CN101432065B - 固定床吸热反应内燃交换反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种交换反应器(1)，包括：外壳(2)，穿过固定床催化区(10)的填充物分配设备，催化区(10)排放物收集设备(6)，催化区(10)加热设备，其中所述收集设备(6)包括贯穿整个催化区(10)的管道，所述管道分布在催化区并被插入加热设备中，所述催化区加热设备被包裹在部分浸入催化区(10)中的套管(8)中，套管(8)一端开放，另一端封闭，开放的一端被固定在限定处于催化区(10)上面的收集室(19)的上管板(21)上，所述加热设备包括至少一个邻近催化区的燃烧区(13)，所述燃烧区(13)的氧化气体混合物(15)和气体燃料(17)供给设备，以及燃烧排放物的排放设备(14)。

Description

固定床吸热反应内燃交换反应器
本发明涉及反应器领域，通过碳氢填充物进行蒸汽重整反应，获得称为合成气的氢气和一氧化碳混合物。
准确地说，本发明是关于运用吸热反应特别是蒸汽重整反应的热交换最佳控制设备的反应器技术。
蒸汽重整是氢气或通过碳氢填充物和水蒸气，产生氢气或由氢气和一氧化碳构成的合成气的主要工序。
碳氢填充物包括轻质烃如天然气、精炼气、液化石油气和轻溶剂，特别是甲烷，与水蒸汽混合。在使用甲烷的情况下，蒸汽重整反应式如下：
Figure GSB00000678652600011
蒸汽重整反应是一种强吸热化学反应(ΔH°298＝206kJ/mol)，所以需要提供巨大的外部热量。
背景技术
在现有技术中，众所周知这些使用吸热催化反应通过碳氢填充物制备氢气的反应器。
美国专利文献US4692306描述一种蒸汽重整交换反应器，该反应器包括一个处于小型环形催化区中心的加热设备。明确指出该反应器是用于小型设备的。所以对于大容量工业应用来说不采用该交换反应器技术。
美国专利文献US5565009描述一种通过隐藏在实现燃烧的床下面的双管加热的固定床蒸汽重整交换反应器。填充物通过反应器外端进入由于通过辐射传输到反应介质的燃烧热量发生蒸汽重整反应的催化床。
该反应器不能象本发明那样在不同流体之间有最佳的热交换。
美国专利文献US3909299描述在其中进行蒸汽重整反应的反应器，该反应是通过燃料和氢气燃烧器提供的热量实现的，并且该燃烧器装有使燃烧室中产生的热空气蒸汽通过的喷嘴，燃烧室围绕装有催化床的反应器的分室。按照美国专利文献US3909299的反应器可在燃烧室中产生热量，并将其分布在含有催化床的反应器的分室周围。该结构不能在催化区内部均匀地分布热量。
欧洲专利文献EP1505036描述一种制备氢气的反应器。反应器装有单个浸入圆柱形催化区中的燃烧器，燃烧气体被排入4A-4B环形空间。在由燃烧器加热圆柱形催化区中反应后，反应出的气体排放物被收集并排入催化区的外部环形空间。
欧洲专利文献EP1516663描述在其中填充物已汽化的反应器，通过燃料和进入反应器外壳的气体的燃烧释放的热量使填充物汽化，燃烧区在催化床外部。燃烧气体同样用于加热催化床。
美国专利文献US4504447描述装有催化区外部燃烧器的重整反应器，该催化区处于插栓式管内部，这样放置燃烧器是为了使燃烧气体在围绕催化区的管道中流动。该结构不能在催化区内部均匀分布热量。
本发明目的是克服了现有技术中的缺陷，提供一种反应器的新技术，特别是一种具有特殊内部结构的反应器，在反应器中吸热反应需要的热量是在反应器内部通过一系列辐射和/或对流的热交换提供的。
在强吸热蒸汽重整反应情况下，需要向填充物(碳氢化合物和水蒸汽)以及装有催化区的反应区传输反应所需要的热能。
所以必须有与催化剂接触的基本热交换表面：现有技术描述的常用解决方案包括将催化区分成特征为低催化量和大热交换表面的狭小空间。典型地，催化剂放入管形体中(单管或同心双管(被称为卡口管))或放在相邻的隔板之间，催化区的典型的间隔约十几公分。
在这种结构中，其空间允许转换的容量是有限的。企图改变设备的规模来制造反应器是不明智的。所以只有增加装配在同一外壳中的相同但分离的催化区的数量，才能提高这些装置的容量。将指出的是在这种情况下，这些反应器通常是外部加热的基础反应器的集合。
相反，我们的研究使我们找到一种不同设备的替代品，允许保持单个连续催化区，也就是同时装料和出料的区域。
按照本发明的交换反应器具有单个连续催化区，在该催化区由加热装置和分布在所述催化区的不同的排放物收集设备产生热量，并且热量在最好是唯一的催化区中产生和分布。
发明内容
本发明涉及一种交换反应器1包括：
-外壳2，
-穿过固定床催化区10的填充物分配设备，
-催化区10排放物收集设备6，
-催化区10加热设备，
其中，所述收集设备6包括贯穿整个催化区10的管道，所述管道分布在催化区中并插入加热设备之间，并且其中，催化区加热设备被包裹在部分浸入催化区10的套管8中，套管8的一端开放，另一端封闭，开放端被固定在限定处于催化区10之上的收集室19的上管板21上，所述加热设备包括至少一个与催化区相邻的燃烧区13，所述燃烧区13的氧化气体混合物15和气体燃料17供给设备以及燃烧气体排放物排放设备14。
至少两个收集设备6被分布在单独的固定床催化区中，并插在至少两个加热设备之间。
填充物分配设备可包括一个穿孔下管板，其穿孔被称为填充物管道的管件延伸。
通过固定床催化区10填充物分配设备可由截平的水平穿孔板和非截平的上穿孔板构成，穿孔允许通向排放物收集设备6。
截平的水平穿孔板和非截平的上穿孔板可被安装在下部惰性区10c，以便形成挡板系统。
穿孔下管板可由惰性珠床支撑。
催化区可包括至少一个处于所述穿孔下管板上的下部惰性区。
下部惰性区域可具有与所述填充物管道的长度基本对应的厚度。
