CN1514803A - 加热炉和蒸汽重整方法 - Google Patents

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Abstract

蒸汽重整加热炉(F)含有多个基本垂直的重整器管(T)。每个重整器管(T)含有在它下端的进料入口(P)，在它上端的出口，和位于它的上端和下端中间和包含粒状蒸汽重整催化剂(C)装料的催化剂容纳区，该蒸汽重整催化剂不足以完全填充催化剂容纳区。上保持器机构(3)安装在催化剂容纳区的上端和可渗透气体但适于保持催化剂容纳区中催化剂(C)的粒子。在装料催化剂(C)装料以下在催化剂容纳区中移动安装跟随器机构(4；24)，当在超过临界速率的速率下气体通过催化剂容纳区的向上流动时，该跟随器机构(4；24)用于从容纳区下端向上移动。包括烃原料和蒸汽的反应物混合物在一定速率下通过每个重整器管(T)向上流动，该速率足以引起每个重整器管(T)中的催化剂(C)上升和倚靠它的重整器管(T)中上保持器机构(3)的下侧形成催化剂(C)的缓冲垫，和该速率超过临界速率以引起重整器管(T)中的跟随器机构(4；24)向上移动直到它倚靠它的重整器管(T)中催化剂(C)缓冲垫的下侧邻接。通过蒸汽重整器加热炉(F)外部加热重整器管(T)，以在多个重整器管(T)每一个中保持重整条件和通过与蒸汽的反应，转化烃原料以形成包括氧化碳和氢气的重整气体混合物。

Description

加热炉和蒸汽重整方法
1. 发明的技术领域
本发明涉及蒸汽重整器加热炉和涉及进行烃原料的蒸汽重整以生产重整气体混合物，即氢气和氧化碳的混合物的方法。特别地，本发明涉及含有垂直重整器管的蒸汽重整器加热炉和涉及使用这样加热炉的蒸汽重整方法。
2. 发明背景
蒸汽重整是公知的反应。在此反应中，在蒸汽重整催化剂固定床存在下，在高温下烃原料，如天然气与蒸汽反应。涉及的反应是：
(1) ；
(2) ；和
(3) 。
这些反应的第一个已知为重整反应，第二个已知为转移反应，和第三个已知为碳反应。
重整反应是强烈吸热的和典型地在至少约750℃的温度下和在约100psia(约698.48kPa)-约600psia(约4136.86kPa)压力下进行。合适的催化剂包括，例如，负载的镍催化剂。通常将催化剂装填入垂直安装在重整器加热炉中的重整器管。这样的重整器管是外部火焰加热的。
粒状蒸汽重整催化剂的膨胀系数比它装载入其中的金属重整器管低。因此，当加热炉加热重整器管到蒸汽重整温度时，催化剂在垂直重整器管中跌落，这是由于在加热时，重整器管的壁比催化剂粒子膨胀更多。然后，当以后降低温度时，重整器管的壁当它们冷却时收缩和好象由勒紧胸衣捕集催化剂粒子和因此使催化剂粒子经受破碎力。
由于蒸汽重整反应涉及例如，约750℃高温的使用，管壁膨胀的数量显著。此外，由于催化剂粒子包含在公称直径小于约6英寸(约15.24cm)的窄垂直管中，可以产生非常高的破碎力。这倾向于导致催化剂粒子的磨损或导致对重整器管壁的损害。由于垂直重整器管非常长和在蒸汽重整器操作期间在它们的长度上经历相当的膨胀，催化剂粒子可由重整器管内落下非常显著的数量，但当它冷却时由于被冷却重整器管紧密压缩，不能在重整器管内部再升起，这是恶化破碎倾向的因素。
重复的加热和冷却循环导致填料床所需特性的劣化，在于将原始装载体积的蒸汽重整催化剂粒子压缩到更高的密度，因此增加压降。此外已经发现通过催化剂床的增加压降可以尤其由如下原因引起：来自催化剂的不正确装料或由于在开动和停机时的温度循环，来自催化剂和重整器管之间不同膨胀和收缩的重整催化剂粒子的破裂。催化剂粒子的破裂得到更小粒径的裂碎物，而由于侵蚀的粒子更紧密地装填在一起，粒子角的侵蚀得到更低的空隙率。对于进一步的讨论，可以参考催化剂手册”，第2版，Martyn V.Twigg(Wolfe Publishing LTD.，1989)，在125页。此增加的压降一般增加蒸汽重整工艺中与气体压缩相关的成本。由于蒸汽重整器加热炉包括许多提供并联固定床的重整器管，这可导致增加的不均匀分布，因此引起不同管中的不同转化率和选择性。这依次可导致进一步的问题如碳沉积、热点的形成(导致可能的管故障和/或导致催化剂的烧结)、和导致催化剂失活的不同速率的发展，该发展可进一步恶化状况。当蒸汽重整催化剂的活性部分为浅表面层的形式时，由于在此情况下可以损失相当的催化剂活性或催化剂活性可变得不均匀分布，由层裂和磨损的催化剂表面材料的损失是特别严重的。
到目前为止，从破碎力的碎屑会在更密集的床中积累和也增加压降。在蒸汽重整器中的不同重整器管之间存在不同压降的增加可能性，导致反应物或反应产物的不均匀分布。此外，难以预测任何单个重整器管中床层的顶部位置。
发生的另一个问题在于，不包含蒸汽重整催化剂的蒸汽重整管中的任何部分易于过热，具有管故障的因此损害，这是由于在重整器管该部分中没有催化的吸热反应以吸收辐射热和因此冷却重整器管的该部分。这使得重要的是在蒸汽重整器加热炉操作期间尽可能接近地确定催化剂床的位置，以最小化通过局部过热的管故障的危险。由于在其中火焰温度可能最高的点，重整器管中催化剂的任何跌落倾向于导致重整器管上端未由吸热蒸汽重整加热炉冷却，对于顶部火焰加热的蒸汽重整器管这特别是问题。
因此，在本领域需要提供一种蒸汽重整器设计，当将催化剂经受加热到高温随后再次冷却的温度循环时，该设计克服与蒸汽重整催化剂破碎相关的问题，和该设计允许通过催化剂床的低压降，最小化压降累积，和允许采用高确定程度固定床的位置，以最小化管故障的危险。
先前已经认识到此需要和在尝试的现有技术中有各种例子以克服以上给出的问题。
已经在美国专利No.4,203,950(Sederquist)中认识到由于管式反应器，如蒸汽重整反应器中宽温度循环，由径向力的催化剂破碎。在此文献中，提出应当在环隙中布置催化剂及至少一个壁是柔性的。
在美国专利No.5,718,881(Sederquist等人)中，蒸汽重整器含有分段的反应区与用于不同温度区的单个支撑物，催化剂区段的体积与重整器中各个区的温度成反比。
在美国专利No.3,818,667(Wagner)中提出柔性百叶窗式筛网以容纳粒子移动的用途。在美国专利No.4,063,900(Mita等人)中，和在美国专利No.4,052,166(Mita等人)中，也在催化转化器中提出百叶窗，该转化器用于催化处理来自内燃机的废气。
在美国专利No.3,838,977(Warren)中提出在催化消声器中使用弹簧或波纹管，以控制床膨胀和收缩以保持紧密的非流化或提升床。在美国专利No.5,098,453(Turner等人)中，描述了用于保持碳颗粒床的弹簧加载，该碳颗粒紧密装填在燃料蒸气贮存罐中。
在美国专利No.3,628,314(McCarthy等人)中，提出用于遵循床体积的降低但限制上穿孔保持板的向后移动的棘轮设备。美国专利No.4,489,549(Kasabian)中、在美国专利No.4,505,105(Mita等人)中、和在美国专利No.4,554,784(Weigand等人)中描述相似的设备。
在美国专利No.5,118,331(Garrett等人)中、在美国专利No.4,997,465(Stanford)中、在美国专利No.4,029,486(Frantz)中、和在美国专利No.4,336,042(Frantz等人)中，提出用于限制粒状材料移动的催化剂床中气动套管。
