利用板排列加热和预热反应物的方法和设备技术

一种通过间接热交换间接预热和加热反应物生产反应产物的方法和设备。预热步骤的使用通过消除了外部交换器的需要简化了反应区的设计且对限定间接热交换窄通道的板的排列特别适用。窄通道优选以波纹板限定。主反应通道（在段４２）将含有用于促进由主反应物生成需要产物的催化剂。加热流体（３０）通过相邻的加热通道（在段２８）以提供需要的间接加热。至少部分加热通道与反应通道（在段４０）的无催化剂部分热交换以预热在反应通道内催化段（在段４２）前面的反应物。加热通道（在段２８）内的催化燃烧可以为加热介质（３０）提供就地热量输入。适合加热通道的催化剂可以含有氧化促进催化剂。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用板排列加热和预热反应物的方法和设备
本专利技术一般涉及用于间接热交换和加热反应物以控制反应区内的温度条件的板式交换器。
技术介绍
在许多工业领域，像石油化工和化学工业，流体中的一种或多种反应物的成分间的反应通过在适当温度和压力条件下反应流体与催化剂在反应器内接触进行。这些反应多数产生或吸收热量至不同程度，因此是放热或吸热的。与放热或吸热有关的加热或冷却效果会有利或不利地影响反应区的操作。不利影响会包括：生成差的产物，催化剂失活，生成不希望的副产物，且在极个别情况下，会损坏反应容器和相关的管道，及其它等等。更典型地，与温度改变有关的不希望的效果将降低反应区产物的选择性或产率。许多方案设法通过为反应供热来克服吸热冷却的副作用。许多传统方法采用在绝热反应段之间的多段加热。其它方法使用通过同步反应的就地加热或间接热交换以保持反应区内的等温或其它温度模式。美国专利US-A-5,525,311提供一个与热交换流体间接热交换以控制反应区内的温度模式的实例。多种方法可以使用与反应区的间接热交换以控制反应区内的温度模式。烃转换反应的一般实例包括：烃的芳构化，烃的重整，烃的脱氢和烃的烷基化。其它实例为在蒸汽或碳的氧化物存在下通过重整甲烷生产氢和碳的氧化物的方法。蒸汽重整方法是众所周知的，且包括原料和蒸汽的混合物在蒸汽重整催化剂上通过。典型的蒸汽重整催化剂含有载于耐火材料载体如-->α-氧化铝或铝酸钙上的镍且可以包含钴。初级蒸汽重整反应的强吸热性要求提供热量以维持反应。熟练技术人员一般用烃的部分氧化来平衡重整的吸热要求，以提供一个为初级重整阶段提供热量并进一步产生合成气的二级重整反应。US-A-4,985,231给出了产生合成气体的绝热重整炉的操作。US-A-5,300,275阐述了使用二级重整反应提供热气以加热初级重整反应的另一种基本安排。专利US-A-4,810,472、4,750,986和4,822,521公开了在来自二级重整阶段与初级重整阶段之间的热气间接热交换的热交换反应器的特殊排列。US-A-4,127,389给出了各种自二级重整反应区向初级重整反应提供热量的管室设计。正如上述参考专利所确定的，对于初级和二级重整区之间的热交换，本领域在技术上目前完全依靠管道排列，且最常见的是依靠被称做“插接管”的双层管。管式反应器的几何形状提出了布置上的约束：为达到要求的高热传递效率需要大反应器和巨大的管表面。其它工艺方案用限定通道的薄板实现间接热交换。这些通道交替地在一组通道内保持催化剂和反应物，在邻近的通道内保持热传递流体以间接加热或冷却反应物和催化剂。可以提供更全面的温度控制的传热和反应物通道的一种具体排列也可见于US-A-5,525,311；其内容在此引用作为参考。其它用于间接传热的有用的板排列公开于US-A-5,130,106和US-A-5,405,586。尽管由例如US-A-4,714,593的专利已知通过直接燃烧燃料间接加热反应区，但原料预热仍然通常在反应区之外提供。提供就地加热以控制温度的一般工艺安排也使用某些形式的进料加热器。原料在进入反应区之前，进料加热器使其达到初始反应温度。进料加热器增加了系统成本和复杂性。专利技术概要已经发现了无需进料加热器而间接加热反应区内的反应物的改进方法和排列。一种使用多个限定狭窄通道的板加热在含有催化剂的反应区内的反应物的方法可以将通道扩展到包括预热原料的上游段。上游预热段不含-->催化剂。在原料与通道反应段内的催化剂接触之前，预热区将反应物的温度提高到需要的初始反应温度。用于加热的流体可以是任何传热流体，其在适当的条件下进入加热通道为反应通道的预热和催化两部分提供必要的温度和热量。另一种方式是，热交换流体可以是在加热通道内燃烧的燃料物流。甲烷提供一种特别有用的加热流体。某些情况下，加热流体可以包括原料或来自反应通道的反应物。总的来说，本专利技术通过消除工艺过程对单独加热器的需要和除去与此有关的热损耗而节约热量。本专利技术以此方式实现了高效率利用板和通道反应以及加热配置。因此，本专利技术的目的是提高使用就地间接热交换方法加热反应物的效率。本专利技术的另一目的是减少加热反应物过程中的设备需要。包含反应和加热功能的窄加热通道的存在构成了本专利技术的本质需求。加热和反应通道可以呈现许多不同的适合具体工艺和加热流体的配置。反应通道的预热部分可以包含沿通道连续长度的一部分，或者预热部分可以由一单独的一段通道提供并输送加热的反应物到单独的反应通道。在垂直延展的通道内，催化剂在反应通道内的短装载可以在初级重整部分的上面或下面提供空间以预热原料。