專利名稱：加熱爐和蒸汽重整方法
技術領域：
本發明涉及蒸汽重整器加熱爐和涉及進行烴原料的蒸汽重整以生產重整氣體混合物，即氫氣和氧化碳的混合物的方法。特別地，本發明涉及含有垂直重整器管的蒸汽重整器加熱爐和涉及使用這樣加熱爐的蒸汽重整方法。
2.發明背景蒸汽重整是公知的反應。在此反應中，在蒸汽重整催化劑固定床存在下，在高溫下烴原料，如天然氣與蒸汽反應。涉及的反應是(1)；(2)；和(3)。
這些反應的第一個已知為重整反應，第二個已知為轉移反應，和第三個已知為碳反應。
重整反應是強烈吸熱的和典型地在至少約750℃的溫度下和在約100psia(約698.48kPa)-約600psia(約4136.86kPa)壓力下進行。合適的催化劑包括，例如，負載的鎳催化劑。通常將催化劑裝填入垂直安裝在重整器加熱爐中的重整器管。這樣的重整器管是外部火焰加熱的。
粒狀蒸汽重整催化劑的膨脹系數比它裝載入其中的金屬重整器管低。因此，當加熱爐加熱重整器管到蒸汽重整溫度時，催化劑在垂直重整器管中跌落，這是由于在加熱時，重整器管的壁比催化劑粒子膨脹更多。然后，當以后降低溫度時，重整器管的壁當它們冷卻時收縮和好象由勒緊胸衣捕集催化劑粒子和因此使催化劑粒子經受破碎力。
由于蒸汽重整反應涉及例如，約750℃高溫的使用，管壁膨脹的數量顯著。此外，由于催化劑粒子包含在公稱直徑小于約6英寸(約15.24cm)的窄垂直管中，可以產生非常高的破碎力。這傾向于導致催化劑粒子的磨損或導致對重整器管壁的損害。由于垂直重整器管非常長和在蒸汽重整器操作期間在它們的長度上經歷相當的膨脹，催化劑粒子可由重整器管內落下非常顯著的數量，但當它冷卻時由于被冷卻重整器管緊密壓縮，不能在重整器管內部再升起，這是惡化破碎傾向的因素。
重復的加熱和冷卻循環導致填料床所需特性的劣化，在于將原始裝載體積的蒸汽重整催化劑粒子壓縮到更高的密度，因此增加壓降。此外已經發現通過催化劑床的增加壓降可以尤其由如下原因引起來自催化劑的不正確裝料或由于在開動和停機時的溫度循環，來自催化劑和重整器管之間不同膨脹和收縮的重整催化劑粒子的破裂。催化劑粒子的破裂得到更小粒徑的裂碎物，而由于侵蝕的粒子更緊密地裝填在一起，粒子角的侵蝕得到更低的空隙率。對于進一步的討論，可以參考催化劑手冊”，第2版，Martyn V.Twigg(Wolfe Publishing LTD.，1989)，在125頁。此增加的壓降一般增加蒸汽重整工藝中與氣體壓縮相關的成本。由于蒸汽重整器加熱爐包括許多提供并聯固定床的重整器管，這可導致增加的不均勻分布，因此引起不同管中的不同轉化率和選擇性。這依次可導致進一步的問題如碳沉積、熱點的形成(導致可能的管故障和/或導致催化劑的燒結)、和導致催化劑失活的不同速率的發展，該發展可進一步惡化狀況。當蒸汽重整催化劑的活性部分為淺表面層的形式時，由于在此情況下可以損失相當的催化劑活性或催化劑活性可變得不均勻分布，由層裂和磨損的催化劑表面材料的損失是特別嚴重的。
到目前為止，從破碎力的碎屑會在更密集的床中積累和也增加壓降。在蒸汽重整器中的不同重整器管之間存在不同壓降的增加可能性，導致反應物或反應產物的不均勻分布。此外，難以預測任何單個重整器管中床層的頂部位置。
發生的另一個問題在于，不包含蒸汽重整催化劑的蒸汽重整管中的任何部分易于過熱，具有管故障的因此損害，這是由于在重整器管該部分中沒有催化的吸熱反應以吸收輻射熱和因此冷卻重整器管的該部分。這使得重要的是在蒸汽重整器加熱爐操作期間盡可能接近地確定催化劑床的位置，以最小化通過局部過熱的管故障的危險。由于在其中火焰溫度可能最高的點，重整器管中催化劑的任何跌落傾向于導致重整器管上端未由吸熱蒸汽重整加熱爐冷卻，對于頂部火焰加熱的蒸汽重整器管這特別是問題。
因此，在本領域需要提供一種蒸汽重整器設計，當將催化劑經受加熱到高溫隨后再次冷卻的溫度循環時，該設計克服與蒸汽重整催化劑破碎相關的問題，和該設計允許通過催化劑床的低壓降，最小化壓降累積，和允許采用高確定程度固定床的位置，以最小化管故障的危險。
先前已經認識到此需要和在嘗試的現有技術中有各種例子以克服以上給出的問題。
已經在美國專利No.4,203,950(Sederquist)中認識到由于管式反應器，如蒸汽重整反應器中寬溫度循環，由徑向力的催化劑破碎。在此文獻中，提出應當在環隙中布置催化劑及至少一個壁是柔性的。
在美國專利No.5,718,881(Sederquist等人)中，蒸汽重整器含有分段的反應區與用于不同溫度區的單個支撐物，催化劑區段的體積與重整器中各個區的溫度成反比。
在美國專利No.3,818,667(Wagner)中提出柔性百葉窗式篩網以容納粒子移動的用途。在美國專利No.4,063,900(Mita等人)中，和在美國專利No.4,052,166(Mita等人)中，也在催化轉化器中提出百葉窗，該轉化器用于催化處理來自內燃機的廢氣。
在美國專利No.3,838,977(Warren)中提出在催化消聲器中使用彈簧或波紋管，以控制床膨脹和收縮以保持緊密的非流化或提升床。在美國專利No.5,098,453(Turner等人)中，描述了用于保持碳顆粒床的彈簧加載，該碳顆粒緊密裝填在燃料蒸氣貯存罐中。
在美國專利No.3,628,314(McCarthy等人)中，提出用于遵循床體積的降低但限制上穿孔保持板的向后移動的棘輪設備。美國專利No.4,489,549(Kasabian)中、在美國專利No.4,505,105(Mita等人)中、和在美國專利No.4,554,784(Weigand等人)中描述相似的設備。
在美國專利No.5,118,331(Garrett等人)中、在美國專利No.4,997,465(Stanford)中、在美國專利No.4,029,486(Frantz)中、和在美國專利No.4,336,042(Frantz等人)中，提出用于限制粒狀材料移動的催化劑床中氣動套管。
然而，這些現有技術建議是精細的和并不令人滿意地解決粒狀催化劑破碎的問題，該問題可能由重整器管的重復溫度循環引起。
在運輸之前和/或在裝載入蒸汽重整器的重整器管之前，通常將用于烴蒸汽重整的催化劑通過篩網以除去粉塵和破裂的片。蒸汽重整催化劑粉塵和破裂片的這樣脫除是所需的，以最小化由催化劑床引起的經過重整器管的壓降。此篩分步驟在財政和時間兩方面構成昂貴的程序。一旦裝載了催化劑粒子，催化劑粒子通常不能再排列和裝填密度僅傾向于增加。
可以通過許多方法達到催化劑進入垂直蒸汽重整器管的裝載，以降低由自由下落裝載引起的破裂和損害。例如，可以使用“短襪式”裝載，其中將催化劑放入通常由織物組成的長“短襪狀物”中，該短襪狀物在一端由可脫除封閉物或帶子折迭或封閉，當短襪狀物就位時，可以拉動該封閉物或帶子以釋放催化劑。另一種方法在管中采用降低下落速度的絲線設備或絲線。一種選擇是在管子內部采用一個或多個絲線螺旋形物，使得催化劑粒子以跳躍的方式達到管子下面和并不在管子的全部高度上經受自由下落。當填充管子時，故向上抽出絲線，非必要地具有垂直波動。例如，在美國專利No.4,077,530(Fukusen等人)中提出了這樣的設備。
進一步的可能性是使用沿它的長度含有一系列刷狀組件或其它減震組件的管線和當將催化劑粒子加入管子中時向上抽出管線，如在美國專利說明書No.5,247,970(Ryntveit等人)中所述那樣。
每種裝載方法產生具有不同堆密度的固定床。密度差異可以是相當顯著的。
