CN205616570U - 一种外置联箱式水冷可控变换反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种外置联箱式水冷可控变换反应器，反应器承压外筒体内部设置水冷管束、分布筒、集气筒，承压外筒体两端分别设置上外置联箱、下外置联箱，水冷管束通过上、下外置联箱互通。原料气通过工艺气进口进入筒体，经外分布筒进入催化剂床层进行CO变换，与水冷管束内的低温流体进行可控式换热，反应换热后的变换气通过内集气筒、出口中心管离开反应器。本实用新型采用外置联箱结构，能单独对水冷管束进行检查和维修，提高了变换系统核心反应器的安全性、可维护性。

Description

一种外置联箱式水冷可控变换反应器

技术领域

本实用新型涉及一种外置联箱式水冷可控变换反应器，即一种宽温区CO变换反应器温度有效控制及余热回收的新结构，该结构充分考虑了温区宽、变温快、汽量大等苛刻工况下，如何在控制好温度的同时又能便于事故的检查及维修的新结构，提高了变换系统核心设备的安全可靠性。

背景技术

在天然气、油品或煤等原料制备合成气的过程中，均需要通过CO变换反应来控制合成气中碳氢比(CO/H₂摩尔比)，反应方程式如下:

该反应的特点是放热大，极易飞温，如无移热控制，温度最高可达600℃；温区宽，在使用Co-Mo催化剂时其反应温区为200-500℃；变温快，即变换工艺参数变化大而快，引起温度的快速变化。因此，近年来随着新技术的发展，开始使用水冷管移热的控温变换反应器，这类反应器的形式主要有：圆管联箱式水冷管反应器(见图1A)、双层管板联箱水冷管反应器(见图1B)，球形联箱式水冷管反应器(见图1C)和上下管板式联箱水冷管反应器(见图1D),这四类反应器的共同点是均将联箱和水管全部放在反应器内部与催化剂床相联为一体，即所谓内置联箱结构。其优点为结构相对简单符合传统思维，但最大缺点是在苛刻的变换反应条件下，水管和联箱发生问题时，如水管破裂、联箱焊口开裂泄漏、内部清理和检查等等，难以打开联箱查找问题、进行检修等，这一共性的缺点都加大了这类反应器的使用风险，因此联箱的结构形式是这类反应器设计的最重要的技术难题。

发明内容

为克服现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种外置联箱式水冷可控变换反应器。

本实用新型采取的技术方案是：一种外置联箱式水冷可控变换反应器，其包括外筒体、位于所述外筒体两端的上外置联箱和下外置联箱、位于所述外筒体内部的催化剂床层和水冷管束，所述催化剂床层包括丝网、外分布筒和内集气筒，所述外分布筒的外壁和外筒体的内壁之间留有供工艺气通过的间隙，所述内集气筒的上端口位于外筒体内部，内集气筒的下端口作为工艺出气口延伸至外筒体外部，所述水冷管束的上端口与所述上外置联箱相互连通，水冷管束的下端口与所述下外置联箱相互连通。

优选的，所述的上外置联箱或下外置联箱包括管板、联箱盖、密封螺栓和冷却水进口/水汽出口，水冷管束的端口焊接在所述管板上，所述联箱盖与管板之间通过所述密封螺栓可拆卸连接。

优选的，所述上外置联箱和下外置联箱的数量均为2-8个，上外置联箱分布在外筒体的上端四周，下外置联箱分布在外筒体的下端四周，上外置联箱和下外置联箱两两相互对应设置。

优选的，所述上外置联箱的数量为1个，下外置联箱的数量为2-8个，上外置联箱设置在外筒体的顶端中心处，下外置联箱分布在外筒体的下端四周。

优选的，所述上外置联箱的数量为2-8个，下外置联箱的数量为1个，上外置联箱分布在外筒体的上端四周，下外置联箱设置在外筒体的底端中心处，所述内集气筒的下端口穿过所述下外置联箱。

优选的，所述上外置联箱和下外置联箱的数量均为1个，上外置联箱设置在外筒体的上端中心处，下外置联箱设置在外筒体的底端中心处，所述内集气筒的下端口穿过所述下外置联箱。

优选的，所述外筒体的上端设有上人孔，外筒体的下端设有下人孔和自卸口。

本实用新型的有益效果是：由于采用外置联箱结构，制造了最好的焊接条件，并能单独对管箱进行检查和维修，提高了放热强、温区宽、变温快、控温难的变换系统核心反应器的安全性、可维护性。该反应器无论针对高、低温度的CO变换反应都具有适用性，对于类似的其他催化反应，本反应器也适用。

