应器***：催化合成反应器、用于冷却产物气体的单元、用于将氨产物与未反应的气体相分离的单元、用于再加热该反应器原料的单元、用于添加补充气体的设备、以及如果该补充气体包含惰性气体还有用于去除吹扫气的设备、用于将未反应的气体和补充气体循环到该反应器***中的设备。
该催化合成反应器能够是使用磁铁矿和/或铂族金属催化剂（例如钌）的单程或多程转化器。在一种或多种实施方案中，该一个或多个催化合成反应器能够包括任意意于在升高的压力和/或温度操作以将至少一部分包含氮气和氢气的原料气转化或反应为氨气的反应器。在美国专利号7,081,230、6,171,570和6,132,687中能够找到能够用于制备氨气的其他反应、催化剂和催化合成反应器的细节，通过参考将其全部引入此处。
图9描绘了依照一种或多种实施方案的用于制备合成气、氨气和氨衍生物的示例性***。该经过管线230的合成气能够使用上述参照图1～6讨论和描述的***和工艺制备。该一个或多个HTSC 350、一个或多个MTSC 400、一个或多个LTSC 450、一个或多个分离***500、一个或多个二氧化碳去除***550、一个或多个甲烷转化器600、一个或多个干燥器650、一个或多个低温分离器700和一个和多个氨合成单元750能够是如上述参照图7和8所讨论的。
在一种或多种实施方案中，能够对根据预期应用具有或不具有氢气的该经过管线510的氢气产物、经过管线610的氢气产物、经过管线660的干燥氢气产物和/或经过管线710的纯化氢气产物在各种工艺中进一步处理或使用，例如氨气、甲醇的制备、加氢工艺和其他化学工艺和用于发电，例如在燃料电池和燃烧炉中。
在一种或多种实施方案中，能够将该经过管线760的氨产物供给合成单元800，其能够是但不局限于：尿素合成单元、铵盐合成单元、磷酸铵合成单元、硝酸合成单元、丙烯腈合成单元、酰胺合成单元、水或废水处理单元、工业制冷单元和其他能够制备氨衍生产物的合成单元。
在一种或多种实施方案中，该尿素合成单元800能够将氨气与二氧化碳反应。该二氧化碳能够经过管线565（未示出）从二氧化碳去除单元550（或其他来源）引入到该尿素合成单元800中以提供氨基甲酸铵。能够将该氨基甲酸铵脱水以提供经过管线810的尿素。在一种或多种实施方案中，该经过管线810的尿素能够用作肥料或用于合成其他产物。该经过管线810的尿素能够进一步处理以制备脲醛树脂、三聚氰胺、酰基脲、氨基甲酸酯、三聚氰胺-甲醛及其衍生物。
在一种或多种实施方案中，该铵盐合成单元能够提供经过管线810的铵盐及其衍生物。在一种或多种实施方案中，该铵盐能够是但不局限于：氯化铵、硝酸铵、硫酸铵、氨基甲酸铵及其衍生物。
在一种或多种实施方案中，该磷酸铵单元800能够提供经过管线810的磷酸铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵及其衍生物。在一种或多种实施方案中，该硝酸合成单元能够提供经过管线810的硝酸及其衍生物。在一种或多种实施方案中，该丙烯腈合成单元能够提供经过管线810的丙烯腈及其衍生物。在一种或多种实施方案中，该酰胺合成单元能够提供经过管线810的聚酰胺（例如尼龙）及其衍生物。
已经使用一组数值上限和一组数值下限描述了某些实施方案和特征。应当认识到在没有另外指出的情况下，预期了从任意下限到任意上限的范围。某些下限、上限和范围出现在下面的一个或多个权利要求中。所有数值都是“大约”或“近似”所示值，考虑了本领域普通技术人员将会预期的实验误差和变化。
上面已经定义了各种术语。对于上面未定义的在权利要求中所用的术语的程度，应当给出如至少一篇已印刷的公开文件或已出版的专利中所反映的该术语已经给出的相关领域的技术人员给出的最宽定义。进一步地，在本申请中引用的所有专利、测试程序和其他文件都通过参考以使公开不与本申请矛盾的程度且该引用允许的所有权限全部引入。
尽管前面针对的是本发明的实施方案，但在不脱离其基本范围的情况下可以设计本发明的其他和进一步的实施方案，其范围是由后面的权利要求所确定的。