在一些應用中，需要最大化裝載的催化劑數量，而不管通過固定床的增加壓降，在該情況下可以使用進入液體的裝載和/或可以振動管子。
美國專利說明書No.5,892,108(Shiotani等人)提出填充催化劑用于如下物質氣相催化氧化的方法丙烯、異丁烯、叔丁醇或甲基叔丁基醚與分子氧，以合成不飽和醛和不飽和羧酸，其中金屬拉西環用作輔助填充材料。
在美國專利說明書No.5,877,331(Mummey等人)中，描述了凈化氣體用于從馬來酸酐生產的催化反應器除去細粒的用途，該反應器包含催化劑主體。在此過程中，在足以流化催化劑細粒但不足以流化催化劑主體的線性流動速度下，將凈化氣體，如空氣通過催化劑床。在第15欄16-18行，有如下描述“為在反應器進一步操作期間防止催化劑床的流化或膨脹，和特別是為防止固定催化劑床中催化劑主體彼此倚靠或倚靠管壁磨損，在反應器的每個管子中，在催化劑塔的頂部上放置包括基本與催化劑更密集的材料的離散主體的限制床”。
也教導的是此向下流除去不所需的細粒子，該細粒子如果留在密集裝填的容器中，可引起床的堵塞。
在美國專利No.4,051,019(Johnson)中，教導了在選擇以最大化容器中粒狀物質表觀堆密度的速度下，通過引入對細分粒狀物質向下流逆流的流體介質，將細分粒狀物質裝載入容器中用于增加裝填密度目的方法。教導的是此方法也提供除去不所需細粒子的方法，該細粒子如果留在密集裝填的容器中，可引起床的堵塞。
在上述參考書籍中由Twigg在569頁描述了采用空氣或電驅動振器振動管子和/或采用皮革面的錘子打擊，后一種方法用于進一步壓縮那些管子中的催化劑，在多管應用中顯示低壓降，以在每個管子中達到相等的壓降。
在美國專利No.3,990,858(O’Sullivan等人)中描述了上流式管式蒸汽重整器。在此建議中，通過提供加重的錐形中空組件而防止催化劑管中粒狀材料的流化，該中空組件位于粒狀材料床的頂部。此錐形中空組件具有伸長的槽，因此從床離開的流體流入中空組件的內部，通過槽和流入管出口。
蒸汽重整器傳統上是特別大的設備。然而，更為近來已經開發蒸汽重整器的更致密化設計。例子包括美國專利說明書Nos.4,098,587(Krar等人)、4,098,588(Buswell等人)、和4,098,589(Buswell等人)，以及國際專利公開No.WO99/02254(BP Exploration Operating CompanyLimited等)和美國專利說明書No.5,567,398(Ruhl等人)。此最后提及的說明書推薦使用長薄火焰以加熱重整器管，以避免重整器管的過度加熱和提供高重整器管壽命預期。
平板重整器設計描述于美國專利說明書No.4,430,304(Spurrier等人)。
在美國專利說明書No.5,776,421(Matsumara等人)中，教導了重整反應器，該反應器包括重整腔，其中布置多個氣體流動信道與包含重整催化劑的重整塊，在相鄰氣體流動信道中的重整塊位置沿氣體流動信道不同，使得在流動方向中交錯相鄰的重整部分。
美國專利說明書No.4,292,274(Faitani等人)涉及用于催化反應加熱爐的燃燒器布置。
需要以簡單和可靠的方式避免由粒狀蒸汽重整催化劑破碎或磨損引起的問題，在蒸汽重整器加熱爐的重整器管，特別是具有小直徑管的那些，如用于緊密重整器設計的那些中，將該催化劑經受在高溫和低溫之間的循環。也進一步需要提供采用蒸汽重整催化劑裝填蒸汽重整器加熱爐的重整器管的改進方法。仍然進一步需要提供采用蒸汽重整催化劑裝填蒸汽重整器加熱爐的重整器管的新穎方法，其中基本避免在裝載過程期間產生催化劑細粒的危險，因此避免由于小粒狀材料的不所需數量，非故意地增加經過重整器管的壓降。另外需要提供新穎的管式蒸汽重整器，其中基本避免由于催化劑磨損的壓降中不希望增加的危險。仍然進一步需要提供管式蒸汽重整器的設計，其中在催化劑的整個操作壽命內，經過每個管子中催化劑裝料的壓降基本與經過其它重整器管的每一個的壓降相同。
3.發明概述本發明因此探索以提供新穎蒸汽重整方法，其中最小化由于重整器管溫度循環的催化劑粒子破碎的危險。
本發明進一步探索以提供改進的蒸汽重整方法，其中在蒸汽重整器管的維修期間，將催化劑在它的有用壽命期間經受在至少約750℃的高蒸汽重整溫度和環境溫度下的操作之間的環形溫度變化，而不將催化劑粒子經受過度的機械應力。
此外，本發明探索以提供蒸汽重整方法，在重整器管中，在高溫下，在最小化對催化劑破碎力施加的條件下特別是在管子的冷卻期間，進行該方法，和該方法促進由催化劑粒子磨損形成的催化劑粒子碎片的脫除，以避免壓降的任何顯著增加。
此外本發明探索以提供采用蒸汽重整催化劑裝填蒸汽重整器加熱爐的管子的新和改進方法。
本發明的仍然另一個目的是提供操作催化蒸汽重整器的方法，該重整器的管子由蒸汽重整催化劑粒子裝填，其中精確已知每個管子中催化劑床頂部的位置，而不管高蒸汽重整溫度的使用，該重整溫度引起重整器管在縱向和徑向兩個方面膨脹。
本發明的目的也是提供蒸汽重整器加熱爐的改進設計，其中基本避免管故障的危險。
仍然再次，本發明的進一步目的是提供改進形式的蒸汽重整器加熱爐，其中在加熱爐操作期間，在所有時間精確已知相對于火焰的催化劑床頂部位置，通過該火焰加熱重整器管。
也探索以提供蒸汽重整器管，其中基本避免由于如下原因的催化劑損害的危險在重整器管中催化劑的溫度循環期間經受破碎力。
本發明另外探索以提供改進的管式蒸汽重整器，其中基本避免由于催化劑磨損的壓降的不希望增加的危險。
此外，本發明探索以提供緊密管式蒸汽重整器的設計，其中在整個催化劑操作壽命中，經過每個管子中催化劑裝料的壓降與經過其它重整器管每一個中的壓降基本相同。
根據本發明的一個方面，提供一種蒸汽重整方法，其中在蒸汽重整催化劑存在下，通過在蒸汽重整條件下與蒸汽的反應，將烴原料進行蒸汽重整，以生產包括氧化碳和氫氣的重整氣體混合物，該方法包括如下步驟(a)提供蒸汽重整加熱爐，該加熱爐包含多個基本垂直的重整器管，每個重整器管含有在它的下端與反應混合物進料歧管連通的進料入口，在它的上端與重整氣體出口總管連通的出口，和位于它的上端和下端中間和包含粒狀蒸汽重整催化劑裝料的催化劑容納區，該蒸汽重整催化劑不足以完全填充催化劑容納區；(b)提供安裝在催化劑容納區上端的上保持器機構，上保持器機構可滲透氣體但適于保持催化劑容納區中粒狀蒸汽重整催化劑的粒子，和在粒狀蒸汽重整催化劑裝料以下在催化劑容納區中移動安裝的跟隨器機構，當在超過臨界速率的速率下氣體通過催化劑容納區的向上流動時，該跟隨器機構用于從催化劑容納區下端向上移動；(c)在足以達到如下情況的速率下，向反應混合物進料歧管提供包括烴原料和蒸汽的反應物混合物引起反應物混合物在一定速率下通過每個重整器管向上流動，該速率足以引起每個重整器管中的粒狀蒸汽重整催化劑上升到其上端和倚靠各自重整器管中的上保持器機構的下側形成粒狀蒸汽重整催化劑的緩沖墊，和該速率超過臨界速率以引起各自重整器管中的跟隨器機構向上移動直到它倚靠各自重整器管中的粒狀蒸汽重整催化劑緩沖墊的下側鄰接；(d)通過蒸汽重整器加熱爐外部加熱多個重整器管的每一個，以保持多個重整器管每一個中的蒸汽重整條件和通過與蒸汽的反應轉化烴原料，以形成包括氧化碳和氫氣的重整氣體混合物；和(e)從重整氣體出口總管回收獲得的重整氣體混合物。
