專利名稱：催化反應(yīng)器的制作方法
催化反應(yīng)器本發(fā)明涉及一種能改變流體流經(jīng)導(dǎo)管例如管過程中的流動方向的導(dǎo)流片(flow deflector)。導(dǎo)管可由內(nèi)和外導(dǎo)管形成，所述內(nèi)和外導(dǎo)管在導(dǎo)管中產(chǎn)生環(huán)形區(qū)域。導(dǎo)流片迫 使流經(jīng)導(dǎo)管的環(huán)形區(qū)域的流體在內(nèi)導(dǎo)管內(nèi)流動，而流經(jīng)內(nèi)導(dǎo)管的流體被迫流經(jīng)環(huán)形區(qū)域， 反之亦然。特別地，本發(fā)明涉及圓形導(dǎo)管，例如包含所述導(dǎo)流片并在內(nèi)管中布置有催化劑的 管。所述管可被組裝成長形管以形成反應(yīng)管而用于催化反應(yīng)器如蒸汽重整用管式重整器 中。常規(guī)蒸汽重整技術(shù)使用 不同尺寸和形狀的顆粒形式的重整催化劑。所述顆粒被布 置在重整器管中而形成催化劑固定床。由于重整反應(yīng)是吸熱的，反應(yīng)中所需的熱常通過在 重整器管的外側(cè)上合并輻射和對流熱自管外環(huán)境供給。在管式重整器(輻射爐)中，供給 重整器管的外熱主要是來自沿管式重整器的壁布置的燃燒器所產(chǎn)生的火焰的輻射熱。所述 熱通過熱傳導(dǎo)經(jīng)管壁傳至重整器管的內(nèi)側(cè)，然后通過對流傳至氣相，隨后也通過對流傳至 催化劑顆粒。為增強傳熱，已有提出使用其中催化劑層固定在另一材料表面如金屬表面上 的催化劑體系，例如我們的美國專利6，746，624、US 6，319，877和US 6，576，158中描述為 “催化硬件(catalysed hardware) ”的催化劑體系。這樣的金屬表面用作支承結(jié)構(gòu)而賦予 催化劑體系以強度。向催化劑的熱傳輸通過從內(nèi)管壁傳導(dǎo)進(jìn)行，這是比經(jīng)由氣相通過對流 傳輸高效得多的傳輸機(jī)制。支承或固定催化劑于另一材料的表面上如重整器管的壁中的概念已經(jīng)證實可得 到緊湊型管式重整器，其傳熱優(yōu)異、當(dāng)使用貴金屬催化劑時有使用低蒸汽-碳比率的自由、 壓降小且熱通量高。但在更換催化劑的能力方面存在不利，因為其還需要更換管，這被看做 是以其現(xiàn)有形式和狀態(tài)使用該催化劑技術(shù)的阻礙因素。也有提出使用整體件如蜂巢形式的固體結(jié)構(gòu)元件來進(jìn)行催化吸熱或放熱反應(yīng)。我 們的美國專利4，985，230描述了例如具有許多通道的結(jié)構(gòu)元件的形式的催化劑的應(yīng)用。通 過所述通道后，過程流體被細(xì)分成子流，所述子流相對于總的流體流動的長度方向以一定 角度流動。當(dāng)?shù)竭_(dá)封閉催化劑的一個壁時，子流的流向?qū)⒏淖?。美國專?，859，642中使用了各自隔開的蜂巢式催化劑元件與布置在所述各個 蜂巢式元件之間的惰性靜態(tài)混合元件的形式的結(jié)構(gòu)元件來形成固定床催化反應(yīng)器管。進(jìn)入 混合元件中心的氣體被導(dǎo)向下游蜂巢式催化劑的側(cè)面，而在混合元件的側(cè)面處進(jìn)入的氣體 被導(dǎo)向下游蜂巢式催化劑的中心。因此，總的流動方向?qū)⒈３智以诜磻?yīng)器管中無環(huán)面區(qū)域。 被靜態(tài)混合器占據(jù)的無催化劑的區(qū)域占管段長度的約50%。除靜態(tài)混合元件上顯著的壓降 之外，此概念還常導(dǎo)致當(dāng)進(jìn)行吸熱過程如重整時不適宜的“熱帶”的形成，這是由于高級烴 可能因與蜂巢式催化劑串聯(lián)地布置的換熱區(qū)(靜態(tài)混合元件)而達(dá)到高溫，同時熱在整個 管長度上提供。由于烴因重整器管的一些區(qū)域中催化劑活性降低而達(dá)到高溫，故“熱帶”通 常發(fā)生在管式重整器中。本發(fā)明的一個目的是設(shè)計一種管式重整器，所述管式重整器與其中催化劑層固定 在另一材料表面上的管式重整器性能接近，但其中更換催化劑時可無需更換管。本發(fā)明的另一目的是提供一種與常規(guī)管式重整器具有至少相同的性能但成本較低的管式重整器。