CN203428908U - 一种新型换热式转化炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种换热式转化炉，其中，承压壳体(1)上设有位于上端的原料气入口(N1)、位于侧下部的加热气入口(N2)、和位于侧上部的混合气出口(N3)；承压壳体(1)内壁设有隔热材料层(10)，外壁设有水夹套(2)；转化管(3)竖向设置在承压壳体(1)中，管内装有催化剂(8)；转化管(3)的上下端分别为原料气入口端和转化气出口端，原料气入口端与原料气入口(N1)通过位于原料气入口(N1)和混合气出口(N3)之间且水平设置的管板(7)连通，转化气出口端的下部连接有猪尾管(9)；屏蔽板(6)平行地设于管板(7)下方，并处于混合气出口(N3)上方；一个或多个折流板(4)水平地置于承压壳体(1)中，转化管(3)从折流板(4)的管孔中穿过。该转化炉加大了换热面积，提高了原料气的转化率，大幅节约设备成本。

Description

一种新型换热式转化炉

技术领域

本发明涉及一种换热式转化设备，具体涉及一种换热式转化炉。

背景技术

换热式转化工艺由英国I.C.I在上世纪八十年代率先实现工业化，我国于上世纪九十年代成功开发并投入使用。换热式转化炉的工作原理是通过利用加热炉其他反应段的热量，来为本段工艺提供反应所需的热量，以达到充分利用能源的目的。炉内转化反应主要是以天然气、焦炉气或煤气为原料气（原料气中主要成分为甲烷），经过脱硫处理后与水蒸汽混合，在高温和催化剂的作用下发生转化反应，生成一氧化碳和氢气。

现有换热式转化炉的一个大难题就是转化率不够高，原料气经反应后大多还有30%左右的甲烷没有转化，仍需进入二段加热炉进行深度反应，才能使转化气内甲烷含量降至1%以下，进而才能符合进一步加工的要求。此种工艺需要分二段进行，耗费大量财力物力，造成成本浪费。

因此，通过优化换热式转化炉的结构来提高原料气体的转化效率，具有很高的经济和社会价值。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种新型换热式转化炉，可有效提高原料气体的转化效率。

本发明提供的换热式转化炉，包括承压壳体1、水夹套2、转化管3、折流板4、拉杆5、屏蔽板6、管板7、催化剂8、猪尾管9和隔热材料层10，其中：

承压壳体1上设有位于上端的原料气入口N1、位于侧下部的加热气入口N2、和位于侧上部的混合气出口N3；

承压壳体1内壁设有隔热材料层10，外壁设有水夹套2； 

转化管3竖向设置在承压壳体1中，管内装有催化剂8；

转化管3的上下端分别为原料气入口端和转化气出口端，原料气入口端与原料气入口N1通过位于原料气入口N1和混合气出口N3之间且水平设置的管板7连通，转化气出口端的下部连接有猪尾管9；

屏蔽板6平行地设于管板7下方，并处于混合气出口N3上方；

一个或多个折流板4水平地置于承压壳体1中，转化管3从折流板4的管孔中穿过。

上述换热式转化炉中，承压壳体1上还可设有位于下端的排污口N6。

隔热材料层10采用耐火浇注料或者耐热纤维棉。设置隔热材料层的目的在于减少炉内热量的外泄。

水夹套2上设置有冷却水入口N4和冷却水出口N5，冷却水通过N4进入水夹套内，通过与承压壳体1充分接触，使承压壳体1的外部温度大幅下降，保证该设备的安全；水夹套2可为壳体式或盘管式。

拉杆5被设于承压壳体1内，且与转化管3平行，用以固定管板和折流板的距离,确保在管板和折流板在烟气的冲击下移动不会太大。

管板平行位于承压壳体内部的原料气入口和混合气出口之间。管板上有圆孔，转化管从圆孔中穿过，转化管上端与管孔为承插式焊接结构，确保原料气能从转化管上端全部进入转化管中。

屏蔽板平行位于承压壳体内部的管板下方，混合气出口上方。屏蔽板上有圆孔，转化管从圆孔中穿过。屏蔽板主要作用为阻止混合气进一步向上流动，确保混合气从混合气出口排出。

折流板平行置于承压壳体内部，位于转化管下端的上方和壳体混合气出口的下方。折流板上有圆孔，转化管从圆孔中穿过。通过折流板可控制加热气的流通路径，当加热气在流动和传热过程中温度逐渐下降时，可以通过控制加热气的流动速度来提高传热效率。

本发明的换热式转化炉工作时，原料气从转化管上端进入，在催化剂和高温的作用下转化成转化气，转化气从转化管下端的猪尾管排出。转化管下端位于承压壳体的加热气入口附近。从加热气入口中输入加热气，加热气优选二段炉的高温转化气。转化气排出后与进入壳体内的加热气混合，混合气通过折流板自下而上流动，其热量可继续用于给转化管内的原料气升温。

