EA028765B1 - Печь и способ парового риформинга - Google Patents

Печь и способ парового риформинга Download PDF

Info

Publication number
EA028765B1
EA028765B1 EA201401060A EA201401060A EA028765B1 EA 028765 B1 EA028765 B1 EA 028765B1 EA 201401060 A EA201401060 A EA 201401060A EA 201401060 A EA201401060 A EA 201401060A EA 028765 B1 EA028765 B1 EA 028765B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
pipe
reaction
flue gas
triple
reforming furnace
Prior art date
Application number
EA201401060A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201401060A1 (ru
Inventor
Паола Волпи
Барбара Морико
Лорена Моска
Кристина Гуаццотти
Фабио Проспери
Гаэтано Якуаньелло
Гаэтано ЯКУАНЬЕЛЛО
Original Assignee
Стамикарбон Б.В.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Стамикарбон Б.В. filed Critical Стамикарбон Б.В.
Publication of EA201401060A1 publication Critical patent/EA201401060A1/ru
Publication of EA028765B1 publication Critical patent/EA028765B1/ru

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J7/00—Apparatus for generating gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/0242—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid flow within the bed being predominantly vertical
    • B01J8/0257—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid flow within the bed being predominantly vertical in a cylindrical annular shaped bed
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C01B3/384—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts the catalyst being continuously externally heated
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00168—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements outside the bed of solid particles
    • B01J2208/00212—Plates; Jackets; Cylinders
    • B01J2208/00221—Plates; Jackets; Cylinders comprising baffles for guiding the flow of the heat exchange medium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00309—Controlling the temperature by indirect heat exchange with two or more reactions in heat exchange with each other, such as an endothermic reaction in heat exchange with an exothermic reaction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00504—Controlling the temperature by means of a burner
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/0053—Controlling multiple zones along the direction of flow, e.g. pre-heating and after-cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/18—Details relating to the spatial orientation of the reactor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1235—Hydrocarbons

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

Печь (1) риформинга содержит камеру сгорания (100) и по меньшей мере один узел (200) тройной трубы, включающий в себя трубу (220) дымовых газов, охватывающую реакционную трубу (240), охватывающую трубу (260) газообразного продукта. Реакционная труба (240) проходит между нижним концом (244), определяющим впускное отверстие (245) реакционного газа, и замкнутым верхним концом (242). Труба (260) газообразного продукта проходит между верхним концом (262), определяющим впускное отверстие (263) газообразного продукта, и нижним концом (264), определяющим выпускное отверстие (265) газообразного продукта. Труба (220) дымовых газов проходит между верхним концом (222), определяющим впускное отверстие (223) дымовых газов, и нижним концом (224), определяющим выпускное отверстие (225) дымовых газов. Межтрубное пространство (250) между реакционной трубой (240) и трубой (260) газообразного продукта содержит катализатор (252). Камера сгорания (100) охватывает верхнюю половину (226, 246, 266) по меньшей мере одного узла (200) тройной трубы, тогда как его нижняя половина (228, 248, 268) расположена вне и ниже камеры сгорания, и снабжена по меньшей мере одной горелкой (110), расположенной внутри камеры сгорания и снаружи трубы (220) дымовых газов. Верхняя половина (226) трубы дымовых газов, по существу, экранирует реакционную трубу (240) от теплового излучения и выброса открытого пламени горелки. Изобретение также относится к способу парового риформинга.

