[發明專利]一種CO全徑向等溫變換爐

有效

• 申請號: 201210377926.3
• 申請日: 2012-10-08
• 公開（公告）號: CN102886229A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發明（設計）人: 許仁春;施程亮;張唯瑋;涂林;陸亞東;劉鋒
• 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
• 主分類號: B01J8/02
• 分類號: B01J8/02;C01B3/16
• 代理公司: 寧波誠源專利事務所有限公司 33102
• 代理人: 劉鳳欽

技術領域

本發明涉及到化工設備領域，具體指一種CO全徑向等溫變換爐。

背景技術

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，單臺變換爐CO轉化率低等一系列問題。

基于絕熱變換爐在高濃度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℃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。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的狀況提供一種CO全徑向等溫變換爐，在滿足高濃度CO變換反應過程中連續、快速地移走反應熱，使反應器能夠維持在恒溫狀態下進行變換反應，同時優化和簡化設備構造，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。

本發明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，所述爐體內設有由多根換熱管組成的換熱管束，所述爐體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，爐體底部設有變換氣出口和冷卻水入口，所述爐體的中心設有氣體收集器；其特征在于所述爐體包括可拆卸連接的上部第一段爐體和下部第二段爐體，所述第二段爐體內設有氣體分布器，該氣體分布器的上、下兩端分別連接在上管板和下管板上，所述上管板與所述爐體的內壁間隔有間隙，所述下管板的周緣密封連接所述爐體的內周壁；所述上管板的上方設有上封頭，所述下管板的下方設有下封頭，所述的換熱管束設置在所述的氣體分布器內，并且各所述換熱管的兩端分別固定在所述的上、下管板上并分別連通由上封頭和上管板、下封頭和下管板構成的空腔；所述氣體收集器的上端連接所述的上管板，氣體收集器的下端穿過所述的下封頭位于下封頭和所述爐體底部構成的空腔內；所述上封頭上設有冷卻水出口，該冷卻水出口通過出水管連接所述的冷卻水出口，并且所述的出水管包括可拆卸連接在一起的兩部分；所述下封頭上設有冷卻水入口，該冷卻水出口通過進水管連接所述的冷卻水入口，并且所述的進水管包括可拆卸連接在一起的兩部分

較好的，第一段爐體和第二段爐體之間可以通過法蘭連接，爐體可以支撐在裙座上立式放置。

為了方便催化劑的裝填，所述氣體分布器可以包括可拆卸連接在一起的多個分段，并且各分段又由兩個半圓筒可拆卸連接構成。