催化区排放物收集管道可处于催化区下游的收集室和所述排放物排放设备之间。
催化区排放物收集管道可横穿在填充物管道内部空间中的所述穿孔下管板。
催化区排放物收集管道包括在其外壁上的肋，以便增加与催化区的接触的表面区域。
套管包括在其外壁上的肋，以便增加与催化区的接触表面区域。
加热设备可由以下同轴部件构成：
-氧化气体混合物供给管道，基本在催化区上部与套管连通，
-被称为燃料管道的燃料分配设备，一端与燃料供给设备相连，并处于氧化气体混合物供给管道内，基本在同一高度连通。
燃烧区可处于催化区10上端的套管8中。
在这种情况下，加热设备可包括一个两端开放的、并处于燃烧区下游的套管中的燃烧气体排放物回流管道。
加热设备也可由以下同轴部件构成：
-氧化气体混合物供给管道，基本在套管底部与所述套管连通，
-一端与燃料供给设备连接的并处于氧化气体混合物供给管道内部，并基本上延伸至套管底部的被称为燃料管道的燃料分配设备，所述燃料管道包括至少一个多孔壁部。
在燃烧管道112壁上的穿孔可限定沿着浸入催化区110的燃烧管道112的壁分布的多个燃烧区113。
氧化气体混合物供给管道可在其整个高度，直至催化区上端，被填充氧化催化剂。
加热设备也可由以下部件构成：
-氧化气体混合物供给管道，基本在套管的底部通入所述套管，
-在垂直于催化区并设置燃料分配管道的下游的氧化气体混合物供给管道内部和在其至少一部分高度上的氧化催化剂。
冷却液可被注入到催化区排放物收集室。
上穿孔管板可由双层壁构成，以使冷却液在内部空间流动。
燃烧区13可处于催化区10之内。
交换反应器可在蒸汽重整反应中应用。
附图说明
图1是根据图2示出的交换反应器沿轴线BB’的剖面图。
图2是沿着根据本发明交换反应器基础版本的轴线AA’的纵向剖面图。
图3是根据本发明交换反应器的一种变化形式的纵向剖面图，其中，燃料注射可分布在套管的整个高度。
图4是根据本发明交换反应器的一种变化形式的纵向剖面图，其中，套管中的燃烧是用氧化催化剂实现的。
图5a和5b是交换反应器上部分的变化形式的纵向剖面图，其中，使用冷却系统。
具体实施方式
图1是图2示出的本发明反应器的沿轴线BB’的剖面图。制备的合成气收集设备406被分布在催化区410中，并被插入加热设备之间，以使在填充物和制备的合成气之间热交换均匀。本发明反应器的结构可在催化区中均匀分配热量。套管408装有燃烧气体排放物回流管道409。
交换反应器1示意性示于图2中。它包括具有轴线AA’的圆柱形外壳2，其内表面完全由隔热耐火材料覆盖(图中未示出)。
在其外壳2中，交换反应器1包括位于穿孔下管板4上的交换反应器下部中的催化区10，穿孔下管板4固定并密封于反应器外壳。
该催化区10由三层相互排列组成：
-上催化区10a
-中催化区10b
-下部惰性区10c
该外壳包括：
-碳氢填充物供给设备3，
-穿孔下管板4可使碳氢填充物通过催化区，进入处于穿孔延长部分并与所述板表面连接的管件中。被称为填充物管道5的管件，其长度基本与下部惰性区的厚度相同。穿孔下管板4和管件构成通过催化区的填充物分配设备。
-处于催化区上部的催化区排放物收集室19，所述收集室19由固定和封闭于反应器外壳的上管板21堵塞。
-催化区排放物收集设备6贯穿整个催化区10，所述收集设备6由位于与催化区排放物排放设备18连通的收集室19的管道构成。
-堵塞催化区排放物收集室19的上管板21具有一些孔，在孔中固定和密封套管8，所述套管8浸入到催化区10，特别是浸入到上活跃催化区10a。套管8一端开放，一端封闭，开放端固定在管板21上并通向与处于管板21和管板20之间的空间，封闭端浸入到活跃催化区。处于管板21和管板20之间的空间可收集燃烧气体排放物并且通过排放设备14排放所述排放物。
-在所述套管8内部为各种变化形式的催化区加热设备，所述加热设备由氧化气体混合物供给设备15和气体燃料供给设备17供应。
根据图2示出的第一实施例，催化区10加热设备由以下同轴部件构成：
-氧化气体混合物供给管道11，管的两端开放，一个开发端固定在管板20上并通向氧化气体混合物收集空间22，另一开放端浸入到套管8中，直至催化区10上端。
-燃料分配设备由被称为燃料管道12的管构成，一端与燃料供给设备17相连，并处于氧化气体混合物供给管道11内部，并基本上与氧化气体混合物供给管道11的尺寸相同。氧化气体混合物供给管道11下端和燃料管道12的下端开放于燃烧区13，既开放道产生燃烧反应的区域。燃烧区13处于催化区10上端的套管8中。
-燃烧气体排放物回流管道9，两端开放，处于燃烧区13下游套管8中。
图3是加热设备的另一种变化形式，其中，氧化气体混合物供给管道111中装有同样尺寸并两端封闭延伸到套管108底部的燃料管道112。
燃料管道112上部具有未浸入催化区110中的密封壁板，下部具有浸入催化区110中的穿孔壁板。多孔性的获得一般是通过在燃料管道112壁板上穿孔，或者直接使用一种焙烧型，金属泡沫型或陶瓷泡沫型多孔材料制作管道。在燃料管道112壁中制作的穿孔限定多个燃烧区113，该燃烧区113沿着浸入催化区110的燃料管道112的壁分布。
多个燃烧区可获得更好的局部稀释，因此获得较低的燃烧温度。
图4是与前述变化形式相同的加热设备的变化形式，不同的是在这些加热设备中进行催化燃烧。
根据图4223c处示出的具体实施例中，将氧化催化剂放在浸入催化区210的氧化气体混合物供给管道211的内部和整个高度以产生无焰催化燃烧。
根据223b处示出的一种具体实施例中，氧化气体混合物供给管道211延伸到套管208底部，并装有短于223c处示出的变化形式且其下开放端与氧化催化床223上端连通的燃料管道212。根据该变化形式，氧化催化床被放置在氧化气体混合物供给管道211内部，在催化区210上端，并占据整个截面。
