CN109261082A - 等温变换反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到一种等温变换反应器，包括炉体和设置在炉体内的催化剂框，催化剂框的中部设有变换气收集管，变换气收集管的一端口封闭，另一端口连接界外，变换气收集管的侧壁上间隔设有多个进气孔；催化剂框的壁上设有连通催化剂框内外空间的通孔；催化剂框与变换气收集管之间的空腔内设有多根换热管；其特征在于各换热管分为多个换热管组，各换热管组均包括第一换热管和多根第二换热管；各第二换热管布置在第一换热管的周围；第一换热管的上端口连接原料气输送管道，第二换热管的上端口连通催化剂框与炉体之间的空腔；第一换热管和第二换热管的下端口均连通管帽的内腔，管帽为密闭的腔体结构。

Description

等温变换反应器

技术领域

本发明涉及到化工设备，尤其涉及一种等温变换反应器。

背景技术

CO变换反应是一个放热反应，反应完全的变换气温度可达450℃左右，但是其反应的能垒(反应活性能)较高，在反应之前需要将反应原料加热到反应温度。现有的原料气加热方法有多种，由于变换炉内的介质成份不同，当水气比过低时，会造成温度迅速上升，当热量撤走不及时就会出现飞温(设备内反应区急剧上升)等现象。设备内温度过高后，还有可能引起甲烷化反应，当这种情况出现时，设备内的温度可达600℃～800℃，此种工况出现时会使催化剂因温度过高失去活性，需要更换催化剂，造成重大经济损失。而且，当设备壁温度过高，也会使设备强度急剧下降，给整个装置的生产带来巨大的安全风险。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种控温精确的等温变换反应器。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该等温变换反应器，包括炉体和设置在炉体内的催化剂框，所述催化剂框的中部设有变换气收集管，所述变换气收集管的一端口封闭，另一端口连接界外，变换气收集管的侧壁上间隔设有多个进气孔；所述催化剂框的壁上设有连通所述催化剂框内外空间的通孔；所述催化剂框与所述变换气收集管之间的空腔内设有多根换热管；

其特征在于各所述换热管分为多个换热管组，各换热管组均包括第一换热管和多根第二换热管；各所述第二换热管布置在所述第一换热管的周围；

所述第一换热管的上端口连接原料气输送管道，所述第二换热管的上端口连通所述催化剂框与所述炉体之间的空腔；

所述第一换热管和所述第二换热管的下端口均连通管帽的内腔，所述管帽为密闭的腔体结构。

优选各所述换热管组中所述第二换热管的数量为3～8根，并在所述第一换热管的周围均匀布置。

更好地，所述第二换热管的数量为6根。

上述各方案中，优选所述第二换热管的管径小于所述第一换热管的管径。第一换热管截面积与第二换热管所有截面之和相等，这样保证不会阻力降增加，多支第二换热管可以有效增加表面面积，增加换热效率。

为使原料气均匀进入各第一换热管，各所述第一换热管的上端口均连接气体分布器，所述气体分布器的入口连接所述炉体上的原料气入口。

为稳固第一换热管和第二换热管的安装结构，各所述换热管组中，相邻的所述第二换热管之间连接有第一连接筋板；所述第一换热管与所述第二换热管之间设有第二连接筋板，各第二连接筋板的两端分别连接所述第一换热管的外壁和对应的第一连接筋板。

优选各所述换热管组中的各所述第一连接筋板沿同一圆周线布置。该设计从催化剂床层的取热更均匀，进一步避免了局部飞温现象。

作为上述各方案的进一步改进，所述原料气入口可以连接有原料气输送管道和氮气输送管道，所述原料气输送管道上设有第一阀门，所述氮气输送管道上设有第二阀门。通过原料气和氮气的切换，可以通过高温氮气给开工初期的催化剂床层进行预热。

较好的，为方便检修，所述变换气收集管可以由多段筒体依次可拆卸连接而成，所述筒体的内侧壁上沿轴向方向依次间隔设有多个脚梯。

与现有技术相比，本发明所提供的等温变换反应器，将换热管按组设计，各组中的第二换热管均布在第一换热管的周围，原料气停留时间长，在催化剂床层中进入二次换热，催化剂床层撤热充分，从而精确控制催化剂床层的反应温度，且原料气预热充分，保证了装置的稳定运行以及反应效果。

附图说明

图1为本发明实施例的纵向剖视图；

图2为本发明实施例的横向剖视图；

图3为本发明实施例中换热管组的纵向剖视图；

图4为图3的A向视图；

图5为沿图3中B-B的剖视图；

图6为本实施例的流程示意图，仅表示了氮气输送管道和原料气输送管道的切换关系。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1至图6所示，该等温变换反应器包括：

炉体1，为常规结构，包括上封头11、下封头12和连接在上封头11和下封头12之间的筒体13；上封头11上设有原料气入口14，下封头12上设有合成气出口15，上封头和下封头上均设有人孔16。

原料气入口14连接有原料气输送管道51和氮气输送管道52，所述原料气输送管道51上设有第一阀门53，所述氮气输送管道52上设有第二阀门54。

上封头11内还设有气体分布器7，气体分布器7的入口连接原料气入口14。

催化剂框2，用于装填催化剂，设置在筒体13内。催化剂框2可以根据需要选用现有技术中的任意一种，例如可以是轴向反应器，也可以是径向反应器，或者还可以是轴径向反应器，根据需要设定即可。本实施例为径向反应器，催化剂框的侧壁与炉体的内侧壁之间具有间隙，该间隙为原料气通道；催化剂框的侧壁上设有多个通孔(图中未示出)，预热后的原料气从催化剂框2侧壁上的各通孔径向进入到催化剂框内的催化剂床层。

