專利名稱：：蒸汽重整的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種對烴進行蒸汽重整以生產(chǎn)合成氣體的方法和一種用于執(zhí)行該方法的i殳備。
背景技術(shù)：
：合成氣體包括氫和碳的氧化物(一氧化碳和二氧化碳)，還可以包含氮及其它惰性氣體，例如氬和低含量的曱烷。合成氣體可以包含更多或更少量的氫和碳的氧化物，以適合于特別的最終用途，例如用于精煉或燃料電池的制氫、氨合成、甲醇合成、二甲醚合成或用于液烴合成的費-托方法。在蒸汽重整過程中，工藝流體，即烴原料和蒸汽的混合物，并且在一些情況中還有二氧化碳或其它的成分，在高壓下通過填充有催化劑的熱交換管，這些熱交換管通過適當?shù)募訜峤橘|(zhì)(通常為高溫氣體混合物)被從外部加熱。催化劑通常為成形單元的形式，例如具有多個通孔的圓柱，其典型的是由浸漬有適當?shù)拇呋钚越饘?例如鎳)的耐火載體材料(例如氧化鋁)構(gòu)成。蒸汽重整反應是吸熱的，因此必須給經(jīng)受重整的氣體提供熱量。熱量可以由燃燒爐重整裝置中的燃燒氣體(例如燃燒后的甲烷)供應，或者由"外部加熱，，的高溫氣體(例如煙氣)供應?？蛇x地，填充有催化劑的管可以借助于已通過管但然后在被用作熱交換介質(zhì)之前已經(jīng)受進一步處理的工藝氣體來從外部加熱。進一步的處理有利地包括用含氧氣體來進行部分氧化的步驟，該步驟不僅使烴原料進一步轉(zhuǎn)化，而且加熱重整的氣體混合物。例如初級催化蒸汽重整可以在熱交換重整裝置中實行，在該熱交換重整裝置中，包含催化劑的重整裝置管由次級重整氣體加熱。上述的重整裝置和采用所述裝置的方法的例子在例如GB1578270中公開。在蒸汽重整裝置的在用和操作過程中，會產(chǎn)生催化劑損壞。這樣的損壞可由多種原因引發(fā)，例如在催化劑的裝載、管的振動、熱循環(huán)的啟動和停止、碳的形成和潤濕過程中。由此引起的損壞的范圍從催化劑表面磨損、生成粉塵顆粒到催化劑的破裂和分解。催化劑損壞，如果不嚴重，通常不會立即產(chǎn)生問題，并且重整裝置能繼續(xù)操作。然而，由于重整裝置管通常是豎直的并且經(jīng)受重整的氣體的流向通常是向下的，催化劑損壞所產(chǎn)生的催化劑碎片和灰塵會向下到達管的底部。催化劑不但作為重整反應的表面，而且它存在于管中也增強了熱傳遞，這是由于其增加了管內(nèi)工藝流體流的紊流。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果催化劑損壞并且在管的底部有足夠量的催化劑小碎片，那么從管壁到經(jīng)受重整的氣體的熱傳遞會減少。因為管是由外源加熱，管壁的溫度將增加。通過催化劑的壓降也會增加，且該附加的液壓栽荷將會傳遞給管壁，從而增加了應力。所導致的變形，也稱為蠕變，最終會導致管破裂。因此，我們發(fā)現(xiàn)催化劑破損并且在熱交換管底部部分中的積累會導致管比預期更快地失效。
發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明涉及一種蒸汽重整設(shè)備，其中，催化劑碎片所聚積的管的底部部分發(fā)生低熱傳遞，因此處于較低的溫度，從而減少了由于蠕變所導致的失效。因此，本發(fā)明提供用于對烴進行蒸汽重整的設(shè)備，其包括熱交換重整裝置，在該熱交換重整裝置內(nèi)設(shè)置有多個豎直的填充有催化劑的管，包括烴和蒸汽的氣體混合物可以通過所述管，并且借助于圍繞管外表面流動的熱交換介質(zhì)，熱量可以傳遞到所述管，其中，熱交換適應裝置設(shè)置在重整裝置內(nèi)，以使管具有從填充有催化劑的管的底部延伸達到催化劑深度25%的低熱交換區(qū)域，在該區(qū)域沒有設(shè)置熱交換增強裝置。"熱交換重整裝置"是指這樣一種重整裝置，其中，在加熱介質(zhì)和填充有催化劑的管之間的大部分(>50%,優(yōu)選>75%)熱交換是通過對流而不是輻射發(fā)生的，例如在氣體加熱的重整裝置或煙氣加熱的重整裝置中。在這樣的重整裝置中，熱交換介質(zhì)可由包括部分氧化或部分燃燒裝置的加熱裝置來加熱，所述加熱裝置可位于重整裝置本身的外部或內(nèi)部。"低熱交換區(qū)域"是指在熱交換介質(zhì)和填充有催化劑的管(氣體通過所述管進行重整)之間交換的熱量在從填充有催化劑的管底部延伸達到催化劑深度25%的這樣一個區(qū)域中較少。