[发明专利]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

说明书

发明领域

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CO+H₂混合物。

可以区分两大类蒸汽重整反应器。

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。

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。

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。

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。

该反应在通常900℃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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

现有技术调查

这一调查仅限于气动型装置。

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。

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。

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。

这些文献无一适用于要装填环形区的嵌套管。

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。

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。

附图简述

图1代表本发明的装置，其中显示可以将一部分(11b)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)。

发明概述

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)。

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。

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。

本发明的装置在其基础版本中构成如下：