CN111729619A - 一种多级复合式变换装置及变换工艺 - Google Patents

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Abstract

本申请提出了一种多级复合式变换装置，其包括第一反应器，其包括设置有粗煤气进口管、冷激气管和一段变换气出口管的绝热反应部，和设置有二段变换气进口管、二段变换气出口管、进水管和汽水混合物出口管的控温反应部；第二反应器，其包括安装有进气管、冷媒进口管、冷媒出口管和排气部的上反应部和与上反应部连通的下反应部；一段变换气出口管经第一混合器连通二段变换气进口管，二段变换气出口管经第二混合器连通进气管，锅炉水管连通第一混合器、第二混合器和冷媒进口管，汽包上的蒸汽出口管连通第一混合器和第二混合器。本申请还公开了采用上述多级复合式变换装置的变换工艺。利用本申请，能够保证CO的转换率，并能够有效地降低气体中的COS。

Description

一种多级复合式变换装置及变换工艺
技术领域
本发明涉及一种多级复合式变换装置及采用该变换装置的变换工艺。
背景技术
在煤化工中，将粉煤气化后所制得的原料气进行变换反应，生成变换气，使原料气中的 CO转化为CO2，同时产生H2，变换气用于制氨或制氢，在目前，在变换反应过程中，一般均要联产蒸汽，为适应自身各种压力蒸汽的需要，均通过变换反应获取多种压力的蒸汽，以供生产所需，因此常常导致反应时间过长，CO转化无法有效提高，且生产工艺流程长。
在目前，由于CO的变换反应的流程较长，一般均依照反应温度的不同设置多个反应器，各反应器之间采用管道进行连接，这种设备布置方式的优点是降温和设备间的换热方式灵活方便，且设备的检修方便，但是整套装置的布置面积较大，管线较多。
为了减少占地面积，开发了一种单炉多段式反应器，即在一个炉内既设置绝热段也设置控制段，或设置多个绝热段，这种反应器的优点是占地少，管线少，但是结构复杂，制造成本高，且催化剂的装填和排放均不方便。
另外，目前所采用的煤气化工艺中，所产出的合成气中的CO干基体积比一般为60％以上，水气比一般为0.7-1.0。当采用这种合成气生产合成氨原料气时，由于合成氨需要将合成气中的CO最大限度地转化为氢气，通常需要1.2以上的高水气比才能满足要求，但是高水气比会加大合成气的体积，需要更大的变换反应器，而且反应也更加剧烈，反应极易出现飞温现象，使得生产工艺的控制变得更加复杂。大型的变换反应器，不但制造成本，而且维护成本也较高。采用成本更大的变换反应器，并在复杂的控制条件下进行变换气的生产，其成本也相应地提高。同时高水气比，使得蒸汽的消耗量加大，成本增加。如何合理地利用现有的合成气，并在更低的成本下生产变换气也成为一个现实问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明首先提出了一种多级复合式变换装置，其包括第一反应器、第二反应器、汽包和换热器；该第一反应器包括绝热反应部和控温反应部，在绝热反应部上设置有粗煤气进口管、冷激气管和一段变换气出口管；在控温反应部上设置有二段变换气进口管、二段变换气出口管、进水管和汽水混合物出口管；
该第二反应器包括上反应部和下反应部，该下反应部为绝热反应部，在上反应部上安装有进气管、冷媒进口管、冷媒出口管和排气部；在下反应部上设置有排气管，排气部连通上反应部和下反应部；
一段变换气出口管经第一混合器连通二段变换气进口管，二段变换气出口管依次经换热器的热媒通道和第二混合器后连通进气管，锅炉水管分别连通第一混合器、第二混合器和上反应部的冷媒进口管，第一反应器的控温反应部的汽水混合物出口管和第二反应器的上反应部的冷媒出口管均连通该汽包，汽包上的蒸汽出口管分别连通第一混合器和第二混合器；
粗煤气进口管和冷激气管均连通换热器的冷媒通道。
本申请中，仅设置第一反应器和第二反应器两个反应器用于CO的变换，不再设置其它 CO变换反应器。第一反应器为CO的主反应器，第二反应器为CO的深度反应器，在第一反应器内，95％以上的CO已经完成，第二反应器主要用于将剩余的CO进行转换，以保证CO的转换率，最大限度地降低CO的含量，为后续反应提供便利。利用本申请能够有效地降低气体中的COS。
具体地，该第二反应器包括一外壳，该外壳具有一沿竖直方向延伸的中轴线，在该外壳内设置有一隔板封头，该隔板封头将该外壳的内腔沿该上下方向分割为上反应部和下反应部，其中上反应部位于下反应部的上方；
在该上反应部内设置有第一进气部，该第一进气部由若干环绕该中轴线设置的第一布气件所组成，若干第一布气件呈环状布置；在第一布气件所圈围的空间内设置有一沿竖直方向延伸的第一集气部，第一进气部与第一集气部之间形成上触媒腔，在上触媒腔的顶部设置有第一触媒盖板，该第一触媒盖板与外壳的顶部之间形成第一进气腔；在外壳上设置有所述进气管，该进气管连通第一进气腔；
每个第一布气件均包括一沿竖直方向延伸的第一分布筒，该第一分布筒包括一个第一外侧板和一个连接在该第一外侧板上的第一内侧板，在第一外侧板与第一内侧板之间形成一沿该中轴线方向延伸的第一布气腔，该第一外侧板朝向径向方向的外侧，该第一内侧板朝向该外壳的中心方向；
在第一内侧板上开设有第一布气孔，该第一布气孔贯穿第一内侧板的内外两侧；该第一分布筒的上端具有连通第一进气腔的第一进气口，该第一分布筒的下端为封闭端；沿竖直方向观察，该第一内侧板的截面呈朝外壳的中心方向突出的圆弧状；该第一内侧板的外表面称为第一外表面；
该第一集气部包括导流筒和套设在导流筒的外部的集气筒，在集气筒与导流筒之间形成一集气腔，在集气筒上开设有呈通孔状的集气孔；该导流筒的内腔形成为第一排气腔，在集气腔与第一排气腔之间设置有过流通道，该过流通道位于第一集气部的顶部；在导流筒内安装有换热管；在该隔板封头上设置有连通第一排气腔的排气部；
在该下反应部内设置有第二进气部，该第二进气部呈环状、且环绕中轴线设置，在第二进气部所圈围的空间内设置有一沿竖直方向延伸的第二集气部，第二进气部与第二集气部之间形成下触媒腔，在下触媒腔的顶部设置有第二触媒盖板，该第二触媒盖板与该隔板封头之间形成第二进气腔；该排气部连通第二进气腔；
在第二进气部设置上有连通下触媒腔和第二进气腔的气体分布腔；
该第二集气部具有第二排气腔，在第二集气部上设置有连通下触媒腔和第二排气腔的连通孔；所述排气管安装在外壳上并连通第二排气腔。
优选地，第一外侧板与第一筒体的内壁之间的最大距离≤10mm。
该第二反应器在工作时，在上反应部内，原料气在由第一布气件进入到上触媒腔内进行反应时，由于第一布气件的第一内侧板呈圆弧状，从各个第一布气件排出的气体呈辐射状向外喷出，从相邻的两个第一布气件排出的气流产生碰撞，发生混合后，再沿径向在上触媒腔内流动并进行反应，由于从第一布气件排出的气体首先发生相互混合，能够增加气体的返混，降低气流的流速，提高气体在上触媒腔内分布的均匀性，提高了靠近第一布气件区域的触媒的反应效率，在提高反应均匀性的同时，还提高了触媒的使用效率。
