蒸汽甲烷重整器管出口组件制造技术

本发明专利技术涉及一种蒸汽甲烷重整器管出口组件及其组装或改装方法。更具体地，本发明专利技术涉及重整器的暴露的凸缘管出口，其被设计成减轻金属尘化腐蚀、露点冷凝相关的金属疲劳和开裂、以及过温引起的金属失效诸如氢蚀。

Steam methane reformer tube outlet assembly

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】蒸汽甲烷重整器管出口组件
本专利技术涉及蒸汽甲烷重整器的凸缘管出口组件及其组装或改装方法。
技术介绍
蒸汽甲烷重整工艺广泛用于工业中以制备氢气和/或一氧化碳。通常，在蒸汽重整工艺中，将含矿物燃料烃的进料(诸如天然气)、蒸汽和任选的再循环流(诸如二氧化碳)进料到催化剂填充的管中，在催化剂填充的管中它们经历一系列净吸热反应。催化剂填充的管位于蒸汽甲烷重整器的辐射区段中。由于重整反应是吸热的，因此通过燃烧器向蒸汽甲烷重整器的该辐射区段中喷火来向管提供热量以支持反应。用于燃烧器的燃料主要来自副产物来源，诸如来自变压吸附(PSA)的吹扫气体，并且一些构成天然气。在催化剂装填的管内部发生以下反应：CH4+H2O<＝>CO+3H2CH4+CO2<＝>2CO+2H2CO+H2O<＝>CO2+H2将来自重整器的粗合成气产物(即，合成气)(其主要含有氢气、一氧化碳和水)在下游单元操作中进一步加工。蒸汽甲烷重整器操作的示例公开于Drnevich等人(美国专利号7,037,485)中，并且全文以引用方式并入本文。离开蒸汽甲烷重整器的合成气处于高温下，通常介于1450℉至1650℉之间，具体取决于工厂速率和产物构成。在重整器的加热区之外，收集来自各个管的合成气并将其送至下游，以用于在前述单元操作中进一步加工。在其中管出口未被包封在耐火材料中或未被置于耐火材料衬里的封装件中的重整器中，暴露的凸缘管出口通常装配有内部绝缘和外部绝缘两者。管出口组件绝缘的设计对于防止过早的管失效以及其它区段中的露点冷凝相关的失效是至关重要的，因为不充分的绝缘可导致在管出口的一些区域中有利于金属尘化的温度。另一方面，过多的绝缘可导致凸缘处的高温以及最终弱化或脱碳。外部绝缘包括包裹在管出口周围的高温纤维绝缘毯。内部绝缘是成形为一形状(下文称为罐)并且填充有高温纤维绝缘材料的金属片。罐的一个端部例如通过焊接牢固地附接到盲凸缘，并且另一个端部被密封以包封绝缘材料。罐定位在具有空隙或间隙的重整器管内部，如本文所用，该空隙或间隙是指罐的外表面与重整器管的内壁之间的间距。Garland等人(美国专利号8,776,344B2)公开了具有成角度的基座的圆柱形罐和用于重整器管组件的入口中的“密封件”。在重整炉中，将热进料气体(通常<1300℉)递送到各个重整器管中。在其中入口端口从侧面进入的管组件中，已发现热加工气体在进入管时涡流，并且一些气体可朝凸缘向上流动，从而导致它们过热。这对重整器管的寿命和性能是有害的。本专利中公开的圆柱形、成角度的基部塞被定位成邻近入口端口，以引导通过所述入口端口引入的流体远离凸缘。置于间隙中的密封件限制热流体沿该间隙向上传递，从而防止凸缘过热。然而，Garland等人的公开的专利技术仅适用于重整器管入口组件。其目的是减少管入口的凸缘并降低管入口的焊颈温度。由于在工艺进料气体中不存在一氧化碳(CO)和非常少的氢气(H2)，因此不考虑管入口的金属尘化或氢蚀。