具有结构化催化剂和改善的热平衡的重整器管制造技术

本实用新型专利技术涉及具有结构化催化剂和改善的热平衡的重整器管。具体地，本实用新型专利技术提出一种用于通过含烃进料气体的蒸汽重整来产生合成气体的重整器管，其中使用结构化蒸汽重整催化剂。根据本实用新型专利技术，热交换器管排列在结构化催化剂内部，其中进料气体流首先流过结构化催化剂，接着以逆流方式流过热交换器管。这改善了合成气体产物流与结构化催化剂和流过结构化催化剂的进料气体流之间的热交换，特别是径向热交换。

Reformer tube with structured catalyst and improved heat balance

The utility model relates to a reformer tube with structured catalyst and improved heat balance. In particular, the utility model provides a reformer tube for generating synthetic gas by steam reforming of hydrocarbon-containing feed gas, in which a structured steam reforming catalyst is used. According to the utility model, the heat exchanger tube is arranged in the interior of the structured catalyst, in which the feed gas first flows through the structured catalyst, and then flows through the heat exchanger tube in a countercurrent manner. This improves the heat transfer, especially the radial heat transfer, between the product flow of synthetic gas and the feed gas flow of structured catalysts and through structured catalysts.

【技术实现步骤摘要】
具有结构化催化剂和改善的热平衡的重整器管
本技术涉及一种用于将含烃进料、优选天然气和轻质液体烃(如石脑油)转化为含有碳氧化物和氢气的合成气体产物的重整器管。本技术的重整器管允许在进料气体与已经部分转化为合成气体产物的产物气体之间进行内部热交换，从而在产生合成气体和有价值的氢气和一氧化碳的产物中在能量消耗方面具有优势。此外，通过使用结构化重整催化剂降低了压降。本申请还涉及一种通过使用本技术的重整器管将含烃进料蒸汽重整来产生合成气体的方法，以及涉及配备有重整器管的重整炉。
技术介绍
烃可以与蒸汽发生催化反应，得到合成气体，即氢气(H2)与一氧化碳(CO)的混合物。如乌尔曼工业化学百科全书(Ullmann'sEncyclopediaofIndustrialChemistry),第六版,1998ElectronicRelease,关键词“气体产生(GasProduction)”中所示，这种蒸汽重整是用于产生合成气体的最广泛使用的方法，该合成气体随后可以被转化为其它重要基础化学品，如甲醇或氨。尽管各种烃(如石脑油、液化石油气或精炼厂气体)可以发生反应，但以含甲烷的天然气的蒸汽重整为主。天然气的蒸汽重整以高度吸热方式进行。因此，在重整炉中进行天然气的蒸汽重整，在该重整炉中，大量的含催化剂重整器管平行排列，其中在所述重整器管中进行蒸汽重整反应。重整炉的外壁以及其顶部和其底部包覆或衬有多个能经受高达1200℃的温度的耐火材料层。重整器管通常借助于燃烧器来燃烧，所述燃烧器安装在重整炉的上侧或下侧或侧壁上并且直接燃烧重整器管之间的中间空间。此处，向重整器管进行热传递通过从热烟道气热辐射和对流热传递来进行。借助于热交换器或燃烧式加热器预热到约500℃后，烃/蒸汽混合物最后被加热到约500-800℃，接着进入重整器管并且在重整器管中在重整催化剂上转化为一氧化碳和氢气。基于镍的重整催化剂被广泛使用。尽管高级烃被完全转化为一氧化碳和氢气，但在甲烷的情形下，通常获得部分转化。此处，产物气体的组成由反应平衡决定；因此，除一氧化碳和氢气以外，产物气体还含有二氧化碳、未反应的甲烷和水蒸气。出于能量优化的目的或在包含高级烃的进料的情形下，可以在预加热器后使用用于初步解离进料的预重整器。接着在另一个加热器中将预解离的进料加热到所希望的重整器管进口温度。将热合成气体产物气体在离开重整炉后在一个或多个热交换器中部分冷却。接着，部分冷却的合成气体产物气体经历其它调节步骤，所述其它调节步骤取决于所希望的产物的类型或下游工艺。天然气的蒸汽重整因其高能量消耗而受到关注。因此，现有技术中已经提议尝试通过工艺的优化结构化(例如通过能量回收)来使外来能量的消耗最小化。因此，Higman在Eurogas-90conference,Trondheim,1990年6月提出了具有内部热交换的HCT重整器管，其还公开在http://www.higman.de/gasification/papers/eurogas.pdf(2011年9月27日检索)上。