CN208810012U - 一种环形管可控移热式径向等温反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种环形管可控移热式径向等温反应器，涉及化工设备领域，技术方案为，壳体设置工艺气进口与工艺气出口，壳体中部为催化剂床层，壳体内设置换热管组，换热管组包括沿壳体的轴向竖直设置的若干立管，及设置在催化剂床层上下方的水平管组，上下两个水平管组分别连接所有立杆的上下两端。本实用新型的有益效果是：延长了催化剂寿命，增加了变换装置运行稳定性。针对粉煤气化原料气CO变换反应的特点，使用脱氧水作为取热介质，通过换热管及时移出反应热而控制催化剂床层温度，利用变换反应自身的反应热产生饱和蒸汽。该取热流程不仅利用了大量的反应热、减少工程投资，而且还可以解决变换炉温度分布不均的问题。

Description

一种环形管可控移热式径向等温反应器

技术领域

本实用新型涉及化工设备领域，特别涉及一种环形管可控移热式径向等温反应器。

背景技术

粉煤气化有效气量（CO+H2）比水煤浆气化多10-12%，氧耗量低15-25%，因此，国内众多厂家引进了粉煤气化技术。然而，粉煤气化合成气中一氧化碳含量较高（HT-L粗合成气中CO含量高达65%以上，而GE水煤浆气化炉粗合成气中CO含量为45%左右），如果采用与水煤浆气化CO变换单元相同的水气比，相同变换率条件下，因为一氧化碳含量高，反应推动力大，势必造成变换炉超温，影响CO耐硫变换催化剂的使用寿命和变换单元安全运行。

因此，国内很多厂家对CO变换反应器进行了多次的改造以解决其超温问题，包括反应器由全轴向改为全径向，催化剂分层装填，床层之间采取间接换热或用水冷激。但催化剂床层仍为绝热反应，所以这种间接换热回收系统仍存在催化剂超温及变换伴有甲烷化等副反应等缺陷，变换炉超温会使耐硫变换催化剂失活，大大缩短其使用寿命。此外，这种变换炉在不卸催化剂的前提下难以实现对水路泄漏点进行检修。

实用新型内容

为了实现上述实用新型目的，针对上述技术问题，本实用新型提供一种环形管可控移热式径向等温反应器。

其技术方案为，一种环形管可控移热式径向等温反应器，包括竖直设置的壳体，壳体顶端设置工艺气进口，下端设置工艺气出口，所述壳体中部为催化剂床层，所述壳体内设置换热管组，所述换热管组包括沿壳体的轴向竖直埋放于催化剂床层的若干立管，及设置在所述催化剂床层上下方的水平管组，上下两个所述水平管组分别连接所有立杆的上下两端；

位于上方的所述水平管组连通蒸汽管的一端，蒸汽管的另一端延伸至所述壳体的外部，且预留蒸汽出口；位于下方的所述水平管组连通热水管的一端，热水管的另一端延伸至所述壳体的外部，且预留热水进口；

所述水平管组包括水平设置的横管及若干个环形管道，所有所述环形管道均位于同一水平面上、以所述壳体的中轴为轴线同轴设置，且所述环形管道的直径、沿所述壳体的径向由内向外逐渐扩大；各个所述环形管道之间通过所述横管连通。

优选为，沿所述壳体的壳壁内侧设置内壳，所述内壳与壳体的内侧面之间留有空隙，内壳和壳体之间的空隙下端封闭，顶端开放。所述工艺气进口与所述内壳与壳体的内侧面之间空隙的空间连通；

所述内壳的壳壁上分布设置通气孔；

所述壳体的中轴处设置集气管，所述集气管顶部封闭，所述集气管的底部与工艺气出口与连通；集气管的管壁上分布设置进气孔。

优选为，每个所述水平管组中的所述横管对称设置有两根，两根所述横管的轴线位于所述环形管道的同一条直径上；两根所述横管的两端分别连接最内圈的和最外圈的所述环形管道。

优选为，所述横管的下部开设通孔，通过该通孔与所述热水管连通。

优选为，所述热水管、蒸汽管均对称设置两根，且两根所述热水管、蒸汽管分别其对应的所述横管连通。

优选为，所述水平管组的若干个所述环形管道组成的环形阵列中，所述热水管、蒸汽管分别与所述该阵列中位于中部的所述环形管道连通。

且位于中部的所述环形管道的内径略大于其周侧的所述环形管道的内径。

优选为，所述壳体上预留有人孔及催化剂卸料口。

优选为，所述人孔设置有两个，分布位于所述壳体的上部和下部。

优选为，所述壳体上还设置有温度计口。

优选为，上下两个所述水平管组分别位于所述催化剂床层的上方和下方。

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：延长了此类变换炉工况下催化剂寿命，增加了变换装置运行稳定性。针对粉煤气化原料气CO变换反应的特点，使用脱氧水作为取热介质，通过换热管及时移出反应热而控制催化剂床层温度，利用变换反应自身的反应热产生饱和蒸汽。该取热流程不仅利用了大量的反应热，减少工程投资，节省装置占地，而且解决现有绝热变换反应器易超温及催化剂难自卸的问题。