Description

Изобретение относится к печи для парового риформинга углеводородного исходного сырья и к способу парового риформинга.
Предшествующий уровень техники
Паровой риформинг представляет собой химический процесс, посредством которого углеводородное исходное сырье реагирует с водяным паром для образования газопродуктовой смеси, содержащей водород и оксиды углерода. Реакция, которая является сильно эндотермической, протекает в реакторе, называемом печью риформинга.
Печь риформинга обычно снабжена трубчатой реакционной емкостью, содержащей катализатор парового риформинга, через который протекает смесь реагентов из углеводородов и водяного пара (также называемая смешанным исходным сырьем). Реакционная емкость может быть полностью или частично расположена внутри камеры сгорания печи риформинга, снабженной несколькими горелками, которые сжигают топливо для получения тепла, необходимого для поддержания эндотермической реакции риформинга внутри реакционной емкости. Тепло может перемещаться в реакционную емкость вследствие теплового излучения непосредственно от пламени горелок или вследствие конвективного тепла от дымовых газов, которые перетекают, минуя емкость, либо в прямотоке, или в противотоке по отношению к течению смеси реагентов внутри емкости.
Проблема известных печей риформинга заключается в том, что как газообразный продукт, так и дымовые газы могут выходить из них при относительно высоких температурах. Поэтому были предложены различные конструкции печей риформинга для повышения общей экономии тепла в процессе риформинга посредством рекуперации теплосодержания как от газообразного продукта, так и от дымовых газов для проведения процесса риформинга так, чтобы получать дополнительный газообразный продукт. Несмотря на это очевидно, что известные конструкции печей риформинга оставляют возможность для повышения эффективности. Кроме того, они обычно могут быть относительно сложными и объемными, что делает их дорогостоящими в изготовлении и обслуживании.
Раскрытие изобретения
Задача настоящего изобретения заключается в создании печи риформинга, которая является компактной, экономичной в изготовлении, обслуживании и эксплуатации и которая обеспечивает уменьшение потребления топлива и выбросов СО2 в сравнении с обычно применяемыми печами риформинга.
Другая задача настоящего изобретения заключается в создании способа парового риформинга углеводородного исходного сырья, который является более энергосберегающим по сравнению с обычно применяемыми способами парового риформинга.
Решение задач настоящего изобретения достигается тем, что печь риформинга содержит узел тройной трубы, включающий в себя проходящую в основном вертикально трубу дымовых газов, охватывающую реакционную трубу, которая охватывает трубу газообразного продукта. Реакционная труба может проходить между нижним концом, определяющим впускное отверстие реакционного газа, и закрытым верхним концом. Труба газообразного продукта может проходить между верхним концом, определяющим впускное отверстие газообразного продукта, близлежащее к верхнему концу реакционной трубы, и нижним концом, определяющим выпускное отверстие газообразного продукта на нижнем конце реакционной трубы. Труба дымовых газов может проходить между верхним концом, определяющим впускное отверстие дымовых газов, близлежащее к верхнему концу реакционной трубы, и нижним концом, определяющим выпускное отверстие дымовых газов, близлежащее к нижнему концу реакционной трубы. Межтрубное пространство между реакционной трубой и трубой газообразного продукта может содержать катализатор парового риформинга. Печь риформинга также может содержать камеру сгорания, которая охватывает верхнюю половину узла тройной трубы, причем его нижняя половина расположена вне и ниже камеры сгорания. Камера сгорания может содержать по меньшей мере одну горелку, расположенную внутри нее и снаружи трубы дымовых газов так, что верхняя половина трубы дымовых газов, по существу, ограждает реакционную трубу от теплового излучения открытого пламени горелки и выброса пламени горелки.
Узел тройной трубы печи риформинга определяет конструктивно простой, но, тем не менее, высокоэффективный двойной противоточный (исключительно) теплообменник по всей длине. Во время работы смешанное исходное сырье перетекает наверх и в противотоке по отношению как к нисходящему потоку горячих дымовых газов в межтрубном пространстве между трубой дымовых газов и реакционной трубой, так и к нисходящему потоку горячего газообразного продукта в трубе газообразного продукта.
Двойной противоток предпочтительно может существовать, по существу, по всей длине узла тройной трубы или, по меньшей мере, по существу, по всей длине продольной части реакционной трубы, содержащей катализатор. В то время как нисходящий поток смешанного исходного сырья постепенно подвергается эндотермической реакции риформинга и, таким образом, сам по себе охлаждается, движущиеся сверху вниз потоки дымовых газов и газообразного продукта обеспечивают сохранение радиальных температурных градиентов (между смешанным исходным сырьем, с одной стороны, и, с другой стороны, дымовыми газами и газообразным продуктом) по всей длине реакционной трубы для проведения теплового потока в оставшееся смешанное исходное сырье и, таким образом, для поддержания реакции ри- 1 028765 форминга. Радиальные температурные градиенты медленно уменьшаются только в направлении сверху вниз так, что обеспечивается эффективный отвод тепла для реакции риформинга от дымовых газов и рекуперация его из газообразного продукта. Помимо эффективности конструкция печи обеспечивает достижение различных других преимуществ. Одно преимущество узла тройной трубы заключается в расположении впускного отверстия реакционного газа и выпускного отверстия газообразного продукта на нижнем конце узла. Это устраняет потребность в удлиненном трубопроводе в верхней части печи и в кружалах и других приподнятых конструкциях, необходимых для обеспечения доступа к ним в целях проведения технического обслуживания. Таким образом, данная конструкция упрощает конструктивное исполнение печи и уменьшает стоимость ее создания. Кроме того, верхняя половина трубы дымовых газов, расположенная между горелкой (горелками) в камере сгорания и реакционной трубой, выполняет функцию теплового экрана и стенки для выравнивания температуры. Она защищает реакционную трубу от теплового излучения открытого пламени горелки и выброса пламени, которые могут неравномерно нагревать реакционную трубу и/или вызывать структурные дефекты в ней. В связи с этим предотвращается необходимость в раннем техническом обслуживании. Кроме того, вследствие возможного расположения горелок близко к реакционной трубе дополнительно обеспечивается более компактная конструкция печи риформинга.
Решение указанных задач также достигается способом парового риформинга углеводородного исходного сырья с использованием вышеописанной печи риформинга. Способ заключается в том, что подают смешанное исходное сырье из углеводородов и водяного пара во впускное отверстие реакционного газа по меньшей мере одного узла тройной трубы печи риформинга, при этом генерируют горячие дымовые газы посредством по меньшей мере одной горелки в ее камере сгорания так, чтобы смешанное исходное сырье перетекало снизу вверх в межтрубном пространстве между реакционной трубой и трубой газообразного продукта и в противотоке по отношению как к нисходящему потоку дымовых газов в межтрубном пространстве между трубой дымовых газов и реакционной трубой, так и к нисходящему потоку газообразного продукта в трубе газообразного продукта.
Предпочтительно смешанное исходное сырье может перетекать, по существу, исключительно в противотоке по отношению к дымовым газам и газообразному продукту. Кроме того, смешанное исходное сырье может быть подано исключительно во впускное отверстие реакционного газа, определенное нижним концом реакционной трубы, а газообразный продукт может быть выпущен исключительно из выпускного отверстия газообразного продукта, определенного нижним концом трубы газообразного продукта.
