使用用于引入固體粒子的輔助管將催化劑致密裝填到蒸汽重整反應器-交換器的嵌套管 ...的制作方法
【專利說明】使用用于引入固體粒子的輔助管將催化劑致密裝填到蒸汽 重整反應器-交換器的嵌套管中的氣動系統 發明領域
[0001] 本發明涉及裝填使用高度吸熱或高度放熱反應的管式反應器中所用的催化管的 領域。因此，本發明特別適用于天然氣或各種烴餾分的蒸汽重整反應器以生產被稱作合成 氣的〇)+!12混合物。
[0002] 可以區分兩大類蒸汽重整反應器： 由位于反應器內的一系列燃燒器供熱的反應器，和通過傳熱流體，通常燃燒煙氣供熱 的那些，所述燃燒在蒸汽重整反應器本身外進行。
[0003] 這種后一類型的某些反應器(下文中稱作交換器-反應器)使用簡單管。另一些使 用雙壁同心管，其也被稱作嵌套管（bayonet tubes)。嵌套管可以被定義為內管被與該內管 同軸的外管包圍，內管和外管之間的環形空間通常被催化劑填充。在下文中，術語"環形空 間"或"催化區"用于指示由嵌套管劃定的所述環形空間。
[0004] 在本發明中，經由該環形區以自頂向下的流向引入天然氣或更通常烴進料，并以 自底向上的流向將反應流出物收集在內管的中心部分中。
[0005] 用于制氫的天然氣的蒸汽重整反應是高度吸熱的并因此通常在爐中或在如上定 義的交換器-反應器中進行。
[0006] 該反應在通常900°C的極高溫度下和在通常20至30巴的壓力下進行。在這些條 件下，由于材料的機械性能，該反應如果在管內則只能在可行的經濟條件下進行。
[0007] 催化交換器-反應器因此由許多管構成，在每小時生產100000 Nm3氫氣的裝置中 通常為大約200至350個管，這一系列的管封裝在接收熱流體的殼體中，這意味著可以供應 蒸汽重整反應所需的熱。
[0008] 這種熱流體或傳熱流體通常由來自在交換器-反應器外進行的燃燒的煙氣構成。
[0009] 因此，催化劑必須以從一個管到另一個管規則的方式安裝在所有蒸汽重整管中， 以在管之間具有相同的壓降。
[0010] 這一條件對確保試劑在這一系列催化管中的良好分布和防止某一個管供給不足 (例如這會造成構成該管的材料的嚴重過熱，這種過熱顯著降低該管的使用壽命）是非常重 要的。
[0011] 類似地，重要的是在管內不存在空隙，即無催化劑或催化劑不足的區域，因為該管 在其內不存在催化反應的情況下會局部過熱。此外，催化劑在反應區中的分布的任何不均 勻都可能造成反應流體的流動失衡。
[0012] 因此，本發明的裝置的目標是在構成交換器-反應器的一部分的各嵌套管中實現 致密和均勻的裝填。
[0013] 現有技術調查 這一調查僅限于氣動型裝填裝置。
[0014] 申請人的專利FR 2 950 822描述了用3個裝填管裝填嵌套管的解決方案，存在機 械制動或氣動制動。這種裝填方法可用于實現嵌套管的致密均勻裝填。其是"逐粒"法并 經證實太慢且不適用于包含幾百個管的工業反應器規模。
[0015] 專利EP 1 374 985描述了具有用于對流引入空氣流(其阻止粒子下落）的可拆卸 管的裝填系統。這一系統適用于傳統的天然氣蒸汽重整管，但其無法適應嵌套管的特殊要 求。
[0016] 這些文獻無一適用于嵌套管一一裝填環形區。
[0017] 本發明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交換器-反 應器中所帶的嵌套管的環形區中的氣動裝置，該裝置用于在與工業規模啟動的要求相容的 時期內實現交換器-反應器的各管中的均勻裝填密度。
[0018] 此外，在某些情況下，本發明的裝置必須能夠適應由沿管變化的機械和熱應力造 成的外管6的內徑變化并因此適應環形區的尺寸變化。現有技術的裝置無一考慮這種補充 的限制。
