本发明专利技术涉及到一种CO全径向等温变换炉，其包括炉体、设置在所述炉体内的换热管束、气体分布器、气体收集器和上、下管板，其特征在于所述炉体包括可拆卸连接在一起的上段、中段和下段，所述炉体的顶部还设有变换气出口；所述气体收集器的下端连接所述下管板，所述上管板上设有连接孔，所述气体收集器的上端穿过该连接孔可拆卸连接出气管；该出气管的另一端穿过所述的变换气出口并外露于所述炉体；所述上管板的上方密封连接环形上封头，所述下管板密封连接所述炉体并位于所述中段和所述下段之间。与现有技术相比，本发明专利技术反应器结构简单，方便检修和维护，设备投资少，可控性强。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及到化工设备领域，具体指一种CO全径向等温变换炉。
技术介绍
目前国内在粉煤气化生成的高浓度CO变换流程设计过程中，变换炉均采用绝热反应器。由于粗合成气中CO含量高，同时变换反应又是强放热过程，因此，变换单元在流程设置上均采用多台绝热炉串联进行CO变换反应，炉间移走反应热。这也造成了传统高浓度CO变换流程复杂、反应器台数多、系统压降大、设备投资高、变换炉温度控制困难，在催化剂硫化和正常运行时容易超温，存在安全隐患；绝热温升抑制了 CO反应平衡，造成单台变换炉CO转化率低等一系列问题。基于绝热变换炉在高浓度CO变换过程中存在的各种问题，近年来国内一些工程 公司对全等温变换炉也进行了研究和开发。等温变换炉的工作原理较简单，在等温变换炉内置入换热管道，当炉内发生CO变换反应时，通过锅炉给水副产蒸汽的方式移走反应热，这样就可以保持催化剂床层温度基本恒定。相比绝热变换炉可以省去炉间的热能回收设备，简化了工艺流程，降低了设备投资。等温变换炉工作原理虽然简单，但在工程设计和装置实际运行过程中，等温炉要能够及时移走反应热、炉子的结构要简单、炉子的催化剂更换和检维修要方便快捷、变换气分布要均匀，同时解决好炉内热应力问题也非常关键和重要。公告号为CN101721956A的中国专利申请了一种《等温低温CO变换反应器》，该等温反应器内用于移走反应热的锅炉水从换热管道顶部进入，产生的蒸汽也是从换热管道顶部以自蒸发的形式移出，这使锅炉水的流动性很差，通过锅炉水移走反应热的能力有限，反应器仍然存在超温的风险。该等温反应器对自身所产的饱和中压蒸汽进行了过热，在工程化过程中此设计方案很难实施，原因是饱和中压蒸汽的比热很小，在等温反应器内由饱和中压蒸汽变成过热中压蒸汽的过程中，吸收的热量很少，不能有效的移走变换反应热量，肯定会导致等温反应器局部超温，烧坏局部超温处的变换催化剂。该等温反应器采用全封闭型式，只能在设备制造过程中进行催化剂的装填，催化剂失活后的装卸更换无法实现，另外如果换热管破裂，也无法进行修补和封堵。该等温反应器内部分为汽室和水室，下部有换热管和倒U形管，结构复杂，制造加工难度大，成本高。该等温反应器内CO变换反应发生在250°C以上，换热管束所在内部筒体上下部分均与反应器外部筒体焊接连接，在高温下炉内热应力无法释放，会造成内部筒体弯曲变形。
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状况，提出一种CO全径向等温变换炉，它利用循环水连续、快速地移走高浓度CO变换反应过程中的反应热,使反应器能够维持在恒温状态下进行变换反应，同时优化和简化炉体结构型式，为催化剂的快速装卸、更换和设备检维修提供便利，还要解决高温工况下反应器的热应力释放问题。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为该CO全径向等温变换炉，包括炉体，封闭容器，炉体的顶部设有反应气入口和检修人孔，炉体的上部侧壁上设有冷却水出口，炉体底部设有冷却水入口 ；换热管束，设置在所述炉体内，由多根相互平行的换热管组成；气体分布器，设置在所述炉体内，进入炉体内的气体经气体分布器均流后进入催化剂床层；上管板和下管板，连接在所述气体分布器的上、下两端，其上设有多个管孔，各换 热管的两端分别插设在上、下管板上对应的管孔内；气体收集器，用于收集反应后的合成气，纵向设置在所述炉体中部；其特征在于所述炉体包括可拆卸连接在一起的上段、中段和下段，所述炉体的顶部还设有变换气出口 ；所述气体收集器的下端连接所述下管板，所述上管板上设有连接孔，所述气体收集器的上端穿过该连接孔可拆卸连接出气管；该出气管的另一端穿过所述的变换气出口并外露于所述炉体；所述上管板的上方连接有环形上封头，所述下管板密封连接所述炉体并位于所述中段和所述下段之间。较好的，炉体的三段之间均可通过法兰连接，以保证炉体外部的拆卸和内部管束的整体抽出。炉体可以支撑在裙座上立式放置。