CN114130308A

CN114130308A - 变换炉工艺气进出布气系统和两段式径向控温变换炉

Info

Publication number: CN114130308A
Application number: CN202111564578.6A
Authority: CN
Inventors: 黄胜亮; 黄佳欣; 黄刚
Original assignee: JIANGSU PUGE MACHINERY CO Ltd
Current assignee: JIANGSU PUGE MACHINERY CO Ltd
Priority date: 2021-12-20
Filing date: 2021-12-20
Publication date: 2022-03-04

Abstract

本发明涉及到一种变换炉工艺气进出布气系统和两段式径向控温变换炉，通过上下依次排列的外分布器、隔离筒和外集气筒围成催化腔，并将中心集气管上部设置为与外分布器对应的集气段，下部设置为与外集气筒对应的布气段，由于工艺气沿催化腔轴向流动的阻力小于沿径向流动的阻力，因此，工艺气先沿催化腔的径向从缓冲分布腔向中心集气管的集气段流动，再沿中心集气管向下流动到布气段，最后沿催化腔径向从布气段向外集气腔流动，工艺气通过两端径向流动，大大降低了工艺气流通阻力，从而有效提高工艺气的流通速度，降低供气能耗，抑制外部催化剂剧烈反应，避免局部超温现象，提高变换炉的控温效果，提高使用安全性。

Description

变换炉工艺气进出布气系统和两段式径向控温变换炉

技术领域

本发明属于变换炉技术领域，具体涉及一种变换炉工艺气进出布气系统和两段式径向控温变换炉。

背景技术

变换炉通常包括外部的承压壳体，内部的外分布器以及设置在外分布器中心的集气筒，外分布器与集气筒之间充满催化剂，然后将工艺气通过外分布器扩散到催化剂中反应生成产品气，经集气筒收集。

目前常用的变换炉包括一段全径向变换炉和径轴向变换炉，其中，一段全径向变换炉的外分布器覆盖整个催化剂腔，工艺气全部沿变换炉的径向移动进入集气筒，由于进气面积大，因此工艺气在进入催化剂腔时的流速比较慢，随着四周的气体向催化剂腔中心聚集，气体流速才会逐渐加快，这就导致远离催化剂腔中心的催化剂反应过于激烈，造成局部超温，增多副产物。

而径轴向变换炉在应用于大型设备时，工艺气轴向流动的阻力仍然偏大，导致能耗高于一段全径向变换炉较多。

针对上述技术问题，有必要提供一种既节能，又可有效控制反应温度，避免局部超温现象的变换炉。

发明内容

本发明首先要解决的技术问题是：提供一种变换炉工艺气进出布气系统，该系统能够引导工艺气在变换炉内进行两次径向流动，有效控制催化反应温度，避免局部超温现象，同时能有效降低能耗。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：变换炉工艺气进出布气系统，包括外壳体，外壳体1内部同轴设置有一个外分布器，外分布器上端封闭，下端固定，外分布器与外壳体之间形成缓冲分布腔，外分布器下端同轴连接有一个隔离筒，隔离筒下端同轴连接有一个外集气筒，外集气筒与外壳体之间形成环状外集气腔，隔离筒和外壳体之间连接有一个连接环，连接环将缓冲分布腔和外集气腔隔断，外分布器2开设有大量第一布气孔，外集气筒上布满第二集气孔，外集气筒下端与外壳体密封连接，外壳体上分别开设有与缓冲分布腔连通的进气口、与外集气腔连通的出气口。

作为一种优选方案，所述连接环外缘与外壳体内壁密封焊接，连接环的內缘连接在隔离筒上，或连接在外分布器的底部，或连接在外集气筒的顶部。

作为一种优选方案，所述外分布器内同轴设置有一个中心集气管，中心集气管固定设置且下端封闭，中心集气管上部为集气段，下部为布气段，集气段上开设有大量第一集气孔，布气段上开设有大量第二布气孔，集气段与外分布器和隔离筒相对，布气段和外集气筒相对。