Другие особенности изобретения будут в дальнейшем подробно описаны на примере вариантов его осуществления со ссылками на чертежи.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 схематично показана печь риформинга в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, вид сбоку в разрезе;
на фиг. 2 - разрез по линии ΙΙ-ΙΙ на фиг. 1;
на фиг. 3А, 3В - сравнение температурных профилей дымовых газов и профилей плотностей тепловых потоков (профили вдоль длины реакционной трубы) между двойной противоточной конструкцией в соответствии с настоящим изобретением и обычной одиночной прямоточной конструкцией соответственно.
Варианты осуществления изобретения
Как показано на фиг. 1 и 2, печь 1 риформинга содержит по меньшей мере один удлиненный узел 200 тройной трубы. Узел 200 тройной трубы включает в себя предпочтительно вертикально ориентированную трубу 220 дымовых газов, которая охватывает или окружает реакционную трубу 240, которая, в свою очередь, охватывает трубу 260 газообразного продукта. Три трубы 220, 240, 260 могут иметь приблизительно одинаковую длину, обычно в диапазоне 10±2 м (приблизительно на 10-20% короче обычных катализаторных труб) и проходят вдоль общей вертикальной оси Н. На своих концах трубы 220, 240, 260 не требуют наличия аксиального перекрывания, то есть одна труба может иметь конец, который несколько выступает от или за пределы конца другой трубы. Внутренние две трубы, то есть труба 260 газообразного продукта и реакционная труба 240, могут быть совместно названы (катализаторной) трубой печи риформинга. Таким образом, внешняя труба 220 дымовых газов может охватывать трубу 240, 260 печи риформинга.
Трубы 220, 240, 260 узла 200 тройной трубы имеют подходящие соответствующие внутренние и внешние поперечные сечения, которые могут варьироваться по форме и/или размерам вдоль своей длины.
Предпочтительно труба 260 газообразного продукта и/или реакционная труба 240 имеют внутренние и/или внешние поперечные сечения с относительно большим соотношением между площадью окружной поверхности и объемной частью (в расчете на единицу длины трубы) для повышения их потенциала теплопередачи. Для трубы газообразного продукта 260 это описано в документе νΟ 01/12310 А1 (см. фиг. 1 и пояснения к ней). Таким образом, труба газообразного продукта 260 может, например, содержать звездо-, щеле- или крестообразное поперечное сечение. В варианте осуществления изобретения
- 2 028765 труба 260 газообразного продукта может содержать несколько, например три или четыре, проходящих параллельно подтрубы, которые - при взгляде вдоль общей оси Н - могут быть скомпонованы на вершинах треугольника или ромбоида. Потенциал теплопередачи реакционной трубы 240, в свою очередь, подобным образом может быть повышен в результате выполнения на ее внешней поверхности приливов, ребер или подобных выступов 254, которые отходят наружу, выступают в межтрубное пространство 230 между трубой 220 дымовых газов и реакционной трубой 240 и формируют поверхность теплообмена. Выступы 254 могут быть выполнены вдоль всей длины реакционной трубы 240, но предпочтительно, по меньшей мере, только на нижней половине 248 реакционной трубы 240. На нижней половине 248 реакционной трубы 240, на которой доминирующим механизмом теплопередачи во время работы может быть тепловая конвекция, выступы могут оказать наиболее эффективное влияние на улучшение совокупного температурного профиля реакционной трубы 240.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения для увеличения теплопередачи в поперечном сечении труба 260 газообразного продукта, дополнительно либо альтернативно, может содержать или может быть снабжена ускорителем теплопередачи. Ускоритель теплопередачи может, например, содержать случайным образом расположенные инертные объекты, например шарики оксида алюминия, которые вызывают или увеличивают турбулентность в газообразном продукте в трубе 260, ускоряя тем самым теплопередачу от газообразного продукта к смешанному исходному сырью, протекающему через реакционную трубу 240.
В случае включения в печь 1 риформинга множества узлов 200 тройных труб для обеспечения эффективности конструкции трубы дымовых газов соседних узлов 200 тройных труб могут быть полностью или частично совмещены в общей или совместно используемой трубе 220 дымовых газов. Печь 1 риформинга, показанная на фиг. 1, 2, например, содержит три узла 200 тройных труб, как это показано на фиг. 2. Верхние половины 226 труб дымовых газов соседних узлов объединены для образования общей верхней части, составляющей примерно половину трубы 220 дымовых газов (таким образом, частично общей), которая охватывает верхние половины 246, 266 всех трех соответствующих труб 240, 260 печи риформинга. Нижние половины 228 труб 220 дымовых газов трех узлов 200 разделены так, что каждая еще охватывает нижнюю половину 248, 268 только одной трубы 240, 260 печи риформинга. Труба 220 дымовых газов, получающаяся в результате объединения верхних половин труб дымовых газов, имеет поперечное сечение, которое изменяется вдоль ее длины: общая верхняя часть трубы 220 дымовых газов имеет широкое прямоугольное поперечное сечение, в то время как каждая из соответствующих нижних частей 228 имеет круглое поперечное сечение, которое без зазора прилегает к внешней окружности нижней части 248 соответствующей реакционной трубы 240. Это означает эффективное сужение трубы 220 дымовых газов в направлении сверху вниз. В результате дымовые газы, перетекающие сверху вниз через трубу 220 дымовых газов, будут ускоряться, обеспечивая высокую интенсивность теплопередачи. Соотношение между эффективными ширинами верхних и нижних половин трубы дымовых газов предпочтительно может находиться в диапазоне 2-5, а более предпочтительно 3,5±15%.
Расположение труб узла тройной трубы 200 в общем случае может быть таким, чтобы реакционная труба 240 проходила между нижним концом 244, определяющим впускное отверстие 245 реакционного газа, и закрытым верхним концом 242. То есть реакционная труба 240 может быть тупиком для технологических газов. Труба 260 газообразного продукта, охваченная реакционной трубой 240, может проходить между впускным отверстием 263 газообразного продукта, которое расположено вблизи верхнего конца 242 реакционной трубы 240, и выпускным отверстием 265 газообразного продукта, расположенным на нижнем конце 264 реакционной трубы. Наряду с тем, что верхний конец 262 трубы 260 газообразного продукта может быть расположен внутри свободного пространства 243, ограниченного верхней частью реакционной трубы 240, выпускное отверстие 265 газообразного продукта может быть образовано проходом через стенку донной части реакционной трубы 240. В связи с этим непрерывный путь движения потока газа, имеющий два, по существу, параллельных отрезка, может быть определен через трубу 240, 260 печи риформинга. Первый отрезок может проходить через межтрубное пространство 250 между реакционной трубой 240 и трубой 260 газообразного продукта от впускного отверстия 245 реакционного газа до свободного пространства 243 реакционной трубы 240, а второй отрезок может проходить через трубу 260 газообразного продукта от впускного отверстия 263 газообразного продукта в свободном пространстве 243 реакционной трубы 240 до выпускного отверстия 265 газообразного продукта. Труба 240, 260 печи риформинга, в свою очередь, может быть охвачена трубой дымовых газов 220 так, чтобы межтрубное пространство или пространство 230 было определено между трубой 220 дымовых газов и реакционной трубой 240, при этом межтрубное пространство проходит, по существу, по всей длине трубы 240, 260 печи риформинга от впускного отверстия 223 дымовых газов, близлежащего к верхнему концу 242 трубы 240, 260 печи риформинга, до выпускного отверстия 225 дымовых газов, близлежащего к нижнему концу 244 трубы 240, 260 печи риформинга. Таким образом, узел 200 тройной трубы может определять три параллельных участка пути движения потока, что, как это будет пояснено далее, может быть рассмотрено как образование по всей длине двойного противоточного теплообменника.