223a处示出的具体实施例与223b处示出的具体实施例一样，不同的是氧化催化床223分布在氧化气体混合物供给管道211的整个浸入高度上，并占据整个截面。
图5示出的是向交换反应器301上部实施冷却液的喷射。该喷射的目的主要是冷却用来堵塞催化区排放物收集室319的管板321，在这种情况下，在燃烧的气体排放物和沿着燃烧管道311壁的氧化气体混合物之间的热交换将不足以将燃烧排放气体的温度降到管板321可接受的温度。
图5a示出一种变化形式，其中，冷却液直接喷射在管板321下面。冷却液与催化区310排放物混合，并通过构成催化区排放物收集设备306的管从交换反应器外壳排出。
图5b示出另一种变化形式，其中，穿孔管板321是由允许套管308通过的双壁321，326构成。双壁321和326的穿孔下管板形成封闭空间，包括冷却液喷射设备324和热交换后冷却液排出设备325。
为了保护上管板21免受收集室19高温，也可用图1中示出的隔热屏27覆盖与催化区排放物接触的所述上管板21的表面。隔热屏是用如耐火混凝土或陶瓷的隔热材料制作。该隔热屏27仅在图1中示出，但也可以在所有图中示出。
尽管在图2至图5中是通过所有燃料管道12共用的唯一的燃料供给设备17保证燃料的分配，本发明并不局限于该特殊供给方式，同样可向每个燃料管道12用单独的供给设备供给。
图中未示出可单独控制每个加热设备中的燃烧的特殊实施例。
尽管在上述变化形式中是垂直定位，本发明并不局限于该特殊定位方式。
交换反应器外壳在上述变化形式中是圆柱形，但本发明的反应器并不局限于这种形状。交换反应器外壳可以具有不同的剖面。
管板4、20和21被密封固定在腔的内壁上，最好是焊接在腔上或用密封圈螺栓固定。
穿孔下管板4可被密封固定在腔的内壁上，最好是焊接在腔上或用密封圈螺栓固定。
填充物管道5可在穿孔延伸部分上焊接到穿孔下管板4上。
穿孔下管板4也可被固定在腔的内壁上的支撑环内。
填充物管道5也可被固定到穿孔下管板4上。
穿孔下管板4可同样通过填充收集空间23的惰性珠和在上面装料的固定床催化区10简单的固定到位。
上述交换反应器技术适用于任何类型的吸热反应。特别适用于本发明范围内的蒸汽重整反应。
蒸汽重整反应设备的应用
在交换反应器用于实现蒸汽重整反应的情况下，碳氢填充物包括轻质烃混合物如天然气、精炼气、液化石油气、轻溶剂和例如来源于废料或生物质发酵的生物气体，一起或作为混合物，与水蒸气混合，其中，在吸热反应是甲烷蒸气重整反应的情况下最好是甲烷和水蒸汽混合物。
在这种情况下，至少部分填充交换反应器外壳的固定床催化区分成三个相互排列的催化区：
-与管板接触的下部惰性区，由惰性粒子床组成
-预重整中催化区，包括相同或不同于用于蒸汽重整活跃催化区的催化剂，
-蒸汽重整上催化区，包括传统蒸汽重整催化剂。
在蒸汽重整上催化区和预重整中催化区由同样催化剂组成的情况下，为传统的蒸汽重整催化剂，包括8-25％比重的第VIII族元素，最好是镍，1-4％比重的氧化铝载体上的钾。
在蒸汽重整上催化区和预重整中催化区包括不同催化剂的情况下，用于蒸汽重整上催化区的催化剂是上述催化剂，用于预重整中催化区的催化剂是专门的预重整催化剂，包括1-20％比重的第VIII族元素，最好是镍，0.4-5％比重的氧化铝载体上的钾或铝酸钙载体上的钾。
构成惰性催化区的惰性粒子通常是由珠状氧化铝构成。
在交换反应器上部，碳氢填充物和水蒸汽混合物通过供给设备3进入外壳，横穿穿孔下管板4，进入下部惰性区域，并进入横穿所述区域的填充物管道5。混合物在放置制备的合成气收集设备6周围的填充物管道5中流动的同时，通过与收集设备内流动的合成气的热交换被加热。
该下部惰性区，未通过加热设备加热，构成第一热交换区。可使碳氢填充物蒸汽和制备的逆流流动的合成气蒸汽之间进行对流热交换。
这样预热混合物进入由惰性区上端和套管封闭端限定的预重整中催化区。该预重整区是碳氢填充物在进入反应区之前的预处理区，可至少使部分碳氢填充物转化成合成气。该反应所需能量是由本身在填充物管道中的下部惰性区预热的填充物提供，但同样通过与合成气管道内流动的合成气在预重整中催化区中的热交换来提供能量。
该预重整区，不通过加热设备加热，构成第二热交换区。第二热交换区可预热在预重整中催化区中流动的碳氢填充物蒸汽，并当冷却在横穿催化区的合成气收集设备中逆流流动的合成气蒸汽时，可提供预重整反应所需能量。
在本发明范围内，实施预重整反应具有明显益处：
-制备的合成气中的热量被最佳利用，因为热交换不仅预热填充物，而且还可对其进行转换。这样可限制主重整器的填料，及主重整器达到的较高的温度而出现的同样生焦风险。
-预重整也可转换最重的填充物元件，它保留主重整器的催化剂，并使填充物性质处理设备具有更多的灵活性。
中预重整部区中产生的排放物然后进入包括蒸汽重整催化剂的上催化区中，在产生合成气的同时沿着该区域上升。该反应所需能量主要是通过辐射和与加热设备对流热交换提供，也可通过与横穿催化区的合成气收集设备内流动的合成气的对流热交换提供。
该蒸汽重整区构成第三热交换区，处于上部催化区，也就是说在蒸汽重整反应发生的区域，该区域由处于套管下封闭端和催化区上端之间的空间限定。第三区可进行辐射和对流热交换。
在蒸汽重整上催化区中产生的合成气从催化区排出并被处于催化区上面的收集室19收集，所述收集室由上管板21堵塞。
制备的合成气收集设备6被分布在催化区，并被插入加热设备之间，以便在填充物和制备的合成气之间均匀热交换。
贯穿整个催化区的制备合成气收集设备6的出现，可在催化区的整个高度上在填充物和由这两种蒸汽的逆流流动所产生的合成气之间进行对流热交换：从蒸汽重整上催化区排出，制备合成气进入贯穿整个催化区的合成气收集设备6中，并流入交换反应器下部，通过与上催化区中流动然后在预重整中催化区流动的排放物进行热交换，然后再与在下部惰性区中的填充物管道中流动的填充物进行热交换而冷却整个催化区长度。制备的合成气然后通过排放设备18从交换反应器中被排出。