作为一种优选方案，所述外集气筒包括从上向下依次连接的第一直筒段、锥筒段和第二直筒段，第一直筒段的上端与隔离筒下端连接，第二直筒段的下端与外壳体的内底面密封连接。

本发明进一步要解决的技术问题是：提供一种可有效控制催化反应温度、避免局部超温现象、同时能有效降低能耗的两段式径向控温变换炉。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：两段式径向控温变换炉，包括上述工艺气进出布气系统，以及设置在外分布器与中心集气管之间的移热系统，外分布器与中心集气管之间形成催化腔，催化腔沿隔离筒和外集气筒一直向下延伸至外壳体底部，外壳体底部开设有与催化腔连通的可开闭的卸料孔，所述中心集气管的集气段用于收集产品气，布气段用于将产品气再次分布到催化腔内，中心集气管与外壳体固定连接或与外分布器顶端固定连接或与移热系统固定连接。

作为一种优选方案，所述移热系统包括分布在催化腔内的若干换热管、与外分布器上端连接的上集箱、与外壳体下端连接的下集箱，各换热管上端与上集箱连通，下端与下集箱连通，上集箱上连接有伸出外壳体外的第一连接管，下集箱上连接有伸出外壳体外的第二连接管，所述中心集气管的上端与上集箱的下端连接，中心集气管的下端与下集箱的上端连接。

本发明的有益效果是：本发明通过上下依次排列的外分布器、隔离筒和外集气筒引导工艺气从外分布器径向流入催化腔，沿隔离筒轴向流动后再从外集气筒径向流出，实现工艺气在催化腔内两次径向流动，由于工艺气沿催化腔轴向流动的阻力大于沿径向流动的阻力，因此，引导工艺气两次沿催化腔的径向流动可有效降低工艺气流通阻力，从而有效提高工艺气的流通速度，降低供气能耗，抑制外部催化剂剧烈反应，避免局部超温现象。

本发明进一步在外分布器内设置中心集气管，并将中心集气管上部设置为与外分布器对应的集气段，下部设置为与外集气筒对应的布气段，因此，工艺气先沿催化腔的径向从缓冲分布腔向中心集气管的集气段流动，再沿中心集气管向下流动到布气段，最后沿催化腔径向从布气段向外集气腔流动，减少了在催化腔内沿轴向流动的工艺气，进一步降低了工艺气流通阻力，进一步提高工艺气的流通速度，降低供气能耗，抑制外部催化剂剧烈反应，避免局部超温现象，提高变换炉的控温效果，提高使用安全性。

本发明还可利用调整隔离筒的高度来调节隔离筒内催化剂的轴向阻力，进而调节工艺气的流动方向，还能够通过改变外分布器和外集气筒的高度比例，来调整气体压降和流速，提高变换炉反应过程的控制能力。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，其中：

图1是本发明的结构示意图；

图1中：1、外壳体，2、外分布器，3、中心集气管，301、集气段，302、分布段，4、移热系统，401、换热管，402、上集箱，403、下集箱，404、第一连接管，405、第二连接管，5、缓冲分布腔，6、催化腔，7、进气口，8、第一布气孔，9、第一集气孔，10、隔离筒，11、外集气筒，1101、第一直筒段，1102、锥筒段，1103、第二直筒段，12、外集气腔，13、第二集气孔，14、出气口，15、卸料孔，16、第二布气孔，17、连接环，18、装填口，19、盖体， 20、进气管组，21、出气管组，22、卸料管组，23、阀门。

具体实施方式

下面结合附图，详细描述本发明的具体实施方案。

如图1所示的两段式径向控温变换炉，包括变换炉工艺气进出布气系统和移热系统4，所述变换炉工艺气进出布气系统包括外壳体1，外壳体1内部同轴设置有一个外分布器2，外分布器2上端封闭，下端固定，外分布器2与外壳体1之间形成缓冲分布腔5，外分布器2下端同轴连接有一个隔离筒10，隔离筒10下端同轴连接有一个外集气筒11，外集气筒11与外壳体1之间形成环状外集气腔12，隔离筒10和外壳体1之间连接有一个连接环17，连接环17将缓冲分布腔5和外集气腔12隔断，外分布器2上开设有大量第一布气孔8，外集气筒11上布满第二集气孔13，外集气筒11下端与外壳体1密封连接，外壳体1上分别开设有与缓冲分布腔5连通的进气口7、与外集气腔12连通的出气口14。

连接环17外缘与外壳体1内壁密封焊接，连接环17的內缘连接在隔离筒10上，或连接在外分布器2的底部，或连接在外集气筒11的顶部。本实施例中，连接环17的內缘连接在隔离筒10下端外壁上。

