CN201980995U - 换热式转化炉 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种换热式转化炉，包括转化管和外套管，外套管套设在转化管的外侧，且外套管的上端与转化管的外壁密封连接，其特征在于，还包括转化气上升管，设置在转化管中，转化气上升管的出口端与转化管上设置的转化气出口相连通，转化气上升管的入口端与转化管相连通，转化管上设有原料气入口，邻近转化管的上端设置；其中，转化管的上下两端为密封结构，转化管与转化气上升管形成的环形空间内填充有催化剂，外套管下端的加热气入口处连接有用于固定并支撑外套管的支撑件，外套管上设有第一加热气出口。本实用新型提供的换热式转化炉，提高了换热式转化炉的安全可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及换热式转化设备结构技术，尤其涉及换热式转化炉。
背景技术
换热式转化工艺是一种节气节能的先进工艺，国外于上世纪八十年代，英国I.C.I公司首先实现工业化。上世纪九十年代中期，我国化工行业首先开发成功以天然气为原料年产15000吨合成氨换热式转化工艺，实践证明，该工艺节气效果显著。实现换热式转化工艺过程的关键设备就是换热式转化炉，其主要功能就是在原料天然气中加入水蒸汽，使原料气中的甲烷在催化剂的作用下，进行转化反应，此反应是吸热反应，化学反应式为：
CH4+H2O↑＝CO+3H2-Q
专利号为ZL022348689、题目为《套管式气-气换热式一段转化炉》的中国专利中提供了一种换热式转化炉，该换热式转化炉包括转化管、外套管、二段转化气入口集合管和猪尾管，其中转化管为上端支吊，外套管套设在转化管的外部，二段转化气入口集合管通过猪尾管与外套管相连，向转化管和外套管形成的环形空间输送作为加热气的二段转化气，为转化管中的原料气进行转换反应提供热量。该换热式转化炉结构简单，便于制造和维修。
但在实际的生产应用中，该换热式转化炉至少存在以下缺陷：
一、由于转化管是采取上端支吊，向下膨胀，膨胀量为100～150mm(随转化管长度和温度不同而不同)，这就会给下部猪尾管两端的连接焊缝造成很大的应力，使焊缝产生拉裂，而且为了吸收向下的热膨胀，猪尾管需要做得比较长。
二、二段转化气入口集合管与外套管之间采用猪尾管连接，为了降低猪尾管的刚性，猪尾管的直径不能太大，而高温二段转化气在猪尾管中的流速又不能太高，所以通常都得采用两根猪尾管并联，使管系更加复杂，发生破损的可能性更大。
三、二段转化气入口集合管采用热壁管，此管温度高，水平膨胀量大，导致猪尾管焊缝处应力很大，易于破损。
实用新型内容
本实用新型提供一种换热式转化炉，以提高换热式转化炉的安全可靠性。
本实用新型提供一种换热式转化炉，包括转化管、外套管和加热气集气管，所述外套管套设在所述转化管的外侧，且所述外套管的上端与所述转化管的外壁密封连接，还包括：
转化气上升管，设置在所述转化管中，所述转化气上升管上端作为出口端，与所述转化管上设置的转化气出口相连通，所述转化气上升管下端作为入口端，与所述转化管相连通，所述转化管上设有原料气入口，所述原料气入口邻近所述转化管的上端设置；
其中，所述转化管的上下两端为密封结构，所述转化管与所述转化气上升管形成的环形空间内填充有催化剂，所述外套管下端的加热气入口处连接有用于固定并支撑所述外套管的支撑件，所述外套管上设有第一加热气出口，所述第一加热气出口邻近所述外套管的上端设置。
如上所述的换热式转化炉，还包括加热气集气管，所述加热气集气管为所述支撑件；
所述加热气集气管的侧壁上设置有第二加热气出口，所述外套管下端的加热气入口与所述加热气集气管的第二加热气出口固定连接。
如上所述的换热式转化炉，还包括加热气集气管和连接管；
所述加热气集气管的侧壁上设置有第二加热气出口，所述外套管下端的加热气入口通过所述连接管与所述加热气集气管的第二加热气出口连接。
如上所述的换热式转化炉，其中，
所述转化管、所述外套管和所述转化气上升管的数量均为多个，所述转化管、所述外套管和所述转化气上升管一一对应设置；所述加热气集气管的数量为一个，所述加热气集气管的侧壁上设置有多个所述第二加热气出口；各所述外套管分别与各所述第二加热气出口连接。
如上所述的换热式转化炉，其中，
所述外套管通过加强接头与所述加热气集气管焊接连接。
如上所述的换热式转化炉，其中，
所述加热气集气管外壁设有冷却水夹套，所述加热气集气管内壁采用耐火材料衬里。
如上所述的换热式转化炉，其中，
所述转化管的上端通过支架定位。