在交换反应器上部，氧化气体混合物通过供给设备15进入外壳，横穿管板20并通过氧化气混合物供给设备11进入加热设备。
气体燃料也通过相应的供给设备17进入外壳，然后再进入处于氧化气体混合物供给管道11内的燃料管道12中。
氧化气体混合物是含有0.1-21％的氧气，最好包括空气，氧气和二氧化碳或最好是发电燃气轮机的蒸汽的混合物的气体。在这种情况下，氧化气体混合物由来自轮机的氧化蒸汽构成。
气体燃料包括气体形式的天然气或精炼气种类等或液体形式的汽油、粗柴油或重油的碳氢化合物，在进入反应器之前预汽化，最好的方式是，使用反应器自身产生氢气并在分离处理之后净化。
根据图1示出的加热设备的第一变化形式，在燃料管道12出口，气体燃料在燃烧区与氧化气体混合物混合，并通过在催化区上端产生高温蒸汽的燃烧反应进行反应。
这些蒸汽进入回流管道，被导引至套管8底部，并在回流管道9和套管8之间形成的环形空间中上升。
在整个回流管道9高度上，流到回流管道的蒸汽通过热交换加热在回流管道和套管内壁之间形成的环形空间中上升的蒸汽。这些蒸汽通过穿过套管8的壁的热交换加热上催化区中的反应排放物。
这些逆流热交换的目的是最大程度减少套管高度上的热梯度。在这种方式中，燃烧产生的蒸汽向催化区传输的热量在浸入催化区的套管的整个高度上相对均匀。
在回流管道9上部，在回流管和套管之间形成的环形空间的一部分上升蒸汽由燃烧区13产生的蒸汽携带并且再循环进入回流管道。这种配置可稀释和部分搅拌燃烧反应物，所以可降低由于燃烧产生火焰的温度，这样保护材料不受高温，并减少损坏环境的氧化氮的形成。
来自燃烧的不在回流管道中回流的热蒸汽，在氧化气体混合物供给管道11和套管8之间形成的环形空间中上升，并通过与氧化气体混合物热交换进行冷却，氧化气体混合物流到氧化气体混合物供给管道11的同时自身被再加热。
这个处于催化区一端和管板20之间的区域，构成第四热交换区。该第四区可在燃烧蒸汽流排出外壳之前和进入加热设备的氧化气体混合物之间进行对流热交换。
第四热交换区是极为重要的，因为它可充分的降低来自燃烧的蒸汽温度，以便能够使用传统焊接管板型技术，也就是说用普通金属合金制作管板。在横穿所述管板之后，燃烧蒸汽通过排放设备14从交换反应器外壳排出。
根据图2，加热设备将燃料喷射分布在氧化气体混合物流中，这样可获得较宽广的燃烧区113。气体燃料在燃料管道112中流动，直至管道的穿孔部分，在此气体燃料穿过管壁，以便与在氧化气体混合物供给管道111中流动的氧化气体混合物接触燃烧。燃烧蒸汽随后流到套管108底部，并在氧化气体混合物供给管道111和套管108之间形成的环形空间中上升，并与反应区和在氧化气体混合物供给管道中的燃烧蒸汽进行热交换。
在这种方式中，燃烧将作为选择的孔隙率的函数被分布在燃料管道的整个带孔的高度上。所以如果要实施热分布图，可通过调制孔隙率，在管道高度上均匀地或者不均匀地分布热量。例如，可在管道下部增加孔隙率，这样可提高该区中燃料的流率，因此提高燃烧温度。在这种情况下，在套管下部的燃烧蒸汽的温度比在上部的高。
根据图3，加热设备借助分布在氧化气体混合物供给管道211内的氧化催化剂223，在所述供给管道中实现无焰燃烧。氧化气体混合物进入交换反应器中，横穿管板220并流进氧化气体混合物供给管道211直至氧化催化剂223。氧化气体混合物和燃料在氧化催化剂附近混合并在氧化催化剂上通过无焰燃烧进行反应，以便产生热蒸汽。这些燃烧蒸汽从氧化气体混合物供给管道的底部排出，并在套管208中上升，在其被排出外壳之前通过热交换向催化区提供能量。
使用氧化催化剂的无焰燃烧具有防止损耗材料的局部过热的出现和改善燃烧，减少蒸汽中出现没有全部燃烧成分的现象的优势。
氧化催化剂包括1-10％的元素周期表中的第VIII族惰性元素，最好是在氧化铝或氧化锆载体上的钯和/或铂。氧化催化剂是以在由高温耐火合金型金属材料或陶瓷材料如堇青石制成的整体料或泡沫上放置的以表面沉淀或修补基面涂层的形式实现的。
根据图4a和图4b示出的具体实施方式，可从上管板321下面直接喷射冷却液到催化区排放物收集室中(根据图4a)以冷却所述管板，以便使用传统的焊接管板型技术，也就是说，使用普通金属合金制作管板。冷却液与制成的合成气混合并通过与排放设备连通的合成气收集设备从反应器外壳中排出。
也可向处于上管板双壁321/326之间的空间中喷射冷却液，所述板被穿孔并可根据图4b所示的进入套管。
双壁321，326构成的所述穿孔板密封固定在交换反应器的外壳上。穿过管板的套管是通过如焊接或机械组装密封固定来实现的。机械组装可是一种通过包装箱或金属膜盒压缩的密封圈，这种联接的原理是当很热时，允许套管通过穿孔板移动时始终保持密封状态。
喷射冷却液可通过热交换冷却由双壁321，326构成的上管板和套管，冷却液然后通过也处于上管板双壁之间的排放设备从交换反应器外壳中排出。
冷却液可以是任何天然的，蒸汽形式的，最好是水蒸汽。填充物也可作为冷却液使用，它在被引入交换反应器之前将被预热。可使用氧化气体混合物和其他热交换流体。
实施交换反应器冷却液单点喷射并不是唯一的。可以在交换反应器外壳的圆周上进行多点定位喷射来实现，以便覆盖整个管板表面。
在交换反应器的另一个实施例中，燃料混合物/氧化气体混合物的化学计量可被改变，以便只实现燃料的部分氧化并因此产生合成气。例如，如果燃料是甲烷，缺乏氧气导致如下反应：CH4+1/2O2→CO+2H2
这种高放热反应出现在1200℃和1500℃之间的高温，所产生的热量可用于如上述基本情况中的蒸汽重整反应。