分布器2内同轴设置有一个中心集气管3，中心集气管3固定设置且下端封闭，中心集气管3上部为集气段301，下部为布气段302，集气段301上开设有大量第一集气孔9，布气段302上开设有大量第二布气孔16，集气段301与外分布器2和隔离筒10相对，布气段302和外集气筒11相对。中心集气管3可以与外壳体1固定连接，比如下端直接连接在外壳体1内底面上，中心集气管3也可以与外分布器2的顶端固定连接，还可以与移热系统4固定连接。在本实施例中，中心集气管3优选与移热系统4固定连接

外集气筒11包括从上向下依次连接的第一直筒段1101、锥筒段1102和第二直筒段1103，第一直筒段1101的上端与隔离筒10下端连接，第二直筒段1103的下端与外壳体1的内底面密封连接。在本实施例中，外分布器2与中心集气管3之间形成催化腔6，催化腔6沿隔离筒10和外集气筒11一直向下延伸至外壳体1底部，外壳体1底部开设有与催化腔6连通的卸料孔15，所述中心集气管3的集气段301用于收集产品气，布气段302用于将产品气再次分布到催化腔6内。

所述中心集气管3的布气段302位于第一直筒段1101内，锥筒段1102和第二直筒段1103均位于布气段302的下方，布气段302内的工艺气部分沿催化腔6径向向第一直筒段1101流动并通过第一直筒段1101上的第二集气孔13流动到外集气腔12内，部分斜向下流动进入外集气筒11的锥筒段1102或第二直筒段1103，最后从锥筒段1102或第二直筒段1103上的第二集气孔13流动到外集气腔12内，外集气腔12内的产品气通过出气口14排出。

外集气筒11的具体结构既用于适应外壳体1的内部结构，也可扩大与催化腔6的接触面积，增加第二集气孔13的数量，降低出气压力，使工艺气在变换炉内部流动更顺畅。

在本实施例中，进气口7上连接有进气管组20，出气口14上连接有出气管组21，卸料孔15上连接有卸料管组22，卸料管组22上设置有阀门23。

如图1所示，移热系统4包括分布在催化腔6内的若干换热管401、与外分布器2上端连接的上集箱402、与外壳体1下端连接的下集箱403，各换热管401上端与上集箱402连通，下端与下集箱403连通，上集箱402上连接有伸出外壳体1外的第一连接管404，下集箱403上连接有伸出外壳体1外的第二连接管405，所述中心集气管3的上端与上集箱402的下端连接，中心集气管3的下端与下集箱403的上端连接。

在本实施例中，外分布器2的顶面上周向均布有多个与催化腔6连通的装填口18，每个装填口18上设置有盖体19，打开盖体19，就可通过装填口18向催化腔6内填充催化剂。

本发明工作过程是：如图1所示，本实施例所述变换炉在启用前，先向催化腔6内填充入足量催化剂，可通过装填口18进行填充。然后通过进气口7向缓冲分布腔5内充入工艺气，工艺气经缓冲分布腔5缓冲后，均匀地从外分布器2上的各个第一布气孔8流入催化腔6，与催化腔6内的催化剂反应，由于轴向流动的截面积小于径向流动的截面积，工艺气向下流动（即沿催化腔6轴向流动）的阻力更大，因此大部分工艺气优选地沿催化腔6径向流动进入中心集气管3，而小部分工艺气会沿催化腔6轴向向下缓慢流动，由于工艺气径向流动阻力较小，因此流速较快，当中心集气管3内气压上升后，催化腔6内沿催化腔6轴向流动的工艺气逐渐增多，同时，随着中心集气管3内气压上升，位于中心集气管3底部的工艺气从布气段302上的第二布气孔16返回催化腔6内，再次与催化剂反应，同样的，从布气段302进入催化腔6内的工艺气依然有部分会沿催化腔6的径向向外集气腔12流动，最终进入外集气腔12内，也会有部分工艺气斜向下流动，但最终也会进入外集气腔12内。从外分布器2进入催化腔6内并一直沿催化腔6轴向向下流动的工艺气，在到达外集气筒11后，由于外集气腔12内的气压低，因此也会大量向外集气腔12流动，从而缩短轴向流动的工艺气的整个流动路径，也降低了轴向流动的工艺气对布气段302和外集气筒11之间径向流动的工艺气的影响。