利用本发明的换热式转化炉，通过引入加热气与转化气混合形成混合气体进行即时换热，加大了换热面积，可在简化转化炉构造的同时提高原料气的转化率，改善节气效果。

附图说明

图1为本发明所述换热式转化炉的剖面结构示意图。其中各附图标记表示：1、承压壳体；2、水夹套；3、转化管；4、折流板；5、拉杆；6、屏蔽板；7、管板；8、催化剂；9、猪尾管；10、隔热材料；N1、原料气入口；N2、加热气入口；N3、混合气出口；N4、冷却水入口；N5、冷却水出口；N6、排污口。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供的新型换热式转化炉包括承压壳体1、水夹套2、转化管3、折流板4、拉杆5、屏蔽板6、管板7、催化剂8、猪尾管9和隔热材料层10，其中：

承压壳体1上设有位于上端的原料气入口N1、位于侧下部的加热气入口N2、位于侧上部的混合气出口N3、和位于下端的排污口N6；并且承压壳体1内壁设有采用耐火浇注料的隔热材料层10；外壁设有壳体式水夹套2，水夹套2上设置有冷却水入口N4和冷却水出口N5；

74根转化管3竖向设置在承压壳体1中，管内填充有原料气进行转化反应用的催化剂8；转化管3的上下端分别为原料气入口端和转化气出口端，原料气入口端与原料气入口N1通过位于原料气入口N1和混合气出口N3之间且水平设置的管板7连通，转化气出口端的下部连接有猪尾管9；

屏蔽板6平行地设于管板7下方，并处于混合气出口N3上方，以阻隔由原料气入口N1进入的原料气和将由混合气出口N3出去的混合气；

一个或多个折流板4水平地置于承压壳体1中，转化管3从折流板4的管孔中穿过。

拉杆5被设于承压壳体1内，且与转化管3平行。

 按照上述构造，制备了一个具体的转化炉，该炉结构参数如下：

承压壳体1使用厚度为20mm的碳钢卷制焊接，规格为DN1600mm，高度为16m，折流板之间距离为350mm。转化管使用离心浇注制造，然后内外表面机加工，外径为φ70，厚度为5mm，长度为12m。本发明壳程和管程设计压力均为1.8MPa，传热面积约为173m²。

 运行上述换热式转化炉，具体为：将工作压力为 2.5MPa的天然气（主要成分为甲烷）经脱硫处理后与水蒸汽混合，预热至550℃左右后由承压壳体1中的原料气入口N1进入到填充有催化剂8的转化管3中，原料气在转化管3外加热气的热辐射下迅速升温，发生转化反应，生产氢气和一氧化碳，反应后的转化气从猪尾管9中排出。与此同时，温度约为980℃左右的加热气（为二段加热炉排出的反应气，主要成分为一氧化碳和氢气，甲烷含量不高于0.5%），由承压壳体1上的加热气入口N2进入，与转化管3中出来的转化气混合，然后对转化管内的原料气进行加热，最后从承压壳体1中的混合气出口N3排出，完成了原料气的转化过程。

转化反应生产的高温转化气循环利用可以再次对转化管3中的原料气进行余热，提高能源的利用率。

系统稳定运行后，从N3排出的混合气中甲烷含量约为0.8%。

在本发明提供的换热式转化炉的工作过程中，混合气通过折流板4限定的流通路径，可以提高换热器的传热面积，提高换热效率和原料气的转化效率，使得转化气与加热气混合后，降低了混合气体总甲烷的含量，达到产品的要求。

本发明提供的换热式转化炉，通过加大混合加热气的换热面积，提高了原料气的转化率，本转化炉的产品中，甲烷含量可将至0.8%以下。通过本设备，可大幅节约设备成本，充分利用能源，增加企业的经济效益。

Claims (6)

1.一种换热式转化炉，包括承压壳体(1)、水夹套(2)、转化管(3)、折流板(4)、拉杆(5)、屏蔽板(6)、管板(7)、催化剂(8)、猪尾管(9)和隔热材料层(10)，其特征在于：

承压壳体(1)上设有位于上端的原料气入口(N1)、位于侧下部的加热气入口(N2)、和位于侧上部的混合气出口(N3)；

承压壳体(1)内壁设有隔热材料层(10)，外壁设有水夹套(2)； 

转化管(3)竖向设置在承压壳体(1)中，管内装有催化剂(8)；

转化管(3)的上下端分别为原料气入口端和转化气出口端，原料气入口端与原料气入口(N1)通过位于原料气入口(N1)和混合气出口(N3)之间且水平设置的管板(7)连通，转化气出口端的下部连接有猪尾管(9)；

屏蔽板(6)平行地设于管板(7)下方，并处于混合气出口(N3)上方；

一个或多个折流板(4)水平地置于承压壳体(1)中，转化管(3)从折流板(4)的管孔中穿过。

2.如权利要求1所述的换热式转化炉，其特征在于：承压壳体(1)上还设有位于下端的排污口(N6)。

3.如权利要求1所述的换热式转化炉，其特征在于：隔热材料层(10)采用耐火浇注料或者耐热纤维棉。

4.如权利要求1所述的换热式转化炉，其特征在于：水夹套(2)上设置有冷却水入口(N4)和冷却水出口(N5)。

5.如权利要求1所述的换热式转化炉，其特征在于：水夹套(2)为壳体式或盘管式。

6.如权利要求1所述的换热式转化炉，其特征在于：拉杆(5)被设于承压壳体(1)内，且与转化管(3)平行。

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