然而，这些现有技术建议是精细的和并不令人满意地解决粒状催化剂破碎的问题，该问题可能由重整器管的重复温度循环引起。
在运输之前和/或在装载入蒸汽重整器的重整器管之前，通常将用于烃蒸汽重整的催化剂通过筛网以除去粉尘和破裂的片。蒸汽重整催化剂粉尘和破裂片的这样脱除是所需的，以最小化由催化剂床引起的经过重整器管的压降。此筛分步骤在财政和时间两方面构成昂贵的程序。一旦装载了催化剂粒子，催化剂粒子通常不能再排列和装填密度仅倾向于增加。
可以通过许多方法达到催化剂进入垂直蒸汽重整器管的装载，以降低由自由下落装载引起的破裂和损害。例如，可以使用“短袜式”装载，其中将催化剂放入通常由织物组成的长“短袜状物”中，该短袜状物在一端由可脱除封闭物或带子折迭或封闭，当短袜状物就位时，可以拉动该封闭物或带子以释放催化剂。另一种方法在管中采用降低下落速度的丝线设备或丝线。一种选择是在管子内部采用一个或多个丝线螺旋形物，使得催化剂粒子以跳跃的方式达到管子下面和并不在管子的全部高度上经受自由下落。当填充管子时，故向上抽出丝线，非必要地具有垂直波动。例如，在美国专利No.4,077,530(Fukusen等人)中提出了这样的设备。
进一步的可能性是使用沿它的长度含有一系列刷状组件或其它减震组件的管线和当将催化剂粒子加入管子中时向上抽出管线，如在美国专利说明书No.5,247,970(Ryntveit等人)中所述那样。
每种装载方法产生具有不同堆密度的固定床。密度差异可以是相当显著的。
在一些应用中，需要最大化装载的催化剂数量，而不管通过固定床的增加压降，在该情况下可以使用进入液体的装载和/或可以振动管子。
美国专利说明书No.5,892,108(Shiotani等人)提出填充催化剂用于如下物质气相催化氧化的方法：丙烯、异丁烯、叔丁醇或甲基叔丁基醚与分子氧，以合成不饱和醛和不饱和羧酸，其中金属拉西环用作辅助填充材料。
在美国专利说明书No.5,877,331(Mummey等人)中，描述了净化气体用于从马来酸酐生产的催化反应器除去细粒的用途，该反应器包含催化剂主体。在此过程中，在足以流化催化剂细粒但不足以流化催化剂主体的线性流动速度下，将净化气体，如空气通过催化剂床。在第15栏16-18行，有如下描述：
“为在反应器进一步操作期间防止催化剂床的流化或膨胀，和特别是为防止固定催化剂床中催化剂主体彼此倚靠或倚靠管壁磨损，在反应器的每个管子中，在催化剂塔的顶部上放置包括基本与催化剂更密集的材料的离散主体的限制床”。
也教导的是此向下流除去不所需的细粒子，该细粒子如果留在密集装填的容器中，可引起床的堵塞。
在美国专利No.4,051,019(Johnson)中，教导了在选择以最大化容器中粒状物质表观堆密度的速度下，通过引入对细分粒状物质向下流逆流的流体介质，将细分粒状物质装载入容器中用于增加装填密度目的方法。教导的是此方法也提供除去不所需细粒子的方法，该细粒子如果留在密集装填的容器中，可引起床的堵塞。
在上述参考书籍中由Twigg在569页描述了采用空气或电驱动振器振动管子和/或采用皮革面的锤子打击，后一种方法用于进一步压缩那些管子中的催化剂，在多管应用中显示低压降，以在每个管子中达到相等的压降。
在美国专利No.3,990,858(O’Sullivan等人)中描述了上流式管式蒸汽重整器。在此建议中，通过提供加重的锥形中空组件而防止催化剂管中粒状材料的流化，该中空组件位于粒状材料床的顶部。此锥形中空组件具有伸长的槽，因此从床离开的流体流入中空组件的内部，通过槽和流入管出口。
蒸汽重整器传统上是特别大的设备。然而，更为近来已经开发蒸汽重整器的更致密化设计。例子包括美国专利说明书Nos.4,098,587(Krar等人)、4,098,588(Buswell等人)、和4,098,589(Buswell等人)，以及国际专利公开No.WO99/02254(BP Exploration Operating CompanyLimited等)和美国专利说明书No.5,567,398(Ruhl等人)。此最后提及的说明书推荐使用长薄火焰以加热重整器管，以避免重整器管的过度加热和提供高重整器管寿命预期。
平板重整器设计描述于美国专利说明书No.4,430,304(Spurrier等人)。
在美国专利说明书No.5,776,421(Matsumara等人)中，教导了重整反应器，该反应器包括重整腔，其中布置多个气体流动信道与包含重整催化剂的重整块，在相邻气体流动信道中的重整块位置沿气体流动信道不同，使得在流动方向中交错相邻的重整部分。
美国专利说明书No.4,292,274(Faitani等人)涉及用于催化反应加热炉的燃烧器布置。
需要以简单和可靠的方式避免由粒状蒸汽重整催化剂破碎或磨损引起的问题，在蒸汽重整器加热炉的重整器管，特别是具有小直径管的那些，如用于紧密重整器设计的那些中，将该催化剂经受在高温和低温之间的循环。也进一步需要提供采用蒸汽重整催化剂装填蒸汽重整器加热炉的重整器管的改进方法。仍然进一步需要提供采用蒸汽重整催化剂装填蒸汽重整器加热炉的重整器管的新颖方法，其中基本避免在装载过程期间产生催化剂细粒的危险，因此避免由于小粒状材料的不所需数量，非故意地增加经过重整器管的压降。另外需要提供新颖的管式蒸汽重整器，其中基本避免由于催化剂磨损的压降中不希望增加的危险。仍然进一步需要提供管式蒸汽重整器的设计，其中在催化剂的整个操作寿命内，经过每个管子中催化剂装料的压降基本与经过其它重整器管的每一个的压降相同。
3.  发明概述
本发明因此探索以提供新颖蒸汽重整方法，其中最小化由于重整器管温度循环的催化剂粒子破碎的危险。
本发明进一步探索以提供改进的蒸汽重整方法，其中在蒸汽重整器管的维修期间，将催化剂在它的有用寿命期间经受在至少约750℃的高蒸汽重整温度和环境温度下的操作之间的环形温度变化，而不将催化剂粒子经受过度的机械应力。
此外，本发明探索以提供蒸汽重整方法，在重整器管中，在高温下，在最小化对催化剂破碎力施加的条件下特别是在管子的冷却期间，进行该方法，和该方法促进由催化剂粒子磨损形成的催化剂粒子碎片的脱除，以避免压降的任何显著增加。
此外本发明探索以提供采用蒸汽重整催化剂装填蒸汽重整器加热炉的管子的新和改进方法。
本发明的仍然另一个目的是提供操作催化蒸汽重整器的方法，该重整器的管子由蒸汽重整催化剂粒子装填，其中精确已知每个管子中催化剂床顶部的位置，而不管高蒸汽重整温度的使用，该重整温度引起重整器管在纵向和径向两个方面膨胀。
本发明的目的也是提供蒸汽重整器加热炉的改进设计，其中基本避免管故障的危险。
仍然再次，本发明的进一步目的是提供改进形式的蒸汽重整器加热炉，其中在加热炉操作期间，在所有时间精确已知相对于火焰的催化剂床顶部位置，通过该火焰加热重整器管。
也探索以提供蒸汽重整器管，其中基本避免由于如下原因的催化剂损害的危险：在重整器管中催化剂的温度循环期间经受破碎力。
本发明另外探索以提供改进的管式蒸汽重整器，其中基本避免由于催化剂磨损的压降的不希望增加的危险。
此外，本发明探索以提供紧密管式蒸汽重整器的设计，其中在整个催化剂操作寿命中，经过每个管子中催化剂装料的压降与经过其它重整器管每一个中的压降基本相同。
根据本发明的一个方面，提供一种蒸汽重整方法，其中在蒸汽重整催化剂存在下，通过在蒸汽重整条件下与蒸汽的反应，将烃原料进行蒸汽重整，以生产包括氧化碳和氢气的重整气体混合物，该方法包括如下步骤：
