[發明專利]用于重整的催化劑管

有效

• 申請號: 201780066413.1
• 申請日: 2017-10-25
• 公開（公告）號: CN109996760B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 安東尼奧·法雷斯;斯特凡·瓦爾斯普爾格
• 申請（專利權）人: 法國德西尼布
• 主分類號: C01B3/38
• 分類號: C01B3/38;B01J8/06
• 代理公司: 北京英賽嘉華知識產權代理有限責任公司 11204
• 代理人: 王達佐;洪欣

本發明涉及新的催化劑管設計，其使得將再生重整的概念應用于在爐腔的相對側具有催化劑管入口和出口的蒸汽重整器成為可能。催化劑管包含用于工藝氣體進入催化劑管的入口和用于工藝氣體離開催化劑管的出口，所述入口和出口位于催化劑管的相對端。催化劑管還包含含有催化劑的第一環形通道、用于工藝氣體逆流或并流流動至流過第一環形通道的工藝氣體的第二環形通道。

本發明涉及催化劑管、包含至少一個所述催化劑管的多管式反應器(如蒸汽重整器)和用于進行催化工藝(如蒸汽重整)的方法。

在多管式反應器中進行催化工藝是已知的。眾所周知的實例為蒸汽重整的催化工藝。

蒸汽重整是一種催化工藝，其中在基于金屬的催化劑(通常為鎳)存在下，碳氫化合物原料(原料氣)被轉化成一氧化碳和氫氣的混合物(被稱為工藝氣體)。轉化反應是強烈吸熱的，并且需要在高溫(通常為至少700℃)下進行。

可以在工業爐或火焰加熱器的多管式反應器中進行工藝氣體的催化轉化。例如，在蒸汽重整器中進行蒸汽重整。火焰加熱器或工業爐(如蒸汽重整器)基本上具有兩個主要的段：爐(輻射段)和熱回收系統(對流段)。輻射段包含具有燃燒器的爐腔，所述燃燒器可以被放置在爐腔的頂板(頂部燃燒爐)、底板(底部燃燒爐)和/或側表面(側面燃燒爐)上。然后燃燒器通過燃料的燃燒產生必要的熱量。輻射段還包含多個管，其中裝載催化劑，以使得能夠向催化劑供應足夠的熱量用于吸熱催化反應發生。其中發生轉化反應的輻射段中的管被稱為催化劑管。通常將多個催化劑管插入至輻射段中。對流段含有許多用于回收熱量的熱交換器。離開輻射段的熱煙道氣通過這些熱交換器，這些熱交換器通常被用于原料的預熱、水加熱和蒸汽產生。

裝載催化劑的管的出口是其中工藝氣體達到其在整個催化轉化過程中的最高溫度(通常超過880℃，高達950-980℃)的區域。因此，離開催化劑管的催化劑段的工藝氣體可被認為是有價值的高能量熱源。

傳統上，在蒸汽重整器中，離開催化劑管的工藝氣體經由集管和輸送管線被輸送至鍋爐，其中工藝氣體從超過880℃(通常為880-950℃)冷卻至低于350℃的溫度，從而產生高質量的蒸汽。然后可以將該蒸汽用作用于蒸汽重整反應的工藝蒸汽、用于周圍生產單元的輸出蒸汽，或者甚至電力生產。然而，以這種方式生產蒸汽的缺點在于其并非是從高溫工藝氣體回收熱量的最節能的方式。

離開催化劑管的工藝氣體還可以被用作用于重整反應的熱源。這一過程也可被稱為再生催化轉化，因為它使用工藝氣體在離開催化區時含有的部分高值熱量來提供部分的反應熱量。在再生催化轉化中，熱交換發生在離開催化劑管的催化區的熱工藝氣體和在催化區的上游部分中正在被轉化的工藝氣體之間。該策略可以被有利地用于減少外部熱供應(通過火箱中的燃料和廢氣的燃燒)、增加火箱功效和降低重整器出口處和對流段中的熱回收所需要的熱交換設備的成本。重整中的再生催化轉化工藝的實例為例如從WO 2011/088982已知的工藝。在這種情況下，工藝被稱為再生重整。

可以針對催化劑管入口和出口在爐腔中所定向的方式區分兩種通用型的蒸汽重整器。

在第一種類型(類型1)的蒸汽重整器中，催化劑管的工藝氣體入口和工藝氣體出口均位于爐的相同側。將每個催化劑管插入至爐腔中，使得它僅延伸通過一個爐壁。氣體將通過一個爐腔壁進入爐腔，流過爐腔，然后回到相同的爐壁，并且再次離開爐腔。通常，催化劑管被設計成使得工藝氣體以U形路徑流過爐腔的。這種類型的蒸汽重整器的實例是例如EP 2 223 739A1中所給出的蒸汽重整器。

在第二種類型(類型2)的蒸汽重整器中，催化劑管入口位于爐腔的一端，而催化劑管出口位于爐腔的另一相對端。在類型2的重整器中，將催化劑管以它們延伸通過兩個相對的爐壁的此類方式插入至爐腔中。通常，催化劑管被設計為直的細長管，使得氣體以相對直的路徑從一端至另一端流過爐腔。這種類型的蒸汽重整器的實例是例如WO 2014/040815中給出的蒸汽重整器。