CN108778988A - 降低重整器中温度扩散的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于在顶部或底部燃烧重整器中加热工艺气体的方法，用于改善顶部或底部燃烧重整器上的温度扩散的方法，以及其中可应用这些方法的顶部或底部燃烧重整器。这可以通过使至少一个外部管通道的通道流速不同于至少一个内部管通道的通道流速来实现。

Description

降低重整器中温度扩散的方法
本发明涉及用于在顶部或底部燃烧重整器中加热工艺气体的方法，用于改善顶部或底部燃烧重整器上的温度扩散的方法，以及其中可应用这些方法的顶部或底部燃烧重整器。
重整器是一种炉子，其中诸如天然气的烃类气体(在下文中称为工艺气体)在催化剂(通常是基于金属的催化剂(特别是镍))存在的情况下被转化以形成CO和氢的混合物。这种生产氢的方法也称为蒸汽重整。转化反应需要在高温下(例如至少700℃的温度)进行。通过使燃料与氧化剂(例如氧气或空气)燃烧来提供工艺气体的吸热转化所需的热量。燃烧由燃烧器控制，所述燃烧器放置在重整器腔的顶部(顶部燃烧重整器)或底部(底部燃烧重整)。通过使工艺气体向下(在顶部燃烧重整器的情况下)或向上(在底部燃烧重整器的情况下)通过重整器管流向重整器腔的另一端(底部或顶部)，在腔中加热工艺气体。重整器管也可以被称为催化剂管，因为这些管包含转化反应所需的催化剂。
顶部或底部燃烧重整器包含交替的燃烧器的通道(燃烧器通道)和重整器管通道(管通道)。重整器还包含被限制在耐火壁(即多个侧壁(通常为四个)、耐火顶壁(顶部)和耐火底壁(底部))内的重整器腔。每个燃烧器通道位于两个管通道之间或位于重整器腔的外部管通道和侧壁之间。
位于最邻近重整器腔的侧壁的管通道被称为外部管通道。因此，在顶部或底部燃烧重整器中总是存在重整器管的两个外部通道。重整器管的其他通道被称为内部管通道并位于外部管通道之间。因此，具有四个管通道和五个燃烧器通道的重整器中的通道构造将是：B-O-B-I-B-I-B-O-B(其中B＝燃烧器通道；O＝重整器管的外部通道；以及I＝重整器管的内部通道)。
大多数燃烧器通道具有与其相邻的两个管通道，在这种情况下，燃烧器通道将热量直接供应到两个管通道上。然而，直接邻近侧壁的燃烧器通道(被称为侧燃烧器通道)不是这种情况。侧燃烧器通道仅直接向一个管通道(即邻近侧燃烧器通道的外部管通道)供应能量。这通常会导致不同管通道之间的温差，尤其是在外部管通道和内部管通道之间。因此，侧燃烧器通道中的燃烧器通常比其他(中心)燃烧器通道中的燃烧器具有更低的负荷。通常，侧燃烧器通道中的燃烧器的负荷是中心燃烧器通道的负荷的50-100％之间，更具体地在50％和70％之间。负荷是表示燃烧器的热释放的参数，并且以J·s-1表示。
虽然可以通过简单的箱型模型在理论上计算侧通道的燃烧器的确切负荷，但发现重整器腔中热烟道气的流动模式取决于许多不同的参数，其包括烟道气抽取装置的存在和类型、从一个燃烧器到另一个燃烧器的气体速度变化、侧燃烧器与重整器腔的侧壁的燃烧器相互作用、从一个管到另一个管的热吸收变化(还有其他参数)。
因此，准确预测重整器中的流动模式是非常复杂的。因此，不能以高精度完成预测所需的侧通道热释放。需要一种方法或重整器，利用该方法或重整器可以平衡重整器腔中的温度分布。
根据侧燃烧器通道的负荷，外部管通道的温度可高于或低于内部管通道。例如，不平衡的重整器的内部管通道可比侧通道热或冷多于30℃。
重整器腔上的温度分布的不均匀性是不希望的。首先，它可能影响重整器的性能(包括催化剂管寿命)。其次，能源效率低，因此成本效率低。第三，它可能影响材料和设计参数(诸如由重整器中最热元件决定的管厚度)的选择。因此，本发明的一个目的是改善重整器腔上的温度扩散。
本领域已知不同的方法以减少侧燃烧器与腔壁的燃烧器相互作用。
US2011/0220847涉及降低炉子不稳定性和NOx产生，例如通过减少或消除燃烧器与重整器壁的相互作用并减少或消除局部过热。它描述了在顶部或底部燃烧重整器中燃烧的方法，其中侧燃烧器具有与中心燃烧器不同的一种或更多种注入性能。注入性能包括角度、流速、氧化剂注入器的量和位置以及燃烧器的燃料注入器的量和位置。
US 2007/0099141描述了用于从炉中的燃烧器产生拉直火焰的方法。认为拉直的火焰避免了由来自炉腔中不希望的气流模式的偏向火焰所引起的工艺管和腔壁的局部过热。
US 2007/0128091涉及改善合成炉中的热分配和热传递。认为这是通过位于炉壁附近的外部燃烧器具有燃烧器出口方向来实现的，所述外部燃烧器相对于竖直方向远离炉子中心倾斜地运转，引导远离炉子的中心。
如上所述调节各个燃烧器的热量供应的缺点在于，解决方案是基于经验方法和CFD建模，并且两者都可能产生不正确的结果，当观察到温度偏差时，则需对设计进行修改。因此，常进行燃烧器负荷的平衡，从而操纵燃料或氧化剂流向各个燃烧器以改善温度分布。然而，操纵燃烧器的缺点是它可能引起安全问题，因为通常在总体水平上(对于整个重整器)保障火焰稳定性极限(热释放和空气燃料比)，并不能识别各个燃烧器上的火焰稳定性极限。
在本领域中还已知调节炉中各个加热管的温度。
EP 2 671 634描述了在涉及在炉中加热至少一种流体的工艺中用于减少管之间的管温度扩散的方法。在方法中，首先确定哪些50％的管具有最低温度。随后，降低分配进入到这些管中的流体的流量。通过在各个管的入口处安装压降元件来实现流量的降低。所有重整器管中有一半需要以这种方式处理。该方法要求在关闭装置期间实现降低流量的操作。
US 2010/0140552涉及用于控制蒸汽重整工艺的方法，其中测量每个管的壁温，并且如果温度高于期望的最大操作温度(MOT)，则修改重整工艺的至少一个操作参数以降低温度。
因此，本发明的目的是改善重整器中的温度扩散和/或温度分布，而不需要操纵燃烧器。因此，可以确保在总体水平上对重整器进行适当的保护。
