加热炉和蒸汽重整方法技术

蒸汽重整加热炉（Ｆ）含有多个基本垂直的重整器管（Ｔ）。每个重整器管（Ｔ）含有在它下端的进料入口（Ｐ），在它上端的出口，和位于它的上端和下端中间和包含粒状蒸汽重整催化剂（Ｃ）装料的催化剂容纳区，该蒸汽重整催化剂不足以完全填充催化剂容纳区。上保持器机构（３）安装在催化剂容纳区的上端和可渗透气体但适于保持催化剂容纳区中催化剂（Ｃ）的粒子。在装料催化剂（Ｃ）装料以下在催化剂容纳区中移动安装跟随器机构（４；２４），当在超过临界速率的速率下气体通过催化剂容纳区的向上流动时，该跟随器机构（４；２４）用于从容纳区下端向上移动。包括烃原料和蒸汽的反应物混合物在一定速率下通过每个重整器管（Ｔ）向上流动，该速率足以引起每个重整器管（Ｔ）中的催化剂（Ｃ）上升和倚靠它的重整器管（Ｔ）中上保持器机构（３）的下侧形成催化剂（Ｃ）的缓冲垫，和该速率超过临界速率以引起重整器管（Ｔ）中的跟随器机构（４；２４）向上移动直到它倚靠它的重整器管（Ｔ）中催化剂（Ｃ）缓冲垫的下侧邻接。通过蒸汽重整器加热炉（Ｆ）外部加热重整器管（Ｔ），以在多个重整器管（Ｔ）每一个中保持重整条件和通过与蒸汽的反应，转化烃原料以形成包括氧化碳和氢气的重整气体混合物。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
加热炉和蒸汽重整方法1.专利技术的
本专利技术涉及蒸汽重整器加热炉和涉及进行烃原料的蒸汽重整以生产重整气体混合物，即氢气和氧化碳的混合物的方法。特别地，本专利技术涉及含有垂直重整器管的蒸汽重整器加热炉和涉及使用这样加热炉的蒸汽重整方法。2.专利技术背景蒸汽重整是公知的反应。在此反应中，在蒸汽重整催化剂固定床存在下，在高温下烃原料，如天然气与蒸汽反应。涉及的反应是：(1)；(2)；和(3)。这些反应的第一个已知为重整反应，第二个已知为转移反应，和第三个已知为碳反应。重整反应是强烈吸热的和典型地在至少约750℃的温度下和在约100psia(约698.48kPa)-约600psia(约4136.86kPa)压力下进行。合适的催化剂包括，例如，负载的镍催化剂。通常将催化剂装填入垂直安装在重整器加热炉中的重整器管。这样的重整器管是外部火焰加热的。粒状蒸汽重整催化剂的膨胀系数比它装载入其中的金属重整器管低。因此，当加热炉加热重整器管到蒸汽重整温度时，催化剂在垂直重整器管中跌落，这是由于在加热时，重整器管的壁比催化剂粒子膨胀更多。然后，当以后降低温度时，重整器管的壁当它们冷却时收缩和好象由勒紧胸衣捕集催化剂粒子和因此使催化剂粒子经受破碎力。由于蒸汽重整反应涉及例如，约750℃高温的使用，管壁膨胀的数量显著。此外，由于催化剂粒子包含在公称直径小于约6英寸(约15.24cm)的窄垂直管中，可以产生非常高的破碎力。这倾向于导致催化剂粒子的磨损或导致对重整器管壁的损害。由于垂直重整器管非常长和在蒸汽重-->整器操作期间在它们的长度上经历相当的膨胀，催化剂粒子可由重整器管内落下非常显著的数量，但当它冷却时由于被冷却重整器管紧密压缩，不能在重整器管内部再升起，这是恶化破碎倾向的因素。重复的加热和冷却循环导致填料床所需特性的劣化，在于将原始装载体积的蒸汽重整催化剂粒子压缩到更高的密度，因此增加压降。此外已经发现通过催化剂床的增加压降可以尤其由如下原因引起：来自催化剂的不正确装料或由于在开动和停机时的温度循环，来自催化剂和重整器管之间不同膨胀和收缩的重整催化剂粒子的破裂。催化剂粒子的破裂得到更小粒径的裂碎物，而由于侵蚀的粒子更紧密地装填在一起，粒子角的侵蚀得到更低的空隙率。对于进一步的讨论，可以参考催化剂手册”，第2版，Martyn V.Twigg(Wolfe Publishing LTD.，1989)，在125页。此增加的压降一般增加蒸汽重整工艺中与气体压缩相关的成本。由于蒸汽重整器加热炉包括许多提供并联固定床的重整器管，这可导致增加的不均匀分布，因此引起不同管中的不同转化率和选择性。