將催化劑致密裝填到蒸汽重整反應(yīng)器-交換器的嵌套管中的包括可移除氣體進(jìn)料管的氣 ...的制作方法
【專利說(shuō)明】將催化劑致密裝填到蒸汽重整反應(yīng)器-交換器的嵌套管中 的包括可移除氣體進(jìn)料管的氣動(dòng)系統(tǒng) 發(fā)明領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及裝填進(jìn)行高度吸熱或高度放熱反應(yīng)的管式反應(yīng)器中所用的催化劑管 的領(lǐng)域。本發(fā)明因此特別適用于天然氣或各種含烴餾分的蒸汽重整反應(yīng)器以生產(chǎn)被稱作合 成氣的0)+!12混合物。
[0002] 可以區(qū)分兩大類蒸汽重整反應(yīng)器。
[0003] 由位于反應(yīng)器內(nèi)的一組燃燒器供熱的反應(yīng)器，和通過(guò)流體熱載體，通常燃燒氣體 供熱的那些，所述燃燒在蒸汽重整反應(yīng)器本身外進(jìn)行。
[0004] 這種后一類型的某些反應(yīng)器(下文中稱作反應(yīng)器-交換器)使用單管。另一些使用 雙同心管，其也被稱作嵌套管（bayonet tubes)。嵌套管可以被定義為內(nèi)管被與該內(nèi)管同軸 的外管包圍，內(nèi)管和外管之間的環(huán)形空間通常被催化劑填充。在下文中，提到環(huán)形空間或催 化劑區(qū)以指示由嵌套管劃定的所述環(huán)形空間。
[0005] 在本發(fā)明的范圍內(nèi)，經(jīng)由該環(huán)形區(qū)以自頂向下的流向引入天然氣或更通常含烴進(jìn) 料，并以自底向上的流向?qū)⒎磻?yīng)流出物收集在內(nèi)管的中心部分中。
[0006] 用于制氫的天然氣的蒸汽重整反應(yīng)是非常吸熱的并因此通常在爐或反應(yīng)器-交 換器中以如上定義的方式進(jìn)行。
[0007] 該反應(yīng)在通常900°C的極高溫度下和在通常20至30巴的壓力下進(jìn)行。在這些條 件下，由于材料的機(jī)械性質(zhì)，只有在管內(nèi)才能以經(jīng)濟(jì)可行的方式進(jìn)實(shí)施該反應(yīng)。
[0008] 催化反應(yīng)器-交換器因此由許多管構(gòu)成，在每小時(shí)生產(chǎn)100, 000 Nm3氫氣的裝置 中通常為大約200至300個(gè)管，這一組管封裝在接收熱流體的殼體中，以致可以向蒸汽重整 反應(yīng)供應(yīng)必要的熱量。
[0009] 這種熱流體或流體熱載體通常由來(lái)自在反應(yīng)器-交換器外進(jìn)行的燃燒的氣體構(gòu) 成。
[0010] 因此催化劑必須從一個(gè)管到另一個(gè)管均一地安裝在所有蒸汽重整管中，以在管之 間具有相同的壓降。
[0011] 這一條件對(duì)確保反應(yīng)物在所有催化劑管之間的良好分布和避免某一個(gè)管例如供 給不足(這會(huì)造成構(gòu)成該管的材料顯著過(guò)熱，這種過(guò)熱也降低該管的壽命）是非常重要的。
[0012] 類似地，重要的是在管內(nèi)不存在空隙，即無(wú)催化劑或催化劑不足的空間，因?yàn)樵摴?會(huì)由于在其內(nèi)不存在催化反應(yīng)而局部過(guò)熱。此外，催化劑在反應(yīng)區(qū)中的分布的任何不均勻 都可能造成反應(yīng)流體的流動(dòng)失衡。
[0013] 本發(fā)明的裝置因此旨在致密和均勻地裝填構(gòu)成反應(yīng)器-交換器的各嵌套管。
[0014] 現(xiàn)有摶術(shù)調(diào)杳 這一調(diào)查僅限于氣動(dòng)型裝置。