Преимущество описанного выше расположения тройной трубы заключается в расположении обоих внешнего впускного и выпускного отверстий трубы 240, 260 печи риформинга, то есть впускного отвер- 3 028765 стия 245 реакционного газа и выпускного отверстия 265 газообразного продукта, вблизи ее нижнего конца. Это устраняет потребность в удлиненном трубопроводе в верхней части печи 1 и в кружалах и других приподнятых конструкциях, необходимых для обеспечения доступа к ним в целях проведения технического обслуживания. Таким образом, данное расположение упрощает конструкцию печи 1 и уменьшает стоимость ее создания и обслуживания. Другое преимущество данного расположения заключается в свободе верхних частей труб 240, 260 печи риформинга от соединений (через текучую среду) и возможности их прохождения через верхнюю стенку 104 камеры сгорания 100 (и возможно через кровлю здания, в котором расположена камера сгорания 100) так, чтобы обеспечить свободное термическое расширение труб в направлении снизу вверх. Данная особенность будет пояснена более подробно далее.
Трубы 220, 240, 260 узла 200 тройной трубы могут быть изготовлены из любого материала, способного выдерживать воздействия высоких температур, напряжения и химически агрессивной среды, которым они могут быть подвержены во время эксплуатации. Трубы 240, 260 трубы печи риформинга могут быть, например, изготовлены из металла, такого как центробежнолитая аустенитная нержавеющая сталь, при этом труба 220 дымовых газов может быть изготовлена из (теплопроводящего) металла, характеризующегося высокой излучательной способностью, например никелевого сплава, такого как ΝΙΟΚΘΡΕΚ 6025НТ, или может содержать огнеупорную стенку, дополнительно имеющую, по меньшей мере, частичное покрытие из материалов, характеризующихся высокой излучательной способностью. В некоторых вариантах осуществления изобретения наружная поверхность трубы 220 дымовых газов, обращенная к горелкам, может быть выполнена из материала, отличного от материала внутренней поверхности, обращенной к трубе 240, 260 печи риформинга. Поскольку верхняя половина 246, 266 трубы 240, 260 печи риформинга может быть подвержена воздействию более высоких температур по сравнению с нижней половиной 248, 268, верхние части 246, 266 реакционной трубы 240 и/или трубы 260 газообразного продукта могут быть изготовлены из других (обычно более стойких, а поэтому более дорогостоящих) материалов по сравнению с нижними половинами 248, 268 и/или могут иметь другую (обычно большую) толщину стенки трубы, чем нижние участки. В одном из вариантов осуществления изобретения, например, верхняя половина 246 реакционной трубы 240 может быть изготовлена из материала 35Сг45№№ МюгоаНоу и может иметь толщину минимальной звукоизолирующей стенки (МЗС), равную 10 мм, при этом соответствующая нижняя половина 248 может быть изготовлена из материала 25Сг-20№ (Ог НК40) и может иметь толщину стенки МЗС, равную 6 мм. Конструкционный материал трубы 220 дымовых газов также может быть различным вдоль по ее высоте.
В одном из вариантов осуществления изобретения все три трубы 220, 240, 260 сборного узла 200 тройной трубы могут быть сформированы как единое целое. В другом варианте осуществления реакционная труба 240 и труба 260 газообразного продукта могут определять как единое целое (то есть неразъемную) катализаторную трубу печи риформинга, при этом труба 260 дымовых газов может быть образована отдельно, например, в виде части конструкции стенки камеры сгорания 100, как описано далее.
Для улучшения прохождения реакции риформинга, которая может иметь место в трубе 240, 260 печи риформинга во время эксплуатации, межтрубное пространство 250 между реакционной трубой 240 и трубой 260 газообразного продукта может быть полностью или частично заполнено катализатором 252 парового риформинга, таким как, например, гранулы катализатора на основе промотированного или непромотированного оксида никеля. В предпочтительном варианте осуществления изобретения как продольная часть межтрубного пространства 250 между нижней половиной 248 реакционной трубы и нижней половиной 268 трубы газообразного продукта, так и продольная часть межтрубного пространства 250 между верхней половиной 246 реакционной трубы и верхней половиной 266 трубы газообразного продукта могут быть, по меньшей мере, частично заполнены катализатором 252 парового риформинга. Это может обеспечить прохождение парового риформинга как в конвективной части, так и в излучательной части печи 1. В некоторых вариантах осуществления изобретения труба 260 газообразного продукта также может быть полностью или частично заполнена таким катализатором в целях облегчения прохождения реакции риформинга для любого остатка смешанного исходного сырья, не подвергшегося риформингу при его прохождении через межтрубное пространство 250.
В дополнение по меньшей мере к одному узлу 200 тройной трубы печь риформинга 1 может содержать камеру сгорания 100. Камера сгорания 100 может быть ограничена нижней стенкой или дном 102, верхней стенкой или потолком 104 и боковой стенкой 106, соединяющей нижнюю и верхнюю стенки 102, 104, определяя замкнутое внутреннее пространство 108 камеры. Узел 200 тройной трубы может быть частично охвачен камерой сгорания 100, предпочтительно так, чтобы верхняя часть 226, 246, 266 узла 200 тройной трубы была размещена/расположена внутри пространства 108 камеры сгорания, при этом нижняя часть 224, 244, 264 располагалась вне и ниже камеры сгорания 100.
В одном из вариантов осуществления изобретения каждый узел 200 тройной трубы в целом (если все три трубы узла тройной трубы выполнены как единое целое) или каждая его соответствующая труба 240, 260 печи риформинга (если трубы печи риформинга выполнены как единое целое, но разъемно с трубами дымовых газов) могут быть подвешены, соответственно поддержаны на одном из своих концов. В показанном варианте осуществления, например, трубы 240, 260 печи риформинга соответствующих узлов 200 тройных труб выполнены как единое целое и опираются своими соответствующими нижними
- 4 028765 концами, в частности нижними концами своих реакционных труб 240, на опору 70 трубы печи риформинга. Опора 70 трубы печи риформинга воспринимает, по существу, весь вес труб 240, 260 печи риформинга. В то же время верхние части труб 240, 260 печи риформинга проходят через верхнюю стенку 104 камеры сгорания 100, подвижно направлены посредством боковых опор 72 дополнительного уплотнения дымовых газов, выполненных в ней. Таким образом, односторонне вертикально подвешивающиеся или опирающиеся узлы 200 тройных труб или их трубы 240, 260 печи риформинга делают возможным стабильное расположение, способное обеспечить компенсацию в отношении одностороннего (а именно, по существу, вертикального) термического расширения подвешенных/опертых труб. Вследствие одностороннего термического расширения односторонние подшивание или опирание, в частности, труб 240, 260 печи риформинга также могут облегчать расположение впускного отверстия 245 реакционного газа и выпускного отверстия 265 газообразного продукта на подвешенной или опертой стороне; данная сторона, в конечном счете, может быть, по существу, зафиксирована в пространстве.
Камера сгорания 100 может обеспечить компенсацию в отношении источника тепла, обычно в виде одной или нескольких горелок 110. Горелки 110 могут быть сформированы для сжигания топлива в целях генерирования дымовых газов, имеющих температуру, составляющую по меньшей мере 1000°С и предпочтительно в диапазоне приблизительно 1200-1400°С. Горелки 100 могут быть установлены на любой из стенок 102, 104, 106 камеры сгорания 100 и предпочтительно могут быть установлены на дне 102 в виде горелок с пламенем, направленным снизу вверх, в положении относительно близко или примыкая к внешней стороне трубы 220 дымовых газов, которая выступает в камеру сгорания 100. Расположение и конструкция горелок 110, в частности, могут быть такими, чтобы любое пламя 112, которое они производят при сжигании топлива, не вызывало бы прямого излучательного нагрева трубы 240, 260 печи риформинга. То есть в результате надлежащих расположения и регулирования горелок 110 верхняя половина 226 трубы 220 дымовых газов может быть сформирована для выполнения функции экрана или щита между пламенем 112 горелок и трубой 240, 260 печи риформинга и защиты трубы 240, 260 печи риформинга от выброса пламени и прямого излучательного нагрева. С одной стороны, это может уменьшить термические пиковые нагрузки на верхней половине 246, 266 трубы 240, 260 печи риформинга (и, таким образом, позволить избежать образования местных перегревов, деформирования трубы и следующего за этим раннего выхода из строя, например разрушения, трубы печи риформинга) и сделать возможным ее конструирование с меньшей толщиной стенки трубы. С другой стороны, относительно небольшое расстояние между горелками ПО и трубой 240, 260 печи риформинга, возможное в результате промежуточного расположения верхней половины 226 трубы 220 дымовых газов, может позволить выполнить камеру сгорания 100 очень компактной. В частности, расстояние между горелками 110 и осевой линией трубы 240, 260 печи риформинга может, например, быть уменьшено от типичных значений 1100-1300 мм для обычных печей парового риформинга до 800-1000 мм для конструкции в соответствии с настоящим изобретением.