(a)提供蒸汽重整加热炉，该加热炉包含多个基本垂直的重整器管，每个重整器管含有在它的下端与反应混合物进料歧管连通的进料入口，在它的上端与重整气体出口总管连通的出口，和位于它的上端和下端中间和包含粒状蒸汽重整催化剂装料的催化剂容纳区，该蒸汽重整催化剂不足以完全填充催化剂容纳区；
(b)提供安装在催化剂容纳区上端的上保持器机构，上保持器机构可渗透气体但适于保持催化剂容纳区中粒状蒸汽重整催化剂的粒子，和在粒状蒸汽重整催化剂装料以下在催化剂容纳区中移动安装的跟随器机构，当在超过临界速率的速率下气体通过催化剂容纳区的向上流动时，该跟随器机构用于从催化剂容纳区下端向上移动；
(c)在足以达到如下情况的速率下，向反应混合物进料歧管提供包括烃原料和蒸汽的反应物混合物：引起反应物混合物在一定速率下通过每个重整器管向上流动，该速率足以引起每个重整器管中的粒状蒸汽重整催化剂上升到其上端和倚靠各自重整器管中的上保持器机构的下侧形成粒状蒸汽重整催化剂的缓冲垫，和该速率超过临界速率以引起各自重整器管中的跟随器机构向上移动直到它倚靠各自重整器管中的粒状蒸汽重整催化剂缓冲垫的下侧邻接；
(d)通过蒸汽重整器加热炉外部加热多个重整器管的每一个，以保持多个重整器管每一个中的蒸汽重整条件和通过与蒸汽的反应转化烃原料，以形成包括氧化碳和氢气的重整气体混合物；和
(e)从重整气体出口总管回收获得的重整气体混合物。
烃原料可以是适于进行蒸汽重整的任何液体或气体烃原料，例如，石油馏分或天然气。将它优选预处理以除去杂质如含硫杂质。
优选至少一部分容纳区具有基本均匀的水平横截面。更优选在整个它的高度至少主要部分中，和甚至更优选在整个基本上所有它的高度中，催化剂容纳区具有基本均匀的水平横截面。
当弹性流体的向上流速大于临界流速时，跟随器机构)适于在催化剂容纳区中向上升起直到它倚靠粒状蒸汽重整催化剂的缓冲垫邻接。因此至少的是其中跟随器机构移动的催化剂容纳区应当所需地具有均匀的水平横截面。例如它可包括基本圆形横截面的管子。
在优选的实施方案中，伸长容纳区包括长度：直径比为约50∶1-约1000∶1，更优选约100∶1-约750∶1的管子。正常地这样管子的内径为约6英寸(约15.2cm)或更小，优选约2英寸(约5.08cm)或更小，如内径为约1英寸(2.54cm)-约2英寸(约5.08cm)的管子。
在许多情况下，可以设计容纳区使得在操作中跟随器机构通过其在催化剂容纳区上升起的距离至多仅为几英寸，例如约1英寸(2.54cm)-至多约10英寸(25.40cm)，优选约2英寸(约5.08cm)-至多约5英寸(12.70cm)，如约3英寸(7.62cm)。
尽管通常优选在整个它的高度中催化剂容纳区具有基本均匀的横截面，或者对于其中在操作中跟随器移动的催化剂容纳区下部分可具有比催化剂容纳区上部分更小的横截面面积。因此催化剂容纳区可包括相对小直径的下管状部分，下管状部分连接到更大直径的管底部。在此情况下，尽管要求将其中在操作中跟随器机构移动的催化剂容纳区更窄下部分机器加工到到相对接近的容差，并不必须这样仔细地控制催化剂容纳区上部分的横向尺寸。这样布置中的进一步优点在于在跟随器和催化剂容纳区下部分壁之间的间隙可大于如下情况：如果布置跟随器机构以在更大的管子中滑动。再次此因素降低催化剂容纳区该部分内部的仔细机器加工的需要，其中跟随器机构移动。
优选每个重整器管子至少一部分的内径为约6英寸(约15.2cm)或更小，优选约2英寸(约5.08cm)或更小，例如约1英寸(约2.54cm)-约2英寸(约5.08cm)。
上保持器机构可渗透流体但适于保持催化剂容纳区中粒状蒸汽重整催化剂的未损害粒子。它可包括基本平行条、棒和丝线的筛分、或丝网或其它穿孔形式的保持器，如由许多小孔形成的板。
优选在每个重整器管中布置跟随器机构以阻断各自容纳区向上的气体通过，但允许通过催化剂容纳区内表面和跟随器机构之间的间隙的气体向上流动，间隙提供小于粒状蒸汽重整催化剂非碎裂粒子的最小尺寸的间隙。因此跟随器机构可包括用于确定间隙的密闭下端部分和具有气体通过机构的上部分。合适形式的气体通过机构可包括多个彼此间隔的基本同心环，在相邻环之间的间隙小于粒状蒸汽重整催化剂非碎裂粒子的最小尺寸。或者气体通过机构可包括多孔档板元件，该元件的开孔小于粒状蒸汽重整催化剂非碎裂粒子的最小尺寸。
因此所需地设计跟随器机构使得存在间隙，通过和/或围绕它用于气体或反应物混合物通过其间的向上流动。另外所需地设计容纳区的下端使得，当没有气体或反应物混合物通过容纳区的向上流动时，当这样的流动开始但保持在临界速率以下时，仍然存在间隙用于气体或反应物混合物通过或围绕跟随器机构向上流动。因此跟随器机构典型地包括活塞部分，该活塞部分松散安装在催化剂容纳区中使得气体或反应物混合物可向上通过围绕活塞部分的环形间隙。此活塞部分可位于或朝向跟随器机构的下端，位于或朝向跟随器的下端，或在跟随器机构上端和下端中间。当气体或反应物混合物的任何向上流动不足以引起粒状蒸汽重整催化剂在容纳区向上升高，以倚靠上保持器机构的下侧形成缓冲垫时，跟随器机构的一个功能是支撑粒状蒸汽重整催化剂的装料。如果活塞部分不位于或接近跟随器机构的上端，则活塞部分可进行此功能；如果不是这样，则跟随器机构优选在或朝向它的上端包括支撑机构，当流体的任何向上流动不足以引起粒状蒸汽重整催化剂在容纳区向上升高，以倚靠上保持器机构的下侧形成粒状蒸汽重整催化剂的缓冲垫时，该支撑机构用于支撑粒状蒸汽重整催化剂的装料，例如一系列彼此间隔的同心环，使得在相邻一对环之间的间隙不足以允许粒状蒸汽重整催化剂预定尺寸的粒子通过其间。这样的间隙也有助于经过容纳区横截面更均匀地分布上流气体或反应物混合物的流动。
当没有气体或反应物混合物的向上流动时或当气体或反应物混合物的任何向上流动不足以引起粒状蒸汽重整催化剂在容纳区向上升高，以倚靠上保持器机构的下侧形成粒状蒸汽重整催化剂的缓冲垫时，不使用同心环，或者可以使用网布置以提供粒状蒸汽重整催化剂装料的支撑。
应当进一步设计跟随器机构使得，不管在活塞部分周围的环形间隙，跟随器机构不能从垂直位置足够倾斜以倚靠催化剂容纳区的壁而阻塞。在一种设计中，这通过如下方式达到：提供具有一系列从垂直轴呈放射状的基本垂直板，例如以Y扇区布置的三个垂直板的活塞部分，垂直地布置板及它们的平面围绕基本垂直的轴彼此为大约120°的角度。如需要，事实上可以使用多于三个板，例如在x扇区中在围绕基本垂直的轴彼此为大约90°垂直布置的四个板。
或者，活塞部分可具有含一个或多个星形轮组件，例如在彼此大约120°角度下的三个放射状棒组件的中心垂直棒，该星形轮组件由从中心垂直棒呈放射状的三个或多个条或棒形成，和布置该活塞部分以当它在催化剂容纳区中移动时，防止跟随器机构倾斜显著的数量和因此倚靠催化剂容纳区的壁阻塞。以此方式，跟随器机构可允许气体或反应物混合物在所有时间在它周围在向上或向下方向自由通过，同时保证，当气体或反应物混合物的向上流动速率增加到超过临界速率的速率时，跟随器机构平稳地从它在容纳区底端的位置升起和然后在容纳区中向上移动，直到它倚靠粒状蒸汽重整催化剂缓冲垫的下侧邻接。
当气体或反应物混合物在低流速下通过容纳区向上流动时，跟随器机构保持在催化剂容纳区的下端及在它上面支撑的粒状蒸汽重整催化剂为床的形式。当向上流速增加时，粒状蒸汽重整催化剂的粒子在床的上端流化。在向上流速的仍然进一步增加时，流化的床比例增加直到在催化剂容纳区升起和倚靠上保持器机构的下侧形成粒子缓冲垫。当向上流速足以提起基本上所有的粒子时，在粒子缓冲垫下侧上的一些粒子倾向于落下和然后再次被带起。在超过临界流速的向上流速下，跟随器机构升起和倚靠粒子缓冲垫下侧邻接，因此将粒子缓冲垫保持位置和防止粒子从粒子缓冲垫落下，同时跟随器机构倚靠粒子缓冲垫的下侧保持位置。