Claims (26)

1.用于制备合成气的工艺，包括：
将第一烃在氧化剂和一种或多种第一催化剂的存在下在足以部分燃烧该第一烃的一部分的条件下部分氧化以提供二氧化碳、未燃烧的第一烃和热量；
将至少一部分该未燃烧的第一烃在该部分氧化步骤中所产生热量的至少一部分和该一种或多种第一催化剂的存在下重整以提供包括氢气、一氧化碳和二氧化碳的第一合成气；和
将热量从第一合成气间接交换到第二烃以在水蒸气和一种或多种第二催化剂的存在下重整该第二烃的至少一部分以提供包括氢气、一氧化碳和二氧化碳的第二合成气。
2.权利要求1的工艺，进一步包括在将热量在水蒸气和一种或多种第二催化剂的存在下从该第一合成气间接交换到该第二烃之前，通过用传热介质的直接热交换、间接热交换或两者冷却该第一合成气。
3.权利要求1的工艺，进一步包括将该第一合成气的至少一部分和该第二合成气的至少一部分混合以提供合成气产物。
4.权利要求1的工艺，进一步包括：
将第一合成气、第二合成气或其混合物中的至少一部分一氧化碳反应生成二氧化碳以提供包括5mol％干基或更少的一氧化碳的经转化的合成气；和
从该经转化的合成气中分离出至少一部分氢气以提供氢气产物。
5.权利要求4的工艺，进一步包括在一种或多种第三催化剂的存在下将至少一部分该氢气产物与氮气反应以提供氨产物。
6.权利要求5的工艺，进一步包括将至少一部分该氨产物与一种或多种反应物反应以提供一种或多种氨衍生物。
7.权利要求1的工艺，进一步包括：
将第一合成气、第二合成气或其混合物中的至少一部分一氧化碳反应生成二氧化碳以提供包括5mol％干基或更少的一氧化碳的经转化的合成气；
从该经转化的合成气中分离出至少一部分二氧化碳以提供包括氢气、一氧化碳和二氧化碳的第一氢气产物；
将该第一氢气产物中的至少一部分一氧化碳和二氧化碳反应以提供包括氢气、甲烷和水的第二氢气产物；和
将该第二氢气产物的至少一部分与氮气在一种或多种第三催化剂存在下反应以提供氨产物。
8.权利要求7的工艺，进一步包括将至少一部分该氨产物与一种或多种反应物反应以提供一种或多种氨衍生物。
9.权利要求1的工艺，进一步包括：
将第一合成气、第二合成气或其混合物的至少一部分中的至少一部分一氧化碳反应生成二氧化碳以提供包括5mol％干基或更少的一氧化碳的经转化的合成气；
从该经转化的合成气中分离出至少一部分二氧化碳以提供包括氢气、一氧化碳和二氧化碳的第一氢气产物；
将该第一氢气产物中的至少一部分一氧化碳和二氧化碳反应以提供包括氢气、甲烷和水的第二氢气产物；
从该第二氢气产物中分离出至少一部分水以提供干燥氢气产物；和
将该干燥氢气产物的至少一部分与氮气在一种或多种第三催化剂存在下反应以提供氨产物。
10.权利要求9的工艺，进一步包括将至少一部分该氨产物与一种或多种反应物反应以提供一种或多种氨衍生物。
11.权利要求1的工艺，进一步包括：
将第一合成气、第二合成气或其混合物中的至少一部分一氧化碳反应生成二氧化碳以提供包括5mol％干基或更少的一氧化碳的经转化的合成气；
从该经转化的合成气中分离出至少一部分二氧化碳以提供包括氢气、一氧化碳和二氧化碳的第一氢气产物；
将该第一氢气产物中的至少一部分一氧化碳和二氧化碳反应以提供包括氢气、甲烷和水的第二氢气产物；
从该第二氢气产物中分离出至少一部分水以提供干燥氢气产物；和
净化该干燥氢气产物的至少一部分以提供包括氢气的第四氢气产物，其中该净化包括对任意残余气体的至少一部分的分离，其中该残余气体包括一氧化碳、二氧化碳、水和惰性气体的一种或多种。
12.权利要求1的工艺，进一步包括：
将第一合成气、第二合成气或其混合物中的至少一部分一氧化碳反应生成二氧化碳以提供包括5mol％干基或更少的一氧化碳的经转化的合成气；
从该经转化的合成气中分离出至少一部分二氧化碳以提供包括氢气、一氧化碳和二氧化碳的第一氢气产物；
将该第一氢气产物中的至少一部分一氧化碳和二氧化碳反应以提供包括氢气、甲烷和水的第二氢气产物；