優(yōu)選的是，與在低熱交換區(qū)域以上的部分相比，低熱交換區(qū)域中的熱傳遞量是80%或更少。低熱傳遞的效果是管壁溫度較低。因此，本發(fā)明不同于普通的熱交換設(shè)計，在普通的熱交換設(shè)計中，通常熱交換介質(zhì)與工藝流體之間的熱傳遞被最大化。特別的是，在本發(fā)明中，在低熱交換區(qū)域中沒有設(shè)置熱交換增強裝置，因此在所述區(qū)域中管的表面溫度是較低的。本發(fā)明特別適合于這樣的熱交換重整裝置，該熱交換重整裝置由來自于熱交換重整裝置的已經(jīng)經(jīng)過了進一步工序的重整氣體加熱，該進一步工序包括部分燃燒步驟，例如次級重整。因此優(yōu)選的是，該重整裝置是氣體加熱的重整裝置，并且熱交換介質(zhì)是次級重整氣體。在重整裝置中，工藝流體，即烴/蒸汽混合物，從工藝流體供給區(qū)域經(jīng)過，通過包含顆粒催化劑的熱交換管，所述熱交換管設(shè)置在由熱交換介質(zhì)所通過的殼體限定的熱交換區(qū)域內(nèi)，之后所述工藝流體進入到工藝流體排出區(qū)域。設(shè)有用來分隔這些區(qū)域的裝置，例如管板。因此，管板可以將熱交換區(qū)域與例如增壓室的區(qū)域分隔開，其中，熱交換介質(zhì)從所述熱交換區(qū)域通過，而增壓室與熱交換管的內(nèi)部連通，以允許工藝流體供給到熱交換管或者從熱交換管把工藝流體排出。一種可選的布置包括采用集管，所述集管設(shè)置在熱交換區(qū)域內(nèi)，以限定工藝流體供給區(qū)域工藝流體被供應給集管，并從集管流入并且通過熱交換管。同樣地，集管可以用來將工藝流體從熱交換管排出?？蛇x的是，可以設(shè)置管板和集管的組合，例如，工藝流體可從增壓室供應給熱交換管，該增壓室通過管板與熱交換區(qū)域分隔開，同時集管設(shè)置在熱交換區(qū)域內(nèi)，用于把工藝流體從熱交換管排出。這樣的管板或集管管座可以稱為邊界裝置，因為它們限定了熱交換區(qū)域與工藝流體供給和排出區(qū)域之間的邊界。優(yōu)選的，熱交換介質(zhì)分配裝置設(shè)置在重整裝置內(nèi)，其使熱交換介質(zhì)在與填充有催化劑的管軸向?qū)R的方向上從重整裝置底部通過低熱交換的區(qū)域均勻地向上流動。熱交換管可以具有圓形、橢圓形或多邊形的橫截面，通常長度為5到15米，優(yōu)選的直徑范圍是7到20厘米。管壁的厚度可以是l->10亳米，但是優(yōu)選的是2-10毫米。熱交換管優(yōu)選的是具有圓形橫截面。熱交換管的圓形橫截面更好地允許熱交換管能夠抵抗管內(nèi)工藝流體的壓力與加熱介質(zhì)的壓力之間的壓差。熱交換管通常是由適當?shù)匿撝圃斓?，?yōu)選的是在它們的外表面上覆有40-60%(Ni)的鎳鉻合金，優(yōu)選的是鐵含量小于3%wt。這樣的覆層有利地減少了管對于由熱交換介質(zhì)引起的金屬粉化腐蝕的敏感性。在操作中，熱交換管被加熱到高溫，通常是加熱到65(TC至^900。C范圍的溫度。該加熱必定意味著當管從環(huán)境溫度加熱到工作溫度時，管發(fā)生熱膨脹，不僅縱向地而且徑向地膨脹，同樣當管在過程停止而冷卻時，管產(chǎn)生熱收縮。因為熱交換管具有相當大的長度，因此管可相對于固定有邊界裝置的殼體來說縱向膨脹一定的量，通常是10厘米或更多。因此優(yōu)選的是，熱交換管是可移動地連接在至少一個邊界裝置上。術(shù)語"可移動地連接"是指，熱交換管是通過允許熱交換管熱膨脹及熱收縮的裝置而被連接到邊界裝置。通常的作法是，在熱交換管的一端或兩端均設(shè)置被稱為"盤管(pigtails)"的柔性元件，以允許這種差脹，這樣盤管而不是管本身被固定到邊界裝置?？蛇x的是，波紋管結(jié)構(gòu)可被用來允許這樣的膨脹。優(yōu)選的是，可以采用如EP-B-08435公開的文氏管密封i殳計。在本發(fā)明中，熱交換管優(yōu)選的是可移動地連接在一個邊界裝置上并不可移動地連接到另一個邊界裝置上。因此，熱交換管優(yōu)選的是從它們被不可移動地連接的第一邊界裝置延伸通過熱交換區(qū)域，并且通過例如盤管、波紋管或文氏密封管被可移動地連接到第二邊界裝置。