本发明的另一个目的是能够平衡重整器中的温度分布。
本发明的另一个目的是能够在重整器操作期间平衡重整器中的温度分布。
更具体地，一个目的是降低重整器中的温度扩散和/或为重整器提供更均匀的温度分布。该目的包括减小外部管通道和内部管通道之间的温差。
另一个目的是实现上述目的而不会对管通道内的温度变化产生负面影响和/或引起安全问题。
在第一方面，本发明涉及用于改善在顶部或底部燃烧重整器中温度分布的方法，所述重整器包含重整器管的两个外部通道和重整器管的一个或更多个内部通道，所述方法包括使工艺气体流过内部和外部通道的重整器管，
其中，每个管通道具有通道流速，其被限定为每单位时间流过所述管通道的重整器管的工艺气体的总量，
其中，尤其是通过设定重整器管入口的所述外部管通道上游的通道流速，将至少一个外部通道的通道流速设定为与至少一个内部通道的通道流速不同。
在另一方面，通过提供用于在顶部或底部燃烧重整器中加热工艺气体的方法来满足这些目的中的一个或多个，所述重整器包括重整器管的两个外部通道(外部管通道)和重整器管的一个或多个内部通道(内部管通道)，所述方法包括使工艺气体流过内部管通道和外部管通道的重整器管，
其中，每个管通道具有通道流速，其被限定为每单位时间流过所述管通道的重整器管的工艺气体的总量，
其中，尤其是通过设定重整器管入口的所述外部管通道上游的通道流速，将至少一个外部通道的通道流速设定为与至少一个内部通道的通道流速不同。
本发明基于以下认识：通过调节(增加或减少)某个管通道的通道流速，可以控制和/或改善整个重整炉的重整器管上的温度分布。尤其是通过调节一个或两个外部管通道的通道流速，使得它们与至少一个内部管通道相比，具有不同的通道流速，获得了良好的结果。
根据本发明，将一个管通道的通道流速设定为与另一个通道的管通道流速不同。这可以通过控制或设定所述某个通道的重整器管上游的流速来实现，例如，在为管通道提供工艺气体的气体集管(header)中。以这种方式，可以容易地调节整个管通道的流速。结果是，减小了通道之间的平均温差的扩散。已发现，不同管通道(包括外部管通道)的通道流速的此类调节是改善和/或控制整个重整器中的温度分布的相对简单的方法。
已发现，通过控制外部管通道的平均管温度，并且还可控制第二管通道的平均管温度，可以减少在整个炉中的管通道之间观察到的通道平均管温度的扩散。此外，即使在重整器/炉的操作期间(也被称为操作控制)，此类方法也允许控制通道之间的平均管温度扩散。与大多数用于改善炉内热分配的方法不同，其不需要关闭炉子。
基本上，工艺气体在重整器腔中用作冷却流体，将热量从重整器腔输送出去。在本领域已知的重整器中，每个管通道具有相同的通道流速。然而，通过将某些管通道的通道流速设定为具有不同的值，尤其是一个或两个外部管通道，可以降低重整器中的温度扩散。因此，实现了重整器中更均匀的温度分布。
在某个通道相对于重整器腔的其余部分具有太高温度的情况下，可以增加该通道中的工艺气体的流速，使得通道的温度降低。可替代地，在某个通道的温度相对于重整器腔的其余部分温度过低的情况下，可以降低该通道中的工艺气体的流速。因此，通过与内部通道中的工艺气体的流速相比，选择不同的至少一个外部管通道中的流速(即，在外部通道的温度相对较高的情况下较高；在外部通道的温度相对较低的情况下较低)可以使温度分布更均匀。
在此将某个通道的通道流速限定为工艺气体流过该通道的重整器管的速度。速度表示为每单位时间的工艺气体量。工艺气体的量通常是指工艺气体的总质量，在这种情况下，流速因此是指质量流速。某个通道的流速等于通道中存在的所有单个重整器管的流速之和：
F通道＝道1-n(F管1+F管2+F管3+....+F管n) (1)
其中F通道是某个通道的通道流速，F管1是所述某个通道的第一重整器管中的流速，F管2是所述某个通道的第二重整器管中的流速，n是存在于通道中的重整器管的数量。
如本文使用的术语“流速”通常是指质量流速。
如本文使用的术语“至少一个外部管通道”都包括这样的实施方案，即其中该术语意思是“一个外部管通道”，并且其中该术语意思是“两个外部管通道中的任一个”。
如本文使用的术语“至少一个内部管通道”包括这样的实施方案，即其中该术语意思是“第三及更多的内部管通道中的任一个”、“第四及更多的内部管通道中的任一个”以及“任一的内部管通道”。
当在本文中提及管的温度时，尤其是指管壁的温度。由于管壁通常由金属制成，因此也可以将该温度称为管金属温度。此外，当在本文中提及管通道的温度时，尤其是指通道中存在的管的平均温度。可以使用本领域已知的技术测量管或管壁的温度，例如使用现场红外高温计或热影像。通常，管的温度在重整器管的长度上不同(例如，管在管的末端是最热的，在那里，工艺气体离开重整器腔)。当测量不同重整器管(或通道)的温度时，通常在相同高度(即在重整器腔中的相同高度)处测量温度。因此，可以在最近的燃烧器排的相同距离处测量每个管的温度。然而，即使在相同的高度，温度也可能不同，这取决于在管的哪一侧确定温度。因此，当测量不同重整器管(或通道)的温度时，通常还在同一侧测量温度，更具体地，在朝向最近的燃烧器排的相同暴露角度下测量温度。因此，如果需要，可以比较和/或平均不同管和通道的温度。也可以通过测量工艺气体离开重整器管时工艺气体的温度来确定管末端处的温度。这是确定管或管通道温度的更实用且简单的方法，因为以这种方式，不需要对重整器腔内的温度进行测量。
如本文使用的术语“温度分布”和“温度扩散”涉及温度在管或管通道上的分配和扩散。可以通过测量和比较每个重整器管或管通道的温度(优选地，在如上所述的相同高度和暴露角度下)来评估管或管通道上的温度分布和扩散。
图1描绘了顶部燃烧重整器的侧视图，示出了侧燃烧器通道和外部管通道以及另外的交替中心燃烧器通道和内部管通道。对于每个通道，仅显示一个管或燃烧器。
