節(jié)能型蒸汽轉(zhuǎn)化爐爐管的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明節(jié)能型蒸汽轉(zhuǎn)化爐爐管，包括管體，以及連接在管體兩端用于密封的上法蘭和下法蘭；管體的上部分別設(shè)置有工藝氣進(jìn)口和工藝氣出口，管體內(nèi)部設(shè)置有催化劑；工藝氣進(jìn)口高于工藝氣出口設(shè)置，工藝氣出口通過出氣管從催化劑中部延伸至管體底部；催化劑的上邊界低于工藝氣進(jìn)口且高于工藝氣出口，下邊界高于出氣管的下端口。通過將工藝氣進(jìn)出口都設(shè)置在管體上部，然后利用設(shè)置在催化劑中部的出氣管形成氣體在管體內(nèi)的逆流排出回路，同時(shí)將攜帶的熱量向內(nèi)層溫度較低的催化劑反應(yīng)區(qū)釋放，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的回收利用，出氣管同時(shí)起到換熱器的作用，達(dá)到了節(jié)約燃料的目的，優(yōu)化了催化劑床層反應(yīng)溫度，降低了工藝氣出口溫度，保護(hù)爐管，延長(zhǎng)壽命，降低成本。
【專利說明】節(jié)能型蒸汽轉(zhuǎn)化爐爐管
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到制氨或制氫設(shè)備中的轉(zhuǎn)化爐爐管，具體為一種節(jié)能型蒸汽轉(zhuǎn)化爐爐管。
【背景技術(shù)】
[0002]蒸汽轉(zhuǎn)化爐是天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化制合成氣的主體設(shè)備。它是使天然氣與蒸汽混合物通過轉(zhuǎn)化管轉(zhuǎn)化成富含氫、一氧化碳、二氧化碳的合成氣。而蒸汽轉(zhuǎn)化爐爐管既能夠用于以天然氣為原料的合成氨一段轉(zhuǎn)化爐，也能夠用于甲醇裝置以及其它烴類蒸汽轉(zhuǎn)化裝置的制氫轉(zhuǎn)化爐中；現(xiàn)有技術(shù)中，轉(zhuǎn)化管由外部輻射加熱，管內(nèi)裝有含鎳催化劑，從上部通入的氣體在轉(zhuǎn)化管內(nèi)一邊進(jìn)行吸熱，一邊進(jìn)行著化學(xué)反應(yīng)從下部排出；每一根爐管就是一個(gè)直接接受火焰加熱的轉(zhuǎn)化反應(yīng)器，由于轉(zhuǎn)化管反應(yīng)的特殊性，其進(jìn)氣口的溫度能達(dá)到450°C，出氣口的溫度能達(dá)到850°C，而整個(gè)轉(zhuǎn)化爐爐膛的溫度更是能夠高達(dá)1100°C。因此在其生產(chǎn)使用過程中，燃料的消耗和爐管的損耗占到了生產(chǎn)成本的絕大部分。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中由于采用的是上進(jìn)氣通過催化劑作用后下出氣的轉(zhuǎn)化管實(shí)現(xiàn)反應(yīng)，力口之實(shí)現(xiàn)反應(yīng)需要很高的溫度，因此其始終無法降低從出氣口帶走而浪費(fèi)的熱量損失，熱力效率低；并且也極易導(dǎo)致轉(zhuǎn)化管過熱而發(fā)生蠕變破裂，降低使用壽命，增加生產(chǎn)成本；而且由于反應(yīng)導(dǎo)致催化劑使用時(shí)內(nèi)外溫度差大，易析炭，催化劑表面被碳覆蓋后，導(dǎo)致催化劑失活。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種節(jié)能型蒸汽轉(zhuǎn)化爐爐管，能夠?qū)崿F(xiàn)熱量的充分利用，降低出氣溫度，均衡了催化劑溫差，減少了對(duì)外供熱量的需求，節(jié)省了加熱燃料，高效節(jié)能。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0006]本發(fā)明節(jié)能型蒸汽轉(zhuǎn)化爐爐管包括管體，以及連接在管體兩端用于密封的上法蘭和下法蘭；管體的上部分別設(shè)置有工藝氣進(jìn)口和工藝氣出口，管體內(nèi)部設(shè)置有催化劑；工藝氣進(jìn)口高于工藝氣出口設(shè)置，工藝氣出口通過出氣管從催化劑中部延伸至管體底部；催化劑的上邊界低于工藝氣進(jìn)口且高于工藝氣出口，下邊界高于出氣管的下端口。