[0015] 申請(qǐng)人的專利FR 2950822描述了用3個(gè)裝填管裝填嵌套管的解決方案，存在機(jī)械 減速或氣動(dòng)減速。這種裝填方法可以致密和均勻地裝填嵌套管?？紤]到其是"逐粒"法，其 經(jīng)證實(shí)太慢并且不適用于包含幾百個(gè)管的工業(yè)反應(yīng)器規(guī)模。
[0016] 專利EP1374985描述了具有用于引入反向氣流(其減慢粒子下落)的可拆卸管的裝 填系統(tǒng)。這一系統(tǒng)適用于傳統(tǒng)的天然氣蒸汽重整管，但其沒(méi)有考慮嵌套管的特殊特征。
[0017] 本發(fā)明的裝置使得引入輔助氣體的管供應(yīng)的流量顯著降低。由輔助管引入的主流 量與橫穿形成中的粒子床的固定流量之間的分布導(dǎo)致床內(nèi)的粒子的更好分布并能夠回收 在裝填過(guò)程中可能形成的任何細(xì)粒。
[0018] 這些文獻(xiàn)無(wú)一適用于要裝填環(huán)形區(qū)的嵌套管。
[0019] 作為本發(fā)明的主題的裝置因此可以被定義為用于將催化劑致密裝填到蒸汽重整 反應(yīng)器-交換器中所帶的嵌套管的環(huán)形區(qū)中的氣動(dòng)裝置，該裝置可以在與工業(yè)應(yīng)用的要求 相容的時(shí)間限制下以均勻密度裝填反應(yīng)器-交換器的各管。
[0020] 此外，在某些情況下，本發(fā)明的裝置必須能夠適應(yīng)由沿管演變的機(jī)械和熱應(yīng)力造 成的外管的內(nèi)徑變化并因此適應(yīng)環(huán)形區(qū)的尺寸變化?，F(xiàn)有技術(shù)的裝置無(wú)一考慮這種附加限 制。
[0021] 附圖簡(jiǎn)沐 圖1代表本發(fā)明的裝置，其中顯示可以將一部分（Ilb)必要?dú)怏w引入環(huán)形區(qū)（4)的撓 性可拆卸管（7)及其卷繞系統(tǒng)（10)。
[0022] 發(fā)明概沐 本發(fā)明可以被定義為用于將催化劑致密裝填到由封裝在殼體中的多個(gè)嵌套管構(gòu)成的 蒸汽重整反應(yīng)器-交換器中的裝置，各嵌套管包含至少部分裝有催化劑的環(huán)形區(qū)（4)。
[0023] 所述催化劑由占據(jù)位于內(nèi)管（5)與外管（6)之間的至少一部分環(huán)形空間（4)的固 體粒子構(gòu)成，這兩個(gè)管一起構(gòu)成嵌套管，所述環(huán)形空間的寬度為30毫米至80毫米，且其高 度為10至20米。
[0024] 該催化劑粒子通常為具有10毫米至20毫米的大致高度和5毫米至20毫米的大 致直徑的圓柱體形狀。
[0025] 本發(fā)明的裝置在其基礎(chǔ)版本中構(gòu)成如下： -可拆卸撓性管（7)，其進(jìn)入環(huán)形區(qū)（4)內(nèi)并與形成中的床的表面保持50毫米至100 毫米的距離，所述管引入70%至85%的一部分（Ilb)必要?dú)怏w流量，剩余部分由內(nèi)管（5)引 入， -所述可拆卸管（7)盤繞在位于要裝填的管外的收線機(jī)（10)上，且催化劑粒子裝在： -中央進(jìn)料斗（1)中，其可以將粒子遞送到向環(huán)形空間（4)供料的傳送帶或振動(dòng)輸送 機(jī)（2)上，所述供料使用： -漏斗（3)，粒子經(jīng)其流入環(huán)形空間（4)的內(nèi)部。
[0026] 可拆卸管（7)在其末端可配有在出口截面封閉但可讓氣體經(jīng)由排列成一排或多 排的一系列側(cè)孔離開(kāi)的尾端件。孔的直徑通常為10至15毫米，孔排之間的間距為15至30 毫米，各排包含3至8個(gè)孔。
[0027] 這些側(cè)孔的用途是防止形成垂直方向（即沿管的軸）的氣體射流，如果管（7)的末 端與所述床表面之間的距離不足，其會(huì)干擾形成中的粒子床的表面。