变换气收集管3，用于收集合成气，并将合成气通过合成气管道33送出炉体1，设置在催化剂框2空腔内的中部位置，由多段筒体31依次可拆卸连接而成，本实施例中各筒体31之间通过法兰34连接；筒体31的侧壁上间隔设有多个进气孔(图中未示出)，筒体31的内侧壁上沿轴向方向依次间隔设有多个脚梯32。端盖可拆卸连接在变换气收集管3的上端口上，变换气收集管3的下端口连接合成气出口15，合成气出口15连接合成气管道33，通过合成气管道33将反应生成的合成气送至界外。

换热管，有多组，设置在催化剂框2与变换气收集管3之间的空间中，各换热管组4在催化剂框2与变换气收集管3之间的空间中均匀布置。每组换热管组4均包括：

一根第一换热管41和多根第二换热管42；各所述第二换热管42布置在所述第一换热管41的周围；本实施例中每根第一换热管41的周围布置有六根第二换热管42，第二换热管42的管径小于第一换热管的管径41。各第二换热管42均布在第一换热管41外的同一圆周线上。

各第一换热管41的上端口均连接气体分布器7；各第二换热管42的上端口为敞口，连通所述催化剂框2与炉体的上封头11之间的空腔。

所述第一换热管41和所述第二换热管42的下端部均固定在管帽45的盖板46上，管帽6为密闭的腔体结构，第一换热管41和所述第二换热管42的下端口均连通管帽45的内腔。

各换热管组中：相邻的所述第二换热管42之间连接有第一连接筋板43；各所述换热管组中的各所述第一连接筋板43沿同一圆周线布置。所述第一换热管(41)与所述第二换热管42之间设有第二连接筋板44，各第二连接筋板44的两端分别连接所述第一换热管的外壁和对应的第一连接筋板43。

第二连接筋板44和第一连接筋板43可以是板状结构，也可以上棒状或管状结构。

其余未涉及内容与现有技术相同。

装置运行初期，关闭原料气输送管道，打开氮气输送管道，向第一换热管内通高温氮气，高温氮气经由各第一换热管进入到管帽的空腔内，进而进入第二换热管，流经第二换热管对催化剂床层加热；出第二换热管的氮气经由原料气通道从催化剂框上的各通孔进入催化剂床层，对催化剂床层再次加热。

催化剂床层加热到反应温度、装置进行正常运行时，关闭第二阀门，打开第一阀门，原料气从第一换热管进入、经由管帽进入第二换热管，与催化剂床层的反应热换热，原料气预热到反应温度，同时带走催化剂床层的反应热，使催化剂床层的温度恒定在催化剂活性温度；预热后的原料气经由原料气通道从各通孔进入催化剂床层进行变换反应。

反应生成的合成气从各进气孔进入变换气收集管，经由合成气管道33送至界外。

Claims (9)

1.等温变换反应器，包括炉体(1)和设置在炉体(1)内的催化剂框(2)，所述催化剂框(2)的中部设有变换气收集管(3)，所述变换气收集管(3)的一端口封闭，另一端口连接界外，变换气收集管(3)的侧壁上间隔设有多个进气孔；所述催化剂框的壁上设有连通所述催化剂框内外空间的通孔；所述催化剂框(2)与所述变换气收集管(3)之间的空腔内设有多根换热管；

其特征在于各所述换热管分为多个换热管组(4)，各换热管组(4)均包括第一换热管(41)和多根第二换热管(42)；各所述第二换热管(42)布置在所述第一换热管(41)的周围；

所述第一换热管(41)的上端口连接原料气输送管道(51)，所述第二换热管(42)的上端口连通所述催化剂框(2)与所述炉体(1)之间的空腔；

所述第一换热管(41)和所述第二换热管(42)的下端口均连通管帽(45)的内腔，所述管帽(45)为密闭的腔体结构。

2.根据权利要求1所述的等温变换反应器，其特征在于各所述换热管组(4)中所述第二换热管(42)的数量为3～8根，并在所述第一换热管(41)的周围均匀布置。

3.根据权利要求2所述的等温变换反应器，其特征在于所述第二换热管(42)的数量为6根。

4.根据权利要求1所述的等温变换反应器，其特征在于所述第二换热管(42)的管径小于所述第一换热管(41)的管径。

5.根据权利要求1至4任一权利要求所述的等温变换反应器，其特征在于各所述第一换热管(41)的上端口均连接气体分布器(7)，所述气体分布器的入口连接所述炉体(1)上的原料气入口(14)。

6.根据权利要求5所述的等温变换反应器，其特征在于各所述换热管组中，相邻的所述第二换热管(42)之间连接有第一连接筋板(43)；所述第一换热管(41)与所述第二换热管(42)之间设有第二连接筋板(44)，各第二连接筋板(44)的两端分别连接所述第一换热管的外壁和对应的第一连接筋板(43)。

7.根据权利要求6所述的等温变换反应器，其特征在于各所述换热管组中的各所述第一连接筋板(43)沿同一圆周线布置。

8.根据权利要求7所述的等温变换反应器，其特征在于所述原料气入口(14)连接有原料气输送管道(51)和氮气输送管道(52)，所述原料气输送管道(51)上设有第一阀门(53)，所述氮气输送管道(52)上设有第二阀门(54)。

9.根据权利要求8所述的等温变换反应器，其特征在于所述变换气收集管(3)由多段筒体(31)依次可拆卸连接而成，所述筒体(31)的内侧壁上沿轴向方向依次间隔设有多个脚梯(32)。