烴原料可以是適于進行蒸汽重整的任何液體或氣體烴原料，例如，石油餾分或天然氣。將它優選預處理以除去雜質如含硫雜質。
優選至少一部分容納區具有基本均勻的水平橫截面。更優選在整個它的高度至少主要部分中，和甚至更優選在整個基本上所有它的高度中，催化劑容納區具有基本均勻的水平橫截面。
當彈性流體的向上流速大于臨界流速時，跟隨器機構)適于在催化劑容納區中向上升起直到它倚靠粒狀蒸汽重整催化劑的緩沖墊鄰接。因此至少的是其中跟隨器機構移動的催化劑容納區應當所需地具有均勻的水平橫截面。例如它可包括基本圓形橫截面的管子。
在優選的實施方案中，伸長容納區包括長度直徑比為約50∶1-約1000∶1，更優選約100∶1-約750∶1的管子。正常地這樣管子的內徑為約6英寸(約15.2cm)或更小，優選約2英寸(約5.08cm)或更小，如內徑為約1英寸(2.54cm)-約2英寸(約5.08cm)的管子。
在許多情況下，可以設計容納區使得在操作中跟隨器機構通過其在催化劑容納區上升起的距離至多僅為幾英寸，例如約1英寸(2.54cm)-至多約10英寸(25.40cm)，優選約2英寸(約5.08cm)-至多約5英寸(12.70cm)，如約3英寸(7.62cm)。
盡管通常優選在整個它的高度中催化劑容納區具有基本均勻的橫截面，或者對于其中在操作中跟隨器移動的催化劑容納區下部分可具有比催化劑容納區上部分更小的橫截面面積。因此催化劑容納區可包括相對小直徑的下管狀部分，下管狀部分連接到更大直徑的管底部。在此情況下，盡管要求將其中在操作中跟隨器機構移動的催化劑容納區更窄下部分機器加工到到相對接近的容差，并不必須這樣仔細地控制催化劑容納區上部分的橫向尺寸。這樣布置中的進一步優點在于在跟隨器和催化劑容納區下部分壁之間的間隙可大于如下情況如果布置跟隨器機構以在更大的管子中滑動。再次此因素降低催化劑容納區該部分內部的仔細機器加工的需要，其中跟隨器機構移動。
優選每個重整器管子至少一部分的內徑為約6英寸(約15.2cm)或更小，優選約2英寸(約5.08cm)或更小，例如約1英寸(約2.54cm)-約2英寸(約5.08cm)。
上保持器機構可滲透流體但適于保持催化劑容納區中粒狀蒸汽重整催化劑的未損害粒子。它可包括基本平行條、棒和絲線的篩分、或絲網或其它穿孔形式的保持器，如由許多小孔形成的板。
優選在每個重整器管中布置跟隨器機構以阻斷各自容納區向上的氣體通過，但允許通過催化劑容納區內表面和跟隨器機構之間的間隙的氣體向上流動，間隙提供小于粒狀蒸汽重整催化劑非碎裂粒子的最小尺寸的間隙。因此跟隨器機構可包括用于確定間隙的密閉下端部分和具有氣體通過機構的上部分。合適形式的氣體通過機構可包括多個彼此間隔的基本同心環，在相鄰環之間的間隙小于粒狀蒸汽重整催化劑非碎裂粒子的最小尺寸。或者氣體通過機構可包括多孔檔板元件，該元件的開孔小于粒狀蒸汽重整催化劑非碎裂粒子的最小尺寸。
因此所需地設計跟隨器機構使得存在間隙，通過和/或圍繞它用于氣體或反應物混合物通過其間的向上流動。另外所需地設計容納區的下端使得，當沒有氣體或反應物混合物通過容納區的向上流動時，當這樣的流動開始但保持在臨界速率以下時，仍然存在間隙用于氣體或反應物混合物通過或圍繞跟隨器機構向上流動。因此跟隨器機構典型地包括活塞部分，該活塞部分松散安裝在催化劑容納區中使得氣體或反應物混合物可向上通過圍繞活塞部分的環形間隙。此活塞部分可位于或朝向跟隨器機構的下端，位于或朝向跟隨器的下端，或在跟隨器機構上端和下端中間。當氣體或反應物混合物的任何向上流動不足以引起粒狀蒸汽重整催化劑在容納區向上升高，以倚靠上保持器機構的下側形成緩沖墊時，跟隨器機構的一個功能是支撐粒狀蒸汽重整催化劑的裝料。如果活塞部分不位于或接近跟隨器機構的上端，則活塞部分可進行此功能；如果不是這樣，則跟隨器機構優選在或朝向它的上端包括支撐機構，當流體的任何向上流動不足以引起粒狀蒸汽重整催化劑在容納區向上升高，以倚靠上保持器機構的下側形成粒狀蒸汽重整催化劑的緩沖墊時，該支撐機構用于支撐粒狀蒸汽重整催化劑的裝料，例如一系列彼此間隔的同心環，使得在相鄰一對環之間的間隙不足以允許粒狀蒸汽重整催化劑預定尺寸的粒子通過其間。這樣的間隙也有助于經過容納區橫截面更均勻地分布上流氣體或反應物混合物的流動。
當沒有氣體或反應物混合物的向上流動時或當氣體或反應物混合物的任何向上流動不足以引起粒狀蒸汽重整催化劑在容納區向上升高，以倚靠上保持器機構的下側形成粒狀蒸汽重整催化劑的緩沖墊時，不使用同心環，或者可以使用網布置以提供粒狀蒸汽重整催化劑裝料的支撐。
應當進一步設計跟隨器機構使得，不管在活塞部分周圍的環形間隙，跟隨器機構不能從垂直位置足夠傾斜以倚靠催化劑容納區的壁而阻塞。在一種設計中，這通過如下方式達到提供具有一系列從垂直軸呈放射狀的基本垂直板，例如以Y扇區布置的三個垂直板的活塞部分，垂直地布置板及它們的平面圍繞基本垂直的軸彼此為大約120°的角度。如需要，事實上可以使用多于三個板，例如在x扇區中在圍繞基本垂直的軸彼此為大約90°垂直布置的四個板。
或者，活塞部分可具有含一個或多個星形輪組件，例如在彼此大約120°角度下的三個放射狀棒組件的中心垂直棒，該星形輪組件由從中心垂直棒呈放射狀的三個或多個條或棒形成，和布置該活塞部分以當它在催化劑容納區中移動時，防止跟隨器機構傾斜顯著的數量和因此倚靠催化劑容納區的壁阻塞。以此方式，跟隨器機構可允許氣體或反應物混合物在所有時間在它周圍在向上或向下方向自由通過，同時保證，當氣體或反應物混合物的向上流動速率增加到超過臨界速率的速率時，跟隨器機構平穩地從它在容納區底端的位置升起和然后在容納區中向上移動，直到它倚靠粒狀蒸汽重整催化劑緩沖墊的下側鄰接。
當氣體或反應物混合物在低流速下通過容納區向上流動時，跟隨器機構保持在催化劑容納區的下端及在它上面支撐的粒狀蒸汽重整催化劑為床的形式。當向上流速增加時，粒狀蒸汽重整催化劑的粒子在床的上端流化。在向上流速的仍然進一步增加時，流化的床比例增加直到在催化劑容納區升起和倚靠上保持器機構的下側形成粒子緩沖墊。當向上流速足以提起基本上所有的粒子時，在粒子緩沖墊下側上的一些粒子傾向于落下和然后再次被帶起。在超過臨界流速的向上流速下，跟隨器機構升起和倚靠粒子緩沖墊下側鄰接，因此將粒子緩沖墊保持位置和防止粒子從粒子緩沖墊落下，同時跟隨器機構倚靠粒子緩沖墊的下側保持位置。
典型地粒狀蒸汽重整催化劑的粒子具有至少一個小于約10mm的尺寸。粒狀蒸汽重整催化劑的粒子的形狀可基本為球形和具有，例如，約2mm-約10mm，如約6mm的直徑。然而，或者可以使用催化劑的其它形狀，但應當避免可容易形成橋接的形狀的使用。因此可以使用的其它形狀包括環、鞍、粒料、圓筒形擠出物、三葉形物、四葉形物等。
在蒸汽重整器加熱爐的開動之前，可以依次通過它的各自催化劑容納區的頂部，倚靠氣體，如空氣的輕微上流物流，在一定速率下將粒狀蒸汽重整催化劑裝載入每個重整器管，該速率小于要求完全提升任何已經加入的粒狀蒸汽重整催化劑的速率，但使得粒狀蒸汽重整催化劑的粒子當它裝載時，并不在重力下自由下落。以此方式可以顯著降低或基本消除在裝載期間對催化劑粒子的損害。
然而可以使用任何其它的裝載方法，如“短襪式”裝載。可以使用的其它技術包括絲線設備的使用、美國專利說明書No.5,247,970(Ryntveit等人)中所述設備的使用等。
