CN215655077U - 一种环箱式水移热控温反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种环箱式水移热控温反应器，涉及化工技术领域，包括炉体、外分布器、中心集气管、内取热器、支撑环和顶盖，炉体的顶部设置有变换气入口和热水出口，炉体的底部设置有变换气出口和热水入口，外分布器与炉体之间形成环形间隙，中心集气管设置于外分布器中，中心集气管底端固定于炉体上并与变换气出口连通，内取热器包括上部环形管箱、下部环形管箱和多个换热管，多个换热管均设置于外分布器与中心集气管之间，多个换热管沿外分布器的径向非均匀分布且沿外分布器的周向均匀分布，换热管为弯管，多个换热管之间填充有催化剂。该装置提高了取热效率，催化剂床层温度可控，使得催化剂使用寿命延长，能够实现长周期安全稳定运行。

Description

一种环箱式水移热控温反应器

技术领域

本实用新型涉及化工技术领域，特别是涉及一种环箱式水移热控温反应器。

背景技术

CO变换反应是强放热反应，传统的绝热式反应器，当遇到高浓度CO原料气工艺条件时，因反应放热剧烈，存在超温的风险，为避免超温，需要再专门设置控温手段还需要结合性能优良且与工艺相匹配的催化剂才能实现；随着反应器技术的进步，近几年来，等温或可控移热式反应器随之兴起，这类反应器在内部设置水移取热系统，可及时将变换反应热移走，从而实现炉温可控。理论上来讲，设置内部取热的反应器，不会再发生催化剂床层超温，但目前已开车运行的等温或控温变换反应器，应用在高放热的变换反应段时，又极易出现“泄漏”的问题(工艺气泄漏至内取热的水管束中，或者内取热的水/蒸汽系统泄漏至催化剂床层中)，严重者直接导致整炉催化剂损坏，装置无法实现长周期稳定运行。究其“泄漏”的原因，一方面反应器内部仍然存在局部“超温”现象(超反应器设计温度)，另一方面在面对“超温”的情况下，反应器设备内部所产生的热应力不能完全得到有效消除，最终导致设备出故障。

实用新型内容

为解决以上技术问题，本实用新型提供一种环箱式水移热控温反应器，提高了取热效率，催化剂床层温度可控，使得催化剂使用寿命延长，能够实现长周期安全稳定运行。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

本实用新型提供一种环箱式水移热控温反应器，包括炉体、外分布器、中心集气管、内取热器、支撑环和顶盖，所述炉体的顶部设置有变换气入口和热水出口，所述炉体的底部设置有变换气出口和热水入口，所述支撑环设置于所述炉体下部的内壁上，所述外分布器为上下两端敞口的筒状结构，所述外分布器底部固定于所述支撑环上，所述外分布器顶部设置有所述顶盖，所述外分布器的侧壁上设置有多个第一通孔，所述外分布器与所述炉体之间形成环形间隙，所述中心集气管设置于所述外分布器中，所述中心集气管底端固定于所述炉体上并与所述变换气出口连通，所述中心集气管的侧壁上设置有多个第二通孔；所述内取热器包括上部环形管箱、下部环形管箱和多个换热管，所述上部环形管箱设置于所述炉体中的上部，所述热水出口与所述上部环形管箱连接，所述下部环形管箱设置于所述炉体中的下部，所述热水入口与所述下部环形管箱连接，所述下部环形管箱间隙套设于所述中心集气管的外部，各所述换热管的上下两端分别与所述上部环形管箱和所述下部环形管箱连接，多个所述换热管均设置于所述外分布器与所述中心集气管之间，多个所述换热管沿所述外分布器的径向非均匀分布且沿所述外分布器的周向均匀分布，所述换热管为弯管，多个所述换热管之间填充有催化剂，所述炉体底部填充有支撑材料，所述支撑材料用于支撑所述催化剂。

