CN110267912A - 用于合成气生产的可扩展换热器转化炉 - Google Patents

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Abstract

一种用于烃类进料的对流蒸汽转化的换热器转化炉，其中换热器转化炉包括容器，该容器具有放置在其中的板组件部分，该板组件部分包括彼此间隔一定距离的若干板，以在相邻之间提供至少交替的第一和第二通道。所述容器包括在所述板组件部分的第一端处的第一入口，用于将烃进料和蒸汽的混合物供应到所述第一通道并使所述混合物在朝向所述板组件部分的第二端的方向上流动，该容器还包括靠近板组件的第二端的第二入口，用于将热转化炉流出物作为加热气流供应到第二通道，其中第二通道包括彼此连接的第一和第二部分，其中设置第一部分用于在朝向板组件的第一端的方向上引导热转化炉流出物与第一通道中烃进料和蒸汽混合物的流动逆流，第二部分用于引导热转化炉流出物在第一通道的横向流动，第二通道连接到收集器出口用于转化炉流出物在板组件的第一端离开换热器转化炉。

Description

用于合成气生产的可扩展换热器转化炉
技术领域
本发明涉及一种用于烃类进料的对流蒸汽转化的换热器转化炉，特别是利用已转化气流的热量的轻质烃类。换热器转化炉可以用作例如用于生产氢气、合成气、甲醇和/或氨的换热器转化炉，即与传统蒸汽转化炉并联，或者与自热转化炉或部分氧化反应器并联。换热器在其优选实施例中包含催化剂，但也可以仅仅是换热器，该换热器确保热量从转化炉出口的热反应产物到在这种转化炉入口上游预热的进料气体的传递。板组件设计和构造取代了传统的管束及其相关的管板，因此也消除了相关的扩展限制，同时还显著简化了用于防止渗碳或所谓的金属粉化的结构和策略。
背景技术
生产合成气和氢气的最普遍的方法是在存在催化剂的情况下在高温下对天然气和其它轻质烃类进行蒸汽转化。该反应是高度吸热的，其是在高温的辅助进行的，内在地需要大量的热来实现所需的转化。这些温度通常通过外部热量的输入来实现，通常通过燃料在具有填充有催化剂的管子的辐射箱式炉(称为蒸汽转化炉)中燃烧来实现。转化气体是氢气、一氧化碳、二氧化碳以及未转化的甲烷和过量蒸汽的平衡混合物。
在换热或气体加热蒸汽转化的已知示例中，思想在于针对给定燃烧任务，通过使用已转化气体的热量来最小化每单位转化气体的燃烧量或实现额外的转化，该已转化气体从直热式转化炉离开到达换热器型转化炉(在此称为换热器转化炉)中的进料件的转化部件。这例如在US 4,919,844中公开。在这种已知的换热器转化炉中，填充有催化剂的多个管子成捆地安装在圆形管板的顶部，并且在一些情况下也在底部安装，并且放置在垂直的圆柱形壳体中，使得加热气体在壳的侧部流动。这种设备已成功实施，目的是使现有的蒸汽转化炉能够用于合成纯氢气，以及使热交换器应用于涉及较高温度的转化气流作为热源的应用，例如涉及二次转化或自热转化。
然而，上述包括管束和管板的传统换热器转化炉的设计和构造，超出了某一管板直径和厚度之外，对扩展和制造可能性产生了不必要的限制。此外，设备尺寸通常由可用的热交换表面积决定，因为在大多数情况下该过程受到热传递的限制。因此，壳和管子的结构是合适的选择，但不是优化设备尺寸和增加单个设备的生产量的最佳选择。
除此之外，伴随着来自于转化气体的热回收的过程，气流经过温度窗口，在温度窗口处可能发生不期望的“金属粉化”现象。金属粉化是在450-750℃的典型温度范围内在处理合成气的高合金材料中观察到的灾难性腐蚀，取决于与合成气中的一氧化碳(CO)和氢气(H2)的分压相关的严重性。因此，换热器转化炉需要防止金属粉化，通过使用特殊的防金属粉化材料(例如高镍、高铬合金，可选地使用有助于金属抗性的合金元素改进)生产设备，或者通过使用专门的涂覆方法用保护涂层涂覆基底金属。
因此需要一种用于再生蒸汽转化的改进的后换热器转化炉，其可以更有效地克服上述限制，显示出更大的可扩展性以具有更大的合成气能力。
因此，本发明的目的是提供一种用于再生蒸汽转化的改进的换热器转化炉，其可以更有效地克服上述现有技术装置的限制，并且具有覆盖更大的合成气能力的更大可扩展性的优点，和/或较大的传热表面、降低的制造复杂性和更好的机械完整性的优点。
发明内容
根据本发明，这通过显示了第一项权利要求的特征部分的技术特征的换热器转化炉实现。
此外，本发明涉及一种用于烃类进料的对流蒸汽转化的换热器转化炉，其中换热器转化炉包括容器，该容器具有放置在其中的板组件部分，该板组件部分包括彼此相距一定距离放置的若干板，以至少提供在相邻板之间交替的第一通道和第二通道，该容器包括在板组件部分的第一端处的第一入口，以用于将烃类进料和蒸汽的混合物供应到第一通道并使混合物沿朝向板组件部分的第二端部的方向流动，该容器还包括靠近板组件的第二端的第二入口，以用于将热转化炉流出物作为加热气体流供应到第二通道，其中第二通道包括连接的第一部分和第二部分，其中第一部分用于在朝向板组件的第一端的方向上与烃类进料和蒸汽混合物的流动成逆流地引导热转化炉流出物，并且第二部分用于引导热转化炉流出物在第一通道的横向上流动，第二通道连接到转化炉流出物的收集器出口以在板组件的第一端离开换热器转化炉。