典型地粒状蒸汽重整催化剂的粒子具有至少一个小于约10mm的尺寸。粒状蒸汽重整催化剂的粒子的形状可基本为球形和具有，例如，约2mm-约10mm，如约6mm的直径。然而，或者可以使用催化剂的其它形状，但应当避免可容易形成桥接的形状的使用。因此可以使用的其它形状包括环、鞍、粒料、圆筒形挤出物、三叶形物、四叶形物等。
在蒸汽重整器加热炉的开动之前，可以依次通过它的各自催化剂容纳区的顶部，倚靠气体，如空气的轻微上流物流，在一定速率下将粒状蒸汽重整催化剂装载入每个重整器管，该速率小于要求完全提升任何已经加入的粒状蒸汽重整催化剂的速率，但使得粒状蒸汽重整催化剂的粒子当它装载时，并不在重力下自由下落。以此方式可以显著降低或基本消除在装载期间对催化剂粒子的损害。
然而可以使用任何其它的装载方法，如“短袜式”装载。可以使用的其它技术包括丝线设备的使用、美国专利说明书No.5,247,970(Ryntveit等人)中所述设备的使用等。
在粒状蒸汽重整催化剂的初始装载和非必要在上保持器机构中安装就位之后，可以采用向上流或向下流模式测量经过容纳区的压降，因此，在向粒状蒸汽重整催化剂施加气体或反应物混合物的向上流物流及上保持器机构就位之后，可以检查容纳区中粒状催化剂的沉降体积和/或经过容纳区的压降，如果容纳区中粒状催化剂的沉降体积并不相应于预定数值和/或如果经过容纳区的压降不在所需范围内，则将催化剂加入到容纳区或从容纳区除去。因此在优选的过程中，在粒状蒸汽重整催化剂的初始装载之后，在测量步骤中测量经过容纳区的压降。则如果测量的压降不符合预定的数值，则可以将粒状蒸汽重整催化剂加入到容纳区或从容纳区除去。或者，或另外，可以在测量步骤中测量容纳区中粒状蒸汽重整催化剂的沉降体积，其后如果容纳区中粒状蒸汽重整催化剂的沉降体积不符合预定的数值，可以将粒状蒸汽重整催化剂加入到容纳区或从容纳区除去。在任一情况下，在粒状蒸汽重整催化剂的初始装载之后但在测量步骤之前，在超过临界速率的速率下可引起弹性流体通过催化剂容纳区向上流动，以倚靠上保持器的下侧形成粒状蒸汽重整催化剂的缓冲垫和以引起跟随器机构上升催化剂容纳区直到它倚靠粒状蒸汽重整催化剂缓冲垫的下侧而邻接，其后降低或中断气体的向上流动以允许粒状蒸汽重整催化剂沉降床的形成。
根据一个优选的过程，对于每个重整器管，在向其中粒状蒸汽重整催化剂的初始装载之后，测量在超过临界速率的向上气体速率下，穿过该重整器管中粒子蒸汽重整催化剂的获得缓冲垫的压降。在此过程中，在压降测量期间应当封闭所有的其它管子。如需要，如果压降太低，可以加入进一步的蒸汽重整催化剂，或如果压降太高，可以除去一些蒸汽重整催化剂。以此方式，可以保证每个单独立管子的压降与新装载反应器中每个其它管的压降基本相同。
以及或代替测量由各自重整器管中粒状催化剂引起的压降，可以检查重整器管中粒状蒸汽重整催化剂的沉降体积。如需要，如果重整器管中粒状蒸汽重整催化剂的沉降体积小于，或大于预定数值，则可以将将更多的粒状蒸汽重整催化剂加入到重整器管，或从重整器管除去。
蒸汽重整催化剂可以是任何合适的类型，例如在氧化钙-氧化铝上的镍催化剂。
典型的蒸汽重整条件包括如下温度和压力的使用：约750℃-约1050℃的温度和约100psia(约698.48kPa)-约600psia(约4136.86kPa)的压力。
优选火焰加热蒸汽重整器加热炉使得燃烧器位于加热炉腔的顶中，该加热炉腔具有从其向下突出的火焰，优选扩散焰和从加热炉腔的底部分回收热燃烧产物气体物流。
本发明进一步提供一种蒸汽重整加热炉，该加热炉用于在蒸汽重整催化剂存在下，通过在蒸汽重整条件下与蒸汽的反应，烃原料的蒸汽重整，以生产包括氧化碳和氢气的重整气体混合物，该加热炉包括：
(a)加热炉腔；
(b)在加热炉腔中的多个基本垂直的重整器管，每个重整器管含有在它的下端与反应混合物进料歧管连通的进料入口，在它的上端与重整气体出口总管连通的出口，和位于它的上端和下端中间和包含粒状蒸汽重整催化剂装料的催化剂容纳区，该蒸汽重整催化剂不足以完全填充催化剂容纳区；
(c)在加热炉腔中的燃烧器机构，该燃烧器机构用于外部加热多个重整器管以在多个重整器管每一个中保持重整条件和通过与蒸汽的反应，将烃原料转化成包括氧化碳和氢气的重整气体混合物；
(d)安装在多个重整器管每一个的催化剂容纳区上端的上保持器机构，上保持器机构可渗透气体但适于保持催化剂容纳区中粒状蒸汽重整催化剂的粒子；
(e)在粒状蒸汽重整催化剂装料以下在催化剂容纳区中移动安装的跟随器机构，当在超过临界速率的速率下气体通过催化剂容纳区的向上流动时，该跟随器机构用于从催化剂容纳区下端向上移动；
(f)在足以达到如下情况的速率下，向反应混合物进料歧管提供包括烃原料和蒸汽的反应物混合物的机构：引起反应物混合物在一定速率下通过每个重整器管向上流动，该速率足以引起每个重整器管中的粒状蒸汽重整催化剂上升到其上端和倚靠各自重整器管中的上保持器机构的下侧形成粒状蒸汽重整催化剂的缓冲垫，和该速率超过临界速率以引起各自重整器管中的跟随器机构向上移动直到它倚靠各自重整器管中的粒状蒸汽重整催化剂缓冲垫的下侧邻接；和
(g)用于从重整气体出口总管回收获得的重整气体混合物的机构。
优选在包括重整器管排的阵列中布置重整器管。同样通常优选燃烧器机构包括多个燃烧器，该燃烧器也可以布置在重整器管阵列中的阵列中，和甚至更优选有与重整器管大约相同数目的燃烧器。正常地由于加热阵列外侧重整器管的每个燃烧器可，例如，必须仅加热两个管子，而加热阵列中心部分中重整器管的燃烧器可必须加热多达四个重整器管，沿阵列边缘加热重整器管的燃烧器小于加热在重整器管阵列中心部分中重整器管的燃烧器。
通过规定燃烧器机构的向下加热，将热燃烧气体从重整器管的支撑件离开导引，因此重整器管不曝露于这样的高温，如在采用向上导引火焰的加热炉底部加热情况下经历的那样。
在根据本发明蒸汽重整器加热炉的优选形式中，从顶部支撑重整器管，使得在维修时间期间，当关闭加热炉时，可以从入口岐管断开重整器管下端的盘管，该盘管用作重整器管的入口，它安装在加热炉底部，和所有的重整器管可以作为管束除去。
4.  附图简述
图1是通过蒸汽重整器加热炉的半图示垂直截面，根据本发明的教导构造该加热炉；
图2是图1蒸汽重整器加热炉的垂直重整器管的半图示侧视图，显示其中的催化剂跟随器及没有向上的气体流；
图3是图2垂直重整器管的侧视图，该重整器管具有速率超过临界气体流速的向上气体流；
图4是在放大规模上图2和3催化剂跟随器的侧视图；
图5是图3催化剂跟随器的顶视平面图；
图6是从另外催化剂跟随器上部的透视图；和
图7是从图6催化剂跟随器下部的透视图。
5.  优选实施方案的详细描述
参考附图的图1，蒸汽重整器加热炉F包括含有隔热衬里的壳S。人上支撑件U在壳S中悬挂蒸汽重整器管T的束，管子T的轴垂直延伸。(为清楚起见，尽管实际上可以是几百或更多这样管子的阵列，在图1中仅显示两个蒸汽重整器管T)。