在粒狀蒸汽重整催化劑的初始裝載和非必要在上保持器機構中安裝就位之后，可以采用向上流或向下流模式測量經過容納區的壓降，因此，在向粒狀蒸汽重整催化劑施加氣體或反應物混合物的向上流物流及上保持器機構就位之后，可以檢查容納區中粒狀催化劑的沉降體積和/或經過容納區的壓降，如果容納區中粒狀催化劑的沉降體積并不相應于預定數值和/或如果經過容納區的壓降不在所需范圍內，則將催化劑加入到容納區或從容納區除去。因此在優選的過程中，在粒狀蒸汽重整催化劑的初始裝載之后，在測量步驟中測量經過容納區的壓降。則如果測量的壓降不符合預定的數值，則可以將粒狀蒸汽重整催化劑加入到容納區或從容納區除去。或者，或另外，可以在測量步驟中測量容納區中粒狀蒸汽重整催化劑的沉降體積，其后如果容納區中粒狀蒸汽重整催化劑的沉降體積不符合預定的數值，可以將粒狀蒸汽重整催化劑加入到容納區或從容納區除去。在任一情況下，在粒狀蒸汽重整催化劑的初始裝載之后但在測量步驟之前，在超過臨界速率的速率下可引起彈性流體通過催化劑容納區向上流動，以倚靠上保持器的下側形成粒狀蒸汽重整催化劑的緩沖墊和以引起跟隨器機構上升催化劑容納區直到它倚靠粒狀蒸汽重整催化劑緩沖墊的下側而鄰接，其后降低或中斷氣體的向上流動以允許粒狀蒸汽重整催化劑沉降床的形成。
根據一個優選的過程，對于每個重整器管，在向其中粒狀蒸汽重整催化劑的初始裝載之后，測量在超過臨界速率的向上氣體速率下，穿過該重整器管中粒子蒸汽重整催化劑的獲得緩沖墊的壓降。在此過程中，在壓降測量期間應當封閉所有的其它管子。如需要，如果壓降太低，可以加入進一步的蒸汽重整催化劑，或如果壓降太高，可以除去一些蒸汽重整催化劑。以此方式，可以保證每個單獨立管子的壓降與新裝載反應器中每個其它管的壓降基本相同。
以及或代替測量由各自重整器管中粒狀催化劑引起的壓降，可以檢查重整器管中粒狀蒸汽重整催化劑的沉降體積。如需要，如果重整器管中粒狀蒸汽重整催化劑的沉降體積小于，或大于預定數值，則可以將將更多的粒狀蒸汽重整催化劑加入到重整器管，或從重整器管除去。
蒸汽重整催化劑可以是任何合適的類型，例如在氧化鈣-氧化鋁上的鎳催化劑。
典型的蒸汽重整條件包括如下溫度和壓力的使用約750℃-約1050℃的溫度和約100psia(約698.48kPa)-約600psia(約4136.86kPa)的壓力。
優選火焰加熱蒸汽重整器加熱爐使得燃燒器位于加熱爐腔的頂中，該加熱爐腔具有從其向下突出的火焰，優選擴散焰和從加熱爐腔的底部分回收熱燃燒產物氣體物流。
本發明進一步提供一種蒸汽重整加熱爐，該加熱爐用于在蒸汽重整催化劑存在下，通過在蒸汽重整條件下與蒸汽的反應，烴原料的蒸汽重整，以生產包括氧化碳和氫氣的重整氣體混合物，該加熱爐包括(a)加熱爐腔；(b)在加熱爐腔中的多個基本垂直的重整器管，每個重整器管含有在它的下端與反應混合物進料歧管連通的進料入口，在它的上端與重整氣體出口總管連通的出口，和位于它的上端和下端中間和包含粒狀蒸汽重整催化劑裝料的催化劑容納區，該蒸汽重整催化劑不足以完全填充催化劑容納區；(c)在加熱爐腔中的燃燒器機構，該燃燒器機構用于外部加熱多個重整器管以在多個重整器管每一個中保持重整條件和通過與蒸汽的反應，將烴原料轉化成包括氧化碳和氫氣的重整氣體混合物；(d)安裝在多個重整器管每一個的催化劑容納區上端的上保持器機構，上保持器機構可滲透氣體但適于保持催化劑容納區中粒狀蒸汽重整催化劑的粒子；(e)在粒狀蒸汽重整催化劑裝料以下在催化劑容納區中移動安裝的跟隨器機構，當在超過臨界速率的速率下氣體通過催化劑容納區的向上流動時，該跟隨器機構用于從催化劑容納區下端向上移動；(f)在足以達到如下情況的速率下，向反應混合物進料歧管提供包括烴原料和蒸汽的反應物混合物的機構引起反應物混合物在一定速率下通過每個重整器管向上流動，該速率足以引起每個重整器管中的粒狀蒸汽重整催化劑上升到其上端和倚靠各自重整器管中的上保持器機構的下側形成粒狀蒸汽重整催化劑的緩沖墊，和該速率超過臨界速率以引起各自重整器管中的跟隨器機構向上移動直到它倚靠各自重整器管中的粒狀蒸汽重整催化劑緩沖墊的下側鄰接；和(g)用于從重整氣體出口總管回收獲得的重整氣體混合物的機構。
優選在包括重整器管排的陣列中布置重整器管。同樣通常優選燃燒器機構包括多個燃燒器，該燃燒器也可以布置在重整器管陣列中的陣列中，和甚至更優選有與重整器管大約相同數目的燃燒器。正常地由于加熱陣列外側重整器管的每個燃燒器可，例如，必須僅加熱兩個管子，而加熱陣列中心部分中重整器管的燃燒器可必須加熱多達四個重整器管，沿陣列邊緣加熱重整器管的燃燒器小于加熱在重整器管陣列中心部分中重整器管的燃燒器。
通過規定燃燒器機構的向下加熱，將熱燃燒氣體從重整器管的支撐件離開導引，因此重整器管不曝露于這樣的高溫，如在采用向上導引火焰的加熱爐底部加熱情況下經歷的那樣。
在根據本發明蒸汽重整器加熱爐的優選形式中，從頂部支撐重整器管，使得在維修時間期間，當關閉加熱爐時，可以從入口岐管斷開重整器管下端的盤管，該盤管用作重整器管的入口，它安裝在加熱爐底部，和所有的重整器管可以作為管束除去。
4.附圖簡述
圖1是通過蒸汽重整器加熱爐的半圖示垂直截面，根據本發明的教導構造該加熱爐；
圖2是圖1蒸汽重整器加熱爐的垂直重整器管的半圖示側視圖，顯示其中的催化劑跟隨器及沒有向上的氣體流；圖3是圖2垂直重整器管的側視圖，該重整器管具有速率超過臨界氣體流速的向上氣體流；圖4是在放大規模上圖2和3催化劑跟隨器的側視圖；圖5是圖3催化劑跟隨器的頂視平面圖；圖6是從另外催化劑跟隨器上部的透視圖；和圖7是從圖6催化劑跟隨器下部的透視圖。
5.優選實施方案的詳細描述參考附圖的圖1，蒸汽重整器加熱爐F包括含有隔熱襯里的殼S。人上支撐件U在殼S中懸掛蒸汽重整器管T的束，管子T的軸垂直延伸。(為清楚起見，盡管實際上可以是幾百或更多這樣管子的陣列，在圖1中僅顯示兩個蒸汽重整器管T)。
在加熱爐F的上端，安裝多個燃料管G，在燃料管的下端是相應的燃燒器B。有大約重整器管T那樣多的燃料管G。燃料管G從燃料供應管線N進料。將燃燒空氣從空氣吸入I提供到燃燒器B和在換熱部分H中，由離開重整器管T上端的熱重整氣體加熱，通過換熱部分空氣在由擋板A形成的彎曲通道中流動。也在換熱部分H中由熱重整氣體單獨預熱燃燒器B的燃料。來自燃燒器B的擴散焰通過殼S的主體向下延伸和加熱蒸汽重整器管T的外表面，因此提供需要支持重整器管T中吸熱蒸汽重整反應的熱量。燃燒產物通過在其底端的廢氣出口O離開加熱爐殼S和向前通過用于熱回收和最終排到環境。重整氣體離開重整器管T的上端和通過總管R收集。
對于當板F設計的進一步信息，可以參考國際專利公開No.WO99/02254(BP Exploration Operating Company Limited等)，該文獻的整個公開內容在此引入作為參考。此外，對于關于燃燒器B設計的進一步信息，可以參考美國專利說明書No.5,567,398(Ruhl等人)，該美國專利說明書的整個公開內容也在此引入作為參考。
在每個重整器管T的頂端，有帽件P，從帽件懸掛棒D，棒支撐上穿孔催化劑保持器3，以下更詳細描述該保持器。
為了維修的目的，盤管P可以從管子T的底端斷開，于是可以將管子T的集束從加熱爐F向上取出。
