降低重整器中温度扩散的方法技术

本发明专利技术涉及用于在顶部或底部燃烧重整器中加热工艺气体的方法，用于改善顶部或底部燃烧重整器上的温度扩散的方法，以及其中可应用这些方法的顶部或底部燃烧重整器。这可以通过使至少一个外部管通道的通道流速不同于至少一个内部管通道的通道流速来实现。

Method for reducing temperature diffusion in reformer

The invention relates to a method for heating process gas in a top or bottom combustion reformer, a method for improving temperature diffusion on a top or bottom combustion reformer, and a top or bottom combustion reformer in which these methods can be applied. This can be achieved by making the channel velocity of at least one external pipe channel different from that of at least one internal pipe channel.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】降低重整器中温度扩散的方法本专利技术涉及用于在顶部或底部燃烧重整器中加热工艺气体的方法，用于改善顶部或底部燃烧重整器上的温度扩散的方法，以及其中可应用这些方法的顶部或底部燃烧重整器。重整器是一种炉子，其中诸如天然气的烃类气体(在下文中称为工艺气体)在催化剂(通常是基于金属的催化剂(特别是镍))存在的情况下被转化以形成CO和氢的混合物。这种生产氢的方法也称为蒸汽重整。转化反应需要在高温下(例如至少700℃的温度)进行。通过使燃料与氧化剂(例如氧气或空气)燃烧来提供工艺气体的吸热转化所需的热量。燃烧由燃烧器控制，所述燃烧器放置在重整器腔的顶部(顶部燃烧重整器)或底部(底部燃烧重整)。通过使工艺气体向下(在顶部燃烧重整器的情况下)或向上(在底部燃烧重整器的情况下)通过重整器管流向重整器腔的另一端(底部或顶部)，在腔中加热工艺气体。重整器管也可以被称为催化剂管，因为这些管包含转化反应所需的催化剂。顶部或底部燃烧重整器包含交替的燃烧器的通道(燃烧器通道)和重整器管通道(管通道)。重整器还包含被限制在耐火壁(即多个侧壁(通常为四个)、耐火顶壁(顶部)和耐火底壁(底部))内的重整器腔。每个燃烧器通道位于两个管通道之间或位于重整器腔的外部管通道和侧壁之间。位于最邻近重整器腔的侧壁的管通道被称为外部管通道。因此，在顶部或底部燃烧重整器中总是存在重整器管的两个外部通道。重整器管的其他通道被称为内部管通道并位于外部管通道之间。因此，具有四个管通道和五个燃烧器通道的重整器中的通道构造将是：B-O-B-I-B-I-B-O-B(其中B＝燃烧器通道；O＝重整器管的外部通道；以及I＝重整器管的内部通道)。大多数燃烧器通道具有与其相邻的两个管通道，在这种情况下，燃烧器通道将热量直接供应到两个管通道上。然而，直接邻近侧壁的燃烧器通道(被称为侧燃烧器通道)不是这种情况。侧燃烧器通道仅直接向一个管通道(即邻近侧燃烧器通道的外部管通道)供应能量。这通常会导致不同管通道之间的温差，尤其是在外部管通道和内部管通道之间。因此，侧燃烧器通道中的燃烧器通常比其他(中心)燃烧器通道中的燃烧器具有更低的负荷。通常，侧燃烧器通道中的燃烧器的负荷是中心燃烧器通道的负荷的50-100％之间，更具体地在50％和70％之间。负荷是表示燃烧器的热释放的参数，并且以J·s-1表示。虽然可以通过简单的箱型模型在理论上计算侧通道的燃烧器的确切负荷，但发现重整器腔中热烟道气的流动模式取决于许多不同的参数，其包括烟道气抽取装置的存在和类型、从一个燃烧器到另一个燃烧器的气体速度变化、侧燃烧器与重整器腔的侧壁的燃烧器相互作用、从一个管到另一个管的热吸收变化(还有其他参数)。因此，准确预测重整器中的流动模式是非常复杂的。因此，不能以高精度完成预测所需的侧通道热释放。需要一种方法或重整器，利用该方法或重整器可以平衡重整器腔中的温度分布。根据侧燃烧器通道的负荷，外部管通道的温度可高于或低于内部管通道。例如，不平衡的重整器的内部管通道可比侧通道热或冷多于30℃。重整器腔上的温度分布的不均匀性是不希望的。首先，它可能影响重整器的性能(包括催化剂管寿命)。