RU2185879C2 - Установка для проведения эндотермических или экзотермических реакций и установка для реформинга - Google Patents

Установка для проведения эндотермических или экзотермических реакций и установка для реформинга Download PDF

Info

Publication number
RU2185879C2
RU2185879C2 RU97118865/12A RU97118865A RU2185879C2 RU 2185879 C2 RU2185879 C2 RU 2185879C2 RU 97118865/12 A RU97118865/12 A RU 97118865/12A RU 97118865 A RU97118865 A RU 97118865A RU 2185879 C2 RU2185879 C2 RU 2185879C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
zone
heat exchange
installation
reforming
Prior art date
Application number
RU97118865/12A
Other languages
English (en)
Other versions
RU97118865A (ru
Inventor
Эрманно Филиппи
Энрико РИЦЦИ
Original Assignee
Аммониа Касале С.А.
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 Аммониа Касале С.А. filed Critical Аммониа Касале С.А.
Publication of RU97118865A publication Critical patent/RU97118865A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2185879C2 publication Critical patent/RU2185879C2/ru

Links

Images

Classifications

    • 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
    • B01J8/06—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 in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes
    • B01J8/067—Heating or cooling the reactor
    • 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
    • B01J8/008—Details of the reactor or of the particulate material; Processes to increase or to retard the rate of reaction
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01C—AMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
    • C01C1/00—Ammonia; Compounds thereof
    • C01C1/02—Preparation, purification or separation of ammonia
    • C01C1/04—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase
    • C01C1/0405—Preparation of ammonia by synthesis in the gas phase from N2 and H2 in presence of a catalyst
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C29/00—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring
    • C07C29/15—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of oxides of carbon exclusively
    • C07C29/151—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of oxides of carbon exclusively with hydrogen or hydrogen-containing gases
    • C07C29/152—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of oxides of carbon exclusively with hydrogen or hydrogen-containing gases characterised by the reactor used
    • 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
    • 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
    • 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
    • C01B2203/0833—Heating by indirect heat exchange with hot fluids, other than combustion gases, product gases or non-combustive exothermic reaction product gases
    • 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
    • C01B2203/0838—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by heat exchange with exothermic reactions, other than by combustion of fuel
    • C01B2203/0844—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by heat exchange with exothermic reactions, other than by combustion of fuel the non-combustive exothermic reaction being another reforming reaction as defined in groups C01B2203/02 - C01B2203/0294
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F28D7/163—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation with conduit assemblies having a particular shape, e.g. square or annular; with assemblies of conduits having different geometrical features; with multiple groups of conduits connected in series or parallel and arranged inside common casing
    • F28D7/1669—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation with conduit assemblies having a particular shape, e.g. square or annular; with assemblies of conduits having different geometrical features; with multiple groups of conduits connected in series or parallel and arranged inside common casing the conduit assemblies having an annular shape; the conduits being assembled around a central distribution tube
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2265/00—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/26—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for allowing differential expansion between elements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Abstract