本發(fā)明的再一目的是提供一種優(yōu)異的反應(yīng)器管，所述反應(yīng)器管由壓降較低且在管 式重整器中形成熱帶的風(fēng)險較小的結(jié)構(gòu)元件構(gòu)成。這些及其他目的通過本發(fā)明得到了解決。在本發(fā)明的第一方面，提供了一種能使導(dǎo)管或通道中流體的流動轉(zhuǎn)向的導(dǎo)流片。就其最廣泛的形式而言，提供了一種包含第一構(gòu)件和第二構(gòu)件的導(dǎo)流片，其中所 述第一和第二構(gòu)件中的任一個具有選自凹形、凸形、平面形、平-凹、平-凸及其組合的幾何 形狀，其中所述第一和第二構(gòu)件相交并相對于彼此形成30° -150°的角α，第一構(gòu)件提供 有限定所述第一構(gòu)件上的內(nèi)周界的孔，第一構(gòu)件的所述內(nèi)周界對應(yīng)于第二構(gòu)件的周界，所 述第二構(gòu)件通過所述孔在第一構(gòu)件上沿連接所述第一構(gòu)件的內(nèi)周界的兩個直接相對的點 的線定位的交點處與所述第一構(gòu)件相交。本文中用到的術(shù)語凹形構(gòu)件指具有向內(nèi)彎曲的表面的構(gòu)件，術(shù)語凸形指和凹形相 反，術(shù)語平面形指平整表面，術(shù)語平_凹構(gòu)件指在一側(cè)上平整而在另一側(cè)上凹形的構(gòu)件，術(shù) 語平_凸構(gòu)件指在一側(cè)上平整而在另一側(cè)上凸形的構(gòu)件。其組合包括雙凹、雙凸和凸_凹 幾何形狀。在第一構(gòu)件中提供孔后可出現(xiàn)其他幾何形狀；例如，在雙凸的第一構(gòu)件的中心處 提供孔(洞)將產(chǎn)生具有環(huán)形幾何形狀的環(huán)形構(gòu)件。構(gòu)件的周界與其厚度的比率至少為2、 優(yōu)選至少為10或至少100。低到2的比率主要適用于平-凹或平-凸構(gòu)件，而至少為10的 比率限定具有薄表面的具有任何上述幾何形狀的構(gòu)件，但更優(yōu)選具有凹形、凸形或平面形 幾何形狀的構(gòu)件。應(yīng)理解，導(dǎo)流片的構(gòu)件的幾何形狀可不必相同。例如，第一構(gòu)件可為平面形，而第 二構(gòu)件可為凹形或相反。優(yōu)選第一構(gòu)件的孔與第一構(gòu)件的其余部分同中心。在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方案中，第一和第二構(gòu)件為平面形，第一平面形構(gòu)件 沿第一平面延伸，第二平面形構(gòu)件沿第二平面延伸。因此提供了第一平面形構(gòu)件和第二平 面形構(gòu)件的形式的導(dǎo)流片，所述第一平面形構(gòu)件沿第一平面延伸，所述第二平面形構(gòu)件沿 第二平面延伸，其中所述第一和第二平面形構(gòu)件相交并相對于彼此形成30° -150°的角 α，所述第一平面形構(gòu)件提供有限定所述第一平面形構(gòu)件上的內(nèi)周界的孔，第一平面形構(gòu) 件的所述內(nèi)周界對應(yīng)于第二平面形構(gòu)件的周界，所述第二平面形構(gòu)件通過所述孔在第一平 面形構(gòu)件上沿連接所述第一平面形構(gòu)件的內(nèi)周界的兩個直接相對的點的線定位的交點處 與所述第一平面形構(gòu)件相交。第一平面形構(gòu)件的孔優(yōu)選與第一平面形構(gòu)件的其余部分同中心。在此優(yōu)選的實施方案中，導(dǎo)流片可因此看做是在中間有孔的板(第一平面形構(gòu) 件)，其被周界等于所述孔的周界的較小的板(第二平面形構(gòu)件)穿過。所述孔被所述較小 的板以使兩板相對于彼此形成角(α)的方式穿過。所述導(dǎo)流片優(yōu)選相對于連接所述第一 平面形構(gòu)件的內(nèi)周界的兩個直接相對的點的線對稱；因此，所述線將所述第一平面形構(gòu)件 分成基本相等的兩半。所述導(dǎo)流片可易于通過簡單地在第一平面形構(gòu)件的中間切掉一個部分而產(chǎn)生孔 并同時自從第一平面形構(gòu)件切除的所述孔部分形成第二平面形構(gòu)件來產(chǎn)生。所形成的第二 平面形構(gòu)件然后被翻轉(zhuǎn)以形成所述角(α )。