在開動時，可以將燃燒器B通過燃料供應管線N采用天然氣供應和通過可縮回點火器(未示出)點火。當安全地點燃所有的燃燒器時，可以將供應到燃燒器B的燃料切換到富含氫的氣體，如來自甲醇合成的廢氣。因此，在點燃燃燒器B的一種方法中，可以通過如下方式戰火燃火焰初始向燃燒器B以能夠提供可點燃混合物的數量提供烴氣體，如天然氣，和空氣，在一個燃燒器B使用對其相鄰布置的點火器(未示出)點燃火焰，允許火焰從該燃燒器B向加熱爐F的其它燃燒器B傳播，和然后，在已經點燃所有的燃燒器B之后，在如約5-約60秒的時間內改變燃料的組成，以由富含氫的氣體代替烴氣體直到在每個燃燒器B建立起至少主要地氫火焰。這樣的富含氫的氣體可以是，例如，甲醇裝置凈化氣體。
管子T每個包含負載鎳蒸汽重整催化劑C的裝料和向其中加入蒸汽和烴，如天然氣的預熱混合物，將該混合物通過管線L提供到進料歧管M，該歧管通過盤管P連接到管子T的下端。來自燃燒器B的廢氣向盤管P和進料歧管M提供熱量。
如以下進一步解釋的那樣，在重整氣體生產期間在它的操作條件下說明圖1的左手管T；另一方面，在催化劑的初始裝載之后或在加熱爐F操作活動結束時，在它的條件下說明右手管T，沒有氣體或反應物混合物的向上流動。
在下游設備(未說明)中，可以將在總管R中收集的重整氣體適當地精制，調節組成以提供所需組成的重整氣體，和以常規方式轉化成所需產物，如甲醇或氨。
在圖2中顯示圖1和2加熱爐的一個蒸汽重整器管T。管子T用于進行蒸汽重整工藝。此工藝采用向上流模式操作。
管子T在橫截面為圓形和內徑為約2英寸(約5.08cm)和具有內環形壁架2，或具有可移動支撐件，該支撐件含有中心垂直小孔，和具有上穿孔保持器3。它可以由任何合適的材料制成，該合適材料是在要使用的反應條件下基本惰性的。例如，它可以是不銹鋼或由任何合適合金組成的管。
盡管蒸汽重整器管T為了方便通常含有圓形橫截面，如需要，可以使用其它橫截面，如橢圓形、六角形、或正方形橫截面的管子。
重整器管T的長度是重整器管T的直徑或其它橫向尺寸的倍數(它可以是整數倍數，如100×，或分數倍數，如37.954×)。盡管圖2中說明的重整器管T相對較短，由本領域技術人員理解的是重整器管T可以為任何方便的長度。例如，如需要，重整器管T可以為約6英尺(約182.88cm)長或更大，如至多約30英尺(約914.40cm)或45英尺(約1371.60cm)或更大。
當沒有氣體或蒸氣的向上物流時，如由圖1和圖2中右手重整器管T說明的那樣，壁架2支撐催化劑跟隨器4，在催化劑跟隨器的頂部上放置粒狀蒸汽重整催化劑C的裝料5。粒狀蒸汽重整催化劑C的裝料5的沉降體積，這是密集裝填的或松散裝填的，小于在催化劑跟隨器4頂部和上穿孔保持器3之間的可利用體積。
蒸汽重整催化劑粒子可以為任何所需的尺寸或形狀，但典型地基本為球形。典型地蒸汽重整催化劑粒子不具有小于約3mm的尺寸。它們可以是基本球形的粒子，該球形粒子的直徑例如為約6mm。然而，粒子可具有任何其它所需的形狀，例如，圓筒體(非必要地具有一個或多個其中形成的通路)、圓筒形擠出物、或三葉形或四葉形擠出物，只要粒子的形狀不有益于橋接的形成。蒸汽重整催化劑粒子足夠大以不通過在催化劑跟隨器4和反應器管1內壁之間的任何環形間隙，也不通過上穿孔保持器3。
希望上穿孔保持器3防止在上穿孔保持器3以上，未損害的催化劑粒子的向上通過。然而，它允許磨損催化劑的粉塵或小碎裂物向上通過其間。它可由如下物質組成或包括如下物質適當網尺寸的線網或網狀物。
催化劑跟隨器4從合適的材料，如不銹鋼制成，和包括軸向和對稱焊接到一起的三個板6，以形成Y扇區中心部分，及板6圍繞垂直軸彼此設定在120°。板6的徑向外邊緣從重整器管T的內壁接近間隔和有助于保持催化劑跟隨器4在向上的位置和在它的重整器管向上和向下移動中導引它，如以下進一步所述。
如可以從圖3和4，和更清楚地從圖5看出的那樣，每個板6的上部分7具有分段式輪廓和將環孔8，9，10，和11焊接到此分段式輪廓上。在環孔8，9，10，和11之間的間隙小于催化劑粒子的平均最小尺寸和選擇環的側向尺寸，使得催化劑粒子不能通過催化劑跟隨器下落但保持在其上側上。靠近催化劑跟隨器4的下端，將板6焊接到盤12上，在盤12以下也焊接下板13。
在盤12周圍有環形間隙14以允許氣體或蒸氣的向上通過。此外，在催化劑跟隨器4的頂端有中心小孔15，如可以從圖5中看出的那樣。然而，當氣體或蒸氣在超過臨界流速的流速下以上通過重整器管T時，盤12用作松散活塞和故催化劑跟隨器4在反應器管1中升高。選擇催化劑跟隨器4的重量，和選擇催化劑跟隨器的尺寸和形狀，使得由于向上流氣體或蒸氣的向上升起力在這樣的流速下引起催化劑跟隨器4浮起管T，因此掃除在它之前的任何非流化粒狀材料和倚靠固定的上穿孔保持器3壓縮粒狀蒸汽重整催化劑粒子C的緩沖墊。
看出催化劑跟隨器4包括由板13構成的下間隔部分，當沒有氣體的向上流時和當催化劑跟隨器4支撐在壁架2上時，該下間隔部分用于保持由盤12形成的活塞部分離開在管T中安裝的壁架2。這導致氣體或蒸氣能夠，在所有的時間，自由地以向上流通過此活塞部分。盤12允許催化劑跟隨器4在向上流操作中的平穩升起。選擇催化劑跟隨器4的重量使得，在所需的操作向上流氣體速率下，由經過盤12和重整器管T內壁之間的環形間隙14的壓力損失引起的浮升力大于催化劑跟隨器4總質量的重力吸引力。
圖3說明當氣體或蒸氣在超過臨界流速的流速下在重整器管T中向上流動時的重整器管T，此臨界流速是最小向上流速，在其下可以由流動氣體或蒸氣引起催化劑跟隨器4向上移動。(圖1的左手管T也說明此狀態)。催化劑粒子升高以形成倚靠下穿孔保持器3下側鄰接的催化劑粒子C的緩沖墊。此外，催化劑跟隨器4也升高和自身倚靠催化劑粒子C的緩沖墊下側壓擠。
通過改變從板6徑向外側切割出的部分的尺寸，可以改變催化劑跟隨器4的重量。因此可以改變臨界流速，即在給定管T中氣體或蒸氣的向上流速，在該流速下催化劑跟隨器4會從壁架2升高。
如需要，同心環8，9，10，和11可以由絲網或格柵布置代替。
催化劑跟隨器24的另外形式說明于圖6和7。此跟隨器是從合適的合金鑄塑的。此跟隨器包括底部盤25，在底部盤以下是三個間隔組件26，該間隔組件彼此設定在120°和當沒有通過反應器管1的氣體向上流時，用于在壁架2上支撐催化劑跟隨器24。在間隔組件26之間的間隙和在底部盤25周圍的環形間隙用于允許氣體在低氣體速度下在催化劑跟隨器4周圍向上流動和當氣體流速超過臨界速率時，允許催化劑跟隨器24從壁架2升起。在盤25以上是棒部分27，從棒部分的上端突出三個分段法蘭28，該分段法蘭在棒部分27的軸周圍由120°的角度彼此徑向間隔。固定到法蘭28上的是一系列環29，30，31和32，在相鄰環之間的間隔小于未損害粒子的最小尺寸。以此方式催化劑粒子在催化劑跟隨器24以下不能向下通過管子，而氣體或其它氣體可在小于和大于臨界值的流速下向上通過管子，在臨界值下催化劑跟隨器24會從壁架2針起。
不提供具有內壁架1的重整器管T，方便的是由許多小的向內突出物，例如，3或4個小突出物代替壁架2，在突出物之間的空間提供氣體通過底部盤25向上流動的信道。在此情況下，不要求板13或間隔組件26。或者，壁架2可以由可除去的支撐設備代替，該支撐設備由中心垂直小孔形成，如必須，以使重整器管T能夠向下倒空。
現在描述使用圖1-4設備的優選方法的操作。可以采用相似的方式使用圖5和6的設備。