该实施例可提高交换反应器的产出率，因为在这种情况下，燃烧蒸汽是由合成气构成。
根据采用交换反应器的其他实施方式的变化形式，通过改变燃料/氧化气体混合物的化学计量，可使用部分氧化催化剂，以通过催化部分氧化作用产生合成气。该反应是高放热反应，产生的热量可用于如上述基本情况中的蒸汽重整反应。
在这种情况下，氧化催化剂包括5-30％的元素周期表中的第VIII族惰性元素，最好是钯，铂或最好是铑，沉积在一个陶瓷氧化铝、堇青石、氧化锆类的载体上，最好是一种阿尔法多孔铝载体。
操作条件
蒸汽重整反应在催化区进口和出口之间变化的高温条件下操作是有利的：
-在催化区的进口，温度是在500℃到750℃之间
-在催化区的出口，温度是在750℃到950℃之间，最好是在850℃到900℃之间。
蒸汽重整反应有利的进行压力是在0.5到5Mpa之间，最好是在1到4Mpa之间，最理想是在2到2.5Mpa之间。
在交换反应器进口，碳氢填充物由碳氢化合物和水蒸汽以一定比例的组成的混合物构成这样有利的水蒸汽/碳摩尔比率是在2到5之间，最好在2.3到2.7之间。
在交换反应器进口，有利的碳氢填充物的温度是在350℃到750℃之间，最好是在550℃到650℃之间，碳氢填充物在基本与上述反应压力相同的压力下进入交换反应器外壳中。
在蒸汽重整反应之后，制备的合成气从催化区排出并在温度750℃到950℃之间，最好是850℃到900℃之间进入合成气收集设备中是有利的。
在交换反应器外壳出口，制备的合成气温度有利的是在300℃到500℃之间，最好是在350℃到450℃之间，制备的合成气在一种基本与上述反应压力相同的压力下，从交换反应器外壳中排出。
在交换反应器进口，氧化气体混合物温度有利的是在300℃到800℃之间，在氧化气体混合物是由从涡轮机出口排出的蒸汽构成的情况下最好是在650℃到750℃之间，在氧化气体混合物是由从压缩器出口排出的蒸汽构成的情况下最好是在350℃到450℃之间。
氧化气体混合物在0.05到4MPA之间最好是在0.3到0.5MPA之间的压力下进入交换反应器外壳中是有利的。
在燃烧结束后，燃烧气体混合物温度有利的温度是在900℃到1500℃之间，最好是在900℃到1000℃之间。
在交换反应器外壳出口，在通过与氧化气体混合物热交换冷却之后，燃烧气体混合物温度被降至到700℃到900℃的温度之间，最好是700℃到750℃的温度之间。
有利的是，燃料在常温到400℃之间，最好是在常温到150℃之间，在0.05到4MPA之间最好是在0.3到0.5MPA之间的压力下，被引入到交换反应器外壳中。
有利的是，冷却液在100℃到400℃之间的温度下，最好是在250℃到350℃之间的温度下，被引入到交换反应器外壳内。

Claims (22)

1.交换反应器，包括：
-外壳，
-穿过固定床催化区的填充物分配设备，
-催化区排放物收集设备，
-催化区加热设备，
其中，所述收集设备包括贯穿整个催化区的管道，所述管道分布在催化区中并插入加热设备之间，并且其中，催化区加热设备被包裹在部分浸入催化区的套管中，套管的一端开放，另一端封闭，开放端被固定在限定处于催化区上面的收集室的上管板上，所述加热设备包括至少一个与催化区相邻的燃烧区，所述燃烧区的氧化气体混合物和气体燃料供给设备和燃烧气体排放物排放设备。
2.根据权利要求1所述的交换反应器，其中，至少两个收集设备被分布在单独的固定床催化区中，并插在至少两个加热设备之间。
3.根据权利要求1或2所述的交换反应器，其中，填充物分配设备包括穿孔下管板，其穿孔被称为填充物管道的管件延伸。
4.根据权利要求1所述的交换反应器，其中，穿过固定床催化区的填充物分配设备是由截平的水平穿孔板和非截平的上穿孔板构成，排放物收集设备通过穿孔。
5.根据权利要求3所述的交换反应器，其中，穿孔下管板由惰性珠床支撑。
6.根据权利要求3所述的交换反应器，其中，催化区包括至少一个处于所述穿孔下管板上的下部惰性区。
7.根据权利要求6所述的交换反应器，其中，截平的水平穿孔板和非截平的上穿孔板被放置在下部惰性区，以便形成挡板。
8.根据权利要求6所述的交换反应器，其中，下部惰性区的厚度对应于所述填充物管道的长度。
9.根据权利要求1所述的交换反应器，其中，催化区排放物收集设备处于催化区下游的收集室和催化区排放物排放设备之间。
10.根据权利要求3所述的交换反应器，其中，催化区排放物收集设备横穿所述穿孔下管板，所述穿孔下管板位于填充物管道内部空间中。
11.根据权利要求1所述的交换反应器，其中，催化区排放物收集设备包括在其外壁上的肋，以便增加与催化区接触的表面区域。
12.根据权利要求1所述的交换反应器，其中，套管包括在其外壁上的肋，以便增加与催化区接触的表面区域。
13.根据权利要求1所述的交换反应器，其中，加热设备由以下同轴部件构成：
-氧化气体混合物供给管道，在催化区上部与套管连通，
-被称为燃料管道的燃料分配设备，一端与燃料供给设备相连，并处于氧化气体混合物供给管道内，在同一高度连通。
14.根据权利要求13所述的交换反应器，其中，燃烧区处于催化区上端的套管中。
15.根据权利要求13所述的交换反应器，其中，加热设备包括燃烧区气体排放物回流管道，该管道两端开放，并处于燃烧区下游的套管中。
16.根据权利要求1所述的交换反应器，其中，加热设备由以下同轴部件构成：
-氧化气体混合物供给管道，在套管底部与所述套管连通，
-一端与燃料供给设备连接的被称为燃料管道的燃料分配设备，处于氧化气体混合物供给管道内，并延伸至套管底部，所述燃料管道包括至少一个多孔壁部。
17.根据权利要求16中所述的交换反应器，其中，在燃料管道壁中的穿孔限定沿着浸入催化区中的燃料管道壁分布的多个燃烧区。