图2描绘了同一顶部燃烧重整器的顶视图，示出了两个侧壁、三个燃烧器通道和三个管通道。每个管通道都有一个提供给它的带有流量调节器的气体集管。该图并未描绘整个重整器。炉子可以具有未在附图中示出的一个或多个管通道、燃烧器通道、每个通道的管以及每个通道的燃烧器。
图3描绘了同一顶部燃烧重整器的顶视图，示出了两个侧壁、三个燃烧器通道和三个管通道，以及围绕每个燃烧器的多个燃料注入器106。每个管通道都有一个提供给它的有流量调节器的气体集管。该图并未描绘整个重整器。炉子可以具有未在附图中示出的一个或多个管通道、燃烧器通道、每个通道的管和每个通道的燃烧器。
图4描绘了顶部燃烧重整器的三个顶视图，示出了用于定位气体集管和气体分配器的三种不同配置。顶视图分别示出了三个气体集管(102、103、104)和一个气体分配器(12)。
图5描绘了与图4相同的顶部燃烧重整器，不同之处在于流量调节器(105)已放置以设定通道流速。在左侧图所描绘的配置中，不存在流量调节器。在中间图所描绘的配置(情况B)中，每个气体集管在气体分配器(105)的下游和外部被提供有流量调节器。在右侧的配置(情况C)中，每个气体集管在管通道(105)附近被提供有两个流量调节器。
图6是显示没有流量调节器的重整炉中管金属温度的曲线图。
图7是显示具有如图5中间的顶视图所放置的流量调节器的重整炉中管金属温度的曲线图。
图8是显示具有如图5右侧的配置(情况C)所放置的流量调节器的重整炉中管金属温度的曲线图。图9是显示不是根据本发明的重整炉中管金属温度的曲线图，其中炉子具有如图5左侧的顶视图的配置，不同之处在于，如EP2671634所教导的那样，用流量调节器减小了重整器管的最冷的一半中的流量。
图10显示了集管和气体分配器的不同的可能的配置。
顶部或底部燃烧重整器是本领域公知的炉子。此类炉子包含重整器腔，该重整器腔通常具有四个侧壁、顶部和底部。顶部或底部燃烧的重整器具有交替的燃烧器的通道和重整器管的通道。燃烧器的通道在本文中也可被称为燃烧器通道。重整器管的通道也可以被称为管通道。管通道是多个重整器管的通道，它们基本上彼此平行。重整器管垂直放置在重整器腔中，这意味着它们或者通过顶部朝下(朝向重整器腔的底部)进入重整器腔，或者它们通过底部朝上(朝向重整器腔的顶部)进入重整器腔。管通道基本上彼此平行，以及与重整器腔的两个侧壁基本上平行。这些侧壁被称为通道侧壁。燃烧器基本上被设置在一个平面上，即在重整器腔的顶部或底部。燃烧器被设置在通道中，该通道基本上平行于管通道和通道侧壁。最邻近通道侧壁的燃烧器通道(与所有其他燃烧器通道相比)被称为侧燃烧器通道。其他燃烧器通道可以被称为中心燃烧器通道。最邻近通道侧壁的管通道(与所有其他管通道相比)被称为外部管通道。其他管通道可以被称为内部管通道。由于在重整器腔中有两个通道侧壁，因此有两个外部管通道和两个侧燃烧器通道。大多数商业的顶部或底部燃烧的重整器包含2-16个管通道，但是本发明也可以用于更大量的管通道。本发明特别有利于具有多于4个管通道的较大的重整器。
不同的燃烧器通道和管通道可以被称为如下。侧燃烧器通道可以被称为第一燃烧器通道(B1)；邻近侧燃烧器通道的燃烧器通道可以被称为第二燃烧器通道(B2)；邻近第二燃烧器通道(并且不是第一燃烧器通道)的燃烧器通道可以被称为第三燃烧器通道(B3)等。外燃烧器通道可以被称为第一管通道(O或T1)；邻近外部管通道的管通道可以称为第二管通道(T2)；邻近第二管通道(并且不是第一管通道)的管通道可以被称为第三管通道(T3)等。因此，包含五个管通道(两个外部通道和五个内部通道)以及六个燃烧器通道的通道配置可以被表示如下：B1-O-B2-T2-B3-T3-B3-T2-B2-T1-B1|，其中通道侧壁由“壁由表示。最高数字的一个或两个管通道(在前述实例中T3)可以被称为最内部管通道。
根据本发明，至少一个外部通道的流速不同于至少一个内部通道的流速。原则上，将一个外部通道的流速设定为与至少一个内部通道不同，足以改善重整器上的温度分布(尽管仅在重整器腔的一侧)。然而，优选地，以这种方式调节两个外部通道的流速，使得在重整器腔的两侧改善温度扩散。
至少一个外部通道的通道流速可以高于或低于至少一个内部通道的通道流速。这主要依据燃烧器的负荷。在燃烧器的负荷相对较高的情况下，外部通道的通道流速通常将高于至少一个内部通道的通道流速。在燃烧器的负荷相对较低的情况下，内部通道的通道流速通常将低于至少一个内部通道的通道流速。
通常，两个外部管通道的流速之间没有太大差异。通过精确设计将工艺气体从主气体集管输送到各个管通道的管的允许压降，通常可以将差异最小化。基于具有最低通道流速的外部通道，两个外部管通道之间的通道流速差可小于1％，优选小于0.5％，甚至更优选小于0.1％。通常，两个外部管通道的流速通常大致相同。
根据本发明的方法，某个管通道(例如，至少一个外部管通道和任选的一个或多个内部管通道)的通道流速不同于至少一个内部管通道的通道流速。这通过将某个管通道(例如，至少一个外部通道或一个或多个内部管通道)的通道流速设定为与至少一个内部通道不同的值来完成。这可以通过调节所述某个管通道的重整器管上游(例如在气体集管或甚至更上游的气体分配器中)的工艺气体的流速来确定。以这种方式，可以仅使用少数(例如一个或两个)流量调节器来设定管通道的通道流速。而且，这使得可以在重整器的燃烧室外部设定通道流速，使得在设定通道流速时不必关闭重整器。原则上也可以设定单个重整器管的流速(例如，通过为重整器管的入口提供插入件或板以部分地停止或阻碍工艺气体的流动)，但是由于重整器中的大量催化剂管以及此类操作需要关闭炉子的事实，这不是优选的。因此，通常在重整器管入口的上游，通常在气体集管处设定管通道的通道流速。
为了给某个管通道提供一定值的通道流速(例如，与至少一个内部管通道的通道流速不同的流速)，所述某个管通道的气体集管的流速向所述通道中的重整器管提供了可以设定的、调节的和/或受控的工艺气体。例如，为所述某个管通道的气体集管提供可以设定的、调节的和/或受控的工艺气体的流速。因此，间接地设定管通道的通道流速。例如，通过调节所述外部通道的重整器管上游的工艺气体的流速，可以为外部通道提供与至少一个内部管的通道流速不同的通道流速。