本發(fā)明還提供了一種對烴進行蒸汽重整以產(chǎn)生重整氣體混合物的方法，包括步驟(i)使包括烴和蒸汽的氣體混合物通過多個豎直地設(shè)置在熱交換重整裝置內(nèi)的填充有催化劑的管，和(ii)通過圍繞所述管的外表面流動的熱交換介質(zhì)將熱量傳遞給經(jīng)受重整的所述混合物，其中，重整裝置包括在重整裝置內(nèi)的熱交換適應裝置，以使在熱交換介質(zhì)和通過所述管的所述混合物之間傳遞的熱量在從填充有催化劑的管的底部延伸達到催化劑深度25%的區(qū)域中比上述區(qū)域之上在熱交換介質(zhì)和所述混合物之間傳遞的熱量要低，在所述區(qū)域中沒有熱交換增強裝置，因此在所述區(qū)域中管的外表面溫度是較低的。優(yōu)選的是，熱交換介質(zhì)或者是已經(jīng)經(jīng)受過進一步工序的重整氣體混合物，該進一步工序包括利用含氧的氣體來進行部分氧化的步驟；或者是由適當燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣。烴原料可以是甲烷、天然氣或石腦油，優(yōu)選的是包含高含量(即>90%)曱烷的天然氣。在重整之前，烴原料優(yōu)選的是脫硫，例如通過使烴通過適當?shù)牧蚧镂談?例如氧化鋅)的床。蒸汽重整催化劑通常為成形單元的形式，例如圓柱、環(huán)、鞍和具有多個通孔的圓柱，并且典型的是由浸漬有適當?shù)拇呋钚越饘倮珂嚨哪突疠d體材料例如氧化鋁、鋁酸鈣水泥、氧化鎂或氧化鋯構(gòu)成。我們發(fā)現(xiàn)，可以獲得在低蒸汽比時改善的催化劑性能，其中至少一部分催化劑包括貴金屬，例如釕。此外優(yōu)選的是，催化劑為瓣式或凹槽式圓柱的形式，其具有一個通道，或者優(yōu)選的是一個以上的通道，所述通道在該圓柱中縱向延伸，因為已發(fā)現(xiàn)這可以提供與通過管的低壓降相結(jié)合的高催化劑活性。通過適當?shù)毓潭ㄔ诒P管、波紋管或文氏管密封之上的管底部處的網(wǎng)或柵格，防止了所述成形單元從管中掉出。在重整過程中，甲烷與蒸汽反應，以產(chǎn)生氫和碳的氧化物。任何所存在的包含兩個或更多碳原子的烴被轉(zhuǎn)化為甲烷、一氧化碳和氫，此外，還發(fā)生可逆的水-氣轉(zhuǎn)移反應。優(yōu)選的，重整裝置是熱交換重整裝置，其中熱交換介質(zhì)是煙氣或其它適當?shù)母邷貧怏w。在優(yōu)選的實施例中，熱交換介質(zhì)是離開熱交換重整裝置的管并已經(jīng)經(jīng)過了進一步工序的部分重整的氣體。因此，一種優(yōu)選的用于蒸汽重整的方法包括以下步驟(i)使包括烴和蒸汽的氣體混合物通過多個填充有催化劑的豎直管，熱量通過圍繞熱交換重整裝置內(nèi)的所述管的外表面流動的熱交換介質(zhì)被傳遞到所述管，(ii)對部分重整的氣體混合物進行進一步工序，該進一步工序包括部分氧化的步驟，其中所得到的氣體混合物的溫度增加了，和(iii)使所述得到的氣體混合物作為熱交換介質(zhì)通到熱交換重整裝置，其中重整裝置包括熱交換適應裝置，以使在熱交換介質(zhì)和通過所述管的所述混合物之間傳遞的熱量在從催化劑底部延伸直到催化劑深遞的熱量低，在所述區(qū)域沒有熱交換增強裝置，因此在所述區(qū)域中管的外表面溫度是較低的。優(yōu)選的，進一步的工序(ii)包括利用含氧的氣體例如氧、空氣或富氧空氣來使部分重整的氣體混合物部分氧化的步驟。更優(yōu)選的，該進一步的工序包括在次級重整裝置中次級重整的步驟，其中用含氧氣體例如氧、空氣或富氧空氣，也可以選擇用蒸汽，來使部分重整的氣體混合物經(jīng)受部分氧化的步驟，并且使由放熱氧化反應加熱的所得到的部分燃燒的氣體混合物通過蒸汽重整催化劑的床，以使氣體成分達到均衡。蒸汽重整反應在管中在350。C以上的溫度在蒸汽重整催化劑上發(fā)生，并且通常排出管的工藝流體處于范圍是650-950。C的溫度。圍繞管的外側(cè)流動的熱交換介質(zhì)的溫度可以是900-1300。C。在本發(fā)明中，在低熱傳遞區(qū)域中的管表面溫度比上述區(qū)域以上的低。在低熱傳遞區(qū)域中的管的溫度優(yōu)選的是比沒有低熱傳遞區(qū)域的情況低^20。C,更優(yōu)選的是低^4(TC。因此，在低熱交換區(qū)域中管的外表面溫度優(yōu)選的是比所述區(qū)域以上的管外表面溫度要低^20。