根据本发明，“烃类进料”是指可含有轻质烃类和/或天然气的气体混合物。
板组件部分包括几个彼此间隔开放置的板以在它们之间提供交替的第一通道和第二通道，由于改进的几何灵活性和板组件布局的简化，板组件部分的存在不仅通过调节表面与体积比以允许优化的间隔和热传递，而且还允许简化构造和与现有技术装置相比的尺寸放大。在本发明的换热器转化炉中，形成交替的第一通道和第二通道的相邻板之间的距离或间隙或间隔可以变化，并且可以由技术人员基于按照实际体积流量、催化剂几何形状和体积的设计参数以及按照对压降优化传热的设计参数而优化。特别地，当换热器转化炉并行地应用于蒸汽转化炉或二级转化炉时，板组件被设计用于在第一通道和蒸汽转化炉压降(通常为2-4巴)之间的压差平衡。
此外，通过次数(即冷侧流体通过热侧的次数，反之亦然)可以根据所需的转换和生产量而变化，而不受压降的限制和传热的要求。
本发明提供了另外的优点，即与现有技术装置相比，板式换热器的传热系数更高，因此给定热负荷所需的表面积是a管壳式换热器的一半到三分之一。因此，可以降低成本，总体积和维护。
另外，在现有技术的换热器转化炉中，在平板上比在圆形无缝管和弯曲表面以及管到管板接头上更加简单地应用诸如渗铝或特殊金属防尘合金的保护涂层。板组件允许更容易且不太复杂的焊接区域，否则由于不平坦的表面会产生停滞袋并且还导致保护涂层的潜在崩解，从而开始用于金属粉化的核。因此，与在现有技术中使用的圆形管，管板，壳侧挡板或轴向翅片管或任何热交换表面增强装置上的类似处理相比，多个平板的使用允许更坚固的保护涂层。
板组件的使用还允许更容易地部署改进的未来金属防尘合金材料，其在板中比在管中可以更容易地部署。因此，本发明允许实现改进的材料完整性和更好地保护反应器表面免受潜在的金属粉化。
因此，基于简化的结构，更有效和更容易防止金属粉化，针对更大应用的更高可扩展性，与现有技术的换热器转化炉相比，本发明具有实现潜在成本降低的主要优点，允许通过简化结构和物流提高规模经济，还缩短了实施时间，而且使维护操作更容易和更短。
通常，将设置收集器出口以将转化炉流出物引导至容器的出口喷嘴。
第一通道可以是空的，或者它们可以含有转化催化剂。
在优选实施例中，板组件部分放置在封闭壳中。
形成交替的第一通道和第二通道以及可选的第三通道的相邻板之间的距离或间隙或间隔可以变化，并且可以由技术人员基于按照实际体积流量、催化剂几何形状和体积的设计参数以及按照对压降优化传热的设计参数而优化。
通过实施突起(诸如矩形脊或附接到一块板的条)并突出以接触第二通道中的相邻板，可以改善传热速率和效率。这些突起具有多种用途，其不仅用作增强传热的延伸表面，而且更重要的是可用作板加强件和间隔件以获得更好的机械刚性，均匀的间隙并避免大平板的任何弯曲或变形趋势。突起可以在板并流的整个长度上延伸到转化的气流，并且可以放置的足够近，从而产生用于转化气流的各种流动通道。
根据另一个实施方案，通过使用波纹板可以改善通道之间的传热效率，该波纹板在热转化炉流出物的流动方向上具有波纹。
根据另一优选实施例，至少一个条带或脊部的存在可以改善通道之间的传热效率，所述至少一个条带或脊部从面向第二气体通道的板的一侧突出，其沿着热转化炉流出物的流动方向延伸。该脊部或空间杆的存在带来了额外的优点，即它起到加强件的作用，从而提高了板的刚性。特别是当板具有相对大的尺寸时，这可能是期望的。所述至少一个脊还可以用作间隔件，用于确保在两个相邻板的整个表面上存在具有均匀尺寸的间隙，从而形成流动槽或导管。除此之外，脊部可以用作换热区域的延伸表面，用于在进料和转化炉流出物之间提供增强的热传递。
在本发明的一个优选实施例中，设置至少一个脊部以连接第二通道的相邻板，沿着该第二通道保证了热交换。
在另一优选实施例中，脊部优选地在第二通道的宽度方向上具有厚度，该厚度最大为每侧上第二通道的宽度的一半。因此，脊部可以在基本纵向的方向上延伸，即基本平行于第二转化炉流出通道。
在本发明的换热器转化炉中，第一入口通常放置在距板组件的第一端部的一定距离处。
而且，在本发明的换热器转化炉中，第二通道通常是空的，以允许转化气体从中流过，并且向第一通道提供用于蒸汽转化或用于蒸汽转化炉进料预热的热传递。