在加热炉F的上端，安装多个燃料管G，在燃料管的下端是相应的燃烧器B。有大约重整器管T那样多的燃料管G。燃料管G从燃料供应管线N进料。将燃烧空气从空气吸入I提供到燃烧器B和在换热部分H中，由离开重整器管T上端的热重整气体加热，通过换热部分空气在由挡板A形成的弯曲通道中流动。也在换热部分H中由热重整气体单独预热燃烧器B的燃料。来自燃烧器B的扩散焰通过壳S的主体向下延伸和加热蒸汽重整器管T的外表面，因此提供需要支持重整器管T中吸热蒸汽重整反应的热量。燃烧产物通过在其底端的废气出口O离开加热炉壳S和向前通过用于热回收和最终排到环境。重整气体离开重整器管T的上端和通过总管R收集。
对于当板F设计的进一步信息，可以参考国际专利公开No.WO99/02254(BP Exploration Operating Company Limited等)，该文献的整个公开内容在此引入作为参考。此外，对于关于燃烧器B设计的进一步信息，可以参考美国专利说明书No.5,567,398(Ruhl等人)，该美国专利说明书的整个公开内容也在此引入作为参考。
在每个重整器管T的顶端，有帽件P，从帽件悬挂棒D，棒支撑上穿孔催化剂保持器3，以下更详细描述该保持器。
为了维修的目的，盘管P可以从管子T的底端断开，于是可以将管子T的集束从加热炉F向上取出。
在开动时，可以将燃烧器B通过燃料供应管线N采用天然气供应和通过可缩回点火器(未示出)点火。当安全地点燃所有的燃烧器时，可以将供应到燃烧器B的燃料切换到富含氢的气体，如来自甲醇合成的废气。因此，在点燃燃烧器B的一种方法中，可以通过如下方式战火燃火焰：初始向燃烧器B以能够提供可点燃混合物的数量提供烃气体，如天然气，和空气，在一个燃烧器B使用对其相邻布置的点火器(未示出)点燃火焰，允许火焰从该燃烧器B向加热炉F的其它燃烧器B传播，和然后，在已经点燃所有的燃烧器B之后，在如约5-约60秒的时间内改变燃料的组成，以由富含氢的气体代替烃气体直到在每个燃烧器B建立起至少主要地氢火焰。这样的富含氢的气体可以是，例如，甲醇装置净化气体。
管子T每个包含负载镍蒸汽重整催化剂C的装料和向其中加入蒸汽和烃，如天然气的预热混合物，将该混合物通过管线L提供到进料歧管M，该歧管通过盘管P连接到管子T的下端。来自燃烧器B的废气向盘管P和进料歧管M提供热量。
如以下进一步解释的那样，在重整气体生产期间在它的操作条件下说明图1的左手管T；另一方面，在催化剂的初始装载之后或在加热炉F操作活动结束时，在它的条件下说明右手管T，没有气体或反应物混合物的向上流动。
在下游设备(未说明)中，可以将在总管R中收集的重整气体适当地精制，调节组成以提供所需组成的重整气体，和以常规方式转化成所需产物，如甲醇或氨。
在图2中显示图1和2加热炉的一个蒸汽重整器管T。管子T用于进行蒸汽重整工艺。此工艺采用向上流模式操作。
管子T在横截面为圆形和内径为约2英寸(约5.08cm)和具有内环形壁架2，或具有可移动支撑件，该支撑件含有中心垂直小孔，和具有上穿孔保持器3。它可以由任何合适的材料制成，该合适材料是在要使用的反应条件下基本惰性的。例如，它可以是不锈钢或由任何合适合金组成的管。
尽管蒸汽重整器管T为了方便通常含有圆形横截面，如需要，可以使用其它横截面，如椭圆形、六角形、或正方形横截面的管子。
重整器管T的长度是重整器管T的直径或其它横向尺寸的倍数(它可以是整数倍数，如100×，或分数倍数，如37.954×)。尽管图2中说明的重整器管T相对较短，由本领域技术人员理解的是重整器管T可以为任何方便的长度。例如，如需要，重整器管T可以为约6英尺(约182.88cm)长或更大，如至多约30英尺(约914.40cm)或45英尺(约1371.60cm)或更大。
当没有气体或蒸气的向上物流时，如由图1和图2中右手重整器管T说明的那样，壁架2支撑催化剂跟随器4，在催化剂跟随器的顶部上放置粒状蒸汽重整催化剂C的装料5。粒状蒸汽重整催化剂C的装料5的沉降体积，这是密集装填的或松散装填的，小于在催化剂跟随器4顶部和上穿孔保持器3之间的可利用体积。
蒸汽重整催化剂粒子可以为任何所需的尺寸或形状，但典型地基本为球形。典型地蒸汽重整催化剂粒子不具有小于约3mm的尺寸。它们可以是基本球形的粒子，该球形粒子的直径例如为约6mm。然而，粒子可具有任何其它所需的形状，例如，圆筒体(非必要地具有一个或多个其中形成的通路)、圆筒形挤出物、或三叶形或四叶形挤出物，只要粒子的形状不有益于桥接的形成。蒸汽重整催化剂粒子足够大以不通过在催化剂跟随器4和反应器管1内壁之间的任何环形间隙，也不通过上穿孔保持器3。
希望上穿孔保持器3防止在上穿孔保持器3以上，未损害的催化剂粒子的向上通过。然而，它允许磨损催化剂的粉尘或小碎裂物向上通过其间。它可由如下物质组成或包括如下物质：适当网尺寸的线网或网状物。
催化剂跟随器4从合适的材料，如不锈钢制成，和包括轴向和对称焊接到一起的三个板6，以形成Y扇区中心部分，及板6围绕垂直轴彼此设定在120°。板6的径向外边缘从重整器管T的内壁接近间隔和有助于保持催化剂跟随器4在向上的位置和在它的重整器管向上和向下移动中导引它，如以下进一步所述。
如可以从图3和4，和更清楚地从图5看出的那样，每个板6的上部分7具有分段式轮廓和将环孔8，9，10，和11焊接到此分段式轮廓上。在环孔8，9，10，和11之间的间隙小于催化剂粒子的平均最小尺寸和选择环的侧向尺寸，使得催化剂粒子不能通过催化剂跟随器下落但保持在其上侧上。靠近催化剂跟随器4的下端，将板6焊接到盘12上，在盘12以下也焊接下板13。
在盘12周围有环形间隙14以允许气体或蒸气的向上通过。此外，在催化剂跟随器4的顶端有中心小孔15，如可以从图5中看出的那样。然而，当气体或蒸气在超过临界流速的流速下以上通过重整器管T时，盘12用作松散活塞和故催化剂跟随器4在反应器管1中升高。选择催化剂跟随器4的重量，和选择催化剂跟随器的尺寸和形状，使得由于向上流气体或蒸气的向上升起力在这样的流速下引起催化剂跟随器4浮起管T，因此扫除在它之前的任何非流化粒状材料和倚靠固定的上穿孔保持器3压缩粒状蒸汽重整催化剂粒子C的缓冲垫。
看出催化剂跟随器4包括由板13构成的下间隔部分，当没有气体的向上流时和当催化剂跟随器4支撑在壁架2上时，该下间隔部分用于保持由盘12形成的活塞部分离开在管T中安装的壁架2。这导致气体或蒸气能够，在所有的时间，自由地以向上流通过此活塞部分。盘12允许催化剂跟随器4在向上流操作中的平稳升起。选择催化剂跟随器4的重量使得，在所需的操作向上流气体速率下，由经过盘12和重整器管T内壁之间的环形间隙14的压力损失引起的浮升力大于催化剂跟随器4总质量的重力吸引力。
图3说明当气体或蒸气在超过临界流速的流速下在重整器管T中向上流动时的重整器管T，此临界流速是最小向上流速，在其下可以由流动气体或蒸气引起催化剂跟随器4向上移动。(图1的左手管T也说明此状态)。催化剂粒子升高以形成倚靠下穿孔保持器3下侧邻接的催化剂粒子C的缓冲垫。此外，催化剂跟随器4也升高和自身倚靠催化剂粒子C的缓冲垫下侧压挤。
通过改变从板6径向外侧切割出的部分的尺寸，可以改变催化剂跟随器4的重量。因此可以改变临界流速，即在给定管T中气体或蒸气的向上流速，在该流速下催化剂跟随器4会从壁架2升高。
如需要，同心环8，9，10，和11可以由丝网或格栅布置代替。