优选地，还包括气体分布器，所述气体分布器固定于所述炉体中的顶部，且所述气体分布器位于所述变换气入口的下方，所述变换气入口设置于所述炉体顶部的中心处，所述变换气出口设置于所述炉体底部的中心处。

优选地，所述炉体包括由上至下依次连接的上封头、筒体和下封头，所述变换气入口和所述热水出口均设置于所述上封头上，所述变换气出口和所述热水入口均设置于所述下封头上，所述气体分布器固定于所述上封头顶部的内壁上，所述支撑环固定于所述筒体底部的内壁上。

优选地，还包括检修人孔，所述检修人孔设置于所述上封头的一侧。

优选地，还包括中心管支座，所述中心管支座固定于所述下封头底部的内壁上，所述中心集气管固定于所述中心管支座的顶部，所述中心集气管通过所述中心管支座与所述变换气出口连通。

优选地，还包括波纹管膨胀节，所述热水出口与所述波纹管膨胀节一一对应，所述热水出口通过所述波纹管膨胀节与所述上部环形管箱连接。

优选地，所述热水入口和所述热水出口均设置为多个。

优选地，所述支撑材料为瓷球。

优选地，所述换热管为C形管、S形管或螺旋形管。

本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：

本实用新型提供的环箱式水移热控温反应器，包括炉体、外分布器、中心集气管、内取热器、支撑环和顶盖，炉体的顶部设置有变换气入口和热水出口，炉体的底部设置有变换气出口和热水入口，内取热器包括上部环形管箱、下部环形管箱和多个换热管，多个换热管均设置于外分布器与中心集气管之间，多个换热管之间填充有催化剂。变换气由变换气入口进入外分布器与炉体之间的环形间隙中，然后从外分布器径向通过催化剂床层，汇入到中心集气管后经变换气出口流出，热水由下至上带走反应产生的热量而副产蒸汽，并以此可以控制炉温。通过将多个换热管设置为根据催化剂床层中径向温度分布规律沿外分布器的径向非均匀分布，即催化剂床层中温度高的区域换热管布置得密一些，催化剂床层中温度低的区域换热管布置得相对稀疏一些，进而实现更合理地移热，提高了取热效率，降低了催化剂床层温度，并控制在一定范围内，即使得催化剂床层温度可控，温度降低后，炉体材质可以降低要求，炉体的壁厚也能降低。换热管为弯管，弯管结构可以通过弹性变形来补偿换热管的热伸长，既而降低乃至消除了换热管与上部环形管箱、下部环形管箱的连接处的热应力，进而避免环箱式水移热控温反应器“泄漏”，使得催化剂使用寿命延长，确保环箱式水移热控温反应器长周期安全稳定运行。

附图说明

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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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。

