CN212942846U - 一种转化管 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于烃类蒸汽重整制氢技术领域，公开了一种转化管，包括：管体，顶部具有原料气入口和转化气出口；催化剂床层，置于管体内，催化剂床层将管体内部分隔为上腔和下腔；原料气入口和转化气出口均位于上腔；芯管，贯穿催化剂床层，且芯管的两端分别伸入上腔和下腔；热交换器，置于上腔内，热交换器的上端分别具有原料气换热进口和转化气换热出口，热交换器的下端分别具有原料气换热出口和转化气换热进口；原料气换热进口与原料气入口连通，原料气换热出口与芯管的上端连通；转化气换热进口与上腔连通；转化气换热出口与转化气出口连通；弹性元件，置于热交换器和催化剂床层之间，且上下两端分别抵靠至热交换器底端和催化剂床层顶端。

Description

一种转化管

技术领域

本实用新型属于烃类蒸汽重整制氢技术领域，具体涉及一种转化管。

背景技术

现有技术中，原料气的加热和转化气的冷却降温均在转化管外进行，导致大量换热组件外置且为高温设备，未能有效利用高温物体的辐射传热能力，高温换热组件外置还需要很厚的保温层用于降低热损失，增加了系统占地。整个高温转化系统的投资高，热损失大。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本实用新型目的在于提供一种转化管。

本实用新型所采用的技术方案为：

一种转化管，包括：

管体，顶部具有原料气入口和转化气出口；

催化剂床层，置于管体内，催化剂床层将管体内部分隔为上腔和下腔；原料气入口和转化气出口均位于上腔；

芯管，贯穿催化剂床层，且芯管的两端分别伸入上腔和下腔；

热交换器，置于上腔内，热交换器的上端分别具有原料气换热进口和转化气换热出口，热交换器的下端分别具有原料气换热出口和转化气换热进口；原料气换热进口与原料气入口连通，原料气换热出口与芯管的上端连通；转化气换热进口与上腔连通；转化气换热出口与转化气出口连通；

弹性元件，置于热交换器和催化剂床层之间，且上下两端分别抵靠至热交换器底端和催化剂床层顶端。

作为所述转化管的进一步可选方案，所述热交换器包括：

外壳，置于上腔内，外壳上端分别具有所述原料气换热进口和所述转化气换热出口，外壳下端分别具有所述原料气换热出口和所述转化气换热进口；

换热管，设置有多个，且均沿竖向设置；多个换热管的两端均分别至少延伸至外壳的内壁，且每个换热管的上端开口均与转化气换热出口连通；每个换热管的下端开口均与转化气换热进口连通。

作为所述转化管的进一步可选方案，所述热交换器还包括均分别置于外壳内的多个折流板一和多个折流板二；多个折流板一和多个折流板二沿引流管的长度方向依次交错间隔排布，将外壳内部分隔为波纹管状的原料气换热流道。

作为所述转化管的进一步可选方案，所述热交换器还包括：

引流管，被多个换热管包围，引流管的两端均伸至外壳外，且引流管的两端分别与原料气入口连通和与芯管的上端连通，位于外壳内的引流管分别开设有两组导流孔，两组导流孔分别为所述原料气换热进口和所述原料气换热出口；

隔板，位于两组导流孔之间，隔板将引流管分隔为进气段和出气段。

作为所述转化管的进一步可选方案，所述出气段与所述芯管一体成型。

作为所述转化管的进一步可选方案，所述管体包括：

管本体，中空且顶端开口；

堵头，包括封堵在管本体顶端开口的管帽封头、置于管帽封头内的转化气管、置于转化气管内的原料气管及填充在管帽封头和转化气管之间的隔热层；转化气管及隔热层均延伸至管本体内；转化气管向上伸至管帽封头外，位于管帽封头外的转化气管开设所述转化气出口，转化气管的下端与热交换器的上端之间形成有转化气腔；原料气管与转化气管之间具有转化气通道，原料气管向上延伸至转化气管外，原料气管的顶端开口即为所述原料气入口，原料气管的下端与热交换器的原料气换热进口连通。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型通过设置弹性元件，在芯管受热变形后，弹性元件将催化剂压紧，确保原料气充分反应；