В одном из вариантов осуществления изобретения печь 1 риформинга может содержать множество узлов 200 тройных труб, которые могут быть расположены на расстоянии друг от другого по меньшей мере в одном ряду, причем их продольные оси Н параллельны. Для простоты описанный вариант осуществления печи 1 содержит только один такой ряд (см. фиг. 2), но должно быть понятно, что печь 1 в общем случае может содержать множество рядов, при этом каждый из них включает множество обычно эквидистантно расположенных узлов 200 тройных труб. Верхние половины 226 труб 220 дымовых газов узлов 200 тройных труб по меньшей мере в одном ряду могут быть объединены или совмещены для определения общей верхней половины, таким образом, частично общей трубы дымовых газов. Общая верхняя половина частично общей трубы дымовых газов предпочтительно может быть, по меньшей мере, частично определена двумя, по существу, плоскими стенками, которые проходят параллельно и на противоположных сторонах вдоль ряда узлов 200 тройных труб. В одном из вариантов осуществления изобретения, как показано на фиг. 1 и 2, плоские стенки могут проходить снизу вверх от нижней стенки 102 камеры сгорания 100. Стенки могут быть, например, изготовлены из листового металла или огнеупорных/δίθ кирпичей.
Необходимо отметить, что плоские стенки могут выполнять функцию распределителей тепла, которые при использовании воспринимают в общем случае плоский температурный профиль для ускорения однородного нагревания верхних половин труб 240, 260 печи риформинга. Однако их конструкцию необходимо отличать от конструкции трубчатых распределителей тепла, описанных в патентном документе И8 5935531. Согласно документу И8 5935531 каждая трубчатая каталитическая емкость (10) уникально соединена с трубчатым распределителем тепла (16). В сравнении с этим планарная геометрия стенок распределения тепла согласно изобретению является более выгодной, поскольку она обеспечивает уменьшение шага/расстояния между соседними трубами 240, 260 печи риформинга и, следовательно, также площади размещения оборудования/площади занимаемой печью 1 площадки.
В одном из вариантов осуществления изобретения каждый узел 200 тройной трубы по меньшей мере в одном ряду может быть соединен с двумя горелками 110, которые могут быть расположены снаружи плоских стенок и диаметрально противоположно друг другу по отношению к (продольной оси Н) трубе печи риформинга соответствующего узла 200 тройной трубы. Воображаемая линия, соединяющая друг с
- 5 028765 другом две горелки 110, соединенные с соответствующим узлом 200 тройной трубы, предпочтительно может проходить, по существу, перпендикулярно плоским стенкам, как в варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 1 и 2.
Для обеспечения притока газа в печь 1 и оттока газов из печи 1 риформинга могут быть предусмотрены дополнительные трубопроводы подачи и выпуска текучей среды. Выпускное отверстие 225 дымовых газов трубы 220 дымовых газов, например, может быть соединено с трубой 20 выпуска дымовых газов; труба выпуска дымовых газов может быть общей для всех узлов 200 тройных труб печи 1 риформинга. В дополнение к этому выпускное отверстие 265 газообразного продукта трубы 260 газообразного продукта каждого из узлов 200 может быть соединено с общей трубой 60 выпуска газообразного продукта. Впускное отверстие 245 реакционного газа реакционной трубы 240 каждого из узлов 200 может быть соединено с общей трубой предварительного нагревания смешанного исходного сырья, например, в форме змеевика 40. Змеевик 40 может проходить внутри трубы 20 выпуска дымовых газов предпочтительно так, чтобы его ось проходила параллельно направлению 114 течения дымовых газов в ней для обеспечения предварительного нагревания смешанного исходного сырья, перетекающего через витки змеевика 40, которые проходят, по существу, поперечно направлению 114 течения. Подобно смешанному исходному сырью сжигаемое топливо и/или воздух горения для горелок 110 могут быть предварительно нагреты в результате направления их через трубу 20 выпуска дымовых газов до их подачи в горелки 110.
Печь 1 риформинга работает следующим образом.
При работе печи 1 горелки 110 внутри камеры сгорания 100 могут сжигать топливо, нагревая тем самым общую верхнюю половину 226 трубы 220 дымовых газов, которая экранирует трубу 240, 260 печи риформинга от теплового излучения, и производя дымовые газы, обычно имеющие температуру приблизительно 1200-1400°С. Дымовые газы, естественно, могут перетекать снизу вверх, а после этого вследствие нарастания давления внутри камеры сгорания 100 - сверху вниз в верхний конец 223 общей верхней половины трубы 220 дымовых газов и далее через пространство (пространства) 230 между трубой 220 дымовых газов и реакционными трубами 240. Течение снизу вверх и сверху вниз для дымовых газов вдоль внешней стороны и внутренней стороны верхней половины 226 трубы 220 дымовых газов соответственно совместно с излучательным теплом, поглощенным ими, может привести к приобретению верхней половиной 226 трубы 220 дымовых газов в общем случае плоского температурного профиля. В связи с этим верхняя половина 226 трубы 220 дымовых газов может испускать тепловое излучение в направлении верхней половины 246, 266 трубы 240, 260 печи риформинга для, по существу, однородного нагревания ее по всей ее длине. Для верхних половин узлов 200 тройных труб излучение может представлять собой основной источник тепла. С другой стороны, для нижних половин узлов 200 тройных труб основной механизм теплопередачи может представлять собой конвекцию. На конвективное нагревание реакционных труб 240 могут оказывать воздействие дымовые газы, перетекающие сверху вниз через межтрубные пространства 230 между трубами 220 дымовых газов и реакционными трубами 240. Интенсивность теплопередачи может быть увеличена в результате сужения сверху вниз профиля внутреннего поперечного сечения труб 220 дымовых газов и использования радиально выступающих наружу ребер или выступов 254 теплоотвода на внешней поверхности реакционных труб 240.
На фиг. 3А, 3В показано сравнение температурных профилей дымовых газов и профилей плотностей тепловых потоков между двойной противоточной конструкцией в соответствии с настоящим изобретением и обычной одиночной прямоточной конструкцией, характеризующейся наличием одной реакционной трубы 240, которая расположена в камере сгорания коробчатого типа с верхним обогревом, и вдоль которой дымовые газы перетекают в направлении сверху вниз прямотоком со смешанным исходным сырьем через реакционную трубу. В любом случае профили получают вдоль по длине реакционной трубы, 0% длины трубы соответствует положению на конце впускного отверстия 245 смешанного исходного сырья, 100% длины трубы соответствует положению на конце 242 реакционной трубы в направлении по потоку (который в конструкции в соответствии с изобретением является закрытым и соответствует метке впускного отверстия 263 внутренней трубы 260 газообразного продукта). Очевидно, что в случае идентичности средней плотности теплового потока прямоточная конструкция характеризуется значительно большими пиком/нагрузкой по плотности теплового потока, то есть 116-10 ккал/ч/м против 101-10 ккал/ч/м. Следовательно, двойная противоточная конструкция может быть разработана с большей средней плотностью теплового потока (+18% для проиллюстрированного случая, а обычно примерно 1020%) при параллельном уменьшении поверхности теплопередачи реакционной трубы 240: то есть реакционная труба может быть выполнена более короткой/более компактной без утраты функциональности. Как показано на фиг. 3А, 3В, печь 1 риформинга согласно изобретению работает в большей степени подобно обычной печи риформинга с боковым обогревом, чем обычной печи с верхним обогревом. Тем не менее, несмотря на сохранение ею преимуществ печи риформинга с боковым обогревом, например, более контролируемого/однородного распределения температуры вдоль труб печи риформинга, она не обладает характерными для нее недостатками, например большим количеством горелок и большой площадью занимаемой площадки/площади размещения оборудования.
