一種外置聯(lián)箱式水冷可控變換反應(yīng)器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種外置聯(lián)箱式水冷可控變換反應(yīng)器，反應(yīng)器承壓外筒體內(nèi)部設(shè)置水冷管束、分布筒、集氣筒，承壓外筒體兩端分別設(shè)置上外置聯(lián)箱、下外置聯(lián)箱，水冷管束通過(guò)上、下外置聯(lián)箱互通。原料氣通過(guò)工藝氣進(jìn)口進(jìn)入筒體，經(jīng)外分布筒進(jìn)入催化劑床層進(jìn)行CO變換，與水冷管束內(nèi)的低溫流體進(jìn)行可控式換熱，反應(yīng)換熱后的變換氣通過(guò)內(nèi)集氣筒、出口中心管離開(kāi)反應(yīng)器。本實(shí)用新型采用外置聯(lián)箱結(jié)構(gòu)，能單獨(dú)對(duì)水冷管束進(jìn)行檢查和維修，提高了變換系統(tǒng)核心反應(yīng)器的安全性、可維護(hù)性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種外置聯(lián)箱式水冷可控變換反應(yīng)器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種外置聯(lián)箱式水冷可控變換反應(yīng)器，即一種寬溫區(qū)C0變換反應(yīng) 器溫度有效控制及余熱回收的新結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)充分考慮了溫區(qū)寬、變溫快、汽量大等苛刻工 況下，如何在控制好溫度的同時(shí)又能便于事故的檢查及維修的新結(jié)構(gòu)，提高了變換系統(tǒng)核 心設(shè)備的安全可靠性。
【背景技術(shù)】
[0002] 在天然氣、油品或煤等原料制備合成氣的過(guò)程中，均需要通過(guò)C0變換反應(yīng)來(lái)控制 合成氣中碳?xì)浔?co/H2摩爾比），反應(yīng)方程式如下：
[0003] 該反應(yīng)的特點(diǎn)是放熱大，極易飛溫，如無(wú)移熱控制，溫度最高可達(dá)600°C;溫區(qū)寬， 在使用Co-Mo催化劑時(shí)其反應(yīng)溫區(qū)為200-500°C ;變溫快，即變換工藝參數(shù)變化大而快，引起 溫度的快速變化。因此，近年來(lái)隨著新技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)始使用水冷管移熱的控溫變換反應(yīng) 器，這類(lèi)反應(yīng)器的形式主要有：圓管聯(lián)箱式水冷管反應(yīng)器(見(jiàn)圖1A)、雙層管板聯(lián)箱水冷管反 應(yīng)器(見(jiàn)圖1B)，球形聯(lián)箱式水冷管反應(yīng)器(見(jiàn)圖1C)和上下管板式聯(lián)箱水冷管反應(yīng)器(見(jiàn)圖 1D)，這四類(lèi)反應(yīng)器的共同點(diǎn)是均將聯(lián)箱和水管全部放在反應(yīng)器內(nèi)部與催化劑床相聯(lián)為一 體，即所謂內(nèi)置聯(lián)箱結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點(diǎn)為結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單符合傳統(tǒng)思維，但最大缺點(diǎn)是在苛刻的變 換反應(yīng)條件下，水管和聯(lián)箱發(fā)生問(wèn)題時(shí)，如水管破裂、聯(lián)箱焊口開(kāi)裂泄漏、內(nèi)部清理和檢查 等等，難以打開(kāi)聯(lián)箱查找問(wèn)題、進(jìn)行檢修等，這一共性的缺點(diǎn)都加大了這類(lèi)反應(yīng)器的使用風(fēng) 險(xiǎn)，因此聯(lián)箱的結(jié)構(gòu)形式是這類(lèi)反應(yīng)器設(shè)計(jì)的最重要的技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種外置聯(lián)箱式水冷可控變換反 應(yīng)器。
