[发明专利]催化反应器

说明书

本发明涉及一种能改变流体流经导管例如管过程中的流动方向的导流片(flow deflector)。导管可由内和外导管形成，所述内和外导管在导管中产生环形区域。导流片迫使流经导管的环形区域的流体在内导管内流动，而流经内导管的流体被迫流经环形区域，反之亦然。特别地，本发明涉及圆形导管，例如包含所述导流片并在内管中布置有催化剂的管。所述管可被组装成长形管以形成反应管而用于催化反应器如蒸汽重整用管式重整器中。

常规蒸汽重整技术使用不同尺寸和形状的颗粒形式的重整催化剂。所述颗粒被布置在重整器管中而形成催化剂固定床。由于重整反应是吸热的，反应中所需的热常通过在重整器管的外侧上合并辐射和对流热自管外环境供给。在管式重整器(辐射炉)中，供给重整器管的外热主要是来自沿管式重整器的壁布置的燃烧器所产生的火焰的辐射热。所述热通过热传导经管壁传至重整器管的内侧，然后通过对流传至气相，随后也通过对流传至催化剂颗粒。为增强传热，已有提出使用其中催化剂层固定在另一材料表面如金属表面上的催化剂体系，例如我们的美国专利6,746,624、US 6,319,877和US 6,576,158中描述为“催化硬件(catalysed hardware)”的催化剂体系。这样的金属表面用作支承结构而赋予催化剂体系以强度。向催化剂的热传输通过从内管壁传导进行，这是比经由气相通过对流传输高效得多的传输机制。

支承或固定催化剂于另一材料的表面上如重整器管的壁中的概念已经证实可得到紧凑型管式重整器，其传热优异、当使用贵金属催化剂时有使用低蒸汽-碳比率的自由、压降小且热通量高。但在更换催化剂的能力方面存在不利，因为其还需要更换管，这被看做是以其现有形式和状态使用该催化剂技术的阻碍因素。

也有提出使用整体件如蜂巢形式的固体结构元件来进行催化吸热或放热反应。我们的美国专利4,985,230描述了例如具有许多通道的结构元件的形式的催化剂的应用。通过所述通道后，过程流体被细分成子流，所述子流相对于总的流体流动的长度方向以一定角度流动。当到达封闭催化剂的一个壁时，子流的流向将改变。

美国专利4,859,642中使用了各自隔开的蜂巢式催化剂元件与布置在所述各个蜂巢式元件之间的惰性静态混合元件的形式的结构元件来形成固定床催化反应器管。进入混合元件中心的气体被导向下游蜂巢式催化剂的侧面，而在混合元件的侧面处进入的气体被导向下游蜂巢式催化剂的中心。因此，总的流动方向将保持且在反应器管中无环面区域。被静态混合器占据的无催化剂的区域占管段长度的约50％。除静态混合元件上显著的压降之外，此概念还常导致当进行吸热过程如重整时不适宜的“热带”的形成，这是由于高级烃可能因与蜂巢式催化剂串联地布置的换热区(静态混合元件)而达到高温，同时热在整个管长度上提供。由于烃因重整器管的一些区域中催化剂活性降低而达到高温，故“热带”通常发生在管式重整器中。

本发明的一个目的是设计一种管式重整器，所述管式重整器与其中催化剂层固定在另一材料表面上的管式重整器性能接近，但其中更换催化剂时可无需更换管。

本发明的另一目的是提供一种与常规管式重整器具有至少相同的性能但成本较低的管式重整器。

本发明的再一目的是提供一种优异的反应器管，所述反应器管由压降较低且在管式重整器中形成热带的风险较小的结构元件构成。

这些及其他目的通过本发明得到了解决。

在本发明的第一方面，提供了一种能使导管或通道中流体的流动转向的导流片。

就其最广泛的形式而言，提供了一种包含第一构件和第二构件的导流片，其中所述第一和第二构件中的任一个具有选自凹形、凸形、平面形、平-凹、平-凸及其组合的几何形状，其中所述第一和第二构件相交并相对于彼此形成30°-150°的角α，第一构件提供有限定所述第一构件上的内周界的孔，第一构件的所述内周界对应于第二构件的周界，所述第二构件通过所述孔在第一构件上沿连接所述第一构件的内周界的两个直接相对的点的线定位的交点处与所述第一构件相交。