附图说明

图1A是圆管联箱式水冷管反应器的结构示意图。

图1B是双层管板联箱水冷管反应器的结构示意图。

图1C是球形联箱式水冷管反应器的结构示意图。

图1D是上下管板式联箱水管反应器的结构示意图。

图2是本实用新型的整体结构示意图。

图3是外置联箱的结构示意图。

图4A是实施例二的结构示意图。

图4B是实施例三的结构示意图。

图4C是实施例四的结构示意图。

图4D是实施例五的结构示意图。

图中：1-工艺气入口，2-上人孔，3-内集气筒，4-丝网，5-外筒体，6-外分布筒，7-催化剂床层，8-下人孔，9-自卸口，10-工艺气出口，11-冷却水入口，12-下外置联箱，13-水冷管束，14-上外置联箱，15-水汽出口，16-管板，17-密封螺栓，18-联箱盖。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例一。

如图2所示，一种外置联箱式水冷可控变换反应器，其特征在于：包括外筒体5、位于所述外筒体5两端的上外置联箱14和下外置联箱12、位于所述外筒体5内部的催化剂床层7和水冷管束13，所述催化剂床层7包括丝网4、外分布筒6和内集气筒3，所述外分布筒6的外壁和外筒体5的内壁之间留有供工艺气通过的间隙，所述内集气筒3的上端口位于外筒体5内部，内集气筒3的下端口作为工艺出气口10延伸至外筒体5外部，所述水冷管束13的上端口与所述上外置联箱14相互连通，水冷管束13的下端口与所述下外置联箱12相互连通。

如图3所示，所述的上外置联箱14或下外置联箱12包括管板16、联箱盖18、密封螺栓17和冷却水进口11/水汽出口15，所述水冷管束13焊接在管板16与上，所述联箱盖18与管板16之间通过所述密封螺栓17可拆卸连接。

本实用新型的工作过程为：原料气由工艺气入口1进入反应器内，经外分布筒6均匀分布后径向进入催化剂床层7发生变换反应，与水冷管束13中的低温流体进行可控式换热，反应气由内集气筒3汇集于中心管并经工艺气出口10出反应器；而冷却水则由冷却水入口11经下外置联箱12分布到水冷管束13，冷却水在水冷管内上升过程中与催化剂床层7工艺气换热，移走反应热，吸热后汽水混合物汇集于上外置联箱14，经水汽出口15送至汽包。

实施例二。

如图4A所示，在实施例一的基础上，所述上外置联箱14和下外置联箱12的数量均为2-8个，上外置联箱14分布在外筒体5的上端四周，下外置联箱12分布在外筒体5的下端四周，上外置联箱14和下外置联箱12两两相互对应设置。

实施例三。

如图4B所示，在实施例一的基础上，所述上外置联箱14的数量为1个，下外置联箱12的数量为2-8个，上外置联箱14设置在外筒体5的顶端中心处，下外置联箱12分布在外筒体5的下端四周。

实施例四。

如图4C所示，在实施例一的基础上，所述上外置联箱14的数量为2-8个，下外置联箱12的数量为1个，上外置联箱14分布在外筒体5的上端四周，下外置联箱12设置在外筒体5的底端中心处，所述内集气筒3的下端口穿过所述下外置联箱12。

实施例五。

如图4D所示，在实施例一的基础上，所述上外置联箱14和下外置联箱12的数量均为1个，上外置联箱14设置在外筒体5的上端中心处，下外置联箱12设置在外筒体5的底端中心处，所述内集气筒3的下端口穿过所述下外置联箱12。

实施例六。

高CO变换反应：

来自煤气化装置的粗煤气经净化、加压后作为原料气送至变换装置，该实施例中原料气的组成(mol，干基)：H₂:24.95％、CO:65.14％、CO₂:9.7％、其余为甲烷、氮气、硫化氢、有机硫、等等，汽气比(原料气中水与干基气体摩尔量之比)：0.835，温度240℃，压力4.0MPa，经外置联箱式水冷可控变换反应器后出口气中CO浓度降至4.0～6.5％(mol，干基)。

该外置联箱式水冷可控变换反应器是利于催化剂床层中水冷管束13移走反应热，使催化剂床层的温度控制在270～400℃，管内采用水移热，因此完全能实现在不同工况下温度的稳定控制，彻底解决催化剂床层飞温的情况，同时副产2.5～4.0MPa的中压蒸汽。

该外置联箱式水冷可控变换反应器合理布置水冷管束，使催化剂床层存在合理的高温区(300～380℃)，提高反应速度；同时提高有机硫的转化率到90％以上，降低脱硫装置的难度。