容器可以采用技术人员认为合适的任何取向。然而，在优选实施例中，容器沿竖直方向延伸，并且在另一优选实施例中，第一通道和至少部分第二通道也沿竖直方向延伸。在这种装置中，用于将烃类进料和蒸汽的混合物供应到第一直立通道的第一入口通常位于板组件的顶部位置，并且该混合物沿向下的方向流过板组件部分。进一步地，在这样的装置中，第二入口位于板组件的第二端部，在与包含第一入口的相对的板组件部分上的位置处，用于供应热转化气体。
在本发明的实施例中，热转化流出物与离开第一通道的转化流出物混合，作为加热气体流入容器中的第二通道，并使转化器流出物逆流流动，第二通道连接到第二收集器出口，用于转化流出物在板组件第二通道的延伸部分处离开换热器转化炉，其中在第二收集器出口的位置处设置至少一个收集器，收集器用于将转化器流出物在作为通过出口喷嘴流出换热器转化炉容器的单一产品流流出之前，引导至容器的出口喷嘴。
在本发明的另一实施例中，热转化流出物被收集在板组件的第一端部的延伸管道中，以在板组件的第二通道的延伸处离开换热器转化炉，而离开第一通道的转化流出物被收集在收集器出口的板组件的第二端部，以在板组件的第一通道的延伸部处离开换热器转化炉，其中在两端的延伸部处设置至少一个收集器，收集器用于将流出物在作为通过它们各自的喷嘴流出换热器转化炉容器的两个产品流流出之前，引导至容器的两个单独的出口喷嘴器的两个单独的出口喷嘴。
在本发明的另一实施例中，热转化流出物收集在板组件第一端部的延伸管道中，以在板组件的第二通道的第二延伸部分处离开换热器转化炉，而离开第一通道的转化流出物由另外的通道或收集器逆流引导，该通道或收集器位于第一通道中(例如第一通道的中心)，其允许从热产物朝向催化剂区域的额外热传递。在放置在第一通道中的附加通道(或收集器)中流动的产物被收集在板组件的第一端部处的附加通道的延伸部分中并且离开换热器转化炉。第二通道和中央通道(或收集器)的延伸部分被收集在板组件的第一端部处的至少两个单独的收集器中，其允许将两个产品在作为通过它们各自的喷嘴流出换热器转化炉容器的两个产品流流出之前，引导到容器的两个单独的出口喷嘴。
热回收后的出口转化气流的收集优选地通过在与第一和第二通道中的流动方向交叉的方向上引导其流动来完成。此外，在一个优选的实施例中，第二通道包括两个部分，其中第一部分用于引导热转化炉流出物与当前烃类和蒸汽进料相反的流动，其用于通过板传热，并且第二通道的具有延伸管道的第二较短部分用于将交叉流动中的出口气体引导至第一通道和第二通道以便在腔室中收集，然后经由以方形横截面布置的出口气体收集器从换热器转化炉中最终流出。这种布置还允许壳式换热器的最佳利用。
在实施例中，容器包括位于板组件的第一端部的盒子，该盒子在第一通道的位置处设置有多个供应孔，用于将进料混合物供应到第一通道。因此，可以避免使用传统的管板，并且本发明消除了如上所述的现有技术的换热器转化炉的相关的扩展限制和制造复杂性。
在优选实施例中，板组件包括在其相对侧上的第一和第二端部板，与在第一端部板和第二端部板之间占据中间位置的板相比，第一和第二端部板具有更大的厚度。这样，端部板形成用于板组件的坚固外壳。在另一优选实施例中，板组件将被容纳在外围框架中，该外围框架包括形成框架的多个梁，用于坚固并用于提升和安装。
在较高和较窄的板束的情况下，负责交换热量的板组件可以分成两个块，彼此堆叠，通道对齐。
出口气体结构目前的概念为两个横向相对的腔室，该腔室具有向下并连接到传输线的收集器出口管。
在实施例中，板可以涂覆有保护涂层，以最小化不希望的腐蚀的风险。其中可以使用金属合金，例如US4,882,125中描述的合金。在本发明的另一优选实施例中，板式换热器组件的各个板可以是金属防尘镍铬合金或甚至是陶瓷材料，例如碳化硅基材料、氧化钛基材料、氧化锆基材料等。通过使用这种具有耐金属粉化的特定合金或陶瓷材料，可能不需要对板进一步处理，这在制造的复杂性方面是有利的，因此考虑到其制造成本。然而，也可以使用技术人员认为合适的任何其他保护涂层。
本发明提供的总体优点是使用多个板，该多个板彼此相距一定距离以提供交替通道，一方面接收用于蒸汽转化反应的催化剂，并且另一方面用于流动转化炉流出物气体以提供额外热量，允许实现提高材料的完整性，同时提高对金属粉化的抵抗力。根据发明人，这必须归因于可以应用于板的更有效的涂层保护，这对于翅片管或挡板来说更难以实现。另一方面，板可以由不能用于生产管的材料制成，因此板可以由例如镍铬铁合金693制成，其基于其对金属粉化的抵抗力，不需要存在保护涂层作为优先的选择。
对于换热器的板组件的第二端部处的流量分配，预想为多孔板。板组件周围的耐火护罩可以是六边形的，但也可以是简单的方形或矩形。
本发明还涉及一种制备氢的方法，优选通过蒸汽甲烷转化，其中该方法包括主蒸汽甲烷转化步骤，在该步骤中烃类被转化以产生氢气，并且包括换热器转化步骤，在该步骤中烃类被转化以产生额外的氢气，其中换热器转化步骤在换热器转化炉中进行。