[0019] 附圖簡述 圖1代表本發明的裝置并顯示可用于將固體粒子引入環形區4的分段剛性輔助管7以 及用于將其卷起的系統。
[0020] 發明簡述 本發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嵌套管構成的 蒸汽重整交換器-反應器中的氣動裝置，各嵌套管包含至少部分裝有催化劑的環形區。所 述催化劑由占據位于內管5與外管6之間的至少一部分環形空間4的固體粒子構成，這兩 個管的組裝件構成嵌套管，所述環形空間的寬度為30毫米至80毫米，且其高度為10至20 米。
[0021] 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 直徑的圓柱體形式。
[0022] 在其基礎版本中，本發明的裝置由如下構成： ?剛性輔助管7,其被分成多段，穿入環形區4內并與形成中的床的表面保持50毫米至 150毫米的距離，所述管與經由內管5引入的減速氣流反向地向環形區4供應固體粒子， ?所述剛性輔助管7能夠拆解成長度為50厘米至200厘米的片段，且催化劑粒子裝在： ?中央進料斗1中，其用于將粒子遞送到向輔助管7供料的傳送帶或振動輸送機2上， 所述供料經由 ?漏斗3,粒子經其流入輔助管7的內部。
[0023] 根據要裝填的固體粒子的流速，可以使用并行操作的兩個或三個相同的剛性管7。 在下文中，術語"剛性輔助管7"因此應被理解為是指一個或多個剛性輔助管7。
[0024] 可經由單一進料斗向這組并行操作的剛性管7供料。
[0025] 本發明還涉及使用上述裝置裝填催化劑的方法，所述方法可通過下述一系列步驟 描述： ?剛性輔助管7最初拆解成片段并在嵌套管外，進料斗1裝有固體； ?通過增加片段將剛性輔助管7經環形區4的上部逐漸引入環形區4直至其底端距離 管底部50厘米至100厘米； ?經由中心管5引入恒定氣流，進入環形空間并在輔助管內上升，氣體流速使其在輔助 管內生成8米/秒至14米/秒的速度； ?啟動傳送帶或振動輸送機2以提供150千克/小時至500千克/小時，優選250千克 /小時至500千克/小時的固體流速，所述固體流經由漏斗3引入輔助管4 ; ?固體顆粒在輔助管內減速并落到裝填環形區4的形成中的床的表面上； ?隨著和在裝填環形區4時，通過移除片段，在環形區4中上提剛性輔助管7以使與逐 漸形成的床的表面的距離保持恒定，所述距離始終為50厘米至150厘米； ?剛性輔助管7以0. 1米/分鐘至0. 4米/分鐘，優選0. 2米/分鐘至0. 4米/分鐘 的等于管裝填速度的速度取出； ?一旦所述嵌套管已裝滿且所述裝填系統已取出，移動所述裝填系統以裝填下一個管。
[0026] 當使用并行操作的一組剛性管7時，移動這組管7以供應另一組嵌套管。
[0027] 通常，用于進行本發明的方法的氣體是空氣或氮氣。
[0028] 發明詳述 本發明可以被定義為用于將催化劑致密裝填到嵌套管的環形空間4中的裝置，各嵌套 管具有10米至20米的高度、250毫米至150毫米的外管6的直徑和10至40毫米的內管5 的外徑。
[0029] 容納催化劑的環形空間4因此具有大約50毫米的特征寬度。在實踐中，根據情況， 環形空間4的特征寬度可以為30毫米至80毫米不等。
[0030] 此外，在一些情況下，外管6具有從上到下分段遞減的直徑，這意味著環形空間4 的特征寬度也從上到下遞減。
[0031] 本發明的裝置非常容易適應特征寬度的變化，同時在整組片段中保持其性能。
[0032] 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 式。
[0033] 將它們裝填到長度大于10米的管中面臨的主要問題之一是如果不采取任何預防 措施地讓它們簡單自由下落(這是用于產生致密裝填的現有技術的解決方案之一)，這些顆 粒有破碎的風險。