具有内部热交换的防腐蚀重整器管制造技术

本实用新型专利技术涉及具有内部热交换的防腐蚀重整器管。更具体而言，本实用新型专利技术提出了通过含烃进气的蒸汽重整生产合成气的重整器管，其中外部的壳管依靠分隔盘被分成反应室和出口室，蒸汽重整活性固体催化剂的散堆床布置在所述反应室中，至少一个热交换器管布置在所述反应室内部和所述散堆催化剂床内部，其入口端与所述散堆催化剂床流体连通并且其出口端与所述出口室流体连通，所述热交换器管的出口端穿过所述分隔盘并在设置于所述壳管内部的防腐蚀内管中开口并与所述合成气产物的收集管道流体连通，可透气的绝热层布置在所述壳管的内壁和所述内管的外壁之间。

Anticorrosive reformer tube with internal heat exchange

The utility model relates to an anticorrosive reformer tube with internal heat exchange. More specifically, the utility model proposes a reformer tube that produces synthetic gas through a steam reforming with a hydrocarbon intake, in which the outer shell tubes are divided into a reaction chamber and an outlet chamber depending on the partition plate, and the bulk bed of the steam reforming active solid catalyst is arranged in the reaction chamber, and a few heat exchanger tubes are arranged in the case of the reaction. Inside the chamber and the scattered stack catalyst bed, the inlet end is connected with the bulk catalyst bed and its outlet end is connected with the outlet chamber. The outlet end of the heat exchanger tube passes through the disks and opens in the anticorrosion inner tube set in the shell tube and is collected with the synthetic gas product. The pipe is fluid communicated, and a breathable insulation layer is arranged between the inner wall of the shell tube and the outer wall of the inner tube.