从结合附图说明的以下本发明中某些实施例的详细描述中将更全面地理解本发明的上述和其他特征和优点，附图旨在说明而不是限制本发明。
定义
在整个说明书中，术语“进料”表示烃类和蒸汽的混合物。
贯穿本说明书对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征，结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书在各个地方出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定都指的是同一实施例。此外，应注意，一个或多个实施例的特定特征，结构或特性可以以任何合适的方式组合以形成新的未明确描述的实施例。
附图说明
图1示出了现有技术的换热器转化炉的示意图；
图2示出了根据本发明的换热器转化炉的实施例的示意图；
图3示出了根据本发明的换热器转化炉的另一实施方的俯视示意图；
图4示出了根据本发明的换热器转化炉的又一实施例的侧视示意图；
图5示出了根据本发明的换热器转化炉的实施例的板式换热器组件的上部的示意性立体图；
图6示出了根据本发明的换热器转化炉的另一实施例的板式换热器组件的示意性立体图；
图7显示了根据本发明的换热器转化炉的板式换热器组件的横截面视图；
图8示出了图4的板式换热器组件的横截面视图的细节图；以及
图9示出了根据本发明的换热器转化炉的板式换热器组件的单块板的示意性立体图。
应注意，不同附图中的相同或相应的元件用相同或相应的附图标记表示。
具体实施方式
在图1中，示出了现有技术的换热器转化炉的例子。这种换热器转化炉可以用于产生氢气的蒸汽甲烷转化方法，以增加由主蒸汽甲烷转化炉获得的氢气产量。现有技术的换热器转化炉100构造成用于使用来自主蒸汽甲烷转化炉的蒸汽甲烷转化炉流出物的热量。如图1所示的换热器转化炉100是管束和管板类型。换热器转化炉100包括对流热交换转化炉容器102，其容纳一定量的催化剂填充管子104。该催化剂填充管从容器102的上侧106附近延伸至容器102的下侧108处。在容器102的上侧106处，设置用于供应进料和蒸汽的入口110，其与催化剂填充管104的进气口105流体连接。在容器102的下侧108附近处，设置与主蒸汽甲烷转化炉M流体连接的转化炉流出物入口112，以用于将转化炉流出物供应到容器102的内部空间。转化炉流出物的热量被使用以使得催化剂填充管104内的进料和蒸汽混合物能够转化为至少包含氢气、一氧化碳和二氧化碳的混合物。优选地，热转化炉流出物沿着催化剂填充管104的外表面流动，以有效地将热量传递到催化剂填充管104内的进料和蒸汽混合物。该催化剂填充管104可包括带翅片的外表面(未示出)以增强传热能力。翅片可以纵向于或横向于管的中心轴线。换热器转化炉100还包括出口以用于将转化的反应产物P(可选地通过生产气体锅炉)朝向水煤气变换部分供应。根据现有技术的换热器转化炉100能够实现蒸汽甲烷转化设备的显著(超过30％)的产量增加，同时提高整体工艺效率。这可能转而导致燃料燃烧量减少，从而减少二氧化碳排放。然而，如前所述，根据现有技术的换热器转化炉100可能遇到扩展限制和与金属粉化和防止措施有关的问题。
根据本发明图2-图9中示出中的优选实施例，这些问题可以至少部分地通过换热器转化炉1，也称为增强的传热转化炉来克服。
在图2、3和4中分别示出的换热器转化炉1、201和301可以用于蒸汽甲烷转化炉方法，其中主蒸汽甲烷转化炉M(即蒸汽甲烷转化炉的主转化炉，或者，氨或甲醇装置的次级转化炉)用于在转化催化剂存在的情况下使天然气和其它轻质烃类在高温下与水蒸气反应以释放氢气。在主蒸汽甲烷转化炉M中，在催化反应中，进料和部分蒸汽被转化成氢气，一氧化碳和二氧化碳的混合物以及一些甲烷形式的剩余未转化进料和剩余蒸汽(转化气体)。该反应是高度吸热的并且在高温下进行。离开主蒸汽甲烷转化炉M的转化气体具有高温，通常在860-950℃左右，或者二级转化炉在900-1200℃的温度之间。
将热转化气体供给根据本发明的换热器转化炉1，用于与进行蒸汽转化的烃类进料流进行热传导。图2表示换热器的一个实施例，其中设备设计成垂直布局。应该注意，水平布局也是可能的。
根据本发明的换热器转化炉1包括容器2，特别是具有细长圆柱形状的直立容器。该容器2包括第一入口10，烃类进料和蒸汽沿着第一入口10供应。第一入口10设置在容器2的上部6中。
进料可包含较轻烃类(如甲烷、乙烷、丙烷)和/或较重烃类(如石脑油)的混合物。进料和蒸汽供应件F可以是技术人员认为合适的任何供应构件，并且可以包括例如管格栅或储罐。在特别优选的实施例中，进料可以绕过主蒸汽转化炉。在供应给换热器转化炉1之前，可以对进料预处理以除去不需要的进料污染物，并且可以将烃类进料与蒸汽混合。
