CN204182370U - 一种径向流动副产蒸汽式等温变换炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及化工技术领域，特别是涉及一种径向流动副产蒸汽式等温变换炉。本实用新型公开了一种径向流动副产蒸汽式等温变换炉，其包含受压炉体、催化剂床层、气体分布筒、气体收集器，其特征在于所述受压炉体上部设有原料气入口和水出口，原料气入口炉体内设有气体分布器；受压炉体下部设有变换气出口和水入口；所述受压炉体内壁与催化剂床层之间设置有气体分布筒；受压炉体轴中心部位设置有气体收集器；所述催化剂床层中设置纵向取热装置，所述纵向取热装置为催化剂床层的上、下部位各设置一环形管箱，两环形管箱之间用多根纵向列管连接，列管穿过催化剂床层，上部环形管箱连接水出口，下部环形管箱连接水入口。本实用新型的优点在于：催化剂反应床层温度可控；反应床层不会出现超温现象；反应床层温度分布均匀；单程反应转化率高，绝热式变换炉一级变换后一氧化碳含量高达10％以上，本实用新型一级变换后一氧化碳含量小于等于3％；对催化剂的温度适用范围要求不高；变换气径向流过催化剂床层的距离短，压降小；副产中压蒸汽；受压壳体金属温度较低，设备造价较低。

Description

一种径向流动副产蒸汽式等温变换炉

技术领域

本实用新型涉及化工技术领域，特别是涉及一种径向流动副产蒸汽式等温变换炉。

背景技术

近年来以煤为原料生产合成油、合成氨、甲醇的煤化工技术得到大力发展，其中CO耐硫变换制备变换气的典型流程的应用尤为普遍。在煤气化配套装置中，一氧化碳变换装置通过变换反应调节气化装置产出粗煤气的氢/碳含量，满足下游产品的需要，其工艺技术的选择，既要结合不同气化工艺产出的粗煤气的特点，也要考虑到后续装置及下游产品的要求。各种气化工艺产出的粗煤气的组成相差较大，即便针对下游同一产品，与不同气化工艺配套的变换工艺技术也不尽相同。变换工艺的选择，除了应适应粗煤气组成及满足产品要求以外，还应考虑安全及节能等问题。安全方面，重点应避免变换炉的超温；节能方面，重点应减少蒸汽用量及有效利用余热。根据目前大中型厂的变换工艺在整个净化工艺中的配置情况来看，变换使用的催化剂和热量回收方式极为关键，它决定了变换工艺的流程配置及工艺的先进性。变换工艺是煤化工工艺中重要的工序，作用是将H₂O和过量的CO转变为H₂和CO₂。根据下游产品所需一氧化碳变换的深度可以不同。制氢、合成氨时要求粗煤气中的CO尽量全部变换为H2，采用完全变换；制甲醇、合成油、羰基产品时只要求变换气中的H2/CO达到一定比例，采用部分变换即可满足合成气的要求。

目前多数变换工艺采用的是绝热式的轴向反应炉型。水煤气从上部进入变换炉内，经过催化剂床层进行反应生成氢气和二氧化碳气同时释放出大量热量，氢气和二氧化碳气及未反应的水煤气等从下部出口进入废热锅炉(或称换热器)进行换热，将高温气体的热量吸收降温后进入第二变换炉再次进行变换反应，依次进行三级或四级反应。

