CN220546932U - 可控移热式径向绝热等温变换反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可控移热式径向绝热等温变换反应器，属于等温变换反应器技术领域。其技术方案为：包括壳体，壳体内设置有催化剂框体、水箱、汽箱和中心管；催化剂框体分为绝热层和换热层中心管设置于绝热层的中部，中心管的底部连接工艺气入口，中心管的底部向上悬空并封闭设置，中心管侧壁设置有若干通气孔；壳体内催化剂框体顶部自下而上依次设置有汽箱和水箱；换热层内设置有若干换热套管，换热套管包括内管和外管，内管的上部与水箱连通下部敞开，外管上部与汽箱连接下部封闭；本实用新型催化剂框体的床层内埋放可移出变换反应热的换热套管降低催化剂框体床层温度同时保留一定的绝热部分，实现绝热‑等温分布。

Description

可控移热式径向绝热等温变换反应器

技术领域

本实用新型属于等温变换反应器技术领域，具体涉及一种可控移热式径向绝热等温变换反应器。

背景技术

我国是个贫油少气的国家，煤炭相对比较丰富，发展煤化工是我国工业的主要方向，因此，煤气化技术及其煤化工技术在我国具有广大市场。然而，煤气化合成气中一氧化碳含量较高，如何将一氧化碳转换为化工的重要原料氢气非常重要，不仅将一氧化碳转换为化工需要的氢气，而且要尽可能的彻底转化对于节能，充分利用能源更是非常必要的。煤气化CO变换单元，如何提高一氧化碳的变换率技术就非常重要。

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一氧化碳深度变换问题，包括反应器由全轴向改为全径向，变换炉采用多级变换，催化剂分层装填，床层之间采取间接换热或用水冷激，等温变换等等。其中等温变换目前发展迅速，受一氧化碳变换反应热力学控制的影响，现有的反应器设定温度高时会导致一氧化碳浓度高，出口处一氧化碳浓度一般控制在0.6-1.0%，很难达到出口一氧化碳小于0.4%的要求，温度低催化剂反应速率低催化剂用量大，填装困难，需要开发出一种既能降低出口处一氧化碳浓度又可以减少催化剂用量的反应器。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种可控移热式径向绝热等温变换反应器，催化剂框体的床层内埋放可移出变换反应热的换热套管降低催化剂框体床层温度同时保留一定的绝热部分，催化剂床层外层换热层装换热套管，内层绝热层不装换热套管，原料气由反应器下部工艺气入口进入，通过中心管均匀进入催化剂床层，进入催化剂床层先通过绝热层，然后再进入换热层，实现绝热-等温分布。

本实用新型的技术方案为：

一种可控移热式径向绝热等温变换反应器，包括壳体，壳体顶部设置有工艺气出口、水入口和人孔，壳体底部设置有催化剂卸料口和工艺气入口，壳体内设置有催化剂框体、水箱、汽箱和中心管；壳体顶部与水箱之间的空间形成催化剂填装空间，还包括催化剂填装空间内设置的贯穿水箱、汽箱的若干填装管路；催化剂床层分为绝热层和换热层，绝热层位于催化剂床层的内层，换热层位于催化剂床层的外层，中心管设置于绝热层的中部，中心管的底部连接工艺气入口，中心管的底部向上悬空并封闭设置，中心管侧壁设置有若干通气孔；壳体内催化剂框体顶部自下而上依次设置有汽箱和水箱；水入口通过进水管路与水箱连通，壳体的侧壁设置有蒸汽出口，蒸汽出口与汽箱连通；换热层内设置有若干换热套管，换热套管包括内管和外管，内管的上部与水箱连通下部敞开，外管上部与汽箱连接下部封闭。