这种HCT重整器管包含外部重整器管，该外部重整器管填充有催化剂并从外面燃烧，并且在该外部重整器管中进料气体从顶部向下流过催化剂床。在催化剂床的内部存在两个螺旋热交换器管，其排列成双螺旋形式并且由适合材料制成，并且部分重整的气体在离开催化剂床后流过所述热交换器管并且在这么做的过程中向在催化剂上进行的蒸汽重整工艺释放其可感热的一部分。然而，此处的缺点为由于气体输送通过螺旋热交换器管的距离较长，所以压降较高。国际专利申请WO2013/068416A1中也教导了在此基础上进一步发展并且具有内部热交换的重整器管。在蒸汽重整技术的进一步发展中，不仅优化重整器管热平衡的目的，而且通过降低所需要的压缩功使压降最小化的另一个目的都产生经济优势。这两个主题互相作用，因为旨在改善重整器管中的热平衡的结构措施通常以不合需要的方式增加重整器管上的压降。出于此原因，如果要使重整器管上的总压降保持恒定或甚至减少，那么所存在的重整催化剂上的压降减少仍为重要的影响变量。减少重整催化剂上的压降的一种可能方式为使用含有重整催化剂的结构化填料，因此形成结构化催化剂。对于本领域技术人员来说，不同于未结构化填料或粒子床，结构化填料为例如用于吸收塔、蒸馏塔和固定床反应器中的特别设计的容器内部构造。结构化填料通常由薄波纹状多孔金属板或线网组成。此外，可以制造陶瓷体，那么可以将其称为蜂窝体或蜂窝。结构化填料的设计应该使其比表面积最大化，并且因此确保在最小压阻或压降下在不同相之间进行最佳的交换。在非均相催化反应(如蒸汽重整)的情形下，应该以此方式使结构化催化剂与气相之间的交换面积最大化。因此，认为结构化催化剂是一种通过将催化剂例如以涂层形式施加于结构化填料的表面或以小粒子形式包埋在结构化填料的结构成分中而含有催化剂的结构化填料。结构化催化剂用于烃的蒸汽重整的用途本身是已知的，并且例如描述于专利公布EP1857174A1和EP1944269A1中。美国专利申请US2012/0195801A1描述了与蒸汽重整有关的结构化催化剂的构造。其中教导了排列在中心导杆周围的可堆叠填料模块或区段。填料区段具有扇形或Z字形形状并且在其下侧用环形支撑元件支撑。填料区段由金属箔制成并且涂有催化活性材料，例如对于蒸汽重整具有活性的镍。扇形形状形成径向延伸的流动通道，并因此增加了进料气体在结构化填料中的停留时间。反应器管通过将独立的填料区段彼此上下堆叠而填充有填料区段。除常规颗粒或丸粒样重整催化剂床以外，国际专利申请WO2015/132555A1还公开了结构化催化剂在重整器管的不同部分中的用途。该申请教导了在竖直重整器管(其中进料气体从顶部向下流过该重整器管)的情形下，将以床形式使用的重整催化剂排列在重整器管出口端附近，并且将结构化重整催化剂排列在重整器管进口端附近。以此方式，将避免在反应器出口附近使用结构化催化剂时需要的复杂支撑构造。使用结构化催化剂进行烃的蒸汽重整的一个缺点为热传递，其有时比颗粒或丸粒型催化剂床差。因此，欧洲专利申请EP1857174A1教导了依据结构化填料的几何结构而定，特别是重整器管的内壁与其中心之间的热传递(即径向热传递)可能比填充有催化剂床的管反应器的情形差。尽管如US2012/0195801A1中所述通过填料区段的配置改善了径向热传递，但由于烃的蒸汽重整的高度吸热性质，具有进一步改善的径向热传递的反应器是合乎需要的。
技术实现思路
因此，本技术的一个目的为提供一种重整器管，其在压降以及催化剂表面与进料气体之间的紧密接触方面具有有利的特性，并且与现有技术已知的重整器管相比，同时改善了所述重整器管中的内部热交换，特别是径向内部热交换。这个目的通过下面描述的重整器管来实现。本技术的其它实施方式可以从权利要求书和说明书获得。根据本技术的重整器管：一种用于在蒸汽重整条件下将含烃进料、优选天然气转化为含有碳氧化物和氢气的合成气体产物的重整器管，其包含：(a)从外面加热的包含外部承压套管的反应室，其中套管在其一个末端处借助于分隔板与相邻的出口室划界，并且在其另一个末端处借助于封闭装置封闭，(b)至少一种结构化填料，其排列在反应室中并且含有对于蒸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在蒸汽重整条件下将含烃进料转化为含有碳氧化物和氢气的合成气体产物的重整器管，其包含：(a)从外面加热的包含外部承压套管的反应室，其中所述套管在其一个末端处借助于分隔板与相邻的出口室划界，并且在其另一个末端处借助于封闭装置封闭，(b)至少一种结构化填料，其排列在所述反应室中并且含有对于蒸汽重整具有活性的催化剂，(c)排列在所述反应室上的含有所述进料的进料气体流的进口，其中所述进口排列在所述反应室的最接近所述分隔板的末端处并且与进入所述结构化填料的进气口流体连通，(d)排列在所述反应室内和所述结构化填料内并且进口端与所述结构化填料的出气口流体连通并且出口端与所述出口室流体连通的热交换器管，其中所述进料气体流在进入所述反应室后首先流过所述结构化填料，接着以逆流方式流过所述热交换器管，并且所述热交换器管和流过所述热交换器管的所述合成气体产物流与所述结构化填料和流过所述结构化填料的所述进料气体流呈热交换关系，(e)所述合成气体产物的收集管，其与所述出口室流体连通，其中所述热交换器管的所述出口端穿过所述分隔板，通向所述出口室并且与所述收集管流体连通，以使得所述合成气体产物能够从所述反应室经过所述出口室进入所述收集管。...

