專利名稱：具有改進的煙道氣流的蒸汽重整方法
具有改進的煙道氣流的蒸汽重整方法本發明涉及一種通過烴進料的催化蒸汽重整來生產合成氣的方法和設備。烴蒸汽重整方法，通常稱為SMR( “蒸汽甲烷重整”)，利用重整反應由烴和蒸汽來 生產氫氣和一氧化碳。此反應由于其高吸熱性而需要輸入大量的熱量。為此，將烴和蒸汽 引入裝有催化劑的重整爐管內，所述管置于爐中。在管出口處得到的混合物主要由H2和CO 組成，通常稱為合成氣(synthesis gas)或合成氣(syngas)。該爐由一個或多個由耐火壁制成的燃燒室和置于這些壁上的燃燒器組成。以這種 方式排列燃燒器是為了將它們燃燒的熱量通過管壁傳遞給烴和蒸汽的混合物，通常是通過 將火焰的熱量輻射至燃燒室的耐火壁上來實現。本發明涉及其中燃燒器置于燃燒室的兩 個垂直壁上的爐，也稱為側壁的所述壁是相互面對面的壁。這種類型的爐從側面加熱(側 燒)，不同于其中燃燒器安裝在爐頂的爐(稱為頂燒爐)。在側燒爐中，在每個燃燒室中，重整爐管在位于與兩個載有燃燒器的垂直側壁之 間等距離的一個平面上排成一排。燃燒氣體，也稱為煙道氣，從爐頂部的燃燒位置排放出 (爐頂部或爐頂區域是指位于最高那排燃燒器以上的爐內區域)。在爐頭處，煙道氣排放管 的出口僅位于其中一個側壁上的爐頂端。在同一爐中可以有很多煙道氣排放管，不過這些 管總是置于同一垂直側壁上，在爐中處于同一高度，并且以均勻間隔分布。已經觀察到，在爐中相對于該排管不對稱地排列煙道氣排放管會導致位于所述管 的出口同一側的那一半爐(我們也可稱其為第一半爐)中的燃燒氣體的優先吸入；這種優 先吸入會導致燃燒氣體的流動不對稱，并導致爐的熱效率的損失。具體而言，由于熱氣體優先通向所述第一半爐(位于出口側)中的出口，因此這導 致在該排管的每一側的燃燒氣體的溫度范圍顯著不對稱。在第二半爐中，燃燒氣體發生了 壓降，這可歸因于它們為了到達出口而需要橫穿過該排重整爐管。由于該排管所表現出的 阻擋使燃燒氣體的流通顯著減慢，這些氣體在此第二半爐的頂端開始再循環。因此燃燒氣 體穿過爐頂區域時在第一半爐中的停留時間短于其在第二半爐中的停留時間。但是，具有較短停留時間的燃燒氣體通過輻射傳遞了較少能量至該排重整爐管 上，且以較高溫度排入出口管中。因此較高的煙道氣溫度所導致的熱能排放表現出難以實 現的合成氣生產潛力。本發明的一個目的是提出一種在側燒爐中的重整方法，使改善爐頂部熱傳遞以提 高其生產能力成為可能。根據本發明的解決方案，通過使爐頂部的氣體(或煙道氣)的流動較為對稱從而 實現這種改進。因而本發明涉及一種用于由烴進料來生產合成氣的方法，包括至少一個通過所述 烴進料的催化蒸汽重整來生成粗合成氣的步驟，重整所需的熱量通過燃燒產生，所述步驟 在重整爐中進行，該重整爐包括-至少一個燃燒室，其具有至少兩個面對面的垂直耐火壁1，2，-至少一排重整爐管3，其在兩個面對面的垂直耐火壁之間的中間位置垂直排成 一排，裝有重整催化劑，并且能從上到下循環包含烴進料和蒸汽的混合物，從而能在管的底部回收粗合成氣，-燃燒器4，其置于兩個面對面的垂直耐火壁1，2的每一個上，所述燃燒器被供應 燃料和氧化劑且能夠通過燃燒產生平行于壁表面的徑向火焰，-至少一個排放管出口，其用于排放由所述燃燒所產生的氣體，其僅位于其中一個 垂直壁1上的爐頂端，除了粗合成氣外，所述生成步驟還生產在燃燒過程中放出并流向至少一個燃燒氣 體出口管的燃燒氣體；該方法的特征在于，至少一個氣體排放管具有安裝在管和壁1之間 的連接處的出口的導流裝置，以阻止所述燃燒氣體流向所述出口，從而限制它們優先吸入 位于所述至少一個氣體排放管同一側的那一半爐中。