其次，能源效率低，因此成本效率低。第三，它可能影响材料和设计参数(诸如由重整器中最热元件决定的管厚度)的选择。因此，本专利技术的一个目的是改善重整器腔上的温度扩散。本领域已知不同的方法以减少侧燃烧器与腔壁的燃烧器相互作用。US2011/0220847涉及降低炉子不稳定性和NOx产生，例如通过减少或消除燃烧器与重整器壁的相互作用并减少或消除局部过热。它描述了在顶部或底部燃烧重整器中燃烧的方法，其中侧燃烧器具有与中心燃烧器不同的一种或更多种注入性能。注入性能包括角度、流速、氧化剂注入器的量和位置以及燃烧器的燃料注入器的量和位置。US2007/0099141描述了用于从炉中的燃烧器产生拉直火焰的方法。认为拉直的火焰避免了由来自炉腔中不希望的气流模式的偏向火焰所引起的工艺管和腔壁的局部过热。US2007/0128091涉及改善合成炉中的热分配和热传递。认为这是通过位于炉壁附近的外部燃烧器具有燃烧器出口方向来实现的，所述外部燃烧器相对于竖直方向远离炉子中心倾斜地运转，引导远离炉子的中心。如上所述调节各个燃烧器的热量供应的缺点在于，解决方案是基于经验方法和CFD建模，并且两者都可能产生不正确的结果，当观察到温度偏差时，则需对设计进行修改。因此，常进行燃烧器负荷的平衡，从而操纵燃料或氧化剂流向各个燃烧器以改善温度分布。然而，操纵燃烧器的缺点是它可能引起安全问题，因为通常在总体水平上(对于整个重整器)保障火焰稳定性极限(热释放和空气燃料比)，并不能识别各个燃烧器上的火焰稳定性极限。在本领域中还已知调节炉中各个加热管的温度。EP2671634描述了在涉及在炉中加热至少一种流体的工艺中用于减少管之间的管温度扩散的方法。在方法中，首先确定哪些50％的管具有最低温度。随后，降低分配进入到这些管中的流体的流量。通过在各个管的入口处安装压降元件来实现流量的降低。所有重整器管中有一半需要以这种方式处理。该方法要求在关闭装置期间实现降低流量的操作。US2010/0140552涉及用于控制蒸汽重整工艺的方法，其中测量每个管的壁温，并且如果温度高于期望的最大操作温度(MOT)，则修改重整工艺的至少一个操作参数以降低温度。因此，本专利技术的目的是改善重整器中的温度扩散和/或温度分布，而不需要操纵燃烧器。因此，可以确保在总体水平上对重整器进行适当的保护。本专利技术的另一个目的是能够平衡重整器中的温度分布。本专利技术的另一个目的是能够在重整器操作期间平衡重整器中的温度分布。更具体地，一个目的是降低重整器中的温度扩散和/或为重整器提供更均匀的温度分布。该目的包括减小外部管通道和内部管通道之间的温差。另一个目的是实现上述目的而不会对管通道内的温度变化产生负面影响和/或引起安全问题。在第一方面，本专利技术涉及用于改善在顶部或底部燃烧重整器中温度分布的方法，所述重整器包含重整器管的两个外部通道和重整器管的一个或更多个内部通道，所述方法包括使工艺气体流过内部和外部通道的重整器管，其中，每个管通道具有通道流速，其被限定为每单位时间流过所述管通道的重整器管的工艺气体的总量，其中，尤其是通过设定重整器管入口的所述外部管通道上游的通道流速，将至少一个外部通道的通道流速设定为与至少一个内部通道的通道流速不同。在另一方面，通过提供用于在顶部或底部燃烧重整器中加热工艺气体的方法来满足这些目的中的一个或多个，所述重整器包括重整器管的两个外部通道(外部管通道)和重整器管的一个或多个内部通道(内部管通道)，所述方法包括使工艺气体流过内部管通道和外部管通道的重整器管，其中，每个管通道具有通道流速，其被限定为每单位时间流过所述管通道的重整器管的工艺气体的总量，其中，尤其是通过设定重整器管入口的所述外部管通道上游的通道流速，将至少一个外部通道的通道流速设定为与至少一个内部通道的通道流速不同。本专利技术基于以下认识：通过调节(增加或减少)某个管通道的通道流速，可以控制和/或改善整个重整炉的重整器管上的温度分布。尤其是通过调节一个或两个外部管通道的通道流速，使得它们与至少一个内部管通道相比，具有不同的通道流速，获得了良好的结果。根据本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.在顶部或底部燃烧重整器(1)中加热工艺气体(5)的方法，所述重整器包含重整器管的两个外部通道(10)和重整器管的一个或多个内部通道(11、12)，所述方法包括使工艺气体(5)流过所述内部通道和外部通道的重整器管(4)，其中每个通道具有通道流速，其被限定为每单位时间流过所述通道的重整器管的工艺气体的总量，其中，通过在所述重整器管入口的上游设定所述外部管通道的通道流速，使至少一个外部通道(10)的通道流速不同于至少一个内部通道(11、12)的通道流速。