C。在本發(fā)明中，熱交換重整裝置是優(yōu)選的，其中在加熱介質(zhì)和工藝流體之間的壓差優(yōu)選是0.5至10bar。在本發(fā)明中，管具有從填充有催化劑的管底部延伸直到催化劑深度25%的低熱交換區(qū)域。因為降低從熱交換介質(zhì)的熱傳遞會降低重整過程的效率，所以低熱交換區(qū)域優(yōu)選的是催化劑深度的^20%，更優(yōu)選的是催化劑深度的^15%。然而優(yōu)選的是，低熱交換的區(qū)域包括催化劑深度的至少5%。在一典型的熱交換重整裝置中，可取的是低熱傳遞區(qū)域從管中催化劑底部起大約是0.5-2.0米。測試發(fā)現(xiàn)，催化劑碎片在管的底部積累到這些深度。低熱交換的區(qū)域由重整裝置熱交換區(qū)域內(nèi)的熱交換適應裝置提供，所述熱交換適應裝置增加或減少在加熱介質(zhì)和熱交換管之間的熱傳遞。在此將描述多個實施例，通過這些實施例可以實現(xiàn)低熱傳遞的區(qū)域。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過確保使與低熱傳遞區(qū)域相應的管的部分沒有熱交換增強裝置，例如套管、翅片或擋板，管的下部將具有合適地較低的溫度。在例如用于熱交換器或管式反應器的管束中，測量管節(jié)距(相鄰管之間中心線到中心線的測量)得到的管間隔通常不少于管外徑的1.25倍，這是由于考慮到管所連接的管板的機械設(shè)計和制造的限制。因此，該管束的機械設(shè)計建立了一個特有的圍繞催化劑管外部的自由流動區(qū)域，其中熱交換介質(zhì)必須流過該自由流動區(qū)域。通常，就會流速低并且相稱地傳熱系數(shù)低。通常，該傳熱系數(shù)太低而不能獲得尺寸經(jīng)濟的熱交換重整裝置。因此，在熱交換重整裝置中，通常在管的全長上設(shè)置熱傳遞增強裝置，以增加在此低熱傳遞高度及其以上的熱傳遞。然而，本發(fā)明的目的是通過在低熱傳遞區(qū)域中不設(shè)熱傳遞增強裝置而保持低熱傳遞區(qū)域。此外，還可以通過提供熱交換降低裝置來獲得低熱傳遞區(qū)域，該熱交換降低裝置遮蔽、防止或隔離在低熱傳遞區(qū)域中的管的部分。熱交換降低裝置包括隔熱裝置，例如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的陶瓷纖維氈或耐火層。還可用管板或端部開口的罩來遮蔽所述管的部分，該管板或罩防止加熱介質(zhì)接觸到管的表面并且允許熱膨脹及熱收縮。特別的是，可以將低熱交換區(qū)域中的熱交換降低裝置與該區(qū)域以上的熱交換增強裝置結(jié)合，以最大化重整效率，同時防止管壁溫度增力口。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，使用術(shù)語"熱交換"的地方，同樣也可以使用術(shù)語"熱傳遞"，反之亦然。本發(fā)明的設(shè)備和方法可以用作氫、甲醇、二甲醚、氨、尿素或通過費-托合成法荻得的烴類液體例如柴油的制備工藝的一部分。因此，利用本發(fā)明的設(shè)備或方法獲得的重整氣體混合物可以經(jīng)受進一步的工序，該進一步的工序包括甲醇合成的步驟，或者氨合成的步驟，或者烴類液體費-托合成的步驟。優(yōu)選的是，該方法作為曱醇、氨或烴類液體的制造方法的一部分。下面將參照圖1-6對本發(fā)明的多個實施例進行描述。圖l-3描繪了帶有擋板的熱交換重整裝置的不同實施例，其中通過擋板來增強低熱交換區(qū)域以上的熱交換，并且要么低熱交換區(qū)域不具有擋板(圖1)，要么設(shè)置多孔板以限定低熱交換區(qū)域(圖2),要么通過由封板構(gòu)成的熱交換降低裝置來遮蔽在低熱交換區(qū)域中的管(圖3)。圖4和5描繪了熱交換重整裝置的不同實施例，其中在熱交換介質(zhì)和熱交換管之間的熱交換在低熱交換區(qū)域之上通過套管增強，并且其中要么在低熱交換區(qū)域沒有套管(圖4)，要么在低熱交換區(qū)域中的熱交換管通過圍繞每個管設(shè)置的陶瓷或者耐火隔熱層而與熱交換介質(zhì)隔開(圖5)。圖6描繪了根據(jù)優(yōu)選實施例的工藝流程圖，其中部分重整的氣體混合物經(jīng)受次級重整步驟，并且被用作熱交換介質(zhì)。