采用传统布气筒的反应器中，在采用由外向内流动的径向流动方式时，触媒腔中心区域的温度要较靠近布气筒区域内的温度高10-15℃，采用本申请中的布气件后，上触媒腔中心区域的温度与靠近第一布气件区域内的温度差降低到1-5℃。有利于反应器内反应的均匀进行，提高反应器的可控制性，提高反应器的使用效率。
本申请中利用单一的外壳，并在外壳内设置了一隔板封头，将外壳的内腔分割为上反应部和下反应部两个反应区域，可以减少设备的结构部件。
在该上反应部的导流筒内设置了换热管，由于该换热管不与触媒直接接触，因此该上反应部根据换热管的是否使用，可形成为半控温反应段或绝热反应段。当换热管不使用时，上反应部即成为绝热反应段。当换热管通入冷媒时，可以对排出上反应部的气体进行冷却，由于换热管不设置在反应区域，对反应区域温度的影响程度较少，不如换热管设置在反应区域时的影响大，因此称为半控温反应段。
在使第一外侧板与第一筒体的内壁之间的最大距离≤10mm时，可以减少第一布气件与第二反应器的外壳之间的孔隙，这些孔隙无法有效利用，减少这些孔隙的存在，即可提高第二反应器内部空间的利用率，并在此基础上，降低反应器的体积。
具体地，在该第一内侧板上具有经冲压而形成的若干导流孔；对应于每一导流孔均具有一沿中轴线方向延伸的导流片，该导流片为所对应的导流孔所冲压出的至少一端连接于该第一内侧板上的一条状板，该导流片具有一导风部，该导风部突出于该第一外表面，在该第一内侧板的厚度方向上，该导风部与该第一外表面之间具有距离，使导风部与第一外表面之间形成连通导流孔的出风口，该导流孔和所连通的出风口共同形成为第一布气孔。
上述结构形式的导流孔可以在冲压导流孔时，直接形成导流片，无需进行二次加工，提高了第一内侧板的加工效率，同时提高了第一内侧板材料的利用率，减少了材料的浪费，并由此降低了设备的制作费用。气流从第一布气件中流出时，在导流片的阻碍下，气体的流向发生改变，加剧从相邻的第一布气件中排出气体的混合，使气体的分布更加均匀，降低或避免气流对触媒的冲击力度，减少由于气流冲击而造成的触媒破裂。同时气流在流出导流孔时，由于导流片的阻碍，气体的流向发生大幅度的转向，在气流转向的过程中，会形成一个小的漩涡，该漩涡会使气流所携带的微量的触媒进行沉降，减少气流的触媒携带量。
在采用该结构后，上触媒腔的中心区域的温度与靠近第一布气件区域内的温度差进一步降低到0.7-2.8℃，使整个上触媒腔腔内的温度进一步趋向于一致。
进一步，在集气筒的顶部密封安装有一换热管板，导流筒的顶部与换热管板之间具有距离，该距离形成为连通集气腔第一排气腔的过流通道；
在换热管板的上侧面安装有一管板封头，在管板封头内设置有一分隔板，该分隔板将管板封头与换热管板之间所形成的容腔分割为冷媒进口腔和冷媒出口腔；在集气筒内安装有换热管，该换热管为U形换热管，换热管的两端分别贯穿换热管板后连通冷媒进口腔和冷媒出口腔，在外壳的顶部安装有连通冷媒进口腔的冷媒进口管、和连通冷媒出口腔的冷媒出口管。
该结构中，使换热管的进出口均朝向上方，避免对导流筒的下端造成堵塞，使进入到导流筒内的气体能够顺利地从导流筒的下端排出，进入到第二进气腔内。如使换热管从导流筒的下端伸出，不但会对进入到第二进气腔内的气流造成干扰，而且由于换热管必须从直筒部伸出第二反应器，会造成第二反应器外部接管的混乱。
进一步，在外壳的底部安装有第二触媒出料管，下反应部的底部设置有一球料区，在球料区的上侧形成有所述下触媒腔，在该球料区内装填有陶瓷球；该第二触媒出料管向上穿过球料区后，连通下触媒腔，用于将下触媒腔内的触媒卸出。在外壳的底部设置球料区后，可以避免设置触媒支撑板，简化设备的结构。
第一反应器包括绝热反应部、控温反应部和连接在绝热反应部与控温反应部之间的连接部，绝热反应部位于控温反应部的上方；
该绝热反应部包括沿竖直方向延伸的第一外壳，该第一外壳呈筒状，在该第一外壳内设置有第一内件，该第一内件包括一沿竖直方向延伸的内筒、密封地安装在该内筒的下端的第一内下封头、以及安装在该内筒的上端的顶部格栅；该第一内筒与第一外壳之间形成环状的第一环隙，在顶部格栅与第一外壳的顶部之间形成一分配腔，在第一内下封头与第一外壳的底部之间形成一进气腔A；该第一环隙连通的上端与下端分别连通分配腔与进气腔A；第一内件支撑在第一外壳的底部，且第一内件与第一外壳的内周壁之间滑动连接，使第一内件能够在竖直方向上自由伸缩；
第一外壳上安装有一冷激气管，该冷激气管的出口端位于内筒的内腔中；在第一外壳的底部安装有粗煤气进口管和一段变换气出口管，其中粗煤气进口管连通进气腔A，一段变换气出口管的一端连通内筒的内腔，一段变换气出口管的另一端向下伸出第一外壳；
控温反应部包括沿竖直方向延伸的第二外壳，该第二外壳呈筒状，在该第二外壳内设置有第二内件，该第二内件包括一沿竖直方向延伸的布气筒、安装在该布气筒的上端的上管板、安装在该布气筒的下端的下管板，在上管板与下管板之间安装有换热列管；布气筒与第二外壳之间形成第二环隙，在布气筒上开设有连通第二环隙和布气筒的内腔的布气孔A；
在第二外壳的顶部安装有汽水混合物出口管和二段变换气进口管，在第二外壳的底部安装有进水管，该换热列管的上端连通汽水混合物出口管，该换热列管的下端连通进水管；二段变换气进口管连通第二环隙；
在第二外壳的底部安装有变换气排出管，变换气集中管设置在布气筒的中心部、并沿竖直方向延伸，变换气集中管的顶端容纳在布气筒的内腔中，变换气集中管的下端向下延伸、并连通变换气排出管；在变换气集中管的管壁上设置有连通布气筒的内腔的呈通孔状的气孔。
该变换炉装置具有两个相对独立的绝热反应部和控温反应部，减少占地面积，采用该变换炉装置进行变换气的生产时，原料气首先进入到顶部的绝热反应部进行反应，然后向下进入到控温反应部进行反应，由于将绝热反应部设置在控温反应部的上方，在进行相应管道的布置时，可依托该变换炉装置进行，而设置独立的绝热反应器和控温反应器时，需要分别设置相应的安装平台来安装绝热反应器和控温反应器，造成施工费用高和施工周期长等问题。
该变换炉装置中的绝热反应部为一轴向反应段，设置有一个第一环隙，在生产时，原料气由粗煤气进口管首先进入到分配腔内，然后顺第一环隙上升到分配腔内，再向下进入到第一内筒内进行反应，由于第一环隙为充满原料气，该原料气的温度相对与第一内筒内部的温度要低，有利于降低第一外壳的温度，减少第一外壳的形变，以保证设备的使用寿命。由于第一内件支撑在第一外壳的底部，且能够沿竖直方向自由伸缩，因此在绝热反应部工作时，第一外壳不会受到内件由于热胀冷缩而产生变化的内应力的影响，使第一外壳仅受自身变形所产生内压力的影响。
该变换炉装置中的控温反应部为一径向反应段，在第二外壳内设置有第二内件，并第二内件的布气筒与第二外壳之间设置有第二环隙，在该控温反应部工作时，从绝热反应部排出的一段变换气经第二外壳顶部的二段变换气进口管进入到第二外壳内，然后沿第二环隙向下流动，并穿过布气筒进入到布气筒的内腔中进行反应，完成反应的气体经变换气集中管向下排出，进入到下道工序。
由于第二环隙内的一段变换气的阻隔作用，使第二外壳的温度要低于第二内筒的内腔的温度，利于降低第二外壳的温度，减少第二外壳的形变，以保证设备的使用寿命。
