[发明专利]带有内部热交换的防腐蚀转化炉管

说明书

本发明涉及一种带有内部热交换的防腐蚀转化炉管，尤其提出了一种通过含烃输入气体的蒸汽转化来生产合成气体的转化炉管，其中‑外壳管通过分离盘被划分成反应室和排出室；‑蒸汽转化活性固体催化剂的倾卸床被布置在所述反应室中；‑至少一个热交换器管被布置在所述反应室内并且在所述催化剂倾卸床内，该热交换器管的进口端与所述催化剂床流体连通并且该热交换器管的出口端与所述排出室流体连通，其中‑所述转化炉管的与气体接触的部件、特别是所述至少一个热交换器管由镍基合金制成并且在它们的内侧上涂覆有铝扩散层。

技术领域

本发明涉及一种用于将含烃输入材料(优选为天然气和诸如石脑油的轻质液态烃)转化成包括碳氧化物和氢气的合成气体产物的转化炉管。根据本发明的转化炉管使得该输入气体与产物气体之间的内部热交换能够部分地转化成合成气体产物，因此在合成气体生产期间的能量消耗以及有价值的氢气和一氧化碳的产物方面具备优势。所述炉管进一步设有防腐蚀层，该防腐蚀层会有效地防止所谓的金属尘化腐蚀。

本发明还涉及一种使用根据本发明的转化炉管通过对含烃输入材料的蒸汽转化来生产合成气体的方法，并且涉及一种具有根据本发明的转化炉管的转化炉。

背景技术

烃可与蒸汽进行催化反应，以提供合成气体，即氢气(H₂)和一氧化碳(CO)的混合物。如在乌尔曼工业化学百科全书(Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry)1998电子版第六版关键词“气体生产”中所述，所谓的蒸汽转化是最常采用的生产合成气体的方法，该合成气体然后可转化成更重要的日用化学品，例如甲醇或氨。虽然可以转化诸如例如石脑油、液化气或炼油气等的不同的烃，但主要是含甲烷的天然气的蒸汽转化。

天然气的蒸汽转化是高度吸热的。因此，蒸汽转化在转化炉中进行，该转化炉中并排布置有其中发生蒸汽转化反应的数个含有催化剂的转化炉管。转化炉的外壁及其顶板和底板贴面有或衬有多层耐火材料，该耐火材料耐受高达1200℃的温度。转化炉管通常采用安装在转化炉顶部或底部或者侧壁上的燃烧器来点火，并且直接加热转化炉管之间的空隙。传递到转化炉管的热传递会受到来自高温烟气的热辐射和对流热传递影响。

在由热交换器或燃烧的加热器预热到约500℃之后，烃-蒸汽混合物在最终加热到约500℃至800℃之后进入转化炉管，并且在其中经由转化催化剂转化成一氧化碳和氢气。普遍采用镍基转化催化剂。虽然高级烃被完全转化成一氧化碳和氢气，但在甲烷的情况下，却通常是部分转化。产物气体的组分由反应平衡决定；因此，产物气体不仅包括一氧化碳和氢气，而且包括二氧化碳、未转化的甲烷和水蒸气。针对能量优化或者针对包含高级烃的输入材料，可以在预热器的下游采用所谓的预转化器，用于使输入材料预裂解。然后，在另一个加热器中将预裂解的输入材料加热到期望的转化炉管进口温度。

该高温的合成气体产物气体在离开转化炉之后在一个或多个热交换器中被部分冷却。然后，根据所期望的产物或下游工艺的类型，被部分冷却的合成气体产物气体经受进一步的调节步骤。

由于其高的能量需求，天然气的蒸汽转化很引人瞩目。因此，现有技术已包含了旨在通过优化工艺设计、例如通过能量回收来最大程度地减少外部能量需求的提议。譬如，Higman曾于1990年6月在挪威特隆赫姆的EUROGAS-90会议上演示了带有内部热交换的所谓HCT转化炉管，也可参阅http://www.higman.de/gasification/papers/eurogas.pdf(检索日：2011年09月27日)。该转化炉管包括外部填充催化剂以及旁边的经加热的转化炉管，其中，输入气体从上到下流过催化剂床。在催化剂床的内部是由适当材料制成的两个盘绕的双螺旋热交换器管，被部分转化的气体在离开催化剂床之后流经这两个热交换器管，从而将其显热(sensible heat)的一部分传递到经由催化剂进行的蒸汽转化过程。然而，其缺陷是：由于气体通过所述盘绕的热交换器管的较长路径而导致的较高压降。此外，由于热交换器管的较长段经受与金属尘化腐蚀相关的温度范围，因此下文中阐述的被另外称为“金属尘化”的腐蚀类型变得更加明显。