一种抗温差应力的换热反应器及其组合装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种抗温差应力的换热反应器，包括壳体和换热件，所述壳体上设有进气口、出气口、人孔和催化剂卸出口，所述的换热件包括若干换热管和一对或多对带管板的联箱，所述的换热管沿绕管轴芯呈螺旋形轴向缠绕设置，内外圈或同圈径相邻两根换热管由U形弯头或倒U型弯头连接。本实用新型专利技术的的换热反应器可以多台串联或并联组合使用，也可以与气冷反应器或绕管气冷反应器或卧式水管反应器组成联合反应器以满足大型反应装置需要。本实用新型专利技术的换热反应器可广泛应用于各种强放热反应或吸热反应。本实用新型专利技术的换热反应器采用U形弯头连接的绕管式换热管，可自由伸缩，结构可靠，降低接头泄漏可能性，催化剂装填系数高，使设备投资大大节省，尤其适用于大型、超大型年产百万吨装置。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及化学工程领域的催化反应设备，用于流体催化反应和传热过程，尤其涉及一种适用于合成甲醇、二甲醚、甲烷化、F-T反应、H2S氧化、氨合成等强放热或吸热反应过程的换热反应器及其组合装置。
技术介绍
近年来我国煤化工迅速发展，国家已把新建甲醇装置的规模提高到单套年产一百万吨以上，合成甲醇的原料气也大多不是以前国外采用的天然气转化气，而是煤制合成气，合成原料气中碳氢比大幅提高，导致每单位产品的反应热高达2倍多，这给甲醇装置的大型化提出巨大挑战。对于如甲醇合成等一些强放热反应，为了提高反应效率，需要在反应同时移出 反应热，目前国内外一些大甲醇装置中用例如Lurgi管壳式甲醇塔用壳程水移走反应管中的反应热，因为这种管内装催化剂的副产蒸汽塔冷却面积大，管壳式比冷面即一立方米催化剂换热面积已高达100多平方米,难以再提高(见Terry Fitzpatrich, methanolsynthesis options as feedstocas change,Finds number3 2007)。因此米用提高进塔气量和气体线速度，以便及时把反应热带出塔外防止反应“超温”和“飞温”，为此需采用高达5 10倍多于原料气的循环气(即循环比)来降低进合成塔气体中CO等有效气，否则快速反应产生的强反应热会使催化剂过热失活，但高的循环比需要增加相应的甲醇合成圈的设备和管道投资，并增加动力和能耗。计算表明用煤为原料使用Shell粉煤气化或Texaco水煤浆气化制得的合成气，采用低循环比时出合成塔的甲醇含量可达30%多，而现有典型的甲醇合成出塔气中甲醇含量只有5%左右，高循环比增加了工业装置大型化的难度和投资。
技术实现思路
本技术的任务是克服现有技术的缺点，通过反应器的结构创新，提供一种具有高移热能力、实现低循环比、高碳比原料气、高合成率高净值下的高效节能设备。本技术通过下列技术方案来实现目的一种抗温差应力的换热反应器，包括壳体和换热件，所述的换热件包括若干换热管，所述的换热管间装有催化剂，所述壳体上设有进气口、出气口、人孔和催化剂卸出口，所述的换热件还包括设有带管板的一对或多对联箱，所述的联箱包括进口联箱和出口联箱；内外圈或同圈径相邻两根所述的换热管的底部由U形弯头连接,构成内通换热介质的上行换热管和下行换热管布置,所述的上行换热管与出口联箱连接，所述的下行换热管与进口联箱连接；或者是内外圈或同圈径的换热管的顶部由倒U形弯头连接，倒U形弯头连接的上行换热管与进口联箱连接、下行换热管与出口联箱连接。所述的换热介质可以是水或导热油。所述的出口联箱可以分成多个，或者进口联箱和出口联箱都可成对称布置，例如2个或4个或6个等。作为一种优选，壳体上所述的进气口和出气口分别连接有气体分布器。所述的进气口和出气口的位置可以有两种布置方案，当所述的进气口位于壳体顶部、所述的出气口位于壳体底部时，气体经进气口气体分布器在管外催化剂床成轴向自上而下流动；或者在壳体中部双侧设置对称的进气口和出气口，气体经两侧筒体内的气体分布板和多孔集气板，在管外催化剂床成径向横过催化剂床层流动。作为一种优选方案，所述的壳体内设有绕管轴芯，同一 U形弯头或倒U形弯头连接的上行换热管和下行换热管沿绕管轴芯分别各自按向左和向右成反向螺旋形轴向布置。所述的换热管以与水平面夹角小于60度缠绕，最优为小于35度，相邻两层换热管组的缠绕方向相反。作为一种优选方案，所述的壳体外还设有带法兰连接封头的外壳，所述的外壳与壳体间构成换热介质夹套，所述的进口联箱通过换热介质夹套与换热介质进口连通，出口联箱与换热介质夹套不连通，其上部与穿过外壳和壳体的换热介质出口连通。内外不同圈径换热管的管间的外壁间距优选为使用催化剂粒径的2 8倍，最优为3 5倍。 本技术的换热反应器中，进出口联箱不限于壳体侧面，也可在封头上或封头内，连接换热管的管板可以是平板、环弧形、内凹形或外凸形。本技术的的换热反应器可以多台串联或并联组合使用，也可以与气冷反应器或绕管气冷反应器或卧式水管反应器组成联合反应器以满足大型反应装置需要。