变温等温变换反应装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及到一种变温等温变换反应装置，包括炉体和设置在炉体内的催化剂框，催化剂框的中部设有合成气收集管，换热管设置在催化剂框内，换热管的进口连接进水管道，换热管的出口连接蒸汽管道；其特征在于催化剂框内还设有多根原料气预热管，原料气预热管的入口连接第一原料气输送管道，原料气预热管的出口连通催化剂框与炉体之间的空腔；炉体上设有原料气入口，原料气入口连接第二原料气输送管道，第二原料气输送管道连通换热器的第一介质通道；合成气收集管的出口连接第一支路和第二支路，第二支路连通换热器的第二介质通道；第一原料气输送管道上设有第一阀门，第二原料气输送管道上设有第二阀门。

Variable Temperature Isothermal Conversion Reactor

The invention relates to a variable temperature isothermal shift reaction device, which comprises a furnace body and a catalyst frame arranged in the furnace body. The middle part of the catalyst frame is provided with a syngas collection pipe, the heat exchange pipe is arranged in the catalyst frame, the inlet of the heat exchange pipe is connected with an intake pipe, and the outlet of the heat exchange pipe is connected with a steam pipe. The inlet of the heat pipe is connected with the first feed gas pipeline, and the outlet of the feed gas preheating pipe is connected with the cavity between the catalyst frame and the furnace body; the furnace body is provided with the feed gas inlet, the feed gas inlet is connected with the second feed gas pipeline, the second feed gas pipeline is connected with the first medium channel of the heat exchanger; the outlet of the syngas collection pipe is connected with the first branch and the second branch, and the second branch. The second medium passage of the heat exchanger is connected; the first feed gas pipeline is provided with a first valve, and the second feed gas pipeline is provided with a second valve.

【技术实现步骤摘要】
变温等温变换反应装置
本专利技术涉及到化工设备，尤其涉及一种等温变换反应装置。
技术介绍
CO变换反应是一个放热反应，反应完全的变换气温度可达450℃左右，但是其反应的能垒(反应活性能)较高，在反应之前需要将反应原料即粗煤气加热到260℃或者更高的温度。因此以往的变换工艺都使用变换气粗煤气换热器，利用变换反应后产生的温度较高的变换气与变换反应之前的粗煤气进行换热。可节省大量能源，同时可以较大提高反应速率和效率。但是因为变换器出口温度很高，变换反应的压力很高，通常在3～6MPa，对变换炉外壳的材料与厚度提出了较高的要求。随着化工项目单线产能的进一步扩大，单台变换反应器的尺寸也进一步加大，当前大型变换炉的直径可达4800mm，设备壳体厚度达110mm，材料成本与制造成本大幅上升，也对加工工艺与设备运输提出了更高要求。由于变换炉内的介质成份不同，当水气比过低时，会造成温度迅速上升，当热量撤走不及时就会出现飞温(设备内反应区急剧上升)等现象。