Установка для проведения эндотермических и экзотермических реакций включает испытывающие различные тепловые деформации конструктивно отдельные детали для проведения этих химических реакций и выполненное по типу поршневого уплотнения уплотнение между этими конструктивно отдельными деталями для создания газонепроницаемого уплотнения во время тепловых деформаций. В установке для реформинга происходит конверсия метана и водяного пара в СО, СО2 и Н2. Установка имеет цилиндрический наружный корпус, в котором имеется зона косвенного теплообмена и зона подачи, из которой содержащий метан и водяной пар поток газа подается в зону косвенного теплообмена, патрубок, который выполнен в корпусе и через который в зону косвенного теплообмена подается поток нагревающего газа, который служит источником тепла, необходимого для конверсии, множество труб с плавающим концом заполненные катализатором отводящую трубу, камеру, в которой собирается поток содержащего СО, CO2 и Н2 газа, с которой сообщается отводящая труба. Трубы и отводящая труба выполнены с возможностью расширения при тепловых деформациях во взаимопротивоположных направлениях по отношению к зоне подачи. Использование данной группы изобретений позволяет создать простую и надежную в работе установку с низким потреблением энергии. 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Область техники, к которой относится группа изобретений.
Заявленная группа изобретений представляет собой установку для проведения эндотермических или экзотермических реакций и установку для реформинга, в которой имеется зона косвенного теплообмена, в которой протекает реакция реформинга потока газа, содержащего метан и водяной пар в СО, СО2 и Н2.
В приведенном ниже описании и в формуле изобретения под "метаном" подразумевается исходное сырье, которое является источником водорода и углерода, в частности сам метан или смесь жидких и/или газообразных углеводородов, например природный газ или нефть нафта.
Известно, что для реформинга метана и получения из него водорода и углерода, которые являются основными исходными продуктами для синтеза, например, аммиака и/или метанола, в последнее время особенно актуальной стала необходимость в создании такой установки, в которой, с одной стороны, были бы созданы условия для возможно более полного осуществления реакции реформинга метана, и которая, с другой стороны, при сравнительно низком потреблении энергии, низких капиталовложениях и низких эксплуатационных расходах могла бы быть создана и введена в эксплуатацию достаточно просто.
Уровень техники
В качестве установки, которая отвечает указанным выше требованиям, в настоящее время в промышленности для проведения реформинга обычно используют установки теплообменного типа, т.е. установки с зоной теплообмена, в которой происходит реакция реформинга метана.
В таких установках большое количество тепла, которое необходимо для проведения эндотермической реакции реформинга, подводится в зону реакции за счет косвенного теплообмена с потоком горячего газа, который подается в установку.
В частности, в установках для производства аммиака, в которых реакция реформинга метана проводится при разных температурах в двух различных секциях, называемых секциями первичного и вторичного реформинга, при этом температура в последней секции больше температуры в первой секции, существует возможность использовать поток отбираемого из второй секции горячего газа в качестве источника тепла, необходимого для проведения реакции реформинга в первой секции.
Установку для реформинга теплообменного типа обычно используют при синтезе аммиака, метана или водорода вместо обычного первичного реформера, как описано, например, в ЕР-А-0298525.
При всех своих многочисленных достоинствах описанная выше установка обладает и целым рядом недостатков, основной из которых заключается в сложности ее конструкции, создание которой связано с большими капиталовложениями.
В такой установке имеется большое количество труб байонетного типа, состоящих из наружной трубы с глухим концом, которая используется для косвенного теплообмена между потоком нагревающего газа и газообразными 30 реагентами (метан и водяной пар) и внутренней трубы, которая используется для вывода из установки образующихся в ней продуктов реакции.
Совершенно очевидно, что такая конструкция с байонентными трубами является достаточно сложной и дорогостоящей, труднодоступна для проведения технического обслуживания и определяет большой наружный диаметр всей установки для реформинга.
Кроме того, каталитический характер реакции реформинга определяет необходимость равномерного заполнения кольцевого пространства между наружной и внутренней трубами соответствующим катализатором с возможностью его периодической замены. Совершенно очевидно, что наличие внутренней трубы в существенной мере препятствует или по крайней мере затрудняет проведение таких операций.
И наконец, еще одним недостатком, связанным с использованием труб байонетного типа, является повышенный расход энергии, поскольку при этом происходит значительный нежелательный теплообмен между потоком полученного в результате реакции газа и потоком подвергающегося реакции газа, к чему помимо всего прочего добавляется опасность возникновения коррозии металла внутренней трубы под действием образовавшихся газов при их интенсивном охлаждении.
В JP-A-4154601 предложена установка для реформинга, выполненная по типу теплообменника, состоящего из большого количества отдельных заполненных катализатором труб, которые снаружи обтекаются потоком нагревающего газа. Трубы своими концами крепятся к соответствующим трубным решеткам, которые в свою очередь соответствующим образом крепятся к корпусу установки.
Более простой по конструкции и в эксплуатации по сравнению с теплообменником с трубами байонентного типа трубчатый теплообменник, описанный в JP-A-4154601, также обладает серьезными недостатками, поскольку имеющиеся в нем трубы не могут свободно расширяться под действием высоких температур, которые характерны для реакции реформинга, и из-за возникающих в них при этом трещин или из-за возможной поломки труб в таких теплообменниках может произойти смешивание подвергающегося реформингу газа с нагревающим газом, что в свою очередь может привести к выходу из строя всей установки.
Известно изобретение, в котором охарактеризована установка для проведения эндотермических реакций, т. е. описанная в патенте US 4921680 установка для реформинга, включающая конструктивные детали, испытывающи различные тепловые деформации и уплотнительные элементы между ними.