设定某个管通道的通道流速通常是通过控制或设定气体集管的流速(例如，供工艺气体进入该通道的气体集管(即为管通道提供工艺气体的气体集管)的流速)来完成的。通常，重整器中的每个管通道包含用于将工艺气体分配给所述管通道中的重整器管的气体集管。气体集管通常是包含一个或多个入口和多个出口的管。管可以是线性的或分支的，可以具有固定的或可变的内径。可以将气体集管大致分为两部分：通道部分和连接器部分。气体集管的通道部分是气体集管的细长部分，其包含气体集管出口。通道部分通常大致平行于管通道。气体集管的连接器部分是连接通道部分和气体分配器的气体集管的一部分。因此，连接器部分是气体集管的一部分，其将工艺气体提供给气体集管的通道部分。优选地，一个或更多个流量调节器被放置在气体集管中，例如被放置在气体集管的连接器部分中。当被放置在气体集管中时，流量调节器应优选地被放置在所有重整器管入口的上游，尤其是在所述气体集管的所有气体集管出口的上游。最优选地，没有一个气体集管出口位于流量调节器的上游。
气体集管的配置可以具有不同的复杂程度。实际上，该设计通常是在流体分配中所需的均匀性与管道的数量以及为获得相应设计而要进行的焊接工作之间的折衷。例如，气体集管系统可以包含气体分配器(主集管)，其将流体分配到气体集管(子集管)。气体分配器和气体集管设计的使用允许为选择最合适的管道系统布线提供了一定的灵活性，从而在分配性能和管道系统成本之间实现了最佳折衷。图4和10中示出了不同的配置。
气体集管具有用于供工艺气体进入气体集管的至少一个入口和用于工艺气体的离开气体集管并被供给到管通道的重整器管(即包含气体集管的管通道)的多个出口。管通道的每个重整器管与气体集管的至少一个出口流体连接。通常，一个重整器管仅与气体集管的多个出口中的一个连接。通常，气体集管仅具有一个入口。通常，气体集管中的出口数量等于通道中的重整器管的数量。气体集管的至少一个入口可以与工艺气体储存器、工艺气体的进料或下面描述的气体分配器的至少一个出口流体连接。气体集管通常正好位于炉子的辐射部分的外面，即在重整器腔外面。然而，在重整器中流过气体集管的工艺气体仍然具有高达700℃的高温。当工艺气体进入重整器管时，这种高温对于已非常活跃的催化剂而言是必要的。为此目的，在将工艺气体供给到气体集管之前，通常将工艺气体预热至500-600℃的温度。
因此，为了设定某个管通道的流速，可以将所述管通道的气体集管以一定流速提供工艺气体，所述流速使得所述管通道具有与至少一个内部通道不同的通道流速。因此，在至少一个外部管通道的情况下，可以将外部管通道的气体集管以这样的流速提供有工艺气体，即所述流速使得至少一个外部通道具有与至少一个内部通道不同的通道流速。
如上所述，难以预测侧燃烧器通道的精确放热以及它如何随时间和进料组成变化而发展。因此，希望可以将流速设定为某个值，并且如果需要，可以在以后进行调节。通过这种方式，可以为某些通道提供初始通道流速，随后测量通过初始配置获得的温度分布，然后调节一个或多个通道的初始流速以减少与初始配置相比进一步的温度扩散。以这种方式，通过调节和/或重新调节不同管通道的流速，可以控制和改善重整器上的温度分布。
因此，为了能够设定(并且如果必要的话，进一步调节，例如通过重新设定)将工艺气体提供到某个通道的气体集管的流速，可以使用流量调节器(也被称为流量控制装置)。流量调节器允许设定和/或改变将工艺气体提供给某个通道的气体集管的流速。例如，流量调节器可以允许提供某个通道的气体集管，其中工艺气体的流速为提供的内部管通道的一个或多个的气体集管的流速的90-110％，优选为95-105％。流量调节器的合适实例是插入件、阀、板(例如孔板或限制孔)和文丘里(venturi)喷嘴。如果需要，可以专门设计不同的气体集管，以便能够为管通道提供所期望的流速。例如，在为外部管通道提供工艺气体的气体集管需要以更高的流速提供气体的情况下，气体集管可能需要具有比内部通道的气体集管更大的直径。
可以手动或自动控制重整器中的一个或多个流量调节器。可以在现场或远程控制它们。是否调节流量调节器的决定可以基于离开某个管通道的工艺气体的温度。这是出于实际原因而完成的，因为温度测量可以适当地位于管通道的出口系统中。因此，可以经由精确控制来增加或降低不同管通道的温度。
可以通过比较离开不同重整器管通道的工艺气体之间的温度差来表示在重整器管上扩散的温度。这种温度测量是最实用的，因为它可以位于重整器的出口系统中。
优选地，离开任何管通道的工艺气体之间的温度差小于10℃，甚至更优选小于5℃。
对于需要设定通道流速的管通道，可以向管通道的气体集管提供流量调节器，例如通过将流量调节器连接到其气体集管入口。需要设定或改变流速的每个管通道可具有提供有流量调节器的气体集管。因此，通常向至少一个外部管通道的气体集管入口提供流量调节器。流量调节器决定将工艺气体提供给气体集管的流速。原则上，可以在重整器管上游的任何合适位置处提供流量调节器。通常，在气体集管的入口处提供流量调节器。可以将流量调节器例如插入或物理连接到至少一个气体集管入口。例如，气体集管入口可以包含端口，可以将流量调节器(例如阀或入口)拧入或装配到该端口中。可以将这种端口焊接或法兰连接到气体集管的入口管线中。
可替换地，可以在气体集管入口的上游提供流量调节器。流量调节器可以例如被提供给气体分配器或管，所述管将工艺气体提供到需要设定通道流速的管通道的气体集管(例如，至少一个外部管通道的气体集管)。在这种情况下，流量调节器与需要设定通道流速的管通道的气体集管的入口流体连接。例如，流量调节器可以经由气体分配器或经由用于将工艺气体提供给气体集管的管与气体集管的入口流体连接。可以在管中或管的入口处提供流量调节器。