催化剂跟随器24的另外形式说明于图6和7。此跟随器是从合适的合金铸塑的。此跟随器包括底部盘25，在底部盘以下是三个间隔组件26，该间隔组件彼此设定在120°和当没有通过反应器管1的气体向上流时，用于在壁架2上支撑催化剂跟随器24。在间隔组件26之间的间隙和在底部盘25周围的环形间隙用于允许气体在低气体速度下在催化剂跟随器4周围向上流动和当气体流速超过临界速率时，允许催化剂跟随器24从壁架2升起。在盘25以上是棒部分27，从棒部分的上端突出三个分段法兰28，该分段法兰在棒部分27的轴周围由120°的角度彼此径向间隔。固定到法兰28上的是一系列环29，30，31和32，在相邻环之间的间隔小于未损害粒子的最小尺寸。以此方式催化剂粒子在催化剂跟随器24以下不能向下通过管子，而气体或其它气体可在小于和大于临界值的流速下向上通过管子，在临界值下催化剂跟随器24会从壁架2针起。
不提供具有内壁架1的重整器管T，方便的是由许多小的向内突出物，例如，3或4个小突出物代替壁架2，在突出物之间的空间提供气体通过底部盘25向上流动的信道。在此情况下，不要求板13或间隔组件26。或者，壁架2可以由可除去的支撑设备代替，该支撑设备由中心垂直小孔形成，如必须，以使重整器管T能够向下倒空。
现在描述使用图1-4设备的优选方法的操作。可以采用相似的方式使用图5和6的设备。
为将催化剂粒子装载入管T，可以使用任何合适的方法。例如，如果催化剂是足够坚固的，可以除去上穿孔保持器3和然后仔细倾入催化剂C直到引入所需的数量。由于重整器管T具有相对小的横截面，催化剂粒子倾向于与管的壁碰撞和因此并不永远经受绝对自由下落。因此它们向下通过重整器管T导致它们在管T中向下时发出格格的响声而不是经受自由下落。如果催化剂具有易碎的本质，则使用丝线、丝线盘管、或美国专利说明书No.5,247,970(Ryntveit等人)中设备的任何先前提及的方法可以使用。或者例如，可以使用“短袜状物”技术。
在催化剂装料的装载之后，可以将催化剂的沉降体积测量和与设计值比较。如果该沉降体积大于或小于设计值，则适当地可以除去一些催化剂或可以装载更多的催化剂。此外，在将所需的工艺，如蒸汽重整或部分氧化在线产生之前，通常需要安装上穿孔保持器3和在超过临界速率的速率下将气体，如氮气向上通过管子T，以引起催化剂和催化剂跟随器4在管子中向上升起和立即在下穿孔保持器3以下形成催化剂粒子的缓冲垫。此向上流可以保持足够的时间长度和在一定速率下以允许粒度足够小以通过上穿孔保持器3的“细粒”粒子通过其间和由气体扫除掉。可以通过降低气体流直到催化剂跟随器4和催化剂在管子中向下回落，和然后增加气体流再次经过临界速率，如需要多次地重复此过程。然后将在通过催化剂缓冲热向上流中或通过催化剂沉降床的向下流中的，经过催化剂装料的压降测量和与设计值比较。如果沉降体积或压降不是所需的，则适当地上穿孔保持器3可以除去以允许加入更多的催化剂或除去一些催化剂，和重复过程直到测量值指示管子1中的催化剂装载认为是令人满意的。
在低向上流速率下，气体或蒸气通过催化剂粒子C的沉降床流动。然而，当流速增加时，故至少一些催化剂粒子倾向于上升，在催化剂粒子C的下静态床以上初始形成部分流化床。当流速增加时，越来越多的催化剂粒子C流化和向上经过重整器管T以倚靠上穿孔保持器3的下侧形成催化剂粒子的缓冲垫。在此过程期间，任何粉尘或尺寸过小的粒子倾向于通过上穿孔保持器3。在流速的进一步增加时，基本上所有的催化剂粒子C从催化剂跟随器4顶部上升入催化剂粒子C的缓冲垫，及相对小数目的粒子就在催化剂粒子C缓冲垫以下运动，这些移动的粒子在重力下从缓冲垫落下和然后再次由向上流气体或蒸气向上带回。最后，当流速仍然进一步增加时，催化剂跟随器4向上移动直到它倚靠催化剂粒子的缓冲垫邻接，如图2所示，因此防止催化剂粒子的任何进一步移动和因此其可能的磨损。
在此过程期间，向上流的气体可以是惰性气体如氮气或空气。可以在稍微超过大气压的压力下完成蒸汽重整催化剂缓垫的形成。然而，然后优选增加管T中的压力到进行蒸汽重整的合适压力，例如，约100psia-约600psia(约698.48kPa-约4136.86kPa)的压力。然后可以使用第一天然气将燃烧器B点燃以开始点火和然后，当点燃所有的燃烧器B时，切换供应到富含氢的燃料。当管T达到适当的温度，如500℃或更大和优选至少约750℃直到约1050℃，将惰性气体进料切换到蒸汽和烃原料，如天然气的混合物，以被蒸汽重整。
在被加热到高操作温度的过程中，重整器管T会径向和纵向膨胀和具有更低膨胀系数的催化剂移动以填充增加的空间。然而，催化剂粒子缓冲垫的顶部位置在所有的时间下固定，而缓冲垫的底部会少量向上移动。催化剂缓冲垫顶部，即操作中催化剂床顶部位置的此固定，在多管式反应器中具有极大的优点，其中相对于催化剂需要精确定位热量的引入。因此，本发明具有基本避免如下问题的增加益处：在催化剂填充管之中或之外通过温度控制缺乏的管子故障问题。因此，由于催化剂床的上表面位置由上穿孔催化剂保持器3的位置固定和精确已知相对于燃烧器B的位置，基本没有如下的危险：由于邻近管子T内表面的催化剂缺乏，由于不冷却管子T内表面的吸热蒸汽重整反应，不包含催化剂的邻近燃烧器B的一部分重整器管T过热。
在操作活动结束时，可以将燃烧器熄灭同时当管子T和加热炉F冷却时，保持蒸汽和天然气通过反应器管T的流动。然后可以降低氮气或空气的流速，因此允许催化剂跟随器4或24和催化剂粒子C以受控方式落下，直到催化剂跟随器4或24再次位于壁架2上(或位于可除去支撑设备上，如果壁架2由可移动支撑设备代替，如上所述，以使得重整器管T能够向下排空)和催化剂粒子轻微返回到图2说明的条件，具有对催化剂的最小损害。
在以向上流模式再开启时，已经部分再混合催化剂。催化剂粒子会在所有管子T中采用低装填密度的组分，同时细粒和碎屑会由气体向上流除去。因此在整个催化剂寿命中，经过每个管T的压降会保持基本恒定。
在向上流模式中操作活动结束时的冷却操作期间，可以增加气体流一倍或多倍以倚靠上穿孔保持器3下侧产生催化剂粒子的缓冲垫，其后可以再次降低气体流以防止在重整器管T的冷却期间，催化剂粒子任何“桥接物”的形成，通过当它冷却时收缩重整器管T的壁，该桥接物另外可导致施加到催化剂粒子上的破碎力的危险。
也可以通过如下方式中断操作活动：降低对燃烧器B的燃料供庆速率以允许重整器管T冷却一些，和然后降低蒸汽和天然气的流动以允许催化剂粒子C和催化剂跟随器4在每个管7中下落。然后可以将节蒸汽和天然气流返回到引起再形成催化剂粒子C缓冲垫和催化剂跟随器4在每个管子7中再升起的数值。在再形成催化剂粒子缓冲垫的过程中，任何粉尘或催化剂碎裂物倾向于通过上穿孔保持器3，因此除去经过催化剂缓冲垫压降的不所需增加的潜在原因。其后可以再次增加对燃烧器B的燃料供应，以继续操作活动。
由于需要采用催化剂以精确相同的方式装填每个蒸汽重整器管T，使得经过每个催化剂管的压降基本相同于重整器加热炉每个其它管T的相应压降，管子T可以依次由上述的通用方法装载。在此情况下，可以使用气体，如氮气或空气的向上流以降低粒状催化剂材料的下落速度。可以通过堵塞所有其它管子T的上端和施加空气到通常的下部空间，或在临时断开它的相应盘管P之后，依次通过施加空气到每个管子T的底部，将此空气流仅施加到装载的管子T。由于然后可在装载管上进行其它操作，同时装载其它管，后一个选项是优选的。
由于燃烧器B向上火焰加热的使用，加热炉可具有许多益处。由于在壳S中将火焰向下导引，燃烧气体并不在上支撑件U上撞击，，与向上火焰加热加热炉设计的管子的相应上支撑件相比，上支撑件U保持相对较冷。相似地在燃烧器B以上的所有结构保持在远小于最大火焰温度的温度下。这意味着管子T集束的整个重量可以由上支撑件U支承和不需要重整器管T上端的单独支撑件。此依次意味着重整器管7每一个可独立于其它重整器管T在长度方向膨胀和收缩。如果需要除去管子T的集束用于维修的目的，则在盘管P从重整器管T底部的断开之后，可以将整个管子T的集束，与燃烧器B，换热部分H和总管R一起可以单独或一起提升出壳S。