Если продолжить относительно работы печи 1, то смешанное исходное сырье из углеводородов и
- 6 028765 водяного пара может быть подано во впускное отверстие 42 змеевика предварительного нагревания смешанного исходного сырья 40. Течение смешанного исходного сырья через змеевик 40 может вызывать охлаждение дымовых газов, протекающих мимо змеевика 40, и нагревание смешанного исходного сырья, например, до температуры в диапазоне приблизительно 520-570°С. От змеевика 40 предварительного нагревания смешанное исходное сырье подают во впускные отверстия 245 реакционного газа реакционных труб 240 узлов 200 тройных труб. В реакционной трубе 240 узла 200 тройной трубы смешанное исходное сырье перетекает снизу вверх через межтрубное пространство 250 между реакционной трубой 240 и трубой 260 газообразного продукта и через слой катализатора 252. Во время течения снизу вверх смешанное исходное сырье в межтрубном пространстве 250 нагревается, во-первых, (то есть в конвективной части/нижней половине 248 реакционной трубы 240) в результате конвективного нагревания от дымовых газов снаружи и газообразного продукта изнутри, и, во-вторых, (то есть в излучательной части/верхней половине 246 реакционной трубы 240) дополнительно и, собственно говоря, главным образом в результате однородного излучательного нагревания от верхней половины 226 трубы 220 дымовых газов. Когда смешанное исходное сырье достигает температуры приблизительно 840-880 °С, углеводороды вступают в реакцию с водяным паром, образуя смесь газообразных продуктов, содержащую водород и оксиды углерода. А именно относительно низкие и контролируемые значения плотности теплового потока в конвективной части печи 1 риформинга предотвращают коксообразование - проблему, зачастую встречающуюся в обычных печах с верхним обогревом. Сразу после попадания газообразного продукта в свободное пространство 243 реакционной трубы 240 и прохождения реакции, по существу, для всех углеводородов направление течения газообразного продукта может быть изменено (вследствие закрытого верхнего конца 242 реакционной трубы) для прохождения его сверху вниз в трубу 260 газообразного продукта, откуда он, в конечном счете, может быть выпущен через общую трубу 60 выпуска газообразного продукта.
Следует отметить, что, по существу, по всей длине межтрубного пространства 250 между реакционной трубой 240 и трубой 260 газообразного продукта течение снизу вверх смешанного исходного сырья является противоточным по отношению как к течению сверху вниз дымовых газов в межтрубном пространстве 230 между трубой 220 дымовых газов и реакционной трубой 240, так и к течению сверху вниз газообразного продукта в трубе 260 газообразного продукта. Следовательно, тепло для реакции риформинга эффективно отводится от дымовых газов и рекуперируется из газообразного продукта. Эффективность печи 1 дополнительно улучшают посредством предварительного нагревания смешанного исходного сырья перед его поступлением в реакционную трубу 240. В связи с этим количество топлива, сжигаемое в расчете на единицу выхода водорода, и соответствующие выбросы СО2 обычно могут быть на 10-20 % меньшими по сравнению с тем, что имеет место у обычных печей риформинга. Как температура дымовых газов на выпускном отверстии 24 трубы 20 выпуска дымовых газов, так и температура газообразного продукта на выпускном отверстии 265 газообразного продукта могут быть значительно меньше 700°С. Такая температура выхода уменьшает потребность в дополнительном оборудовании рекуперации тепла (которое просто использовалось бы для генерирования низкокачественного отводимого водяного пара) и, таким образом, обеспечивает создание компактной конструкции печи риформинга и уменьшает стоимость ее изготовления.
В отношении используемой терминологии необходимо отметить следующее. Слово вертикальный может быть интерпретировано как обозначение направления, которое включает в себя угол 90±10° по отношению к горизонтали. Термины верхняя половина и нижняя половина в отношении узла тройной трубы могут быть интерпретированы как обозначение продольной части узла, занимающей 50±20% (то есть от 30 до 70%), а предпочтительно 50± 10% от длины узла.
Промышленная применимость.
Несмотря на представленное выше описание вариантов осуществления настоящего изобретения, отчасти со ссылками на чертежи, необходимо понимать то, что изобретение не ограничивается данными вариантами. Раскрытые в описании изобретения, его формуле и чертежах различные варианты осуществления изобретения могут быть поняты и осуществлены специалистами в соответствующей области техники при осуществлении на практике настоящего изобретения. Ссылка на один вариант осуществления или вариант осуществления обозначает включение конкретных особенностей, структуры или характеристики, описанных в связи с этим вариантом осуществления, в по меньшей мере один вариант осуществления настоящего изобретения. Таким образом, фразы в одном варианте осуществления или в варианте осуществления в различных местах описания изобретения необязательно относятся к одному и тому же варианту осуществления. Кроме того, необходимо отметить возможность объединения конкретных особенностей, структур или характеристик одного или нескольких вариантов осуществления изобретения любым подходящим для использования образом для получения новых вариантов, не описанных в явной форме.
Ссылочные обозначения.
- печь риформинга,
- труба (общая) выпуска дымовых газов,
- 7 028765
- впускное отверстие трубы выпуска дымовых газов,
- выпускное отверстие трубы выпуска дымовых газов,
- труба/змеевик предварительного нагревания реакционного газа,
- впускное отверстие трубы/змеевика предварительного нагревания реакционного газа,
- труба (общая) выпуска газообразного продукта,
- опора трубы печи риформинга,
- боковая опора трубы установки риформинга,
100 - камера сгорания,
102 - нижняя стенка камеры сгорания,
104 - верхняя стенка камеры сгорания,
106 - боковая стенка камеры сгорания,
108 - пространство камеры сгорания,
110 - горелка,
112 - пламя горелки,
114 - направление течения дымовых газов,
200 - узел тройной трубы,
220 - труба дымовых газов,
222 - верхний конец трубы дымовых газов,
223 - впускное отверстие дымовых газов,
224 - нижний конец трубы дымовых газов,
225 - выпускное отверстие дымовых газов,
226 - верхняя половина трубы дымовых газов,
228 - нижняя половина трубы дымовых газов,
230 - пространство/межтрубное пространство между трубой дымовых газов и реакционной трубой,
240 - реакционная труба,
242 - закрытый верхний конец реакционной трубы,
243 - свободное пространство,
244 - нижний конец реакционной трубы,
245 - впускное отверстие реакционного газа,
246 - верхняя половина реакционной трубы,
248 - нижняя половина реакционной трубы,
250 - межтрубное пространство между реакционной трубой и трубой газообразного продукта,
252 - катализатор парового риформинга,
254 - выступ, обеспечивающий получение поверхности теплообмена,
260 - труба газообразного продукта,
262 - верхний конец трубы газообразного продукта,
263 - впускное отверстие газообразного продукта,
264 - нижний конец трубы газообразного продукта,
265 - выпускное отверстие газообразного продукта,
266 - верхняя половина трубы газообразного продукта,
268 - приблизительно нижняя половина трубы газообразного продукта,
Н - общая центральная ось узла тройной трубы.