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.04 EP 16154314.51.在顶部或底部燃烧重整器(1)中加热工艺气体(5)的方法，所述重整器包含重整器管的两个外部通道(10)和重整器管的一个或多个内部通道(11、12)，所述方法包括使工艺气体(5)流过所述内部通道和外部通道的重整器管(4)，其中每个通道具有通道流速，其被限定为每单位时间流过所述通道的重整器管的工艺气体的总量，其中，通过在所述重整器管入口的上游设定所述外部管通道的通道流速，使至少一个外部通道(10)的通道流速不同于至少一个内部通道(11、12)的通道流速。2.改善顶部或底部燃烧重整器(1)中的温度分布的方法，所述重整器包含重整器管的两个外部通道(10)和重整器管的一个或多个内部通道(11、12)，所述方法包括使工艺气体(5)流过所述内部通道和外部通道的重整器管(4)，其中每个通道具有通道流速，其被限定为每单位时间流过所述通道的重整器管的工艺气体的总量，其中，通过在所述重整器管入口的上游设定所述外部管通道的通道流速，使至少一个外部通道(10)的通道流速设定为不同于至少一个内部通道(11、12)的通道流速。3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述至少一个外部通道包含气体集管(102)，其用于向所述通道中的重整器管提供工艺气体，其中在所述重整器管入口的上游设定或已经设定所述至少一个外部管通道的通道流速。4.如权利要求3所述的方法，其中在所述气体集管处设定或已经设定所述至少一个外部管通道的通道流速。5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述至少一个外部通道包含气体集管(102)，其用于向所述通道中的重整器管提供工艺气体，所述气体集管具有至少一个入口，用于供工艺气体进入所述气体集管(102)；和多个出口，用于供工艺气体离开所述气体集管(102)并供给到所述至少一个外部通道(10)的重整器管(4)；其中所述至少一个外部通道(10)的每个重整器管(4)与所述气体集管(102)的至少一个出口流体连接，并且其中向所述气体集管以一定流速提供工艺气体，使得至少一个外部通道(10)具有与至少一个内部通道(11、12)不同的通道流速。6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过设定向所述外部通道的气体集管提供工艺气体的流速，向所述外部通道提供与至少一个内部通道的通道流速不同的通道流速。7.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过在所述重整器管的上游提供流量调节器(105)来设定或已经设定所述通道流速。8.如权利要求6或7所述的方法，其中流量调节器(105)用于提供与至少一个内部通道的通道流速不同的至少一个外部通道的通道流速，其中所述流量调节器(105)部分地阻塞或阻碍提供给至少一个外部通道的气体集管的工艺气体的流动。9.如权利要求6-8中任一项所述的方法，其中所述流量调节器(105)是插入件、阀、板、孔板、限制孔或文丘里喷嘴。10.如权利要求6-9中任一项所述的方法，其中将所述流量调节器(105)提供至-所述至少一个外部通道的气体集管的入口；或-所述管向所述至少一个外部通道的气体集管提供工艺气体的管的管入口。11.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中每个通道的重整器管包含用于向所述通道中的重整器管提供工艺气体的气体集管(102、103、104)，每个气体集管具有-至少一个入口，用于供工艺气体进入所述气体集管；和-多个出口，用于供工艺气体离开所述气体集管并供给到重整器管；其中，一个通道的每个重整器管与同一通道的气体集管的多个出口中的一个流体连接，并且其中所述重整器还包含用于在所述气体集管上分配工艺气体的气体分配器，其中所述气体分配器包含-至少一个入口，用于供工艺气体进入所述气体分配器，-多个出口，用于供工艺气体离开所述气体分配器并供给到所述气体集管，其中每个气体集管入口与所述气体分...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗兰·范乌费伦，斯特凡·瓦尔斯普尔格，
申请(专利权)人：法国德西尼布，
类型：发明
国别省市：法国,FR