為將催化劑粒子裝載入管T，可以使用任何合適的方法。例如，如果催化劑是足夠堅固的，可以除去上穿孔保持器3和然后仔細傾入催化劑C直到引入所需的數量。由于重整器管T具有相對小的橫截面，催化劑粒子傾向于與管的壁碰撞和因此并不永遠經受絕對自由下落。因此它們向下通過重整器管T導致它們在管T中向下時發出格格的響聲而不是經受自由下落。如果催化劑具有易碎的本質，則使用絲線、絲線盤管、或美國專利說明書No.5,247,970(Ryntveit等人)中設備的任何先前提及的方法可以使用。或者例如，可以使用“短襪狀物”技術。
在催化劑裝料的裝載之后，可以將催化劑的沉降體積測量和與設計值比較。如果該沉降體積大于或小于設計值，則適當地可以除去一些催化劑或可以裝載更多的催化劑。此外，在將所需的工藝，如蒸汽重整或部分氧化在線產生之前，通常需要安裝上穿孔保持器3和在超過臨界速率的速率下將氣體，如氮氣向上通過管子T，以引起催化劑和催化劑跟隨器4在管子中向上升起和立即在下穿孔保持器3以下形成催化劑粒子的緩沖墊。此向上流可以保持足夠的時間長度和在一定速率下以允許粒度足夠小以通過上穿孔保持器3的“細粒”粒子通過其間和由氣體掃除掉。可以通過降低氣體流直到催化劑跟隨器4和催化劑在管子中向下回落，和然后增加氣體流再次經過臨界速率，如需要多次地重復此過程。然后將在通過催化劑緩沖熱向上流中或通過催化劑沉降床的向下流中的，經過催化劑裝料的壓降測量和與設計值比較。如果沉降體積或壓降不是所需的，則適當地上穿孔保持器3可以除去以允許加入更多的催化劑或除去一些催化劑，和重復過程直到測量值指示管子1中的催化劑裝載認為是令人滿意的。
在低向上流速率下，氣體或蒸氣通過催化劑粒子C的沉降床流動。然而，當流速增加時，故至少一些催化劑粒子傾向于上升，在催化劑粒子C的下靜態床以上初始形成部分流化床。當流速增加時，越來越多的催化劑粒子C流化和向上經過重整器管T以倚靠上穿孔保持器3的下側形成催化劑粒子的緩沖墊。在此過程期間，任何粉塵或尺寸過小的粒子傾向于通過上穿孔保持器3。在流速的進一步增加時，基本上所有的催化劑粒子C從催化劑跟隨器4頂部上升入催化劑粒子C的緩沖墊，及相對小數目的粒子就在催化劑粒子C緩沖墊以下運動，這些移動的粒子在重力下從緩沖墊落下和然后再次由向上流氣體或蒸氣向上帶回。最后，當流速仍然進一步增加時，催化劑跟隨器4向上移動直到它倚靠催化劑粒子的緩沖墊鄰接，如圖2所示，因此防止催化劑粒子的任何進一步移動和因此其可能的磨損。
在此過程期間，向上流的氣體可以是惰性氣體如氮氣或空氣。可以在稍微超過大氣壓的壓力下完成蒸汽重整催化劑緩墊的形成。然而，然后優選增加管T中的壓力到進行蒸汽重整的合適壓力，例如，約100psia-約600psia(約698.48kPa-約4136.86kPa)的壓力。然后可以使用第一天然氣將燃燒器B點燃以開始點火和然后，當點燃所有的燃燒器B時，切換供應到富含氫的燃料。當管T達到適當的溫度，如500℃或更大和優選至少約750℃直到約1050℃，將惰性氣體進料切換到蒸汽和烴原料，如天然氣的混合物，以被蒸汽重整。
在被加熱到高操作溫度的過程中，重整器管T會徑向和縱向膨脹和具有更低膨脹系數的催化劑移動以填充增加的空間。然而，催化劑粒子緩沖墊的頂部位置在所有的時間下固定，而緩沖墊的底部會少量向上移動。催化劑緩沖墊頂部，即操作中催化劑床頂部位置的此固定，在多管式反應器中具有極大的優點，其中相對于催化劑需要精確定位熱量的引入。因此，本發明具有基本避免如下問題的增加益處在催化劑填充管之中或之外通過溫度控制缺乏的管子故障問題。因此，由于催化劑床的上表面位置由上穿孔催化劑保持器3的位置固定和精確已知相對于燃燒器B的位置，基本沒有如下的危險由于鄰近管子T內表面的催化劑缺乏，由于不冷卻管子T內表面的吸熱蒸汽重整反應，不包含催化劑的鄰近燃燒器B的一部分重整器管T過熱。
在操作活動結束時，可以將燃燒器熄滅同時當管子T和加熱爐F冷卻時，保持蒸汽和天然氣通過反應器管T的流動。然后可以降低氮氣或空氣的流速，因此允許催化劑跟隨器4或24和催化劑粒子C以受控方式落下，直到催化劑跟隨器4或24再次位于壁架2上(或位于可除去支撐設備上，如果壁架2由可移動支撐設備代替，如上所述，以使得重整器管T能夠向下排空)和催化劑粒子輕微返回到圖2說明的條件，具有對催化劑的最小損害。
在以向上流模式再開啟時，已經部分再混合催化劑。催化劑粒子會在所有管子T中采用低裝填密度的組分，同時細粒和碎屑會由氣體向上流除去。因此在整個催化劑壽命中，經過每個管T的壓降會保持基本恒定。
在向上流模式中操作活動結束時的冷卻操作期間，可以增加氣體流一倍或多倍以倚靠上穿孔保持器3下側產生催化劑粒子的緩沖墊，其后可以再次降低氣體流以防止在重整器管T的冷卻期間，催化劑粒子任何“橋接物”的形成，通過當它冷卻時收縮重整器管T的壁，該橋接物另外可導致施加到催化劑粒子上的破碎力的危險。
也可以通過如下方式中斷操作活動降低對燃燒器B的燃料供慶速率以允許重整器管T冷卻一些，和然后降低蒸汽和天然氣的流動以允許催化劑粒子C和催化劑跟隨器4在每個管7中下落。然后可以將節蒸汽和天然氣流返回到引起再形成催化劑粒子C緩沖墊和催化劑跟隨器4在每個管子7中再升起的數值。在再形成催化劑粒子緩沖墊的過程中，任何粉塵或催化劑碎裂物傾向于通過上穿孔保持器3，因此除去經過催化劑緩沖墊壓降的不所需增加的潛在原因。其后可以再次增加對燃燒器B的燃料供應，以繼續操作活動。
由于需要采用催化劑以精確相同的方式裝填每個蒸汽重整器管T，使得經過每個催化劑管的壓降基本相同于重整器加熱爐每個其它管T的相應壓降，管子T可以依次由上述的通用方法裝載。在此情況下，可以使用氣體，如氮氣或空氣的向上流以降低粒狀催化劑材料的下落速度。可以通過堵塞所有其它管子T的上端和施加空氣到通常的下部空間，或在臨時斷開它的相應盤管P之后，依次通過施加空氣到每個管子T的底部，將此空氣流僅施加到裝載的管子T。由于然后可在裝載管上進行其它操作，同時裝載其它管，后一個選項是優選的。
由于燃燒器B向上火焰加熱的使用，加熱爐可具有許多益處。由于在殼S中將火焰向下導引，燃燒氣體并不在上支撐件U上撞擊，，與向上火焰加熱加熱爐設計的管子的相應上支撐件相比，上支撐件U保持相對較冷。相似地在燃燒器B以上的所有結構保持在遠小于最大火焰溫度的溫度下。這意味著管子T集束的整個重量可以由上支撐件U支承和不需要重整器管T上端的單獨支撐件。此依次意味著重整器管7每一個可獨立于其它重整器管T在長度方向膨脹和收縮。如果需要除去管子T的集束用于維修的目的，則在盤管P從重整器管T底部的斷開之后，可以將整個管子T的集束，與燃燒器B，換熱部分H和總管R一起可以單獨或一起提升出殼S。
由于氣體在管子T中的流動向上，相對松散地裝填催化劑粒子C的緩沖墊，使得可以有利地保持經過每個管子T中床催化劑裝料的低壓降。另外任何催化劑的“細粒”粒子傾向于由向上流的氣體，通過上保持器3從催化劑粒子C的緩沖墊帶走。因此這些催化劑的“細粒”粒子不保留在催化劑裝料中以引起經過單個重整器管T中催化劑裝料的不所需壓降。由于經過每個重整器管的壓降保持基本恒定或在催化劑裝料整個壽命中變化相對較小。因此在任何時間，經過每個重整器管T的壓降可以基本保持與經過每個其它重整器管T的壓降相同。
向下導引火焰的使用的另一個益處在于相對大的換熱部分H，其中燃燒器B的燃料和為些的燃燒空氣由熱重整氣體加熱和它的水平橫截面尺寸可超過加熱爐殼S的尺寸，位于重整器T以上和故可以容易地從加熱爐殼S的頂部提升。
通過如下實施例進一步說明本發明。