由上述技术方案可知，本实用新型提供的换热式转化炉，通过外套管下端设置用于支撑固定外套管的支撑件，将上端支吊结构改为下端固定结构，避免了只通过猪尾管进行连接而因向下热膨胀出现断裂的问题，提高了换热式转化炉的安全性。且通过加热气上升管的设置，将转化气的热量进一步提供给原料气的转化，提高了能量的利用率，也提高了原料气的转化率。
附图说明
图1为本实用新型实施例二提供的换热式转化炉结构示意图；
图2为图1的换热式转化炉布置结构示意图；
图3为图2的换热式转化炉的A-A截面示意图；
图4为本实用新型实施例三提供的一种换热式转化炉结构示意图；
图5为本实用新型实施例三提供的另一种换热式转化炉结构示意图。
附图标记：
1-转化管； 2-外套管； 3-加热气集气管；
4-转化气上升管； 5-转化气出口； 6-原料气入口；
7-第二加热气出口；8-第一加热气出口；9-催化剂；
10-挡板； 11-二段转化炉； 12-加强接头；
13-冷却水夹套； 14-耐火材料衬里； 15-输气管；
16-连接管； 17-支撑件。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例一
本实用新型实施例一提供了一种换热式转化炉，该换热式转化炉包括转化管和外套管，外套管套设在转化管的外侧，且外套管的上端与转化管的外壁密封连接，该换热式转化炉还包括转化气上升管，转化气上升管设置在转化管中，转化气上升管上端作为出口端，与转化管上设置的转化气出口相连通，用于输出转化气，转化气上升管下端作为入口端，与转化管相连通，转化管上设有原料气入口，原料气入口邻近转化管的上端设置，用于输入原料气。其中，转化管的上下两端为密封结构，具体可以通过支架对转化管的上端进行定位，以提高其稳定性。转化管与转化气上升管形成的环形空间内填充有催化剂，外套管下端的加热气入口处连接有用于固定并支撑所述外套管的支撑件，外套管下端的加热气入口用于与加热气提供管路相连通，以输入加热气，加热气提供管路具体可以为加热气集气管。外套管上设有第一加热气出口，第一加热气出口邻近外套管的上端设置，加热气通过第二加热气出口进入外套管与转化管形成的环形空间，并从第一加热气出口排出。
本实施例提供的换热式转化炉，外套管下端的加热气入口处连接有用于固定并支撑外套管的支撑件，通过该支撑件的设置，将外套管的下端固定，外套管和转化管向上膨胀，外套管和转化管避免了高温端(下端)膨胀量最大，热应力最高，低温端(上端)反而膨胀量小，热应力低的不合理现象，大大降低了事故发生率，提高了安全可靠性。通过转化气上升管的设置，使转化气又作为加热气为原料气提供能量，提高了原料气中的甲烷的转化率。
实施例二
图1为本实用新型实施例二提供的换热式转化炉结构示意图，如图1所示，该换热式转化炉包括转化管1、外套管2和转化气上升管4，还包括加热气集气管3，外套管2套设在转化管1的外侧，且外套管2的上端与转化管1的外壁密封连接，转化气上升管4设置在转化管1中，转化气上升管4上端作为出口端，与转化管1上设置的转化气出口5相连通，用于输出转化气，转化气上升管4下端作为入口端，与转化管1相连通，转化管1上设有原料气入口6，原料气入口6邻近转化管1的上端设置，用于输入原料气。其中，转化管1的上下两端为密封结构，转化管1与转化气上升管4形成的环形空间内填充有催化剂9，加热气集气管3的侧壁上设置有第二加热气出口7，外套管2下端的加热气入口与加热气集气管3的第二加热气出口7固定连接，加热气集气管3为转化管1提供加热气，外套管2上设有第一加热气出口8，第一加热气出口8邻近外套管2的上端设置，加热气集气管3中的加热气通过第二加热气出口7进入外套管2与转化管1形成的环形空间，并从第一加热气出口8排出。
图2为图1的换热式转化炉布置结构示意图，图3为图2的换热式转化炉的A-A截面示意图，同时参照图1、图2和图3，在本实施例中，换热式转化炉的具体工作过程为：压力为1.0MPa～5.0MPa的天然气，经脱硫处理并配入一定量的水蒸汽以后，预热至450℃～650℃，由转化管1上设置的原料气入口6进入填充有催化剂9的转化管1中，具体的，转化管1的下端设有挡板10，对催化剂9起到支撑作用，挡板10上设有多个通孔，以使转化管1和转化气上升管4连通。加热气集气管3中的压力为1.0MPa～5.0MPa，温度为850℃～1010℃的加热气，通过加热气集气管3上设置的第二加热气出口7进入外套管2与转化管1形成的环形空间，自下而上对转化管1中的原料气提供热量。具体的，加热气可以为二段转化炉11输出的高温的二段转化气，避免了能量的浪费，二段转化炉11具体可以通过输气管15与加热气集气管3相连。加热气也可以为其他高温气体，不以本实施例为限。转化管1中的原料气通过高温加热并在催化剂9的作用下，发生转化反应，转换成转化气，转化气从转化管1下端设置的挡板10的通孔流出，再折返向上，进入转化气上升管4，从转化管1上设置的转化气出口5排出。此时转化气的温度升至650℃-750℃，转化气中的甲烷含量降至15％～30％。该换热式转化炉具体可以作为一段转化炉，经过该一段转化炉生成的转化气称为一段转化气，一段转化气可以再送入二段转化炉11进行深度转化。加热气为原料气提供其进行转化反应所需热量后，温度降至650℃～700℃，从外套管2上设置的第一加热气出口8排出。
