CO全徑向等溫變換爐制造技術

本發明專利技術涉及到一種CO全徑向等溫變換爐，其包括爐體、設置在所述爐體內的換熱管束、氣體分布器、氣體收集器和上、下管板，其特征在于所述爐體包括可拆卸連接在一起的上段、中段和下段，所述爐體的頂部還設有變換氣出口；所述氣體收集器的下端連接所述下管板，所述上管板上設有連接孔，所述氣體收集器的上端穿過該連接孔可拆卸連接出氣管；該出氣管的另一端穿過所述的變換氣出口并外露于所述爐體；所述上管板的上方密封連接環形上封頭，所述下管板密封連接所述爐體并位于所述中段和所述下段之間。與現有技術相比，本發明專利技術反應器結構簡單，方便檢修和維護，設備投資少，可控性強。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及到化工設備領域，具體指一種CO全徑向等溫變換爐。
技術介紹
目前國內在粉煤氣化生成的高濃度CO變換流程設計過程中，變換爐均采用絕熱反應器。由于粗合成氣中CO含量高，同時變換反應又是強放熱過程，因此，變換單元在流程設置上均采用多臺絕熱爐串聯進行CO變換反應，爐間移走反應熱。這也造成了傳統高濃度CO變換流程復雜、反應器臺數多、系統壓降大、設備投資高、變換爐溫度控制困難，在催化劑硫化和正常運行時容易超溫，存在安全隱患；絕熱溫升抑制了 CO反應平衡，造成單臺變換爐CO轉化率低等一系列問題?；诮^熱變換爐在高濃度CO變換過程中存在的各種問題，近年來國內一些工程 公司對全等溫變換爐也進行了研究和開發。等溫變換爐的工作原理較簡單，在等溫變換爐內置入換熱管道，當爐內發生CO變換反應時，通過鍋爐給水副產蒸汽的方式移走反應熱，這樣就可以保持催化劑床層溫度基本恒定。相比絕熱變換爐可以省去爐間的熱能回收設備，簡化了工藝流程，降低了設備投資。等溫變換爐工作原理雖然簡單，但在工程設計和裝置實際運行過程中，等溫爐要能夠及時移走反應熱、爐子的結構要簡單、爐子的催化劑更換和檢維修要方便快捷、變換氣分布要均勻，同時解決好爐內熱應力問題也非常關鍵和重要。公告號為CN101721956A的中國專利申請了一種《等溫低溫CO變換反應器》，該等溫反應器內用于移走反應熱的鍋爐水從換熱管道頂部進入，產生的蒸汽也是從換熱管道頂部以自蒸發的形式移出，這使鍋爐水的流動性很差，通過鍋爐水移走反應熱的能力有限，反應器仍然存在超溫的風險。該等溫反應器對自身所產的飽和中壓蒸汽進行了過熱，在工程化過程中此設計方案很難實施，原因是飽和中壓蒸汽的比熱很小，在等溫反應器內由飽和中壓蒸汽變成過熱中壓蒸汽的過程中，吸收的熱量很少，不能有效的移走變換反應熱量，肯定會導致等溫反應器局部超溫，燒壞局部超溫處的變換催化劑。該等溫反應器采用全封閉型式，只能在設備制造過程中進行催化劑的裝填，催化劑失活后的裝卸更換無法實現，另外如果換熱管破裂，也無法進行修補和封堵。該等溫反應器內部分為汽室和水室，下部有換熱管和倒U形管，結構復雜，制造加工難度大，成本高。該等溫反應器內CO變換反應發生在250°C以上，換熱管束所在內部筒體上下部分均與反應器外部筒體焊接連接，在高溫下爐內熱應力無法釋放，會造成內部筒體彎曲變形。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是針對現有技術的狀況，提出一種CO全徑向等溫變換爐，它利用循環水連續、快速地移走高濃度CO變換反應過程中的反應熱,使反應器能夠維持在恒溫狀態下進行變換反應，同時優化和簡化爐體結構型式，為催化劑的快速裝卸、更換和設備檢維修提供便利，還要解決高溫工況下反應器的熱應力釋放問題。本專利技術解決上述技術問題所采用的技術方案為該CO全徑向等溫變換爐，包括爐體，封閉容器，爐體的頂部設有反應氣入口和檢修人孔，爐體的上部側壁上設有冷卻水出口，爐體底部設有冷卻水入口 ；換熱管束，設置在所述爐體內，由多根相互平行的換熱管組成；氣體分布器，設置在所述爐體內，進入爐體內的氣體經氣體分布器均流后進入催化劑床層；上管板和下管板，連接在所述氣體分布器的上、下兩端，其上設有多個管孔，各換 熱管的兩端分別插設在上、下管板上對應的管孔內；氣體收集器，用于收集反應后的合成氣，縱向設置在所述爐體中部；其特征在于所述爐體包括可拆卸連接在一起的上段、中段和下段，所述爐體的頂部還設有變換氣出口 ；所述氣體收集器的下端連接所述下管板，所述上管板上設有連接孔，所述氣體收集器的上端穿過該連接孔可拆卸連接出氣管；該出氣管的另一端穿過所述的變換氣出口并外露于所述爐體；所述上管板的上方連接有環形上封頭，所述下管板密封連接所述爐體并位于所述中段和所述下段之間。較好的，爐體的三段之間均可通過法蘭連接，以保證爐體外部的拆卸和內部管束的整體抽出。