由于第一構(gòu)件較大，S卩比第二構(gòu)件具有更大的周界，故本發(fā)明的導(dǎo)流片可有利地 適用于其中有必要將流動的行進(jìn)方向由靠近導(dǎo)管壁區(qū)域變?yōu)橄蛑鴮?dǎo)管中心區(qū)域或反過來 的導(dǎo)管，特別是在換熱操作中。本發(fā)明因此還涵蓋其中布置了所述導(dǎo)流片的導(dǎo)管。在一個實施方案中，所述導(dǎo)管 由內(nèi)和外導(dǎo)管形成，其中所述內(nèi)導(dǎo)管內(nèi)的空間限定流道的內(nèi)區(qū)域，所述內(nèi)和外導(dǎo)管間的空 間限定流道的環(huán)形區(qū)域，第一構(gòu)件與所述環(huán)形區(qū)域相交并以相對于導(dǎo)管的長度軸成角α /2 的方向延伸穿過所述環(huán)形區(qū)域直至沿第一構(gòu)件的周界與外導(dǎo)管接觸，第二構(gòu)件與所述內(nèi)區(qū) 域相交并延伸穿過所述內(nèi)區(qū)域直至沿所述第二構(gòu)件的周界與內(nèi)導(dǎo)管接觸。在另一實施方案中，例如在冷卻的反應(yīng)器特別是沸水反應(yīng)器情況下，僅提供了單 個(外)導(dǎo)管。導(dǎo)流片被置于導(dǎo)管內(nèi)，在導(dǎo)流片上下附近的區(qū)域中提供了內(nèi)導(dǎo)管件以便讓流 體流沿(外)導(dǎo)管的周界分布。所述內(nèi)導(dǎo)管可具有從零一直到所述導(dǎo)管所提供的最大長度 的任何長度。但優(yōu)選所述內(nèi)導(dǎo)管不長于確保從導(dǎo)管中的周邊流分出中心流所必須的長度。 該實施方案可在內(nèi)導(dǎo)管件的兩端上包含穿孔板或網(wǎng)格以防止催化顆粒進(jìn)入導(dǎo)流片區(qū)域。沸 水反應(yīng)器的一個實例為生產(chǎn)甲醇用的沸水反應(yīng)器。本文中用到的術(shù)語“流體”指氣體如超臨界或亞臨界氣體、液體或其組合。 因此，第一構(gòu)件的周界區(qū)域適于與外導(dǎo)管的壁配合，而第二構(gòu)件的周界區(qū)域適于 與內(nèi)導(dǎo)管的壁配合。換句話說，第一構(gòu)件和外導(dǎo)管沿第一構(gòu)件的周界線配合，而第二構(gòu)件和 內(nèi)導(dǎo)管沿第二構(gòu)件的周界線配合。由于第一構(gòu)件與導(dǎo)管的環(huán)形區(qū)域相交并以相對于導(dǎo)管的 長度軸成角α/2的方向延伸穿過所述環(huán)形區(qū)域直至沿第一構(gòu)件的周界與外導(dǎo)管接觸，故 環(huán)形區(qū)域中流體的方向被偏轉(zhuǎn)，流體被迫流經(jīng)導(dǎo)管的中心區(qū)域。同樣，由于第二構(gòu)件與導(dǎo)管 的內(nèi)區(qū)域相交并延伸穿過所述內(nèi)區(qū)域直至沿所述第二構(gòu)件的周界與內(nèi)導(dǎo)管接觸，故內(nèi)區(qū)域 中流體的方向被同時偏轉(zhuǎn)，流體被迫流經(jīng)導(dǎo)管的環(huán)形區(qū)域。在含導(dǎo)流片的導(dǎo)管的一個優(yōu)選的實施方案中，所述第一和第二構(gòu)件是平面形的。 因此，本發(fā)明也涵蓋其中布置了導(dǎo)流片的導(dǎo)管，其中所述第一和第二構(gòu)件是平面形的，第一 平面形構(gòu)件沿第一平面延伸，第二平面形構(gòu)件沿第二平面延伸，導(dǎo)管由內(nèi)和外導(dǎo)管形成，其 中內(nèi)導(dǎo)管內(nèi)的空間限定流道的內(nèi)區(qū)域，內(nèi)和外導(dǎo)管間的空間限定流道的環(huán)形區(qū)域，第一平 面形構(gòu)件與所述環(huán)形區(qū)域相交并以相對于導(dǎo)管的長度軸成角α/2的方向延伸穿過所述環(huán) 形區(qū)域直至沿第一平面形構(gòu)件的周界與外導(dǎo)管接觸，第二平面形構(gòu)件與所述內(nèi)區(qū)域相交并 延伸穿過所述內(nèi)區(qū)域直至沿所述第二平面形構(gòu)件的周界與內(nèi)導(dǎo)管接觸。限定導(dǎo)流片的第一和第二構(gòu)件的相對位置的角α在30° -150°范圍內(nèi)，優(yōu)選 60° -120°，更優(yōu)選80° -100°，最優(yōu)選約90°。為使角α獨立于第一和第二構(gòu)件的幾 何形狀，所述角由第二構(gòu)件的周界至第一構(gòu)件的外周界測量，即由第二構(gòu)件的邊緣至第一 構(gòu)件的外邊緣測量。