由于气体在管子T中的流动向上，相对松散地装填催化剂粒子C的缓冲垫，使得可以有利地保持经过每个管子T中床催化剂装料的低压降。另外任何催化剂的“细粒”粒子倾向于由向上流的气体，通过上保持器3从催化剂粒子C的缓冲垫带走。因此这些催化剂的“细粒”粒子不保留在催化剂装料中以引起经过单个重整器管T中催化剂装料的不所需压降。由于经过每个重整器管的压降保持基本恒定或在催化剂装料整个寿命中变化相对较小。因此在任何时间，经过每个重整器管T的压降可以基本保持与经过每个其它重整器管T的压降相同。
向下导引火焰的使用的另一个益处在于相对大的换热部分H，其中燃烧器B的燃料和为些的燃烧空气由热重整气体加热和它的水平横截面尺寸可超过加热炉壳S的尺寸，位于重整器T以上和故可以容易地从加热炉壳S的顶部提升。
通过如下实施例进一步说明本发明。
实施例1
垂直装配2米长及内径为38.1mm的玻璃管1，及图1-4说明的类型的跟随器4初始位于它的底部端。此跟随器4含有直径36mm的盘12。将1.84kg镍催化剂(公称直径6mm的氧化钙-氧化铝载体催化剂球上的12％镍)的装料仔细落入管子中。在装载之后，在管子1中所需的高度安装上穿孔保持器3。此保持器由Johnson楔-丝线筛网组成，该筛网包括2mm间隙的1.5mm丝线。不完全填充管子1以允许在测试期间催化剂的更低堆密度。在至少足以升高催化剂和催化剂跟随器4的速率下，将压缩空气通过压力调节器和流量转子流量计(未示出)引入到管子1的底部，使得立即在保持器3以下在管子1的顶部形成催化剂球5的联合缓冲垫。在引入空气之前测量催化剂床5的高度。然后降低空气流以允许催化剂跟随器4向下移回到管子1的底部和也允许催化剂球向下移回到管子1的底部。重复此过程许多次，从该数据确定以kg/m3计的以下平均表观堆密度。发现密度是非常可重复的，在360次测试中具有如下的小变化，在360次测试期间，在10、20和120次测试之后将催化剂除去和替换：
在装载之后(自由落下) 1157+/-1.0％(在四次装载中)
提升的(采用空气流) 1017+/-0.5％(在任何一次装载内)
提升的(采用空气流) 1017+/-1.5％(在所有的测试中)
倾卸的(不采用空气流) 1000+/-0.5％(在任何一次装载内)
倾卸的(不采用空气流) 1000+/-1.0％(在所有的测试中)
实施例2
在10、20、120和360次测试之后检查用于实施例1的催化剂重量和在360次测试中该重量显示0.38％重量损失。在单独的测试中，在相同的设备中，比较用于实施例1的新鲜和磨损催化剂粒子的流动阻力。在49.14Nm3/h的空气流量下，新鲜催化剂粒子显示1.21×105Pa/m的压降，而在48.96Nm3/h的空气流量下，磨损的催化剂粒子，在360次测试之后显示1.22×105Pa/m的流动阻力。
实施例3
使用2.06kg购自Dycat，类型54/98的公称直径6mm的在α-氧化铝催化剂球上的镍，按照实施例1的程序。此催化剂载体材料比用于实施例1和2的远为易碎，仅具有用于实施例1和2的催化剂破碎强度的约25％。在10、60、150、300和390次测试之后检查催化剂的重量和在390次测试中该重量显示7.0％的总重量损失。在测试期间，由此重量损失表示的催化剂碎裂物可见地由气体流从床层作为粉尘除去。在每组测试中损失的数量描述如下，表达为每次提升和下落循环损失的平均重量％：0.085、0.042、0.026、0.010、0.009。
实施例4
在单独的测试中，在与用于实施例1-3的相同设备中，在390次测试之后，比较新鲜催化剂粒子和磨损催化剂粒子的流动阻力。在49.67Nm3/h的空气流量下，新鲜催化剂粒子显示1.15×105Pa/m的压力损失，而在49.77Nm3/h的空气流量下，磨损的催化剂粒子，在360次测试之后显示1.32×105Pa/m的压力损失。压力损失的增加可主要是由于磨损粒子的降低空隙率(测量为0.462新鲜和0.449磨损的)和降低尺寸(与2％的新鲜催化剂粒子相比，它预测为等于直径的降低)。此实施例展示的是，由于工艺基本除去来自粒子磨损的细粒，工艺允许操作中的压降以低至实际上可希望的那样。

Claims (34)

1.一种蒸汽重整方法，其中在蒸汽重整催化剂存在下，通过在蒸汽重整条件下与蒸汽的反应，将烃原料进行蒸汽重整，以生产包括氧化碳和氢气的重整气体混合物，该方法包括如下步骤：
(a)提供蒸汽重整加热炉(F)，该加热炉包含多个基本垂直的重整器管(T)，每个重整器管(T)含有在它的下端与反应混合物进料歧管(M)连通的进料入口(P)，在它的上端与重整气体出口总管(R)连通的出口，和位于它的上端和下端中间和包含粒状蒸汽重整催化剂(C)装料的催化剂容纳区，该蒸汽重整催化剂不足以完全填充催化剂容纳区；
(b)提供安装在催化剂容纳区上端的上保持器机构(3)，上保持器机构(3)可渗透气体但适于保持催化剂容纳区中粒状蒸汽重整催化剂(C)的粒子，
和提供在粒状蒸汽重整催化剂(C)装料以下在催化剂容纳区中移动安装的跟随器机构(4；24)，当在超过临界速率的速率下气体通过催化剂容纳区的向上流动时，该跟随器机构(4；24)用于从催化剂容纳区下端向上移动；
(c)在足以达到如下情况的速率下，向反应混合物进料歧管(M)提供包括烃原料和蒸汽的反应物混合物：即，引起反应物混合物在一定速率下通过每个重整器管(T)向上流动，该一定速率足以引起每个重整器管(T)中的粒状蒸汽重整催化剂(C)向着其上端上升和倚靠各自重整器管(T)中的上保持器机构(3)的下侧形成粒状蒸汽重整催化剂(C)的缓冲垫，和该一定速率超过临界速率以引起各自重整器管(T)中的跟随器机构(4；24)向上移动直到它倚靠各自重整器管(T)中的粒状蒸汽重整催化剂(C)缓冲垫的下侧邻接；
(d)通过蒸汽重整加热炉(F)外部加热多个重整器管(T)的每一个，以保持多个重整器管(T)每一个中的蒸汽重整条件和通过与蒸汽的反应转化烃原料，以形成包括氧化碳和氢气的重整气体混合物；和
(e)从重整气体出口总管(R)回收获得的重整气体混合物。
2.根据权利要求1的方法，其中每个重整器管(T)至少一部分的内径为约6英寸(约15.2cm)或更小。
3.根据权利要求1或权利要求2的方法，其中每个重整器管(T)至少一部分的内径为约2英寸(约5.08cm)或更小。
4.根据权利要求1-3任意一项的方法，其中每个重整器管(T)至少一部分的内径为约1英寸(约2.54cm)-约2英寸(约5.08cm)。
5.根据权利要求1-4任意一项的方法，其中在每个重整器管(T)中布置跟随器机构(4；24)以阻断各自催化剂容纳区向上的气体通过，但允许通过在催化剂容纳区内表面和跟随器机构(4；24)之间间隙(14)的向上气体流动，间隙(14)提供小于粒状蒸汽重整催化剂(C)非碎裂粒子的最小尺寸的间隙。
6.根据权利要求5的方法，其中跟随器机构(4；24)包括用于确定间隙(14)的密闭下端部分和具有气体通过机构(8，9，10，11；27，28，29，30)的上部分。
7.根据权利要求6的方法，其中气体通过机构包括多个彼此间隔的基本同心环(8，9，10，11；27，28，29，30)，在相邻环(8，9，10，11；27，28，29，30)之间的间隙小于粒状蒸汽重整催化剂(C)非碎裂粒子的最小尺寸。