本实施例提供的换热式转化炉，通过外套管2下端的加热气入口与加热气集气管3的第二加热气出口7直接固定连接，加热气集气管3对外套管2起到支撑和固定的作用。省去了猪尾管和膨胀节的设置，不仅节省投资、降低成本，更降低了事故发生率，提高了装置的安全可靠性。而且将转化管1的上端支吊设置改变为外套管2下端固定，外套管2和转化管1向上膨胀，避免了高温端(下端)膨胀量最大，热应力最高，低温端(上端)反而膨胀量小，热应力低的不合理现象，大大降低了事故发生率，提高了安全可靠性。通过转化气上升管4的设置，使温度为700℃左右的转化气，通过催化剂9床层中心，由下向上流动，对床层中由上向下流动的原料气(500℃左右)起到加热作用，提高了原料气中的甲烷的转化率。
在本实施例中，优选地，转化管1、外套管2和转化气上升管4的数量均为多个，转化管1、外套管2和转化气上升管4一一对应设置，加热气集气管3的数量为一个，加热气集气管3的侧壁上设置有多个第二加热气出口7，各外套管2分别与各第二加热气出口7固定连接。加热气集气管3中的加热气分配到各转化单元，还可以设置多套转化管1、外套管2、转化气上升管4和加热气集气管3的组合，转化管1、外套管2和转化气上升管4的数量具体可以根据生产需要设置，从而容易实现大型化的需求。
在本实施例中，优选地，转化管1的上端通过支架定位，避免转化管1和外套管2的左右摆动，提高了转化管1和外套管2的稳固性。
在本实施例中，外套管2具体可以通过加强接头12与加热气集气管3焊接连接。通过加强接头12的设置，提高了外套管2和加热气集气管3连接的稳固性。
在本实施例中，优选地，加热气集气管3外壁设有冷却水夹套13，加热气集气管3内壁采用耐火材料衬里14。通过冷却水夹套13和耐火材料衬里14的设置，加热气集气管3为“冷壁”结构，加热集气管的温度可以控制在100℃～150℃，大大减小了热膨胀量，管系有关部件的应力水平也大大降低，进一步提高了换热式转化炉的安全可靠性。
实施例三
图4为本实用新型实施例三提供的一种换热式转化炉结构示意图，如图4所示，该换热式转化炉与实施例二提供的换热式转化炉的不同之处在于，该换热式转化炉包括加热气集气管3和连接管16，加热气集气管3的侧壁上设置有第二加热气出口7，外套管2下端的加热气入口通过连接管16与加热气集气管3的第二加热气出口7连接。支撑件17为单独设置的用于支撑和固定外套管2的部件。
本实施例提供的换热式转化炉，由于外套管2下端的加热气入口处连接有用于支撑和固定外套管2的支撑件17，外套管2向上膨胀，连接管16只需要起到连接作用即可，而无需吸收向下的膨胀量，连接管16不需要做得很长，而且其两端连接处的应力也大大降低，提高了换热式转换炉的安全可靠性。
在实际应用过程中，本实施例提供的换热式转化炉中的转化管1、外套管2、转化气上升管4和连接管16的数量也均为多个，转化管1、外套管2、转化气上升管4和连接管16一一对应设置，加热气集气管3的数量为一个，加热气集气管3的侧壁上设置有多个第二加热气出口7，各外套管2分别通过连接管16与各第二加热气出口7连接。图5为本实用新型实施例三提供的另一种换热式转化炉结构示意图，如图5所示，当在实际生产中需要布置更多的转化管1、外套管2、转化气上升管4和连接管16组合的形成转化管路时，转化管路可以设置在加热气集气管3的两侧，以提高空间的利用率，从而提高生产效率。
本实用新型提供的换热式转化炉，将转化管的上端支吊设置改变为外套管下端固定，转化管上端定位，向上膨胀，避免了高温端(下端)膨胀量最大，热应力最高，低温端(上端)反而膨胀量小，热应力低的不合理现象，大大降低了事故发生率，提高了安全可靠性，降低事故发生率，使装置能长周期安全运行，通过转化气上升管的设置，使转化气进一步为原料气提供热量，提高了甲烷的转化率，创造更好的经济效益和社会效益。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种换热式转化炉，包括转化管和外套管，所述外套管套设在所述转化管的外侧，且所述外套管的上端与所述转化管的外壁密封连接，其特征在于，还包括：
转化气上升管，设置在所述转化管中，所述转化气上升管上端作为出口端，与所述转化管上设置的转化气出口相连通，所述转化气上升管下端作为入口端，与所述转化管相连通，所述转化管上设有原料气入口，所述原料气入口邻近所述转化管的上端设置；