具体地，沿高度方向，在内筒中设置两层触媒支撑板，分别为第一触媒支撑板和第二触媒支撑板，第一触媒支撑板位于第二触媒支撑板的上方，在第一触媒支撑板与第二触媒支撑板之间设置有一中间格栅；该第一触媒支撑板与顶部格栅之前形成第一触媒腔，该中间格栅与第二触媒支撑板之间形成第二触媒腔，在第一触媒支撑板与中间格栅之间形成一冷激腔，该冷激气管的出口端位于该冷激腔内；第一触媒腔和第二触媒腔装填有触媒，在冷激腔内不装填触媒；
对应于每层触媒支撑板，均设置有一触媒出料管，每一触媒出料管均向下延伸并由第一外壳的底部伸出第一外壳。
绝热反应部中依次设置了第一触媒腔、冷激腔和第二触媒腔，冷激腔作为冷激气的分布腔。原料气分为两股进入到绝热反应部内，其中第一路原料气从上向下依次经过第一触媒腔、冷激腔和第二触媒腔，第一路原料气在经过第一触媒腔后，大量的CO已转化为CO2,第二路原料气作为冷激气进入到冷激腔，随第一原料气进入到第二触媒腔内进行反应，将冷激腔设置在第一触媒腔与第二触媒腔之间，进入到冷激腔内第二路原料气还可以降低第一触媒腔的温度，避免反应温度的过高，在经过第一触媒腔的反应后，第一路原料气中的CO含量已大幅度降低，第二路原料气进入到冷激腔后，也主要进入到第二触媒腔内进行反应，使原料气在绝热反应部内反应更加均匀。
进一步，该冷激气管与内筒同轴设置，该冷激气管的进口端向上伸出第一外壳的顶部，该冷激气管的出口端向下自由地穿过顶部格栅与第一触媒支撑板后进入到冷激腔内。
该设计可以减少冷激气管对第一外壳的自由伸缩的限制，减少第一外壳在热胀冷缩时所产生的内应力。在绝热反应部工作时，在高温下，第一外壳和第一内件均会发生不同程度的膨胀，使冷激气管自由地穿过顶部格栅与第一触媒支撑板后，可以保证冷激气管与第一内件无接触，在冷激气管变形时，不会对顶部格栅与第一触媒支撑板等第一内件造成影响，同时第一内件的变形也不会对冷激气管的变形造成影响，最大限度地使各部件能够自由伸缩，减少内应力的聚集，保证设备的安全使用。
具体地，在变换气集中管上套设有一排料管，该排料管的上端连接在下管板上，该排料管的下端密封地安装在第二外壳的底部；在第二外壳的底部设置有一排料腔，在排料管上开设有连通排料腔的排料孔，在第二外壳的外侧安装有连通排料腔的卸料管，在排料管与变换气集中管之间形成呈环状的出料腔，该出料腔连通布气筒的内腔。
该设计可以顺利地将控温反应部内的触媒排出，在需要排出控温反应部内的触媒时，布气筒内的触媒会经出料腔进入到排料腔内，然后经卸料管排出，该设计利用重力使布气筒内的触媒顺利地排出，有利于加快触媒的更换。
进一步，在上管板的中心部开设有一安装孔，该安装孔用于将变换气集中管插入到布气筒内，在安装孔上可拆卸地安装有一密封盖，该密封盖包括一法兰和连接在该法兰上的密封罩，该密封罩呈向下突出的圆弧状。
利用该安装孔，可以顺利将变换气集中管插入到布气筒内进行安装，密封盖上的呈圆弧状的密封罩，不但可以使密封盖顺利地安装在安装孔上，圆弧状的密封罩还能够承受更大的压力，有利于减少密封罩的厚度。
其次，本申请还提供一种变换工艺，其采用上述任一项所述的多级复合式变换装置进行，该变换工艺包括以下步骤：
原料气经换热器后分为两股，两股原料气分别经原料进气口和冷激气口进入到第一反应器的绝热反应部内；在绝热反应部内，原料气经反应后生成一段变换气，并经一段变换气出口管排出绝热反应部；
一段变换气进入到第一混合器内，进行第一水气比和第一温度的调节，从第一混合器排出的一段变换气经二段变换气进口管进入到第一反应器的控温反应部内，在控温反应部内，一段变换气继续进行反应后生成二段变换气，并经二段变换气出口管排出控温反应部；
从控温反应部排出的二段变换气经上述换热器后进入到第二混合器内，进行第二水气比和第二温度的调节，从第二混合器排出的二段变换气进入到第二反应器内进行反应，形成为终极变换气，并排出第二反应器，
汽包内的软水进入到第一反应器的控温反应部内，间接吸收反应热后、返回到汽包内，副产蒸汽；
一段变换气的第一水气比和第一温度的调节、以及二段变换气的第二水气比和第二温度的调节均采用软水和上述副产蒸汽进行。
具体地，原料气中，干基CO的体积比为62-75％，水气比为0.48-0.54；原料气进入到绝热反应部的进口温度为250-260℃；在绝热反应部内，反应压力为2.0-9.0MPaG；绝热反应部的出口温度为430-435℃；一段变换气的干基CO的体积比31-37％，一段变换气出第一混合器后，第一水气比为0.58-0.66，第一温度为290-298℃；控温反应部的出口温度为315-330℃；
二段变换气中的干基CO的体积比为2.5-3.5％；二段变换气出第二混合器后，第二水气比为0.33-0.36，第二温度为233-235℃；第二反应器的出口温度为217-220℃，终极变换气的干基CO的体积比为0.5-0.6％。优选地，软水进入上反应部的温度为175-185℃，出上反应部的温度为215-225℃。
该变换工艺中，原料气首先进入到第一反应器内进行反应，在第一反应器的绝热反应部的反应后生成一段变换气，然后对一段变换气的水气比和温度进行调节，在绝热反应部可以采用高温反应，以提高控温反应部的运行温度和提高喷水量，以降低变换气中的COS，同时可以采用低水气比，使甲烷化副反应达到最小。在上述各工艺条件的限制下，原料气在绝热反应部反应时，采用低水气比，并使绝热反应部的反应温度达到430℃，可提高控温反应部的反应温度和喷水量，并降低气体中的COS，可使绝热反应部在低水气比反应时，可使甲烷化副反应达到最小，其中二段变换气中的COS体积比为0.0014％干基，甲烷的体积比为0.038％干基。
在二段变换气进入到第二反应器内进行反应时，首先经过汽水比和温度的调节，虽然二段变换气内的CO含量不高，CO的变换量不大，但对转化率有较高要求，为了使第二反应器的下反应部的反应能够顺利进行，本申请中，仍然在第二反应器的上反应部内设置了冷却水，以使上反应部称为控温反应段，同时提高反应热的回收利用。
在本申请中，利用不同的温度来控制各反应段的变换率，以使各反应段的反应达到最佳效果，同时减少反应器的总设备量。汽包的副产蒸汽的压力能够与控温反应部内的温度相适应，使自产蒸汽能够自然地加入到反应系统中，以方便地控制控温反应部内的温度。由于采用了低水气比的运行，可节约大量的蒸汽并由此减少冷凝水量，同时较好地抑制了甲烷化副反应。本申请中，对于一段变换气和二段变换气均采用塔外喷水和加蒸汽的方式对汽水比和温度进行调节，以减少第一反应器和第二反应器的内部结构，同时可以使个设备的布置更加灵活。
进一步，为使汽包的副产蒸汽的压力能够与控温反应部内的温度最大限度地相适应，汽包仅副产一种蒸汽，该蒸汽的压力为6.3-6.9MPaG。
进一步，为保证下反应部内的反应能够进行的较为完全，以使CO能够趋向于转化完全。从上反应部排出的气体直接进入到下反应部内，在上反应部内的反应温度为241-246℃；从上反应部排出的气体的温度为213-216℃，水气比为0.31-0.35，干基CO的体积比为1.02-1.06％。
附图说明
图1是多级复合式变换装置一实施例的结构示意图。
图2是第一反应器的结构示意图。
图3是图2中D1部分的结构示意图，具体为第一反应器的绝热反应部的结构示意图。