Наиболее близкой по технической сущности к изобретению, в котором охарактеризована установка для проведения реформинга, является описанная в US 4113441 установка для реформинга, в которой происходит конверсия метана и водяного пара в СО, СО2 и Н2. Установка содержит цилиндрический наружный корпус, имеющий зону косвенного теплообмена и зону подачи, из которой содержащий метан и водяной пар поток газа подается в зону косвенного теплообмена, расположенный в корпусе патрубок для подачи в зону косвенного теплообмена потока нагревающего газа, который служит источником тепла, необходимого для конверсии, множество заполненных необходимым для реформинга катализатором труб с плавающим концом, проходящих в продольном направлении через зону косвенного теплообмена и сообщающихся с зоной подачи, отводящую трубу, которая сообщена с камерой и по которой из корпуса установки отводится поток содержащего СО, СO2 и H2 газа.
Недостатком такого типа установок является не только высокая стоимость ремонтных работ по замене пришедших в негодность труб, но и невозможность обеспечить оптимальную надежную работу в течение длительного срока эксплуатации. Именно эти недостатки и лежат в основе того, что известные выполненные в виде теплообменников установки для реформинга имеют в настоящее время очень ограниченное применение, несмотря на постоянно возрастающую в последнее время потребность, которую в них испытывает промышленность.
Задача, которая лежит в основе настоящей группы изобретений связана с необходимостью создания простой с точки зрения ее осуществления и надежной в работе установки для реформинга, в которой при низких капиталовложениях, низких эксплуатационных и ремонтных затратах и низком потреблении энергии реакция реформинга метана протекала бы с максимально возможной полнотой.
Технический результат, заключающийся в устранении указанных недостатков, достигается в установке для проведения эндотермических и экзотермических реакций, включающей испытывающие различные тепловые деформации конструктивно отдельные детали для проведения этих химических реакций и выполненное по типу поршневого уплотнения уплотнение между этими конструктивно отдельными деталями для создания между указанными деталями газонепроницаемого уплотнения во время их деформаций.
Технический результат, заключающийся в устранении указанных недостатков в установке для реформинга, в которой происходит конверсия метана и водяного пара в СО, CO2 и H2 и которая имеет по существу цилиндрический наружный корпус 2, в котором имеются зона 5 косвенного теплообмена; и зона 4 подачи, из которой содержащий метан и водяной пар поток газа подается в зону 5 косвенного теплообмена; патрубок 11, который выполнен в корпусе 2 и через который в зону 5 косвенного теплообмена подается поток нагревающего газа, который служит источником тепла, необходимого для конверсии, множество труб 6 с плавающим концом, которые заполнены необходимым для реформинга катализатором и которые проходят в продольном направлении через зону 5 косвенного теплообмена и сообщаются с зоной 4 подачи; и отводящую трубу 15 для отвода из корпуса 2 установки потока содержащего СО, CO2 и Н2 газа, достигается тем, что она дополнительно имеет расположенную за трубами 6 камеру 9, в которой собирается поток содержащего СО, СО2 и Н2 газа, образовавшегося в результате конверсии, и с которой сообщается отводящая труба 15, при этом трубы 6 и отводящая труба 15 выполнены с возможностью расширяться при тепловых деформациях во взаимно противоположных направлениях по отношению к зоне 4 подачи.
Отводящая труба 15 расположена на оси корпуса 2 и проходит параллельно трубам 6 через зону 5 косвенного теплообмена и зону 4 подачи и проходит от камеры 9, в которой собирается образовавшийся в результате реформинга газ, до расположенного на корпусе 2 выходного патрубка 14.
В установке имеются газонепроницаемые уплотнения 16, расположенные между отводящей трубой 15 и трубной решетки 3, которая находится между зоной 4 подачи и зоной 5 косвенного теплообмена.
В установке имеются газонепроницаемые уплотнения 16, расположенные между отводящей трубой 15 и корпусом 2.
В установке имеются газонепроницаемые уплотнения 16, расположенные между трубной решеткой 3 и корпусом 2.
Газонепроницаемые уплотнения 16 расположены рядом с выходным патрубком 14.
Газонепроницаемый уплотнения 16 выполнены по типу уплотнений с компрессионными кольцами.
В приведенном ниже описании и в формуле изобретения под трубами с плавающим концом понимаются трубы, у которых по крайней мере один конец конструктивно выполнен свободным и может перемещаться (плавать), компенсируя тем самым тепловое расширение труб.
Отличительной особенностью предлагаемой в настоящем изобретении установки для реформинга является то, что камера, в которой собирается образовавшийся в результате реформинга газ, сообщается как со множеством заполненных катализатором труб, в которых при косвенном теплообмене протекает реакция реформинга, так и с отводящей трубой, по которой из корпуса установки выводится полученный в результате реформинга газ.
При этом весь газ, образовавшийся в результате реакции реформинга, собирается в одной и той же камере, из которой он выводится по одной общей отводящей трубе.
Такая конструкция позволяет создать выполненную в виде теплообменника и лишенную недостатков, присущих известным установкам подобного типа, установку для реформинга, надежную в работе, крайне простую конструктивно, не требующую для своего создания больших капиталовложений и в то же самое время обеспечивающую эффективное протекание в ней реакции реформинга метана.
В предлагаемой установке ремонтные операции и операции, связанные с загрузкой или заменой катализатора, можно выполнить достаточно просто благодаря наличию в ней большого количества отдельных независимых друг от друга труб с плавающими концами.
Кроме того, в предлагаемой установке, в которой полученный в результате реформинга газ целиком собирается в одной общей камере и выводится из корпуса установки по трубе, которая в тепловом отношении не связана с теплообменными трубками, существенно уменьшен теплообмен между газом, полученным в результате реформинга, и исходным подвергаемым реформингу газом, что позволяет уменьшить опасность газовой коррозии металла, из которого изготовлена отводящая труба, и снизить по сравнению с известными установками эксплуатационные расходы.
В предпочтительном варианте предлагаемой в настоящем изобретении установки отводящую трубу целесообразно расположить на оси корпуса параллельно указанным трубам и пропустить ее через зону косвенного теплообмена и зону подачи по всей длине установки от камеры, в которой собирается полученный в результате реформинга газ, до патрубка, через который из корпуса установки выводится полученный газ. Такая схема позволяет создать очень простую и компактную конструкцию с эффективной компенсацией разницы тепловых деформаций отдельных деталей установки, которая возникает из-за различной тепловой нагрузки на отдельные детали установки и различных свойств материалов, из которых они изготовлены.