从该第二氢气产物中分离出至少一部分甲烷和水以提供干燥氢气产物；和
净化该干燥氢气产物的至少一部分以提供包括摩尔比为约2.7～约3.3的氢气和氮气的纯化氢气产物，其中该纯化包括分离任意残余气体和过量氮气的至少一部分，其中该残余气体包括一氧化碳、二氧化碳、水和惰性气体的一种或多种，其中该氧化剂包括空气、过量空气、富氮空气或其混合物。
13.权利要求1的工艺，其中一种或多种该第一催化剂、第二催化剂或两者包括两种或多种催化剂。
14.权利要求1的工艺，其中该第一烃和第二烃包括一种或多种C1～C20烃。
15.权利要求1的工艺，其中该第一烃和第二烃包括天然气、脱硫天然气、甲烷、脱硫甲烷或其混合物。
16.权利要求1的工艺，其中该第一烃和第二烃是不同的。
17.用于制备合成气的工艺，包括：
将第一烃在氧化剂和在第一反应区域内的一种或多种第一催化剂的存在下在足以部分燃烧该第一烃的至少一部分的条件下部分氧化以提供二氧化碳、未燃烧的第一烃和热量；
将该未燃烧的烃在该部分氧化步骤中所产生热量的至少一部分和该一种或多种第一催化剂的存在下在该第一反应区域中至少部分重整以提供包括氢气、一氧化碳和二氧化碳的第一合成气；和
将热量从第一合成气间接交换到第二反应区域中的第二烃以在水蒸气和一种或多种第二催化剂的存在下重整该第二烃的至少一部分以提供包括氢气、一氧化碳和二氧化碳的第二合成气。
18.权利要求17的工艺，进一步包括在将热量从该第一合成气间接交换到该第二烃之前，通过用传热介质的直接热交换、间接热交换或两者冷却该第一合成气。
19.权利要求17的工艺，其中该一种或多种第一催化剂、第二催化剂或两者包括两种或多种催化剂。
20.权利要求17的工艺，其中该第一反应区域、第二反应区域或两者包括两种或多种含催化剂的床。
21.权利要求17的工艺，其中该第二反应区域包括一个或多个管，其各自包含第二催化剂。
22.用于制备合成气的***，包括：
第一反应器，适用于将第一烃在氧化剂的存在下在足以部分燃烧该第一烃的至少一部分的条件下部分氧化以提供二氧化碳、未燃烧的烃和热量，并适用于将该未燃烧的烃在该部分氧化步骤中所产生热量和一种或多种第一催化剂的存在下至少部分重整以提供包括一氧化碳、二氧化碳和氢气的第一合成气；和
第二反应器，适用于将热量从第一合成气间接交换到第二烃以在水蒸气和一种或多种第二催化剂的存在下重整该第二烃的至少一部分以提供包括一氧化碳、二氧化碳和氢气的第二合成气。
23.权利要求22的***，进一步包括适用于将该第一合成气和该第二合成气的至少一部分相混合以提供合成气的混合区域。
24.权利要求22的***，进一步包括适用于将第一合成气、第二合成气或该第一合成气和第二合成气的混合物中的至少一部分一氧化碳转化为二氧化碳以提供包括少于2mol％干基的一氧化碳的合成气的一个或多个转化器。
25.权利要求22的***，进一步包括一个或多个二氧化碳去除***，其适用于除去该合成气中的至少一部分二氧化碳以提供贫二氧化碳合成气和二氧化碳废气产物。
26.权利要求22的***，其中该一种或多种第一催化剂、第二催化剂或两者包括两种或多种催化剂。
CN200980128099.0A 2008-07-18 2009-06-29 催化部分氧化重整 Active CN102099445B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/175,639 US8273139B2 (en) 2003-03-16 2008-07-18 Catalytic partial oxidation reforming
US12/175,639 2008-07-18
US12/175639 2008-07-18
PCT/US2009/003850 WO2010008494A1 (en) 2008-07-18 2009-06-29 Catalytic partial oxidation reforming