这依次可导致进一步的问题如碳沉积、热点的形成(导致可能的管故障和/或导致催化剂的烧结)、和导致催化剂失活的不同速率的发展，该发展可进一步恶化状况。当蒸汽重整催化剂的活性部分为浅表面层的形式时，由于在此情况下可以损失相当的催化剂活性或催化剂活性可变得不均匀分布，由层裂和磨损的催化剂表面材料的损失是特别严重的。到目前为止，从破碎力的碎屑会在更密集的床中积累和也增加压降。在蒸汽重整器中的不同重整器管之间存在不同压降的增加可能性，导致反应物或反应产物的不均匀分布。此外，难以预测任何单个重整器管中床层的顶部位置。    发生的另一个问题在于，不包含蒸汽重整催化剂的蒸汽重整管中的任何部分易于过热，具有管故障的因此损害，这是由于在重整器管该部分中没有催化的吸热反应以吸收辐射热和因此冷却重整器管的该部分。这使得重要的是在蒸汽重整器加热炉操作期间尽可能接近地确定催化剂床的位置，以最小化通过局部过热的管故障的危险。由于在其中火焰温度可能最高的点，重整器管中催化剂的任何跌落倾向于导致重整器管上-->端未由吸热蒸汽重整加热炉冷却，对于顶部火焰加热的蒸汽重整器管这特别是问题。因此，在本领域需要提供一种蒸汽重整器设计，当将催化剂经受加热到高温随后再次冷却的温度循环时，该设计克服与蒸汽重整催化剂破碎相关的问题，和该设计允许通过催化剂床的低压降，最小化压降累积，和允许采用高确定程度固定床的位置，以最小化管故障的危险。先前已经认识到此需要和在尝试的现有技术中有各种例子以克服以上给出的问题。已经在美国专利No.4,203,950(Sederquist)中认识到由于管式反应器，如蒸汽重整反应器中宽温度循环，由径向力的催化剂破碎。在此文献中，提出应当在环隙中布置催化剂及至少一个壁是柔性的。在美国专利No.5,718,881(Sederquist等人)中，蒸汽重整器含有分段的反应区与用于不同温度区的单个支撑物，催化剂区段的体积与重整器中各个区的温度成反比。在美国专利No.3,818,667(Wagner)中提出柔性百叶窗式筛网以容纳粒子移动的用途。在美国专利No.4,063,900(Mita等人)中，和在美国专利No.4,052,166(Mita等人)中，也在催化转化器中提出百叶窗，该转化器用于催化处理来自内燃机的废气。在美国专利No.3,838,977(Warren)中提出在催化消声器中使用弹簧或波纹管，以控制床膨胀和收缩以保持紧密的非流化或提升床。在美国专利No.5,098,453(Turner等人)中，描述了用于保持碳颗粒床的弹簧加载，该碳颗粒紧密装填在燃料蒸气贮存罐中。在美国专利No.3,628,314(McCarthy等人)中，提出用于遵循床体积的降低但限制上穿孔保持板的向后移动的棘轮设备。美国专利No.4,489,549(Kasabian)中、在美国专利No.4,505,105(Mita等人)中、和在美国专利No.4,554,784(Weigand等人)中描述相似的设备。在美国专利No.5,118,331(Garrett等人)中、在美国专利No.4,997,465(Stanford)中、在美国专利No.4,029,486(Frantz)中、和在美国专利No.4,336,042(Frantz等人)中，提出用于限制粒状材料移动-->的催化剂床中气动套管。然而，这些现有技术建议是精细的和并不令人满意地解决粒状催化剂破碎的问题，该问题可能由重整器管的重复温度循环引起。在运输之前和/或在装载入蒸汽重整器的重整器管之前，通常将用于烃蒸汽重整的催化剂通过筛网以除去粉尘和破裂的片。蒸汽重整催化剂粉尘和破裂片的这样脱除是所需的，以最小化由催化剂床引起的经过重整器管的压降。此筛分步骤在财政和时间两方面构成昂贵的程序。一旦装载了催化剂粒子，催化剂粒子通常不能再排列和装填密度仅倾向于增加。可以通过许多方法达到催化剂进入垂直蒸汽重整器管的装载，以降低由自由下落装载引起的破裂和损害。例如，可以使用“短袜式”装载，其中将催化剂放入通常由织物组成的长“短袜状物”中，该短袜状物在一端由可脱除封闭物或带子折迭或封闭，当短袜状物就位时，可以拉动该封闭物或带子以释放催化剂。