图4是图3的左视图。
图5是图2中D2部分的结构示意图，具体为第一反应器的控温反应部的结构示意图。
图6是图5的左视图。
图7是图6中A部分的放大图。
图8是第二反应器的结构示意图。
图9是图8中E1部分的结构示意图。
图10是图8中E2部分的结构示意图。
图11是图9中B-B向的视图。
图12是图11中C部分的放大图。
图13是图9中F部分的放大图。
图14是布气件的一实施例的结构简图。
图15是图14所示附图的主视图。
图16是图15的俯视图。
图17是内侧板的局部图。
图18是采用第一布气件的上触媒腔内的温度测量点的布置图。
图19图18中将第一布气件更换后的上触媒腔内的温度测量点的布置图。
具体实施方式
实施例1
请参阅图1，一种多级复合式变换装置，其包括第一反应器931、第二反应器932、汽包 935和换热器934。该第一反应器931包括绝热反应部100和控温反应部300，在绝热反应部 100上设置有粗煤气进口管32、冷激气管35和一段变换气出口管31。在控温反应部300上设置有二段变换气进口管81、二段变换气出口管821、进水管86和汽水混合物出口管85。
该第二反应器包括上反应部1100和下反应部1200，该下反应部1200为绝热反应段，在上反应部1100上安装有进气管451、冷媒进口管427、冷媒出口管428和排气部；在下反应部1200上设置有排气管522，排气部连通上反应部和下反应部。
一段变换气出口管经第一混合器933连通二段变换气进口管81，二段变换气出口管821 依次经换热器934的热媒通道和第二混合器936后连通进气管451，锅炉水管分出四根支水管，分别为第一支水管941、第二支水管942、第三支水管943和第四支水管944，其中第一支水管941连通第一混合器933，第二支水管942连通汽包935，第三支水管943连通第二混合器936，第四支水管944连通上反应部的冷媒进口管427。
控温反应部的汽水混合物出口管85经第一出水管951连通汽包935，上反应部的冷媒出口管428经第二出水管945连通该汽包935。
汽包935上的蒸汽出口管因此三根蒸汽支管，分别为第一蒸汽支管952、第二蒸汽支管 953和第三蒸汽支管954，其中第一蒸汽支管952连通第一混合器933，第二蒸汽支管953连通第二混合器936，第三蒸汽支管954作为外排蒸汽支管。
粗煤气进口管32经第一原料气管961连通换热器934的冷媒通道，冷激气管35经第二原料气管962也连通换热器934的冷媒通道。
以下对第一反应器的结构进行说明。请参阅图2-图7，该第一反应器包括绝热反应部100、控温反应部300和连接在绝热反应部100与控温反应部300之间的连接部200，绝热反应部 100位于控温反应部300的上方。
该绝热反应部100包括沿竖直方向延伸的第一外壳10，该第一外壳10呈筒状，该第一外壳具体包括呈筒状的第一筒体11和安装第一筒体11的上下两端的第一上封头12和第一下封头13。
在该第一外壳10内设置有第一内件，该第一内件包括一沿竖直方向延伸的内筒21、密封地安装在该内筒21的下端的第一内下封头22、以及安装在该内筒21的上端的顶部格栅23，第一内下封头22经支腿221支撑在第一下封头13上。该第一内筒21与第一外壳10的第一筒体11之间形成环状的第一环隙，在顶部格栅23与第一外壳的顶部之间形成一分配腔101，在第一内下封头22与第一外壳的底部之间形成一进气腔A102。该第一环隙连通的上端与下端分别连通分配腔101与进气腔A102。在内筒21的外侧的上部安装有支撑块211，该支撑块211抵压在第一筒体11的内壁上，使第一筒体11与内筒21之间形成第一环隙，在受热膨胀时，内筒能够沿竖直方向向上伸长，在遇冷收缩时，内筒能够沿竖直方向向下回缩，在内筒沿竖直方向伸长或回缩时，支撑块沿第一筒体11的内壁上下滑动。即第一内件支撑在第一外壳的底部，且第一内件与第一外壳的内周壁之间滑动连接，使第一内件能够在竖直方向上自由伸缩。
沿高度方向，在内筒中设置两层触媒支撑板，分别为第一触媒支撑板24和第二触媒支撑板26，第一触媒支撑板24位于第二触媒支撑板26的上方，在第一触媒支撑板与第二触媒支撑板之间设置有一中间格栅25。该第一触媒支撑板24与顶部格栅23之前形成第一触媒腔 241，该中间格栅25与第二触媒支撑板26之间形成第二触媒腔261，在第一触媒支撑板与中间格栅25之间形成一冷激腔251；第一触媒腔和第二触媒腔装填有触媒，在冷激腔内不装填触媒。
对应于每层触媒支撑板，均设置有一触媒出料管，每一触媒出料管均向下延伸并由第一外壳的底部伸出第一外壳。具体在本实施例中，两根触媒出料管分别为第一触媒出料管331 和第二触媒出料管332，其中第一触媒出料管331向上贯穿第一触媒支撑板24后连通第一触媒腔241，用于将第一触媒腔241内的触媒排出。第二触媒出料管332向上贯穿第二触媒支撑板26后连通第二触媒腔261，用于将第一触媒腔261内的触媒排出。
冷激气管35安装在第一上封头12上，并沿竖直方向延伸、且与内筒21同轴设置，冷激气管35的进口端351向上伸出第一上封头12，冷激气管的出口端向下伸入到冷激腔251内、并安装有一布气头352。即冷激气管的另一端向下伸入到内筒的内腔的中心部。外套管358 套设在冷激气管35上，并沿竖直方向安装在顶部格栅23和第一触媒支撑板24上，在冷激气管与外套管358之间具有间隙，使冷激气管的出口端向下自由地穿过顶部格栅与第一触媒支撑板后进入到冷激腔内。使冷激气管在热胀冷缩时，能够沿竖直方向自由伸缩。
布气头352并位于内筒的内腔的中心部，具体在本实施例中，布气头352具体包括一安装冷激气管上的一个锥形管353，锥形管353的小端朝上并安装在冷激气管35上，在锥形管 353的大端上焊接有若干根沿竖直方向延伸的立杆354，立杆354沿锥形管的大端的端面间隔设置，若干根分布杆355固定各立杆上，且若干根分布杆355沿竖直方向间隔设置，使分布杆和立杆共同形成为网格状，在立杆的下端安装有一朝向上方突出的弧形板356，该弧形板 356使从冷激气管内喷出的气体沿倾斜方向向下流动。
粗煤气进口管32安装在第一下封头13上，并连通进气腔A102。一段变换气出口管31 安装在第一下封头13上，一段变换气出口管31的一端连通内筒的内腔，另一端向下伸出第一下封头13。具体在本实施例中，一段变换气出口管31的一端向上依次贯穿第一下封头13 和第一内下封头22后伸入到第一内下封头22的内腔中，并经第二触媒支撑板26连通内筒的内腔。粗煤气进口管32的另一端位于第一外壳的外部。在一段变换气出口管31位于第一内下封头22的内腔中的一端安装有防护罩313，避免掉落的触媒进入到一段变换气出口管31 内。
在第一上封头12上安装有第一上人孔121，在第一下封头13上安装有第一下人孔131。
该控温反应部300包括沿竖直方向延伸的第二外壳60，该第二外壳60呈筒状，该第二外壳具体包括呈筒状的第二筒体61和安装第二筒体61的上下两端的第二上封头62和第二下封头63。
