本发明专利技术描述用于进行吸热反应例如油馏分或醇类的蒸汽重整的换热器-反应器，其集成了蒸汽产生管束，从而提高了热效率。公布了图1。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及用于进行吸热反应的换热器-反应器(exchanger-reactors)，该反应例如是蒸汽重整油馏分或醇类以生产合成气。这类反应器是现有技术已知的，可在专利US4919844，US4690690, W02003031050和TO03/035242中找到。以图表示的话，这类换热器-反应器的原理包括使热的、在反应器入口处可达1200°C的烟道气，围绕着其中正在进行一个吸热反应或一系列普通的吸热反应的一组管道运动。这类换热器-反应器的热效率基本上由烟道气的出口温度决定。 本专利技术的目的是通过在所述换热器-反应器内部集成入经过适当处理的蒸汽产生管束(steam generation bundle),从而降低烟道气的出口温度,来提高这类换热器-反应器的热效率。本文的其余部分将参照天然气的蒸汽重整反应实施例进行说明，因为它是本专利技术的换热器-反应器内可以进行的典型吸热反应。但是，更普遍地，本专利技术涉及藉由热烟道气进行加热的任何吸热反应。蒸汽重整反应发生在很高的温度(典型的是900°C )和加压(典型的是20至30bar)下。这意味着反应要在一组管道内进行，因为考虑到材料的机械性能，这是唯一在经济上可行的解决方式。这类催化反应器因此由多个管道组成，典型地，生产IOOOOONmVh氢气的单元具有约200至400个管道。这些管道由换热器-反应器上游例如外燃烧室所产生的热烟道气加热，或由外燃烧室下游的涡轮机所产生的热气加热，如专利FR2852358中描述的换热器-反应器的情况。管道可为卡口(bayonet)类型以具有在同一端的反应物入口和产品出口。卡口式管道从换热器-反应器的上圆顶(upper dome)悬挂；这便于对热膨胀的管理。大型换热器-反应器的一个实施例是专利FR2918904中描述的"HyGenSys"反应器。该换热器-反应器包括密封于大直径(若干米)的外壳中个大量(超过50个)管道，并且在工艺侧(或管程)与烟道气侧(或壳程)之间有高的压差。为了提高烟道气与内部正在进行吸热反应的卡口式管道之间的换热系数，现有一种解决方式，即，具有高的烟道气循环速度，特别是使烟道气围绕处于被称为烟道管，或更简单地称为烟囱(chimney)的管道(tubes)之中的卡口式管道进行传送,每个烟囱均围绕卡口式管道。现有技术(FR2918904)中，这类烟囱通过水平板固定及支撑，该水平板固定在换热器-反应器的外壳(shell)壁上。所述外壳可传统地从底部或顶部通过横梁加强，以使其厚度最小化。热烟道气将其部分能量传递给卡口式管道，但在换热器-反应器出口处仍然很烫(在550°C至700°C之间，并典型的在600°C至650°C之间)。因而热效率不是很高，本专利技术的目的之一是通过降低烟道气的出口温度来提高该类型换热器-反应器的热效率。现有技术换热器-反应器包含高压(典型地，相对压力为2_5bar)烟道气时，当烟道气出口温度超过550°C，将很难连接该烟道气出口。现有技术中，管组(pipework)内部应当是绝热的，以便使法兰处于足够低的温度，但该实施方式意味着管径必须更大，而由于换热器-反应器外壳本身也必须保持较低的温度(典型地，低于300°C)以保持经济上可行，所以管径更大将可能导致换热器-反应器外壳的机械故障。此外，现有技术的解决方式中，要收集经由换热器-反应器顶部离开的烟道气并降至地平面，以供给通常位于地面上的下游设备(二次燃烧室、或膨胀机、或蒸汽发生器)。 但是，烟道气下降管路也应该内部绝热，这使其庞大并昂贵。而且是热损失的一个原因，不利于系统的总效率。本专利技术可用于省去烟道气下降管路并提高换热器-反应器的热效率。附图概述附图说明图1为本专利技术的换热器-反应器的示意图，示出的蒸汽产生管路包括供应加料头(supply feeder head) 9、蒸汽产生管束5、上部收集器7和分离鼓6。图2是换热器-反应器的截面图，示出了用于工艺过程的卡口式管道的中央空间，以及包含蒸汽产生管道的外围空间。