【技术实现步骤摘要】
具有内部热交换的防腐蚀重整器管
本技术涉及用于将含烃进料、优选天然气和轻质液态烃例如石脑油转化为包含碳氧化物和氢气的合成气产物的重整器管。本技术的重整器管使所述进气和所述部分转化为合成气产物的产物气体之间能够内部热交换，从而在生产合成气以及有价值的氢气和一氧化碳产物期间产生能量消耗方面的优势。本申请还描述了利用本技术的重整器管通过蒸汽重整含烃进料生产合成气的方法，以及装备所述重整器管的重整炉。
技术介绍
烃可以与蒸汽催化反应来提供合成气，即氢气(H2)和一氧化碳(CO)的混合物。按Ullmann工业化学百科全书(Ullmann′sEncyclopediaofIndustrialChemistry)第六版，1998ElectronicRelease，关键字“气体生产”中的解释，这种所谓的蒸汽重整是最普遍使用的合成气生产方法，合成气然后可以转化为更为重要的商用化学品例如甲醇或氨。虽然可以转化不同的烃，例如石脑油、液化气或炼油气，但以蒸汽重整含甲烷的天然气为主。天然气的蒸汽重整是高度吸热的。因此在重整炉中进行，所述重整炉中平行排列了很多含有催化剂并在其中发生蒸汽重整反应的重整器管。所述重整炉的外壁以及它的顶和底用多个经得起高达1200℃温度的耐火材料层饰面(faced)或内衬(lined)。所述重整器管通常用安装在所述重整炉的顶部或底部上或所述侧壁上的燃烧器点燃并直接加热所述重整器管之间的空间。向所述重整器管的传热通过热烟道气的热辐射和对流传热实行。通过热交换器或火焰加热器预加热到约500℃之后，所述烃-蒸汽混合物在最终加热到约500℃至800℃后进入所述重整器管并在其中经所述重整催化剂转化为一氧化碳和氢气。镍基重整催化剂是普遍的。虽然较高级的烃完全转化为一氧化碳和氢气，但在甲烷的情况下，通常是部分转化。产物气体的组成由反应平衡决定；所述产物气体因此不仅包含一氧化碳和氢气，而且包含二氧化碳、未转化的甲烷和水蒸气。为了能量优化或对于包含较高级烃的进料而言，可以在所述预加热器的下游使用用于预裂化所述进料的所谓预重整器。所述预裂化的进料然后在另一个加热器中加热到期望的重整器管进入温度。所述热合成气产物气体在离开所述重整炉后在一个或多个热交换器中部分冷却。所述部分冷却的合成气产物气体然后取决于目标产物的类型或下游过程的类型，经历其他调节步骤。天然气的蒸汽重整因其能量需求高而著名。因此现有技术已经包含旨在通过优化工艺设计、例如通过能量回收来最小化外来能量需求的提议。例如，Higman在1990年6月在特隆赫姆(Trondheim)的EUROGAS-90大会上演示了有内部热交换的所谓HCT重整器管，它也公开在http：//www.higman.de/gasification/papers/eurogas.pdf(2011年9月27日检索)。这种管包含催化剂填充的和外加热的外部重整器管，其中所述进气从上至下流过催化剂床。所述催化剂床内部是两个由合适的材料制成的双螺旋热交换器盘管，所述部分重整的气体在离开所述催化剂床后流过所述盘管，从而将其一部分显热传递给经所述催化剂发生的蒸汽重整过程。然而，这里的缺点是由于所述气体通过所述热交换器盘管的路径较长，所以压降较高。此外，因为所述热交换器管的较长区段遭受金属尘化腐蚀相关的温度范围，所以在下文阐述并被称为“金属尘化”的腐蚀类型变得更明显地清晰可见。如论文“金属尘化防护涂层.文献综述(MetalDustingProtectiveCoatings.ALiteratureReview)”中的教导，A.Agüero等，OxidMet(2011)76：23–42，金属尘化是金属和合金腐蚀性崩解成细粒的类型。容易受到这种形式的腐蚀性侵害的材料特别包括铁、镍、钴及其合金。金属尘化在大约400至800℃的高温和在包含特别是一氧化碳(CO)或烃的气体气氛中发生。事实上，低于400℃，金属尘化反应的热力学势高但反应速率低。高于800℃，金属尘化的热力学势如此低，以致它不会发生到任何明显的程度。因此蒸汽重整过程中，经常观察到金属尘化影响所有设施部件，特别是在废热区段中的设备部件，它们在所引述的温度范围内与所产生的合成气相接触。在高温下，CO和烃具有在金属上解离并由此在所述金属表面上沉积碳的倾向。所述碳然后转化到所述固相中并从它们的均匀固体基质提取易感金属，从而导致凹坑形成并最终导致所述材料的机械崩溃。这导致维修成本高并可造成严重的安全问题，例如通过加压管道和设备的爆裂和/或通过毒性一氧化碳的逸出。通过下列措施，可以防止或至少阻碍金属尘化的发生：a)改变所述基本过程的操作条件，尤其是温度和压力，b)用例如硫化合物有意使所述金属表面中毒，c)改变合金组成和/或利用耐腐蚀材料，d)通过化学、热或机械处理修改表面性质，e)在所述合金表面上施加腐蚀抑制涂层。a)下的措施经常失败，因为考虑中的基本过程需要这些特有的温度和压力。测量c)同样如此，因为所述基本过程的工艺条件需要特殊的材料选择并因此有特殊的合金组成。此外，b)和d)下的措施的效力经常是有时间限制的。关于措施e)，通常使用扩散涂层或覆盖层或外层，它们基于形成基于元素铝、铬或硅的薄、稳定、保护性和粘附的氧化皮层。目前化学工业中在高温下最经常用于防护氧化和腐蚀的是铝扩散涂层。扩散涂层是当在高得足以使金属或金属混合物能够扩散到基底中的温度下用所述金属或金属混合物涂布合金时形成的。结果是与基底材料冶金结合，所述涂层于是变成所述基底材料的整合部分。这里产生的缺点是生产成本和复杂度高以及由于例如保护性金属挥发或磨损，扩散涂层的寿命有限。还有，赋予金属尘化腐蚀的防护是由例如陶瓷材料制造设施例如管线的全段。然而，在这种情况下的缺点是与金属材料相比，耐压性较低，和/或通常，成形性和弹性降低。
技术实现思路
因此本技术的目的是详述在通过内部热交换的能量回收方面具有有利的性质而同时对金属尘化腐蚀的易感性最小化的重整器管。这个目的通过具有如下所述特征的重整器管实现。本技术的其他实施方式从相应的从属权利要求中显而易见。本技术的重整器管：重整器管，其用于在蒸汽重整条件下将含烃进料、优选天然气转化为包含碳氧化物和氢气的合成气产物，其包含(a)外部的加压壳管，其中所述壳管依靠分隔盘被分成反应室和出口室，以便有可能在所述出口室中设定与所述反应室中相比不同、优选较低的压力，并且其中所述反应室是外加热的，(b)蒸汽重整活性固体催化剂的散堆(dumped)床，其布置在所述反应室中，(c)包含进料的进气流的入口，其布置在所述反应室的区域内，其中所述进气流的入口与散堆催化剂床流体连通，(d)至少一个热交换器管，其布置在所述反应室内部和所述散堆催化剂床内部，其入口端与所述散堆催化剂床流体连通并且其出口端与所述出口室流体连通，其中所述进气流在进入所述反应室中后起初流过所述散堆催化剂床并随后逆流流过所述热交换器管，并且其中所述热交换器管与所述散堆催化剂床和从中流过的进气流有热交换关系，(e)合成气产物的收集管道，其与所述出口室流体连通，所述重整器管的特征在于，在所述出口室的区域内，所述热交换器管的出口端穿过所述分隔盘并在布置在所述壳管内部的内管中开口并与所述收集管道本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.重整器管，其用于在蒸汽重整条件下将含烃进料转化为包含碳氧化物和氢气的合成气产物，其包含(a)外部的加压壳管，其中所述壳管依靠分隔盘被分成反应室和出口室，以便能够在所述出口室中设定与所述反应室中相比不同的压力，并且其中所述反应室是外加热的，(b)蒸汽重整活性固体催化剂的散堆床，其布置在所述反应室中，(c)包含进料的进气流的入口，其布置在所述反应室的区域内，其中所述进气流的入口与所述散堆床流体连通，(d)至少一个热交换器管，其布置在所述反应室内部和所述散堆床内部，其入口端与所述散堆床流体连通并且其出口端与所述出口室流体连通，其中所述进气流在进入所述反应室中后起初流过所述散堆床并随后逆流流过所述热交换器管，并且其中所述热交换器管与所述散堆床和从中流过的进气流有热交换关系，(e)合成气产物的收集管道，其与所述出口室流体连通，所述重整器管的特征在于，在所述出口室的区域内，所述热交换器管的出口端穿过所述分隔盘并在布置在所述壳管内部的内管中开口并与所述收集管道流体连通，以便所述合成气产物能够从所述反应室经由所述出口室通行到所述收集管道中，所述内管配备有防腐蚀层或由耐腐蚀材料组成，可透气的绝热层设置在所述壳管的内壁和所述内管的外壁之间。...