为了方便催化剂的装填、更换，所述气体分布器可以由可拆卸连接在一起的多个分段短节组合而成，并且各分段又由两个半圆筒可拆卸连接构成。进一步，为了保证气体进入催化剂床层时的分布均匀性，各所述分段均包括有外筒体和套设在所述外筒体内的内筒体，各所述外筒体可拆卸连接在一起形成外筒，各所述内筒体可拆卸连接在一起形成套设在所述外筒内的内筒，并且所述外筒体和所述内筒体间隔有间隙。内筒体对反应气起到二次分布的作用。较好的，上述方案中所述内筒上的气孔的密度大于所述外筒的，并且所述内筒上的气孔的孔径小于等于3_。考虑到生产过程中催化剂的沉降问题，所述气体分布器靠近所述上管板IOOmm以内的位置不开设气孔，以防止因催化剂沉降引起的反应气回流和短路。为了降低冷却水的流动阻力，所述的冷却水出口有两个，相应地，连接所述上封头与两个冷却水出口的出水管也有两根。考虑到反应炉内部整体的热膨胀，可以在所述出水管上设有膨胀节；所述气体收集器位于所述上封头与所述炉体空腔内的部分上也设有膨胀节，以解决内部反应系统整体热膨胀问题。所述上管板的侧壁上间隔设有多块定位块，对应地，所述炉体的内侧壁上设有多组定位板，每组定位板包括左、右间隔设置的左定位板和右定位板，各所述定位块位于对应的左、右定位板之间。炉体和内部系统通过定位块的相互定位使安装和拆卸更为方便。所述气体收集管在上下管板之间部分间隔均匀地设有多个气孔，较好地，收集管在靠近上管板底面IOOmm内不开孔，以防止催化剂沉降引起反应气回流和短路。考虑到气体收集器的热膨胀，可以在所述下管板的上表面上设有连接套，所述气体收集器的下端部定位在该连接套内并与所述的上管板间隔有间隙，该间隙可供气体收集器在上下管板之间部分的局部热膨胀。所述的两个出水管上和气体收集器出口管上设置膨胀节，以解决内部反应系统整体热膨胀问题。该CO等温变换炉整体上采用全径向Π型结构，反应气上进上出，换热管间装填催化剂，管内走冷却水，冷却水吸收变换热，根据反应热移出的强度要求，冷却水循环过程可以是自然循环也可以是强制循环，循环冷却水下游可设置汽包副产蒸汽回收余热。通过控制循环水量来维持变换反应温度的恒定。与现有技术相比，本专利技术具有如下特点 I、通过冷却水的循环达到快速移出高浓度CO变换反应热，其过程可以是自然循环也可是强制循环，通过控制循环水量达到控制变换反应温度的目的，冷却水出口可以设置汽包副产蒸汽，回收余热，反应器结构简单，投资少，可控性强。2、冷却水出口管、气体收集器和炉体均采用法兰连接，使外部炉体可拆卸为上段、中段和下段三部分，使内部反应系统可整体抽出，加上气体分布器的分段拼接设计和可拆式栓接结构为催化剂的快速装卸以及后期设备的检维修提供了便利。3、充分考虑高温应力工况，在内部反应系统两个循环冷却水出口和气体收集器上端均设置有膨胀节，解决了内部反应系统整体向上的热膨胀；气体收集管底套筒间隙定位，解决了气体收集管向下的局部膨胀，这有利于设备的长周期稳定运行和使用寿命的延长。4、CO全径向等温变换炉采用全径向结构，流通面积大，床层阻力小，压降小。气体分布器采用内、外筒结构，对反应气二次分布，使气体分布更加均匀，有利于提高转化率，同时，充分考虑催化剂沉降问题，在气体分布器顶部和气体收集管靠近上管板处都预留有IOOmm不开孔区，可防止催化剂沉降引起的变换气回流、短本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种CO全径向等温变换炉，包括：炉体，封闭容器，炉体的顶部设有反应气入口和检修人孔，炉体的上部侧壁上设有冷却水出口，炉体底部设有冷却水入口；换热管束，设置在所述炉体内，由多根相互平行的换热管组成；气体分布器，设置在所述炉体内，进入炉体内的气体经气体分布器均流后进入催化剂床层；上管板和下管板，连接在所述气体分布器的上、下两端，其上设有多个管孔，各换热管的两端分别插设在上、下管板上对应的管孔内；气体收集器，用于收集反应后的合成气，纵向设置在所述炉体中部；其特征在于：所述炉体包括可拆卸连接在一起的上段、中段和下段，所述炉体的顶部还设有变换气出口；所述气体收集器的下端连接所述下管板，所述上管板上设有连接孔，所述气体收集器的上端穿过该连接孔可拆卸连接出气管；该出气管的另一端穿过所述的变换气出口并外露于所述炉体；所述上管板的上方密封连接环形上封头，所述下管板密封连接所述炉体并位于所述中段和所述下段之间。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：许仁春，涂林，施程亮，
申请(专利权)人：中国石油化工集团公司，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，
类型：发明
国别省市：
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