[发明专利]轻烃蒸汽预转化催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于烃类蒸汽转化技术领域，具体涉及一种轻烃蒸汽预转化催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

国外以法国TECHNIP公司、英国Johnson Matthey公司、丹麦公司、德国的Lurgi、Linde、Uhde等公司为代表的技术供应商，对烃类蒸汽转化技术进行了持续研究和开发，在工艺技术、能量回收、催化剂性能及转化炉型等方面获得了较大进展，使烃类蒸汽转化技术日臻成熟，供氢可靠性、灵活性得到了大幅度提高，取得了较好的经济效益。

国外烃类蒸汽转化技术的一个显著特点是普遍采用了预转化工艺。在烃类原料催化蒸汽转化制取氢气或合成气的工艺过程中，烃类原料通常先经过预转化过程，所述的烃类原料如天然气、液化石油气（LPG）、炼厂气、石脑油等烃类。

烃类原料经过蒸汽转化生产氢气或合成气的主要反应如下：

C_nH_m+nH₂O→nCO+(n+m)H₂          （1）

C_nH_m+(2n-m/2)H₂→nCH₄       （2）

C_nH_m表示烃类原料组分。气化和加氢反应（反应式1和2）是不可逆的并一直进行到出反应器。一氧化碳变换反应和甲烷化反应（反应式3和4）是可逆的并将达到平衡。总的反应为：

C_nH_m+wH₂O→eCO+bCO₂+cH₂+dCH₄+eH₂O     （5）

其它可能的反应还有：

C+H₂O→CO+H₂（9）

预转化工艺的优势主要表现在：

（1）对原料适应性强，从天然气、油田气、炼厂气到干点220℃的轻油，这些组成复杂的烃类原料均可直接进入预转化反应器实现到富甲烷气的转化，增加了转化装置对原料的适应性，转化催化剂对水碳比和原料组成变换的敏感性降低，大大延长了转化催化剂和变换催化剂的寿命；

（2）预转化出口工艺气为富甲烷气，以CH₄、CO、CO₂、H₂、H₂O为主，从而可以大幅度提高转化炉的入口温度，转化炉入口温度由450-520℃提高至600-650℃，可以充分利用转化炉烟气余热，减少转化装置的外输蒸汽量，降低热量损失；

（3）预转化出口工艺气几乎不含C₂以上烃类，提高了转化炉对水碳比和原料组成的适应性，避免了高级烃原料在转化炉管中的结炭及炉管的超温，消除了炉管出现热带或热斑的危险；

（4）应用预转化技术使得原先在转化炉中进行的高级烃反应转到反应条件较缓和的预转化反应器中进行，减轻了转化炉的热负荷，改善了转化炉反应的条件。

随着国内、外天然气化工、石油化工的发展，预转化反应器的设计碳空速越来越高，目前工业上已经出现了碳空速5000h^-1以上的预转化反应器,如中海石油炼化有限责任公司惠州炼油分公司引进Johnson Matthey公司下属的DAVY公司的大型烃类蒸汽转化装置及其配套催化剂，预转化反应器的碳空速达到5300h^-1。

中国专利ZL99120474.3公开了一种烃类蒸汽预转化催化剂，该催化剂活性金属为镍，促进剂为碱土金属的氧化物，载体为至少两类无机氧化物耐火材料的混合物，第一类为高孔隙率的硅藻土，第二类为高强度的氧化铝，使用比例为1：0.1-1：0.8。催化剂评价液空速4.0h^-1，折合碳空速约4200h^-1。该催化剂在使用过程中，不能耐受大于540℃的工艺条件；催化剂使用碳空速较低，不能满足现有工艺要求；活性组分镍含量高，催化剂价格昂贵。