在圖l-5的每個中，催化劑在線A-A，和B-B'之間裝填在管中。具體實施例方式在圖1中顯示了熱交換重整裝置，其具有隔熱的外壓力殼體IO，該殼體封閉了三個由殼壁和管板14與15限定的區(qū)域11、12、13。區(qū)域ll,即工藝流體供給區(qū)域，通過殼壁和管板14限定。該區(qū)域設(shè)有工藝流體供給導管16，多個熱交換管17固定于管板14上并從管板14向下延伸。所采用的管的數(shù)目取決于操作規(guī)模盡管只顯示了五個管，但是通?？梢允褂?0個或更多這樣的管。對于蒸汽重整來說，管17將被用適當?shù)恼羝卣呋瘎┑某尚螁卧?例如在氧化鋁上的鎳)來從管底部附近的位置填充至管頂部(A-A，至B-B')。區(qū)域12，即熱交換區(qū)域，通過殼壁和管板14與15限定。熱交換管17延伸通過區(qū)域12,并且通過文氏管密封20被可移動地連接到管板15。通過設(shè)置在殼體IO中并靠近管17底部的導管35來給熱交換區(qū)域12供給加熱介質(zhì)，例如高溫氣體。加熱介質(zhì)在熱交換區(qū)域中向上經(jīng)過，在該熱交換區(qū)域中，加熱介質(zhì)與管17進行熱交換，之后通過設(shè)置在殼體10中且靠近管17頂部的導管36被除去。遠離催化劑的底部(A-A')設(shè)置有多個橫向擋板37。第一個橫向擋板水平地布置在相當于催化劑深度(A-A，至B-B')的5-25%的高度處，并從而限定了低熱交換的區(qū)域19。橫向擋板37用于將加熱介質(zhì)水平地轉(zhuǎn)向而橫過重整裝置，并且增強加熱介質(zhì)與管的熱交換。因為第一個擋板37設(shè)置得遠離催化劑的底部，所以在區(qū)域19中的管的表面溫度將較低。區(qū)域13，即工藝流體排出區(qū)域，通過殼體10的壁和管板15限定。文氏管密封20是端部開口的，并且在管板15之下延伸進入排出區(qū)域13。重整的氣體從管17通過文氏管密封20并且進入?yún)^(qū)域13,然后從區(qū)域13通過工藝流體排出導管38被除去。在使用中，包括烴和蒸汽的工藝流體在高溫和高壓下通過導管16被供給到區(qū)域11，并從區(qū)域11通過填充催化劑的管17向下供給。熱量在熱交換區(qū)域12與加熱介質(zhì)進行交換，并且發(fā)生重整反應。經(jīng)受重整的氣體通過管17到達低熱交換的區(qū)域19，并從區(qū)域19通過文氏管密封20至區(qū)域13，然后從區(qū)域13通過導管38除去。在圖2中，圖示了圖1的熱交換重整裝置，不過第一擋板37由多孔板40替代，該多孔板40與管板15平行地橫過熱交換區(qū)域延伸，遠離催化劑的底部，在相當于催化劑深度(A-A'至B-B')的5-25%的高度處。因此，多孔板40限定了低熱交換的區(qū)域19。熱交換介質(zhì)被限制為在低熱交換區(qū)域19中基本上是豎直的，即軸向流動。在多孔板40之上，由于橫向擋板37的緣故，熱交換介質(zhì)水平地流動，從而熱傳遞在多孔板40之上被增強。在圖3中，描繪了圖1的熱交換重整裝置，不過管17的下部通過金屬筒形式的罩45與熱交換介質(zhì)隔離，該罩45與重整裝置同軸，延伸橫過熱交換區(qū)域12,從填充催化劑的管的底部延伸的高度是催化劑深度的5-25%，并且限定了低熱交換的區(qū)域19。管17延伸穿過筒并且可移動地連接到管板15。在圖4中顯示了熱交換重整裝置，其具有隔熱的外壓力殼體10，該殼體IO封閉了三個由殼壁和管板14與15限定的區(qū)域11、12、13。區(qū)域11，即工藝流體供給區(qū)域，由殼壁和管板14限定。該區(qū)域ll設(shè)有工藝流體供給導管16，多個熱交換管17固定于管板14上并且從管板14向下延伸。所采用管的數(shù)目取決于操作規(guī)模盡管只顯示了五個管，但是通常可以使用50個或更多這樣的管。對于蒸汽重整來說，管17將被用適當?shù)恼羝卣呋瘎┑某尚螁卧?例如在氧化鋁上的鎳)來從管底部附近的位置填充至管的頂部(A-A'至B-B')。區(qū)域12，即熱交換區(qū)域，通過殼壁和管板14與15限定。熱交換管17延伸通過區(qū)域12，并通過文氏管密封20被可移動地連接到管板15。通過設(shè)置在殼體10中并靠近管17底部的導管35來向熱交換區(qū)域12供給加熱介質(zhì)，例如高溫氣體。