将催化剂致密装填到蒸汽重整反应器-交换器的嵌套管中的包括可移除气体进料管的气 ...的制作方法
【专利说明】将催化剂致密装填到蒸汽重整反应器-交换器的嵌套管中 的包括可移除气体进料管的气动系统 发明领域
[0001] 本发明涉及装填进行高度吸热或高度放热反应的管式反应器中所用的催化剂管 的领域。本发明因此特别适用于天然气或各种含烃馏分的蒸汽重整反应器以生产被称作合 成气的0)+!12混合物。
[0002] 可以区分两大类蒸汽重整反应器。
[0003] 由位于反应器内的一组燃烧器供热的反应器，和通过流体热载体，通常燃烧气体 供热的那些，所述燃烧在蒸汽重整反应器本身外进行。
[0004] 这种后一类型的某些反应器(下文中称作反应器-交换器)使用单管。另一些使用 双同心管，其也被称作嵌套管（bayonet tubes)。嵌套管可以被定义为内管被与该内管同轴 的外管包围，内管和外管之间的环形空间通常被催化剂填充。在下文中，提到环形空间或催 化剂区以指示由嵌套管划定的所述环形空间。
[0005] 在本发明的范围内，经由该环形区以自顶向下的流向引入天然气或更通常含烃进 料，并以自底向上的流向将反应流出物收集在内管的中心部分中。
[0006] 用于制氢的天然气的蒸汽重整反应是非常吸热的并因此通常在炉或反应器-交 换器中以如上定义的方式进行。
[0007] 该反应在通常900°C的极高温度下和在通常20至30巴的压力下进行。在这些条 件下，由于材料的机械性质，只有在管内才能以经济可行的方式进实施该反应。
[0008] 催化反应器-交换器因此由许多管构成，在每小时生产100, 000 Nm3氢气的装置 中通常为大约200至300个管，这一组管封装在接收热流体的壳体中，以致可以向蒸汽重整 反应供应必要的热量。
[0009] 这种热流体或流体热载体通常由来自在反应器-交换器外进行的燃烧的气体构 成。
[0010] 因此催化剂必须从一个管到另一个管均一地安装在所有蒸汽重整管中，以在管之 间具有相同的压降。
[0011] 这一条件对确保反应物在所有催化剂管之间的良好分布和避免某一个管例如供 给不足(这会造成构成该管的材料显著过热，这种过热也降低该管的寿命）是非常重要的。
[0012] 类似地，重要的是在管内不存在空隙，即无催化剂或催化剂不足的空间，因为该管 会由于在其内不存在催化反应而局部过热。此外，催化剂在反应区中的分布的任何不均匀 都可能造成反应流体的流动失衡。
[0013] 本发明的装置因此旨在致密和均匀地装填构成反应器-交换器的各嵌套管。
[0014] 现有抟术调杳 这一调查仅限于气动型装置。
[0015] 申请人的专利FR 2950822描述了用3个装填管装填嵌套管的解决方案，存在机械 减速或气动减速。这种装填方法可以致密和均匀地装填嵌套管。考虑到其是"逐粒"法，其 经证实太慢并且不适用于包含几百个管的工业反应器规模。
[0016] 专利EP1374985描述了具有用于引入反向气流(其减慢粒子下落)的可拆卸管的装 填系统。这一系统适用于传统的天然气蒸汽重整管，但其没有考虑嵌套管的特殊特征。
[0017] 本发明的装置使得引入辅助气体的管供应的流量显著降低。由辅助管引入的主流 量与横穿形成中的粒子床的固定流量之间的分布导致床内的粒子的更好分布并能够回收 在装填过程中可能形成的任何细粒。
[0018] 这些文献无一适用于要装填环形区的嵌套管。
[0019] 作为本发明的主题的装置因此可以被定义为用于将催化剂致密装填到蒸汽重整 反应器-交换器中所带的嵌套管的环形区中的气动装置，该装置可以在与工业应用的要求 相容的时间限制下以均匀密度装填反应器-交换器的各管。
[0020] 此外，在某些情况下，本发明的装置必须能够适应由沿管演变的机械和热应力造 成的外管的内径变化并因此适应环形区的尺寸变化。现有技术的装置无一考虑这种附加限 制。
[0021] 附图简沐 图1代表本发明的装置，其中显示可以将一部分（Ilb)必要气体引入环形区（4)的挠 性可拆卸管（7)及其卷绕系统（10)。
[0022] 发明概沐 本发明可以被定义为用于将催化剂致密装填到由封装在壳体中的多个嵌套管构成的 蒸汽重整反应器-交换器中的装置，各嵌套管包含至少部分装有催化剂的环形区（4)。