附图说明

图1为本实用新型实施例的整体结构示意图。

图2为图1的A-A剖面图。

其中，附图标记为：1、壳体；11、内壳；2、工艺气进口；3、工艺气出口；4、集气管；5、换热管组；501、立管；502、水平管组；503、蒸汽管；504、热水管；505、环形管道；506、横管；6、人孔；7、催化剂卸料口；8、温度计口。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。当然，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型创造中的具体含义。

实施例1

参见图1，本实用新型提供一种环形管可控移热式径向等温反应器，包括竖直设置的壳体1，壳体1顶端设置工艺气进口2，下端设置工艺气出口3，壳体1中部为催化剂床层，壳体1内设置换热管组5，换热管组包括沿壳体1的轴向竖直设置的若干立管501，及设置在催化剂床层上下方的水平管组502，上下两个水平管组502分别连接所有立管501的上下两端；

位于上方的水平管组502连通蒸汽管503的一端，蒸汽管503的另一端延伸至壳体1的外部，且预留蒸汽出口；位于下方的水平管组502连通热水管504的一端，热水管504的另一端延伸至壳体1的外部，且预留热水进口；

沿壳体1的壳壁内侧设置内壳11，内壳11与壳体1的内侧面之间留有空隙，内壳11和壳体1之间的空隙下端封闭，顶端开放。工艺气进口2与内壳11与壳体1的内侧面之间空隙的空间连通；

内壳11的壳壁上分布设置通气孔；

壳体1的中轴处设置集气管4，集气管4顶部封闭，集气管4的底部与工艺气出口3与连通；集气管4的管壁上分布设置进气孔。

实施例2

在实施例1的基础上，水平管组502包括水平设置的横管506及若干个环形管道505，所有环形管道505均位于同一水平面上、以壳体1的中轴为轴线同轴设置，且环形管道505的直径、沿壳体1的径向由内向外逐渐扩大；各个环形管道505之间通过横管506连通。

每个水平管组502中的横管506对称设置有两根，两根横管506的轴线位于环形管道505的同一条直径上；两根横管506的两端分别连接最内圈的和最外圈的环形管道505。

横管506的下部开设通孔，通过该通孔与热水管504连通。

热水管504、蒸汽管503均对称设置两根，且两根热水管504、蒸汽管503分别其对应的横管506连通。

水平管组502的若干个环形管道505组成的环形阵列中，热水管504、蒸汽管503分别与该阵列中位于中部的环形管道505连通。

且位于中部的环形管道505的内径略大于其周侧的环形管道505的内径。

壳体1上预留有人孔6及催化剂卸料口7。

人孔6设置有两个，分布位于壳体1的上部和下部。

壳体1上还设置有温度计口8。

上下两个水平管组502分别位于所述催化剂床层的上方和下方。

本实用新型通过在变换炉壳体1内的催化剂床层埋放N根轴向换热用的立管501（立管501尺寸需根据变换炉具体规定）。立管501通过变换炉顶部和底部多个环形管道505连接均匀分布在变换炉内，热水由炉体底部热水管504进入底部环形管道505自下而上进入各立管501中。工艺气由炉四周向炉中心径向反应，放出的反应热由立管501中的热水吸收，从而控制催化剂床层的温度。立管501中转化生成的蒸汽在顶部环形管道505中收集后由顶部蒸汽管503排出。自产蒸汽量和催化剂床层温度可以通过调节进水量来调节。进水量的调节不是本方案的技术要点，在此不再赘述。