在该第二外壳60内设置有第二内件，该第二内件包括一沿竖直方向延伸的布气筒71、安装在该布气筒71的上端的上管板72、安装在该布气筒的下端的下管板76。在上管板72的上侧安装有第二内上封头73，在下管板76的下侧安装有第二内下封头77。
换热列管75安装在上管板与下管板之间，并分别贯穿上管板与下管板。汽水混合物出口管85的下端连通第二内上封头73的内腔，上端向上伸出第二上封头62后安装有汽水排出管 851。进水管86安装在第二下封头63上，并连通第二内下封头77的内腔，使进水管86经换热列管连通汽水排出管851。进水管86先倾斜向下延伸，然后再沿水平方向延伸形成一水平管段861。
在水平管段861的下侧安装有一排污管863，上侧安装有一进水口862。
在水平管段861的端部安装有一管帽867，在该管帽867与水平管段之间安装有蒸汽孔板865，在该蒸汽孔板865上开设有若干个蒸汽孔，对应于每个蒸汽孔，在背离管帽的一侧均安装有一多孔管866，在该管帽上安装有一开工蒸汽管864。由开工蒸汽管进入到管帽内的蒸汽经多孔管喷入到进水管内，然后进入到换热列管内，对设备进行加热。
在布气筒71与第二外壳的第二筒体61之间形成第二环隙，布气筒71上开设有连通第二环隙和布气筒的内腔的布气孔A。
二段变换气进口管81安装在第二上封头62上，并连通第二上封头62与第二内上封头 73之间的上腔室601，该上腔室601连通第二环隙。
在第二下封头63的底部开设有一排气孔631，变换气排出管821安装在排气孔631的外侧边缘上，并沿竖直方向向下延伸。在变换气出口管821上沿水平方向安装有一变换气水平管822，该变换气水平管的出口形成为变换气排出口823。
变换气集中管82设置在布气筒71的中心部、并沿竖直方向延伸，在变换气集中管82的管壁上设置有连通布气筒的内腔的呈通孔状的气孔。变换气集中管82的顶端封闭、且容纳在布气筒71的内腔中，变换气集中管82的下端向下延伸，在贯穿第二内下封头77后连接到排气孔631的内侧边缘上。
具体在本实施例中，在变换气集中管82上套设有一排料管78，该排料管78的上端连接在下管板76上，该排料管78的下端贯穿第二下内封头后密封地安装在第二下封头63的底部。第二下封头63与第二内下封头77之间形成排料腔602，即在第二外壳的底部设置有一排料腔。
在排料管78上开设有连通排料腔602的排料孔781，在第二外壳的第二下封头63的外侧安装有连通排料腔602的卸料管632，在排料管78与变换气集中管82之间形成呈环状的出料腔782，该出料腔782连通布气筒的内腔。布气筒的内腔中的触媒能够经出料腔782和排料孔781后进入到排料腔602内，然后从卸料管632排出。
在上管板72的中心部开设有一安装孔721，该安装孔721用于将变换气集中管82插入到布气筒71内，在安装孔721上可拆卸地安装有一密封盖74，该密封盖74包括一法兰741和连接在该法兰上741的密封罩742，该密封罩742呈向下突出的圆弧状，具体在本实施例中，该密封罩742采用半球形的管帽制作。
在第二上封头62上安装有第二上人孔621，在第二下封头63上安装有第二下人孔635。
本实施例中，连接部200呈沿竖直方向延伸的筒状。并在控温反应部300的第二下封头 63的下侧安装有支撑筒400，该支撑筒400用于将复合式绝热串控温变换炉装置安装在相应的基础上。
以下对第二反应器的结构进行说明。
参阅图8-图12，第二反应器，其包括第三外壳1010，该第三外壳1010具有一沿竖直方向延伸的中轴线430，该第三外壳1010包括沿竖直方向延伸的直筒部1011、安装该直筒部1011的顶端的第三上封头1012以及安装在直筒部1011的底端的第三下封头1013，其中第三上封头和第三下封头均为球形封头。
在该第三外壳1010内设置有一碟形封头431，该碟形封头431位于直筒部1011的中间位置，该碟形封头431朝向下方突出。该碟形封头431将第三外壳1010的内腔沿上下方向分割为上反应部1100和下反应部1200，其中上反应部1100位于下反应部1200的上方。该碟形封头形成为隔板封头，可以理解，在其它实施例中，还可以采用球形封头、椭圆封头等封头作为隔板封头。
在该上反应部1100内设置有第一进气部410，该第一进气部410由若干环绕该中轴线430 设置的第一布气件600所组成；在上反应部的中心部设置有一沿竖直方向延伸的第一集气部 440，第一进气部410与第一集气部440之间形成上触媒腔，在上触媒腔的顶部设置有第一触媒盖板418，该第一触媒盖板418与第三外壳的顶部之间形成第一进气腔315。
以下首先对第一布气件600的结构进行说明。
请参阅图14-图17，本实施例中，第一布气件600，其具有一沿竖直方向延伸的第一分布筒14，该第一分布筒14包括一个第一外侧板12和一个连接在第一该外侧板12上的第一内侧板16，该第一外侧板12和第一内侧板16均沿竖直方向延伸，在该第一外侧板12与第一内侧板16之间形成中轴线方向延伸的第一布气腔105。该第一外侧板朝向径向方向的外侧，该第一内侧板朝向该外壳的中心方向。
在第一内侧板16上开设有第一布气孔，该第一布气孔贯穿内侧板的内外两侧。
在第一分布筒14的下端安装有一下端板27，该下端板27将第一分布筒的下端封闭，使第一分布筒14的下端形成为封闭端103，第一分布筒的上端为进气端104，第一布气腔105 贯穿该进气端的端面后形成为第一进气口。
沿竖直方向观察，该第一内侧板16的截面呈朝第三外壳的中心方向突出的圆弧状，该第一内侧板16的外表面称为第一外表面110。在本实施例中，该第一外表面110的圆弧半径为 150mm，可以理解，在其它实施例中，该第一外表面110的圆弧半径还可以为120mm、180mm、 250mm或300mm。
请参阅图17，在该第一内侧板16上具有经冲压而形成的若干导流孔65；对应于每一导流孔65均具有一导流片111，该导流片111沿竖直方向延伸，该导流片111为所对应的导流孔65所冲压出的两端均连接在该内侧板上的一条状板。
该导流片111具有一导风部630，该导风部630突出于该第一外表面110，且平行于该第一外表面110，在该第一内侧板16的厚度方向上，该导风部630与该第一外表面110之间具有距离，使导风部630与第一外表面110之间形成连通导流孔65的出风口623，该导流孔65和出风口623共同形成为第一布气孔。
具体在本实施例中，该导流片的相对的两端各形成有一连接于该第一内侧板的连接端，具体为第一连接端636和第二连接端636，其中第一连接端636经第一倾斜板637连接到导风部630上，第二连接端636经第二倾斜板637连接到导风部630上。且第一倾斜板637与第二倾斜板637均朝导流孔65的中心方向倾斜设置，并与导风部630呈圆弧状连接在一起，以便于冲压时，减少导流片的弯曲程度，降低导流片的内应力，保证导流片的强度。
在第一内侧板的厚度方向上，折弯片的投影覆盖所冲压出的导流孔，使从导流孔流出的气体的流向能够全部发生改变，避免部分气体沿内侧板的径向直接喷射出去。