另一种方法在管中采用降低下落速度的丝线设备或丝线。一种选择是在管子内部采用一个或多个丝线螺旋形物，使得催化剂粒子以跳跃的方式达到管子下面和并不在管子的全部高度上经受自由下落。当填充管子时，故向上抽出丝线，非必要地具有垂直波动。例如，在美国专利No.4,077,530(Fukusen等人)中提出了这样的设备。进一步的可能性是使用沿它的长度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蒸汽重整方法，其中在蒸汽重整催化剂存在下，通过在蒸汽重整条件下与蒸汽的反应，将烃原料进行蒸汽重整，以生产包括氧化碳和氢气的重整气体混合物，该方法包括如下步骤：　　　　（ａ）提供蒸汽重整加热炉（Ｆ），该加热炉包含多个基本垂直的重整器管（Ｔ），每个重整器管（Ｔ）含有在它的下端与反应混合物进料歧管（Ｍ）连通的进料入口（Ｐ），在它的上端与重整气体出口总管（Ｒ）连通的出口，和位于它的上端和下端中间和包含粒状蒸汽重整催化剂（Ｃ）装料的催化剂容纳区，该蒸汽重整催化剂不足以完全填充催化剂容纳区；　　　　（ｂ）提供安装在催化剂容纳区上端的上保持器机构（３），上保持器机构（３）可渗透气体但适于保持催化剂容纳区中粒状蒸汽重整催化剂（Ｃ）的粒子，　　　　和提供在粒状蒸汽重整催化剂（Ｃ）装料以下在催化剂容纳区中移动安装的跟随器机构（４；２４），当在超过临界速率的速率下气体通过催化剂容纳区的向上流动时，该跟随器机构（４；２４）用于从催化剂容纳区下端向上移动；　　　　（ｃ）在足以达到如下情况的速率下，向反应混合物进料歧管（Ｍ）提供包括烃原料和蒸汽的反应物混合物：即，引起反应物混合物在一定速率下通过每个重整器管（Ｔ）向上流动，该一定速率足以引起每个重整器管（Ｔ）中的粒状蒸汽重整催化剂（Ｃ）向着其上端上升和倚靠各自重整器管（Ｔ）中的上保持器机构（３）的下侧形成粒状蒸汽重整催化剂（Ｃ）的缓冲垫，和该一定速率超过临界速率以引起各自重整器管（Ｔ）中的跟随器机构（４；２４）向上移动直到它倚靠各自重整器管（Ｔ）中的粒状蒸汽重整催化剂（Ｃ）缓冲垫的下侧邻接；　　　　（ｄ）通过蒸汽重整加热炉（Ｆ）外部加热多个重整器管（Ｔ）的每一个，以保持多个重整器管（Ｔ）每一个中的蒸汽重整条件和通过与蒸汽的反应转化烃原料，以形成包括氧化碳和氢气的重整气体混合物；和　　　　（ｅ）从重整气体出口总管（Ｒ）回收获得的重整气体混合物。...

【技术特征摘要】
GB 2001-6-6 0113788.41.一种蒸汽重整方法，其中在蒸汽重整催化剂存在下，通过在蒸汽重整条件下与蒸汽的反应，将烃原料进行蒸汽重整，以生产包括氧化碳和氢气的重整气体混合物，该方法包括如下步骤：(a)提供蒸汽重整加热炉(F)，该加热炉包含多个基本垂直的重整器管(T)，每个重整器管(T)含有在它的下端与反应混合物进料歧管(M)连通的进料入口(P)，在它的上端与重整气体出口总管(R)连通的出口，和位于它的上端和下端中间和包含粒状蒸汽重整催化剂(C)装料的催化剂容纳区，该蒸汽重整催化剂不足以完全填充催化剂容纳区；(b)提供安装在催化剂容纳区上端的上保持器机构(3)，上保持器机构(3)可渗透气体但适于保持催化剂容纳区中粒状蒸汽重整催化剂(C)的粒子，和提供在粒状蒸汽重整催化剂(C)装料以下在催化剂容纳区中移动安装的跟随器机构(4；24)，当在超过临界速率的速率下气体通过催化剂容纳区的向上流动时，该跟随器机构(4；24)用于从催化剂容纳区下端向上移动；(c)在足以达到如下情况的速率下，向反应混合物进料歧管(M)提供包括烃原料和蒸汽的反应物混合物：即，引起反应物混合物在一定速率下通过每个重整器管(T)向上流动，该一定速率足以引起每个重整器管(T)中的粒状蒸汽重整催化剂(C)向着其上端上升和倚靠各自重整器管(T)中的上保持器机构(3)的下侧形成粒状蒸汽重整催化剂(C)的缓冲垫，和该一定速率超过临界速率以引起各自重整器管(T)中的跟随器机构(4；24)向上移动直到它倚靠各自重整器管(T)中的粒状蒸汽重整催化剂(C)缓冲垫的下侧邻接；(d)通过蒸汽重整加热炉(F)外部加热多个重整器管(T)的每一个，以保持多个重整器管(T)每一个中的蒸汽重整条件和通过与蒸汽的反应转化烃原料，以形成包括氧化碳和氢气的重整气体混合物；和(e)从重整气体出口总管(R)回收获得的重整气体混合物。