[0007]優(yōu)選的，出氣管管內(nèi)壁設(shè)置有螺旋折流線或螺旋折流板。
[0008]優(yōu)選的，催化劑的下邊界由設(shè)置在下法蘭內(nèi)側(cè)的隔熱板限定；隔熱板與出氣管下端口之間呈間隙設(shè)置，間隙的寬度小于催化劑單體的直徑。
[0009]進(jìn)一步，隔熱板的上表面設(shè)置有凸環(huán)，下表面對(duì)應(yīng)設(shè)置有凹槽；凸環(huán)頂部撐托催化齊U，凸環(huán)內(nèi)部與出氣管下端口間隙配合；凹槽與下法蘭內(nèi)側(cè)嵌套配合進(jìn)行徑向固定。
[0010]再進(jìn)一步，隔熱板由隔熱陶瓷制成。
[0011]優(yōu)選的，管體外側(cè)上部設(shè)置有吊耳，吊耳在橫截面上分別與工藝進(jìn)氣口和工藝出
氣口呈垂直布置。[0012]進(jìn)一步，工藝進(jìn)氣口和工藝出氣口在橫截面上呈180°布置。
[0013]再進(jìn)一步，工藝進(jìn)氣口通過豬尾管連接進(jìn)口集合管，工藝出氣口通過豬尾管連接出口集合管。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果:
[0015]本發(fā)明通過將工藝氣進(jìn)出口都設(shè)置在管體上部，然后利用設(shè)置在催化劑中部的出氣管形成氣體在管體內(nèi)的排出回路，氣體從工藝氣進(jìn)口經(jīng)催化劑催化反應(yīng)后攜帶大量的熱從出氣管中逆流排出，同時(shí)將攜帶的熱量經(jīng)出氣管向內(nèi)層溫度較低的催化劑反應(yīng)區(qū)釋放，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的回收利用，出氣管同時(shí)起到換熱器的作用，完成了對(duì)余熱的轉(zhuǎn)化利用，達(dá)到了節(jié)約燃料的目的，而且優(yōu)化了催化劑床層反應(yīng)溫度，降低了工藝氣出口溫度，間接達(dá)到保護(hù)爐管的作用，也延長(zhǎng)了其使用壽命，降低了生產(chǎn)成本。
[0016]進(jìn)一步的，通過在出氣管內(nèi)設(shè)置螺旋折流線或螺旋折流板，能夠增大工藝氣體與出氣管的接觸面積和作用時(shí)間，強(qiáng)化傳熱效率，提高余熱回收量。
[0017]進(jìn)一步的，通過設(shè)置隔熱板能夠防止熱量的二次損失，并保護(hù)下法蘭，防止下法蘭過度受熱導(dǎo)致使用壽命和工作可靠性降低，同時(shí)能夠?qū)Υ呋瘎┑南逻吔鐚?shí)現(xiàn)限位，起到催化劑托盤的作用。
[0018]進(jìn)一步的，利用凸環(huán)與出氣管下端口形成的腔室能夠保證工藝氣體的聚集回流，并且為隔熱板提供了膨脹滑動(dòng)的空間，確保了氣體回流的順利通暢，避免了催化劑隨氣體的流失。
[0019]進(jìn)一步的，通過對(duì)吊耳以及工藝氣進(jìn)出口的分布配置，以及連接設(shè)置，能夠?qū)ζ浣Y(jié)構(gòu)以及連接實(shí)現(xiàn)更好的優(yōu)化配合，方便加工、安裝和配合，結(jié)構(gòu)緊湊，維護(hù)方便。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明實(shí)例中所述結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0021]圖2為圖1的俯視圖。
[0022]圖中:管體1，上法蘭2，下法蘭3，工藝氣進(jìn)口 4，工藝氣出口 5，催化劑6，出氣管7，隔熱板8，吊耳9，豬尾管10，進(jìn)口集合管11，出口集合管12。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，所述是對(duì)本發(fā)明的解釋而不是限定。