[0005] 本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是:一種外置聯(lián)箱式水冷可控變換反應(yīng)器，其包括外 筒體、位于所述外筒體兩端的上外置聯(lián)箱和下外置聯(lián)箱、位于所述外筒體內(nèi)部的催化劑床 層和水冷管束，所述催化劑床層包括絲網(wǎng)、外分布筒和內(nèi)集氣筒，所述外分布筒的外壁和外 筒體的內(nèi)壁之間留有供工藝氣通過(guò)的間隙，所述內(nèi)集氣筒的上端口位于外筒體內(nèi)部，內(nèi)集 氣筒的下端口作為工藝出氣口延伸至外筒體外部，所述水冷管束的上端口與所述上外置聯(lián) 箱相互連通，水冷管束的下端口與所述下外置聯(lián)箱相互連通。
[0006] 優(yōu)選的，所述的上外置聯(lián)箱或下外置聯(lián)箱包括管板、聯(lián)箱蓋、密封螺栓和冷卻水進(jìn) 口 /水汽出口，水冷管束的端口焊接在所述管板上，所述聯(lián)箱蓋與管板之間通過(guò)所述密封螺 栓可拆卸連接。
[0007] 優(yōu)選的，所述上外置聯(lián)箱和下外置聯(lián)箱的數(shù)量均為2-8個(gè)，上外置聯(lián)箱分布在外筒 體的上端四周，下外置聯(lián)箱分布在外筒體的下端四周，上外置聯(lián)箱和下外置聯(lián)箱兩兩相互 對(duì)應(yīng)設(shè)置。
[0008] 優(yōu)選的，所述上外置聯(lián)箱的數(shù)量為1個(gè)，下外置聯(lián)箱的數(shù)量為2-8個(gè)，上外置聯(lián)箱設(shè) 置在外筒體的頂端中心處，下外置聯(lián)箱分布在外筒體的下端四周。
[0009] 優(yōu)選的，所述上外置聯(lián)箱的數(shù)量為2-8個(gè)，下外置聯(lián)箱的數(shù)量為1個(gè)，上外置聯(lián)箱分 布在外筒體的上端四周，下外置聯(lián)箱設(shè)置在外筒體的底端中心處，所述內(nèi)集氣筒的下端口 穿過(guò)所述下外置聯(lián)箱。
[0010] 優(yōu)選的，所述上外置聯(lián)箱和下外置聯(lián)箱的數(shù)量均為1個(gè)，上外置聯(lián)箱設(shè)置在外筒體 的上端中心處，下外置聯(lián)箱設(shè)置在外筒體的底端中心處，所述內(nèi)集氣筒的下端口穿過(guò)所述 下外置聯(lián)箱。
[0011] 優(yōu)選的，所述外筒體的上端設(shè)有上人孔，外筒體的下端設(shè)有下人孔和自卸口。
[0012] 本實(shí)用新型的有益效果是：由于采用外置聯(lián)箱結(jié)構(gòu)，制造了最好的焊接條件，并能 單獨(dú)對(duì)管箱進(jìn)行檢查和維修，提高了放熱強(qiáng)、溫區(qū)寬、變溫快、控溫難的變換系統(tǒng)核心反應(yīng) 器的安全性、可維護(hù)性。該反應(yīng)器無(wú)論針對(duì)高、低溫度的C0變換反應(yīng)都具有適用性，對(duì)于類(lèi) 似的其他催化反應(yīng)，本反應(yīng)器也適用。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1A是圓管聯(lián)箱式水冷管反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014] 圖1B是雙層管板聯(lián)箱水冷管反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015] 圖1C是球形聯(lián)箱式水冷管反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 圖1D是上下管板式聯(lián)箱水管反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017] 圖2是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 圖3是外置聯(lián)箱的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖4A是實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖4B是實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖4C是實(shí)施例四的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 圖4D是實(shí)施例五的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖中：1-工藝氣入口，2-上人孔，3-內(nèi)集氣筒，4-絲網(wǎng)，5-外筒體，6-外分布筒，7-催 化劑床層，8-下人孔，9-自卸口，10-工藝氣出口，11-冷卻水入口，12-下外置聯(lián)箱，13-水冷 管束，14-上外置聯(lián)箱，15-水汽出口，16-管板，17-密封螺栓，18-聯(lián)箱蓋。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0025] 實(shí)施例一。