加熱介質(zhì)在熱交換區(qū)域中向上通過，在該熱交換區(qū)域中加熱介質(zhì)與管17進行熱交換，之后通過設(shè)置在殼體10中并靠近管17頂部的導管36被除去。圍繞每個管17都設(shè)有套管50，以增強熱交換介質(zhì)與管17的熱交換。套管50具有基本圓形的橫截面，其內(nèi)徑使得套管和熱交換管17之間的環(huán)空為1至10毫米。因此，套管50提供了均勻的環(huán)形通道，熱交換介質(zhì)通過該通道流動，從而通過迫使至少一部分熱交換介質(zhì)以受控的較高速方式流過熱交換管的外表面來增強熱交換管17和熱交換介質(zhì)之間的熱傳遞。套管50由套管板51支撐，該套管板51在導管36之下延伸橫過熱交換區(qū)域12。套管從套管板51沿著熱交換管17向下延伸，延伸量為熱交換管的一部分長度，一直延伸到低熱交換區(qū)域19之上的一個位置。翅片52連接在熱交換管17上，以進一步地增強熱傳遞。該翅片可以沿著與套管50的長度相當?shù)墓?7的長度延伸，或者可以如所示的那樣更多地延伸。低熱交換的區(qū)域19由這些熱交換增強裝置的界限限定，并且從填充催化劑的管的底部延伸到催化劑深度(A-A'至B-B')的5-25%。在這些熱交換增強裝置(50、52)之下，管的溫度將會較低。區(qū)域13，即工藝流體排出區(qū)域，通過殼體10的壁和管板15限定。文氏管密封20是端部開口的，并且在管板15之下延伸進入排出區(qū)域13。重整的氣體從管17通過文氏管密封20,并且進入?yún)^(qū)域13，然后從區(qū)域13通過工藝流體排出導管38被除去。在使用中，包括烴和蒸汽的工藝流體在高溫和高壓下通過導管16供給到區(qū)域ll,并從區(qū)域11通過填有催化劑的管17向下供給。熱量在熱交換區(qū)域12中與加熱介質(zhì)進行交換，并且發(fā)生重整反應。經(jīng)受重整的氣體通過管17到達低熱交換的區(qū)域19,并從區(qū)域19通過文氏管密封20到達區(qū)域13，然后從區(qū)域13通過導管38被除去。另外的熱交換介質(zhì)分配裝置(未顯示)可以安裝在區(qū)域12的底部，以保證加熱介質(zhì)的流動被限制成在低熱交換區(qū)域19中基本豎直的流動。在圖5中，描繪了圖4的熱交換重整裝置，不過省略了翅片，并且圍繞每個管的基部設(shè)有耐火或陶瓷隔熱材料層55，所述基部從管板15沿著管向上延伸，延伸距離達填有催化劑的管深度的25%,從而阻止熱交換介質(zhì)與管的外表面接觸，并且限定了低熱交換的區(qū)域19。為了將陶瓷或耐火隔熱材料層55保持在位，可以通過金屬帶或套來包圍它。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會認識到，如圖1-5所示的實施例可以組合，以創(chuàng)造一系列另外的實施例，并且本發(fā)明并不局限于圖1-5中所示的實施例。圖6描繪了用于烴原料蒸汽重整的方法。包括烴原料和蒸汽的混合物的工藝流體通過管線60供給到具有工藝流體供給區(qū)域11、熱交換區(qū)域12、工藝流體排出區(qū)域13和用于使所述區(qū)域彼此分開的第一邊界裝置14和第二邊界裝置15的熱交換重整裝置10。工藝流體在多個包含蒸汽重整催化劑的熱交換管17中經(jīng)受蒸汽重整，以提供初級重整的氣體流。該初級重整的氣體流從所述熱交換管17流動到工藝流體排出區(qū)域13，并且從該區(qū)域13通過管線61到達進一步處理。進一步的處理包括在次級重整容器62中部分地燃燒，通過管線63向次級重整容器62供應含氧氣體，該管線63位于次級重整催化劑床64之上，該次級重整催化劑例如是在鋁酸鈣或氧化鋁上依托的鎳。得到的部分燃燒后的氣體通過重整催化劑床64，然后從容器62通過管線65流動到熱交換區(qū)域12，以作為熱交換介質(zhì)。該熱交換介質(zhì)向上通過熱交換管之間的空間，并且通過管線66從重整裝置IO排出。根據(jù)圖4和6中圖示的實施例并參照下列計算的例子，對本發(fā)明進一步地說明。例子1熱交換重整裝置設(shè)計為具有55個包含催化劑的管(17)，管17的外徑為98毫米，并以122毫米節(jié)距安裝在內(nèi)徑為1000毫米的圓柱形容器內(nèi)。