优选地，还包括设置于壳体顶部的测温口，测温口内沿壳体轴向方向设置有温度计套管，温度计套管内设置有温度计。

优选地，绝热层床层的面积不大于催化剂框体总床层面积的一半。

优选地，催化剂框体与壳体内壁之间设置有集气筒，集气筒通过出气管路与工艺气出口连通。

优选地，所述催化剂框体为由水箱、汽箱、换热套管、中心管、集气筒以及壳体底部空间组成的用于放置催化剂的空间。

优选地，催化剂卸料口可以作为检修的人孔，开孔尺寸可通入人进入检修。

优选地，进水管路、出气管路集气筒、水箱、汽箱形成用于检修人员检修的空间。

本实用新型与现有技术相比，具有以下有益效果：

变换反应是放热反应，通过本申请反应器实现催化剂反应移热并能合理的控制反应区域的温度，始终让反应在较低的温度下进行，让催化剂的低温活性得到最大限度的利用，从而延长了变换炉工况下催化剂寿命，增加了反应器运行稳定性，最重要的由于保留绝热段，大大减少了催化剂用量，并能控制出口一氧化碳含量小于等于0.4%，针对煤气化原料气CO变换反应的特点，使用脱氧水作为取热介质，通过绝热-等温床层，换热套管能够实现水吸热变成蒸汽完成反应区域的移热功能，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；不仅利用了反应热，减少了工程投资，节省装置占地，而且解决现有等温变换反应器催化剂用量大，出口一氧化碳高的问题。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图中，1、壳体；101、催化剂填装空间；2、工艺气出口；3、水入口；4、人孔；5、催化剂卸料口；6、工艺气入口；7、催化剂框体；701、绝热层；702、换热层；8、水箱；9、汽箱；10、中心管；11、蒸汽出口；12、换热套管；1201、内管；1202、外管；13、测温口；14、集气筒；15、填装管路。

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。

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种可控移热式径向绝热等温变换反应器，包括壳体1，壳体1的顶部为通过法兰设置的上封头，壳体1的底部为下封头，上封头设置有工艺气出口2、水入口3和人孔4，下封头设置有催化剂卸料口5和工艺气入口6，催化剂卸料口5可以作为检修的人孔4，还包括设置于壳体1顶部的测温口13，测温口13内沿壳体轴向方向向下设置有温度计套管，温度计套管内设置有温度计，用于测量催化剂框体7内催化剂床层的温度，进而判定移热效果，壳体1内设置有催化剂框体7、水箱8、汽箱9和中心管10；壳体1顶部与水箱8之间的空间形成催化剂填装空间101，工作人员在里面进行催化剂装填作业，将催化剂通过填装管路15将催化剂装至相应床层装填完毕后将填装管路15封闭，还包括装填空间内设置的贯穿水箱8、汽箱9的若干填装管路15；

所述催化剂框体7为由水箱8、汽箱9、换热套管12、中心管10、集气筒14以及壳体1底部封头组成的用于放置催化剂的空间，催化剂框体7内部空间为催化剂床层；

催化剂框体7分为绝热层701和换热层702，绝热层701位于催化剂框体7的内层，换热层702位于催化剂框体7的外层，绝热层701的面积不大于催化剂框体7总床层面积的一半，中心管10设置于绝热层701的中部，中心管10的底部连接工艺气入口6，中心管10的底部向上悬空并封闭设置，中心管10侧壁设置有若干通气孔；催化剂框体7与壳体1内壁之间设置有集气筒14，集气筒14通过出气管路与工艺气出口2连通；

壳体1内催化剂框体7顶部自下而上依次设置有汽箱9和水箱8，汽箱9和水箱8通过若干支架与壳体1焊接，汽箱9与壳体之间以及水箱8与壳体1之间存在空隙形成气体通道；水入口3通过进水管路与水箱8连通，壳体1的侧壁设置有蒸汽出口11，蒸汽出口11与汽箱9连通；

换热层702内竖直埋放若干贯穿床层的换热套管12，换热套管12包括内管1201和外管1202，内管1201的上部与水箱8通过焊接连通下部敞开，外管1202上部与汽箱9连接下部通过焊接封闭；绝热层701内部设置换热套管12，原料气由反应器下部进入，通过中心管10均匀进入催化剂框体7内的催化剂床层，进入催化剂床层先通过绝热层701，然后再进入移热床层，以便于绝热-等温分布，进水管路、出气管路集气筒14、水箱8、汽箱9形成用于检修人员检修的空间。