由于第一構(gòu)件(其優(yōu)選平面形構(gòu)件)相對于導(dǎo)管的長度軸的角度為 α /2 (長度軸平分α )，故第一構(gòu)件相對于導(dǎo)管的長度軸傾斜，也優(yōu)選為平面形構(gòu)件的第二 構(gòu)件也是如此。所述導(dǎo)管原則上可具有任何形狀，但優(yōu)選正方形導(dǎo)管、矩形導(dǎo)管、圓形導(dǎo)管如圓管 或管。導(dǎo)管形狀的組合也是可能的。因此，外導(dǎo)管可為正方形或矩形，而內(nèi)導(dǎo)管為圓形， 例如在正方形或矩形導(dǎo)管內(nèi)含圓管。
更優(yōu)選導(dǎo)管為其中內(nèi)導(dǎo)管呈內(nèi)管形式、外導(dǎo)管呈外管形式的管，內(nèi)管還包含選自 形成催化劑固定床的顆粒、涂布或浸漬在布置在內(nèi)管內(nèi)的結(jié)構(gòu)元件上的催化劑的催化劑及 其組合。這樣可實現(xiàn)環(huán)面中高傳熱速率與管中心中催化劑部分可在較低線速度下提供氣體 轉(zhuǎn)化的組合。使用導(dǎo)流片，氣體被迫在環(huán)面和中心之間改變位置。在現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)如美國專利4，859，642的系統(tǒng)中形成換熱區(qū)的靜態(tài)混合器與結(jié) 構(gòu)元件串聯(lián)并因此按順序地布置(蜂巢式催化劑)，與之相反，本發(fā)明環(huán)繞結(jié)構(gòu)元件提供換 熱區(qū)(環(huán)面)。管中的流動同時從環(huán)面改變位置到內(nèi)管，因此，在吸熱反應(yīng)器如管式重整器 中形成“熱帶”的傾向顯著降低。本文中用到的術(shù)語“結(jié)構(gòu)元件”指包含多個層的設(shè)備，鄰接的層間的流動通道形成 彼此交叉的流動通道或形成直通道。術(shù)語“結(jié)構(gòu)元件”也指具有高表面積的元件如鮑爾環(huán)、 馬鞍環(huán)(saddle ring)和拉西環(huán)。雖然可在內(nèi)管中采用形成固定床的催化劑顆粒，但優(yōu)選催化劑被涂布或浸漬 在內(nèi) 管內(nèi)布置的結(jié)構(gòu)元件上。優(yōu)選結(jié)構(gòu)元件呈整體件形式如直通道整體件或交叉波紋整體件， 更優(yōu)選直通道整體件以減少管中的壓降。管中心中整體件的使用可實現(xiàn)管段中心上的低壓降。與使用涂布或浸漬了催化劑 的整體件相比，重整器必須優(yōu)選在高質(zhì)量通量下運行以在環(huán)面中實現(xiàn)良好的傳熱，且由于 一半的流動在中心，故常規(guī)的固定催化劑床將產(chǎn)生高壓降和環(huán)面寬度與重整器管直徑間不 可行的比例。整體件的使用可減小管壁厚度，相應(yīng)地可充分利用反應(yīng)器管的內(nèi)區(qū)域上較高 的傳熱系數(shù)的益處。此外，管式重整器中的管直徑將不受催化劑顆粒直徑與重整管的內(nèi)徑 間的關(guān)系限制，而在具有重整催化劑固定床的常規(guī)管式重整器中，較小的管必須裝載較小 的催化劑顆粒，這將帶來高壓降。與現(xiàn)有技術(shù)管式重整器相比，由于現(xiàn)在可使用較小直徑和因此較薄壁厚度和較高 熱通量的重整管，故本發(fā)明還產(chǎn)生更緊湊的結(jié)構(gòu)和因此更低成本的重整器。使用涂布的催 化劑時可使用貴金屬催化劑而在低蒸汽-碳比率下運行，這也將減小工廠設(shè)備尺寸。與其 中催化劑層固定在另一材料表面上的所謂催化硬件概念相比，現(xiàn)在的一個優(yōu)勢在于更換催 化劑時可無需更換反應(yīng)器管。與催化硬件概念相比，本發(fā)明還提供了可在重整器內(nèi)提供更 多催化劑的優(yōu)勢。在本發(fā)明的一個特定的實施方案中，催化劑(優(yōu)選重整催化劑)被涂布或浸漬在 與內(nèi)管接觸的整體式包裝(monolith wrapping)的外側(cè)上。整體式包裝上即環(huán)面通道的內(nèi) 壁上催化劑的存在因吸熱重整反應(yīng)而可使氣體溫度降低，這將在管的內(nèi)壁與氣體間提供較 大的溫差并因此增加進(jìn)入管中的熱通量。