管填充有圓柱狀的浸漬在氧化鋁上的鎳的催化劑粒，17毫米長，直徑14毫米，具有4個直徑4毫米的與所述催化劑粒的軸線對準的通孔。催化劑管的外側(cè)安裝了一系列的套管(50)，套管50的內(nèi)徑為108毫米，使得催化劑和套管之間具有5毫米的環(huán)形流道。沒有提供翅片(52)。以適于使管出口壓力為45.8bar(絕對壓力)的壓力和425""C的溫度向管側(cè)供給下列工藝氣體。<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>以41.88bar(絕對壓力)的壓力和1025°C的溫度向殼側(cè)供給下列的熱交換氣體，相當于次級重整的氣體混合物(65)。<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>在第一管束中，不依照本發(fā)明，催化劑管是10.75米長，并且套管也是10.75米長，以沿著催化劑管的整個長度增強熱傳遞。熱交換介質(zhì)在管的被加熱長度之下供給到重整裝置中。當催化劑在完好狀態(tài)下時，管(17)內(nèi)催化劑底部以上10%處的催化劑管溫度和壓差分別是775。C和4.16bar。隨著時間的過去，催化劑碎片和灰塵在催化劑管長度底部的10%積累。這導致催化劑壓降上升，并且催化劑的傳熱性能降低，從而導致催化劑管表面溫度和壓差上升。在催化劑的壓降系數(shù)增加了IO倍且傳熱系數(shù)減少了5倍的情況下，在催化劑管底部以上10%處的催化劑管溫度和壓差分別為9(B。C和6.20bar。在依照本發(fā)明的實施例中，在第二管束中，催化劑管17是11.5米長，并且套管22是10.00米長，以使催化劑管底部的13%具有較低的熱傳遞，并且增強沿著催化劑管剩余87%的熱傳遞。第一和第二管束具有完全一樣的總體傳熱性能。當催化劑在完好狀態(tài)下時，催化劑管底部以上10%處的催化劑管溫度和壓差分別為7"。C和4.15bar。隨著時間的過去，催化劑碎片和灰塵在管底部的10%中積累。這導致催化劑壓降上升，并且催化劑的傳熱性能降低，從而導致催化劑管表面溫度和壓差上升。在催化劑的壓降系數(shù)增加了10倍且傳熱系數(shù)減少了5倍的情況下，催化劑管底部以上10%處的催化劑管溫度和壓差分別為854。C和6.35bar。如果假定在兩種管束中催化劑管是由合金800HT(是眾所周知的市場上能購買到的高溫鐵/鎳/鉻基合金)構(gòu)造的，管壁厚度是2毫米，當催化劑在完好的狀態(tài)下時，催化劑管在破裂之前將工作超過100，000小時，這是重整裝置管的名義設(shè)計壽命，在第一管束的催化劑破壞了的情況下，903。C的管溫度和6.20bar的壓差將導致管在破裂之前的壽命小于100,000小時，已經(jīng)計算出大約20,000小時作為在這些條件下的預期管壽命。在第二管束的催化劑破壞了的情況下，854。C的管溫度和6.35bar的壓差將導致管在破裂之前的壽命大于100,000小時，已經(jīng)計算出大約300,000小時作為在這些條件下的預期管壽命。因此，在第二管束中催化劑管底部的低熱傳遞區(qū)域使得該管束對破壞的催化劑不太敏感。如果催化劑的破壞比模擬的更嚴重，那么第一管束中管壽命的減少比上述計算的要更大。對于第二管束，為了在沒有低熱交換區(qū)域并且在催化劑破壞的情況下提供相同的管壽命，將要求管的厚度增加到大約3.3毫米，這將對管束的成本和管束的傳熱能力造成不利的影響，因為額外的管厚度將增加熱阻。權(quán)利要求1.用于對烴進行蒸汽重整的設(shè)備，包括熱交換重整裝置，其內(nèi)設(shè)置有多個豎直的填充有催化劑的管，包括烴和蒸汽的氣體混合物可以通過所述管，并且通過圍繞管外表面流動的熱交換介質(zhì)，熱量可以傳遞到所述管，其中，在重整裝置內(nèi)設(shè)有熱交換適應裝置，以使管具有從填充有催化劑的管的底部延伸達催化劑深度25％的低熱交換區(qū)域，并且在該區(qū)域中沒有設(shè)置熱交換增強裝置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述熱交換介質(zhì)是通過包括部分氧化裝置或部分燃燒裝置的加熱裝置來加熱的。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，所述加熱裝置包括次級重整裝置。