其中，所述转化管的上下两端为密封结构，所述转化管与所述转化气上升管形成的环形空间内填充有催化剂，所述外套管下端的加热气入口处连接有用于固定并支撑所述外套管的支撑件，所述外套管上设有第一加热气出口，所述第一加热气出口邻近所述外套管的上端设置。
2.根据权利要求1所述的换热式转化炉，其特征在于：还包括加热气集气管，所述加热气集气管为所述支撑件；
所述加热气集气管的侧壁上设置有第二加热气出口，所述外套管下端的加热气入口与所述加热气集气管的第二加热气出口固定连接。
3.根据权利要求1所述的换热式转化炉，其特征在于：还包括加热气集气管和连接管；
所述加热气集气管的侧壁上设置有第二加热气出口，所述外套管下端的加热气入口通过所述连接管与所述加热气集气管的第二加热气出口连接。
4.根据权利要求2或3所述的换热式转化炉，其特征在于：
所述转化管、所述外套管和所述转化气上升管的数量均为多个，所述转化管、所述外套管和所述转化气上升管一一对应设置；所述加热气集气管的数量为一个，所述加热气集气管的侧壁上设置有多个所述第二加热气出口；各所述外套管分别与各所述第二加热气出口连接。
5.根据权利要求2所述的换热式转化炉，其特征在于：
所述外套管通过加强接头与所述加热气集气管焊接连接。
6.根据权利要求2或3所述的换热式转化炉，其特征在于：
所述加热气集气管外壁设有冷却水夹套，所述加热气集气管内壁采用耐火材料衬里。
7.根据权利要求2或3所述的换热式转化炉，其特征在于：
所述转化管的上端通过支架定位。
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|---|---|---|---|---|
| CN103785333A (zh) * | 2014-02-20 | 2014-05-14 | 刘建国 | 节能型蒸汽转化炉炉管 |
| CN107285277A (zh) * | 2017-07-21 | 2017-10-24 | 成都市通用工程技术有限责任公司 | 一种烃类蒸汽转化制备合成气的装置及制备方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Assignee: The new Sichuan tonre Engineering Technology Co Ltd Assignor: Pang Yuxue Contract record no.: 2012510000034 Denomination of utility model: Process for producing rising pipe in heat exchanging reforming furnace Granted publication date: 20110921 License type: Exclusive License Record date: 20120426 |
|
| EC01 | Cancellation of recordation of patent licensing contract |
Assignee: The new Sichuan tonre Engineering Technology Co Ltd Assignor: Pang Yuxue Contract record no.: 2012510000034 Date of cancellation: 20161118 |
|
| LICC | Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model | ||
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20170103 Address after: 610041 Sichuan, Chengdu, Wuhou District, wash Bridge Street, No. 29 Patentee after: Chengdu General Engineering Technology Co., Ltd. Address before: 610041 Wuhou District, Sichuan, Wuhou Temple street, No. 30, No. Patentee before: Pang Yuxue |
|
| CX01 | Expiry of patent term | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20110921 |