专利技术概述本专利技术可称之为进行吸热反应的换热器-反应器，包括多个卡口式管道，该管道悬挂在所述反应器的上圆顶(2)上并向下底部(3)延伸，该卡口式管道(4)用于进行吸热化学反应并封闭在外壳(I)中，该外壳(I)包括用于供热给卡口式管道(4)的热烟道气的入口管(E)和至少一个用于换热之后排出冷烟道气的出口管(S);该换热器-反应器进一步地包括蒸汽产生管束，该蒸汽产生管束由多个基本上垂直的蒸发管(5)组成，该蒸发管(5)也悬挂在该换热器-反应器的上圆顶(2)并向下底部(3)延伸，且包含在外围空间(8)内，该外围空间(8)位于基本上平行于该外壳(I)的垂直壁的内挡板(Bi)与所述垂直壁(I)之间。所述的内挡板(Bi)具有至少一个开口(Oi)，用来将烟道气(10)从该反应器中央输送到该外围空间(8)。用于产生蒸汽的垂直管道(5)通过位于该外围空间(8)下部中的下部加料头(9)供水，垂直管道(5)产生的液体-蒸汽混合物藉由位于反应器换热器的上圆顶(2)上方、且基本上与分离鼓(6)处于同一水平的上部收集器(7)收集。在本专利技术的换热器-反应器的第一个变化中，每个蒸汽产生管道(5)由可引导该烟道气环绕该蒸汽产生管道周围的管道围绕。在本专利技术的换热器-反应器的第二个变体中，固定于外围空间(8)的壁上的折流板系统使得烟道气(10)基本上垂直于垂直管道(5)运动。优选地，用来将烟道气从反应器的中央输送到外围空间(8)的开口(Oi)位于内挡板(Bi)的上部。在本专利技术的换热器-反应器中，外围空间(8)体积的正确尺寸可表示为小于换热器-反应器总体积的10 %，优选小于5 %。本专利技术的换热器-反应器可特别用于进行油馏分或天然气或醇类的蒸汽重整工艺。此时，外围空间(8)中的烟道气速度通常在20m/s至80m/s范围内，优选30m/s至60m/ s范围内。本说明书的背景中仍然介绍本专利技术的换热器-反应器用于油馏分或天然气或醇类的蒸汽重整工艺，该工艺中，烟道气在约1200°C的温度下进入换热器-反应器，并在优选低于40(TC的温度下离开所述换热器-反应器。专利技术详细说明本专利技术可称之为具有提高能效的换热器-反应器，这是因为本专利技术设置了完全集成入所述反应器中的蒸汽产生管束，即，相对于由卡口式管道束占据的反应器中央而言，该蒸汽产生管束位于外围空间中，从而可以更好地利用(exhaust)烟道气。本专利技术的解决方式包括，在烟道气与用于进行工艺过程的化学反应的卡口式管道(4)进行第一次交换之后，冷却该烟道气，从而在其离开换热器-反应器(I)之前，在位于换热器-反应器的外围的空间(8)中产生蒸汽。 为此目的(to this end)，将垂直的蒸汽产生管道(5)安装在换热器-反应器(I)外围于外围空间(8)内，该外围空间(8) —方面由从下底部(3)延伸至上圆顶(2)的基本垂直的挡板Bi限定，另一方面由换热器-反应器的外壳(I)的垂直壁限定。这些垂直的蒸汽产生管道(5)悬挂于反应器的上圆顶(2)，并向下自由延伸。垂直管道(5)通过下部的环形加料头(9)供应以由蒸汽鼓(6)提供的液体水，优选蒸汽鼓出)的设置高度高于换热器-反应器(I)的上部水平面的高度。下部的加料头(9)通过基本垂直的水管路(11本文档来自技高网...
【技术保护点】
进行吸热反应的换热器?反应器，其包含悬挂在所述反应器的上圆顶(2)上并向下底部(3)延伸的多个卡口式管道(4)，该卡口式管道(4)用于进行吸热化学反应并封闭在外壳(1)中；该外壳(1)包含供热给该卡口式管道(4)的热烟道气的入口管(E)和至少一个用于换热之后排出冷烟道气的出口管(S)；该换热器?反应器进一步包含蒸汽产生管束，该蒸汽产生管束由多个垂直管道(5)构成，该垂直管道(5)也悬挂在该换热器?反应器的所述上圆顶(2)上，且包含在外围空间(8)内，该外围空间(8)位于基本上平行于外壳(1)的垂直壁的内挡板(Bi)与所述垂直壁(1)之间；所述的内挡板(Bi)具有至少一个开口(Oi)，用于将烟道气(10)从该反应器的中央输送到该外围空间(8)；用于产生蒸汽的该垂直管道(5)通过位于外围空间(8)下部中的下部加料头(9)供以水，来自所述垂直管道(5)的所述的液体?蒸汽混合物在位于该反应器换热器的上圆顶(2)上方的上部收集器(7)中收集，所述下部管路(14)将分离鼓(6)的液相连接至上部收集器(7)，以及所述上部管路(13)将上部收集器(7)连接至分离鼓(6)的蒸汽相。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：C·布瓦耶，F·吉鲁迪埃，
申请(专利权)人：IFP新能源公司，
类型：发明
国别省市：
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