反应床层主要进行的化学反应：

CO+H₂O→H₂+CO₂+Q

绝热式变换炉存在的缺点：

1.变换炉内反应温度不易控制，反应过程中释放的反应热量不能及时撤出，因此会造成催化剂过烧现象，一段变换炉的转化率低；

2.催化剂床层高度较高，合成反应阻力降大，串联的台数越多阻力降越大，能耗就越大，三台串联系统总压降高达0.5～0.8MPa；

3.由于绝热反应的结构特征，导致设备受压壳体的金属温度较高，受压壳体厚度厚，对材料的要求高，设备造价昂贵。

中国发明专利“CO全径向等温变换炉”(CN201210378026.0)公开了一种CO全径向等温变换炉，其包括炉体、设置在所述炉体内的换热管束、气体分布器、气体收集器和上、下管板，其特征在于所述炉体包括可拆卸连接在一起的上段、中段和下段，所述炉体的顶部还设有变换气出口；所述气体收集器的下端连接所述下管板，所述上管板上设有连接孔，所述气体收集器的上端穿过该连接孔可拆卸连接出气管；该出气管的另一端穿过所述的变换气出口并外露于所述炉体；所述上管板的上方密封连接环形上封头，所述下管板密封连接所述炉体并位于所述中段和所述下段之间。其缺点在于：装置的原料气上进，反应后的变换气也是上出，气体流向为U形，阻力大；下部采用大法兰夹持整体管板，材料消耗极大；气体收集管的膨胀节设置于设备内部对膨胀节要求极高，该膨胀节需要承受4MPa以上的外压，只能采用进口膨胀节；设备筒体上设置2对大法兰，存在密封及费用高等缺陷；卸催化剂时，需要将全部内件吊出，耗时耗力。

实用新型内容

本实用新型的目的就是解决上述现有技术出现的问题，提供一种径向流动副产蒸汽式等温变换炉。

为此，本实用新型公开了一种径向流动副产蒸汽式等温变换炉，其包含受压炉体、催化剂床层、气体分布筒、气体收集器，其特征在于所述受压炉体上部设有原料气入口和水出口，原料气入口炉体内设有气体分布器；受压炉体下部设有变换气出口和水入口；所述受压炉体内壁与催化剂床层之间设置有气体分布筒；受压炉体轴中心部位设置有气体收集器；所述催化剂床层中设置纵向取热装置，所述纵向取热装置为催化剂床层的上、下部位各设置一环形管箱，两环形管箱之间用多根纵向列管连接，列管穿过催化剂床层，上部环形管箱连接水出口，下部环形管箱连接水入口。

在一些实施例中，所述出水口处外设置膨胀节，将吸收包括纵向列管、环形管箱等内件因热膨胀产生的轴向位移。

在一些实施例中，所述受压炉体下部设有催化剂卸料口，以便于催化剂的更换。

在一些实施例中，所述受压炉体上部设有检修人孔，以便于设备的日常维护。

在一些实施例中，所述水出口和水入口均为4个，以减少流动阻力、提高取热效率。

在一些实施例中，所述气体分布筒均匀设有气孔，气孔的孔径小于等于6mm。

在一些实施例中，所述气体分布筒上部距气体分布筒顶500mm内不开孔，优选所述气体分布筒距其底部100mm内不开孔，以防催化剂沉降引起反应气回流和短路。

在一些实施例中，所述气体收集器分为上中下三段，各段分布多个气孔，且各段气孔数不同，所述气体收集器距其顶500mm内不开孔，所述气体收集器距其底800mm内不开孔，以防催化剂沉降引起反应气回流和短路。

所述气体收集器、所述气体分布筒和所述环形管箱上设有多个定位块，对应地，所述受压炉体的内壁上设有多个定位板，使炉体和内部系统通过定位块相互定位，以便于安装和拆卸。

本实用新型的优点在于：催化剂反应床层温度可控；反应床层不会出现超温现象；反应床层温度分布均匀；单程反应转化率高，绝热式变换炉一级变换后一氧化碳含量高达10％以上，本实用新型一级变换后一氧化碳含量小于等于3％；对催化剂的温度适用范围要求不高；变换气径向流过催化剂床层的距离短，压降小；副产中压蒸汽；受压壳体金属温度较低，设备造价较低。

附图说明

图1本实用新型一优选实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则所有的百分比和份数均按重量计。

除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本实用新型方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。

如图1所示，一种径向流动副产蒸汽式等温变换炉，其包含受压炉体13、催化剂床层7、气体分布筒6、气体收集器，所述受压炉体上部设有水煤气入口1和水出口3，水煤气入口1炉体内设有气体分布器4；受压炉体下部设有变换气出口12和水入口11；所述受压炉体13内壁与催化剂床层7之间设置有气体分布筒6；受压炉体轴中心部位设置有气体收集器9；所述催化剂床层7中设置纵向取热装置，所述纵向取热装置为催化剂床层7的上、下部位各设置一环形管箱5、10，两环形管箱之间用多根纵向列管8连接，列管8穿过催化剂床层7，上部环形管箱5连接水出口3，下部环形管箱10连接水入口11。