2.根据权利要求1的方法，其中每个重整器管(T)至少一部分的内径为约6英寸(约15.2cm)或更小。3.根据权利要求1或权利要求2的方法，其中每个重整器管(T)至少一部分的内径为约2英寸(约5.08cm)或更小。4.根据权利要求1-3任意一项的方法，其中每个重整器管(T)至少一部分的内径为约1英寸(约2.54cm)-约2英寸(约5.08cm)。5.根据权利要求1-4任意一项的方法，其中在每个重整器管(T)中布置跟随器机构(4；24)以阻断各自催化剂容纳区向上的气体通过，但允许通过在催化剂容纳区内表面和跟随器机构(4；24)之间间隙(14)的向上气体流动，间隙(14)提供小于粒状蒸汽重整催化剂(C)非碎裂粒子的最小尺寸的间隙。6.根据权利要求5的方法，其中跟随器机构(4；24)包括用于确定间隙(14)的密闭下端部分和具有气体通过机构(8，9，10，11；27，28，29，30)的上部分。7.根据权利要求6的方法，其中气体通过机构包括多个彼此间隔的基本同心环(8，9，10，11；27，28，29，30)，在相邻环(8，9，10，11；27，28，29，30)之间的间隙小于粒状蒸汽重整催化剂(C)非碎裂粒子的最小尺寸。8.根据权利要求1-7任意一项的方法，其中粒状蒸汽重整催化剂(C)的粒子具有至少一个小于约10mm的尺寸。9.根据权利要求1-8任意一项的方法，其中粒状蒸汽重整催化剂(C)粒子的形状基本为球形。10.根据权利要求1-9任意一项的方法，其中在蒸汽重整器加热炉(F)的开动之前，将粒状蒸汽重整催化剂(C)在一定速率下倚靠气体的向上流物流，通过它的各自催化剂容纳区的顶部装载入每个重整器管(T)，该一定速率小于要求完全提升粒状蒸汽重整催化剂(C)粒子的速率，但使得蒸汽重整催化剂(C)的粒子并不在重力下自由下落。11.根据权利要求10的方法，其中在粒状蒸汽重整催化剂(C)的装料进入重整器管(T)的初始装载之后，在一个测量步骤中测量经过该重整器管(T)中粒状蒸汽重整催化剂(C)装料的压降。12.根据权利要求11的方法，其中如果测量的压降不符合预定的数值，将粒状蒸汽重整催化剂(C)加入到重整器管(T)或从重整器管(T)除去。13.根据权利要求10-12任意一项的方法，其中在粒状蒸汽重整催化剂(C)的装料进入重整器管(T)的初始装载之后，在一个测量步骤中测量重整器管(T)中粒状蒸汽重整催化剂(C)的沉降体积。14.根据权利要求13的方法，其中如果重整器管(T)中粒状蒸汽重整催化剂(C)的沉降体积不符合预定的数值，将粒状蒸汽重整催化剂(C)加入到重整器管(T)或从重整器管(T)除去。15.根据权利要求11-14任意一项的方法，其中在粒状蒸汽重整催化剂(C)装料的初始装载之后但在测量步骤之前，引起气体通过重整器管(T)向上流动，以倚靠上保持器机构(3)的下侧形成粒状蒸汽重整催化剂(C)的缓冲垫和以引起跟随器机构(4；24)向上移动，直到它倚靠粒状蒸汽重整催化剂(C)缓冲垫的下侧而邻接，和其后降低或中断气体的向上流动以允许粒状蒸汽重整催化剂沉降床的形成。16.根据权利要求1-15任一项的方法，其中蒸汽重整条件包括如下温度和压力的使用：约750℃-约900℃的温度和约100...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得星顿，罗杰K本斯，迈克尔希尔顿，马克A林思韦特，
申请(专利权)人：戴维加工技术有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]