爐體可以支撐在裙座上立式放置。為了方便催化劑的裝填、更換，所述氣體分布器可以由可拆卸連接在一起的多個分段短節組合而成，并且各分段又由兩個半圓筒可拆卸連接構成。進一步，為了保證氣體進入催化劑床層時的分布均勻性，各所述分段均包括有外筒體和套設在所述外筒體內的內筒體，各所述外筒體可拆卸連接在一起形成外筒，各所述內筒體可拆卸連接在一起形成套設在所述外筒內的內筒，并且所述外筒體和所述內筒體間隔有間隙。內筒體對反應氣起到二次分布的作用。較好的，上述方案中所述內筒上的氣孔的密度大于所述外筒的，并且所述內筒上的氣孔的孔徑小于等于3_。考慮到生產過程中催化劑的沉降問題，所述氣體分布器靠近所述上管板IOOmm以內的位置不開設氣孔，以防止因催化劑沉降引起的反應氣回流和短路。為了降低冷卻水的流動阻力，所述的冷卻水出口有兩個，相應地，連接所述上封頭與兩個冷卻水出口的出水管也有兩根?？紤]到反應爐內部整體的熱膨脹，可以在所述出水管上設有膨脹節；所述氣體收集器位于所述上封頭與所述爐體空腔內的部分上也設有膨脹節，以解決內部反應系統整體熱膨脹問題。所述上管板的側壁上間隔設有多塊定位塊，對應地，所述爐體的內側壁上設有多組定位板，每組定位板包括左、右間隔設置的左定位板和右定位板，各所述定位塊位于對應的左、右定位板之間。爐體和內部系統通過定位塊的相互定位使安裝和拆卸更為方便。所述氣體收集管在上下管板之間部分間隔均勻地設有多個氣孔，較好地，收集管在靠近上管板底面IOOmm內不開孔，以防止催化劑沉降引起反應氣回流和短路。考慮到氣體收集器的熱膨脹，可以在所述下管板的上表面上設有連接套，所述氣體收集器的下端部定位在該連接套內并與所述的上管板間隔有間隙，該間隙可供氣體收集器在上下管板之間部分的局部熱膨脹。所述的兩個出水管上和氣體收集器出口管上設置膨脹節，以解決內部反應系統整體熱膨脹問題。該CO等溫變換爐整體上采用全徑向Π型結構，反應氣上進上出，換熱管間裝填催化劑，管內走冷卻水，冷卻水吸收變換熱，根據反應熱移出的強度要求，冷卻水循環過程可以是自然循環也可以是強制循環，循環冷卻水下游可設置汽包副產蒸汽回收余熱。通過控制循環水量來維持變換反應溫度的恒定。與現有技術相比，本專利技術具有如下特點 I、通過冷卻水的循環達到快速移出高濃度CO變換反應熱，其過程可以是自然循環也可是強制循環，通過控制循環水量達到控制變換反應溫度的目的，冷卻水出口可以設置汽包副產蒸汽，回收余熱，反應器結構簡單，投資少，可控性強。2、冷卻水出口管、氣體收集器和爐體均采用法蘭連接，使外部爐體可拆卸為上段、中段和下段三部分，使內部反應系統可整體抽出，加上氣體分布器的分段拼接設計和可拆式栓接結構為催化劑的快速裝卸以及后期設備的檢維修提供了便利。3、充分考慮高溫應力工況，在內部反應系統兩個循環冷卻水出口和氣體收集器上端均設置有膨脹節，解決了內部反應系統整體向上的熱膨脹；氣體收集管底套筒間隙定位，解決了氣體收集管向下的局部膨脹，這有利于設備的長周期穩定運行和使用壽命的延長。4、CO全徑向等溫變換爐采用全徑向結構，流通面積大，床層阻力小，壓降小。氣體分布器采用內、外筒結構，對反應氣二次分布，使氣體分布更加均勻，有利于提高轉化率，同時，充分考慮催化劑沉降問題，在氣體分布器頂部和氣體收集管靠近上管板處都預留有IOOmm不開孔區，可防止催化劑沉降引起的變換氣回流、短本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種CO全徑向等溫變換爐，包括：爐體，封閉容器，爐體的頂部設有反應氣入口和檢修人孔，爐體的上部側壁上設有冷卻水出口，爐體底部設有冷卻水入口；換熱管束，設置在所述爐體內，由多根相互平行的換熱管組成；氣體分布器，設置在所述爐體內，進入爐體內的氣體經氣體分布器均流后進入催化劑床層；上管板和下管板，連接在所述氣體分布器的上、下兩端，其上設有多個管孔，各換熱管的兩端分別插設在上、下管板上對應的管孔內；氣體收集器，用于收集反應后的合成氣，縱向設置在所述爐體中部；其特征在于：所述爐體包括可拆卸連接在一起的上段、中段和下段，所述爐體的頂部還設有變換氣出口；所述氣體收集器的下端連接所述下管板，所述上管板上設有連接孔，所述氣體收集器的上端穿過該連接孔可拆卸連接出氣管；該出氣管的另一端穿過所述的變換氣出口并外露于所述爐體；所述上管板的上方密封連接環形上封頭，所述下管板密封連接所述爐體并位于所述中段和所述下段之間。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：許仁春，涂林，施程亮，
申請(專利權)人：中國石油化工集團公司，中石化寧波工程有限公司，中石化寧波技術研究院有限公司，
類型：發明
國別省市：