虽然Hohmann等人(美国专利号5,490,974)、Roll等人(美国专利号5,935,517)和Boll等人(美国专利号6,099,922)公开了一些用于防止出口管和含合成气的头部中的金属尘化腐蚀的方法，这些文献中的公开内容仅涉及内部衬有耐火材料的出口管和头部。在此类情况下，一氧化碳可穿过耐火材料扩散并与其温度处于金属尘化有利范围内的金属区段接触。这可导致材料的渗碳和灾难性失效。在美国专利号5,490,974和美国专利号5,935,517文献中，将热气吹扫施加到耐火材料以阻止合成气扩散并防止金属尘化。在美国专利号6,099,922文献中，耐火材料结合有镍基催化剂，这促进了合成气中的一氧化碳与氢气和水的反应以形成CO2、H2O、H2或CH4，从而消除了金属尘化腐蚀的潜在性。对于其中管出口暴露于环境的重整器炉，绝缘设计对于防止有害的温度分布是至关重要的。在存在高CO分压的情况下，如通常将在重整器管中发生的那样，管内壁金属表面的处于介于900℉至1400℉之间的温度的区域易受高速率金属尘化影响。另外，重要的是壁温度保持高于合成气的露点温度，以防止露点冷凝相关的失效。然而，在管出口上放置过多的绝缘以避免两种前述材料失效机制将导致高凸缘温度，高凸缘温度可导致钢的脱碳或弱化和开裂。过早的管失效可导致延长的、非计划的工厂停工和可能的合同罚金。因此，为了克服相关技术中的缺点，本专利技术的目的之一是向管出口组件提供内部绝缘设计，该内部绝缘设计导致期望的管金属温度分布。本专利技术的一个目的在于，管出口组件绝缘确保管出口的具有有利于金属尘化的温度的区域仅出现在内部绝缘罐与重整器管内壁之间的环形间隙中的低合成气流区域中，以便极大地最小化金属尘化腐蚀速率。本专利技术的另一个目的是，管出口组件绝缘减少热合成气对凸缘的对流，从而降低凸缘温度并防止钢凸缘的高温氢蚀。本专利技术的另一个目的是通过将管出口的整个长度保持高于合成气露点温度来防止露点冷凝相关的失效。通过阅读本说明书、附图和所附权利要求，本专利技术的其他目的和方面对于本领域的技术人员将变得显而易见。
技术实现思路
本专利技术涉及蒸汽甲烷重整器管组件的凸缘出口。根据本专利技术的一个方面，提供了蒸汽甲烷重整器组件的凸缘管出口组件。该组件包括：至少一个或多个重整器管，该至少一个或多个重整器管具有入口，以用于允许将工艺气体引入到管出口组件中以移除工艺气体，其中离开出口端口的工艺气体为合成气，管出口组件设置在重整器的边界之外，并且包括具有内部空间的重整器管，在该内部空间中容纳有内部绝缘罐，其中绝缘罐装配在重整器管的内部空间中，并且重整器管的外部覆盖有紧邻管凸缘焊颈延伸的绝缘；出口端口，该出口端口设置在绝缘罐的远侧端部的上游，以用于将合成气递送到下游工艺单元，并且绝缘罐连接到盲凸缘并朝出口端口延伸到重整器管中，其中该罐与该重整器管的内部之间的间隙在远侧端部处比在盲凸缘端部处大。在本专利技术的另一方面，提供了重整器管出口组件的凸缘出口。它包括至少一个或多个重整器管，该至少一个或多个重整器管具有入口，以用于允许将工艺气体引入到管出口组件中以移除工艺气体，其中离开出口端口的工艺为合成气。管出口组件设置在重整器的边界之外并且包括：至少一个或多个重整器管，该至少一个或多个重整器管具有入口，以用于允许将工艺气体引入到管出口组件中以移除工艺气体，其中离开出口端口的工艺为合成气，管出口组件设置在重整器的边界之外，并且包括具有内部空间的重整器管，在该内部空间中容纳有内部绝缘罐，其中绝缘罐在重整器管的内部空间中是渐缩的或阶梯式的，并且其中重整器管的外部覆盖有紧邻管凸缘焊颈延伸的绝缘；出口端口设置在绝缘罐的远侧端部的上游，以用于将合成气递送到下游工艺单元，并且绝缘罐连接到盲凸缘并且朝出口端口延