因此對所形成的管/出口 /導流裝置組件進行設計和尺寸設定，從而使該排重整 爐管的每一側的燃燒氣體的流動盡可能地對稱。本發明使均衡該排重整爐管的每一側的溫度分布和確保較多熱能傳遞至重整爐 管成為可能。本發明還使提高爐的粗合成氣生產能力成為可能。根據本發明的一個優選的實施方案，導流裝置由一組板組成，其使氣體(煙道氣) 排放管的全部或部分的已有壁朝著該排管方向延伸。本發明可以合并入新的合成氣生產設備的設計中。 本發明也可以用于提高具有類似幾何結構的現有的蒸汽重整爐的性能。因而本發明涉及一種用以提高現有蒸汽重整爐的性能的方法，包括-至少一個燃燒室，其具有至少兩個面對面的垂直耐火壁1，2，-至少一排重整爐管3，其在兩個面對面的垂直耐火壁之間的中間位置垂直排成 一排，裝有重整催化劑，并且通常能從上到下循環包含烴進料和蒸汽的混合物，從而能在管 的底部回收粗合成氣，-燃燒器4，其置于兩個面對面的垂直耐火壁1，2的每一個上，所述燃燒器被供應 燃料和氧化劑且能夠通過燃燒產生平行于壁表面的徑向火焰，-至少一個排放管出口，其用于排放由所述燃燒所產生的氣體，僅位于其中一個垂 直壁1上的爐頂端，其特征在于，燃燒氣體排放管上安裝有導流裝置，該導流裝置使所述管朝著該排 重整爐管方向延伸入爐的燃燒室中。用于提高爐的性能的優選的導流裝置由一組板組成，其使燃燒氣體排放管的全部 或部分的壁朝著該排管方向延伸入爐中。本發明還涉及一種用于生產合成氣的設備，包括能夠實施上述方法的蒸汽重整 爐，所述重整爐包括至少一個燃燒室和至少一個對流室，所述燃燒室至少具有-兩個面對面的垂直耐火壁，-一排重整爐管，其在兩個面對面的垂直耐火壁之間的中間位置垂直排成一排，裝 有重整催化劑，并且通常能從上到下循環包含烴進料和蒸汽的混合物，從而能在管的底部 回收粗合成氣，-燃燒器，其置于兩個面對面的垂直耐火壁的每一個上，所述燃燒器被供應燃料和 氧化劑且能夠通過燃燒產生平行于壁表面的徑向火焰，
-至少一個出口，其可連接用于排放由所述燃燒所產生的氣體的排放管，其僅位于 其中一個垂直壁上的爐頂端，所述對流室至少包含所述燃燒氣體排放管，其特征在于，氣體排放管具有安裝在管和壁之間的連接處的出口的導流裝置，以 阻止所述燃燒氣體流向所述出口，從而限制它們優先吸入位于所述氣體排放管同一側的那 一半爐中。優選的導流裝置由上述的一組板組成。本發明的另一方面涉及一種烴蒸汽重整爐，其根據上述方法通過安裝導流裝置來 加以改進優選的導流裝置由一組板組成，其使燃燒氣體排放管的全部或部分的已有壁朝著 該排管方向延伸入爐中。現在結合
圖1至4和一個為了驗證本發明而進行的數值模擬實施例來描述本發明。-圖1舉例說明了傳統爐頂部，-圖2舉例說明了根據本發明的爐頂部，-圖3顯示了根據圖1所示的傳統爐頂部的溫度范圍，-圖4顯示了依照圖2所示的根據本發明的改進的爐頂部的溫度范圍。該模擬基于根據圖1或圖2所示的蒸汽重整爐，其包括60根通過108個燃燒器來 加熱的管。圖1給出了標準設計的側燒重整爐的示意圖，顯示出所述爐各組成部分的相應位 置，從而利于理解本發明。在此僅繪制出出爐頂部。