流量调节器可以部分地阻塞或阻碍提供给气体集管的工艺气体的流动。因此，流量调节器将设法改变流速。流量调节器可以通过在气体集管和管，工艺气体储存器或气体分配器之间产生压降来工作，通过气体分配器向气体集管提供工艺气体。如上所述，流量调节器的实例是插入件、阀、板(例如孔板或限制孔)和文丘里喷嘴。板和插入件可以简单地阻塞工艺气体的部分通道。可以将插入件插入管(例如，向气体集管提供工艺气体的管)或插入入口(例如气体集管入口)。插入件可具有特定的几何形状，其可被设计用于产生给定的压降(并因此产生给定的流速)。
优选地，流量调节器(高度)耐高温。在这方面，插入件比阀更合乎需要(例如，由于阀中的移动部件)。气体集管中的温度通常高于控制阀和安全阀可承受的典型的最高温度。
优选地，流量调节器是可调节的。这意味着可以将气体集管提供给工艺气体的流速设定为不同的值，而不必从重整器(通常来自其气体集管)移除流量调节器。可以轻松设定阀以提供不同的流速。合适的阀的一个实例是蝶形阀。然而，阀的缺点在于其由于其移动部件而不具有耐高温性。然而，它仍可适用于本发明以产生压降，尤其是当人们不打算紧紧地关闭阀时。
如果流量调节器是不可调节的(例如某些插入件和板)，则可通过更换流量调节器来设定流量。这意味着移除流量调节器并用不同的流量调节器替换。因此，优选地，插入件或板可移除地连接到气体集管或管上，从而为气体集管提供工艺气体。可移除地意味着可以在不损坏设备并且优选地也可在不损坏流量调节器本身的情况下再次连接和移除流量调节器。为了通过使用插入件来容易地设定流速，插入件应该是可移除的并且优选地也是容易获得的。在优选实施方案中，流量调节器是插入件。可以将插入件设计成容易获得的和可替换的。
也可以由气体分配器设定或控制将工艺气体提供给气体集管的流速。通常，所有气体集管都填充有来自相同工艺气体储存器和/或来自相同主要工艺气体进料流的工艺气体。通常对所有重整器管的单一工艺气体组合物进行重整。在这种情况下，一个储存器(例如缓冲罐或管道)为所有重整器管提供工艺气体，该储存器位于重整器外部或甚至在重整设备外部。这可以通过使用另外的气体集管来实现，以用于向管通道的气体集管分配工艺气体。
这种另外的气体集管在本文中被称为气体分配器。这种气体分配器也可以被称为主集管，所述集管下游的气体集管则被称为子集管。工艺气体通常以一定的流速进入气体分配器。工艺气体可以以相同的流速将工艺气体分配到每个气体集管。然而，也可以将气体分配器设计成使得它可以提供具有不同流速的一个或更多个通道的气体集管。这可以例如通过提供上述流量调节器至一个或多个气体分配器出口(而不是气体集管)来实现。
气体分配器包含至少一个入口，其用于使工艺气体进入气体分配器；以及多个出口，其用于工艺气体离开气体分配器并供给到气体集管。每个气体集管入口与气体分配器的多个出口中的一个流体连接。因此，气体集管在本文中也可被称为气体子集管(气体分配器是主气体集管)。通常，一个气体(子)集管入口与多个出口中的一个连接。因此，气体分配器中的出口数量等于气体集管的数量(因此也是管通道的数量)。气体分配器出口可以在端部处或在沿着气体集管的长度的任何其他位置处与气体集管连接。气体分配器的至少一个入口可以与工艺气体储存器或工艺气体的主要进料流体连接。
如上所述，可以将流量调节器用于设定(且如果必要的话，进一步用于调节，例如通过重新设定)将工艺气体提供给某个通道的气体集管的流速。可以通过向气体分配器出口提供流量调节器来设定某个管通道的通道流速，所述气体分配器出口与所述某个管通道的气体集管入口流体连接。可以以与向气体集管入口提供流量调节器相同的方式，向气体分配器出口提供流量调节器。
下面，给出了至少一个外部管通道和至少一个内部管通道之间的流速差异的许多标准。尽管下面使用术语“至少一个外部管通道”，但是本发明还设想了其中两个外部管通道满足标准的实施方案，并在此明确公开。事实上，在本发明的大多数实际的实施方案中，对于至少内部管通道的流速差异的同一标准通常适用于两个外部管通道。
至少一个外部管通道通常具有不同于第二管通道中任一个的通道流速，并且优选地还不同于所述第四和另外的管通道中的任一个的通道流速，更优选地不同于所述第三和另外的管通道中的任一个的通道流速，甚至更优选地，不同于内部管通道中任一个的通道流速。
至少一个外部管通道的通道流速通常为至少一个内部管通道，优选为内部管通道中任一个的通道流速的90-110％。
在至少一个外部管通道的流速应低于一个或多个内部管通道的流速的情况下，至少一个外部管通道的通道流速可以为具有最高通道流速的内部管通道的通道流速的90-99％，例如95-98％。至少一个外部管通道的通道流速还可以为第四和另外的内部管通道中的任一个的流速的90-99％，例如95-98％，或第三和另外的内部管通道中的任一个的流速的90-99％，例如95-98％，或甚至所有内部管通道中的任一个的流速的90-99％，例如95-98％。
在至少一个外部管通道的流速应高于一个或多个内部管通道的流速的情况下，至少外部管通道的通道流速可以为具有最低通道流速的内部管通道的通道流速的101-110％，例如102-105％。至少一个外部通道的通道流速还可以为第四和另外的内部管通道中的任一个的流速的101-110％，例如102-105％，或者第三和另外的内部管通道中的任一个的流速的101-110％，例如102-105％，或甚至所有内部管通道中的任一个的流速的101-110％，例如102-105％。
为了更多地降低重整器腔上的温度扩散和/或在重整器腔上实现更均匀的温度分布，可以将一个或两个第二管通道设定成具有不同于一个或多个第三和另外的内部管通道的流速。如上所述，第二管通道是与一个外部管通道和一个另外的内部通道(即第三管通道)邻近的管通道。无论是否将一个或两个外部管通道的通道流速设定为高于或低于一个或多个内部管通道的通道流速，可以独立地选择一个或两个第二管通道的通道流速高于或低于第三或另外的管通道。这主要取决于燃烧器的负荷强度和至少一个外部管通道的通道流速。
