CN2758234Y - 带内换热器的热激式多段转化反应器 - Google Patents
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Abstract
一种带内换热器的热激式多段转化反应器，属生产合成气技术设备领域。它由外壳、列管式换热器、多段催化床、段间的燃烧气入口、合成气上升中心管、合成气出口、气态烃类和蒸汽混和物进口、各段的催化剂装卸口构成，列管式换热器设在壳体的上部分，多段催化床在列管式换热器的下部，合成气上升中心管在反应器内的中心，合成气出口设在壳体的顶部。本实用新型的特点是能实现热量的自给，同时也为反应过程实施补碳，消耗低，效率高，并且设备结构简单，热利用率高，一台设备即可满足工艺对甲烷高转化率的要求。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种由烃类转化生产合成气的反应器，特别涉及一种带内换热器的热激式多段转化反应器。
背景技术
目前工业上烃类转化生产合成气绝大多数采用蒸汽转化法，气态烃按一定比例与水蒸汽混合，在一定温度、压力下在管式反应器内进行催化转化反应：
实现上述催化转化反应所采用的装置包括：
(1)直烧式箱式列管转化炉，由笨重复杂的烧嘴结构和高压蒸汽系统组成。反应管外直烧天然气等燃料，为管内反应提供所需的热量。受转化管材质的限制，直烧式列管转化炉不能满足高甲烷转化率的要求，为了提高甲烷的转化率，增加自热式二段转化炉。二段转化炉为单段固定床反应器，在转化炉上部通入空气(或富氧空气、氧气)与一段转化气中的氢气发生燃烧反应产生高温，然后进入固定催化床内发生进一步的水蒸汽转化反应。该方法的特点是通过烧掉部分H2调节氢碳比，合成气H2/CO比在2.5-3范围内可调；根据通入二段炉中助燃气体的不同，目的产品可以是合成氨、合成甲醇和液体燃料油。通入空气、富氧空气适合于合成氨的生产，通入纯氧用于生产甲醇或F-T合成液体燃料油。由于通过烧掉部分H2调节氢碳比，造成消耗大、能量利用不合理
(2)采用换热式转化炉代替一段直烧式转化炉，利用二段出口的高温合成气与一段炉反应管内物料间接换热。属于该方法的包括英国ICI公司开发的气体加热重整(GHR)、俄罗斯Tandem串级转化技术、Kellog公司的KRES工艺，以及申请号为02124262.3、02124264.x的中国专利。ZL93238295.9和ZL02234868.9也给出了不同结构的换热式一段转化炉。该方法提高了高品位热量的利用率，减少了燃料天然气的消耗。但换热式一段炉，由于采用列管，结构较为复杂；且仍然通过烧掉部分H2来提高二段炉反应温度和甲烷的转化率，并对合成气中H2/CO比进行调节。
发明内容
本实用新型为克服现有技术中的缺点，提供一种结构简单、能耗低的烃类转化生成合成气的带内换热器的热激式多段转化反应器。
本实用新型按以下技术方案予以实现：
一种带内换热器的热激式多段转化反应器，由外壳、列管式换热器、多段催化床、段间的燃烧气入口、合成气上升中心管、合成气出口、气态烃类和蒸汽混和物进口、各段的催化剂装卸口等组成；所述列管式换热器设在壳体的上部分，多段催化床在列管式换热器的下部，合成气上升中心管在反应器炉内的中心，合成气出口设在壳体的顶部。
所述多段催化床可以为2-6段，或更多段；每段催化床包括上部耐火球层、催化剂层、下部耐火球层和多孔支撑板结构等组成，多孔板与外壳连接。
所述外壳内由金属壳体、保温材料层、耐火材料层和水夹套等组成。
所述列管式换热器的壳程设有折流板，使合成气体换热更为均匀。
所述段间的燃烧气入口的反应器设置为多口切线方向进入。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
①采用多段式催化床，与直烧式列管一段炉相比，省去使用多达数百根的耐高温高压的转化管，结构要简单得多；耐火层、保温层和水加套保证了设备金属外壳的温度较低，因此外壳可采用价格较低的材质制作，设备投资大大减小。
②本实用新型采用向反应气中加入烃类部分燃烧气体进行补碳的方法来调节合成气H2/CO，与现行的燃烧一段转化气中的氢气来降低合成气中氢气含量的方法相比，是一种积极的H2/CO调节方法，节约能源、减少原料消耗，成本降低。