用于供应转化气体(或者换句话说为热转化炉流出物)的第二入口12设置在容器2的下部8中。第二入口12可以与主蒸汽甲烷转化炉M的转化气体出口流体连接，以允许将转化炉流出物(即转化气体)从主转化炉直接供应到容器2内部空间。
在容器2内部设置热交换部分，该热交换部分应允许烃类进料和蒸汽混合物之间的热交换，其供应到容器的上部，并且热转化炉流出物供应到容器的下部。该进料和热转化炉流出物被设置以逆流方向流动。
热交换部分包括板式换热器组件4。该板式换热器组件4包括多个彼此间隔开的板12，以在相邻板之间提供交替的第一通道14和第二通道16(同样参见图5、7-9)。该第一通道14构造成用于进料和蒸汽混合物沿第一方向R1流动，所述第一方向从容器2的上部中的第一入口10向下延伸，特别是朝向容器2的下端部8延伸。该进料蒸汽混合流动可以特别地大致平行于容器中心轴线A行进。该第二通道16构造成用于转化炉流出物沿与第一方向R1相反的第二方向R2流动。因此，在使用中，通过板式换热组件4的转化炉流出物的流动与进料和蒸汽混合流动成逆流。
换热器组件4可包括端板18(见图8)，该端板18具有比中间热交换板12更大的厚度，从而形成坚固的外壳。优选地，板式热交换器组件的板可以是高镍高铬合金，其提供对金属粉化的高抗性。合金中的高铬含量也可提供优异的抗氧化性和足够的铬储备以维持保护性铬层。添加铝可以通过形成额外的氧化铝基保护层来改善对金属粉化的抵抗力。铜催化剂的添加也可以增强固溶体并充当表面CO分解的抑制剂。已发现其他元素有助于抑制金属粉化现象。
与设置所述高镍-高铬合金的热交换器板12相反，该热交换器板12可以在每个板12的外表面上设置有保护涂层。由于热交换部分包括具有相对简单的结构和形状的板12的板式热交换组件4，对所述板的涂覆可以是比对所述现有技术转化炉的翅片管的涂覆更容易。此外，板上涂层的质量可能更好。
在所示实施例中，板式热交换器4的各个板12具有基本相似的尺寸和形状，该板具有例如正方形或矩形形状和尺寸。然而，在不同的实施例中，该板可以具有不同的结构并且具有不同的尺寸和形状。
板式热交换器组件4的板12可以在面向第二通道16的一侧设置有至少一个突起26，突起26该在第二通道16的至少一部分宽度上突出伸入第二通道16。优选地，突起沿着平行于板12的长度的至少一部分或沿着转化气体的流动方向延伸。在优选实施例中，板12是波纹状的(未示出)以延伸其热交换表面。然而，也可以提供允许延伸热交换表面的其他技术特征。
第一通道14在其面向容器2的第一入口10的开口处包括催化剂通道入口20，例如扩散型入口(未示出)。流量分配器设计成使得无论板在板组件中的位置如何，包含在第一通道中的催化剂暴露于类似的流速下。催化剂可以作为粒料或作为第一通道中的规整填料的涂层提供或优选实施方案中作为直接在板表面上的涂层以获得最高的传热效率。
第二通道16具有面向转化炉流出物入口8(参见图2)的进气口22，以用于接收转化炉流出物流。当流过第二通道16时，热转化炉流出物将沿着板12通过并与板12和流过通道14的进料/蒸汽混合物进行热交换。为了使转化炉流出物入口8具有合适的分布，可以设置多孔板24，用于将转化炉流出物流细分成朝向第二通道16的进气口22(参见图2)。板24可以实现底部混合流动分布。在容器2的下部8中，可以设置耐火护罩38，例如圆柱形或六边形护罩。
包含催化剂(参见图8)的第一通道14的横截面尺寸d可取决于存在于第一通道14中的催化剂颗粒C的横截面尺寸。然而，催化剂也可在与任何距离d匹配的尺寸的结构上作为涂层存在。此外，在优选的实施例中，催化剂可以直接涂覆在热交换板上，该热交换板可以为催化剂提供足够的几何表面以达到所需的转化率。波纹板、细化板和其他传热增强突起也可用于增加催化剂涂层的可用几何表面面积。
用于转化炉流出物16的第二通道的横截面尺寸D可以根据所需的热回收程度来选择。板式热交换组件4的板12可设置有至少一个脊部26(见图8和9)，至少在远离进料流动通道14的表面处，朝向堆板的相邻板12延伸。因此，脊部26可以延伸到转化炉流出通道16中并且使相邻的板12互连。脊部26的厚度t可以是转化炉流出通道16的横截面尺寸D的大约一半。在根据本发明所示的换热器转化炉1的实施例中，以相同距离设置多个脊部26。这种脊部26可以例如通过焊接或铜焊连接的方式与相应的板12连接。相反，这些脊部可以形成在板12中，这取决于基材和/或涂覆在其上的涂覆技术。脊部26为相应的板12提供刚度，并且还可以用作相邻板之间的间隔件，用于保持均匀的通道横截面尺寸d，D。此外，所述脊部26可以在进料和蒸汽混合物与转化炉流出物之间提供进一步增强的热传递。