在至少一个第二管通道的流速应低于一个或多个其他内部管通道的流速的情况下，至少一个第二管通道的通道流速可以为具有最高通道流速的内部管通道的通道流速的90-99％，例如95-98％。至少一个第二管通道的通道流速还可以为第四和另外的内部管通道中的任一个的流速的90-99％，例如95-98％，或者第三和另外内部管通道中的任一个的流速的90-99％，例如95-98％。
在至少一个第二管通道的流速应高于一个或多个其他内部管通道的流速的情况下，至少一个第二管通道的通道流速可以为具有最低通道流速的内部管通道的通道流速的101-110％，例如102-105％。至少一个外部通道的通道流速还可以为第四和另外的内部管通道中的任一个的流速的101-110％，例如102-105％，或者第三和另外的内部管通道中的任一个的流速的101-110％，例如102-105％。
为了更多地降低重整器腔上的温度扩散和/或在重整器腔上实现更均匀的温度分布，也可以将一个或两个第三管通道设定成具有不同于第四和另外的内部管通道的通道流速。上述差异的同一标准适用于第二管通道。
通常，大多数内部管通道的流速之间没有太大差异。基于两者的最低通道流速，第四和另外的管通道中的任意两个之间，或者甚至在第三和另外的管通道中的任意两个之间的通道流速的差异可以小于1％，优选地小于0.5％，甚至更优选地小于0.1％。通常，第四和另外的管通道的流速，或甚至第三和另外的管通道的流速大致相同。因此，没有将这些通道的流速设定为与大多数内部管通道不同。在一个实施方案中，基于两者的最低通道流速，任何两个内部通道之间的通道流速差异小于0.5％，例如小于0.1％。
在优选的实施方案中，本发明可以与US 2011/0220847(该申请通过引用包括在本文中)的教导相结合。因此，侧燃烧器(即，相邻于重整器腔的侧壁的燃烧器)可具有不同于中心燃烧器(即，位于不邻近重整器腔的壁的燃烧器)的一种或多种注入性能。一种或更多种喷射特性选自氧化剂注入器的角度、燃料注入器的角度、氧化剂离开所述氧化剂注入器的流速、燃料离开所述燃料注入器的流速、氧化剂注入器的量、氧化剂注入器的位置、燃料注入器的量和燃料注入器的位置。以此类方式，可以进一步降低可能尤其发生在重整器腔的拐角处的温度扩散。因此，尤其可以调节重整器腔顶部或底部拐角处的四个燃烧器具有与中心燃烧器不同的注入性能。此外，在邻近耐火壁(尤其是四个角燃烧器)和中心燃烧器的燃烧器中可以选择不同的燃料与氧化剂的比率。
本发明还涉及顶部或底部燃烧重整器，其中可以进行本发明的方法。因此，本发明涉及顶部或底部燃烧重整器，其可以被用于加热工艺气体和/或用于改善重整器中的温度分布，该重整器包括：
-重整器腔，其包含交替的燃烧器的通道和重整器管的通道；
-重整器管的至少三个通道，其中每个通道包含
a)多个重整器管和
b)气体集管，其用于在重整器管上分配工艺气体，
其中，所述气体集管具有用于供工艺气体进入所述气体集管的至少一个入口，以及用于使工艺气体离开所述气体集管并供给到所述重整器管的多个出口，
其中，某个通道的所述多个重整器管中的每一个与同一通道的气体集管的至少一个出口流体连接，
其中，所述至少三个通道包含两个外部通道和至少一个内部通道；和
-位于重整器腔的顶部或底部的燃烧器的至少两个通道，其中燃烧器的每个通道位于重整器管的两个通道之间或者位于重整器管的外部通道和重整器腔的侧壁之间；和
-任选地，气体分配器，其用于将工艺气体分配到气体集管，所述气体分配器具有用于工艺气体进入的至少一个入口和用于工艺气体离开并且向所述气体集管提供工艺气体的多个出口，其中每个气体集管入口与所述气体分配器的所述多个出口中的一个流体连接；和
-流量调节器，其用于设定将工艺气体提供给外部通道中的一个的气体集管的流速，使得工艺气体以不同于至少一个内部通道的气体集管的流速提供给所述外部通道中的一个的气体集管；和
-任选地，一个或多个另外的流量调节器，其用于设定将工艺气体提供给除所述外部通道中的一个之外的其他通道的气体集管的流速。
如上所述，流量调节器可以连接到重整器。
如上所述，一个或多个流量调节器可以存在于重整器中。通常，两个外部管通道的气体集管都提供有流量调节器(至气体集管入口或气体集管的上游)。而且，第二管通道的气体集管优选地提供有流量调节器(至气体集管入口或气体集管的上游)。
上面还描述了顶部或底部燃烧重整器的基本配置。该配置也适用于本发明的重整器。此外，上面针对本发明方法描述的气体集管、气体分配器和/或流量调节器的描述也适用于本发明的重整器。
本发明的重要改进是系统的简单性以及重整器操作者的易控制性和可操作性。炉子上的温度扩散得到改善，可以更严格地控制炉子的材料(例如管、入口和出口系统)在其使用寿命期间所经受的温度。因此，通过增加重整器的总寿命可以实现成本节省。
与需要迭代管温度测量和在温暖环境中对每个燃烧器的长时间调节的各个燃烧器的平衡相反，本发明的实施相对容易并且需要低的维护和操作成本。
实施例1：
设计了具有8个管通道的现有常规状态的重整器。假设与内部通道相比，两个外部管通道将更冷15℃，则离开各个通道的工艺气体的温度可以如下：
由于出口温度被控制在880℃，并且基于历史数据，设定最热管的设计温度，因此，与内部通道的工艺气体出口温度有关，设计温度实际上是基于885℃的出口温度所设定。
通过应用本发明，外部通道(可能以及第二管通道)的通道流速可以与最内部通道进行不同设定，从而将这些通道的温度提高到880℃。结果是，最热的管出口温度(通道的平均值)可以降低5℃，因此催化剂管设计温度可以降低5℃，导致管壁厚度显著减小。因此可以显著降低重整器的材料成本。
实施例2：
在该实施例中，使用如图4和5中所述的气体集管配置(情况A-C)来说明本发明，并与重整炉进行比较，其中被确定为在情况A中最冷的管的50％的管配备有流量调节器，即EP2671634(情况D)所教导的孔或阀。