工作原理及过程：利用换热套管12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，换热套管12在反应器内通过壳体1顶部的水箱8和汽箱9分布在换热层702内，热水由水箱8进水管路进入各个换热套管12的内管1201，吸热产生饱和蒸汽然后由外管1202在进入汽箱9，经蒸汽出口11排出反应器；同时原料工艺气由工艺气入口6进入中心管10，再由中心管10沿壳体1径向向外扩散，先经过绝热层701再经过换热层702，最终至四周的集气筒14，从反应器顶部工艺气出口2流出反应器，反应过程中放出的反应热由换热套管12内的热水吸收，从而控制催化剂床层的温度，自产蒸汽量和催化剂床层的温度通过进水量调节，多次对工艺气出口2处一氧化碳浓度进行检测，一氧化碳浓度均控制在0.4%以内。

尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本实用新型进行了详细描述，但本实用新型并不限于此。在不脱离本实用新型的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本实用新型的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本实用新型的涵盖范围内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种可控移热式径向绝热等温变换反应器，其特征在于：包括壳体（1），壳体（1）顶部设置有工艺气出口（2）、水入口（3）和人孔（4），壳体（1）底部设置有催化剂卸料口（5）和工艺气入口（6），壳体（1）内设置有催化剂框体（7）、水箱（8）、汽箱（9）和中心管（10）；壳体（1）顶部与水箱（8）之间的空间形成催化剂填装空间（101），还包括催化剂填装空间（101）内设置的贯穿水箱（8）、汽箱（9）的若干填装管路（15）；

催化剂框体（7）内部空间为催化剂床层，

催化剂床层分为绝热层（701）和换热层（702），绝热层（701）位于催化剂床层的内层，换热层（702）位于催化剂床层的外层，中心管（10）设置于绝热层（701）的中部，中心管（10）的底部连接工艺气入口（6），中心管（10）的底部向上悬空并封闭设置，中心管（10）侧壁设置有若干通气孔；

壳体（1）内催化剂框体（7）顶部自下而上依次设置有汽箱（9）和水箱（8）；水入口（3）通过进水管路与水箱（8）连通，壳体（1）的侧壁设置有蒸汽出口（11），蒸汽出口（11）与汽箱（9）连通；

换热层（702）内设置有若干换热套管（12），换热套管（12）包括内管（1201）和外管（1202），内管（1201）的上部与水箱（8）连通下部敞开，外管（1202）上部与汽箱（9）连接下部封闭；

绝热层（701）床层的面积不大于催化剂框体总床层面积的一半；

催化剂床层外层换热层装换热套管（12），内层绝热层（701）不装换热套管（12），原料气由反应器下部工艺气入口（6）进入，通过中心管（10）均匀进入催化剂床层，进入催化剂床层先通过绝热层（701），然后再进入换热层（702）。

2.如权利要求1所述的可控移热式径向绝热等温变换反应器，其特征在于：还包括设置于壳体（1）顶部的测温口（13），测温口（13）沿壳体轴向方向设置有温度计套管，温度计套管内设置有温度计。

3.如权利要求1所述的可控移热式径向绝热等温变换反应器，其特征在于：催化剂框体（7）与壳体（1）内壁之间设置有集气筒（14），集气筒（14）上端通过催化剂填装空间（101）与工艺气出口（2）连通。

4.如权利要求3所述的可控移热式径向绝热等温变换反应器，其特征在于：所述催化剂框体（7）为由水箱（8）、汽箱（9）、换热套管（12）、中心管（10）、集气筒（14）以及壳体（1）底部空间组成的用于放置催化剂的空间。

5.如权利要求1所述的可控移热式径向绝热等温变换反应器，其特征在于：催化剂卸料口（5）可以作为检修的人孔（4）。