邻近转化炉流出物通道16的下游端部，设置至少一个出口气体室30(参见图2和图7)。在所示的实施例中，两个出口气体室30设置在板式热交换器组件4的相对侧上。在出口气体室30的相应底壁32(见图2)中设置排出口排出口34。排气集管36设置成与所述排出口排出口34流体连接，以用于将转化炉流出物引导出换热器转化炉1，并用于将转化炉流出物供应到设置在根据本发明的换热器转化炉1下游的工艺气体锅炉P。
由于根据本发明的换热器转化炉1的热交换部分不包括管板，因此由所述管板的尺寸(直径和厚度)决定的相关的扩展制造限制不是根据本发明的换热器转化炉1的问题。
在另一实施例中，热转化气体被供应到换热器转化炉200，以与进行蒸汽转化的新烃类进料流进行热交换。图3表示热交换器的一个实施例，其中设备设计成水平布局。应该注意，垂直布局也是可能的。
根据本发明的换热器转化炉200包括具有细长圆柱形状的容器202。该容器202包括第一入口210，通过该第一入口210供应烃类进料和蒸汽混合物F。该第一入口210设置在容器202的容器206的第一端部。
可以对进料和蒸汽供应F预处理以除去不需要的进料污染物，并且可以将烃类进料与蒸汽混合并预加热，并可选地预转化。
在容器202的第二端部208处设置用于供应转化气体(或者换句话说，热转化炉流出物)的第二入口212。该第二入口212可以与主蒸汽甲烷转化炉M或二级转化器M或部分氧化反应器M的转化气体出口流体连接以允许将转化炉流出物(即转化气体)被直接供应到容器202的内部空间。
在容器202内部设置热交换部分，其允许在烃类进料和蒸汽混合物之间进行热交换，该烃类进料和蒸汽混合物供应到容器的第一端部，并且热转化炉流出物供应到容器的第二端部。进料和热转化炉流出物被设置以逆流方向流动。
热交换部分包括板式热交换器组件204。该板式热交换器组件204包括多个彼此间隔开的板，以在相邻板(也参见图5、7-9)之间设置交替的第一通道14和第二通道16。该第一通道14构造成用于进料和蒸汽混合物沿第一方向R1的流动，所述第一方向从容器202的第一端部中的第一入口210朝向容器208的第二端部的方向延伸。该第二通道构造成转化炉流出物在与第一方向R1的方向相反的第二方向R2上的流动。因此，在使用中，通过板式热交换组件204的转化炉流出物的流动与进料和蒸汽混合物流动成逆流。
第一通道14在其面向容器202的第一入口210的开口处包括催化剂通道入口20，例如用于合适流量分配的扩散型入口(未示出)。该催化剂优选涂覆在板上，但也可以作为填充结构或粒料提供。
第二通道16具有面向转化炉流出物入口212(见图3)的进气口，用于接收转化炉流出物流。当流过第二通道16时，热转化炉流出物将沿着板12通过并与板12和流过通道14的进料/蒸汽混合物进行热交换。为了使转化炉流出物入口具有合适的分布，可以提供多孔板224，用于将转化炉流出物流细分成朝向第二通道16(参见图2)的进气口。板224可以实现底部混合流动分布。在容器202的第二端部208中，可以设置耐火护罩238，例如圆柱形、矩形或六边形护罩。
邻近转化炉200的第一端并且在流出通道16的端部，设置至少一个排气室230(参见图3)。在所示实施例中，一个排气室230设置在板式热交换器组件204的一侧。在排气室230的每个壁232中，设置排出口236。排气集管236将转化炉流出物导出换热器转化炉200，并且在根据本发明的换热器转化炉200的下游设置的变换部分之前将转化炉流出物P1供应到可选的工艺气体锅炉。
邻近转化炉200的第二端部和在包含催化剂的通道14的端部，提供至少一个排气室234(参见图3)。在所示实施例中，一个排气室234设置在板式热交换器组件204的一侧。在排气室234的每个壁233中，设置排出口237。排气集管237将转化产品导出换热器转化炉200并用于将转化炉流出物P2供应到蒸汽转化炉或二级转化炉或部分氧化反应器，或者将其与冷却的转化炉流出物P1混合。
在另一实施方案中，热转化气体被供应到换热器转化炉300，以与进行蒸汽转化的新烃类进料流进行热交换。图4表示热交换器的一个实施例，其中设备设计成垂直布局。应该注意，水平布局也是可能的。
根据本发明的换热器转化炉300包括具有细长圆柱形状的容器302。该容器302包括第一入口310，通过该第一入口310供应烃类进料和蒸汽混合物F。该第一入口310设置在容器302的容器306的第一端部。
可以对进料和蒸汽供应F预处理以除去不需要的进料污染物，并且可以将烃类进料与蒸汽混合并预加热，并可选地预转化。
在容器302的第二端部308处设置用于供应转化气体(或者换句话说，热转化炉流出物)的第二入口312。第二入口312可以与主蒸汽甲烷转化炉M或二级转化炉M或部分氧化反应器M的转化气体出口流体连接以允许将转化炉流出物(即转化气体)直接供应到容器202的内部空间。