18.根据权利要求16中所述的交换反应器，其中，氧化气体混合物供给管道在其整个高度，直至催化区上端，被填充氧化催化剂。
19.根据权利要求1所述的交换反应器，其中，加热设备由以下部件构成：
-氧化气体混合物供给管道，在所述套管的底部通入所述套管，
-在垂直于催化区并设置在燃料分配管道下游的氧化气体混合物供给管道内部和在其至少一部分高度上的氧化催化剂。
20.根据权利要求1所述的交换反应器，其中，冷却液被注入到催化区排放物收集室。
21.根据权利要求20所述的交换反应器，其中，燃烧区处于催化区之内。
22.根据权利要求1-21之一的交换反应器在蒸汽重整反应中的应用。
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Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110283991A1 (en) * 2008-03-11 2011-11-24 Peter Falcone System and method for flameless thermal oxidation at optimized equivalance ratios
US9970683B2 (en) 2008-03-11 2018-05-15 Linde Engineering North America Inc. Apparatus and method for flameless thermal oxidation at optimized equivalence ratios
FR2931368B1 (fr) * 2008-05-23 2014-07-25 Inst Francais Du Petrole Nouveau reacteur echangeur a tubes baionnette entourees de cheminees en ciment.
FR2936723B1 (fr) * 2008-10-07 2011-09-16 Inst Francais Du Petrole Enceinte reactionnelle favorisant l'echange de chaleur entre les reacteurs et les gaz produits
FR2936724B1 (fr) * 2008-10-07 2011-09-16 Inst Francais Du Petrole Enceinte reactionnelle favorisant l'echange de chaleur entre les reactifs et les gaz produits
CN101537327B (zh) * 2009-04-29 2012-07-04 太原理工大学 一种固定床反应器
KR101044226B1 (ko) * 2009-09-10 2011-06-27 한국에너지기술연구원 교차분사형 무화염 저질소산화물 산소연소기
FR2961117B1 (fr) * 2010-06-11 2012-06-08 Inst Francais Du Petrole Reacteur echangeur a tubes baionnettes et a tubes de fumees suspendus a la voute superieure du reacteur
WO2012135583A1 (en) * 2011-03-30 2012-10-04 Monsanto Technology Llc Apparatus and methods for reforming ethanol at low temperature using powder catalysts
JP5672548B2 (ja) * 2011-04-07 2015-02-18 有限会社アイエンジ 水素回収装置
FR2979257B1 (fr) * 2011-08-26 2013-08-16 Ifp Energies Now Reacteur echangeur pour la production d'hydrogene avec faisceau de generation vapeur integre
WO2013149112A1 (en) 2012-03-30 2013-10-03 Monsanto Technology Llc Alcohol reforming system for internal combustion engine
US10450193B2 (en) 2012-03-30 2019-10-22 Monsanto Technology Llc Alcohol reformer for reforming alcohol to mixture of gas including hydrogen
GB201308428D0 (en) * 2013-05-10 2013-06-19 Johnson Matthey Plc Reactor
US20140341785A1 (en) * 2013-05-15 2014-11-20 Sundrop Fuels, Inc. Radiant fountain architecture chemical reactor
DE102013226126A1 (de) 2013-12-16 2015-06-18 Technische Universität Bergakademie Freiberg Allotherme Methan-Reformierung mit physikalischer Energierückgewinnung
