[实用新型]具有结构化催化剂和改善的热平衡的重整器管

说明书

本实用新型涉及具有结构化催化剂和改善的热平衡的重整器管。具体地，本实用新型提出一种用于通过含烃进料气体的蒸汽重整来产生合成气体的重整器管，其中使用结构化蒸汽重整催化剂。根据本实用新型，热交换器管排列在结构化催化剂内部，其中进料气体流首先流过结构化催化剂，接着以逆流方式流过热交换器管。这改善了合成气体产物流与结构化催化剂和流过结构化催化剂的进料气体流之间的热交换，特别是径向热交换。

技术领域

本实用新型涉及一种用于将含烃进料、优选天然气和轻质液体烃 (如石脑油)转化为含有碳氧化物和氢气的合成气体产物的重整器管。本实用新型的重整器管允许在进料气体与已经部分转化为合成气体产物的产物气体之间进行内部热交换，从而在产生合成气体和有价值的氢气和一氧化碳的产物中在能量消耗方面具有优势。此外，通过使用结构化重整催化剂降低了压降。

本申请还涉及一种通过使用本实用新型的重整器管将含烃进料蒸汽重整来产生合成气体的方法，以及涉及配备有重整器管的重整炉。

背景技术

烃可以与蒸汽发生催化反应，得到合成气体，即氢气(H₂)与一氧化碳(CO)的混合物。如乌尔曼工业化学百科全书(Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry),第六版,1998Electronic Release,关键词“气体产生(Gas Production)”中所示，这种蒸汽重整是用于产生合成气体的最广泛使用的方法，该合成气体随后可以被转化为其它重要基础化学品，如甲醇或氨。尽管各种烃(如石脑油、液化石油气或精炼厂气体)可以发生反应，但以含甲烷的天然气的蒸汽重整为主。

天然气的蒸汽重整以高度吸热方式进行。因此，在重整炉中进行天然气的蒸汽重整，在该重整炉中，大量的含催化剂重整器管平行排列，其中在所述重整器管中进行蒸汽重整反应。重整炉的外壁以及其顶部和其底部包覆或衬有多个能经受高达1200℃的温度的耐火材料层。重整器管通常借助于燃烧器来燃烧，所述燃烧器安装在重整炉的上侧或下侧或侧壁上并且直接燃烧重整器管之间的中间空间。此处，向重整器管进行热传递通过从热烟道气热辐射和对流热传递来进行。

借助于热交换器或燃烧式加热器预热到约500℃后，烃/蒸汽混合物最后被加热到约500-800℃，接着进入重整器管并且在重整器管中在重整催化剂上转化为一氧化碳和氢气。基于镍的重整催化剂被广泛使用。尽管高级烃被完全转化为一氧化碳和氢气，但在甲烷的情形下，通常获得部分转化。此处，产物气体的组成由反应平衡决定；因此，除一氧化碳和氢气以外，产物气体还含有二氧化碳、未反应的甲烷和水蒸气。出于能量优化的目的或在包含高级烃的进料的情形下，可以在预加热器后使用用于初步解离进料的预重整器。接着在另一个加热器中将预解离的进料加热到所希望的重整器管进口温度。

将热合成气体产物气体在离开重整炉后在一个或多个热交换器中部分冷却。接着，部分冷却的合成气体产物气体经历其它调节步骤，所述其它调节步骤取决于所希望的产物的类型或下游工艺。

天然气的蒸汽重整因其高能量消耗而受到关注。因此，现有技术中已经提议尝试通过工艺的优化结构化(例如通过能量回收)来使外来能量的消耗最小化。因此，Higman在Eurogas-90conference,Trondheim, 1990年6月提出了具有内部热交换的HCT重整器管，其还公开在 http://www.higman.de/gasification/papers/eurogas.pdf(2011年9月27日检索)上。这种HCT重整器管包含外部重整器管，该外部重整器管填充有催化剂并从外面燃烧，并且在该外部重整器管中进料气体从顶部向下流过催化剂床。在催化剂床的内部存在两个螺旋热交换器管，其排列成双螺旋形式并且由适合材料制成，并且部分重整的气体在离开催化剂床后流过所述热交换器管并且在这么做的过程中向在催化剂上进行的蒸汽重整工艺释放其可感热的一部分。然而，此处的缺点为由于气体输送通过螺旋热交换器管的距离较长，所以压降较高。国际专利申请WO 2013/068416A1中也教导了在此基础上进一步发展并且具有内部热交换的重整器管。