在容器302内部设置热交换部分，其允许在烃类进料和蒸汽混合物之间进行热交换，所述烃类进料和蒸汽混合物供应到容器的第一端部，并且热转化炉流出物供应到容器的第二端部。进料和热转化炉流出物被设置以逆流方向流动。
热交换部分包括板式热交换器组件304。板式热交换器组件304包括多个彼此隔开一定距离设置的板，以在相邻板之间提供交替的第一通道114和第二通道115以及在通道114(也见图6)内设置的通道116。第一通道114构造成用于进料和蒸汽混合物沿第一方向R1的流动，所述第一方向从容器302的第一端部中的第一入口310向容器308的第二端部延伸。附加通道115设置在通道114内并用于内部热热回收。真正的将转化产物的热量转移回催化区。以这种方式，转化产物的高等级热量充分用于吸热转化反应。转化产品沿方向R2流回容器302的第一端部306。第二通道115构造成用于在与第一方向R1相反的方向上的第二方向R2上的转化炉流出物流动。因此，在使用中，通过板式热交换组件304的转化炉流出物的流动与进料和蒸汽混合物流动成逆流。
第一通道114包括另外的一对板，这些板形成与流体连接的通道116。
第二通道115具有面向转化炉流出物入口312(见图4)的进气口，其用于接收转化炉流出物流。当流过第二通道115时，热转化炉流出物将沿着板通过并与板和流过通道114的进料/蒸汽混合物交换热量。为了使转化炉流出物入口具有合适的分布，可以设置多孔板324，用于将转化炉流出物流精细地分配到第二通道115(参见图2)的进气口。板324可以实现底部混合流动分布。在容器302的第二端部308中，可以设置耐火护罩338，例如圆柱形，矩形或六边形护罩。
邻近转化炉300的第一端部和在流出通道115的端部设置至少一个排气室330(参见图4)。在所示实施例中，一个排气室330设置在板式热交换器组件304的一侧。在排气室330的各个壁332中，设置排出口336。排气集管336将转化炉流出物导出换热器转化炉300，并且在根据本发明的换热器转化炉300的下游设置的变换部分之前将转化炉流出物P1供应到可选的工艺气体锅炉。排气集管336与板延伸部123流体连接，板延伸部123允许流出物从板组件332的端部横流输送到反应堆容器302的出口336。
邻近转化炉300的第一端部设置另一排气室330(参见图4)。在所示实施例中，一个排气室334设置在板式热交换器组件204的一侧。在排气室334的各个壁332中，设置排出口337。排气集管337将转化产品引导出换热器转化炉300并用于将转化炉流出物P2供应到蒸汽转化炉或二级转化炉或部分氧化反应器，或者将其与冷却的转化炉流出物P1混合。与出口336相比，出口337开口通常可以在容器302的相对侧。与板延伸部123中的流出物流相比，板延伸部124延伸附加内部通道116以允许转化产品的逆流流动，附加内部通道116允许转化产品朝向出口337的横向流动路径。
尽管以上已经描述了本发明的说明性实施例，但是部分地参考附图，应理解，本发明不限于这些实施例。通过研究附图，公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现对所公开实施例的变型。例如，将清楚的是，板式热交换器组件的尺寸，形状和构造可以根据换热器转化炉的类型而变化。

Claims (25)

1.一种用于烃类进料的对流蒸汽转化的换热器转化炉，其中，所述换热器转化炉包括容器，所述容器具有放置在其中的板组件部分，所述板组件部分包括彼此相距一定距离放置的若干板，以在相邻板之间至少设置交替的第一通道和第二通道，所述容器包括位于所述板组件部分的第一端部处的第一入口，以用于将烃类进料和蒸汽的混合物供应到所述第一通道并使所述混合物沿朝向所述板组件部分的第二端部的方向流动，所述容器还包括靠近板组件的所述第二端部的第二入口，以用于将热转化炉流出物作为加热气体流供应到所述第二通道，其中，所述第二通道包括彼此连接的第一部分和第二部分，其中，所述第一部分设置为用于在朝向所述板组件的所述第一端部的方向上与第一通道中烃类进料和蒸汽混合物的流动成逆流地引导热转化炉流出物，并且所述第二部分设置为用于引导所述热转化炉流出物在第一通道的横向上流动，所述第二通道与收集器出口连接，以使转化炉流出物在板组件的所述第一端部处离开所述换热器转化炉。
2.根据权利要求1所述的换热器转化炉，其中，所述收集器出口设置为用于将转化炉流出物引导至所述容器的出口喷嘴。
3.根据权利要求1或2所述的换热器转化炉，其中，所述第一通道包括转化催化剂。
4.根据前述权利要求中任一项所述的换热器转化炉，其中，所述第一通道和所述第二通道并行。
5.根据前述权利要求中任一项所述的换热器转化炉，其中，所述第一通道包括第一部件和第二部件，所述第一部件和所述第二部件沿着彼此行进，并且通过分隔壁彼此分离。
6.根据权利要求5所述的换热器转化炉，其中，所述第一通道的所述第一部件和所述第二部分彼此平行地延伸。