该外置联箱式水冷可控变换反应器采用径向流结构，反应器阻力低至0.05MPa，系统阻力低至0.15MPa；采用鱼鳞板式分布器，气体分布均匀，催化剂利用率高。

该外置联箱式水冷可控变换反应器通过汽包蒸汽压力控制催化剂床层温度，操作简单，容易控制。该外置联箱式水冷可控变换反应器开车通过泵或喷射器推动热水循环以提高催化剂床层温度至220℃以上，可以实现生产的无缝对接，接气开车时间间隔近为零。

实施例七。

低CO变换反应：

与实施例六不同的是该实施例进口原料气浓度较低，该实施例中原料气的组成(mol，干基)：H₂:51.52％、CO:5.5％、CO₂:41.10％、其余为甲烷、氮气、硫化氢、等等，汽气比0.348，温度200℃，压力4.0MPa，经变换反应后CO浓度降至0.50％(mol，干基)以下。

该外置联箱式水冷可控变换反应器化学反应近似于平衡，床层温度降至约200℃，大大减少补充中高压蒸汽量，减少了后续热量回收装置的负荷，降低了运行能耗；同时回收反应热量，副产0.5～1.0MPa饱和蒸汽。

该外置联箱式水冷可控变换反应器采用径向流结构，反应器阻力低至0.05MPa；采用鱼鳞板式分布器，气体分布均匀，催化剂利用率高。

该外置联箱式水冷可控变换反应器集反应和热量回收于一体，变换装置设备少，回收热量大部分在反应器内完成，有效减少了露点腐蚀，降低了设备运行维护费用。

该外置联箱式水冷可控变换反应器通过汽包蒸汽压力控制催化剂床层温度，操作简单，容易控制。该外置联箱式水冷可控变换反应器开车通过泵或喷射器推动热水循环以提高催化剂床层温度至200℃以上，可以实现生产的无缝对接，接气开车时间间隔近为零。

作为上述实施例的优选，本实用新型的外筒体5的上端设有上人孔2，外筒体5的下端设有下人孔8和自卸口9。

Claims (7)

1.一种外置联箱式水冷可控变换反应器，其特征在于：包括外筒体(5)、位于所述外筒体(5)两端的上外置联箱(14)和下外置联箱(12)、位于所述外筒体(5)内部的催化剂床层(7)和水冷管束(13)，所述催化剂床层(7)包括丝网(4)、外分布筒(6)和内集气筒(3)，所述外分布筒(6)的外壁和外筒体(5)的内壁之间留有供工艺气通过的间隙，所述内集气筒(3)的上端口位于外筒体(5)内部，内集气筒(3)的下端口作为工艺出气口(10)延伸至外筒体(5)外部，所述水冷管束(13)的上端口与所述上外置联箱(14)相互连通，水冷管束(13)的下端口与所述下外置联箱(12)相互连通。

2.根据权利要求1所述的外置联箱式水冷可控变换反应器，其特征在于：所述的上外置联箱(14)或下外置联箱(12)包括管板(16)、联箱盖(18)、密封螺栓(17)和冷却水进口(11)/水汽出口(15)，水冷管束(13)焊接在所述管板(16)上，所述联箱盖(18)与管板(16)之间通过所述密封螺栓(17)可拆卸连接。

3.根据权利要求1或2所述的外置联箱式水冷可控变换反应器，其特征在于：所述上外置联箱(14)和下外置联箱(12)的数量均为2-8个，上外置联箱(14)分布在外筒体(5)的上端四周，下外置联箱(12)分布在外筒体(5)的下端四周，上外置联箱(14)和下外置联箱(12)两两相互对应设置。

4.根据权利要求1或2所述的外置联箱式水冷可控变换反应器，其特征在于：所述上外置联箱(14)的数量为1个，下外置联箱(12)的数量为2-8个，上外置联箱(14)设置在外筒体(5)的顶端中心处，下外置联箱(12)分布在外筒体(5)的下端四周。

5.根据权利要求1或2所述的外置联箱式水冷可控变换反应器，其特征在于：所述上外置联箱(14)的数量为2-8个，下外置联箱(12)的数量为1个，上外置联箱(14)分布在外筒体(5)的上端四周，下外置联箱(12)设置在外筒体(5)的底端中心处，所述内集气筒(3)的下端口穿过所述下外置联箱(12)。

6.根据权利要求1或2所述的外置联箱式水冷可控变换反应器，其特征在于：所述上外置联箱(14)和下外置联箱(12)的数量均为1个，上外置联箱(14)设置在外筒体(5)的顶端中心处，下外置联箱(12)设置在外筒体(5)的底端中心处，所述内集气筒(3)的下端口穿过所述下外置联箱(12)。

7.根据权利要求1所述的外置联箱式水冷可控变换反应器，其特征在于：所述外筒体(5)的上端设有上人孔(2)，外筒体(5)的下端设有下人孔(8)和自卸口(9)。