圖中顯示出重整爐管3(實際上這應為 一排管)；管3位于兩個耐火壁1和2之間的中間位置。耐火壁1和2裝配有以行和列形 式排列的燃燒器4。燃燒氣體從爐頂部的燃燒室排放出。通向煙道氣排放管5的出口位于 側壁1上的爐頂端。它直接在側壁上開口。在同一爐中可以有幾個煙道氣排放管，不過出 口總是置于同一側壁上，在爐中處于同一高度，并且以均勻間隔分布。圖2給出了根據本發明的側燒重整爐的示意圖。此爐與圖1中的爐的區別在于， 煙道氣排放管5的出口安裝了一個使該排重整爐管3的每一側的氣流時稱的裝置；在這個 實施例中，所述裝置由一組板6組成，與圖1的實施例相比，增加這組板是為了使管朝著該 排重整爐管3的方向延伸入燃燒位置內。實施例給出了為了表征在根據圖1所示的標準設計的重整爐(實施例1，對比實施 例)中和根據本發明的改進的重整爐(實施例2，根據本發明的實旋例)中燃燒氣體的流動 和熱傳遞而進行的數值模擬的結果。兩個實施例都在相同的操作條件(燃料和空氣注入至燃燒器的的速率、甲烷和蒸 汽流經重整爐管的速率、熱損失等)下運行。依照本發明根據圖2所示的裝置，實施例2與 實施例1的區別僅在于，其增加了延伸煙道氣出口管的板。圖3顯示了通過計算得到的圖1的傳統爐頂部的溫度范圍；僅繪制出爐頂部。該 圖顯示出該排管每一側的燃燒氣體的溫度范圍顯著不對稱。所述不對稱說明熱氣體(為 1000°C數量級的溫度)優先通向第一半爐的燃燒氣體出口。在第二半爐中，該排管顯著減 慢了燃燒氣體的流通，還發現這些氣體在此半爐的頂端再循環。圖4顯示了通過計算得到的依照圖2所示的根據本發明改進的爐的溫度范圍。可 以觀測到相對于該排重整爐管的較為對稱的溫度分布。比較結果整理列于表1中，其給出了相對于傳統爐實施例的性能改進百分數。
表 1
實施例1· 無導錄置的·實施例 (幽實施例2: 帶有導絲置的實施例 麵極明)傳itJ·重整爐管的能量100101.8H2產量100101.6CO產量100102.8 由此可見，爐的熱效率提高了 1. 8%，且生成的氫氣和一氧化碳的流量分別提高了 1. 6%和2.8%。因此，該爐具有較高的總效率和提高的生產能力。
權利要求
1.一種用于由烴進料來生產合成氣的方法，包括至少一個通過所述烴進料的催化蒸汽 重整來生成粗合成氣的步驟，重整所需的熱量通過燃燒產生，所述步驟在重整爐中進行，所 述重整爐包括-至少一個燃燒室，其具有至少兩個面對面的垂直耐火壁(1，2)，-至少一排重整爐管(3)，其在兩個面對面的垂直耐火壁之間的中間位置垂直排成一 排，裝有重整催化劑，并且能從上到下循環包含烴進料和蒸汽的混合物，從而能在管的底部 回收粗合成氣，-燃燒器G)，其置于兩個面對面的垂直耐火壁(1, 的每一個上，所述燃燒器被供應 燃料和氧化劑且能夠通過燃燒產生平行于壁表面的徑向火焰，-至少一個排放管出口，其用于排放由所述燃燒所產生的氣體，其僅位于其中一個垂直 壁(1)上的爐頂端，除了粗合成氣外，所述生成步驟還生產在燃燒過程中放出并流向至少一個燃燒氣體排 放管出口的燃燒氣體，其特征在于，至少一個氣體排放管具有安裝在管和壁(1)之間的連接處的出口的導流 裝置，以阻止所述燃燒氣體流向所述出口，從而限制它們優先吸入位于所述氣體排放管出 口同一側的那一半爐中。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述導流裝置由一組板組成，其使燃燒氣體排放管 的全部或部分壁朝著該排管方向延伸入爐中。