[0024]本發(fā)明節(jié)能型蒸汽轉(zhuǎn)化爐爐管，如圖1所示，其包括管體1，以及連接在管體I兩端用于密封的上法蘭2和下法蘭3 ;管體I的上部分別設(shè)置有工藝氣進(jìn)口 4和工藝氣出口 5，管體I內(nèi)部設(shè)置有催化劑6 ;工藝氣進(jìn)口 4高于工藝氣出口 5設(shè)置，工藝氣出口 5通過出氣管7從催化劑6中部延伸止管體I底部；催化劑6的上邊界低于工藝氣進(jìn)口 4且高于工藝氣出口 5，下邊界高于出氣管7的下端口。管體I與出氣管7之間的催化劑6用于對(duì)工藝氣的高溫反應(yīng)進(jìn)行催化加速，出氣管7用于對(duì)外輸氣的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)換熱，在工藝氣轉(zhuǎn)化后流出的同時(shí)將轉(zhuǎn)化廢熱傳于出氣管7外部的催化劑6的反應(yīng)區(qū)，實(shí)現(xiàn)節(jié)約外部燃料燃燒所提供熱量的效果，均化了管體I內(nèi)催化劑6床層反應(yīng)溫度的分布，從而降低了管體I的溫度，保護(hù)了整體爐管結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，延長(zhǎng)了使用壽命，能夠降低管體I的選材和制作要求，同時(shí)出氣管不承壓，且能夠設(shè)置上下膨脹滑動(dòng)余隙，選材制作要求低。
[0025]優(yōu)選的，出氣管7管內(nèi)壁設(shè)置有強(qiáng)化傳熱的螺旋折流線或螺旋折流板。如圖1所示，催化劑6的下邊界由設(shè)置在下法蘭3內(nèi)側(cè)的隔熱板8限定；隔熱板8與出氣管7下端口之間呈間隙設(shè)置，間隙的寬度小于催化劑單體的直徑，從而優(yōu)化了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在隔熱的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)催化劑6的支撐托頂限位；隔熱板8的上表面設(shè)置有凸環(huán)，下表面對(duì)應(yīng)設(shè)置有凹槽；凸環(huán)頂部撐托催化劑，凸環(huán)內(nèi)部與出氣管7下端口間隙配合，形成了集氣逆流腔體，并提供了熱膨脹空間；凹槽與下法蘭3內(nèi)側(cè)嵌套配合進(jìn)行徑向固定，保證了其裝配和使用的安全穩(wěn)定。本優(yōu)選實(shí)施例中以隔熱板8由隔熱陶瓷制成說明。
[0026]優(yōu)選的，如圖1和圖2,管體I外側(cè)上部設(shè)置有吊耳9,吊耳9在橫截面上分別與工藝進(jìn)氣口 4和工藝出氣口 5呈垂直布置。如圖2所示，工藝進(jìn)氣口 4和工藝出氣口 5在橫截面上呈180°布置。如圖1所示，工藝進(jìn)氣口 4通過豬尾管10連接進(jìn)口集合管11，工藝出氣口 5通過豬尾管10連接出口集合管12。
[0027]本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作更安全，可滿足蒸汽轉(zhuǎn)化爐長(zhǎng)周期運(yùn)行的要求，工藝氣體以低溫狀態(tài)從工藝氣進(jìn)口進(jìn)入爐管中，進(jìn)催化劑6催化吸熱反應(yīng)后以高溫狀態(tài)從出氣管7的下端口逆流向上準(zhǔn)備排出，經(jīng)出氣管7的換熱后最終以中溫狀態(tài)經(jīng)豬尾管10匯集到出口集合管12中實(shí)現(xiàn)下個(gè)步驟的加工和利用。整個(gè)反應(yīng)過程中既吸收輻射熱，也利用自身高溫實(shí)現(xiàn)甲烷及輕烴的轉(zhuǎn)化，使得出口工藝氣體溫度更低，降低出口管系設(shè)計(jì)制作難度，且節(jié)約了外供熱量及燃料氣，本發(fā)明更適合底燒型轉(zhuǎn)化爐，更能顯示出節(jié)能的特性；由于出口氣體溫度降低，亦可用出口氣預(yù)熱進(jìn)口工藝氣，帶入更多高位熱于轉(zhuǎn)化爐，實(shí)現(xiàn)更多熱量的利用，實(shí)現(xiàn)燃料更大的節(jié)約。