相應(yīng)地，一些重整活動被帶到環(huán)面中進(jìn)行，因此可 降低管壁溫度。為進(jìn)一步增強傳熱，管的環(huán)形區(qū)域可提供有促進(jìn)流動中的湍流的靜態(tài)混合元件而 不顯著增大壓降。因此，在本發(fā)明的另一實施方案中，管的環(huán)形區(qū)域提供有選自沿內(nèi)管的外 壁配合的波紋表面、沿外管的內(nèi)壁配合的波紋表面、沿管的寬度和長度延伸的螺旋形元件 及其組合的靜態(tài)混合元件。波紋表面優(yōu)選呈可適應(yīng)管壁的帶褶陶瓷或金屬箔等形式。本發(fā)明使得可用含結(jié)構(gòu)元件、環(huán)面和導(dǎo)流片的各管段由管段構(gòu)造反應(yīng)器管。管段 通常長約0. 5m,導(dǎo)流片占管段長度的5-30 %、優(yōu)選約20%，這對應(yīng)于0. 5m管段中的0. lm。 所述管然后被組裝成9-15m長或其他適宜長度的反應(yīng)器管形式的長形管以用于催化反應(yīng)器如蒸汽重整用管式重整器中。相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了包含若干堆疊在彼此之上的如上 所定義的管的反應(yīng)器管。如此形成的反應(yīng)器管然后被用作催化反應(yīng)器中的反應(yīng)器內(nèi)件。在一個優(yōu)選的實施 方案中提供了一種包含一個或多個如上所定義的反應(yīng)器管的反應(yīng)器，其中所述反應(yīng)器為吸 熱催化反應(yīng)器，優(yōu)選管式重整器。在本發(fā)明的另一方面，提供了一種借助本發(fā)明的反應(yīng)器管重整烴的方法。相應(yīng)地， 提供了一種在根據(jù)權(quán)利要求11的反應(yīng)器中重整烴進(jìn)料的方法，所述方法包括(a)向至少一個反應(yīng)器管傳遞所述烴進(jìn)料，(b)將所述烴進(jìn)料分成流經(jīng)環(huán)形區(qū)域的子流和流經(jīng)反應(yīng)器管的內(nèi)管的子流，(c)使流經(jīng)所述內(nèi)管的子流通過流經(jīng)內(nèi)管內(nèi)布置的催化劑固定床和/或一個或多 個結(jié) 構(gòu)元件而經(jīng)歷重整，(d)使離開催化劑固定床和/或一個或多個結(jié)構(gòu)元件的子流偏轉(zhuǎn)向環(huán)形區(qū)域并同 時使流經(jīng)環(huán)形區(qū)域的子流偏轉(zhuǎn)向內(nèi)管，(e)進(jìn)行步驟(C)和(d)至少一次，和(f)從反應(yīng)器收回經(jīng)重整的烴流。流經(jīng)環(huán)面的子流被外部源加熱，同時流經(jīng)內(nèi)管的子流經(jīng)由例如其中布置的催化結(jié) 構(gòu)元件上發(fā)生的吸熱重整被冷卻。在經(jīng)過一個或多個結(jié)構(gòu)元件后，離開結(jié)構(gòu)元件的子流被 偏轉(zhuǎn)向環(huán)面，同時，流經(jīng)環(huán)面區(qū)域的子流被偏轉(zhuǎn)向內(nèi)管。因此，經(jīng)冷卻的部分重整的子流被 加熱而環(huán)面中經(jīng)加熱的子流已準(zhǔn)備好用于在內(nèi)管中重整。本發(fā)明因此提供了從外部源如重 整器壁向過程氣體(烴流)的高效傳熱。

圖1為由兩個在內(nèi)部區(qū)域中含整體件、在環(huán)面區(qū)域中含換熱器并在管段之間含導(dǎo) 流片的管段合成一體的反應(yīng)器管的截面示意圖。圖2為圖1的反應(yīng)器管的截面透視圖。圖3為在單個反應(yīng)器管中包含內(nèi)管件和網(wǎng)格端件的導(dǎo)流片的透視圖。通過本發(fā)明可將反應(yīng)器內(nèi)件構(gòu)建為段。圖1中示出了含外管2和內(nèi)管3的反應(yīng)器 管1的截面，其中個體管段4與個體管段5合并。各個管段含直通道整體件6、環(huán)面7和導(dǎo) 流片8。進(jìn)入反應(yīng)器管1的流動9被分成兩個子流流經(jīng)整體件6并因此經(jīng)歷吸熱催化重整 的一個子流10和在整體件6外在環(huán)面7中流動而自管式重整器的壁接收熱的另一子流11。 