所述出水口3处外设置膨胀节2，将吸收包括纵向列管8、环形管箱5、10等内件因热膨胀产生的轴向位移。

所述受压炉体下部设有催化剂卸料口14，所述受压炉体上部设有检修人孔。所述水出口和水入口均为4个；所述气体分布筒均匀设有气孔，气孔的孔径小于等于6mm；所述气体分布筒上部距气体分布筒顶500mm内不开孔，所述气体分布筒下部距气体分布筒底100mm内不开孔，以防催化剂沉降引起反应气回流和短路。

所述气体收集器分为上中下三段，各段分布多个气孔，且各段气孔数不同，所述部分距气体收集器顶500mm内不开孔，所述部分距气体收集器底800mm内不开孔，以防催化剂沉降引起反应气回流和短路。

水煤气从变换炉上部水煤气入口1经气体分布器4和气体分布筒6分布后径向通过催化剂床层7，反应后变换气经过中心气体收集筒9收集后，从变换炉下部变换气出口12流出。催化剂床层中设置有纵向列管8，锅炉水从下部水入口11进入，通过下部环形管箱10后进入纵向列管8，在此吸收反应热量后从上部环形管箱5经水出口3流出，水出口3处设有膨胀节2，吸收整个内件因热膨胀产生的轴向位移。

经实际应用，本实用新型单程反应转化率高，一级变换后一氧化碳含量小于等于3％；而绝热式变换炉一级变换后一氧化碳含量高达10％以上。

本实用新型原料气上进下出，阻力小；采用设置于设备内部的环形管板及环形管箱材料消耗少；本实用新型膨胀节设置于设备外部，对膨胀节的要求低，采用国产膨胀节；本实用新型无设备大法兰，无密封问题，设备造价低；本实用新型的催化剂卸出口设置于底部封头上，卸催化剂极为方便。

本实用新型的范围不受所述具体实施方案的限制，所述实施方案只作为阐明本实用新型各个方面的单个例子，本实用新型范围内还包括功能等同的方法和组分。实际上，除了本文所述的内容外，本领域技术人员参照上文的描述和附图可以容易地掌握对本实用新型的多种改进。所述改进也落入所附权利要求书的范围之内。上文提及的每篇参考文献皆全文列入本文作为参考。

Claims (10)

1.一种径向流动副产蒸汽式等温变换炉，其包含受压炉体(13)、催化剂床层(7)、气体分布筒(6)、气体收集器(9)，其特征在于所述受压炉体(13)上部设有水煤气入口(1)和水出口(3)，水煤气入口(1)炉体内设有气体分布器(4)；受压炉体(13)下部设有变换气出口(12)和水入口(11)；所述受压炉体(13)内壁与催化剂床层(7)之间设置有气体分布筒(6)；受压炉体轴中心部位设置有气体收集器(9)；所述催化剂床层(7)中设置纵向取热装置，所述纵向取热装置为催化剂床层(7)的上、下部位各设置一环形管箱(5、10)，两环形管箱之间用多根纵向列管(8)连接，列管(8)穿过催化剂床层(7)，上部环形管箱(5)连接水出口(3)，下部环形管箱(10)连接水入口(11)。 

2.根据权利要求1所述的径向流动副产蒸汽式等温变换炉，变其特征在于所述水出口(3)处外设置膨胀节(2)。 

3.根据权利要求1所述的径向流动副产蒸汽式等温变换炉，其特征在于所述受压炉体下部设有催化剂卸料口(14)。 

4.根据权利要求1所述的径向流动副产蒸汽式等温变换炉，其特征在于所述受压炉体上部设有检修人孔。 

5.根据权利要求1所述的径向流动副产蒸汽式等温变换炉，其特征在于所述水出口和水入口均为4个。 

6.根据权利要求1所述的径向流动副产蒸汽式等温变换炉，其特征在于所述气体分布筒均匀设有气孔，气孔的孔径小于等于6mm。 

7.根据权利要求1所述的径向流动副产蒸汽式等温变换炉，其特征在于所述气体分布筒距其顶部500mm内不开孔。 

8.根据权利要求1所述的径向流动副产蒸汽式等温变换炉，其特征在于所述气体分布筒距其底部100mm内不开孔。 

9.根据权利要求1所述的径向流动副产蒸汽式等温变换炉，其特征在于所述气体收集器分为上中下三段，各段分布气孔，且各段气孔数不同。 

10.根据权利要求1所述的径向流动副产蒸汽式等温变换炉，其特征在于所述气体收集器距其顶部500mm内不开孔，所述气体收集器距其底部800mm内不开孔。