Claims (15)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Печь (1) риформинга, содержащая камеру сгорания (100) и по меньшей мере один узел (200) тройной трубы, включающий в себя трубу (220) дымовых газов, охватывающую реакционную трубу (240), охватывающую трубу (260) газообразного продукта, причем реакционная труба (240) имеет на нижнем конце (244) впускное отверстие (245) для реакционного газа, а ее верхний конец (242) закрыт; труба (260) газообразного продукта имеет на верхнем конце (262) впускное отверстие (263) для газообразного продукта, а на нижнем конце (264) - выпускное отверстие (265) для газообразного продукта; труба (220) дымовых газов имеет на верхнем конце (222) впускное отверстие (223) для дымовых газов, а на нижнем конце (224) - выпускное отверстие (225) для дымовых газов; при этом межтрубное пространство (250) между реакционной трубой (240) и трубой (260) газообразного продукта содержит катализатор (252); а камера сгорания (100) охватывает верхнюю половину (226, 246, 266) по меньшей мере одного узла (200) тройной трубы, так что нижняя половина (228, 248, 268) этого узла расположена вне и ниже камеры сгорания и снабжена по меньшей мере одной горелкой (110), расположенной внутри камеры сгорания и снаружи трубы (220) дымовых газов, при этом верхняя половина (226) трубы дымовых газов, по существу, экранирует реакционную трубу (240) от теплового излучения и выброса открытого пламени горелки, причем камера сгорания (100), по меньшей мере, частично ограничена снизу стенкой (102), через которую верхняя половина (226, 246, 266) по меньшей мере одного узла (200) тройной трубы выступает в камеру сгорания, при этом горелка (110) расположена на упомянутой нижней стенке (102) и пред- 8 028765 ставляет собой горелку с пламенем, направленным снизу вверх.
  2. 2. Печь риформинга по п.1, в которой реакционная труба (240) и труба (260) газообразного продукта по меньшей мере одного узла (200) тройной трубы определяют сформированную как единое целое трубу печи риформинга.
  3. 3. Печь риформинга по п.2, в которой труба (240, 260) печи риформинга, по существу, поддержана снизу.
  4. 4. Печь риформинга по любому из пп.1-3, в которой средняя площадь внутреннего поперечного сечения верхней половины (226) трубы (220) дымовых газов по меньшей мере одного узла (200) тройной трубы больше средней площади внутреннего поперечного сечения нижней половины трубы дымовых газов.
  5. 5. Печь риформинга по любому из пп.1-4, в которой верхняя половина (226) трубы (220) дымовых газов по меньшей мере одного узла (200) тройной трубы изготовлена из листового металла и/или огнеупорного материала.
  6. 6. Печь риформинга по любому из пп.1-5, которая содержит множество узлов (200) тройных труб, причем верхние половины (226) труб (220) дымовых газов упомянутого множества узлов объединены в общую верхнюю половину трубы дымовых газов.
  7. 7. Печь риформинга по любому из пп.1-6, в которой верхняя часть реакционной трубы (240) по меньшей мере одного узла (200) тройной трубы изготовлена из материала, отличного от материала нижней части реакционной трубы.
  8. 8. Печь риформинга по любому из пп.1-7, в которой средняя толщина стенки трубы верхней части реакционной трубы (240) по меньшей мере одного узла (200) тройной трубы больше средней толщины стенки трубы нижней части реакционной трубы.
  9. 9. Печь риформинга по любому из пп.1-8, в которой нижняя половина (248) реакционной трубы (240) по меньшей мере одного узла (200) тройной трубы снабжена увеличивающими поверхность выступами (254), которые отходят от внешней поверхности реакционной трубы (240) в межтрубное пространство (230) между трубой (220) дымовых газов и реакционной трубой (240).
  10. 10. Печь риформинга по любому из пп.1-9, которая дополнительно содержит трубу (20) выпуска дымовых газов, соединенную с выпускным отверстием (225) для дымовых газов узла (200) тройной трубы и предназначенную для выпуска дымовых газов в направлении выпуска дымовых газов (114); трубу (40) предварительного нагревания реакционного газа, соединенную с впускным отверстием (245) для реакционного газа узла (200) тройной трубы и имеющую по меньшей мере часть, которая расположена внутри трубы (20) выпуска дымовых газов.
  11. 11. Печь риформинга по любому из пп.1-10, в которой упомянутый по меньшей мере один узел тройной трубы содержит множество узлов (200) тройных труб, которые расположены параллельно и на расстоянии друг от друга по меньшей мере в одном ряду, и в которой трубы дымовых газов узлов (200) тройных труб в упомянутом по меньшей мере одном ряду имеют общую верхнюю половину, которая, по меньшей мере, частично ограничена двумя плоскими стенками, проходящими параллельно и на противоположных сторонах вдоль верхних половин реакционных труб упомянутого множества узлов тройных труб.
  12. 12. Печь риформинга по п.11, в которой каждый узел (200) тройной трубы в упомянутом по меньшей мере одном ряду соединен с двумя горелками (110), расположенными снаружи плоских стенок и диаметрально противоположно друг другу по отношению к соответствующему узлу тройной трубы, предпочтительно так, чтобы линия, соединяющая друг с другом две горелки, соединенные с соответствующим узлом тройной трубы, проходила, по существу, перпендикулярно плоским стенкам.
  13. 13. Способ парового риформинга углеводородного исходного сырья с использованием печи (1) риформинга по любому из пп.1-12, в соответствии с которым подают исходную сырьевую смесь из углеводородов и водяного пара во впускное отверстие (245) для реакционного газа по меньшей мере одного узла (200) тройной трубы печи (1) риформинга при одновременном генерировании горячих дымовых газов посредством по меньшей мере одной горелки (110) в камере сгорания (100) так, чтобы исходная сырьевая смесь перетекала снизу вверх внутри межтрубного пространства (250) между реакционной трубой (240) и трубой (260) газообразного продукта и в противотоке по отношению как к нисходящему потоку дымовых газов в межтрубном пространстве (230) между трубой (220) дымовых газов и реакционной трубой (240), так и к потоку газообразного продукта в трубе (260) газообразного продукта.
  14. 14. Способ по п.13, в котором исходная сырьевая смесь перетекает, по существу, исключительно в противотоке по отношению к дымовым газам и газообразному продукту.
  15. 15. Способ по любому из пп.13 или 14, в котором исходную сырьевую смесь подают исключительно во впускное отверстие (245) для реакционного газа, определенное нижним концом (244) реакционной трубы (240), а газообразный продукт выпускают исключительно из определенного нижним концом (264) трубы газообразного продукта выпускного отверстия (265) для газообразного продукта.
EA201401060A 2012-03-26 2013-03-26 Печь и способ парового риформинга EA028765B1 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP12161221 2012-03-26
EP12161221.2 2012-03-26
PCT/NL2013/050223 WO2013147598A1 (en) 2012-03-26 2013-03-26 Steam reformer furnace, and method for the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201401060A1 EA201401060A1 (ru) 2015-03-31
EA028765B1 true EA028765B1 (ru) 2017-12-29