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102099445A true CN102099445A (zh) 2011-06-15
CN102099445B CN102099445B (zh) 2015-01-28

Family

ID=41550615

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200980128099.0A Active CN102099445B (zh) 2008-07-18 2009-06-29 催化部分氧化重整

Country Status (9)

Country Link
US (1) US8273139B2 (zh)
EP (1) EP2321386B1 (zh)
JP (1) JP5405569B2 (zh)
CN (1) CN102099445B (zh)
AU (1) AU2009271698B2 (zh)
BR (1) BRPI0914822A2 (zh)
CA (1) CA2728565C (zh)
RU (1) RU2011106041A (zh)
WO (1) WO2010008494A1 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104105657A (zh) * 2011-12-19 2014-10-15 代表Mt创新中心的斯塔米卡邦有限公司 用于制备氨和尿素的方法
CN107416863A (zh) * 2017-08-01 2017-12-01 中盐安徽红四方新能源科技有限公司 磷酸铁生产的废水制备工业级铵盐的方法
US11655421B2 (en) 2016-12-23 2023-05-23 Carbon Engineering Ltd. Method and system for synthesizing fuel from dilute carbon dioxide source

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8273139B2 (en) * 2003-03-16 2012-09-25 Kellogg Brown & Root Llc Catalytic partial oxidation reforming
US20100035193A1 (en) * 2008-08-08 2010-02-11 Ze-Gen, Inc. Method and system for fuel gas combustion, and burner for use therein
US9083020B2 (en) * 2009-09-04 2015-07-14 Lg Fuel Cell Systems Inc. Reducing gas generators and methods for generating reducing gas
US8636922B2 (en) * 2010-06-30 2014-01-28 L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Process for recovering hydrogen and carbon dioxide from a syngas stream
US8535638B2 (en) 2010-11-11 2013-09-17 Air Liquide Large Industries U.S. Process for recovering hydrogen and carbon dioxide
WO2012084135A1 (en) * 2010-12-22 2012-06-28 Haldor Topsøe A/S Process for reforming hydrocarbon
US20120291483A1 (en) * 2011-05-18 2012-11-22 Air Liquide Large Industries U.S. Lp Process For Recovering Hydrogen And Carbon Dioxide
DE102011113699A1 (de) 2011-09-20 2013-03-21 Lurgi Gmbh Verfahren zur Herstellung von Synthesegas
US9388980B2 (en) 2011-12-15 2016-07-12 Kellogg Brown + Root LLC Systems and methods for gasifying a hydrocarbon feedstock
WO2014001917A2 (en) * 2012-06-27 2014-01-03 Grannus, Llc Polygeneration production of power and fertilizer through emissions capture
WO2016016251A1 (en) * 2014-07-29 2016-02-04 Eni S.P.A. Integrated sct-cpo/sr process for producing synthesis gas
US9957161B2 (en) 2015-12-04 2018-05-01 Grannus, Llc Polygeneration production of hydrogen for use in various industrial processes
EA039539B1 (ru) 2016-11-09 2022-02-08 8 Риверз Кэпитл, Ллк Способ выработки энергии с интегрированным производством водорода
WO2018148490A1 (en) 2017-02-09 2018-08-16 Battelle Energy Alliance, Llc Methods and systems for syngas production and for efficient, flexible energy generation
US10870810B2 (en) 2017-07-20 2020-12-22 Proteum Energy, Llc Method and system for converting associated gas
KR102596272B1 (ko) 2017-07-25 2023-11-01 토프쉐 에이/에스 합성 가스의 제조 방법
PE20200524A1 (es) 2017-07-25 2020-03-09 Haldor Topsoe As Metodo para la preparacion de gas de sintesis de amoniaco
UA126160C2 (uk) 2017-07-25 2022-08-25 Хальдор Топсьое А/С Спосіб паралельно спільного виробництва метанолу та аміаку
DE102018210921A1 (de) * 2018-07-03 2019-08-14 Thyssenkrupp Ag Vermeidung von VOC und HAP Emissionen aus dem Entgaser von Synthesegas verarbeitenden Anlagen
BG112796A (bg) * 2018-09-03 2020-04-15 Тодор ТОДОРОВ Получаване на сингаз за производство на водород, чрез паров реформинг на въглеводороди с прилагане на процес на пълно горене на поток горивни газове в автотермичен реформинг
AU2020292848A1 (en) 2019-06-13 2022-02-03 8 Rivers Capital, Llc Power production with cogeneration of further products
KR102602141B1 (ko) 2021-10-06 2023-11-14 두산에너빌리티 주식회사 복합 개질기
WO2023089571A1 (en) 2021-11-18 2023-05-25 8 Rivers Capital, Llc Method for hydrogen production

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1065843A (zh) * 1989-12-11 1992-11-04 凯洛格总公司 自热蒸汽转化方法
CN1761612A (zh) * 2003-03-16 2006-04-19 凯洛格·布朗及鲁特有限公司 部分氧化重整器－重整交换器结构
CN1860207A (zh) * 2003-03-18 2006-11-08 凯洛格·布朗及鲁特有限公司 制氢用自热转化器－转化交换器布置