设备内温度过高后，还有可能引起甲烷化反应，当这种情况出现时，设备内的温度可达600℃～800℃，此种工况出现时会使催化剂因温度过高失去活性，需要更换催化剂，造成重大经济损失。而且，当设备壁温度过高，也会使设备强度急剧下降，给整个装置的生产带来巨大的安全风险。为了控制CO变换反应能在设计温度下稳定进行，通常采用在反应器内设置换热管，通过向换热管内通冷却水移走变换反应产生的热量，从而控制反应温度。但是随着反应的进行，催化剂活性降低，导致催化剂的活性温度升高，由初期的240℃左右升高至280℃左右，这就要求反应温度随之升高。目前解决该问题的方法通常是在反应后期提高冷却水和换热蒸汽温度，这必然会导致汽包以及换热管内压力急剧增大；同时要相应地提高汽包以及换热管的设计壁厚。这样除了对设备要求严苛外，还会导致一系列其他问题，例如由于换热管壁厚的增加，会导致换热管的传热系数降低，反应前期的换热量也需要增加；并且，由于出汽包蒸汽的温度和压力的改变，必然导致配套管线和设备需要做相应的改变。带来一系列的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种不需要增加设备壁厚即能够在催化剂整个活性期内维持恒定产率的变温等温变换反应装置。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：该变温等温变换反应装置，包括炉体和设置在所述炉体内的催化剂框，所述催化剂框的中部设有合成气收集管，换热管设置在所述催化剂框内，换热管的进口连接进水管道，换热管的出口连接蒸汽管道；其特征在于：所述催化剂框内还设有多根原料气预热管，所述原料气预热管的入口连接第一原料气输送管道，所述原料气预热管的出口连通所述催化剂框与所述炉体之间的空腔；所述炉体上设有原料气入口，所述原料气入口连接第二原料气输送管道，所述第二原料气输送管道连通换热器的第一介质通道；所述合成气收集管的出口连接第一支路和第二支路，第一支路和第二支路上均设有阀门，其中第一支路连接下游，第二支路连通所述换热器的第二介质通道；所述第一原料气输送管道上设有第一阀门，所述第二原料气输送管道上设有第二阀门。优选所述合成气入口设置在所述炉体的上部或顶部。进一步地，可以将各所述原料气预热管道的入口均连通气体分布器，所述气体分布器的入口连接所述的第一原料气输送管道，所述气体分布器设置在所述炉体的下部；各所述原料气预热管道的出口连通所述催化剂框与所述炉体上部之间的空腔。气体分布器的设计能够使原料气均匀进入各原料气预热管内，从而进一步保证催化剂床层撤热的均匀性。优选所述合成气收集管连接合成气输送管道，所述合成气输送管道连接所述换热器的第二介质通道。作为上述各方案的进一步改进，各所述原料气预热管沿所述催化剂框的横截面均匀布置在所述催化剂框和所述合成气收集管之间的空腔中；各所述换热管分别在各自对应的原料气预热管的外周均匀布置，并且，每根原料气预热管的周围至少均布有三根所述的换热管；各所述原料气预热管与设置在其周围的各所述换热管形成管组。该方案能够进一步保证装置运行全过程中催化剂床层撤热的均匀性。优选每根所述原料气预热管的周围设有3～6根所述的换热管。更好地，各所述管组中各所述换热管的中心均布在以所述原料气预热管的中心为圆心的圆周线上。进一步地，相邻的所述管组之间可以共用部分所述的换热管，以使各换热管在催化剂床层位置的布置更合理，在原料气预热管关闭后对催化剂床层的撤热更均匀。上述各方案中，所述蒸汽管道可以包括蒸汽连接管和蒸汽收集管，所述蒸汽收集管的出口连接所述蒸汽连接管；所述蒸汽连接管上设有膨胀节；所述进水管道包括进水连接管和与所述进水连接管的出口相连通的管箱；各所述换热管的入口分别连通管箱上的各出口。为方便检修，所述合成气收集管可以由多段筒体依次可拆卸连接而成，所述筒体的内侧壁上沿轴向方向依次间隔设有多个脚梯。与现有技术相比，本专利技术所提供的变温等温变换反应装置，克服现有技术的偏见，将等温变换反应器设计成可变温的等温变换反应装置，在催化剂床层位置设置了换热管和原料气预热管，能够根据装置运行各阶段催化剂的活性要求改变撤热量，从而满足不同反应阶段催化剂活性温度的要求，维持产率恒定，同时避免了现有技术中反应后期需要升高汽包和换热管内压力来提高反应温度的方法所导致的换热管壁厚增加、汽包壁厚增加以及配套管线及设备需要改变等问题，降低了设备投资，避免了后期控制难的问题。附图说明图1为本专利技术实施例的示意图；图2为本专利技术实施例中反应器部分的纵向剖视图；图3为沿图2中A-A线的剖视图；图4为沿图2中B-B线的剖视图；图5为图3中C部分的局部放大图；图6为图5中D部分的局部放大图。具体实施方式以下结合附图实施例对本专利技术作进一步详细描述。