RU2554008C1 (ru) * 2014-01-13 2015-06-20 Общество с ограниченной ответственностью "Газохим Техно" Реактор для парциального окисления углеводородных газов
US9958211B2 (en) 2015-03-12 2018-05-01 Bayotech, Inc. Nested-flow heat exchangers and chemical reactors
CN106276794B (zh) * 2015-06-26 2019-03-08 韩国能量技术研究院 制氢反应器
WO2017136288A1 (en) * 2016-02-01 2017-08-10 Ght Global Heating Technologies Ag Ceramic matrix catalytic heat exchanger
DK201600257A1 (en) * 2016-04-28 2017-11-20 Haldor Topsoe As Cooling Medium Reactor
US10272385B2 (en) * 2016-05-17 2019-04-30 Linde Engineering North America, Inc. Flameless thermal oxidizer for oxidizing gaseous effluent streams containing hydrogen gas
EP3468707A1 (en) * 2016-06-09 2019-04-17 SABIC Global Technologies B.V. Systems for heating multi-tubular reactors
CN107570088B (zh) * 2017-10-10 2023-11-17 湖南安淳高新技术有限公司 一种管壳式反应器的催化剂卸载系统及卸载方法
FR3078636B1 (fr) * 2018-03-07 2020-03-13 IFP Energies Nouvelles Dispositif de melange situe au dessus de la zone de distribution
GB201813431D0 (en) * 2018-08-17 2018-10-03 Weedon Geoffrey Gerald Process & apparatus for steam reforming
CN109046223A (zh) * 2018-08-31 2018-12-21 重庆山巨化工机械股份有限公司 高温反应器
JP7218155B2 (ja) * 2018-11-07 2023-02-06 三菱重工業株式会社 改質装置、改質ガスの製造方法、及び改質システム
KR102241120B1 (ko) * 2019-08-09 2021-04-19 한국에너지기술연구원 에너지 절약형 촉매반응기 및 촉매반응방법
EP3900820A1 (en) * 2020-09-21 2021-10-27 Haldor Topsøe A/S Double tubes combined heat exchanger and steam reformer reactor comprising two types of catalyst beds
CN112374517B (zh) * 2020-11-19 2023-12-15 衡阳鸿宇化工有限责任公司 一种具有外护结构的三氯化铝制备用加热装置及使用方法
EP4005974A1 (en) * 2020-11-27 2022-06-01 Casale Sa Ammonia burner for nitric acid production
CN117466247B (zh) * 2023-12-26 2024-04-30 泰州中和氢能源科技有限公司 一种高效的制氢设备

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1039756A (en) * 1962-10-29 1966-08-24 Gas Council Improvements in or relating to methods of treating gases
US3909299A (en) * 1973-10-01 1975-09-30 United Technologies Corp Fuel cell system including reform reactor
US4504447A (en) * 1981-11-13 1985-03-12 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Slab reformer
EP1516663A3 (en) * 2002-04-14 2006-03-22 IdaTech, LLC. Steam reformer with burner
EP1505036A3 (en) * 2003-07-29 2008-04-09 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Hydrogen generator and fuel cell power generation system

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2167698A (en) * 1936-01-17 1939-08-01 Houdry Process Corp Method for regenerating catalytic masses