请参阅图16，本实施例中，第一外侧板12包括呈直线状的直板123，在该直板123的相对的两端各连接有一侧面板122,侧面板122呈圆弧状，第一内侧板16的周向方向的两端分别抵靠在一侧面板122的内侧，且第一内侧板16周向方向的两端分别焊接在一侧面板122上。且沿竖直方向观察，第一外侧板12呈开口朝向第一内侧板16方向的槽状。第一外侧板12由一整板折弯而成。
请参阅图13，在第一触媒盖板418上对应于每个第一布气件600均设置有一安装孔4181，在第一触媒盖板418的下侧设置有第一支撑板419，该第一支撑板419呈环状，并水平安装在碟形封头431的上侧，并紧邻该碟形封头431。第一布气件600支撑在该第一支撑板上，且进气端104朝向上方，并卡持在安装孔4181内，使第一进气口连通第一进气腔。
在将第一布气件安装到位后，在第一外侧板12与直筒部1011之间具有一个侧隙319，安装孔的边缘部4182可以插入到该侧隙319内，使第一触媒盖板418可以通过该侧隙319连接到外壳上。
本实施例中，第一外侧板12与直筒部的内壁之间形成一个截面大致呈弓形的间隙，直板 123与直筒部的内壁之间的最大距离≤10mm。
第一集气部440沿竖直方向延伸，并安装在外壳的中心部，该第一集气部440包括一导流筒442和套设在导流筒442的外部的集气筒441，导流筒442、集气筒441和直筒部同轴设置，在集气筒与导流筒之间形成一集气腔443，导流筒和集气筒的下端均安装在碟形封头431 上，碟形封头431将集气腔443的下端封闭，在碟形封头431的中心部开设有一通孔432，该通孔形成为排气部。
集气筒441的上端经一环板445密封连接在换热管板422的外缘上，导流筒442的上端经支耳446支撑在集气筒的内壁上，使集气部的上部位于反应腔内。导流筒442的顶端面低于集气筒441的顶端面，使导流筒442的顶部与换热管板422之间具有距离，该距离形成为连通集气腔和导流筒的内腔的过流通道444。在集气筒上开设有呈通孔状的集气孔，该集气孔在图中未显示。该导流筒442的内腔形成为第一排气腔，集气孔、集气腔和过流通道共同形成为气流通道。
在导流筒442内安装有换热管420，该换热管420为U形换热管，。在换热管板422的上侧面安装有一管板封头423，在管板封头423内沿竖直方向焊接有一分隔板424，该分隔板将管板封头与换热管板之间所形成的容腔分割为冷媒进口腔425和冷媒出口腔426。冷媒进口管427连通冷媒进口腔425，冷媒出口管428连通冷媒出口腔426。
换热管的一端经换热管板连通冷媒进口腔425，另一端经换热管板连通冷媒出口腔426。
在该下反应部内设置有第二进气部510，该第二进气部由若干环绕该中轴线设置的第二布气件所组成。该第二布气件的结构与第一布气件的结构相同。现简述如下：
每个第二布气件均包括一沿竖直方向延伸的第二分布筒，该第二分布筒包括一个第二外侧板和一个连接在该第二外侧板上的第二内侧板，在第二外侧板与第二内侧板之间形成一沿该中轴线方向延伸的第二布气腔，该第二外侧板朝向径向方向的外侧，该第二内侧板朝向该第三外壳的中心方向。
在第二内侧板上开设有第二布气孔，该第二布气孔贯穿第二内侧板的内外两侧；该第二分布筒的上端具有连通第二进气腔的第二进气口，该第二分布筒的下端为封闭端；沿竖直方向观察，该第二内侧板的截面呈朝第三外壳的中心方向突出的圆弧状。所有的第二布气件的第二进气腔共同形成为气体分布腔。
本实施例中，该第二布气件与第一布气件的结构相同，具体请参阅上述的第一布气件的具体结构，不再赘述。
在该下反应部1200中心部设置有一沿竖直方向延伸的第二集气部520，第二进气部510 与第二集气部520之间形成下触媒腔，在下触媒腔的顶部设置有第二触媒盖板518，该第二触媒盖板518与该碟形封头431之间形成第二进气腔316。
由于碟形封头43与第二触媒盖板518之间形成为第二进气腔316，即可使排气部连通第二进气腔。
在第二触媒盖板上对应于每个第二布气件均设置有一安装孔，在第二触媒盖板518的下侧设置有第二支撑板519，该第二支撑板519呈环状、并水平安装在下封头1013的上边缘的内侧。
第二布气件支撑在该第二支撑板上，且第二分布筒的上端插入到所对应的安装孔内，使第二进气口连通第二进气腔。第二布气件的安装方式与第一布气件的安装方式类似，具体可采用第一布气件的安装方式，不再赘述。
在碟形封头43上安装有第一触媒出料管433，该第一触媒出料管433的一端连通第一触媒腔，该第一触媒出料管433的另一端向外弯曲成水平状，然后向外贯穿第二进气腔316所对应的直筒部后、形成为第一出料口434，在第一出料口343上安装有第一盲板435。在第二进气腔316所对应的直筒部上安装有人孔A1014。
第二集气部520为一沿竖直方向延伸的直管，在该直管上开设有连通孔，该直管的内腔形成为第二排气腔521，该连通孔连通下触媒腔和第二排气腔。在下封头1013上安装有排气管522，该排气管522连通第二排气腔521。
该直管的顶部封闭且连接在第二触媒盖板上。
外壳内，第二支撑板所在平面以下的空间形成为球料区1021，即在下反应部的底部设置有一球料区，且球料区的上侧形成有所述下触媒腔。在球料区1021内装填有陶瓷球1025，在附图中，仅示例性地显示了部分陶瓷球。
在下封头上的底部安装有第二触媒出料管533，该第二触媒出料管533的触媒进口531 向上穿过球料区后，连通下触媒腔，用于将下触媒腔内的触媒卸出。第二触媒出料管533的第二出料口534安装有第二盲板535。
可以理解，在其他实施例中，可以将该球料区内的陶瓷球取消，而直接装填触媒，并不影响反应器的使用，仅仅是部分触媒的利用率较低。
为提高原料气进入到第一进气腔315后，能够均匀地向四周流动，并进入到第一布气件内，在本实施例中，进气管451安装在第三上封头1012的顶部，在进气管上安装有一连接环 452，该连接环452为一法兰。该法兰的中心孔的直径小于进气管的内径，使法兰的朝向进气管的内侧面朝中心方向超过进气管的。
在连接环的内侧安装有气流分散部453，该气流分散部453包括一气流筒454，该气流筒 454的一端固定连接在连接环的内侧面上，该气流筒的另一端沿竖直方向向下延伸，在该气流筒的下端连接有若干根导流杆455，导流杆沿竖直方向延伸、并环绕该气流筒的下端间隔设置；若干根导流环456沿上下方向间隔连接在导流杆上，使导流杆和导流环形成为网格状的格栅笼，格栅笼向下超过进气管的下端面；在导流杆455的下端安装有一导流板457，该导流板呈向上突出的圆弧状。
为便于检测采用第一布气件后的效果，在本实施例中的第二反应器的上反应部内设置了温度测量点，请参阅图18，在上触媒腔内环绕第一集气部440设置了4圈温度测量点，由内向外分别称为第一圈测量点W、第二圈测量点W、第三圈测量点W、第四圈测量点W，每圈测量点设置6个测量点，共24个测量点，本实施例中的反应器的内径为4.2米，进口变换气的体积为24万立方米/小时(干基)，进口变换气中CO干基体积比为3.1％。检测数据列入表1。
请参阅图19，然后将反应器内的第一布气件600更换为常规的布气筒E800，该布气筒 E800为一直筒，并在布气筒上开设有用于布气的通孔，其它条件不变，图19中，将4圈温度测量点由内向外分别称为第一圈测量点V、第二圈测量点V、第三圈测量点V、第四圈测量点V，再次进行温度的检测。检测数据列入表1。