[0026] 如圖2所示，一種外置聯(lián)箱式水冷可控變換反應(yīng)器，其特征在于:包括外筒體5、位 于所述外筒體5兩端的上外置聯(lián)箱14和下外置聯(lián)箱12、位于所述外筒體5內(nèi)部的催化劑床層 7和水冷管束13,所述催化劑床層7包括絲網(wǎng)4、外分布筒6和內(nèi)集氣筒3,所述外分布筒6的外 壁和外筒體5的內(nèi)壁之間留有供工藝氣通過(guò)的間隙，所述內(nèi)集氣筒3的上端口位于外筒體5 內(nèi)部，內(nèi)集氣筒3的下端口作為工藝出氣口 10延伸至外筒體5外部，所述水冷管束13的上端 口與所述上外置聯(lián)箱14相互連通，水冷管束13的下端口與所述下外置聯(lián)箱12相互連通。
[0027] 如圖3所示，所述的上外置聯(lián)箱14或下外置聯(lián)箱12包括管板16、聯(lián)箱蓋18、密封螺 栓17和冷卻水進(jìn)口 11/水汽出口 15,所述水冷管束13焊接在管板16與上，所述聯(lián)箱蓋18與管 板16之間通過(guò)所述密封螺栓17可拆卸連接。
[0028] 本實(shí)用新型的工作過(guò)程為：原料氣由工藝氣入口 1進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)，經(jīng)外分布筒6均 勻分布后徑向進(jìn)入催化劑床層7發(fā)生變換反應(yīng)，與水冷管束13中的低溫流體進(jìn)行可控式換 熱，反應(yīng)氣由內(nèi)集氣筒3匯集于中心管并經(jīng)工藝氣出口 10出反應(yīng)器;而冷卻水則由冷卻水入 口 11經(jīng)下外置聯(lián)箱12分布到水冷管束13,冷卻水在水冷管內(nèi)上升過(guò)程中與催化劑床層7工 藝氣換熱，移走反應(yīng)熱，吸熱后汽水混合物匯集于上外置聯(lián)箱14,經(jīng)水汽出口 15送至汽包。
[0029] 實(shí)施例二。
[0030] 如圖4A所示，在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上，所述上外置聯(lián)箱14和下外置聯(lián)箱12的數(shù)量均 為2-8個(gè)，上外置聯(lián)箱14分布在外筒體5的上端四周，下外置聯(lián)箱12分布在外筒體5的下端四 周，上外置聯(lián)箱14和下外置聯(lián)箱12兩兩相互對(duì)應(yīng)設(shè)置。
[0031] 實(shí)施例三。
[0032]如圖4B所示，在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上，所述上外置聯(lián)箱14的數(shù)量為1個(gè)，下外置聯(lián)箱 12的數(shù)量為2-8個(gè)，上外置聯(lián)箱14設(shè)置在外筒體5的頂端中心處，下外置聯(lián)箱12分布在外筒 體5的下端四周。
[0033] 實(shí)施例四。
[0034]如圖4C所示，在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上，所述上外置聯(lián)箱14的數(shù)量為2-8個(gè)，下外置聯(lián) 箱12的數(shù)量為1個(gè)，上外置聯(lián)箱14分布在外筒體5的上端四周，下外置聯(lián)箱12設(shè)置在外筒體5 的底端中心處，所述內(nèi)集氣筒3的下端口穿過(guò)所述下外置聯(lián)箱12。
[0035] 實(shí)施例五。
[0036]如圖4D所示，在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上，所述上外置聯(lián)箱14和下外置聯(lián)箱12的數(shù)量均 為1個(gè)，上外置聯(lián)箱14設(shè)置在外筒體5的上端中心處，下外置聯(lián)箱12設(shè)置在外筒體5的底端中 心處，所述內(nèi)集氣筒3的下端口穿過(guò)所述下外置聯(lián)箱12。