2、本实用新型通过芯管将原料气引入下腔下部，原料气再向上运动进入催化剂床层逐步反应，最终进入热交换器的转化气温度较高，能对热交换器内持续进入的原料气进行预热，极大地提高了装置的热能利用率；

3、本实用新型通过将原料气入口和转化气出口均设置在管体的顶部，与将原料气入口和转化气出口分别设置在管体上下两端相比，能使安装本转化管的转化炉的结构更紧凑，占地面积更小；

4、原料气与转化气在热交换器内进行一次热交换，原料气在芯管内与芯管外的转化气进行二次热交换，极大的降低原料气在转化管(转化炉本体)外的预加热温度以及预加热传热量；同时降低转化气出转化管的温度以及转化气的降温传热量。由于在转化管内进行热交换可以充分利用辐射传热能量，转化管内换热比管外换热具有更高的总传热系数，在相同传热量下对于相似的传热单元结构能降低传热面积，结构更紧凑。此外，内置热交换器后，外部换热组件的换热面积，设备尺寸可大大缩小，保温需求也更小。

附图说明

图1是本实用新型的转化管的结构示意图。

图2是图1所示的转化管中热交换器的结构示意图。

图3是图1所示的转化管中折流板一的结构示意图。

图4是图1所示的转化管中折流板二的结构示意图。

图5是图1所示的转化管中堵头的结构示意图。

图中：1-管体；11-管本体；12-堵头；121-管帽封头；122-转化气管；1221-锥管；123-原料气管；124-隔热层；125-套筒；13-原料气入口；14-转化气出口；15-转化气腔；2-催化剂床层；21-压盘；22-催化剂；23-支撑板；3-芯管；4-热交换器；41-外壳；411-筒体；412-管板；42-引流管；421-进气段；422-出气段；423-导流孔；43-隔板；44-换热管；45-折流板一；451-引流管孔；46-折流板二；461-中心孔；47换热管孔；5-弹性元件。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图和实施例或现有技术的描述对本实用新型作简单地介绍，显而易见地，下面关于附图结构的描述仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

以下将参照附图，通过实施例方式详细地描述本实用新型提供的技术方案。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。

在一些例子中，由于一些实施方式属于现有或常规技术，因此并没有描述或没有详细的描述。

此外，本文中记载的技术特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，还可以在一个或多个实施例中以任意合适的方式组合。对于本领域的技术人员来说，易于理解与本文提供的实施例有关的方法的步骤或操作顺序还可以改变。附图和实施例中的任何顺序仅仅用于说明用途，并不暗示要求按照一定的顺序，除非明确说明要求按照某一顺序。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，在合理情况下(不构成自相矛盾的情况下)，均包括直接和间接连接(联接)。

如图1至5所示，本实施例的转化管，包括：

管体1，顶部具有原料气入口13和转化气出口14；

催化剂床层2，置于管体1内，催化剂床层2将管体1内部分隔为上腔和下腔；原料气入口13和转化气出口14均位于上腔；

芯管3，贯穿催化剂床层2，且芯管3的两端分别伸入上腔和下腔；

热交换器4，置于上腔内，热交换器4的上端分别具有原料气换热进口和转化气换热出口，热交换器4的下端分别具有原料气换热出口和转化气换热进口；原料气换热进口与原料气入口13连通，原料气换热出口与芯管3的上端连通；转化气换热进口与上腔连通；转化气换热出口与转化气出口14连通；

弹性元件5，置于热交换器4和催化剂床层2之间，且上下两端分别抵靠至热交换器4底端和催化剂床层2顶端。

催化剂床层2即为催化剂载体，其中填充的催化剂22即为促使原料气进行转化反应的催化剂22，可采用本领域现有的催化剂床层结构。本实施例中，催化剂床层2可包括从上至下依次设置的压盘21和支撑板23，支撑板23焊接于管体1内壁，支撑板23上表面、管体1内壁和压盘21下表面围成一个催化剂腔，催化剂腔内填充有催化剂22。需要说明的是，支撑板23和压盘21均开设有供转化气通过的通孔。工作时，芯管3受热变形，使催化剂腔内的催化剂22松散，弹性元件5释放弹力通过压盘21将催化剂腔内的催化剂22压紧，确保原料气充分反应。