【技术特征摘要】
2016.09.14 EP 16400041.61.一种用于在蒸汽重整条件下将含烃进料转化为含有碳氧化物和氢气的合成气体产物的重整器管，其包含：(a)从外面加热的包含外部承压套管的反应室，其中所述套管在其一个末端处借助于分隔板与相邻的出口室划界，并且在其另一个末端处借助于封闭装置封闭，(b)至少一种结构化填料，其排列在所述反应室中并且含有对于蒸汽重整具有活性的催化剂，(c)排列在所述反应室上的含有所述进料的进料气体流的进口，其中所述进口排列在所述反应室的最接近所述分隔板的末端处并且与进入所述结构化填料的进气口流体连通，(d)排列在所述反应室内和所述结构化填料内并且进口端与所述结构化填料的出气口流体连通并且出口端与所述出口室流体连通的热交换器管，其中所述进料气体流在进入所述反应室后首先流过所述结构化填料，接着以逆流方式流过所述热交换器管，并且所述热交换器管和流过所述热交换器管的所述合成气体产物流与所述结构化填料和流过所述结构化填料的所述进料气体流呈热交换关系，(e)所述合成气体产物的收集管，其与所述出口室流体连通，其中所述热交换器管的所述出口端穿过所述分隔板，通向所述出口室并且与所述收集管流体连通，以使得所述合成气体产物能够从所述反应室经过所述出口室进入所述收集管。2.根据权利要求1所述的重整器管，其特征在于所述套管和所述热交换器管具有圆形横截面并且所述结构化填料具有环形横截面，并且所述套管、所述结构化填料和所述热交换器管同轴并且同心地排列，其中所述结构化填料排列在所述套管的内壁与所述热交换器管的外壁之间，以便形成基本上不漏气的封闭结构。3.根据权利要求1或2所述的重整器管，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：迪特尔·乌尔伯，马里·巴辛，让菲利普·塔迪耶洛，丹尼尔·加里，劳伦特·普罗斯特，
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