[发明专利]用于重整的催化剂管

说明书

本发明涉及新的催化剂管设计，其使得将再生重整的概念应用于在炉腔的相对侧具有催化剂管入口和出口的蒸汽重整器成为可能。催化剂管包含用于工艺气体进入催化剂管的入口和用于工艺气体离开催化剂管的出口，所述入口和出口位于催化剂管的相对端。催化剂管还包含含有催化剂的第一环形通道、用于工艺气体逆流或并流流动至流过第一环形通道的工艺气体的第二环形通道。

本发明涉及催化剂管、包含至少一个所述催化剂管的多管式反应器(如蒸汽重整器)和用于进行催化工艺(如蒸汽重整)的方法。

在多管式反应器中进行催化工艺是已知的。众所周知的实例为蒸汽重整的催化工艺。

蒸汽重整是一种催化工艺，其中在基于金属的催化剂(通常为镍)存在下，碳氢化合物原料(原料气)被转化成一氧化碳和氢气的混合物(被称为工艺气体)。转化反应是强烈吸热的，并且需要在高温(通常为至少700℃)下进行。

可以在工业炉或火焰加热器的多管式反应器中进行工艺气体的催化转化。例如，在蒸汽重整器中进行蒸汽重整。火焰加热器或工业炉(如蒸汽重整器)基本上具有两个主要的段：炉(辐射段)和热回收系统(对流段)。辐射段包含具有燃烧器的炉腔，所述燃烧器可以被放置在炉腔的顶板(顶部燃烧炉)、底板(底部燃烧炉)和/或侧表面(侧面燃烧炉)上。然后燃烧器通过燃料的燃烧产生必要的热量。辐射段还包含多个管，其中装载催化剂，以使得能够向催化剂供应足够的热量用于吸热催化反应发生。其中发生转化反应的辐射段中的管被称为催化剂管。通常将多个催化剂管插入至辐射段中。对流段含有许多用于回收热量的热交换器。离开辐射段的热烟道气通过这些热交换器，这些热交换器通常被用于原料的预热、水加热和蒸汽产生。

装载催化剂的管的出口是其中工艺气体达到其在整个催化转化过程中的最高温度(通常超过880℃，高达950-980℃)的区域。因此，离开催化剂管的催化剂段的工艺气体可被认为是有价值的高能量热源。

传统上，在蒸汽重整器中，离开催化剂管的工艺气体经由集管和输送管线被输送至锅炉，其中工艺气体从超过880℃(通常为880-950℃)冷却至低于350℃的温度，从而产生高质量的蒸汽。然后可以将该蒸汽用作用于蒸汽重整反应的工艺蒸汽、用于周围生产单元的输出蒸汽，或者甚至电力生产。然而，以这种方式生产蒸汽的缺点在于其并非是从高温工艺气体回收热量的最节能的方式。

离开催化剂管的工艺气体还可以被用作用于重整反应的热源。这一过程也可被称为再生催化转化，因为它使用工艺气体在离开催化区时含有的部分高值热量来提供部分的反应热量。在再生催化转化中，热交换发生在离开催化剂管的催化区的热工艺气体和在催化区的上游部分中正在被转化的工艺气体之间。该策略可以被有利地用于减少外部热供应(通过火箱中的燃料和废气的燃烧)、增加火箱功效和降低重整器出口处和对流段中的热回收所需要的热交换设备的成本。重整中的再生催化转化工艺的实例为例如从WO 2011/088982已知的工艺。在这种情况下，工艺被称为再生重整。

可以针对催化剂管入口和出口在炉腔中所定向的方式区分两种通用型的蒸汽重整器。

在第一种类型(类型1)的蒸汽重整器中，催化剂管的工艺气体入口和工艺气体出口均位于炉的相同侧。将每个催化剂管插入至炉腔中，使得它仅延伸通过一个炉壁。气体将通过一个炉腔壁进入炉腔，流过炉腔，然后回到相同的炉壁，并且再次离开炉腔。通常，催化剂管被设计成使得工艺气体以U形路径流过炉腔的。这种类型的蒸汽重整器的实例是例如EP 2 223 739A1中所给出的蒸汽重整器。

在第二种类型(类型2)的蒸汽重整器中，催化剂管入口位于炉腔的一端，而催化剂管出口位于炉腔的另一相对端。在类型2的重整器中，将催化剂管以它们延伸通过两个相对的炉壁的此类方式插入至炉腔中。通常，催化剂管被设计为直的细长管，使得气体以相对直的路径从一端至另一端流过炉腔。这种类型的蒸汽重整器的实例是例如WO 2014/040815中给出的蒸汽重整器。