表1 单位：℃
编号 1# 2# 3# 4# CV值(％)
数据A 243.6 243.3 244.7 244.4 0.69
数据B 233.5 237.8 246.5 243.7 6.05
表1中，数据A采用本实施例中的反应器进行反应的检测数据，数据B为将反应器内的第一布气件600更换为常规的布气筒E800后的检测数据，上触媒腔的横截面积相同，且温度测量点的位置相同。
数据A中，其中1#数据为标记为831的第一圈测量点W的6个测量点的平均温度，2#数据为标记为832的第二圈测量点W的6个测量点的平均温度，3#数据为标记为833的第三圈测量点W的6个测量点的平均温度，4#数据为标记为834的第四圈测量点W的6个测量点的平均温度。
数据B中，其中1#数据为标记为831的第一圈测量点V的6个测量点的平均温度，2#数据为标记为832的第二圈测量点V的6个测量点的平均温度，3#数据为标记为833的第三圈测量点V的6个测量点的平均温度，4#数据为标记为834的第四圈测量点V的6个测量点的平均温度。
从表1可以看出，采用本申请中的第一布气件后，上触媒腔的温差为1.4℃,温度的CV 值为0.69％，更换为常规的布气筒E800后，上触媒腔的温差13℃,温度的CV值为6.05％。利用本申请中的布气件后，上触媒腔的温差和温度的CV值均有大幅度的下降，使上触媒腔内的反应温度更加均匀。
以下对变换工艺进行说明，该变换工艺采用上述的多级复合式变换装置进行，该变换工艺包括以下步骤：
原料气960经换热器934的冷媒通道后分为两股，其中一股原料气经第一原料气管961 和粗煤气进口管32进入到进气腔102内，并沿第一环隙向上流动，进入到分配腔101内，然后向下依次经过第一触媒腔241、冷激腔251和第二触媒腔261，在第一触媒腔241和第二触媒腔261内进行反应。另一股原料气经第二原料气管962和冷激气管35进入到冷激腔251内，与已有的原料气进行混合，向下进入到第二触媒腔261内进行反应。原料气在均热反应部内反应生成一段变换气，并经一段变换气出口管31排出绝热反应部。
一段变换气进入到第一混合器933内，进行第一水气比和第一温度的调节，从第一混合器933排出的一段变换气经二段变换气进口管81进入到第一反应器的控温反应部内。在控温反应部内，从二段变换气进口管81排出的一段变换气首先进入到上腔室601内，然后沿第二环隙向下流动，并沿布气筒71上的布气孔A进入到布气筒的内腔中进行反应，生成二段变换气，二段变换气进入到变换气集中管82内，然后经变换气排出管821排出控温反应部。
从控温反应部排出的二段变换气经换热器934的热媒通道后进入到第二混合器936内，进行第二水气比和第二温度的调节，从第二混合器排出的二段变换气经进气管451进入到第一进气腔315内，然后分别进入到第一布气件600内，并经第一布气件600的第一布气孔进入到上触媒腔内进行反应，然后经集气筒441上的集气孔进入到集气腔443内，沿过流通道 444进入到第一排气腔内，并向下流动，经作为排气部的通孔进入到第二进气腔316。
进入到第二进气腔316的气体经第二布气件进入到下触媒腔内继续进行反应，形成为终极变换气970，终极变换气970进入到第二排气腔521中，经排气管522排出第二反应器。
软水940分成四路，其中第一路软水经第一支水管941进入到第一混合器933内，第二路软水经第二支水管942进入到汽包935内，第三路软水经第三支水管943进入到第二混合器936内，第四路软水经第四支水管944经第二反应器的冷媒进口管427进入到换热管420内，吸收反应热，然后进入到汽包935内。
汽包935内的软水进入到第一反应器的控温反应部内，间接吸收反应热后、返回到汽包内，副产蒸汽。副产蒸汽分成三路，其中第一路副产蒸汽经第一蒸汽支管952进入到第一混合器933内，第二路副产蒸汽经第二蒸汽支管953进入第二混合器936，第三路副产蒸汽经第三蒸汽支管954排出，作为外排蒸汽950。
进入到第一混合器933内的第一路软水和第一路副产蒸汽对一段变换气的第一水气比和第一温度的调节。进入到第二混合器936内第三路软水和第二路副产蒸汽对二段变换气的第二水气比和第二温度进行调节。
本实施例中，汽包仅副产一种蒸汽，该蒸汽的压力为6.5MPaG。可以理解，在其它实施例中，蒸汽的压力还可以6.3MPaG、6.7MPaG或6.9MPaG。
原料气中，干基CO的体积比为62-75％，水气比为0.48-0.54；具体在本实施例中，原料气中，干基CO的体积比为66.67％，水气比为0.49。
原料气进入到绝热反应部的进口温度为250-260℃，即，原料气经换热器934后所分成的两股原料气在进入到绝热反应部内时的温度相同，均为250-260℃。具体在本实施例中，两股原料气在分别进入到绝热反应部的进口温度均为255.5℃。
在绝热反应部内，反应压力为2.0-9.0MPaG，具体在本实施例中，反应压力为6.1MPaG。
一段变换气在绝热反应部的出口温度为430-435℃，一段变换气的干基CO的体积比 31-37％，具体在本实施例中，一段变换气在绝热反应部的出口温度为430℃，一段变换气的干基CO的体积比33.7％。
一段变换气出第一混合器后，第一水气比为0.58-0.66，第一温度为290-298℃；具体在本实施例中，一段变换气出第一混合器后，第一水气比为0.61，第一温度为292.9℃。
二段变换气在控温反应部的出口温度为315-330℃；二段变换气中的干基CO的体积比为 2.5-3.5％；具体在本实施例中，二段变换气在控温反应部的出口温度为320℃；二段变换气中的干基CO的体积比为3.1％。
二段变换气出第二混合器后，第二水气比为0.33-0.36，第二温度为233-235℃；具体在本实施例中，二段变换气出第二混合器后，第二水气比为0.34，第二温度为233.5℃。
第二反应器的出口温度为217-220℃，终极变换气的干基CO的体积比为0.5-0.6％；具体在本实施例中，第二反应器的出口温度为217.9℃，终极变换气的干基CO的体积比为0.52％。
从上反应部排出的气体直接进入到下反应部内，在上反应部内的反应温度为241-246℃；具体在本实施例中，上反应部内的反应温度为244℃。
从上反应部排出的气体的温度为213-216℃，水气比为0.31-0.35，干基CO的体积比为 1.02-1.06％；具体在本实施例中，从上反应部排出的气体的温度为214.5℃，水气比为0.32，干基CO的体积比为1.03％。
软水进入上反应部的温度为175-185℃，出上反应部的温度为215-225℃；具体在本实施例中，软水进入上反应部的温度为180℃，出上反应部的温度为220℃。
终极变换气中的COS的体积比为0.0014％干基，甲烷的体积比为0.038％干基。
在本实施例中，向换热管内通入了软水，用于移出上反应部内的反应热，成为一个半控温反应段。可以理解，在其它实施例中，可以将该换热管封闭，停止使用，即使上反应部称为一个绝热反应段。

Claims (10)