对于情况A，计算出具有多个管通道的炉子的管金属温度(图5，左)。每个通道的管数为44，并且设计使得中央气体分配器将气态进料供应到每个管排的各个气体集管，从而为管通道的重整管提供工艺气体。
将侧壁旁边的管通道标记为第1排(外部管通道)，朝向重整器中心的下一个管通道是第2排，而将位于图的右手侧的管通道标记为第3排。
在情况A中，没有控制装置位于气体入口集管系统或管中。在情况B中，将2个阀放置在气体集管中，允许独立地控制分配到第3排、第2排和第1排的流量。在情况C中，对于每个气体集管，将气体集管的一半通道配备单个的流量调节器，因此允许控制所有管通道的各个气体集管中的流量。
最后，对于比较例(情况D)，将在情况A中被确定为最冷管的50％的管配备流量调节器(即EP2671634所教导的孔或阀)。
将情况A的管金属温度绘制在图6中。人们可以清楚地认识到最冷的管通道最接近重整器的侧壁，标记为第1排。第1排和第2排以及第3排的平均管金属温度之间的显著差异可能是与中心通道相比的在外部通道中使用相对低的吸收负荷的结果。
在所测量的水平的管金属温度中观察到的最大扩散温度为约54℃，最大管温度值为971℃。
将情况B的管金属温度绘制在图7中。通过流量调节器将外部管通道(第1排)的气体集管的流速降低，结果是管壁温度增加。与其他通道(第2排为953℃，第3排为949℃)相比，外部通道仍然显示略冷的平均温度(943℃)。与情况A相比，在所测量的水平的管金属温度中观察到的最大扩散降低至37℃，最大管温度值为964℃，与情况A相比降低了7℃。
将情况C的管金属温度绘制在图8中。通过两个流动装置将外部通道(第1排)的流速降低，结果是管壁温度增加。将两个气体集管部分中的流动装置进行不同的操作，导致与其他气体集管部分供给管22-44相比，到气体集管部分供给管1至21的流量略低。与其他管通道(第2排为952℃和第3排为948℃)相比，外部通道(第1排)显示出可比较的平均温度(946℃)。在所测量的水平的管金属温度下观察到的最大扩散降低到33℃，最大管温度值为962℃，与情况A相比降低了9℃。
将情况D的管金属温度绘制在图5中。在已被确定为冷管的50％的管中安装校准的限流孔或流量调节器之后获得情况D。与其他通道(第2排为950℃和第3排为952℃)相比，外部通道(第1排)仍然显示略低的平均温度(943℃)。在所测量的水平的管金属温度下观察到的最大扩散降至34℃，最大管温度值为961℃，与情况A相比降低了10℃。与情况B和C相比，管的最大管金属温度略有提高，而炉内观察到的温度扩散与C情况相当。
情况D具有以下主要的不便之处：仅在确定冷管之后才可以放置孔。管冷的原因可能部分与催化剂的负载有关。已知催化剂必须在重整器的寿命期间多次更换，因此在确定冷管后，情况D在每次再填充时强制更换限制孔。此外，与B和C情况相比，流量调节器的数量非常高。因此，相信在入口气体集管系统(气体集管和/或气体分配器)中安装控制装置可以提供一种经济实用的方法以获得最大管温度的非常显著的降低以及炉内管温度扩散的降低。
与情况D相比，情况B和C允许通过使用较少的设备达到期望的目标，该设备可以在线控制并且根据供料条件(当给料质量变化时)和吞吐量进行调节。

Claims (20)

1.在顶部或底部燃烧重整器(1)中加热工艺气体(5)的方法，所述重整器包含重整器管的两个外部通道(10)和重整器管的一个或多个内部通道(11、12)，所述方法包括使工艺气体(5)流过所述内部通道和外部通道的重整器管(4)，
其中每个通道具有通道流速，其被限定为每单位时间流过所述通道的重整器管的工艺气体的总量，
其中，通过在所述重整器管入口的上游设定所述外部管通道的通道流速，使至少一个外部通道(10)的通道流速不同于至少一个内部通道(11、12)的通道流速。
2.改善顶部或底部燃烧重整器(1)中的温度分布的方法，所述重整器包含重整器管的两个外部通道(10)和重整器管的一个或多个内部通道(11、12)，所述方法包括使工艺气体(5)流过所述内部通道和外部通道的重整器管(4)，
其中每个通道具有通道流速，其被限定为每单位时间流过所述通道的重整器管的工艺气体的总量，
其中，通过在所述重整器管入口的上游设定所述外部管通道的通道流速，使至少一个外部通道(10)的通道流速设定为不同于至少一个内部通道(11、12)的通道流速。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述至少一个外部通道包含气体集管(102)，其用于向所述通道中的重整器管提供工艺气体，
其中在所述重整器管入口的上游设定或已经设定所述至少一个外部管通道的通道流速。
4.如权利要求3所述的方法，其中在所述气体集管处设定或已经设定所述至少一个外部管通道的通道流速。
5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述至少一个外部通道包含气体集管(102)，其用于向所述通道中的重整器管提供工艺气体，所述气体集管具有
至少一个入口，用于供工艺气体进入所述气体集管(102)；和
多个出口，用于供工艺气体离开所述气体集管(102)并供给到所述至少一个外部通道(10)的重整器管(4)；
其中所述至少一个外部通道(10)的每个重整器管(4)与所述气体集管(102)的至少一个出口流体连接，并且其中向所述气体集管以一定流速提供工艺气体，使得至少一个外部通道(10)具有与至少一个内部通道(11、12)不同的通道流速。
6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过设定向所述外部通道的气体集管提供工艺气体的流速，向所述外部通道提供与至少一个内部通道的通道流速不同的通道流速。
7.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过在所述重整器管的上游提供流量调节器(105)来设定或已经设定所述通道流速。