在各個段的出口處導(dǎo)流片8使流動改變方向以致在環(huán)面7中行進(jìn)的被加熱的氣體在下一段 中流經(jīng)內(nèi)管3中的整體件6，反之亦然。導(dǎo)流片8含具有孔13的第一平面形構(gòu)件12和第二 平面形構(gòu)件14。所述第一和第二平面形構(gòu)件相交并相對于彼此形成角α，在這里為90°。 第一平面形構(gòu)件12與環(huán)面7相交并以相對于反應(yīng)器管1的長度軸15成角α /2的方向延 伸穿過所述環(huán)面直至沿第一平面形構(gòu)件12的周界與外管2接觸。由此，環(huán)面7中的流動被 阻斷并被迫采取向著內(nèi)管3的路線。第二平面形構(gòu)件14與由內(nèi)管3產(chǎn)生的內(nèi)區(qū)域相交并 延伸穿過所述內(nèi)區(qū)域直至沿所述第二平面形構(gòu)件14的周界與內(nèi)管3接觸。由此，內(nèi)管3內(nèi) 的流動被阻斷并被迫采取向著環(huán)面7的路線。由于催化劑和環(huán)面路徑的數(shù)量相等，故對稱 性將保證入口處的進(jìn)料流按50/50平分。圖2為圖1的反應(yīng)器管的截面4的透視圖，示出了導(dǎo)流片的詳細(xì)情況。兩圖中使 用了相同的標(biāo)號。在此實施方案中，孔13與第一平面形構(gòu)件12的其余部分同中心。第一平面形構(gòu)件可因此看做是環(huán)，而第二平面形構(gòu)件14是實心的(無孔)。相應(yīng)地，隨著行進(jìn)通 過反應(yīng)管，流動將同時從環(huán)面轉(zhuǎn)移向內(nèi)管和從內(nèi)管轉(zhuǎn)移向環(huán)面?？梢钥吹?，第二平面形構(gòu)件 14通過孔13在第一平面形構(gòu)件上沿連接第一平面形構(gòu)件的內(nèi)周界的兩個直接相對的點的 線A-A定位的交點“A”處與所述第一平面形構(gòu)件12相交。連接交點“A”的線A-A將第一 平面形構(gòu)件12分成基本相等的兩半以便導(dǎo)流片8變得對稱。該線A-A在其中點處與限定 管1的長度軸15的線相交。由孔13給出的第一平面形構(gòu)件12的內(nèi)周界對應(yīng)于第二平面 形構(gòu)件14的周界。第一平面形構(gòu)件12延伸至與外管2的壁接觸，而第二平面形構(gòu)件延伸 至與內(nèi)管3的壁接觸。因此，第一平面形構(gòu)件的周界區(qū)域適于與外管的壁配合，而第二平面 形構(gòu)件的周界區(qū)域適于與內(nèi)管的壁配合。換句話說，第一平面形構(gòu)件和外管沿第一平面形 構(gòu)件的周界線配合，而第二平面形構(gòu)件和內(nèi)管沿第二平面形構(gòu)件的周界線配合。重整管(反應(yīng)器管)設(shè)計為以常規(guī)方式通過燃燒器或者通過在反應(yīng)器管外側(cè)上的 催化燃燒自管式重整器室接收熱。所述熱通過環(huán)面被有效傳至重整器反應(yīng)器管內(nèi)的氣體， 在環(huán)面中，高線速度將提供高傳熱系數(shù)。中心中的直通道整體件的傳熱特性差并在接近絕 熱的條件下運行。氣體因此在環(huán)面中被加熱并在整體件中通過重整反應(yīng)而冷卻。圖3示出了其中在單個反應(yīng)器管301/302中提供了導(dǎo)流片308的一個實施方案。 這樣的單個管常用在冷卻的反應(yīng)器中。冷卻的反應(yīng)器包括充滿催化顆粒的反應(yīng)器管即所謂 的“Catit”或包含催化顆粒在反應(yīng)器內(nèi)但在管外并圍繞管的反應(yīng)器即所謂 的“Catot”。圖 3示出了 Catit-反應(yīng)器的實施方案，其中催化顆粒在反應(yīng)器管內(nèi)。反應(yīng)器管中發(fā)生放熱反 應(yīng)，為控制溫度，反應(yīng)通過與反應(yīng)器管的外表面接觸的流體(例如水)冷卻。在此實施方案 中，反應(yīng)器管301僅由外管302組成，因此無具有將第一子流301與第二子流311分開的壁 的環(huán)面。盡管如此，在其中發(fā)生放熱催化反應(yīng)的這類反應(yīng)器中，從反應(yīng)器管的橫截面的中心 部分到管的冷卻邊緣存在溫度梯度，雖然沒有分開這兩個區(qū)的內(nèi)管壁，但實際上將有溫度 比邊緣子流高的第一中心子流。因此為這些反應(yīng)器管類型提供導(dǎo)流片308在許多情況下將 是有利的。