Family Cites Families (43)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2896927A (en) * 1956-09-26 1959-07-28 Texaco Inc Gas and liquid contacting apparatus
GB944059A (en) 1960-12-29 1963-12-11 Exxon Research Engineering Co Process for the production of ammonia synthesis feed gas
US3920717A (en) * 1973-03-26 1975-11-18 Texaco Development Corp Production of methanol
US3929429A (en) * 1974-09-26 1975-12-30 Texaco Inc Fuel gas from solid carbonaceous fuels
US4081253A (en) * 1976-12-10 1978-03-28 Texaco Development Corporation Production of purified synthesis gas and carbon monoxide
JPS58194707A (ja) * 1982-05-07 1983-11-12 Masaya Kuno 炭化水素のガス化方法
GB2163449B (en) 1984-07-18 1988-06-02 Shell Int Research Production of gas mixtures containing hydrogen and carbon monoxide
DE3521304A1 (de) 1985-06-13 1986-12-18 Linde Ag, 6200 Wiesbaden Verfahren zur erzeugung eines synthesegases
US5122299A (en) * 1989-12-11 1992-06-16 The M. W. Kellogg Company Autothermal steam reforming process
JPH04310501A (ja) * 1991-04-03 1992-11-02 Mw Kellogg Co 自己熱式スチーム改質プロセス
JPH04313339A (ja) * 1991-04-12 1992-11-05 Toyo Eng Corp 触媒燃焼を利用した部分酸化改質反応器
US5362454A (en) * 1993-06-28 1994-11-08 The M. W. Kellogg Company High temperature heat exchanger
US5358696A (en) * 1993-12-01 1994-10-25 Texaco Inc. Production of H2 -rich gas
MY131526A (en) * 1993-12-27 2007-08-30 Shell Int Research A process for the preparation of carbon monoxide and/or hydrogen
US5720901A (en) * 1993-12-27 1998-02-24 Shell Oil Company Process for the catalytic partial oxidation of hydrocarbons
US5496859A (en) * 1995-01-28 1996-03-05 Texaco Inc. Gasification process combined with steam methane reforming to produce syngas suitable for methanol production
US5523483A (en) * 1995-06-16 1996-06-04 The M. W. Kellogg Company Integrated urea/ammonia process
DE19625093A1 (de) * 1996-06-24 1998-01-02 Bayer Ag Verfahren zur Gewinnung von Kohlenmonoxid und Wasserstoff
US6005011A (en) * 1998-05-06 1999-12-21 The M. W. Kellogg Company Process for converting gas to liquids
DK173742B1 (da) * 1998-09-01 2001-08-27 Topsoe Haldor As Fremgangsmåde og reaktorsystem til fremstilling af syntesegas
US6726850B1 (en) * 2000-01-14 2004-04-27 Sebastian C. Reyes Catalytic partial oxidation using staged oxygen addition
JP3543717B2 (ja) * 2000-02-18 2004-07-21 日産自動車株式会社 触媒燃焼器
EP1188713A3 (en) * 2000-09-18 2003-06-25 Haldor Topsoe A/S Production of hydrogen and carbon monoxide containing synthesis gas by partial oxidation