[0028] 含側(cè)孔的尾端件因此能使管（7)更靠近床表面，同時(shí)保持未減速的粒子的一定落 差。實(shí)際上，如果沒(méi)有含側(cè)孔的尾端件，會(huì)一直產(chǎn)生粒子減速效果直至它們到達(dá)床表面。借 助含側(cè)孔的尾端件，引入的氣體幾乎從它們離開(kāi)側(cè)孔起就快得多地上升，因此粒子在最后 一段路程上沒(méi)有減速。
[0029] 這種沒(méi)有減速的最后一段是有用的，因?yàn)槠淇梢源_保裝填密度。此外，這種沒(méi)有減 速的最后一段不需要太長(zhǎng)以避免粒子破碎。因此其可以有效地借助含側(cè)孔的尾端件控制， 這可以調(diào)節(jié)未減速的所述落差。
[0030] 本發(fā)明還包括使用上述裝置裝填催化劑的方法，所述方法可通過(guò)下述一系列步驟 描述： -撓性可拆卸管（7)最初盤繞在外部收線機(jī)（10)上，進(jìn)料斗（1)裝有固體， -將撓性可拆卸管（7)經(jīng)環(huán)形區(qū)（4)的上部逐漸引入環(huán)形區(qū)（4)直至其底端距離管底 部50厘米至100厘米， -由中心管（5)引入恒定氣體流量，其相當(dāng)于0.1米/秒至催化劑顆粒的最小流化速 度(對(duì)蒸汽重整中傳統(tǒng)使用的催化劑而言為3至4米/秒）的在環(huán)形空間（4)中的速度， -由可拆卸撓性管（7)引入另一氣體流量，這兩個(gè)流量的總和相當(dāng)于8米/秒至14米 /秒的在環(huán)形空間中的速度，這仍低于粒子下落的終極速度， -以一種方式啟動(dòng)傳送帶或振動(dòng)輸送機(jī)（2)以供應(yīng)250千克/小時(shí)至500千克/小時(shí) 的固體流量，所述固體使用漏斗（3)引入環(huán)形區(qū)（4)， -隨著環(huán)形區(qū)⑷裝填，以一種方式使用外部收線機(jī)（10)從環(huán)形區(qū)⑷中上提撓性可 拆卸管（7)以保持與逐漸建立的床表面的恒定距離，所述距離始終為50厘米至100厘米， -撓性可拆卸管（7)以0. 2米/分鐘至0. 4米/分鐘的等于管裝填速度的速度卷起， -一旦所述嵌套管已裝滿且所述裝填系統(tǒng)已卷起，移動(dòng)撓性可拆卸管（7)以裝填下一 個(gè)管。
[0031] 用于實(shí)施本發(fā)明的裝填方法的氣體通常是空氣或氮?dú)狻?br>[0032] 根據(jù)要裝填的固體粒子的流量，可以使用并行操作的兩個(gè)或三個(gè)相同的撓性可拆 卸管（7)。在下文中，當(dāng)提到撓性可拆卸管（7)時(shí)，因此是指一個(gè)或多個(gè)撓性可拆卸管（7)。
[0033] 此外，進(jìn)料斗（1)可以向一組兩個(gè)或三個(gè)嵌套管供料，各嵌套管配有本發(fā)明的裝 置。
[0034] 發(fā)明詳沐 本發(fā)明可以被定義為可將催化劑致密裝填到嵌套管的環(huán)形空間（4)中的裝置，各嵌套 管具有10至20米的高度、250毫米至150毫米的外管（6)的直徑和10至40毫米的內(nèi)管 (5)的外徑。
[0035] 容納催化劑的環(huán)形空間（4)因此具有大約50毫米的典型寬度。在實(shí)踐中，根據(jù)情 況，環(huán)形空間（4)的典型寬度可以為80至30毫米不等。
[0036] 此外，在某些情況下，外管（6)具有從上到下分段遞減的直徑，這意味著環(huán)形空間 (4)的典型寬度也從上到下遞減。
[0037] 本發(fā)明的裝置非常容易適應(yīng)典型寬度的這些變化，同時(shí)在所有區(qū)段中保持它們的 性能。
[0038] 該適應(yīng)隨之包括以一種方式調(diào)節(jié)由撓性可拆卸管（7)引入的氣體流量以保持8至 14米/秒的速度范圍。
[0039] 催化劑顆粒通常為大約10毫米至20毫米高和5毫米至20毫米直徑的圓柱體形 狀。
[0040] 將