弹性元件5可以是弹簧、弹片等具有弹性的零部件。本实施例中，弹性元件5采用圆柱螺旋压缩弹簧，圆柱螺旋压缩弹簧的上下两端分别抵至热交换器4的外壳41的下端和压盘21的上端。

热交换器4可以采用缩小现有结构相关尺寸的方式实现，例如，可在一壳体内安装至少一个盘管，每个盘管的两端分别为转化气换热进口和转化气换热出口，在壳体上分别开设原料气换热进口和原料气换热出口；也可以是盘管的两端分别为原料气换热进口和原料气换热出口，相应地，在壳体上分别开设转化气换热进口和转化气换热出口。

在本实施例中，热交换器4可包括：

外壳41，置于上腔内，外壳41上端分别具有所述原料气换热进口和所述转化气换热出口，外壳41下端分别具有所述原料气换热出口和所述转化气换热进口；

换热管44，设置有多个，且均沿竖向设置；多个换热管44的两端均分别至少延伸至外壳41的内壁，且每个换热管44的上端开口均与转化气换热出口连通；每个换热管44的下端开口均与转化气换热进口连通。

每个换热管44的两端均至少延伸至外壳41的内壁，可确保转化气仅能进入换热管44内，而不能进入外壳41内，避免转化气与原料气混料。在本实施例中，每个换热管44的两端均可伸至外壳41外，则每个换热管44的上端开口为所述转化气换热出口，每个换热管44的下端开口为转化气换热进口。

可在外壳41的上端和下端均直接开孔，分别形成原料气换热进口和原料气换热出口。在本实施例中，所述热交换器4还可包括：

引流管42，被多个换热管44包围，引流管42的两端均伸至外壳41外，且引流管42的两端分别与原料气入口13连通和与芯管3的上端连通，位于外壳41内的引流管42分别开设有两组导流孔423，两组导流孔423分别为所述原料气换热进口和所述原料气换热出口；

隔板43，位于两组导流孔423之间，隔板43将引流管42分隔为进气段421和出气段422。

本实施例中的外壳41可包括筒体411及分别封盖在筒体411两端开口的两个管板412，两个管板412均可与筒体411焊接。引流管42可分别与两个管板412焊接连接，实现引流管42和外壳41的连接和密封。

通过开设导流孔423改变原料气的流向，延长原料气到达原料气换热出口的时间，实现良好的换热。每组导流孔423均至少包括一个导流孔423，每个导流孔423均可沿水平方向开设，也可沿相对水平方向倾斜的方向开设。在本实施例中，每组导流孔423均包括三个导流孔423，且每个导流孔423均沿引流管42的径向开设并贯穿引流管42，以使引流管42内的原料气进入外壳41内部，并使外壳41内部的完成换热的原料气进入引流管42。

可以将隔板43置于引流管42内，也可以是隔板43将引流管42一分为二；在本实施例中，引流管42包括进气段421和出气段422，进气段421和出气段422相对的一端均焊接至隔板43，两组导流孔423分别开设在位于外壳41内的进气段421和位于外壳41内的出气段422，在本实施例中，出气段422可与所述芯管3一体成型。

本实施例中，热交换器4还可包括均分别置于外壳41内的多个折流板一45和多个折流板二46；多个折流板一45和多个折流板二46沿引流管42的长度方向依次交错间隔排布，将外壳41内部分隔为波纹管状的原料气换热流道。通过设置波纹管状的原料气换热流道，极大地延长了原料气在外壳41内的路程，进而延长换热时间，使原料气换热更充分。每个折流板一45和每个折流板二46均开设有多个分别与多个换热管44适配的换热管孔47，每个折流板一45均开设有与引流管42适配的引流管孔451，折流板一45的外边缘与外壳41的内壁之间具有原料气通过的间隙；每个折流板二46的外边缘均延伸至外壳41的内壁，每个折流板二46均开设有中心孔461，中心孔461的孔壁与引流管42之间具有原料气通过的间隙，这样原料气仅能通过折流板一45的外边缘与外壳41的内壁之间的间隙和中心孔461的孔壁与引流管42之间的间隙流过，形成波纹管状的路径，如图2的直箭头所示。