8.如权利要求6或7所述的方法，其中流量调节器(105)用于提供与至少一个内部通道的通道流速不同的至少一个外部通道的通道流速，其中所述流量调节器(105)部分地阻塞或阻碍提供给至少一个外部通道的气体集管的工艺气体的流动。
9.如权利要求6-8中任一项所述的方法，其中所述流量调节器(105)是插入件、阀、板、孔板、限制孔或文丘里喷嘴。
10.如权利要求6-9中任一项所述的方法，其中将所述流量调节器(105)提供至
-所述至少一个外部通道的气体集管的入口；或
-所述管向所述至少一个外部通道的气体集管提供工艺气体的管的管入口。
11.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中每个通道的重整器管包含用于向所述通道中的重整器管提供工艺气体的气体集管(102、103、104)，每个气体集管具有
-至少一个入口，用于供工艺气体进入所述气体集管；和
-多个出口，用于供工艺气体离开所述气体集管并供给到重整器管；
其中，一个通道的每个重整器管与同一通道的气体集管的多个出口中的一个流体连接，并且
其中所述重整器还包含用于在所述气体集管上分配工艺气体的气体分配器，其中所述气体分配器包含
-至少一个入口，用于供工艺气体进入所述气体分配器，
-多个出口，用于供工艺气体离开所述气体分配器并供给到所述气体集管，
其中每个气体集管入口与所述气体分配器的多个出口中的一个流体连接，
其中，通过在至少一个外部通道的气体集管与所述气体分配器之间产生压降，使所述一个外部通道的通道流速不同于至少一个内部通道的通道流速，其中所述压降优选地由所述流量调节器产生。
12.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中一个或两个外部通道具有与任一内部通道不同的通道流速。
13.如前述权利要求中任一项所述的方法，
其中一个或两个外部通道的通道流速为具有最高通道流速的内部通道的通道流速的90-99％，例如95-98％；或者
其中一个或两个外部通道的通道流速为具有最低通道流速的内部通道的通道流速的101-110％，例如102-105％。
14.如前述权利要求中任一项所述的方法，
其中一个或两个外部通道的通道流速为内部通道中任一个的通道流速的90-99％，例如95-98％；或
其中一个或两个外部通道的通道流速为内部通道中任一个的通道流速的101-110％，例如102-105％。
15.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中基于具有最低通道流速的外部通道，两个外部通道之间的通道流速差小于0.5％，优选地小于0.1％。
16.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述一个或多个内部通道包含两个第一内部通道和一个或多个另外的内部通道，其中每个第一内部通道与一个外部通道以及一个另外的内部通道相邻，并且
其中一个或两个第一内部通道的通道流速均不同于与其相邻的外部通道的通道流速，并且不同于与其相邻的另外的内部通道的通道流速。
17.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中相邻于重整器腔的侧壁的燃烧器可具有不同于不相邻于重整器腔的壁的燃烧器的一种或多种注入性能，
其中所述一种或多种注入性能选自氧化剂注入器的角度、燃料注入器的角度、氧化剂离开所述氧化剂注入器的流速、燃料离开所述燃料注入器的流速、氧化剂注入器的量、氧化剂注入器的位置、燃料注入器的量和燃料注入器的位置。
18.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述至少一个外部通道包含用于向所述通道中的重整器管提供工艺气体的气体集管(102)，
其中通过设定或已经设定所述一个管通道的气体集管向所述通道中的重整器管提供工艺气体的流速来实现通道流速的差异。
19.如权利要求2-18中任一项所述的方法，其中在所述重整器的操作期间设定通道流速。
20.顶部或底部燃烧重整器(1)，其用于加热工艺气体(5)和/或用于改善所述重整器中的温度分布，其中所述重整器包含
-重整器腔(2)，其包含交替的燃烧器(6)的通道和重整器管(4)；
-重整器管(4)的至少三个通道，其中每个通道包含
a)多个重整器管(4)和
b)气体集管(102、103、104)，用于在所述重整器管上分配工艺气体，
其中，所述气体集管具有用于供工艺气体进入所述气体集管的至少一个入口，以及用于供工艺气体离开所述气体集管并供给到所述重整器管的多个出口，
其中，一个通道的多个重整器管中的每一个与同一通道的气体集管的至少一个出口流体连接，
其中，所述至少三个通道包含两个外部通道(10)和至少一个内部通道(11、12)；和
-燃烧器(6)的至少两个通道，所述燃烧器位于所述重整器腔的顶部或底部，其中燃烧器的每个通道位于重整器管的两个通道之间或者位于重整器管的外部通道和所述重整器腔的侧壁之间；和
-任选的气体分配器，用于将工艺气体分配到所述气体集管，所述气体分配器具有用于供工艺气体进入的至少一个入口和用于供工艺气体离开并且向所述气体集管提供工艺气体的多个出口，其中每个气体集管入口与所述气体分配器的多个出口中的一个流体连接；和
-流量调节器(105)，用于设定将工艺气体提供给所述外部通道中的一个的气体集管的流速，使得工艺气体以不同于至少一个内部通道的气体集管的流速，提供到所述外部通道中的一个的所述气体集管；和
-任选的一个或多个另外的流量调节器，用于设定将工艺气体提供给除所述外部通道中的一个之外的其他通道的气体集管的流速。
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