1.一种多级复合式变换装置，其特征在于，包括第一反应器、第二反应器、汽包和换热器；
该第一反应器包括绝热反应部和控温反应部，在绝热反应部上设置有粗煤气进口管、冷激气管和一段变换气出口管；在控温反应部上设置有二段变换气进口管、二段变换气出口管、进水管和汽水混合物出口管；
该第二反应器包括上反应部和下反应部，该下反应部为绝热反应部，在上反应部上安装有进气管、冷媒进口管、冷媒出口管和排气部；在下反应部上设置有排气管，排气部连通上反应部和下反应部；
一段变换气出口管经第一混合器连通二段变换气进口管，二段变换气出口管依次经换热器的热媒通道和第二混合器后连通进气管，锅炉水管分别连通第一混合器、第二混合器和上反应部的冷媒进口管，第一反应器的控温反应部的汽水混合物出口管和第二反应器的上反应部的冷媒出口管均连通该汽包，汽包上的蒸汽出口管分别连通第一混合器和第二混合器；
粗煤气进口管和冷激气管均连通换热器的冷媒通道。
2.根据权利要求1所述的多级复合式变换装置，其特征在于，
该第二反应器包括一外壳，该外壳具有一沿竖直方向延伸的中轴线，在该外壳内设置有一隔板封头，该隔板封头将该外壳的内腔沿该上下方向分割为上反应部和下反应部，其中上反应部位于下反应部的上方；
在该上反应部内设置有第一进气部，该第一进气部由若干环绕该中轴线设置的第一布气件所组成，若干第一布气件呈环状布置；在第一布气件所圈围的空间内设置有一沿竖直方向延伸的第一集气部，第一进气部与第一集气部之间形成上触媒腔，在上触媒腔的顶部设置有第一触媒盖板，该第一触媒盖板与外壳的顶部之间形成第一进气腔；在外壳上设置有所述进气管，该进气管连通第一进气腔；
每个第一布气件均包括一沿竖直方向延伸的第一分布筒，该第一分布筒包括一个第一外侧板和一个连接在该第一外侧板上的第一内侧板，在第一外侧板与第一内侧板之间形成一沿该中轴线方向延伸的第一布气腔，该第一外侧板朝向径向方向的外侧，该第一内侧板朝向该外壳的中心方向；
在第一内侧板上开设有第一布气孔，该第一布气孔贯穿第一内侧板的内外两侧；该第一分布筒的上端具有连通第一进气腔的第一进气口，该第一分布筒的下端为封闭端；沿竖直方向观察，该第一内侧板的截面呈朝外壳的中心方向突出的圆弧状；该第一内侧板的外表面称为第一外表面；
该第一集气部包括导流筒和套设在导流筒的外部的集气筒，在集气筒与导流筒之间形成一集气腔，在集气筒上开设有呈通孔状的集气孔；该导流筒的内腔形成为第一排气腔，在集气腔与第一排气腔之间设置有过流通道，该过流通道位于第一集气部的顶部；在导流筒内安装有换热管；在该隔板封头上设置有连通第一排气腔的排气部；
在该下反应部内设置有第二进气部，该第二进气部呈环状、且环绕中轴线设置，在第二进气部所圈围的空间内设置有一沿竖直方向延伸的第二集气部，第二进气部与第二集气部之间形成下触媒腔，在下触媒腔的顶部设置有第二触媒盖板，该第二触媒盖板与该隔板封头之间形成第二进气腔；该排气部连通第二进气腔；
在第二进气部设置上有连通下触媒腔和第二进气腔的气体分布腔；
该第二集气部具有第二排气腔，在第二集气部上设置有连通下触媒腔和第二排气腔的连通孔；所述排气管安装在外壳上并连通第二排气腔。
3.根据权利要求2所述的多级复合式变换装置，其特征在于，
在该第一内侧板上具有经冲压而形成的若干导流孔；对应于每一导流孔均具有一沿中轴线方向延伸的导流片，该导流片为所对应的导流孔所冲压出的至少一端连接于该第一内侧板上的一条状板，该导流片具有一导风部，该导风部突出于该第一外表面，在该第一内侧板的厚度方向上，该导风部与该第一外表面之间具有距离，使导风部与第一外表面之间形成连通导流孔的出风口，该导流孔和所连通的出风口共同形成为第一布气孔。
4.根据权利要求2所述的多级复合式变换装置，其特征在于，
在集气筒的顶部密封安装有一换热管板，导流筒的顶部与换热管板之间具有距离，该距离形成为连通集气腔第一排气腔的过流通道；
在换热管板的上侧面安装有一管板封头，在管板封头内设置有一分隔板，该分隔板将管板封头与换热管板之间所形成的容腔分割为冷媒进口腔和冷媒出口腔；在集气筒内安装有换热管，该换热管为U形换热管，换热管的两端分别贯穿换热管板后连通冷媒进口腔和冷媒出口腔，在外壳的顶部安装有连通冷媒进口腔的冷媒进口管、和连通冷媒出口腔的冷媒出口管。
5.根据权利要求2所述的多级复合式变换装置，其特征在于，
在外壳的底部安装有第二触媒出料管，下反应部的底部设置有一球料区，在球料区的上侧形成有所述下触媒腔，在该球料区内装填有陶瓷球；该第二触媒出料管向上穿过球料区后，连通下触媒腔，用于将下触媒腔内的触媒卸出。
6.一种变换工艺，其特征在于，采用权利要求1-5任一项所述的多级复合式变换装置进行，该变换工艺包括以下步骤：
原料气经换热器后分为两股，两股原料气分别经原料进气口和冷激气口进入到第一反应器的绝热反应部内；在绝热反应部内，原料气经反应后生成一段变换气，并经一段变换气出口管排出绝热反应部；
一段变换气进入到第一混合器内，进行第一水气比和第一温度的调节，从第一混合器排出的一段变换气经二段变换气进口管进入到第一反应器的控温反应部内，在控温反应部内，一段变换气继续进行反应后生成二段变换气，并经二段变换气出口管排出控温反应部；
从控温反应部排出的二段变换气经上述换热器后进入到第二混合器内，进行第二水气比和第二温度的调节，从第二混合器排出的二段变换气进入到第二反应器内进行反应，形成为终极变换气，并排出第二反应器，
汽包内的软水进入到第一反应器的控温反应部内，间接吸收反应热后、返回到汽包内，副产蒸汽；
一段变换气的第一水气比和第一温度的调节、以及二段变换气的第二水气比和第二温度的调节均采用软水和上述副产蒸汽进行。
7.根据权利要求6所述的变换工艺，其特征在于，
原料气中，干基CO的体积比为62-75％，水气比为0.48-0.54；
原料气进入到绝热反应部的进口温度为250-260℃；
在绝热反应部内，反应压力为2.0-9.0MPaG；
绝热反应部的出口温度为430-435℃；
一段变换气的干基CO的体积比31-37％，
一段变换气出第一混合器后，第一水气比为0.58-0.66，第一温度为290-298℃；
控温反应部的出口温度为315-330℃；
二段变换气中的干基CO的体积比为2.5-3.5％；
二段变换气出第二混合器后，第二水气比为0.33-0.36，第二温度为233-235℃；
第二反应器的出口温度为217-220℃，终极变换气的干基CO的体积比为0.5-0.6％。
8.根据权利要求2所述的变换工艺，其特征在于，
汽包仅副产一种蒸汽，该蒸汽的压力为6.3-6.9MPaG。
9.根据权利要求6-8任一项所述的变换工艺，其特征在于，
从上反应部排出的气体直接进入到下反应部内，在上反应部内的反应温度为241-246℃；
从上反应部排出的气体的温度为213-216℃，水气比为0.31-0.35，干基CO的体积比为1.02-1.06％。
10.根据权利要求4所述的变换工艺，其特征在于，
软水进入上反应部的温度为175-185℃，出上反应部的温度为215-225℃。
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