實施例1垂直裝配2米長及內徑為38.1mm的玻璃管1，及圖1-4說明的類型的跟隨器4初始位于它的底部端。此跟隨器4含有直徑36mm的盤12。將1.84kg鎳催化劑(公稱直徑6mm的氧化鈣-氧化鋁載體催化劑球上的12％鎳)的裝料仔細落入管子中。在裝載之后，在管子1中所需的高度安裝上穿孔保持器3。此保持器由Johnson楔-絲線篩網組成，該篩網包括2mm間隙的1.5mm絲線。不完全填充管子1以允許在測試期間催化劑的更低堆密度。在至少足以升高催化劑和催化劑跟隨器4的速率下，將壓縮空氣通過壓力調節器和流量轉子流量計(未示出)引入到管子1的底部，使得立即在保持器3以下在管子1的頂部形成催化劑球5的聯合緩沖墊。在引入空氣之前測量催化劑床5的高度。然后降低空氣流以允許催化劑跟隨器4向下移回到管子1的底部和也允許催化劑球向下移回到管子1的底部。重復此過程許多次，從該數據確定以kg/m3計的以下平均表觀堆密度。發現密度是非常可重復的，在360次測試中具有如下的小變化，在360次測試期間，在10、20和120次測試之后將催化劑除去和替換
實施例2在10、20、120和360次測試之后檢查用于實施例1的催化劑重量和在360次測試中該重量顯示0.38％重量損失。在單獨的測試中，在相同的設備中，比較用于實施例1的新鮮和磨損催化劑粒子的流動阻力。在49.14Nm3/h的空氣流量下，新鮮催化劑粒子顯示1.21×105Pa/m的壓降，而在48.96Nm3/h的空氣流量下，磨損的催化劑粒子，在360次測試之后顯示1.22×105Pa/m的流動阻力。
實施例3使用2.06kg購自Dycat，類型54/98的公稱直徑6mm的在α-氧化鋁催化劑球上的鎳，按照實施例1的程序。此催化劑載體材料比用于實施例1和2的遠為易碎，僅具有用于實施例1和2的催化劑破碎強度的約25％。在10、60、150、300和390次測試之后檢查催化劑的重量和在390次測試中該重量顯示7.0％的總重量損失。在測試期間，由此重量損失表示的催化劑碎裂物可見地由氣體流從床層作為粉塵除去。在每組測試中損失的數量描述如下，表達為每次提升和下落循環損失的平均重量％0.085、0.042、0.026、0.010、0.009。
實施例4在單獨的測試中，在與用于實施例1-3的相同設備中，在390次測試之后，比較新鮮催化劑粒子和磨損催化劑粒子的流動阻力。在49.67Nm3/h的空氣流量下，新鮮催化劑粒子顯示1.15×105Pa/m的壓力損失，而在49.77Nm3/h的空氣流量下，磨損的催化劑粒子，在360次測試之后顯示1.32×105Pa/m的壓力損失。壓力損失的增加可主要是由于磨損粒子的降低空隙率(測量為0.462新鮮和0.449磨損的)和降低尺寸(與2％的新鮮催化劑粒子相比，它預測為等于直徑的降低)。此實施例展示的是，由于工藝基本除去來自粒子磨損的細粒，工藝允許操作中的壓降以低至實際上可希望的那樣。
權利要求
1.一種蒸汽重整方法，其中在蒸汽重整催化劑存在下，通過在蒸汽重整條件下與蒸汽的反應，將烴原料進行蒸汽重整，以生產包括氧化碳和氫氣的重整氣體混合物，該方法包括如下步驟(a)提供蒸汽重整加熱爐(F)，該加熱爐包含多個基本垂直的重整器管(T)，每個重整器管(T)含有在它的下端與反應混合物進料歧管(M)連通的進料入口(P)，在它的上端與重整氣體出口總管(R)連通的出口，和位于它的上端和下端中間和包含粒狀蒸汽重整催化劑(C)裝料的催化劑容納區，該蒸汽重整催化劑不足以完全填充催化劑容納區；(b)提供安裝在催化劑容納區上端的上保持器機構(3)，上保持器機構(3)可滲透氣體但適于保持催化劑容納區中粒狀蒸汽重整催化劑(C)的粒子，和提供在粒狀蒸汽重整催化劑(C)裝料以下在催化劑容納區中移動安裝的跟隨器機構(4；24)，當在超過臨界速率的速率下氣體通過催化劑容納區的向上流動時，該跟隨器機構(4；24)用于從催化劑容納區下端向上移動；(c)在足以達到如下情況的速率下，向反應混合物進料歧管(M)提供包括烴原料和蒸汽的反應物混合物即，引起反應物混合物在一定速率下通過每個重整器管(T)向上流動，該一定速率足以引起每個重整器管(T)中的粒狀蒸汽重整催化劑(C)向著其上端上升和倚靠各自重整器管(T)中的上保持器機構(3)的下側形成粒狀蒸汽重整催化劑(C)的緩沖墊，和該一定速率超過臨界速率以引起各自重整器管(T)中的跟隨器機構(4；24)向上移動直到它倚靠各自重整器管(T)中的粒狀蒸汽重整催化劑(C)緩沖墊的下側鄰接；(d)通過蒸汽重整加熱爐(F)外部加熱多個重整器管(T)的每一個，以保持多個重整器管(T)每一個中的蒸汽重整條件和通過與蒸汽的反應轉化烴原料，以形成包括氧化碳和氫氣的重整氣體混合物；和(e)從重整氣體出口總管(R)回收獲得的重整氣體混合物。
2.根據權利要求1的方法，其中每個重整器管(T)至少一部分的內徑為約6英寸(約15.2cm)或更小。
3.根據權利要求1或權利要求2的方法，其中每個重整器管(T)至少一部分的內徑為約2英寸(約5.08cm)或更小。
4.根據權利要求1-3任意一項的方法，其中每個重整器管(T)至少一部分的內徑為約1英寸(約2.54cm)-約2英寸(約5.08cm)。
5.根據權利要求1-4任意一項的方法，其中在每個重整器管(T)中布置跟隨器機構(4；24)以阻斷各自催化劑容納區向上的氣體通過，但允許通過在催化劑容納區內表面和跟隨器機構(4；24)之間間隙(14)的向上氣體流動，間隙(14)提供小于粒狀蒸汽重整催化劑(C)非碎裂粒子的最小尺寸的間隙。
6.根據權利要求5的方法，其中跟隨器機構(4；24)包括用于確定間隙(14)的密閉下端部分和具有氣體通過機構(8，9，10，11；27，28，29，30)的上部分。
7.根據權利要求6的方法，其中氣體通過機構包括多個彼此間隔的基本同心環(8，9，10，11；27，28，29，30)，在相鄰環(8，9，10，11；27，28，29，30)之間的間隙小于粒狀蒸汽重整催化劑(C)非碎裂粒子的最小尺寸。
8.根據權利要求1-7任意一項的方法，其中粒狀蒸汽重整催化劑(C)的粒子具有至少一個小于約10mm的尺寸。
9.根據權利要求1-8任意一項的方法，其中粒狀蒸汽重整催化劑(C)粒子的形狀基本為球形。
10.根據權利要求1-9任意一項的方法，其中在蒸汽重整器加熱爐(F)的開動之前，將粒狀蒸汽重整催化劑(C)在一定速率下倚靠氣體的向上流物流，通過它的各自催化劑容納區的頂部裝載入每個重整器管(T)，該一定速率小于要求完全提升粒狀蒸汽重整催化劑(C)粒子的速率，但使得蒸汽重整催化劑(C)的粒子并不在重力下自由下落。
11.根據權利要求10的方法，其中在粒狀蒸汽重整催化劑(C)的裝料進入重整器管(T)的初始裝載之后，在一個測量步驟中測量經過該重整器管(T)中粒狀蒸汽重整催化劑(C)裝料的壓降。
12.根據權利要求11的方法，其中如果測量的壓降不符合預定的數值，將粒狀蒸汽重整催化劑(C)加入到重整器管(T)或從重整器管(T)除去。
13.根據權利要求10-12任意一項的方法，其中在粒狀蒸汽重整催化劑(C)的裝料進入重整器管(T)的初始裝載之后，在一個測量步驟中測量重整器管(T)中粒狀蒸汽重整催化劑(C)的沉降體積。
14.根據權利要求13的方法，其中如果重整器管(T)中粒狀蒸汽重整催化劑(C)的沉降體積不符合預定的數值，將粒狀蒸汽重整催化劑(C)加入到重整器管(T)或從重整器管(T)除去。