其既可以用于以天然氣為原料的合成氨一段轉(zhuǎn)化爐，也可以用于甲醇裝置以及其它烴類蒸汽轉(zhuǎn)化裝置的制氫轉(zhuǎn)化爐中，熱效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，可整體制作，安裝檢修方便，規(guī)?？纱罂尚?，也可做成撬裝裝置；內(nèi)置的催化劑6裝卸方便，開停車還原簡(jiǎn)單，快速，大大節(jié)約了開停車費(fèi)用，適用于天然氣、油田氣、焦?fàn)t氣、輕烴制氫、甲醇、合成氨。
【權(quán)利要求】
1.節(jié)能型蒸汽轉(zhuǎn)化爐爐管，其特征在于，包括管體(1)，以及連接在管體(I)兩端用于密封的上法蘭(2)和下法蘭(3);管體(I)的上部分別設(shè)置有工藝氣進(jìn)口(4)和工藝氣出口(5)，管體(I)內(nèi)部設(shè)置有催化劑(6);工藝氣進(jìn)口(4)高于工藝氣出口(5)設(shè)置，工藝氣出口(5)通過出氣管(7)從催化劑(6)中部延伸至管體(I)底部；催化劑(6)的上邊界低于工藝氣進(jìn)口(4)且高于工藝氣出口(5)，下邊界高于出氣管(7)的下端口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能型蒸汽轉(zhuǎn)化爐爐管，其特征在于，所述的出氣管(7)管內(nèi)壁設(shè)置有螺旋折流線或螺旋折流板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能型蒸汽轉(zhuǎn)化爐爐管，其特征在于，所述的催化劑(6)的下邊界由設(shè)置在下法蘭(3)內(nèi)側(cè)的隔熱板(8)限定；隔熱板(8)與出氣管(7)下端口之間呈間隙設(shè)置，間隙的寬度小于催化劑單體的直徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的節(jié)能型蒸汽轉(zhuǎn)化爐爐管，其特征在于，所述的隔熱板(8)的上表面設(shè)置有凸環(huán)，下表面對(duì)應(yīng)設(shè)置有凹槽；凸環(huán)頂部撐托催化劑，凸環(huán)內(nèi)部與出氣管(7)下端口間隙配合；凹槽與下法蘭(3)內(nèi)側(cè)嵌套配合進(jìn)行徑向固定。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的節(jié)能型蒸汽轉(zhuǎn)化爐爐管，其特征在于，所述的隔熱板(8)由隔熱陶瓷制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能型蒸汽轉(zhuǎn)化爐爐管，其特征在于，管體(I)外側(cè)上部設(shè)置有吊耳(9)，吊耳(9)在橫截面上分別與工藝進(jìn)氣口(4)和工藝出氣口(5)呈垂直布置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的節(jié)能型蒸汽轉(zhuǎn)化爐爐管，其特征在于，所述的工藝進(jìn)氣口(4)和工藝出氣口(5)在橫截面上呈180°布置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或6或7所述的節(jié)能型蒸汽轉(zhuǎn)化爐爐管，其特征在于，所述的工藝進(jìn)氣口(4)通過豬尾管(10)連接進(jìn)口集合管(11)，工藝出氣口(5)通過豬尾管(10)連接出口集合管(12)。
【文檔編號(hào)】B01J8/06GK103785333SQ201410058287
【公開日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年2月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月20日
【發(fā)明者】劉建國(guó), 李錦林, 王瑞印 申請(qǐng)人:劉建國(guó)