7.根据前述权利要求中任一项所述的换热器转化炉，其中，所述板组件部分放置在封闭的壳体内。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的换热器转化炉，其中，所述热转化流出物在所述容器中与离开所述第一通道的转化流出物混合，其中，所述第二通道在其延伸部处与收集器出口连接，以便转化的气体流出物离开所述换热器转化炉，其中，所述收集器设置为用于将所述转化炉流出物在作为流出换热器转化炉容器的单一产品流流出之前，引导至所述容器的出口喷嘴。
9.根据权利要求1-6中任一项所述的换热器转化炉，其中，所述热转化气体在所述板组件的所述第一端部处被收集在延伸的管子中，以在所述板组件的所述第二端部的第二延伸部处离开所述换热器转化炉，同时离开所述第一通道的转化气体在所述板组件的所述第二端部处被收集在收集器出口中，以在所述板组件的所述第一通道的第一延伸部处离开所述换热器转化炉，其中，在所述第一延伸部处设置第一收集器并且在所述第二延伸部处设置第二收集器，用于将所述流出物引导至容器的分离的出口喷嘴，以便提供离开所述容器的分离的流。
10.根据权利要求1-7中任一项所述的换热器转化炉，其中，热转化气体在所述板组件的所述第一端部处被收集在延伸的管子中，以在所述第二通道的第二延伸部处离开所述换热器转化炉，其中，离开所述第一通道的转化气体通过位于所述第一通道中的另外通道定向逆流于所述第二通道中的流动方向，并且在所述板组件的所述第一端部处被收集在所述另外通道的延伸部中，在所述第一延伸部和所述第二延伸部的每一个处，设置至少一个收集器以将流出物引导至所述容器的分离的出口喷嘴，以便提供离开所述容器的分离的流。
11.根据前述权利要求中任一项所述的换热器转化炉，其中，板的朝向所述第二通道的面设置有至少一个突起，所述至少一个突起在所述第二通道的至少部分宽度上突出深入所述第二通道中，所述突起沿着板的长度的至少一部分沿着转化气体的流动方向延伸。
12.根据权利要求11所述的换热器转化炉，所述突起包括至少一个脊部，所述脊部突出进入用于转化炉流出物气体的所述第二通道中，并沿着热转化流出物的流动方向延伸。
13.根据权利要求12所述的换热器转化炉，其中，所述至少一个脊设置成连接形成所述第二通道的相邻板。
14.根据权利要求11-13中任一项所述的换热器转化炉，其中，所述板在面向至少一个第二通道的侧面是波纹状的。
15.根据权利要求11-14中任一项所述的换热器转化炉，其中，所述脊部在所述第二通道的宽度方向上的厚度最大为所述第二通道宽度的一半。
16.根据前述权利要求中任一项所述的换热器转化炉，其中，所述容器包括定位在所述板组件部分的顶部的盒子，所述盒子在所述第一通道的位置设置有多个供应孔，以将烃类进料和蒸汽的混合物供应至所述第一通道。
17.根据前述权利要求中任一项所述的换热器转化炉，其中，向所述第二通道提供烃类进料和蒸汽混合物的入口包括扩散型进料口。
18.根据前述权利要求中任一项所述的换热器转化炉，其中，所述板至少在面向所述至少一个第二通道的侧面上涂覆有保护涂层。
19.根据前述权利要求中任一项所述的换热器转化炉，其中，所述板组件部分的板由耐金属粉化的合金制成。
20.根据前述权利要求中任一项所述的换热器转化炉，其中，所述容器沿着笔直的方向延伸，其中，用于供应烃类进料和蒸汽的混合物的第一入口布置在所述容器的上部，并且用于转化炉流出物的第二入口布置在所述容器的下部。
21.根据前述权利要求中任一项所述的换热器转化炉，其中，用于将烃类进料和蒸汽的混合物供应至所述第一通道的第一入口为扩散型进料口。
22.根据前述权利要求中任一项所述的换热器转化炉，其中，所述板组件包括在其相对侧上的第一端部板和第二端部板，与限定所述第一通道和第二通道的板相比，所述第一端部板和第二端部板具有更大的厚度。
23.一种换热器转化炉，其中，板组件的第二端部位于所述板组件的与包括所述第一端部的侧面相对的侧面上。
24.一种通过蒸汽甲烷转化方法生产合成气的合成气生产设备，其中所述合成气生产设备包括主蒸汽甲烷转化炉以及根据前述权利要求中任一项所述的换热器转化炉，其中，所述换热器转化炉位于所述主蒸汽甲烷转化炉的下游，其中，主蒸汽转化炉构造为用于转化烃类以生产合成气，并且其中所述换热器转化炉构造为用于转化烃类以生产另外的合成气。
25.一种优选通过蒸汽甲烷转化生产合成气的方法，其中，所述方法包括转化烃类以生成合成气的主蒸汽甲烷转化步骤，以及转化烃类以生成另外的氢气的换热器转化步骤，其中，所述换热器转化步骤是在根据权利要求1-23中任一项所述的换热器转化炉中执行的。
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