15.根據權利要求11-14任意一項的方法，其中在粒狀蒸汽重整催化劑(C)裝料的初始裝載之后但在測量步驟之前，引起氣體通過重整器管(T)向上流動，以倚靠上保持器機構(3)的下側形成粒狀蒸汽重整催化劑(C)的緩沖墊和以引起跟隨器機構(4；24)向上移動，直到它倚靠粒狀蒸汽重整催化劑(C)緩沖墊的下側而鄰接，和其后降低或中斷氣體的向上流動以允許粒狀蒸汽重整催化劑沉降床的形成。
16.根據權利要求1-15任一項的方法，其中蒸汽重整條件包括如下溫度和壓力的使用約750℃-約900℃的溫度和約100psia(約698.48kPa)-約600psia(約4136.86kPa)的壓力。
17.根據權利要求1-16任意一項的方法，其中在步驟(d)中，通過從燃料器(B)向下導引的火焰外部加熱管子(T)。
18.根據權利要求17的方法，其中通過與熱重整氣體的換熱預熱提供到燃燒器(B)的燃料和為此的燃燒空氣。
19.根據權利要求17或18的方法，其中通過與來自向下導引的火焰的熱燃燒氣體的換熱，加熱從反應混合物進料歧管(M)提供到重整器管(T)的反應物混合物。
20.一種蒸汽重整加熱爐(F)，該加熱爐用于在蒸汽重整催化劑(C)存在下，通過在蒸汽重整條件下與蒸汽的反應，進行烴原料的蒸汽重整，以生產包括氧化碳和氫氣的重整氣體混合物，該加熱爐包括(a)加熱爐腔(S)；(b)在加熱爐腔(S)中的多個基本垂直的重整器管(T)，每個重整器管(T)含有在它的下端與反應混合物進料歧管(M)連通的進料入口(P)，在它的上端與重整氣體出口總管(R)連通的出口，和位于它的上端和下端中間并包含粒狀蒸汽重整催化劑(C)裝料的催化劑容納區，該蒸汽重整催化劑不足以完全填充催化劑容納區；(c)在加熱爐腔(S)中的燃燒器機構(B)，該燃燒器機構用于外部加熱多個重整器管(T)以在多個重整器管(T)每一個中保持重整條件和通過與蒸汽的反應，將烴原料轉化成包括氧化碳和氫氣的重整氣體混合物；(d)安裝在多個重整器管(T)每一個的催化劑容納區上端的上保持器機構(3)，上保持器機構(3)可滲透氣體但適于保持催化劑容納區中粒狀蒸汽重整催化劑(C)的粒子；(e)在粒狀蒸汽重整催化劑(C)裝料以下在催化劑容納區中移動安裝的跟隨器機構(4；24)，當在超過臨界速率的速率下氣體通過催化劑容納區的向上流動時，該跟隨器機構(4；24)用于從催化劑容納區下端向上移動；(f)在足以達到如下情況的速率下，向反應混合物進料歧管(M)提供包括烴原料和蒸汽的反應物混合物的機構即，引起反應物混合物在一定速率下通過每個重整器管(T)向上流動，該一定速率足以引起每個重整器管(T)中的粒狀蒸汽重整催化劑(C)向著其上端上升和倚靠各自重整器管(T)中的上保持器機構(3)的下側形成粒狀蒸汽重整催化劑(C)的緩沖墊，和該一定速率超過臨界速率以引起各自重整器管(T)中的跟隨器機構(4；24)向上移動直到它倚靠各自重整器管(T)中的粒狀蒸汽重整催化劑(C)緩沖墊的下側鄰接；和(g)用于從重整氣體出口總管(R)回收獲得的重整氣體混合物的機構(R)。
21.根據權利要求20的蒸汽重整器加熱爐，其中每個重整器管(T)至少一部分的內徑為約6英寸(約15.2cm)或更小。
22.根據權利要求20或權利要求21的蒸汽重整器加熱爐，其中每個重整器管(T)至少一部分的內徑為約2英寸(約5.08cm)或更小。
23.根據權利要求20-22任意一項的蒸汽重整器加熱爐，其中每個重整器管(T)至少一部分的內徑為約1英寸(約2.54cm)-約2英寸(約5.08cm)。
24.根據權利要求20-23任意一項的蒸汽重整器加熱爐，其中在每個重整器管(T)中布置跟隨器機構(4；24)以阻斷各自催化劑容納區向上的氣體通過，但允許通過在催化劑容納區內表面和跟隨器機構(4；24)之間間隙(14)的向上氣體流動，間隙(14)提供小于粒狀蒸汽重整催化劑(C)非碎裂粒子的最小尺寸的間隙。
25.根據權利要求24的蒸汽重整器加熱爐，其中跟隨器機構(4；24)包括用于確定間隙(14)的密閉下端部分和具有氣體通過機構(8，9，10，11；27，28，29，30)的上部分。
26.根據權利要求25的蒸汽重整器加熱爐，其中氣體通過機構包括多個彼此間隔的基本同心環(8，9，10，11；27，28，29，30)，在相鄰環(8，9，10，11；27，28，29，30)之間的間隙小于粒狀蒸汽重整催化劑(C)未損害粒子的最小尺寸。
27.根據權利要求20-26任意一項的蒸汽重整器加熱爐，其中粒狀蒸汽重整催化劑(C)的粒子具有至少一個小于約10mm的尺寸。
28.根據權利要求20-27任意一項的蒸汽重整器加熱爐，其中粒狀蒸汽重整催化劑(C)粒子的形狀基本為球形。
29.根據權利要求20-28任意一項的蒸汽重整器加熱爐，當氣體的向上流物流小于臨界速率時，進一步包括在催化劑容納區下端用于支撐跟隨器機構(4；24)的機構(2)。
30.根據權利要求20-29任意一項的蒸汽重整器加熱爐，其中相對于上保持器機構(3)，燃燒器機構(B)位于加熱爐(F)中的預定高度。
31.根據權利要求20-30任意一項的蒸汽重整器加熱爐，其中布置燃燒器機構(B)使之適于在加熱爐腔(S)中提供多個向下導引的火焰。
32.根據權利要求31的蒸汽重整器加熱爐，其中在重整器管(T)以上提供換熱器部分(H)用于通過與熱重整氣體的換熱，加熱燃燒器機構(B)的燃料和為此的燃燒空氣。
33.根據權利要求31或權利要求3的蒸汽重整器加熱爐，其中由來自向下導引的火焰的熱燃燒氣體加熱進料入口(P)，以進行來自反應物混合物歧管(M)的反應物混合物的加熱。
34.根據權利要求31-34任意一項的蒸汽重整器加熱爐，其中在用于維修目的的進料入口(P)斷開時，可以將管子(T)作為管束升高以從加熱爐腔(S)中除去。
全文摘要
蒸汽重整加熱爐(F)含有多個基本垂直的重整器管(T)。每個重整器管(T)含有在它下端的進料入口(P)，在它上端的出口，和位于它的上端和下端中間和包含粒狀蒸汽重整催化劑(C)裝料的催化劑容納區，該蒸汽重整催化劑不足以完全填充催化劑容納區。上保持器機構(3)安裝在催化劑容納區的上端和可滲透氣體但適于保持催化劑容納區中催化劑(C)的粒子。在裝料催化劑(C)裝料以下在催化劑容納區中移動安裝跟隨器機構(4；24)，當在超過臨界速率的速率下氣體通過催化劑容納區的向上流動時，該跟隨器機構(4；24)用于從容納區下端向上移動。包括烴原料和蒸汽的反應物混合物在一定速率下通過每個重整器管(T)向上流動，該速率足以引起每個重整器管(T)中的催化劑(C)上升和倚靠它的重整器管(T)中上保持器機構(3)的下側形成催化劑(C)的緩沖墊，和該速率超過臨界速率以引起重整器管(T)中的跟隨器機構(4；24)向上移動直到它倚靠它的重整器管(T)中催化劑(C)緩沖墊的下側鄰接。通過蒸汽重整器加熱爐(F)外部加熱重整器管(T)，以在多個重整器管(T)每一個中保持重整條件和通過與蒸汽的反應，轉化烴原料以形成包括氧化碳和氫氣的重整氣體混合物。
文檔編號B01J8/00GK1514803SQ02811427
公開日2004年7月21日 申請日期2002年6月5日 優先權日2001年6月6日
發明者彼得·星頓, 彼得 星頓, K 本斯, 羅杰·K·本斯, 希爾頓, 邁克爾·希爾頓, A 林思韋特, 馬克·A·林思韋特 申請人:戴維加工技術有限公司