本方案的原理为，在变换炉的催化剂床层内轴向埋放立管501作为换热管，利用换热管中水转化成蒸汽的相变吸热原理将CO变换反应放出的热量及时移出催化剂床层以控制床层温度。变换炉顶部和底部分别安装一组同平面径向同心圆环形管，即环形管道505，每组环形管道505间用横管506连通，数根立管501通过上下两组换热管组5埋放在催化剂床层内。热水从下封头的热水管504进入下部换热管组5，由环形管道505分散到各立管501中。换热气化产生的饱和蒸汽由上部换热管组5中收集后进入蒸汽管503。工艺气由炉四周向中心运动反应，立管501在炉外圈和里圈分布密度保持一致以达到均匀换热，然而目前市场上的绝大多数等温变换炉内的换热管放置分布不均匀，即外圈稀疏内圈紧密，这样会使换热集中发生在中心集气管附近，而使得变换炉内温度分布不均。立管501连接在上下两组换热管组5可以达到立管501在变换炉内均匀分布的要求，即立管501在外圈环形管道505的圆周面上多放置，而在内圈的环形管道505的圆周面上少放置（具体数量需按照具体变换炉和工艺参数进行计算）。立管501的均匀分布能真正达到等温变换，即变换炉内的温度分布均匀。

本技术方案具有如下优点：

1. 利用反应热产生饱和蒸汽，提高回收热能效率

2. 非绝热反应系统，反应热能够及时移出，催化剂床层温度保持恒定。

3. 催化剂容易装填、自卸非常方便。

4. 可能出现漏水问题的仅仅是位于催化剂床层上的换热筒的连接部分，因此如果有漏水问题，无须卸出反应器内的催化剂。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种环形管可控移热式径向等温反应器，包括竖直设置的壳体（1），壳体（1）顶端设置工艺气进口（2），下端设置工艺气出口（3），所述壳体（1）中部为催化剂床层，其特征在于，所述壳体（1）内设置换热管组（5），所述换热管组包括沿壳体（1）的轴向竖直设置的若干立管（501），及设置在所述催化剂床层上下方的水平管组（502），上下两个所述水平管组（502）分别连接所有立管（501）的上下两端；

位于上方的所述水平管组（502）连通蒸汽管（503）的一端，蒸汽管（503）的另一端延伸至所述壳体（1）的外部，且预留蒸汽出口；位于下方的所述水平管组（502）连通热水管（504）的一端，热水管（504）的另一端延伸至所述壳体（1）的外部，且预留热水进口；

所述水平管组（502）包括水平设置的横管（506）及若干个环形管道（505），所有所述环形管道（505）均位于同一水平面上、以所述壳体（1）的中轴为轴线同轴设置，且所述环形管道（505）的直径、沿所述壳体（1）的径向由内向外逐渐扩大；各个所述环形管道（505）之间通过所述横管（506）连通。

2.根据权利要求1所述的环形管可控移热式径向等温反应器，其特征在于，沿所述壳体（1）的壳壁内侧设置内壳（11），所述内壳（11）与壳体（1）的内侧面之间留有空隙，内壳（11）和壳体（1）之间的空隙下端封闭，顶端开放；所述工艺气进口（2）与所述内壳（11）与壳体（1）的内侧面之间空隙的空间连通；

所述内壳（11）的壳壁上分布设置通气孔；

所述壳体（1）的中轴处设置集气管（4），所述集气管（4）顶部封闭，所述集气管（4）的底部与工艺气出口（3）与连通；集气管（4）的管壁上分布设置进气孔。

3.根据权利要求1所述的环形管可控移热式径向等温反应器，其特征在于，每个所述水平管组（502）中的所述横管（506）对称设置有两根，两根所述横管（506）的轴线位于所述环形管道（505）的同一条直径上；两根所述横管（506）的两端分别连接最内圈的和最外圈的所述环形管道（505）。

4.根据权利要求3所述的环形管可控移热式径向等温反应器，其特征在于，所述横管（506）的下部开设通孔，通过该通孔与所述热水管（504）连通。

5.根据权利要求4所述的环形管可控移热式径向等温反应器，其特征在于，所述热水管（504）、蒸汽管（503）均对称设置两根，且两根所述热水管（504）、蒸汽管（503）分别其对应的所述横管（506）连通。

6.根据权利要求5所述的环形管可控移热式径向等温反应器，其特征在于，所述水平管组（502）的若干个所述环形管道（505）组成的环形阵列中，所述热水管（504）、蒸汽管（503）分别与所述该阵列中位于中部的所述环形管道（505）连通。

7.根据权利要求1-6任一所述的环形管可控移热式径向等温反应器，其特征在于，所述壳体（1）上预留有人孔（6）及催化剂卸料口（7）。

8.根据权利要求7所述的环形管可控移热式径向等温反应器，其特征在于，所述人孔（6）设置有两个，分布位于所述壳体（1）的上部和下部。

9.根据权利要求1-6任一所述的环形管可控移热式径向等温反应器，其特征在于，所述壳体（1）上还设置有温度计口（8）。

10.根据权利要求1-6任一所述的环形管可控移热式径向等温反应器，其特征在于，上下两个所述水平管组（502）分别位于所述催化剂床层的上方和下方。