Так, в частности, предлагаемая конструкция, которая отличается большой простотой, позволяет безо всякого ее заметного усложнения должным образом и достаточно надежно компенсировать разницу в тепловых деформациях теплообменных труб и отводящей трубы, по которой из установки выводится полученный в ней газ.
Указанное выше расположение отводящей трубы позволяет выполнить плавающей и камеру, в которой собирается полученный в результате реформинга газ, при этом теплообменные трубы и отводящая труба могут свободно расширяться во взаимно противоположных направлениях по отношению к зоне подачи.
В такой установке не только не возникают механические проблемы, связанные с разницей коэффициентов линейного расширения материалов, но и определенным образом обеспечивается взаимная компенсация тепловых деформаций его отдельных деталей.
В этом варианте предпочтительно между отводящей трубой и трубной решеткой, которая находится между зоной подачи и зоной теплообмена, а также между этой отводящей трубой и корпусом, разместить соответствующие газонепроницаемые уплотнения, которые позволяют устранить нежелательную утечку исходных или образовавшегося в результате реформинга газа и могут работать при различных тепловых деформациях установки.
В предлагаемой в настоящем изобретении конструкции количество газонепроницаемых уплотнений, которые обеспечивают нормальную работу установки, сведено к минимуму и ограничено уплотнениями, расположенными между отводящей трубой, трубной решеткой и наружным корпусом установки.
Газонепроницаемые уплотнения предпочтительно располагать вблизи выходного патрубка корпуса, обеспечив тем самым возможность легкого доступа к уплотнениям и упростив их обслуживание и замену.
Отличительные особенности и преимущества настоящего изобретения рассмотрены в приведенном ниже описании не ограничивающего изобретения примера его выполнения со ссылками на прилагаемые к описанию чертежи.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - продольный разрез предлагаемой в изобретении установки для реформинга.
Фиг. 2 - продольный разрез части установки по фиг.1, в конструкцию которой внесены изменения, соответствующие предпочтительному варианту изобретения.
Фиг. 3 - показанный в увеличенном масштабе продольный разрез части установки по фиг.2.
Предпочтительный вариант выполнения изобретения
На фиг.1-3 показана предлагаемая в настоящем изобретении установка 1 для реформинга, которая предназначена для реформинга потока, содержащего метан и водяной пар газа. Установка 1 имеет по существу цилиндрический наружный корпус 2, в котором расположена полностью перекрывающая его внутреннее поперечное сечение трубная решетка 3, которая делит корпус на зону 5 косвенного теплообмена и зону 4, из которой содержащий метан и водяной пар поток газа подается в зону 5. В зоне 5 косвенного теплообмена расположено большое количество плавающих теплообменных труб 6, которые проходят в продольном направлении вниз от трубной решетки 3.
Внутри труб 6 имеется зона (не показана), которая заполнена обычным катализатором реформинга. Кроме того, трубы 6 имеют первый конец 7, который сообщается с зоной 4, и второй конец 8, который сообщается с камерой 9, в которой собирается содержащий СО, СО2 и Н2 поток газа, полученного в результате реакции реформинга. Своим вторым концом 8 трубы 6 крепятся к трубной решетке 10, которая расположена между трубами и камерой 9.
Корпус 2 имеет также расположенные в зоне 5 косвенного теплообмена патрубки 11 и 12, предназначенные соответственно для подвода в установку и выхода из нее нагревающего газа, который служит источником тепла, необходимого для проведения реакции реформинга. Корпус 2 имеет также расположенные в зоне 4 патрубки 13 и 14, через которые соответственно осуществляется подача в корпус подвергающегося реформингу, содержащего метан и водяной пар газа и выход из корпуса образовавшегося в результате реформинга газа, в состав которого входят СО, СО2 и Н2.
В корпусе 2 расположена отводящая труба 15, которая предназначена для вывода из установки образовавшегося в нем в результате реформинга газа. Труба 15 сообщается с камерой 9 и выходным патрубком 14, через который из установки выводится полученный в нем газ.
Предлагаемое конструктивное решение, предполагающее использование большого количества отдельных труб 6 в сочетании с камерой 9 и трубой 15 для отвода из установки образовавшегося в ней газа, позволяет создать установку, которая является очень простой с точки зрения механики, которая легко может быть выполнена и которая в то же самое время надежна в работе и обладает высокой эффективностью в отношении затрат энергии и достигаемого в ней конверсионного выхода реакции реформинга.
В показанной на фиг.1 конструкции отводящая труба 15 расположена на оси корпуса 2 параллельно трубам 6 и проходит насквозь через зону 5 косвенного теплообмена и зону 4 подачи.
В альтернативном варианте изобретения (не показан) труба 15 проходит от камеры 9 до нижнего конца установки 1, а выходной патрубок 14 расположен на одной с ней оси в нижнем конце корпуса 2.
Показанная на фиг. 1 конструкция позволяет увеличить в пределах зоны 5 полезное пространство для размещения труб 6, увеличив тем самым поверхность теплообмена.
Позицией 16 на чертежах обозначено газонепроницаемое уплотнение, которое препятствует нежелательной утечке исходных или образовавшихся в результате реформинга газов. Наличие таких уплотнений 16 обеспечивает оптимальную и надежную работу установки 1 при различных тепловых деформациях ее отдельных деталей, в частности теплообменных труб 6 и отводящей трубы 15.
Газонепроницаемые уплотнения 16 в варианте по фиг.1 расположены между отводящей трубой 15 и трубной решеткой 3 и между трубой 15 и корпусом 2, а в варианте по фиг. 2 они расположены между трубой 15 и трубной решеткой 3 и между трубной решеткой 3 и корпусом 2.
В варианте по фиг.1 оба газонепроницаемых уплотнения 16 расположены на одном и том же элементе установки 1, в частности на отводящей трубе 15, что максимально упрощает их размещение внутри установки.
С целью облегчить обслуживание и замену газонепроницаемых уплотнений 16 их целесообразно разместить, как показано на фиг.2, в непосредственной близости от выходного патрубка 14, через который из установки выводится образовавшийся в нем газ.
В предпочтительном варианте изобретения газонепроницаемые уплотнения 16 отводящей трубы размещены внутри расположенного на трубной решетке 3 трубчатого стояка 17, который направлен в сторону патрубка 14.
В качестве газонепроницаемых уплотнений 16 предпочтительно использовать уплотнение лабиринтного типа или более предпочтительно уплотнение типа компрессионного кольца.
В приведенном ниже описании под уплотнением лабиринтного типа подразумевается уплотнение, образованное двумя взаимодействующими и помещенными друг в друга внутренней и внешней деталями по существу трубчатой формы, при этом после установки внутренней детали внутрь внешней детали благодаря соответствующей форме наружной поверхности внутренней детали между ними образуются непрерывные выступы и канавки (лабиринт), которые препятствуют прохождению газа.
Под уплотнением типа компрессионного кольца в описании подразумевается уплотнение, образованное компрессионным кольцом, которое расположено между внешней деталью и находящейся внутри нее внутренней деталью и которое препятствует прохождению газа через зазор между этими деталями.
Использование таких уплотнений в качестве уплотнения 16 позволяет создать надежное газонепроницаемое уплотнение, позволяющее компенсировать значительные тепловые деформации, постоянно возникающие в предназначенной для реформинга установке.
На фиг. 3 в увеличенном масштабе показано использованное в изображенной на фиг. 2 установке 1 газонепроницаемое уплотнение 16, которое выполнено в виде компрессионных колец и которое расположено между отводящей трубой 15 и расположенном на трубной решетке 3 стояком 17. Уплотнение 16 состоит из нескольких компрессионных колец 18 (предпочтительно не менее двух), установленных в соответствующие кольцевые канавки 19 цилиндрического элемента 20, который предпочтительно разборным соединением, например болтами (не показаны), крепится к концу 21 отводящей трубы 15. Наличие компрессионных колец 18 между трубой 15 (внутренняя деталь) и стояком 17 (внешняя деталь) препятствует попаданию образовавшегося в результате реформинга газа в зону 5 теплообмена и в то же самое время допускает, компенсируя тепловые деформации, продольные перемещения отводящей трубы 15 относительно стояка 17.
Газонепроницаемые уплотнения 16 в установках 1 по фиг.1 и 2 предпочтительно выполнить по типу уплотнения по фиг.3.
По сравнению с лабиринтными уплотнениями уплотнение из компрессионных колец обладает целым рядом преимуществ, к которым в частности относится возможность создания более эффективного уплотнения (т.е. утечка газа через компрессионное уплотнение меньше, чем через лабиринтное), большие возможности с точки зрения принятия оптимальных конструктивных решений (уплотняемый зазор между внутренней и внешней деталями в уплотнении с компрессионными кольцами может быть как минимум в 10 раз больше, чем зазор в лабиринтном уплотнении) и возможность создания более компактной конструкции (уплотнение с компрессионными кольцами имеет меньшую длину, чем лабиринтное уплотнение).
Применение поршневых колец позволяет создать газонепроницаемое уплотнение, которое надежно работает даже при повреждении и/или расцентровке образующих уплотняемый зазор внешней и внутренней деталей, создает больше возможностей для сборки и наладки предназначенной для реформинга установки 1, менее чувствительно к попаданию в зазор посторонних предметов и менее подвержено заеданию.
Наибольший эффект от применения поршневых уплотнений может быть получен в установках, в которых проводят в основном эндотермические или экзотермические химические реакции, в том числе и в реакторах для синтеза аммиака или метанола, когда требуется создать уплотнение между конструктивно различными деталями, испытывающими различные тепловые деформации.
На фиг. 1 и 2 стрелками F1 и F2 обозначены соответственно направления прохождения через предназначенную для реформинга установку 1 содержащего метан и водяной пар потока газа (газ, подвергающийся реформингу) и потока нагревающего газа, являющегося источником тепла для косвенного теплообмена.
Предлагаемая в настоящем изобретении установка для реформинга работает следующим образом.
Приведенные ниже данные по температуре относятся к установке для первичного реформинга.
Как показано на фиг. 1, содержащий метан и водяной пар поток F1 газа (газ, подвергающийся реформингу), предварительно нагретый до температуры в пределах от 300 до 500oС, по подводящему патрубку 13 подается в зону 4 установки 1, из которой он поступает в трубы 6 (внутритрубное пространство теплообменника), в которых при температуре в интервале от 500 до 1000oС происходит реакция реформинга. Для реформинга подаваемого в установку газа трубы 6 соответствующим образом заполняются катализатором.
Реакция реформинга протекает под действием тепла, которое передается подвергающемуся реформингу газу от потока F2, нагретого до температуры от 900 до 1100oС горячего газа, который через входной патрубок 11 подается в зону 5 теплообмена. Поток F2 горячего газа обтекает трубы 6 снаружи (межтрубное пространство теплообменника) и выходит из корпуса 2 по отводящему патрубку 12 с температурой от 300 до 600oС.
Необходимое для реакции реформинга тепло передается от потока F2 горячего газа потоку F1 более холодного подвергающегося реформингу газа за счет косвенного теплообмена.
Поток F1 образовавшихся в результате реформинга газов (СО, СО2 и Н2) выходит из труб 6 через их нижние концы 8 и собирается в камере 9, из которой он по отводящей трубе 15 и выходному патрубку 14 выводится из установки 1 с температурой от 500 до 1000oС.
Как уже было отмечено выше, поток F1 газа после попадания в сборник и в отводящую трубу 15 не имеет непосредственного теплового контакта с протекающим по трубам 6 подвергающимся реформингу газом, что исключает всякий нежелательный теплообмен между подвергающимся реформингу газом и газом, образовавшимся в результате реформинга.
Кроме того, в предлагаемой установке обеспечивается эффективная компенсация различных по величине тепловых деформаций ее отдельных деталей, в частности теплообменных труб 6 и отводящей трубы 15, которые подвержены различному тепловому воздействию и изготовлены из разных материалов, причем достигается это за счет определенного конструктивного выполнения камеры 9 и отводящей трубы 15 и наличия уплотнений 16, которые, допуская относительные перемещения различных деталей, предотвращают нежелательную утечку газа.
Важно подчеркнуть, что применение таких уплотнений не усложняет конструкцию предлагаемой в настоящем изобретении установки.
В конструктивных вариантах по фиг.1 и 2 трубы 6 целесообразно сгруппировать в трубный пучок, обеспечив тем самым оптимальное заполнение трубами зоны 5 теплообмена.
Кроме того, для увеличения фактической поверхности теплообмена и его эффективности в трубном пучке предпочтительно разместить соответствующие диафрагмы 22, а сами трубы 6 выполнить с ребрами (не показаны).
При синтезе аммиака в качестве потока F2 горячего газа предпочтительно использовать горячий газ из секции вторичного реформинга.
В приведенном выше описании достаточно подробно рассмотрены все многочисленные преимущества настоящего изобретения, в частности возможность создания надежной установки для реформинга, которая, с одной стороны, имеет простую конструкцию и легко может быть выполнена, а с другой стороны, обеспечивает возможность реформинга метана при низком расходе энергии и низких затратах на обслуживание и ремонт.

Claims (8)

1. Установка для реформинга, в которой происходит конверсия метана и водяного пара в СО, СО2 и Н2 и которая имеет по существу цилиндрический наружный корпус 2, в котором имеются зона 5 косвенного теплообмена и зона 4 подачи, из которой содержащий метан и водяной пар поток газа подается в зону 5 косвенного теплообмена; патрубок 11, который выполнен в корпусе 2 и через который в зону 5 косвенного теплообмена подается поток нагревающего газа, который служит источником тепла, необходимого для конверсии, множество труб 6 с плавающим концом, которые заполнены необходимым для реформинга катализатором и которые проходят в продольном направлении через зону 5 косвенного теплообмена и сообщаются с зоной 4 подачи; и отводящую трубу 15 для отвода из корпуса 2 установки потока содержащего СО, СО2 и Н2 газа, отличающаяся тем, что она дополнительно имеет расположенную за трубами 6 камеру 9, в которой собирается поток содержащего СО, СО2 и Н2 газа, образовавшегося в результате конверсии, и с которой сообщается отводящая труба 15, при этом трубы 6 и отводящая труба 15 выполнены с возможностью расширяться при тепловых деформациях во взаимно противоположных направлениях по отношению к зоне 4 подачи.
2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что отводящая труба 15 расположена на оси корпуса 2 и проходит параллельно трубам 6 через зону 5 косвенного теплообмена и зону 4 подачи и проходит от камеры 9, в которой собирается образовавшийся в результате реформинга газ, до расположенного на корпусе 2 выходного патрубка 14.
3. Установка по п. 2, отличающаяся тем, что в ней имеются газонепроницаемые уплотнения 16, расположенные между отводящей трубой 15 и трубной решеткой 3, которая находится между зоной 4 подачи и зоной 5 косвенного теплообмена.
4. Установка по п. 3, отличающаяся тем, что в ней имеются газонепроницаемые уплотнения 16, расположенные между отводящей трубой 15 и корпусом 2.
5. Установка по п. 3, отличающаяся тем, что в ней имеются газонепроницаемые уплотнения 16, расположенные между трубной решеткой 3 и корпусом 2.
6. Установка по любому из пп. 3-5, отличающаяся тем, что газонепроницаемые уплотнения 16 расположены рядом с выходным патрубком 14.
7. Установка по любому из пп. 3-5, отличающаяся тем, что газонепроницаемые уплотнения 16 выполнены по типу уплотнений с компрессионными кольцами.
8. Установка для проведения эндотермических или экзотермических реакций, включающая испытывающие различные тепловые деформации конструктивно отдельные детали для проведения этих химических реакций и выполненное по типу поршневого уплотнения уплотнение между этими конструктивно отдельными деталями для создания между указанными деталями газонепроницаемого уплотнения во время их тепловых деформаций.
RU97118865/12A 1996-11-12 1997-11-12 Установка для проведения эндотермических или экзотермических реакций и установка для реформинга RU2185879C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP96118105.4 1996-11-12
EP96118105A EP0841301B1 (en) 1996-11-12 1996-11-12 Reforming apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU97118865A RU97118865A (ru) 1999-09-10
RU2185879C2 true RU2185879C2 (ru) 2002-07-27

Family

ID=8223390

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU97118865/12A RU2185879C2 (ru) 1996-11-12 1997-11-12 Установка для проведения эндотермических или экзотермических реакций и установка для реформинга

Country Status (11)

Country Link
US (2) US6426054B1 (ru)
EP (2) EP1138630A3 (ru)
JP (1) JPH10182101A (ru)
CN (2) CN1172841C (ru)
AU (1) AU735457B2 (ru)
BR (1) BR9705467A (ru)
CA (1) CA2219970C (ru)
DE (1) DE69631886T2 (ru)
RO (1) RO118128B1 (ru)
RU (1) RU2185879C2 (ru)
UA (1) UA43405C2 (ru)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1138630A3 (en) * 1996-11-12 2003-04-02 Ammonia Casale S.A. Seal for use in reforming apparatus
JP2001009264A (ja) * 1999-04-26 2001-01-16 Toyo Eng Corp 熱交換器様式反応器
EP1249272A1 (en) * 2001-04-11 2002-10-16 Ammonia Casale S.A. Sealing means for chemical reactor
DE10123219A1 (de) * 2001-05-12 2003-01-16 Bosch Gmbh Robert Wärmetauscher zum Erwärmen eines Produktes, insbesondere einer Masse zur Herstellung von Süßwaren
DE10151787C2 (de) * 2001-10-19 2003-09-25 Daimler Chrysler Ag Vorrichtung zum Wärmetausch und zur autothermen Reformierung
DE102005049457A1 (de) * 2005-10-15 2007-05-16 Degussa Vorrichtung zur Durchführung chemischer Reaktionen
US8652224B2 (en) * 2006-01-13 2014-02-18 Panasonic Corporation Hydrogen generator, fuel cell system and their operating methods
CN102165047B (zh) 2008-09-29 2015-04-22 Gtl汽油有限公司 组合的合成气体发生器
US9266142B2 (en) 2011-09-06 2016-02-23 Kabushiki Kaisha Powrex Coating device
CN104645897B (zh) * 2015-02-11 2016-05-04 南京敦先化工科技有限公司 一种双封头可控水移热反应器
CN105861055B (zh) * 2016-06-07 2019-01-22 太原理工大学 用于甲烷二氧化碳催化重整制备合成气的反应装置
CN108278913B (zh) * 2017-12-29 2019-11-12 昌邑恒昌新材料科技有限公司 一种非焊接双密封快速拆装式蒸汽换热器及其实现方法
CN109019511A (zh) * 2018-10-11 2018-12-18 广东索特能源科技有限公司 一种利用sofc高温烟气的甲烷重整系统
CN110683512A (zh) * 2019-10-23 2020-01-14 张家港氢云新能源研究院有限公司 配套于集成型重整制氢装置的反应物料输入机构

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2329658A (en) * 1937-09-01 1943-09-14 Socony Vacuum Oil Co Inc Method of converting petroleum and like oils
DE1085140B (de) * 1959-05-13 1960-07-14 Deggendorfer Werft Eisenbau Verschlusseinrichtung fuer Kontaktrohre
US3870476A (en) * 1970-11-11 1975-03-11 Marsch Hans Dieter Device for performing catalytic endothermic reactions
US3925025A (en) * 1973-04-20 1975-12-09 Universal Oil Prod Co Ring-flanged slip-joint for a reactor system
GB1448994A (en) * 1973-12-06 1976-09-08 Atomic Energy Authority Uk Liquid metal cooled fast breeder nuclear reactors
JPS52112607A (en) * 1976-03-09 1977-09-21 Agency Of Ind Science & Technol Reformers
US4230669A (en) * 1978-07-17 1980-10-28 Pullman Incorporated Radial ammonia converter
SE421945B (sv) * 1978-09-12 1982-02-08 Stal Laval Turbin Ab Gasturbinanleggning
GB8308343D0 (en) 1983-03-25 1983-05-05 Ici Plc Steam reforming
DE3532413A1 (de) 1985-09-11 1987-03-12 Uhde Gmbh Vorrichtung zur erzeugung von synthesegas
US4897246A (en) * 1988-09-13 1990-01-30 Peroxidation Systems, Inc. Oxidation chamber
US5219535A (en) * 1988-11-10 1993-06-15 Mannesmann Ag Heating an endothermic process
US4907643A (en) * 1989-03-22 1990-03-13 C F Braun Inc. Combined heat exchanger system such as for ammonia synthesis reactor effluent
US4921680A (en) 1989-09-12 1990-05-01 International Fuel Cells Corporation Reformer seal plate arrangement
ZA911838B (en) * 1990-04-03 1991-12-24 Standard Oil Co Ohio Endothermic reaction apparatus
US5106590A (en) * 1990-05-11 1992-04-21 Davy Mckee (London) Limited Gas mixer and distributor with heat exchange between incoming gases
JPH04154601A (ja) 1990-10-18 1992-05-27 Mitsubishi Gas Chem Co Inc 断熱リホーマー反応器
JP3094435B2 (ja) * 1990-10-18 2000-10-03 三菱瓦斯化学株式会社 断熱リホーマー装置
US5392692A (en) * 1994-03-14 1995-02-28 Ford Motor Company Antiblow-by piston and seal construction for high temperature applications
ZA955492B (en) * 1994-07-18 1996-02-13 Methanol Casale Sa Catalyst-seal support device in particular for exothermic heterogeneous catalytic synthesis reactors
JP3030689B2 (ja) * 1995-09-08 2000-04-10 本田技研工業株式会社 ガスタービンエンジン
EP1138630A3 (en) * 1996-11-12 2003-04-02 Ammonia Casale S.A. Seal for use in reforming apparatus
GB9805124D0 (en) * 1998-03-10 1998-05-06 Compair Reavell Ltd Piston sealing ring assembly
US6139810A (en) * 1998-06-03 2000-10-31 Praxair Technology, Inc. Tube and shell reactor with oxygen selective ion transport ceramic reaction tubes
US6749815B2 (en) * 2001-05-04 2004-06-15 Megtec Systems, Inc. Switching valve seal

Also Published As

Publication number Publication date
CN1182050A (zh) 1998-05-20
RO118128B1 (ro) 2003-02-28
CN1536252A (zh) 2004-10-13
EP0841301B1 (en) 2004-03-17
EP1138630A2 (en) 2001-10-04
US20020182129A1 (en) 2002-12-05
AU735457B2 (en) 2001-07-12
EP1138630A3 (en) 2003-04-02
DE69631886D1 (de) 2004-04-22
AU4359597A (en) 1998-05-14
US6426054B1 (en) 2002-07-30
CA2219970A1 (en) 1998-05-12
UA43405C2 (ru) 2001-12-17
CN1172841C (zh) 2004-10-27
EP0841301A1 (en) 1998-05-13
CA2219970C (en) 2007-01-09
DE69631886T2 (de) 2004-12-30
JPH10182101A (ja) 1998-07-07
MX9708707A (es) 1998-06-30
BR9705467A (pt) 1999-05-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2185879C2 (ru) Установка для проведения эндотермических или экзотермических реакций и установка для реформинга
US5567398A (en) Endothermic reaction apparatus and method
US5226928A (en) Reforming apparatus for hydrocarbon
CA2038289C (en) Endothermic reaction apparatus
US7731935B2 (en) Steam reforming
JP4477432B2 (ja) 改質器
US5565009A (en) Endothermic reaction process
US6096106A (en) Endothermic reaction apparatus
JP7145978B2 (ja) 触媒気相反応を実行するための方法、管束反応炉、および反応炉システム
US6153152A (en) Endothermic reaction apparatus and method
RU97118865A (ru) Установка для реформинга
CA2194298C (en) Apparatus for cooling hot gas
US4263260A (en) High pressure and high temperature heat exchanger
US20220234019A1 (en) Process of steam reforming with low carbon dioxide emissions
CA2479827C (en) Reforming apparatus
Astanovskii et al. Reactor for catalytic processes under optimal temperature conditions
MXPA97008707A (en) Converse apparatus
KR20010049386A (ko) 비단열공정을 실행하기 위한 반응기
AU775023B2 (en) Use of a seal of the compression ring type
GB2238487A (en) Reforming apparatus