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的設(shè)備，其中，所述低熱交換的區(qū)域由位于該區(qū)域之上的熱交換增強裝置來提供。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，所述熱交換增強裝置包括橫向擋板或套管。6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項所述的設(shè)備，其中，所述低熱交換的區(qū)域由該區(qū)域內(nèi)的熱交換降低裝置來提供。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中，所述熱交換降低裝置包括施加在管上的陶資纖維氈或耐火層、或者管板、或者端部開口的罩，以阻止加熱介質(zhì)接觸到管的表面。8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任意一項所述的設(shè)備，其中，所述低熱交換的區(qū)域￡催化劑深度的15%。9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任意一項所述的設(shè)備，其中，在重整裝置內(nèi)設(shè)置有熱交換介質(zhì)分配裝置，以使熱交換介質(zhì)在所述低熱交換區(qū)域中的流動與填充有催化劑的管軸向?qū)R。10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任意一項所述的設(shè)備，其中，所述催化劑包括在成形的耐火栽體上的鎳。11.一種對烴進行蒸汽重整以產(chǎn)生重整的氣體混合物的方法，包括步驟(i)使包括烴和蒸汽的氣體混合物通過多個豎直地設(shè)置在熱交換重整裝置內(nèi)的填充有催化劑的管，和(ii)通過圍繞所述管的外表面流動的熱交換介質(zhì)，將熱量傳遞給經(jīng)受重整的所述混合物，其中，所述重整裝置包括在重整裝置內(nèi)的熱交換適應裝置，以使在熱交換介質(zhì)和通過所述管的所述混合物之間傳遞的熱量在從填充有催化劑的管的底部延伸達到催化劑深度的25%的區(qū)域中比在上述區(qū)域之上熱交換介質(zhì)和所述混合物之間傳遞的熱量低，在所述區(qū)域中沒有熱交換增強裝置，因此在所述區(qū)域中管的外表面溫度是較低的。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述熱交換介質(zhì)或者是已經(jīng)經(jīng)受過進一步工序的重整的氣體混合物，該進一步工序包括利用含氧的氣體來進行部分氧化的步驟；或者是由適當?shù)娜剂先紵a(chǎn)生的煙氣。13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的方法，其中，在所述低熱交換區(qū)域中管外表面的溫度比位于所述區(qū)域之上的管外表面的溫度要低220。C。14.一種包括根據(jù)權(quán)利要求11至13任意一項所述的重整方法的甲醇合成方法。15.—種包括根據(jù)權(quán)利要求11至13任意一項所述的重整方法的氨合成方法。16.—種包括根據(jù)權(quán)利要求11至13任意一項所述的重整方法的費托式烴類液體合成方法。全文摘要描述了一種用于對烴進行蒸汽重整的設(shè)備，其包括熱交換重整裝置，在該熱交換重整裝置內(nèi)設(shè)置有多個豎直的填充有催化劑的管，包括烴和蒸汽的氣體混合物可以通過所述管，并且通過圍繞管外表面流動的熱交換介質(zhì)，熱量可以傳遞到所述管，其中，熱交換適應裝置設(shè)置在重整裝置內(nèi)，以使管具有從催化劑底部延伸達催化劑深度25％的低熱交換區(qū)域，并且在該區(qū)域中沒有設(shè)置熱交換增強裝置。還描述了一種利用所述設(shè)備來對烴進行蒸汽重整的方法。文檔編號C01B3/38GK101155630SQ200680011842公開日2008年4月2日申請日期2006年3月27日優(yōu)先權(quán)日2005年4月11日發(fā)明者M·福爾斯,P·W·法內(nèi)爾,S·B·布雷迪申請人:約翰森·馬瑟公開有限公司