在此實施方案中，導(dǎo)流片的運轉(zhuǎn)確實與根據(jù)圖2的導(dǎo)流片相似。但在此實施方案 中，在導(dǎo)流片軸向前后的短區(qū)域中任選提供短的內(nèi)管件303以局部地分離第一子流310與 第二子流311并因此使被偏轉(zhuǎn)向邊緣區(qū)域的內(nèi)子流能在此新區(qū)中均勻分布，并相反地使被 偏轉(zhuǎn)向中心區(qū)的邊緣第二子流311能在那里均勻分布。所述內(nèi)管的長度可從零到(最大) 反應(yīng)器長度。提供剛好足以確保分開兩個子流的內(nèi)管長度常是有利的。如果在導(dǎo)流片區(qū)域 中不希望有催化顆粒，則任選可在導(dǎo)流片的各端處提供可滲透屏障320如絲網(wǎng)、穿孔板等。 在Catot-反應(yīng)器中，可在沿與流動方向大致垂直的方向上存在不希望有的溫差的區(qū)域中 的催化材料中提供導(dǎo)流片。實施例1廣泛研究了涂布貴金屬催化劑和Ni-基催化劑的整體件。通過改造2050MTPD氨 廠的一段重整器(管式重整器)全面評價了本發(fā)明的概念。在此研究中，13m重整器管中裝 入了 14個管段，發(fā)現(xiàn)容量可提高約20%而轉(zhuǎn)化率、管溫度和壓降保持不變。選擇改造研究 是為了為與常規(guī)管式重整器技術(shù)相比較提供具體的實例。使用帶較小的管的專用重整器設(shè) 計獲得了大得多的好處。實施例2下面示出了使用根據(jù)本發(fā)明的管式重整器的好處，其中將含固定床催化劑并在適于生產(chǎn)氨合成氣的條件下作為一段重整器運行的常規(guī)管式重整器與在相同條件下運行的 根據(jù)本發(fā)明的管式重整器加以比較。發(fā)現(xiàn)對于給定的工業(yè)管式重整器，管材料的量可減少到1/3。根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器 的高傳熱速率可實現(xiàn)高生產(chǎn)量每體積反應(yīng)器和反應(yīng)器的每外部面積。為在常規(guī)管式重整器和根據(jù)本發(fā)明的管式重整器之間加以正確比較，使用相同的 入口條件(除吞吐量外)、反應(yīng)器長度、外壁上的溫度特性曲線及催化劑性能上相同的動力 學(xué)表達(dá)式將兩種情況歸一化。本發(fā)明的管式重整器設(shè)計為提供與常規(guī)管式重整器相同的產(chǎn) 品氣體但反應(yīng)器更緊湊。下表1中更詳細(xì)地給出了入口和出口條件。表 1入口和出口條件
權(quán)利要求
包含第一構(gòu)件和第二構(gòu)件的導(dǎo)流片，其中所述第一和第二構(gòu)件中的任一個具有選自凹形、凸形、平面形、平 凹、平 凸及其組合的幾何形狀，其中所述第一和第二構(gòu)件相交并相對于彼此形成30° 150°的角α，所述第一構(gòu)件提供有限定所述第一構(gòu)件上的內(nèi)周界的孔，所述第一構(gòu)件的所述內(nèi)周界對應(yīng)于所述第二構(gòu)件的周界，所述第二構(gòu)件通過所述孔在所述第一構(gòu)件上沿連接所述第一構(gòu)件的內(nèi)周界的兩個直接相對的點的線定位的交點處與所述第一構(gòu)件相交。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的導(dǎo)流片，其中所述第一和第二構(gòu)件是平面形的，所述第一平面形 構(gòu)件沿第一平面延伸，所述第二平面形構(gòu)件沿第二平面延伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的導(dǎo)流片，其中所述第一平面形構(gòu)件的所述孔與所述第一平面形構(gòu) 件的其余部分同中心。