3.一種用以提高現有蒸汽重整爐的性能的方法，包括-至少一個燃燒室，其具有至少兩個面對面的垂直耐火壁(1，2)，-至少一排重整爐管(3)，其在兩個面對面的垂直耐火壁之間的中間位置垂直排成一 排，裝有重整催化劑，并且通常能從上到下循環包含烴進料和蒸汽的混合物，從而能在管的 底部回收粗合成氣，-燃燒器G)，其置于兩個面對面的垂直耐火壁(1, 的每一個上，所述燃燒器被供應 燃料和氧化劑且能夠通過燃燒產生平行于壁表面的徑向火焰，-至少一個排放管出口，其用于排放由所述燃燒所產生的氣體，其僅位于其中一個垂直 壁(1)上的爐頂端，其特征在于，燃燒氣體排放管上安裝有導流裝置，其使所述管朝著該排重整爐管方向 延伸入爐的燃燒室中。
4.如權利要求3所述的方法，其中所述導流裝置由一組板組成，其使燃燒氣體排放管 的全部或部分的已有壁朝著該排管方向延伸入爐中。
5.一種用于生產合成氣的設備，包括能夠實施權利要求1的方法的蒸汽重整爐，所述 重整爐包括至少一個燃燒室和至少一個對流室，所述燃燒室至少具有-兩個面對面的垂直耐火壁(1，2)，-一排重整爐管(3)，其在兩個面對面的垂直耐火壁之間的中間位置垂直排成一排，裝 有重整催化劑，并且通常能從上到下循環包含烴進料和蒸汽的混合物，從而能在管的底部 回收粗合成氣，-燃燒器G)，其置于兩個面對面的垂直耐火壁(1，2)的每一個上，所述燃燒器被供應 燃料和氧化劑且能夠通過燃燒產生平行于壁表面的徑向火焰，-至少一個出口，其可連接用于排放由所述燃燒所產生的氣體的排放管，所述出口僅位 于其中一個垂直壁(1)上的爐頂端，所述對流室至少包含所述燃燒氣體排放管，其特征在于，氣體排放管具有安裝在管和壁(1)之間的連接處的出口的導流裝置，以 阻止所述燃燒氣體流向所述出口，從而限制它們優先吸入位于所述至少一個氣體排放管同 一側的那一半爐中。
6.如權利要求5所述的設備，其中所述導流裝置由一組板組成，其使燃燒氣體排放管 的全部或部分的已有壁朝著該排管方向延伸。
7.一種根據權利要求3的方法通過安裝導流裝置而改進的烴蒸汽重整爐。
8.如權利要求7所述的改進的重整爐，其中所述導流裝置由一組板組成，其使燃燒氣 體排放管的全部或部分的已有壁朝著該排管方向延伸入爐中。
全文摘要
本發明涉及一種在重整爐中進行的烴蒸汽重整方法，該重整爐包括至少一個燃燒室，其具有至少兩個相互面對面且由耐火材料制成的垂直壁(1，2)，包含至少一排重整爐管(3)，其在兩個面對面的垂直耐火壁之間的中間距離處垂直排列，具有燃燒器(4)，其置于兩個面對面的垂直耐火壁(1，2)的每一個上，所述燃燒器能產生平行于壁(1，2)表面的徑向火焰；以及至少一個燃燒氣體排放管，其僅位于其中一個側壁(1)上的爐頂端。根據本發明，氣體排放管安裝有與管和壁(1)之間的連接處的出口齊平的導流裝置，該導流裝置阻止燃燒氣體流向所述出口，從而限制位于氣體排放管出口側的那一半爐中的燃燒氣體的優先吸入。導流裝置優選由一組板組成，自排放管壁朝著該排管方向延伸入爐中。導流裝置可以一開始就安裝入爐中，或者以后安裝以提高傳統爐的效率。
文檔編號B01J8/06GK102083747SQ200980121019
公開日2011年6月1日 申請日期2009年6月4日 優先權日2008年6月5日
發明者G·穆然, M·阿梅爾 申請人:喬治洛德方法研究和開發液化空氣有限公司