加热通道和反应通道可以横向、同向、或逆向通过流体。逆向流动可以向反应通道的反应部分提供最大的热输入，而同向流动将使反应通道预热部分的加热最大化。加热通道可以包含促进燃料燃烧的燃烧促进催化剂。燃料在加热通道内燃烧时，可以改变燃烧催化剂在加热通道内的装载量以适应原料物流和反应区的加热要求。在通过热交换表面的热交换间接加热反应区的通道内使用催化剂控制燃料的燃烧速率可以调节温度，从而提高转化率、选择率或两者。通过改变燃烧速率调节温度还可以减少催化剂在反应区内失活。多种不同的方法可以用来改变燃烧催化剂促进燃料在加热通道的燃烧的速率。具体操作可以改变工艺条件如停留时间/空间速率。燃料反应物的浓度也可以通过引入其它燃料或稀释剂加以改变。其它的改变方法可以提高-->加热通道内催化剂的存在量。提高或减少整个加热通道内催化剂基体上的催化活性材料的装载量可以改变燃烧速率。除了通过改变金属荷载量改变催化剂之外，还可以沿加热通道长度改变催化剂的类型。此外，本专利技术方法可以通过沿通道单位流动长度改变催化剂体积的方法简单地改变均匀催化剂的量。通过在加热通道内使用适当的催化剂活性分布可以在出现原料转化的地方强加一个使转化率最大化的温度分布。从机械角度出发，径向流动反应器截面宽度的内在的增加或减小提供了改变沿加热通道单位流动长度催化剂体积的现成方式。US-A-5,405,586给出了一种具有间接热交换的径向流动反应器排列，其中可以根据本专利技术改进以包括燃料燃烧方面的改变。板排列也可以改变加热通道内的催化剂装载。板可以占据通道的一部分，以仅使热交换通道的一部分的催化剂的装载减少。厚板可以延伸通过部分加热通道，并稳定地从热交换通道部分替换催化剂。成对的固体板可以延伸过部分热交换通道，以限定亚通道空间体积。这种中心亚通道可以在其中需要相对少量燃烧的加热通道的外边产生催化剂薄层。使用穿孔板可以提供改变加热通道内催化剂装载的特别有利的方法。穿孔的大小可阻挡催化剂进入加热通道内由穿孔板限定的通道亚区，同时仍然允许气流通过。穿孔板也可选沿加热通道的整个长度延伸，但改变穿孔的大小。在垂直取向的通道内，上部板的小孔可以阻止颗粒进入板之间的上部空间，而板下部较大的孔使催化剂通过进入下部的亚通道区域以提高催化剂单位通道长度的相对体积。以此方式使用穿孔板可以大大便利燃烧催化剂的装载和卸载，而且甚至允许在生产过程中改变燃烧催化剂的装载量。沿通道路径的分配室可以为中间注入反应物或加热介质提供场所。根据需要，可以在通道端部或沿中间点设置分配室。这种歧管的一种安排是使用两组或多组独立的热交换板组或“反应组”，用隔离的排管进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使反应物与反应区（４０）中的催化剂接触并通过与加热介质接触间接加热反应物的方法，该方法包括： ａ）使反应物通过多个由主板（４４）间的空间限定的窄反应通道（２９），并在该窄反应通道的第一部分（２９’）中，在不存在催化剂的条件下加热反应物流； ｂ）使加热介质通过多个由主板（４４）限定的窄加热通道（４９），并用在加热通道预热部分的加热介质通过板间接加热在反应通道的第一部分的反应物流，以在反应通道内提供预热的反应物； ｃ）使该加热的反应物通过反应通道（２９）的第二部分（２９’），并使加热的反应物流与该反应通道第二部分内的催化剂接触以产生反应的物流；以及 ｄ）随着加热介质通过加热通道（４９）的主加热部分间接加热反应通道的第二部分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种使反应物与反应区(40)中的催化剂接触并通过与加热介质接触间接加热反应物的方法，该方法包括：a)使反应物通过多个由主板(44)间的空间限定的窄反应通道(29)，并在该窄反应通道的第一部分(29’)中，在不存在催化剂的条件下加热反应物流；b)使加热介质通过多个由主板(44)限定的窄加热通道(49)，并用在加热通道预热部分的加热介质通过板间接加热在反应通道的第一部分的反应物流，以在反应通道内提供预热的反应物；c)使该加热的反应物通过反应通道(29)的第二部分(29’)，并使加热的反应物流与该反应通道第二部分内的催化剂接触以产生反应的物流；以及d)随着加热介质通过加热通道(49)的主加热部分间接加热反应通道的第二部分。2.根据权利要求1所述的方法，其中加热通道含有氧化催化剂。3.根据权利要求1所述的方法，其中主板限定交替的反应通道和加热通道。4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中加热介质含有甲烷和氧气，并且甲烷的燃烧为反应通道提供至少部分热量。5.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中反应通道的第一和第二部分以及加热通道的预热和加热部分是连续的。6.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中板限定波纹且波纹维持板的间距。7.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：RC马尔瓦尼，HW丹德卡尔，
申请(专利权)人：环球油品公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]