4.其中布置了根據(jù)權(quán)利要求1的導(dǎo)流片的導(dǎo)管，所述導(dǎo)管由內(nèi)和外導(dǎo)管構(gòu)成，其中所 述內(nèi)導(dǎo)管內(nèi)的空間限定流道的內(nèi)區(qū)域，所述內(nèi)和外導(dǎo)管之間的空間限定流道的環(huán)形區(qū)域， 所述第一構(gòu)件與所述環(huán)形區(qū)域相交并以相對于所述導(dǎo)管的長度軸成角α/2的方向延伸穿 過所述環(huán)形區(qū)域直至沿所述第一構(gòu)件的周界與所述外導(dǎo)管接觸，所述第二構(gòu)件與所述內(nèi)區(qū) 域相交并延伸穿過所述內(nèi)區(qū)域直至沿所述第二構(gòu)件的周界與所述內(nèi)導(dǎo)管接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的導(dǎo)管，其中所述導(dǎo)管為正方形導(dǎo)管、矩形導(dǎo)管、圓形導(dǎo)管或管。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的管，其中所述內(nèi)導(dǎo)管呈內(nèi)管形式，所述外導(dǎo)管呈外管形式，所述內(nèi) 管還包含選自形成催化劑固定床的顆粒、涂布或浸漬在布置在所述內(nèi)管內(nèi)的結(jié)構(gòu)元件上的 催化劑的催化劑及其組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的管，其中所述結(jié)構(gòu)元件呈整體件形式。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的管，其中催化劑涂布或浸漬在與所述內(nèi)管接觸的整體式包裝 (monolith wrapping)的夕卜側(cè)上。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的管，其中所述管的環(huán)形區(qū)域提供有選自沿所述內(nèi)管的外壁配合的 波紋表面、沿所述外管的內(nèi)壁配合的波紋表面、沿所述管的寬度和長度延伸的螺旋形元件 及其組合的靜態(tài)混合元件。
10.包含若干堆疊在彼此之上的根據(jù)權(quán)利要求6的管的反應(yīng)器管。
11.包含一個或多個根據(jù)權(quán)利要求6的反應(yīng)器管的反應(yīng)器，其中所述反應(yīng)器為吸熱催 化反應(yīng)器。
12.在根據(jù)權(quán)利要求11的反應(yīng)器中重整烴進(jìn)料的方法，所述方法包括(a)向至少一個反應(yīng)器管傳遞所述烴進(jìn)料，(b)將所述烴進(jìn)料分成流經(jīng)所述環(huán)形區(qū)域的子流和流經(jīng)所述反應(yīng)器管的內(nèi)管的子流，(c)使流經(jīng)所述內(nèi)管的子流通過流經(jīng)所述內(nèi)管內(nèi)布置的催化劑固定床和/或一個或多 個結(jié)構(gòu)元件而經(jīng)歷重整，(d)使離開所述催化劑固定床和/或一個或多個結(jié)構(gòu)元件的子流偏轉(zhuǎn)向所述環(huán)形區(qū)域 并同時使流經(jīng)所述環(huán)形區(qū)域的子流偏轉(zhuǎn)向所述內(nèi)管，(e)進(jìn)行步驟(c)和(d)至少一次，和(f)從所述反應(yīng)器收回經(jīng)重整的烴流。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-10中的任一項的導(dǎo)流片在沸水反應(yīng)器中的用途。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種能改變流體流經(jīng)導(dǎo)管過程中的流動方向的導(dǎo)流片。導(dǎo)管由內(nèi)和外導(dǎo)管形成，內(nèi)和外導(dǎo)管在導(dǎo)管中產(chǎn)生環(huán)形區(qū)域。導(dǎo)流片迫使流經(jīng)導(dǎo)管的環(huán)形區(qū)域的流體在內(nèi)導(dǎo)管內(nèi)流動，而流經(jīng)內(nèi)導(dǎo)管的流體被迫流經(jīng)環(huán)形區(qū)域。通過組裝包含所述導(dǎo)流片并在內(nèi)管中布置了催化劑的管形成用于催化反應(yīng)器的反應(yīng)器管。
文檔編號C01B3/38GK101970095SQ200980108865
公開日2011年2月9日 申請日期2009年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月7日
發(fā)明者E·L·索倫森, J·諾斯克, N·雅各布森 申請人:赫多特普索化工設(shè)備公司