图1为本实用新型提供的环箱式水移热控温反应器的结构示意图。

附图标记说明：100、环箱式水移热控温反应器；1、上封头；2、筒体；3、下封头；4、变换气入口；5、热水出口；6、气体分布器；7、检修人孔；8、波纹管膨胀节；9、上部环形管箱；10、换热管；11、下部环形管箱；12、变换气出口；13、热水入口；14、外分布器；15、支撑环；16、顶盖；17、中心集气管；18、催化剂；19、支撑材料；20、中心管支座。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供一种环箱式水移热控温反应器，提高了取热效率，催化剂床层温度可控，使得催化剂使用寿命延长，能够实现长周期安全稳定运行。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1所示，本实施例提供一种环箱式水移热控温反应器100，包括炉体、外分布器14、中心集气管17、内取热器、支撑环15和顶盖16，炉体的顶部设置有变换气入口4和热水出口5，炉体的底部设置有变换气出口12和热水入口13，支撑环15设置于炉体下部的内壁上，外分布器14为上下两端敞口的筒状结构，外分布器14底部固定于支撑环15上，外分布器14顶部设置有顶盖16，外分布器14的侧壁上设置有多个第一通孔，外分布器14与炉体之间形成环形间隙，具体地，多个所述第一通孔均匀分布于外分布器14的侧壁上，外分布器14可以为整体式的或者分块组装式的，外分布器14为圆筒状结构。中心集气管17设置于外分布器14中，中心集气管17底端固定于炉体上并与变换气出口12连通，中心集气管17的侧壁上设置有多个第二通孔，中心集气管17与外分布器14构成气流的径向通道，具体地，多个第二通孔均匀分布于中心集气管17的侧壁上。内取热器包括上部环形管箱9、下部环形管箱11和多个换热管10，上部环形管箱9设置于炉体中的上部，热水出口5与上部环形管箱9连接，下部环形管箱11设置于炉体中的下部，热水入口13与下部环形管箱11连接，下部环形管箱11间隙套设于中心集气管17的外部，各换热管10的上下两端分别与上部环形管箱9和下部环形管箱11连接，多个换热管10均设置于外分布器14与中心集气管17之间，多个换热管10沿外分布器14的径向非均匀分布且沿外分布器14的周向均匀分布，换热管10为弯管，多个换热管10之间填充有催化剂18，炉体底部填充有支撑材料19，支撑材料19用于支撑催化剂18。

本实施例中还包括气体分布器6，气体分布器6固定于炉体中的顶部，且气体分布器6位于变换气入口4的下方，通过设置气体分布器6使得变换气经过气体分布器6后均匀分布在外分布器14与炉体之间的环形间隙中。具体地，变换气入口4设置于炉体顶部的中心处，变换气出口12设置于炉体底部的中心处。

具体地，炉体包括由上至下依次连接的上封头1、筒体2和下封头3，变换气入口4和热水出口5均设置于上封头1上，变换气出口12和热水入口13均设置于下封头3上，气体分布器6固定于上封头1顶部的内壁上，支撑环15固定于筒体2底部的内壁上，外分布器14与筒体2之间形成环形间隙。

本实施例中还包括检修人孔7，检修人孔7设置于上封头1的一侧，进而便于检修以及装卸催化剂18。

本实施例中还包括中心管支座20，中心管支座20固定于下封头3底部的内壁上，中心集气管17固定于中心管支座20的顶部，中心集气管17通过中心管支座20与变换气出口12连通。具体地，中心集气管17底部与中心管支座20由法兰连接。

本实施例中还包括波纹管膨胀节8，热水出口5与波纹管膨胀节8一一对应，热水出口5通过波纹管膨胀节8与上部环形管箱9连接，消除了上部环形管箱9与上封头1之间的热应力。

于本具体实施例中，热水入口13和热水出口5均设置为多个。

于本具体实施例中，支撑材料19为瓷球。

于本具体实施例中，换热管10为C形管、S形管或螺旋形管。

工作时，变换气由上封头1的变换气入口4进入，经过气体分布器6后均匀分布在外分布器14与炉体之间的环形间隙中，然后从外分布器14的第一通孔径向通过催化气床层，通过第二通孔汇入到中心集气管17后经下封头3的变换气出口12流出。热水由下封头3的热水入口13进入，通过下部环形管箱11后均匀通过多个换热管10，汇入上部环形管箱9后经上封头1的热水出口5流出，热水由下至上带走反应产生的热量而副产蒸汽，并以此可以控制炉温。

本实施例中通过将多个换热管10设置为根据催化剂床层中径向温度分布规律沿外分布器14的径向非均匀分布，即催化剂床层中温度高的区域换热管10布置得密一些，催化剂床层中温度低的区域换热管10布置得相对稀疏一些，进而实现更合理地移热，提高了取热效率，降低了催化剂床层温度，并将其控制在一定范围内，即使得催化剂床层温度可控，温度降低后，炉体材质可以降低要求，炉体的壁厚也能降低。本实施例中换热管10为弯管，弯管结构可以通过弹性变形来补偿换热管10的热伸长，既而降低乃至消除了换热管10与上部环形管箱9、下部环形管箱11的连接处的热应力，同时增设波纹管膨胀节8消除了上部环形管箱9与上封头1之间的热应力，充分消除了环箱式水移热控温反应器100内部各位置的热应力，进而避免环箱式水移热控温反应器100“泄漏”，避免由于“泄漏”损坏炉体中的催化剂18，使得催化剂18使用寿命延长，确保环箱式水移热控温反应器100长周期安全稳定运行，同时，使用有限元数值模拟的方法对内取热器的应力和温度分布场进行分析，使结构更加合理和安全。