NL1016848C2 (nl) * 2000-12-11 2002-06-13 Continental Engineering B V Werkwijze en inrichting voor de bereiding van ammoniak.
JP2002308604A (ja) * 2001-04-10 2002-10-23 Toyota Motor Corp 燃料改質装置
US7442349B2 (en) * 2001-06-28 2008-10-28 Fluor Technologies Corporation Ammonia plant configuration and methods
US6855272B2 (en) 2001-07-18 2005-02-15 Kellogg Brown & Root, Inc. Low pressure drop reforming exchanger
JP4773641B2 (ja) * 2001-07-19 2011-09-14 三菱重工業株式会社 メタノールの製造方法
US20030162846A1 (en) 2002-02-25 2003-08-28 Wang Shoou-L Process and apparatus for the production of synthesis gas
JP4209625B2 (ja) * 2002-04-09 2009-01-14 新日本石油株式会社 オートサーマルリフォーミング改質器およびそれを用いたオートサーマルリフォーミング方法
US6936238B2 (en) * 2002-09-06 2005-08-30 General Motors Corporation Compact partial oxidation/steam reactor with integrated air preheater, fuel and water vaporizer
GB0225961D0 (en) 2002-11-07 2002-12-11 Johnson Matthey Plc Production of hydrocarbons
AU2003295465A1 (en) * 2002-11-11 2004-06-03 Conocophillips Company Stabilized alumina supports, catalysts made therefrom, and their use in partial oxidation
GB0301323D0 (en) * 2003-01-21 2003-02-19 Johnson Matthey Plc Methanol synthesis
US7125913B2 (en) * 2003-03-14 2006-10-24 Conocophillips Company Partial oxidation reactors and syngas coolers using nickel-containing components
US6958363B2 (en) * 2003-03-15 2005-10-25 Conocophillips Company Hydrogen use in a GTL plant
US8273139B2 (en) * 2003-03-16 2012-09-25 Kellogg Brown & Root Llc Catalytic partial oxidation reforming
US7261751B2 (en) * 2004-08-06 2007-08-28 Conocophillips Company Synthesis gas process comprising partial oxidation using controlled and optimized temperature profile
DE102005021500A1 (de) * 2005-05-10 2006-11-16 Uhde Gmbh Verfahren zur Aufheizung eines Dampf-/Erdgasgemisches im Bereich eines Gassammelrohres nach einem Primärreformer
US7485767B2 (en) * 2005-06-29 2009-02-03 Exxonmobil Chemical Patents Inc. Production of synthesis gas blends for conversion to methanol or Fischer-Tropsch liquids
US20070129450A1 (en) * 2005-11-18 2007-06-07 Barnicki Scott D Process for producing variable syngas compositions
JP5065605B2 (ja) * 2006-03-02 2012-11-07 Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 水素製造装置および燃料電池システム並びにその運転方法
US8152874B2 (en) * 2006-06-19 2012-04-10 Siemens Energy, Inc. Systems and methods for integration of gasification and reforming processes