本实施例中，管体1可包括：

管本体11，中空且顶端开口；

堵头12，包括封堵在管本体11顶端开口的管帽封头121、置于管帽封头121内的转化气管122、置于转化气管122内的原料气管123及填充在管帽封头121和转化气管122之间的隔热层124；转化气管122及隔热层124均延伸至管本体11内；转化气管122向上伸至管帽封头121外，位于管帽封头121外的转化气管122开设所述转化气出口14，转化气管122的下端与热交换器4的上端之间形成有转化气腔15；原料气管123与转化气管122之间具有转化气通道，原料气管123向上延伸至转化气管122外，原料气管123的顶端开口即为所述原料气入口13，原料气管123的下端与热交换器4的原料气换热进口连通。

通过设置隔热层124，能避免经过热交换的转化气流出转化管时被重新加热。隔热层124可采用现有的隔热材料填充而成，例如，隔热层124可采用陶瓷纤维棉填充而成。

完成换热的转化气经转化气腔15进入转化气管122，再经转化气出口14排出转化管。本实施例中，伸至管本体11内的隔热层124外可套接套筒125，套筒125的下端延伸至热交换器4的外壳41顶端，并与外壳41顶端焊接；转化气管122的下端为锥管1221，锥管1221的下边沿焊接至套筒125的内壁，锥管1221内壁、套筒125内壁及外壳41的顶壁围成所述转化气腔15。

本实施例中，原料气管123与热交换器4的引流管42可一体成型。

本实施例中，管帽封头121与管本体11可采用现有的法兰连接方式进行密封固定连接。

本实用新型不局限于上述可选实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本实用新型权利要求界定范围内的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种转化管，其特征在于，包括：

管体，顶部具有原料气入口和转化气出口；

催化剂床层，置于管体内，催化剂床层将管体内部分隔为上腔和下腔；原料气入口和转化气出口均位于上腔；

芯管，贯穿催化剂床层，且芯管的两端分别伸入上腔和下腔；

热交换器，置于上腔内，热交换器的上端分别具有原料气换热进口和转化气换热出口，热交换器的下端分别具有原料气换热出口和转化气换热进口；原料气换热进口与原料气入口连通，原料气换热出口与芯管的上端连通；转化气换热进口与上腔连通；转化气换热出口与转化气出口连通；

弹性元件，置于热交换器和催化剂床层之间，且上下两端分别抵靠至热交换器底端和催化剂床层顶端。

2.根据权利要求1所述的转化管，其特征在于，所述热交换器包括：

外壳，置于上腔内，外壳上端分别具有所述原料气换热进口和所述转化气换热出口，外壳下端分别具有所述原料气换热出口和所述转化气换热进口；

换热管，设置有多个，且均沿竖向设置；多个换热管的两端均分别至少延伸至外壳的内壁，且每个换热管的上端开口均与转化气换热出口连通；每个换热管的下端开口均与转化气换热进口连通。

3.根据权利要求2所述的转化管，其特征在于，所述热交换器还包括均分别置于外壳内的多个折流板一和多个折流板二；多个折流板一和多个折流板二沿引流管的长度方向依次交错间隔排布，将外壳内部分隔为波纹管状的原料气换热流道。

4.根据权利要求3所述的转化管，其特征在于，所述热交换器还包括：

引流管，被多个换热管包围，引流管的两端均伸至外壳外，且引流管的两端分别与原料气入口连通和与芯管的上端连通，位于外壳内的引流管分别开设有两组导流孔，两组导流孔分别为所述原料气换热进口和所述原料气换热出口；

隔板，位于两组导流孔之间，隔板将引流管分隔为进气段和出气段。

5.根据权利要求4所述的转化管，其特征在于，所述出气段与所述芯管一体成型。

6.根据权利要求1所述的转化管，其特征在于，所述管体包括：

管本体，中空且顶端开口；

堵头，包括封堵在管本体顶端开口的管帽封头、置于管帽封头内的转化气管、置于转化气管内的原料气管及填充在管帽封头和转化气管之间的隔热层；转化气管及隔热层均延伸至管本体内；转化气管向上伸至管帽封头外，位于管帽封头外的转化气管开设所述转化气出口，转化气管的下端与热交换器的上端之间形成有转化气腔；原料气管与转化气管之间具有转化气通道，原料气管向上延伸至转化气管外，原料气管的顶端开口即为所述原料气入口，原料气管的下端与热交换器的原料气换热进口连通。

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