所述的换热反应器与气冷反应器前后串连组合成大型反应器联合装置时，所述的换热反应器的壳程出气口和气冷反应器的壳程进气口连结，所述气冷反应器管程出气口与水冷绕管反应器的壳程进气口连结。所述的换热反应器与绕管气冷反应器前后串连组合成大型反应器联合装置时，所述的换热反应器的壳程出气口和绕管气冷反应器的壳程进气口连结，所述绕管气冷反应器的管程出气口与所述的换热反应器的壳程进气口连结。所述的换热反应器与卧式水冷反应器前后串联组合成大型反应器联合装置时，换热反应器的壳程出气口和卧式水冷反应器的壳程进气口连接。本技术的换热反应器可广泛应用于于甲醇合成、甲烷合成费托合成等气液烃合成、氨合成、H2S氧化制硫磺等强放热反应或天然气或甲烧转化成H2、C0、C02的合成气、甲醇分解制H2、重油催化裂化等吸热反应。本技术比已有技术具有以下明显优点I.用U形弯头连结相邻上下行管，比现有技术上下都设有联箱降低一半接头泄漏可能性，并降低制造费用。2.因催化剂装在冷管间，故增加了装填系数，达到60 %多，而德国Lurgi管壳式甲醇反应器催化剂装在管内，装填系数只达30 %。3.可采用IOmm直径壁厚Imm的薄壁小管传热系数大,可同时达到比冷面大、传热强和容积利用率高的良好效果。因此同样产量的反应器体积大为缩小，投资大大节省，同时可用增加长度、扩大催化剂装量和能力，尤其适用于大型、超大型年产百万吨装置。4.气体流动一方面由于催化剂装在管间增加流通截面，并且是由于高传热系数和换热面积移热能力强，可降合成循环比，提高单程合成效率。反应器阻力大幅降低，节约动力消耗。5.催化剂床层中气体横向流过换热管，错流提高传热系数和效率，减小温差。6.管外装催化剂成为一体，装填易均匀。7.由于采用绕管作换热管，可自由伸缩，抗温差应力效果好，结构可靠。8.可采用带法兰封头，将内封头的冷管组抽出壳体外，清理冷管和装卸催化剂方便。附图说明图I是本技术中有U形弯头、壳体上部设置一对联箱的换热反应器结构示意图。图Ia是图I所示的换热反应器的工艺流程简图。图2是本技术中有倒U形弯头、壳体下部设置一对联箱的换热反应器结构示意图。 图2a是图2所示的换热反应器的工艺流程简图。图3是本技术中气体横向流动的换热反应器结构示意图。图4是本技术中有外壳的换热反应器结构示意图。图5是本技术的换热反应器水冷并联装置示意图图6是气冷反应器A和本技术换热反应器串联装置示意图。图6a是绕管气冷反应器和本技术换热反应器串联装置示意图。图7是本技术换热反应器和横向卧式水冷串联装置示意图。图8是本技术换热反应器中U形弯头与绕管连接部分的示意图。图9本技术换热反应器中倒U形弯头与绕管连接部分的示意图。附图标记说明I-壳体2-换热管2a_上行换热管 2b_下行换热管3-进气口4-人孔5-出气口6-催化剂卸出口7-绕管轴芯81-气体分布板82-多孔集气板 9a_进口联箱9b_出口联箱10-换热介质夹套 11-外壳12-汽包13-循环泵14-蒸汽出口管15-出水管16-换热介质循环管17-换热介质补充管ISa-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗温差应力的换热反应器，包括壳体和换热件，所述的换热件包括若干换热管，所述的换热管间装有催化剂，所述壳体上设有进气口、出气口、人孔和催化剂卸出口，其特征在于：所述的换热件还包括设有带管板的一对或多对联箱，所述的联箱包括进口联箱和出口联箱；内外圈或同圈径相邻两根所述的换热管的底部由U形弯头连接，构成内通换热介质的上行换热管和下行换热管布置，所述的上行换热管与出口联箱连接，所述的下行换热管与进口联箱连接；或内外圈或同圈径相邻两根所述的换热管的顶部由倒U形弯头连接，倒U形弯头连接的上行换热管与进口联箱连接、下行换热管与出口联箱连接。

【技术特征摘要】
1.一种抗温差应力的换热反应器，包括壳体和换热件，所述的换热件包括若干换热管，所述的换热管间装有催化剂，所述壳体上设有进气口、出气口、人孔和催化剂卸出口，其特征在于所述的换热件还包括设有带管板的一对或多对联箱，所述的联箱包括进口联箱和出口联箱；内外圈或同圈径相邻两根所述的换热管的底部由U形弯头连接，构成内通换热介质的上行换热管和下行换热管布置，所述的上行换热管与出口联箱连接，所述的下行换热管与进口联箱连接；或内外圈或同圈径相邻两根所述的换热管的顶部由倒U形弯头连接，倒U形弯头连接的上行换热管与进口联箱连接、下行换热管与出口联箱连接。2.如权利要求I所述的抗温差应力的换热反应器，其特征在于所述的进气口和出气口连接有气体分布器，所述的进气口位于壳体顶部，所述的出气口位于壳体底部。3.如权利要求I所述的抗温差应力的换热反应器，其特征在于所述的进气口和出气口位于壳体中部双侧对称设置，所述的进气口和出气口连接有气体分布器。4.如权利要求I所述的抗温差应力的换热反应器，其特征在于所述的壳体内设有...

【专利技术属性】
技术研发人员：楼韧，楼寿林，
申请(专利权)人：杭州林达化工技术工程有限公司，
类型：实用新型
国别省市：