【技术特征摘要】
2016.07.07 EP 16400025.91.重整器管，其用于在蒸汽重整条件下将含烃进料转化为包含碳氧化物和氢气的合成气产物，其包含(a)外部的加压壳管，其中所述壳管依靠分隔盘被分成反应室和出口室，以便能够在所述出口室中设定与所述反应室中相比不同的压力，并且其中所述反应室是外加热的，(b)蒸汽重整活性固体催化剂的散堆床，其布置在所述反应室中，(c)包含进料的进气流的入口，其布置在所述反应室的区域内，其中所述进气流的入口与所述散堆床流体连通，(d)至少一个热交换器管，其布置在所述反应室内部和所述散堆床内部，其入口端与所述散堆床流体连通并且其出口端与所述出口室流体连通，其中所述进气流在进入所述反应室中后起初流过所述散堆床并随后逆流流过所述热交换器管，并且其中所述热交换器管与所述散堆床和从中流过的进气流有热交换关系，(e)合成气产物的收集管道，其与所述出口室流体连通，所述重整器管的特征在于，在所述出口室的区域内，所述热交换器管的出口端穿过所述分隔盘并在布置在所述壳管内部的内管中开口并与所述收集管道流体连通，以便所述合成气产物能够从所述反应室经由所述出口室通行到所述收集管道中，所述内管配备有防腐蚀层或由耐腐蚀材料组成，可透气的绝热层设置在所述壳管的内壁和所述内管的外壁之间。2.根据权利要求1所述的重整器管，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：安东尼奥·科夏，纳撒内尔·赫斯勒，
申请(专利权)人：乔治·克劳德方法的研究开发空气股份有限公司，
类型：新型
国别省市：法国,FR