[0037]實(shí)施例六。
[0038] 高C0變換反應(yīng)：
[0039] 來(lái)自煤氣化裝置的粗煤氣經(jīng)凈化、加壓后作為原料氣送至變換裝置，該實(shí)施例中 原料氣的組成(mol，干基）：出:24.95%、0) :65.14%、0)2:9.7%、其余為甲烷、氮?dú)狻⒘蚧瘹洹?有機(jī)硫、等等，汽氣比（原料氣中水與干基氣體摩爾量之比）：0.835，溫度240 °C，壓力 4. OMPa，經(jīng)外置聯(lián)箱式水冷可控變換反應(yīng)器后出口氣中⑶濃度降至4.0~6.5%(mol，干 基)。
[0040] 該外置聯(lián)箱式水冷可控變換反應(yīng)器是利于催化劑床層中水冷管束13移走反應(yīng)熱， 使催化劑床層的溫度控制在270~400°C，管內(nèi)采用水移熱，因此完全能實(shí)現(xiàn)在不同工況下 溫度的穩(wěn)定控制，徹底解決催化劑床層飛溫的情況，同時(shí)副產(chǎn)2.5~4.OMPa的中壓蒸汽。
[0041] 該外置聯(lián)箱式水冷可控變換反應(yīng)器合理布置水冷管束，使催化劑床層存在合理的 高溫區(qū)（300~380°C )，提高反應(yīng)速度；同時(shí)提高有機(jī)硫的轉(zhuǎn)化率到90%以上，降低脫硫裝置 的難度。
[0042] 該外置聯(lián)箱式水冷可控變換反應(yīng)器采用徑向流結(jié)構(gòu)，反應(yīng)器阻力低至0.05MPa，系 統(tǒng)阻力低至〇. 15MPa;采用魚(yú)鱗板式分布器，氣體分布均勻，催化劑利用率高。
[0043]該外置聯(lián)箱式水冷可控變換反應(yīng)器通過(guò)汽包蒸汽壓力控制催化劑床層溫度，操作 簡(jiǎn)單，容易控制。該外置聯(lián)箱式水冷可控變換反應(yīng)器開(kāi)車(chē)通過(guò)栗或噴射器推動(dòng)熱水循環(huán)以 提高催化劑床層溫度至220°C以上，可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的無(wú)縫對(duì)接，接氣開(kāi)車(chē)時(shí)間間隔近為零。
[0044] 實(shí)施例七。
[0045] 低C0變換反應(yīng)：
[0046] 與實(shí)施例六不同的是該實(shí)施例進(jìn)口原料氣濃度較低，該實(shí)施例中原料氣的組成 (!!1〇1，干基）：!1 2:51.52%、0):5.5%、0)2:41.10%、其余為甲烷、氮?dú)?、硫化氫、等等，汽氣?0.348，溫度200 °C，壓力4. OMPa，經(jīng)變換反應(yīng)后C0濃度降至0.50 % (mo 1，干基）以下。
[0047]該外置聯(lián)箱式水冷可控變換反應(yīng)器化學(xué)反應(yīng)近似于平衡，床層溫度降至約200°C， 大大減少補(bǔ)充中高壓蒸汽量，減少了后續(xù)熱量回收裝置的負(fù)荷，降低了運(yùn)行能耗；同時(shí)回收 反應(yīng)熱量，副產(chǎn)0.5~l.OMPa飽和蒸汽。
[0048] 該外置聯(lián)箱式水冷可控變換反應(yīng)器采用徑向流結(jié)構(gòu)，反應(yīng)器阻力低至0.05MPa;采 用魚(yú)鱗板式分布器，氣體分布均勻，催化劑利用率高。
[0049] 該外置聯(lián)箱式水冷可控變換反應(yīng)器集反應(yīng)和熱量回收于一體，變換裝置設(shè)備少， 回收熱量大部分在反應(yīng)器內(nèi)完成，有效減少了露點(diǎn)腐蝕，降低了設(shè)備運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。
[0050] 該外置聯(lián)箱式水冷可控變換反應(yīng)器通過(guò)汽包蒸汽壓力控制催化劑床層溫度，操作 簡(jiǎn)單，容易控制。該外置聯(lián)箱式水冷可控變換反應(yīng)器開(kāi)車(chē)通過(guò)栗或噴射器推動(dòng)熱水循環(huán)以 提高催化劑床層溫度至200°C以上，可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的無(wú)縫對(duì)接，接氣開(kāi)車(chē)時(shí)間間隔近為零。