US2163599A (en) * 1936-06-12 1939-06-27 Houdry Process Corp Control of heat exchange
US2635071A (en) * 1949-04-30 1953-04-14 Socony Vacuum Oil Co Inc Fixed bed catalyst draw-off method and apparatus
US3366461A (en) * 1964-05-11 1968-01-30 Chemical Construction Corp Apparatus for exothermic catalytic reactions
JPS58124532A (ja) * 1982-01-22 1983-07-25 Mitsui Toatsu Chem Inc 吸熱反応装置
JPS5916536A (ja) * 1982-07-17 1984-01-27 Toyo Eng Corp 触媒反応装置
JPS6230602A (ja) * 1985-07-31 1987-02-09 Jgc Corp 水蒸気改質炉
JPH0692242B2 (ja) * 1986-01-16 1994-11-16 株式会社日立製作所 燃料改質装置
JPS63162503A (ja) * 1986-12-25 1988-07-06 Toyo Eng Corp ガスの製造装置
JPH04161244A (ja) * 1990-08-17 1992-06-04 Toshiba Corp 燃料改質器
DE19624433C1 (de) * 1996-06-19 1997-12-11 Daimler Benz Ag Reformierungsreaktor, insbesondere zur Wasserdampfreformierung von Methanol
JP3920516B2 (ja) * 2000-01-12 2007-05-30 三洋電機株式会社 改質器
US20030039601A1 (en) * 2001-08-10 2003-02-27 Halvorson Thomas Gilbert Oxygen ion transport membrane apparatus and process for use in syngas production
DE10159735A1 (de) * 2001-12-05 2004-02-05 Daimlerchrysler Ag Reaktor zur autothermen Reformierung von Kohlenwasserstoffen
US20060260194A1 (en) * 2003-04-15 2006-11-23 Tio Thian H Process to prepare synthesis gas
JP2005247607A (ja) * 2004-03-02 2005-09-15 Corona Corp 水素製造方法および水素製造装置
CA2580585A1 (en) * 2004-09-21 2006-03-30 Worcester Polytechnic Institute Membrane steam reformer
KR101155924B1 (ko) * 2005-02-28 2012-06-20 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지 시스템, 개질기 및 버너

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1039756A (en) * 1962-10-29 1966-08-24 Gas Council Improvements in or relating to methods of treating gases
US3909299A (en) * 1973-10-01 1975-09-30 United Technologies Corp Fuel cell system including reform reactor
US4504447A (en) * 1981-11-13 1985-03-12 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Slab reformer
EP1516663A3 (en) * 2002-04-14 2006-03-22 IdaTech, LLC. Steam reformer with burner
EP1505036A3 (en) * 2003-07-29 2008-04-09 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Hydrogen generator and fuel cell power generation system

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP昭58-124532A 1983.07.25
JP昭59-16536A 1984.01.27

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EP1998883B1 (fr) 2010-08-04

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