Family

ID=48050222

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201401060A EA028765B1 (ru) 2012-03-26 2013-03-26 Печь и способ парового риформинга

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9145298B2 (ru)
EP (1) EP2830994B1 (ru)
EA (1) EA028765B1 (ru)
MX (1) MX351385B (ru)
WO (1) WO2013147598A1 (ru)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9145299B2 (en) * 2013-12-13 2015-09-29 King Fahd University Of Petroleum And Minerals Steam methane reforming reactor of shell and tube type with cylindrical slots
US9840413B2 (en) 2015-05-18 2017-12-12 Energyield Llc Integrated reformer and syngas separator
US9843062B2 (en) 2016-03-23 2017-12-12 Energyield Llc Vortex tube reformer for hydrogen production, separation, and integrated use
EP3181218A1 (de) * 2015-12-15 2017-06-21 L'Air Liquide Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Produktgassammelleitungssystem für einen dampfreformer
US10626014B2 (en) * 2017-07-25 2020-04-21 Praxiar Technology, Inc. Reactor packing with preferential flow catalyst
JP6944349B2 (ja) * 2017-11-09 2021-10-06 エア・ウォーター株式会社 水素発生装置
JP2019205975A (ja) * 2018-05-30 2019-12-05 大同特殊鋼株式会社 雰囲気ガス発生装置
WO2020002188A1 (en) * 2018-06-28 2020-01-02 Haldor Topsøe A/S Catalytic reactor comprising metal radiation surfaces
EP3821973B1 (de) * 2019-11-13 2023-01-04 L'air Liquide, Société Anonyme Pour L'Étude Et L'exploitation Des Procédés Georges Claude Reformerofen zur durchführung eines endothermen prozesses

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5935531A (en) * 1993-10-29 1999-08-10 Mannesmann Aktiengesellschaft Catalytic reactor for endothermic reactions
WO2001012310A1 (en) * 1999-08-13 2001-02-22 Technip Kti S.P.A. Catalyst tubes for endothermic reaction especially for the production of hydrogen and syngas
EP1193219A1 (en) * 2000-09-20 2002-04-03 Air Products And Chemicals, Inc. Apparatus and method for hydrocarbon reforming process
US20040172877A1 (en) * 2001-04-19 2004-09-09 Wunning Joachim A. Compact steam reformer

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4216575A (en) * 1979-02-01 1980-08-12 Noranda Mines Limited Method of reforming the fins of a finned tube

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5935531A (en) * 1993-10-29 1999-08-10 Mannesmann Aktiengesellschaft Catalytic reactor for endothermic reactions
WO2001012310A1 (en) * 1999-08-13 2001-02-22 Technip Kti S.P.A. Catalyst tubes for endothermic reaction especially for the production of hydrogen and syngas
EP1193219A1 (en) * 2000-09-20 2002-04-03 Air Products And Chemicals, Inc. Apparatus and method for hydrocarbon reforming process
US20040172877A1 (en) * 2001-04-19 2004-09-09 Wunning Joachim A. Compact steam reformer

Also Published As

Publication number Publication date
MX2014011565A (es) 2015-04-08
US9145298B2 (en) 2015-09-29
EP2830994B1 (en) 2018-08-29
WO2013147598A1 (en) 2013-10-03
US20150048277A1 (en) 2015-02-19
MX351385B (es) 2017-10-11
EP2830994A1 (en) 2015-02-04
EA201401060A1 (ru) 2015-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA028765B1 (ru) Печь и способ парового риформинга
EP0703823B1 (en) Endothermic reaction apparatus
RU2137539C1 (ru) Устройство для осуществления химических реакций, требующих по крайней мере для запуска подвода тепла
KR102158887B1 (ko) 흡열 반응들을 위한 방법 및 장치
KR101426979B1 (ko) 복수 개의 다공 버너를 이용하는 컴팩트한 교환기-반응기
US4494485A (en) Fired heater
US20080247942A1 (en) Method and Reactor for Carrying Out Endothermic Catalytic Reactions
JP2009001822A (ja) より均一な加熱を用いるクラッキング炉
US20050158678A1 (en) Reformer process with variable heat flux side-fired burner system
US6153152A (en) Endothermic reaction apparatus and method
RU2462413C2 (ru) Новая печь для парового риформинга, содержащая пористые горелки
KR101526945B1 (ko) 다관 원통형 수증기 개질기
CZ117696A3 (en) Catalytic reaction vessel for endothermic reactions
US8845997B2 (en) Steam reforming process with improved flue gas flow
CN208266119U (zh) 用于加氢装置的加热炉
RU2615768C1 (ru) Реактор для каталитической паровой и пароуглекислотной конверсии углеводородов
US20230158467A1 (en) Flameless Combustion Burner For An Endothermic Reaction Process
JPS5824911Y2 (ja) 熱分解又は改質に用いる管式加熱炉
EP2318759B1 (en) Combustion system to transfer heat at high temperature
JPH0118604Y2 (ru)

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM KG TJ