如图1至图5所示，该变温等温变换反应装置包括：炉体1，为常规结构，包括上封头11、下封头12和连接在上封头11和下封头12之间的筒体13。上封头11上设有人孔15和原料气入口14，原料气入口连接第二原料气输送管道62。第二原料气输送管道62上设有换热器65并连通换热器65的第一介质通道；第二原料气输送管道62上还设有第二阀门64。第二原料气输送管道62的入口连通原料气管道66。催化剂框2，用于装填催化剂，设置在筒体13内。催化剂框2可以根据需要选用现有技术中的任意一种，例如可以是轴向反应器，也可以是径向反应器，或者还可以是轴径向反应器，根据需要设定即可。本实施例为径向反应器，原料气从催化剂框2侧壁上的各通孔(图中未示出)进入到催化剂框内，催化剂框侧壁上的通孔起到气体分布器的作用。合成气收集管3，用于收集合成气，并将合成气通过合成气输送管道33送出炉体1，设置在催化剂框内腔的中部位置，由多段筒体31依次可拆卸连接而成，本实施例中各筒体31之间通过法兰34相连接；各筒体31的侧壁上设有多个供合成气从催化剂床层进入到合成气收集管3内的进气孔(图中未示出)；筒体31的内侧壁上沿轴向方向依次间隔设有多个脚梯32。端盖可拆卸连接在合成气收集管3的上端口上，端盖拆开后与人孔15相连通，供检修人员进入到合成气收集管3中；合成气收集管3的下端口连接合成气输送管道33。合成气输送管道33连接第一支路35和第二支路36，第一支路35和第二支路36上均设有阀门，其中第一支路35连本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.变温等温变换反应装置，包括炉体(1)和设置在所述炉体(1)内的催化剂框(2)，所述催化剂框(2)的中部设有合成气收集管(3)，换热管(4)设置在所述催化剂框(2)内，换热管的进口连接进水管道(6)，换热管的出口连接蒸汽管道(4)；其特征在于：所述催化剂框(2)内还设有多根原料气预热管(6)，所述原料气预热管(6)的入口连接第一原料气输送管道(61)，所述原料气预热管(6)的出口连通所述催化剂框(2)与所述炉体(1)之间的空腔；所述炉体(1)上设有原料气入口(14)，所述原料气入口(14)连接第二原料气输送管道(62)，所述第二原料气输送管道连通换热器(65)的第一介质通道；所述合成气收集管(3)的出口连接第一支路(35)和第二支路(36)，第一支路(35)和第二支路(36)上均设有阀门，其中第一支路(35)连接下游，第二支路(36)连通所述换热器(65)的第二介质通道；所述第一原料气输送管道(61)上设有第一阀门(63)，所述第二原料气输送管道(62)上设有第二阀门(64)。

【技术特征摘要】
1.变温等温变换反应装置，包括炉体(1)和设置在所述炉体(1)内的催化剂框(2)，所述催化剂框(2)的中部设有合成气收集管(3)，换热管(4)设置在所述催化剂框(2)内，换热管的进口连接进水管道(6)，换热管的出口连接蒸汽管道(4)；其特征在于：所述催化剂框(2)内还设有多根原料气预热管(6)，所述原料气预热管(6)的入口连接第一原料气输送管道(61)，所述原料气预热管(6)的出口连通所述催化剂框(2)与所述炉体(1)之间的空腔；所述炉体(1)上设有原料气入口(14)，所述原料气入口(14)连接第二原料气输送管道(62)，所述第二原料气输送管道连通换热器(65)的第一介质通道；所述合成气收集管(3)的出口连接第一支路(35)和第二支路(36)，第一支路(35)和第二支路(36)上均设有阀门，其中第一支路(35)连接下游，第二支路(36)连通所述换热器(65)的第二介质通道；所述第一原料气输送管道(61)上设有第一阀门(63)，所述第二原料气输送管道(62)上设有第二阀门(64)。2.根据权利要求1所述的变温等温变换反应装置，其特征在于所述合成气入口设置在所述炉体(1)的上部或顶部。3.根据权利要求1所述的变温等温变换反应装置，其特征在于各所述原料气预热管道(6)的入口均连通气体分布器(55)，所述气体分布器(55)的入口连接所述的第一原料气输送管道(51)，所述气体分布器(55)设置在所述炉体的下部；各所述原料气预热管道(6)的出口连通所述催化剂框(2)与所述炉体(1)上部之间的空腔。4.根据权利要求1所述的变温等温变换反应装置，其特征在于所述合成气...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志国，亢万忠，脱庆运，蒋自平，高步新，崔金栋，张茹，梁志超，周迅，袁振邦，
申请(专利权)人：中石化宁波工程有限公司，中石化宁波技术研究院有限公司，中石化炼化工程集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33