8.根据权利要求1-7任意一项的方法，其中粒状蒸汽重整催化剂(C)的粒子具有至少一个小于约10mm的尺寸。
9.根据权利要求1-8任意一项的方法，其中粒状蒸汽重整催化剂(C)粒子的形状基本为球形。
10.根据权利要求1-9任意一项的方法，其中在蒸汽重整器加热炉(F)的开动之前，将粒状蒸汽重整催化剂(C)在一定速率下倚靠气体的向上流物流，通过它的各自催化剂容纳区的顶部装载入每个重整器管(T)，该一定速率小于要求完全提升粒状蒸汽重整催化剂(C)粒子的速率，但使得蒸汽重整催化剂(C)的粒子并不在重力下自由下落。
11.根据权利要求10的方法，其中在粒状蒸汽重整催化剂(C)的装料进入重整器管(T)的初始装载之后，在一个测量步骤中测量经过该重整器管(T)中粒状蒸汽重整催化剂(C)装料的压降。
12.根据权利要求11的方法，其中如果测量的压降不符合预定的数值，将粒状蒸汽重整催化剂(C)加入到重整器管(T)或从重整器管(T)除去。
13.根据权利要求10-12任意一项的方法，其中在粒状蒸汽重整催化剂(C)的装料进入重整器管(T)的初始装载之后，在一个测量步骤中测量重整器管(T)中粒状蒸汽重整催化剂(C)的沉降体积。
14.根据权利要求13的方法，其中如果重整器管(T)中粒状蒸汽重整催化剂(C)的沉降体积不符合预定的数值，将粒状蒸汽重整催化剂(C)加入到重整器管(T)或从重整器管(T)除去。
15.根据权利要求11-14任意一项的方法，其中在粒状蒸汽重整催化剂(C)装料的初始装载之后但在测量步骤之前，引起气体通过重整器管(T)向上流动，以倚靠上保持器机构(3)的下侧形成粒状蒸汽重整催化剂(C)的缓冲垫和以引起跟随器机构(4；24)向上移动，直到它倚靠粒状蒸汽重整催化剂(C)缓冲垫的下侧而邻接，和其后降低或中断气体的向上流动以允许粒状蒸汽重整催化剂沉降床的形成。
16.根据权利要求1-15任一项的方法，其中蒸汽重整条件包括如下温度和压力的使用：约750℃-约900℃的温度和约100psia(约698.48kPa)-约600psia(约4136.86kPa)的压力。
17.根据权利要求1-16任意一项的方法，其中在步骤(d)中，通过从燃料器(B)向下导引的火焰外部加热管子(T)。
18.根据权利要求17的方法，其中通过与热重整气体的换热预热提供到燃烧器(B)的燃料和为此的燃烧空气。
19.根据权利要求17或18的方法，其中通过与来自向下导引的火焰的热燃烧气体的换热，加热从反应混合物进料歧管(M)提供到重整器管(T)的反应物混合物。
20.一种蒸汽重整加热炉(F)，该加热炉用于在蒸汽重整催化剂(C)存在下，通过在蒸汽重整条件下与蒸汽的反应，进行烃原料的蒸汽重整，以生产包括氧化碳和氢气的重整气体混合物，该加热炉包括：
(a)加热炉腔(S)；
(b)在加热炉腔(S)中的多个基本垂直的重整器管(T)，每个重整器管(T)含有在它的下端与反应混合物进料歧管(M)连通的进料入口(P)，在它的上端与重整气体出口总管(R)连通的出口，和位于它的上端和下端中间并包含粒状蒸汽重整催化剂(C)装料的催化剂容纳区，该蒸汽重整催化剂不足以完全填充催化剂容纳区；
(c)在加热炉腔(S)中的燃烧器机构(B)，该燃烧器机构用于外部加热多个重整器管(T)以在多个重整器管(T)每一个中保持重整条件和通过与蒸汽的反应，将烃原料转化成包括氧化碳和氢气的重整气体混合物；
(d)安装在多个重整器管(T)每一个的催化剂容纳区上端的上保持器机构(3)，上保持器机构(3)可渗透气体但适于保持催化剂容纳区中粒状蒸汽重整催化剂(C)的粒子；
(e)在粒状蒸汽重整催化剂(C)装料以下在催化剂容纳区中移动安装的跟随器机构(4；24)，当在超过临界速率的速率下气体通过催化剂容纳区的向上流动时，该跟随器机构(4；24)用于从催化剂容纳区下端向上移动；
(f)在足以达到如下情况的速率下，向反应混合物进料歧管(M)提供包括烃原料和蒸汽的反应物混合物的机构：即，引起反应物混合物在一定速率下通过每个重整器管(T)向上流动，该一定速率足以引起每个重整器管(T)中的粒状蒸汽重整催化剂(C)向着其上端上升和倚靠各自重整器管(T)中的上保持器机构(3)的下侧形成粒状蒸汽重整催化剂(C)的缓冲垫，和该一定速率超过临界速率以引起各自重整器管(T)中的跟随器机构(4；24)向上移动直到它倚靠各自重整器管(T)中的粒状蒸汽重整催化剂(C)缓冲垫的下侧邻接；和
(g)用于从重整气体出口总管(R)回收获得的重整气体混合物的机构(R)。
21.根据权利要求20的蒸汽重整器加热炉，其中每个重整器管(T)至少一部分的内径为约6英寸(约15.2cm)或更小。
22.根据权利要求20或权利要求21的蒸汽重整器加热炉，其中每个重整器管(T)至少一部分的内径为约2英寸(约5.08cm)或更小。
23.根据权利要求20-22任意一项的蒸汽重整器加热炉，其中每个重整器管(T)至少一部分的内径为约1英寸(约2.54cm)-约2英寸(约5.08cm)。
24.根据权利要求20-23任意一项的蒸汽重整器加热炉，其中在每个重整器管(T)中布置跟随器机构(4；24)以阻断各自催化剂容纳区向上的气体通过，但允许通过在催化剂容纳区内表面和跟随器机构(4；24)之间间隙(14)的向上气体流动，间隙(14)提供小于粒状蒸汽重整催化剂(C)非碎裂粒子的最小尺寸的间隙。
25.根据权利要求24的蒸汽重整器加热炉，其中跟随器机构(4；24)包括用于确定间隙(14)的密闭下端部分和具有气体通过机构(8，9，10，11；27，28，29，30)的上部分。
26.根据权利要求25的蒸汽重整器加热炉，其中气体通过机构包括多个彼此间隔的基本同心环(8，9，10，11；27，28，29，30)，在相邻环(8，9，10，11；27，28，29，30)之间的间隙小于粒状蒸汽重整催化剂(C)未损害粒子的最小尺寸。
27.根据权利要求20-26任意一项的蒸汽重整器加热炉，其中粒状蒸汽重整催化剂(C)的粒子具有至少一个小于约10mm的尺寸。
28.根据权利要求20-27任意一项的蒸汽重整器加热炉，其中粒状蒸汽重整催化剂(C)粒子的形状基本为球形。
29.根据权利要求20-28任意一项的蒸汽重整器加热炉，当气体的向上流物流小于临界速率时，进一步包括在催化剂容纳区下端用于支撑跟随器机构(4；24)的机构(2)。
30.根据权利要求20-29任意一项的蒸汽重整器加热炉，其中相对于上保持器机构(3)，燃烧器机构(B)位于加热炉(F)中的预定高度。
31.根据权利要求20-30任意一项的蒸汽重整器加热炉，其中布置燃烧器机构(B)使之适于在加热炉腔(S)中提供多个向下导引的火焰。
32.根据权利要求31的蒸汽重整器加热炉，其中在重整器管(T)以上提供换热器部分(H)用于通过与热重整气体的换热，加热燃烧器机构(B)的燃料和为此的燃烧空气。
33.根据权利要求31或权利要求3的蒸汽重整器加热炉，其中由来自向下导引的火焰的热燃烧气体加热进料入口(P)，以进行来自反应物混合物歧管(M)的反应物混合物的加热。
34.根据权利要求31-34任意一项的蒸汽重整器加热炉，其中在用于维修目的的进料入口(P)断开时，可以将管子(T)作为管束升高以从加热炉腔(S)中除去。
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