③本实用新型利用烃类部分燃烧反应来提供转化反应所需的热量，实现了反应热量的自给。由于是将低级燃料烷烃燃烧产生热量，与现行的燃烧一段转化气中高级能源氢气相比，能量的利用更为合理。
④本实用新型省去了高温下运行的金属质转化管，可以使反应的操作压力提高；设备上部的列管换热器中几乎等压的产物物料与管内反应物料进行间接换热，不承受压力，因此设备总操作压力可以升高到10MPa或更高。
附图说明
图1是本实用新型的装置图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步地说明：
如图所示，本实用新型由外壳101、列管式换热器102、一段催化床103、二段催化床104、三段催化床105、段间的燃烧气入口106和107、合成气上升中心管108、合成气出口109、气态烃类和蒸汽混和物进口110、各段的催化剂装卸口111组成；所述列管式换热器102设在壳体的上部分，多段催化床在列管式换热器102的下部。合成气上升中心管108在反应器炉内的中心，与列管换热器底部壳程相接；合成气出口109设在壳体的顶部。
多段催化床可为多段，一般为2-6段；每段催化床包括上部耐火球层112、催化剂层113、下部耐火球层114和多孔支撑板结构115等组成，多孔支撑板与外壳连接。
段间的燃烧气入口106和107设在外壳101的侧面；气态烃类和蒸汽混和物进口110设在转化反应器的上侧部。
外壳101由钢制水加套118、保温材料层116和耐火材料层117等组成。
列管式换热器102的壳程设有折流板119。
段间的燃烧气入口的反应器设置为多口切线方向进入。
具体反应过程为，原料气态烃经脱硫和预热后，与预热后的水蒸汽一起由顶部110进入转化器和上部列管换热器102的管内，与管外的高温合成气进行换热，然后进入一段催化床103发生烃类(如甲烷)水蒸汽转化反应[2]和烃类CO2转化反应[3]：
其中R为水碳比，a、b由反应进程决定。
其中S为二氧化碳比，d由反应进程决定。
经脱硫和预热的烃类燃料喷入一二段间外置燃烧器内，与氧气和水蒸汽的混和物发生部分燃烧反应后由段间燃烧气入口106进行混合发生烃类(如甲烷)部分燃烧反应[4]：
其中R为氧比。由燃烧器出来的高温部分燃烧气按切线方向进入段间，与反应气体混和后进入二段催化床104继续发生烃类水蒸汽转化反应[2]和烃类CO2转化反应[3]。从二段出来的反应气与从107进入的部分燃烧气混合后进入三段催化床105进行反应[2]和[3]。由三段出来的合成气经中心管上升到上部的列管换热器102的管间，加热管内原料气，然后经出口109进入后续工序。
各段内发生水蒸汽转化反应，产生CO和H2，在段间喷入烃类燃料部分燃烧反应的混和气体不仅可以补充反应所需热量，且可以提供碳源(CO和CO2)以调节H2/CO。
本实用新型能量利用合理，原料消耗低，生产效率高，而且设备投资大大降低。
Claims (5)
1、一种带内换热器的热激式多段转化反应器，其特征在于由外壳、列管式换热器、多段催化床、段间的燃烧气入口、合成气上升中心管、合成气出口、气态烃类和蒸汽混和物进口、各段的催化剂装卸口构成；所述列管式换热器设在壳体的上部分，多段催化床在列管式换热器的下部，合成气上升中心管在反应器内的中心，合成气出口设在壳体的顶部。
2、如权利要求1所述的带内换热器的热激式多段转化反应器，其特征在于所述多段催化床为2-6段，每段催化床由上部耐火球层、催化剂层、下部耐火球层和多孔支撑板构成，多孔支撑板与外壳连接。
3、如权利要求1所述的带内换热器的热激式多段转化反应器，其特征在于外壳由金属壳体、保温材料层、耐火材料层和水夹套构成。
4、如权利要求1所述的带内换热器的热激式多段转化反应器，其特征在于列管式换热器的壳程设有折流板。
5、如权利要求1所述的带内换热器的热激式多段转化反应器，其特征在于段间的燃烧气入口为多口切线方向进入。
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| CN112426977A (zh) * | 2020-12-04 | 2021-03-02 | 北京派瑞华氢能源科技有限公司 | 一种用于液态有机物脱氢的反应器 |
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2004
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