本说明书中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (9)

1.一种环箱式水移热控温反应器，其特征在于，包括炉体、外分布器、中心集气管、内取热器、支撑环和顶盖，所述炉体的顶部设置有变换气入口和热水出口，所述炉体的底部设置有变换气出口和热水入口，所述支撑环设置于所述炉体下部的内壁上，所述外分布器为上下两端敞口的筒状结构，所述外分布器底部固定于所述支撑环上，所述外分布器顶部设置有所述顶盖，所述外分布器的侧壁上设置有多个第一通孔，所述外分布器与所述炉体之间形成环形间隙，所述中心集气管设置于所述外分布器中，所述中心集气管底端固定于所述炉体上并与所述变换气出口连通，所述中心集气管的侧壁上设置有多个第二通孔；所述内取热器包括上部环形管箱、下部环形管箱和多个换热管，所述上部环形管箱设置于所述炉体中的上部，所述热水出口与所述上部环形管箱连接，所述下部环形管箱设置于所述炉体中的下部，所述热水入口与所述下部环形管箱连接，所述下部环形管箱间隙套设于所述中心集气管的外部，各所述换热管的上下两端分别与所述上部环形管箱和所述下部环形管箱连接，多个所述换热管均设置于所述外分布器与所述中心集气管之间，多个所述换热管沿所述外分布器的径向非均匀分布且沿所述外分布器的周向均匀分布，所述换热管为弯管，多个所述换热管之间填充有催化剂，所述炉体底部填充有支撑材料，所述支撑材料用于支撑所述催化剂。

2.根据权利要求1所述的环箱式水移热控温反应器，其特征在于，还包括气体分布器，所述气体分布器固定于所述炉体中的顶部，且所述气体分布器位于所述变换气入口的下方，所述变换气入口设置于所述炉体顶部的中心处，所述变换气出口设置于所述炉体底部的中心处。

3.根据权利要求2所述的环箱式水移热控温反应器，其特征在于，所述炉体包括由上至下依次连接的上封头、筒体和下封头，所述变换气入口和所述热水出口均设置于所述上封头上，所述变换气出口和所述热水入口均设置于所述下封头上，所述气体分布器固定于所述上封头顶部的内壁上，所述支撑环固定于所述筒体底部的内壁上。

4.根据权利要求3所述的环箱式水移热控温反应器，其特征在于，还包括检修人孔，所述检修人孔设置于所述上封头的一侧。

5.根据权利要求3所述的环箱式水移热控温反应器，其特征在于，还包括中心管支座，所述中心管支座固定于所述下封头底部的内壁上，所述中心集气管固定于所述中心管支座的顶部，所述中心集气管通过所述中心管支座与所述变换气出口连通。

6.根据权利要求1所述的环箱式水移热控温反应器，其特征在于，还包括波纹管膨胀节，所述热水出口与所述波纹管膨胀节一一对应，所述热水出口通过所述波纹管膨胀节与所述上部环形管箱连接。

7.根据权利要求1所述的环箱式水移热控温反应器，其特征在于，所述热水入口和所述热水出口均设置为多个。

8.根据权利要求1所述的环箱式水移热控温反应器，其特征在于，所述支撑材料为瓷球。

9.根据权利要求1所述的环箱式水移热控温反应器，其特征在于，所述换热管为C形管、S形管或螺旋形管。

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