[0023] 所述催化剂由占据位于内管（5)与外管（6)之间的至少一部分环形空间（4)的固 体粒子构成，这两个管一起构成嵌套管，所述环形空间的宽度为30毫米至80毫米，且其高 度为10至20米。
[0024] 该催化剂粒子通常为具有10毫米至20毫米的大致高度和5毫米至20毫米的大 致直径的圆柱体形状。
[0025] 本发明的装置在其基础版本中构成如下： -可拆卸挠性管（7)，其进入环形区（4)内并与形成中的床的表面保持50毫米至100 毫米的距离，所述管引入70%至85%的一部分（Ilb)必要气体流量，剩余部分由内管（5)引 入， -所述可拆卸管（7)盘绕在位于要装填的管外的收线机（10)上，且催化剂粒子装在： -中央进料斗（1)中，其可以将粒子递送到向环形空间（4)供料的传送带或振动输送 机（2)上，所述供料使用： -漏斗（3)，粒子经其流入环形空间（4)的内部。
[0026] 可拆卸管（7)在其末端可配有在出口截面封闭但可让气体经由排列成一排或多 排的一系列侧孔离开的尾端件。孔的直径通常为10至15毫米，孔排之间的间距为15至30 毫米，各排包含3至8个孔。
[0027] 这些侧孔的用途是防止形成垂直方向（即沿管的轴）的气体射流，如果管（7)的末 端与所述床表面之间的距离不足，其会干扰形成中的粒子床的表面。
[0028] 含侧孔的尾端件因此能使管（7)更靠近床表面，同时保持未减速的粒子的一定落 差。实际上，如果没有含侧孔的尾端件，会一直产生粒子减速效果直至它们到达床表面。借 助含侧孔的尾端件，引入的气体几乎从它们离开侧孔起就快得多地上升，因此粒子在最后 一段路程上没有减速。
[0029] 这种没有减速的最后一段是有用的，因为其可以确保装填密度。此外，这种没有减 速的最后一段不需要太长以避免粒子破碎。因此其可以有效地借助含侧孔的尾端件控制， 这可以调节未减速的所述落差。
[0030] 本发明还包括使用上述装置装填催化剂的方法，所述方法可通过下述一系列步骤 描述： -挠性可拆卸管（7)最初盘绕在外部收线机（10)上，进料斗（1)装有固体， -将挠性可拆卸管（7)经环形区（4)的上部逐渐引入环形区（4)直至其底端距离管底 部50厘米至100厘米， -由中心管（5)引入恒定气体流量，其相当于0.1米/秒至催化剂颗粒的最小流化速 度(对蒸汽重整中传统使用的催化剂而言为3至4米/秒）的在环形空间（4)中的速度， -由可拆卸挠性管（7)引入另一气体流量，这两个流量的总和相当于8米/秒至14米 /秒的在环形空间中的速度，这仍低于粒子下落的终极速度， -以一种方式启动传送带或振动输送机（2)以供应250千克/小时至500千克/小时 的固体流量，所述固体使用漏斗（3)引入环形区（4)， -随着环形区⑷装填，以一种方式使用外部收线机（10)从环形区⑷中上提挠性可 拆卸管（7)以保持与逐渐建立的床表面的恒定距离，所述距离始终为50厘米至100厘米， -挠性可拆卸管（7)以0. 2米/分钟至0. 4米/分钟的等于管装填速度的速度卷起， -一旦所述嵌套管已装满且所述装填系统已卷起，移动挠性可拆卸管（7)以装填下一 个管。
[0031] 用于实施本发明的装填方法的气体通常是空气或氮气。
[0032] 根据要装填的固体粒子的流量，可以使用并行操作的两个或三个相同的挠性可拆 卸管（7)。在下文中，当提到挠性可拆卸管（7)时，因此是指一个或多个挠性可拆卸管（7)。
[0033] 此外，进料斗（1)可以向一组两个或三个嵌套管供料，各嵌套管配有本发明的装 置。
[0034] 发明详沐 本发明可以被定义为可将催化剂致密装填到嵌套管的环形空间（4)中的装置，各嵌套 管具有10至20米的高度、250毫米至150毫米的外管（6)的直径和10至40毫米的内管 (5)的外径。
[0035] 容纳催化剂的环形空间（4)因此具有大约50毫米的典型宽度。在实践中，根据情 况，环形空间（4)的典型宽度可以为80至30毫米不等。
[0036] 此外，在某些情况下，外管（6)具有从上到下分段递减的直径，这意味着环形空间 (4)的典型宽度也从上到下递减。
[0037] 本发明的装置非常容易适应典型宽度的这些变化，同时在所有区段中保持它们的 性能。
[0038] 该适应随之包括以一种方式调节由挠性可拆卸管（7)引入的气体流量以保持8至 14米/秒的速度范围。
[0039] 催化剂颗粒通常为大约10毫米至20毫米高和5毫米至20毫米直径的圆柱体形 状。
[0040] 将