伸到重整器管中并牢固地连接到盲凸缘，其中该罐与该重整器管的内部之间的间隙在管出口的盲凸缘端部处在介于约0.1英寸至0.5英寸之间的范围内，并且在远侧端部处为0.1英寸至1英寸，从而允许更大体积的热合成气被保持在间隙的远侧端部处，因此罐的远侧端部附近的管金属温度高于金属尘化有利的温度，还调节热气朝凸缘的流动以保持管出口的整个长度高于合成气露点温度以消除冷凝/蒸发热循环引起的疲劳开裂，同时降低凸缘本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种蒸汽甲烷重整器组件的凸缘管出口组件，包括：至少一个或多个重整器管，所述至少一个或多个重整器管具有入口，以用于允许将工艺气体引入到所述管出口组件中以移除所述工艺气体，其中离开出口端口的所述工艺气体为合成气，所述管出口组件设置在所述重整器的边界之外，并且包括具有内部空间的重整器管，在所述内部空间中容纳有内部绝缘罐，其中所述绝缘罐装配在所述重整器管的所述内部空间中，并且所述重整器管的外部覆盖有紧邻管凸缘焊颈延伸的绝缘；出口端口，所述出口端口设置在所述绝缘罐的远侧端部的上游，以用于将所述合成气递送到下游工艺单元，并且所述绝缘罐连接到盲凸缘并朝所述出口端口延伸到所述重整器管中，其中所述罐与所述重整器管的内部之间的间隙在所述远侧端部处比在所述盲凸缘端部处大。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.02.15 US 15/4333401.一种蒸汽甲烷重整器组件的凸缘管出口组件，包括：至少一个或多个重整器管，所述至少一个或多个重整器管具有入口，以用于允许将工艺气体引入到所述管出口组件中以移除所述工艺气体，其中离开出口端口的所述工艺气体为合成气，所述管出口组件设置在所述重整器的边界之外，并且包括具有内部空间的重整器管，在所述内部空间中容纳有内部绝缘罐，其中所述绝缘罐装配在所述重整器管的所述内部空间中，并且所述重整器管的外部覆盖有紧邻管凸缘焊颈延伸的绝缘；出口端口，所述出口端口设置在所述绝缘罐的远侧端部的上游，以用于将所述合成气递送到下游工艺单元，并且所述绝缘罐连接到盲凸缘并朝所述出口端口延伸到所述重整器管中，其中所述罐与所述重整器管的内部之间的间隙在所述远侧端部处比在所述盲凸缘端部处大。2.根据权利要求1所述的凸缘管出口组件，其中所述内部绝缘罐选自完全渐缩的罐、部分渐缩的罐、完全阶梯式的罐或部分阶梯式的罐。3.根据权利要求2所述的凸缘管出口组件，其中所述内部罐具有成角度的或弯曲的远侧端部。4.根据权利要求1所述的凸缘管出口组件，其中设置在所述重整器管的所述内部中的所述绝缘罐被设计成将所述管出口的位于所述绝缘罐的所述远侧端部上游的区域保持高于有利于金属尘化的温度范围，同时将具有有利于高速率金属尘化的温度的区域限制于环形间隙内的低合成气流的区域，从而具有降低的金属尘化腐蚀速率。5.根据权利要求1所述的凸缘管出口组件，其中所述绝缘罐的所述远侧端部处的较大间隙尺寸将所述管出口保持高于所述合成气露点温度，并且朝所述盲凸缘的减小的间隙尺寸将所述凸缘保持低于高温氢蚀的阈值温度。6.根据权利要求2所述的凸缘管出口组件，其中所述渐缩的或阶梯式绝缘罐在所述远...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·贝多阿米萨，T·M·雷博尔德，B·L·兰森，
申请(专利权)人：普莱克斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US