[0051] 作為上述實(shí)施例的優(yōu)選，本實(shí)用新型的外筒體5的上端設(shè)有上人孔2,外筒體5的下 端設(shè)有下人孔8和自卸口9。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種外置聯(lián)箱式水冷可控變換反應(yīng)器，其特征在于:包括外筒體(5)、位于所述外筒 體(5)兩端的上外置聯(lián)箱（14)和下外置聯(lián)箱（12)、位于所述外筒體(5)內(nèi)部的催化劑床層 (7)和水冷管束（13)，所述催化劑床層(7)包括絲網(wǎng)（4)、外分布筒(6)和內(nèi)集氣筒(3)，所述 外分布筒(6)的外壁和外筒體(5)的內(nèi)壁之間留有供工藝氣通過(guò)的間隙，所述內(nèi)集氣筒(3) 的上端口位于外筒體(5)內(nèi)部，內(nèi)集氣筒（3)的下端口作為工藝出氣口（10)延伸至外筒體 (5)外部，所述水冷管束（13)的上端口與所述上外置聯(lián)箱（14)相互連通，水冷管束（13)的下 端口與所述下外置聯(lián)箱（12)相互連通。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的外置聯(lián)箱式水冷可控變換反應(yīng)器，其特征在于:所述的上外置 聯(lián)箱（14)或下外置聯(lián)箱(12)包括管板(16)、聯(lián)箱蓋(18)、密封螺栓(17)和冷卻水進(jìn)口（11)/ 水汽出口（15)，水冷管束（13)焊接在所述管板（16)上，所述聯(lián)箱蓋（18)與管板（16)之間通 過(guò)所述密封螺栓(17)可拆卸連接。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的外置聯(lián)箱式水冷可控變換反應(yīng)器，其特征在于:所述上外 置聯(lián)箱（14)和下外置聯(lián)箱（12)的數(shù)量均為2-8個(gè)，上外置聯(lián)箱（14)分布在外筒體(5)的上端 四周，下外置聯(lián)箱（12)分布在外筒體(5)的下端四周，上外置聯(lián)箱（14)和下外置聯(lián)箱（12)兩 兩相互對(duì)應(yīng)設(shè)置。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的外置聯(lián)箱式水冷可控變換反應(yīng)器，其特征在于:所述上外 置聯(lián)箱（14)的數(shù)量為1個(gè)，下外置聯(lián)箱（12)的數(shù)量為2-8個(gè)，上外置聯(lián)箱（14)設(shè)置在外筒體 (5)的頂端中心處，下外置聯(lián)箱(12)分布在外筒體(5)的下端四周。5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的外置聯(lián)箱式水冷可控變換反應(yīng)器，其特征在于:所述上外 置聯(lián)箱（14)的數(shù)量為2-8個(gè)，下外置聯(lián)箱（12)的數(shù)量為1個(gè)，上外置聯(lián)箱（14)分布在外筒體 (5)的上端四周，下外置聯(lián)箱（12)設(shè)置在外筒體(5)的底端中心處，所述內(nèi)集氣筒(3)的下端 口穿過(guò)所述下外置聯(lián)箱(12)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的外置聯(lián)箱式水冷可控變換反應(yīng)器，其特征在于:所述上外 置聯(lián)箱（14)和下外置聯(lián)箱（12)的數(shù)量均為1個(gè)，上外置聯(lián)箱(14)設(shè)置在外筒體(5)的頂端中 心處，下外置聯(lián)箱（12)設(shè)置在外筒體(5)的底端中心處，所述內(nèi)集氣筒(3)的下端口穿過(guò)所 述下外置聯(lián)箱（12)。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的外置聯(lián)箱式水冷可控變換反應(yīng)器，其特征在于：所述外筒體 (5)的上端設(shè)有上人孔(2)，外筒體(5)的下端設(shè)有下人孔(8)和自卸口（9)。
【文檔編號(hào)】C01B3/16GK205616570SQ201620381860
【公開(kāi)日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2016年4月29日
【發(fā)明人】呂仲明, 胡學(xué)海, 劉小平, 芮金泉, 張結(jié)喜, 楊琳, 王順明, 楊維森
【申請(qǐng)人】南京國(guó)昌化工科技有限公司