最后，所有工艺气经过催化剂催化反应后形成的产品气全部集中到外集气腔12内并从出气口14排出。

在整个催化反应过程中，会产生大量的热能，移热系统4从第二连接管405引进冷却水，冷却水进入下集箱403后，均匀地向各换热管401输送，冷却水沿换热管401从下向上流动，将催化剂内产生的热量转移，被加热的冷却水汇集到上集箱402，然后经第一连接管404排出，移热系统如此持续不断地引导冷却水通过催化腔6，将催化腔6内的工作温度控制在一个稳定的范围，使变换炉能够稳定、持续的工作。

上述实施例仅例示性说明本发明创造的原理及其功效，以及部分运用的实施例，而非用于限制本发明；应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims

1.变换炉工艺气进出布气系统，包括外壳体（1），其特征在于，外壳体1内部同轴设置有一个外分布器（2），外分布器（2）上端封闭，下端固定，外分布器（2）与外壳体（1）之间形成缓冲分布腔（5），外分布器（2）下端同轴连接有一个隔离筒（10），隔离筒（10）下端同轴连接有一个外集气筒（11），外集气筒（11）与外壳体（1）之间形成环状外集气腔（12），隔离筒（10）和外壳体（1）之间连接有一个连接环（17），连接环（17）将缓冲分布腔（5）和外集气腔（12）隔断，外分布器2上开设有大量第一布气孔（8）,外集气筒（11）上布满第二集气孔（13），外集气筒（11）下端与外壳体（1）密封连接，外壳体（1）上分别开设有与缓冲分布腔（5）连通的进气口（7）、与外集气腔（12）连通的出气口（14）。

2.根据权利要求1所述的工艺气进出布气系统，其特征在于，所述连接环（17）外缘与外壳体（1）内壁密封焊接，连接环（17）的內缘连接在隔离筒（10）上，或连接在外分布器（2）的底部，或连接在外集气筒（11）的顶部。

3.根据权利要求1或2所述的工艺气进出布气系统，其特征在于，所述外分布器（2）内同轴设置有一个中心集气管（3），中心集气管（3）固定设置且下端封闭，中心集气管（3）上部为集气段（301），下部为布气段（302），集气段（301）上开设有大量第一集气孔（9），布气段（302）上开设有大量第二布气孔（16），集气段（301）与外分布器（2）和隔离筒（10）相对，布气段（302）和外集气筒（11）相对。

4.根据权利要求3所述的工艺气进出布气系统，其特征在于，所述外集气筒（11）包括从上向下依次连接的第一直筒段（1101）、锥筒段（1102）和第二直筒段（1103），第一直筒段（1101）的上端与隔离筒（10）下端连接，第二直筒段（1103）的下端与外壳体（1）的内底面密封连接。

5.两段式径向控温变换炉，其特征在于，包括上述权利要求3或4任一所述的工艺气进出布气系统，以及设置在外分布器（2）与中心集气管（3）之间的移热系统（4），外分布器（2）与中心集气管（3）之间形成催化腔（6），催化腔（6）沿隔离筒（10）和外集气筒（11）一直向下延伸至外壳体（1）底部，外壳体（1）底部开设有与催化腔（6）连通的可开闭的卸料孔（15），所述中心集气管（3）的集气段（301）用于收集产品气，布气段（302）用于将产品气再次分布到催化腔（6）内，中心集气管（3）与外壳体（1）固定连接或与外分布器（2）顶端固定连接或与移热系统（4）固定连接。

6.根据权利要求5所述的两段式径向控温变换炉，其特征在于，所述移热系统（4）包括分布在催化腔（6）内的若干换热管（401）、与外分布器（2）上端连接的上集箱（402）、与外壳体（1）下端连接的下集箱（403），各换热管（401）上端与上集箱（402）连通，下端与下集箱（403）连通，上集箱（402）上连接有伸出外壳体（1）外的第一连接管（404），下集箱（403）上连接有伸出外壳体（1）外的第二连接管（405），所述中心集气管（3）的上端与上集箱（402）的下端连接，中心集气管（3）的下端与下集箱（403）的上端连接。