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1065843A (zh) * 1989-12-11 1992-11-04 凯洛格总公司 自热蒸汽转化方法
CN1761612A (zh) * 2003-03-16 2006-04-19 凯洛格·布朗及鲁特有限公司 部分氧化重整器－重整交换器结构
CN1860207A (zh) * 2003-03-18 2006-11-08 凯洛格·布朗及鲁特有限公司 制氢用自热转化器－转化交换器布置

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104105657A (zh) * 2011-12-19 2014-10-15 代表Mt创新中心的斯塔米卡邦有限公司 用于制备氨和尿素的方法
CN104105657B (zh) * 2011-12-19 2017-05-10 代表Mt创新中心的斯塔米卡邦有限公司 用于制备氨和尿素的方法
CN107021450A (zh) * 2011-12-19 2017-08-08 代表Mt创新中心的斯塔米卡邦有限公司 用于制备氨和尿素的方法
CN107021450B (zh) * 2011-12-19 2019-12-27 代表Mt创新中心的斯塔米卡邦有限公司 用于制备氨和尿素的方法
US11655421B2 (en) 2016-12-23 2023-05-23 Carbon Engineering Ltd. Method and system for synthesizing fuel from dilute carbon dioxide source
CN107416863A (zh) * 2017-08-01 2017-12-01 中盐安徽红四方新能源科技有限公司 磷酸铁生产的废水制备工业级铵盐的方法

Also Published As

Publication number Publication date
BRPI0914822A2 (pt) 2019-09-24
CA2728565C (en) 2014-08-05
RU2011106041A (ru) 2012-08-27
EP2321386B1 (en) 2018-05-30
AU2009271698B2 (en) 2014-10-23
WO2010008494A1 (en) 2010-01-21
JP2011528648A (ja) 2011-11-24
JP5405569B2 (ja) 2014-02-05
AU2009271698A1 (en) 2010-01-21
US8273139B2 (en) 2012-09-25
US20090064582A1 (en) 2009-03-12
CN102099445B (zh) 2015-01-28
EP2321386A1 (en) 2011-05-18
EP2321386A4 (en) 2011-11-30
CA2728565A1 (en) 2010-01-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102099445B (zh) 催化部分氧化重整
CN101208263B (zh) 制氢***和方法
CN102099284B (zh) 用于合成气加工的催化部分氧化重整
AU2002236584B2 (en) Reactor module for use in a compact fuel processor
AU2002305234B2 (en) Single chamber compact fuel processor
US7384621B2 (en) Reforming with hydration of carbon dioxide fixing material
CA2705640C (en) Steam-hydrocarbon reforming with reduced carbon dioxide emissions
CA2431051C (en) Single chamber compact fuel processor
CN101394922B (zh) 除去氧气
US20050232855A1 (en) Reactor with carbon dioxide fixing material
CN101627106A (zh) 在燃料处理应用中使用催化剂预燃烧器的方法
CN101905866A (zh) 同时固定co2的柴油蒸汽重整
US20150044120A1 (en) Methods and systems for producing and processing syngas in a pressure swing adsorption unit and making ammonia therefrom
JP2004530271A (ja) 燃料電池電力設備
US20060032137A1 (en) Catalyst coated heat exchanger

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant