用于蒸汽重整器的排气系统、用于其的支撑装置以及蒸汽重整器

申请号 CN201390000667.0 申请日 2013-07-31 公开(公告)号 CN204799236U 公开(公告)日 2015-11-25
申请人 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司; 发明人 A·考西亚; L·施皮斯;
摘要 一种用于 蒸汽 重整器 的排气系统、用于其的 支撑 装置以及蒸汽重整器,该排气系统包括至少一个纵向收集管(2)和一横向收集器(3),其中沿着所述纵向收集管(2)的纵向轴线(5)设置有用于连接至催化剂管的端口(7),该端口在连接条件下相互平行地且与纵向收集管(2)垂直地对齐,所述横向收集器(3)连接至所述至少一个纵向收集管(2)并具有与所述至少一个纵向收集管(2)垂直且与催化剂管垂直地延伸的纵向轴线(4),其中所述纵向收集管(2)作为热排气系统而形成并且横向收集器(3)作为冷排气系统而形成。所述横向收集器(3)相对于所述纵向收集管(2)居中地布置在纵向收集管(2)的背离端口(7)的一侧。
权利要求

1.一种用于蒸汽重整器的排气系统,该排气系统包括至少一个纵向收集管(2)和一横向收集器(3),其中沿着所述纵向收集管(2)的纵向轴线(5)设置有用于连接至催化剂管的端口(7),该端口在连接条件下相互平行地且与纵向收集管(2)垂直地对齐,所述横向收集器(3)连接至所述至少一个纵向收集管(2)并具有与所述至少一个纵向收集管(2)垂直且与催化剂管垂直地延伸的纵向轴线(4),其中所述纵向收集管(2)作为热排气系统而形成并且横向收集器(3)作为冷排气系统而形成,其特征在于,所述横向收集器(3)相对于所述纵向收集管(2)居中地布置在纵向收集管(2)的背离端口(7)的一侧。
2.根据前述权利要求1所述的排气系统,其特征在于,至少两个纵向收集管(2)布置成彼此平行。
3.根据前述权利要求1或2所述的排气系统,其特征在于,所述纵向收集管(2)借助于至少一个T形件(10)连接至所述横向收集器(3)。
4.根据前述权利要求1或2所述的排气系统,其特征在于,所述纵向收集管(2)布置在绝缘箱内部。
5.根据前述权利要求1或2所述的排气系统,其特征在于,所述纵向收集管(2)通过至少两个支撑装置支承,该支撑装置包括第一支撑元件(13)和第二支撑元件(14),其中所述第二支撑元件(14)布置在纵向收集管(2)和/或横向收集器(3)上,所述第一支撑元件(13)和第二支撑元件(14)可相对彼此平移地运动,并且所述支撑装置(9)形成为使得所述纵向收集管(2)和/或横向收集器(3)能倾斜于各自的纵向轴线平行地移位,所述第一和第二支撑元件(13,14)设置有布置成彼此平行的滑动表面(15,16),所述滑动表面向着所述纵向收集管(2)的纵向轴线倾斜。
6.一种用于支承蒸汽重整器的根据前述权利要求中任一项所述的排气系统的支撑装置(9),该支撑装置包括第一支撑元件(13)和第二支撑元件(14),其中所述第二支撑元件(14)布置在纵向收集管(2)和/或 横向收集器(3)上,所述第一支撑元件(13)和第二支撑元件(14)可相对彼此平移地运动,并且所述支撑装置(9)形成为使得所述纵向收集管(2)和/或横向收集器(3)能倾斜于各自的纵向轴线平行地移位。
7.根据权利要求6所述的支撑装置,其特征在于,所述第一和第二支撑元件(13,14)设置有布置成彼此平行的滑动表面(15,16),所述滑动表面向着所述纵向收集管(2)的纵向轴线倾斜。
8.一种蒸汽重整器,该蒸汽重整器具有至少一个根据权利要求1至5中任一项所述的排气系统和/或根据权利要求6或7所述的支撑装置(9)。
9.根据权利要求8所述的蒸汽重整器,其特征在于,所述横向收集器(3)布置在炉(1)的外侧,其中该横向收集器的轴线相对于炉(1)居中地延伸。
10.根据权利要求8所述的蒸汽重整器,其特征在于,所述横向收集器(3)布置于炉(1)的外侧,其中该横向收集器的轴线相对于所述炉(1)的轴向中心偏移。
11.根据权利要求9所述的蒸汽重整器,其特征在于,所述横向收集器(3)布置在炉(1)的下面。
12.根据权利要求10所述的蒸汽重整器,其特征在于,所述横向收集器(3)布置在炉(1)的下面。

说明书全文

用于蒸汽重整器的排气系统、用于其的支撑装置以及蒸汽

重整器

技术领域

[0001] 本实用新型涉及一种用于蒸汽重整器的排气系统,该排气系统具有至少一个纵向收集管和一横向收集器,其中沿着所述纵向收集管的纵向轴线设置有用于连接至催化剂管的端口,所述端口在连接条件下相互平行且与纵向收集管垂直地对齐,所述横向收集器连接至所述至少一个纵向收集管且具有与所述纵向收集管垂直地和与催化剂管垂直地延伸的纵向轴线,其中所述纵向收集管作为热排气系统而形成,横向收集器作为冷排气系统而形成。本实用新型还涉及一种支撑装置,该支撑装置用于支承根据本实用新型的排气系统及其装备的蒸汽重整器,并且涉及使用用于生产含有氢气的合成气的蒸汽重整器。

背景技术

[0002] 管式重整炉形式的蒸汽重整器用于从轻质和蒸汽产生含有H2/CO的工艺气体。重整的气体——富含氢气的合成气——由供给气体(进给气体)在催化剂管中发生的反应生成。这种类型的蒸汽重整器通常由借助于燃烧器来加热的炉腔组成。催化剂管布置在炉腔中并填充有催化材料。催化剂管大多成平行间隔的组地在炉腔中竖直地安设,其中,它们分成多个平的行。炉腔中的热量传递至催化剂管,而从上方向催化剂管供给进给气体。所引入的气体在催化剂管中受热,并发生用于生产产物气体的反应。从蒸汽和天然气中获得例如H2和CO。为了排放产物气体,具有水平地延伸且与催化剂管垂直的收集管——所谓的纵向收集管——的排气系统连接到所述催化剂管,纵向收集管从主收集管线中的单个催化剂管及其管束收集产物气体。
[0003] 在所谓的热排气系统中,接纳催化剂管的产物气体的第一收集管和将来自第一收集管的产物气体束集成一条管线的下游主收集管在内侧是不绝缘的,而排气系统作为一个整体与外部热绝缘,使得收集管的温度和主出口的外壁的温度与重整的产物气体的温度大体对应。排气系统的壳体因而必须承受产物气体的全部热量。首先,不利的是,高温输入导致材料发生热膨胀,这可以大大破坏系统的结构完整性。该破坏甚至由循环冷却阶段增大。当竖直对齐的催化剂管与下面的收集管通过焊接接头等牢固地连接时,上述这些影响是尤其重大的。
[0004] 由热输入引起的位移和热膨胀导致在部件之间的连接区域产生大的负荷和应峰值。此外,也有与水平和竖直位移相关的变形,这还给系统造成负担。为消除这些影响,使用称为“Pigtail”的弯管。该弯管将催化剂管与配置在催化剂管下面的水平纵向收集管连接并且能够补偿纵向收集管的水平和垂直的膨胀以及位移。但是,无法避免的是,弯管补偿器的加热和冷却阶段导致应力,该应力被引入收集管。这可造成塑性变形,从而使纵向收集管被水平地移位和在催化剂管的方向上被拉或提升。为了补偿材料膨胀,催化剂管的数量必须减少,这限制了可安装在蒸汽重整炉的内部的催化剂管的数量。
[0005] 在所谓的冷排气系统中,排气系统的内部,纵向收集管和主出口管线设置有热绝缘层。由于衬里,集管的外表面上的温度比较低。在这些系统中,补偿的Pigtail连接器因此可省略,从而使催化剂管直接通向排气系统中。但是,对于直接式连接,必要的是,纵向收集管在一侧上设置有多个连接开口,这在关于所述管的内部中的绝热衬里方面变得复杂和困难,使得绝缘不是均匀分布的。这会导致排气系统或纵向收集管的上部和下部结构中的热分布不对称,使得纵向收集管发生变形和偏移,从而甚至发生破裂。因此,这种系统的结构还涉及相对较高的成本。
[0006] 例如US 4,647,436 A描述了一种管状重整炉,其中反应或催化剂管在底部延伸至炉的外面并在炉的外侧通向收集管线中。相应地,穿过炉壁形成引导穿过装置(lead-through)必须考虑在催化剂管的水平和竖直方向 上的由热量引起的移位。为了避免损坏和破裂,所述引导穿过装置的尺寸都相应地很大,从而允许所述排气系统的移位。但是,尤其是在这些点处,可能会发生泄漏,使得空气流入炉内,这造成炉内巨大的热量损失并对所需的反应产生负面影响。
[0007] 冷/热排气系统示出了第三组排气系统,并且是混合的形式。在这些系统中,排气系统包括内侧绝缘上的导管和内侧上不绝缘的导管。各个催化剂管与非绝缘收集管线连接,这是由于热的产物气体具有相对较热的外壁。在收集管和催化剂管之间的连接是经由Pigtail连接件实现的,该连接件具有小直径。存在已知的排气系统,在该排气系统中平行地布置的催化剂管安设成以行形成组,其中每行被连接至水平的纵向收集管。纵向收集管在中心与内部有衬里的同轴主收集管连接。总体上,该系统设置有两个这样的主收集管,其在一端处接合并通向重整器的一端的主出口管线。Pigtail连接件以及热壁和冷壁收集管均布置在炉外。
[0008] 在其他冷/热排气系统中,主收集管布置成与纵向收集管不同轴,而横向于纵向收集管。除了用于催化剂管的上端口,所述纵向收集管具有用于横向收集器的侧端口,其中,用于所述催化剂管的端口不均匀地分布在横向端口的两侧上。纵向收集器束集催化剂管的产物气体并借助于横向收集器连结至一个管线,其中,横向连接器用作主排放管线。由于该混合系统和所述管道的材料中的巨大的温度差异,在系统中获得不同的大的热膨胀,这在排气系统的众多部件上施加了机械负荷。高负荷特别地导致热排气系统的收集管的最大长度和结构最大限度可承受的温度受到限制。
[0009] 因此,本实用新型的目的是改进排气系统的蒸汽重整器对热负荷和膨胀的抵抗。实用新型内容
[0010] 根据本实用新型,该目的是这样解决的,横向收集器相对于纵向收集管居中地布置在纵向收集管的背离端口的一侧上。在纵向收集管下面的横向收集器的中心布置导致纵向收集管从横向收集器的轴线与纵向收集管的 轴线的相交点延伸相等的长度。
[0011] 这种结构的优点特别示出了当使用多个纵向收集管时,多个纵向收集管的横向收集器收集实际意义上的产物气体,并且不排放该产物气体,随之将产生分布在各个位置上的高热区域,这导致强大的局部热输入并且给系统造成负担。在相互平行并以共面方式、即在一个共同的平面内延伸的多个纵向收集管中,纵向收集管的中心在轴向方向上位于共用线上,该共用线横向于纵向收集管的轴线而延伸。催化剂管以平行的行形成组,每一个行连接至一个纵向收集管。由于这种结构,热量在纵向收集管中对称地分布,使得所述纵向收集管的热膨胀在相反的方向上从连接点均匀地水平地延伸到横向收集器,从而降低了变形倾向。即使发生由于高温形成的强烈的变形,排气系统的完整性也可保持稳定。优选地,每个所述纵向收集管均具有相同的长度。
[0012] 优选地,所述纵向收集管借助于至少一个T形件连接至横向收集器,该T形件将所述纵向收集管分成具有相同长度的部段。经由T形件,可搭接在热和冷系统之间的过渡,其中连接件的耐用性被保证,即使在巨大的温差下。T形件吸收系统中的最大的应力。
[0013] 根据本实用新型的另一实施例,催化剂管可直接地连接至纵向收集管。与现有技术已知的系统不同的是,在现有技术已知的系统中,布置在纵向收集管下面的横向收集器与纵向收集管经由Pigtails连接,这种Pigtails可在这里省略,因此排除了由Pigtails的变形产生的影响。
[0014] 在本实用新型的另一实施例中,纵向收集管与外面热绝缘。每一个纵向收集管优选布置在至少部分围绕纵向收集管的绝缘箱中。因此,热可包封在炉中并且热损失可保持很低。已发现特别有利的是,绝缘箱具有可在炉腔的方向上打开的盖。因此,可防止纵向收集管暴露至炉的全部辐射热量。
[0015] 本实用新型的目的还由一种用于支承蒸汽重整器的排气系统的支撑装置解决,该支撑装置增强了排气系统对热膨胀和由热膨胀产生的应力的抵抗。这种支撑装置包括第一支撑元件和第二支撑元件,其中,所述第二支 撑元件布置在纵向收集管和/或横向收集器上,其中,所述第一支撑元件和第二支撑元件可相对彼此平移地运动,并且其中,所述支撑装置形成为使得所述纵向收集管和/或横向收集器倾斜于它的纵向轴线平行地移位。
[0016] 由于排气系统中的热膨胀,可能发生水平和竖直位移,特别是纵向收集管的水平和竖直位移,这会导致高的局部应力峰值。支撑装置因而成为排气系统的热膨胀和位移的补偿系统。排气系统可用几乎浮动的方式安装在加固混凝土支承部上,该加固混凝土支承部布置在纵向收集器下面。根据本实用新型的支撑装置设计成使得所述纵向收集管的相对运动关于所述第一支撑元件倾斜地延伸。这个运动由两个动作组成,其中,第一运动沿纵向收集管的轴线延伸并吸收横向膨胀,而运动的第二部分在与纵向收集管的纵向轴线方向正交或垂直的方向上延伸并因此吸收竖直位移(如屈曲效应,弯曲效应)。结果是平行位移,上文提到的移位的影响通过该平行位移进行补偿。
[0017] 根据本实用新型的支撑装置可设计成多种方式。因此,可以使用球支撑件,但已发现特别有利的是该支撑装置为滑动支撑件(平面支撑件,plain bearing)。
[0018] 特别优选的实施例提供的是,第一和第二支撑元件设置有布置成彼此平行的滑动表面,该滑动表面向着纵向收集管的纵向轴线倾斜。优选地,所述纵向收集管安装在横向收集器两侧的至少两个点上。
[0019] 该支撑装置优选位于绝缘件、例如用于纵向收集管的绝缘箱的内部。为了避免热量在绝缘箱方向上经由支撑装置支承部流动,可在支撑装置的滑动点的下面设置绝缘垫,这防止了在绝缘件的壁部形成热点。
[0020] 本实用新型还涉及一种蒸汽重整器,该蒸汽重整器包括至少一个根据本实用新型的排气系统和/或根据本实用新型的支撑装置。这样的蒸汽重整器的一种特别优选的实施例提供的是,横向收集器布置在炉的外侧并优选地在炉的下面,其中,该横向收集器的轴线相对于炉居中地延伸。
[0021] 在蒸汽重整器的另一优选实施例中,横向收集器布置于炉的外侧并且优选地布置在炉的下面,其中,该横向收集器的轴线相对于所述炉的轴向 中心偏移。优选地,所述横向收集器移位至前面,尤其是布置在所述炉的轴向长度的大约三分之一处。
[0022] 根据本实用新型,蒸汽重整器用于生产含有氢气的合成气。
[0023] 本实用新型随后将参照示例性实施例和附图进行详细说明。所描述和/或所示出的所有特征本身或任意组合形成本实用新型的主题,这与权利要求书中包含它们的内容或它们的引用无关。

附图说明

[0024] 在附图中:
[0025] 图1示出了根据本实用新型的第一实施例的用于蒸汽重整器的排气系统的俯视图,
[0026] 图2示出了根据本实用新型的另一实施例的具有支撑装置的排气系统的横向剖视图,以及
[0027] 图3示意性地示出图2的支撑装置的操作模式。

具体实施方式

[0028] 图1示出了布置在炉1中的具有六个相同的纵向收集管2和一横向收集器3的排气系统,所述横向收集器连接至每个纵向收集管2并且作为主出口管线。
[0029] 各个纵向收集管2相互隔开地平行地布置,其中,它们位于一个共同的平面内,并且不相对于彼此平行地移位,从而使它们的端部位于纵向方向上的共用线上。横向收集器3居中地布置在纵向收集管2的下面,其中横向收集器3的纵向轴线4平行地配置,并在图
1中的俯视图中与每个纵向收集管2的纵向轴线5垂直地配置。在俯视图中,六个纵向收集管2中的每者均位于横向收集器的纵向轴线4上,使得各个纵向收集管2从纵向收集管
2的中心6或横向收集器的纵向轴线4向着端部延伸相同的长度a。
[0030] 纵向收集管2设计成热排气系统,而横向收集器3是冷排气系统并且包括内绝缘物,从而使横向收集器3的外壁相对较冷。沿着纵向收集管2 的纵向轴线5,在纵向收集管2的上侧或纵向收集管2的背离横向收集器3的一侧,设置有用于导管的端口7,未示出的催化剂管可连接至所述端口,其中催化剂管与纵向收集管2的纵向轴线5垂直地与纵向收集管2连接。因此横向收集器3、纵向收集管2和催化剂管的轴线各自相互垂直。如在图1中还示出的,端口7均匀地分布在纵向收集管2上。这从而确保了输入到纵向收集管2中的热量沿它们的长度是均匀分布的,并且不存在热量的不对称分布。
[0031] 由于根据本实用新型的构型,可由纵向收集管的相同的最大热膨胀实现整体尺寸(长度)的两倍。
[0032] 图2以侧视图示出了具有更多功能的图1的排气系统的放大图。此处示出的纵向收集管2和布置在纵向收集管2下面的横向收集器3经由混凝土支承部8安装在未示出的基座上。所述支承部在它们的上端设置有特殊支撑装置9。设置在纵向收集管2下面的横向收集器3与各个纵向收集管经由T形件10牢固地连接。在将横向收集器3与T形件10连接的区域中布置有在纵向收集管的区域中的热系统与在横向收集器的区域中的冷系统之间的过渡部分。该过渡借助于由横向收集器的连接件所支承的锥形部来实现。
[0033] 在纵向收集管2的上侧可看到用于催化剂管的多个端口7,它们与纵向收集管2垂直地连接。通过虚线11示出绝缘箱,该绝缘箱包封来自纵向收集管2和支撑装置9的排气系统的热量。
[0034] 当操作蒸汽重整器时,高的温度输入进入至纵向收集管2和横向收集器3中,尽管在横向收集器和纵向收集管之间有大的温度差。由于热膨胀,所述系统发生水平和垂直的位移。由于横向收集器3的居中心的布置,这些力在纵向收集管3的下面被吸收,使得在纵向收集管2中没有不对称变形。替代地,纵向收集管2均匀地膨胀。该膨胀经由支撑装置9来吸收。
[0035] 在图3中示意性地示出由支撑装置9进行的水平和垂直位移的运行模式和补偿行为。支撑装置9由第一支撑元件13和第二支撑元件14组成,其中所述第一支撑元件13与混凝土支承部8连接,而所述第二支撑元件 14连接至横向收集器或纵向收集管。支撑装置9作为滑动支撑件而形成。为此,第一支撑元件13和第二支撑元件14中的每者分别设置有滑动表面15和16。滑动表面15和16作为斜面而形成,其中所述滑动表面在X和Y两个方向上延伸。与所述第二支撑元件14相连的未示出的纵向收集管在X方向延伸。
[0036] 利用连续线,所述第二支撑元件14示出系统处于冷条件的状态。利用虚线14a,所述第二支撑元件14还示出它在纵向收集管2由于加热而发生热膨胀时的热条件下的位置。
[0037] 在操作温度,支撑或第二支撑元件14沿着斜面向上滑动,因为它与纵向收集管2连接,其中所述移位运动17包括在X方向上的第一分量和在Y方向上的第二分量。如参考图3可以清楚地看到的,第二支撑元件14在由滑动表面15和16限定的方向上平行地移位。这样,纵向收集管的垂直和水平膨胀以及位移均得到补偿。从而避免了在其他方面不能通过常规的支承支撑进行补偿的变形应力。由于平行位移,纵向收集管保持笔直,而它们水平地和竖直地膨胀。
[0038] 附图标记列表:
[0039] 1 炉
[0040] 2 纵向收集管
[0041] 3 横向收集器
[0042] 4 横向收集器的纵向轴线
[0043] 5 纵向收集管的纵向轴线
[0044] 6 纵向收集管的中心
[0045] 7 端口
[0046] 8 混凝土支承部
[0047] 9 支撑装置
[0048] 10 T形件
[0049] 11 绝缘箱
[0050] 13 第一支撑元件
[0051] 14 第二支撑元件冷
[0052] 14a 第二支撑元件热
[0053] 15 第一支撑元件的滑动表面
[0054] 16 第二支撑元件的滑动表面
[0055] 17 移位运动
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