[發明專利]可變溫等溫變換反應器

在審

• 申請號: 201811160922.3
• 申請日: 2018-09-30
• 公開（公告）號: CN109012507A
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發明（設計）人: 張志國;蔣自平;方曉峰;許仁春;高步新;崔金棟;劉復民;張茹;應超;樓力行
• 申請（專利權）人: 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;中石化煉化工程(集團)股份有限公司
• 主分類號: B01J8/02
• 分類號: B01J8/02;B01J8/00
• 代理公司: 寧波誠源專利事務所有限公司 33102
• 代理人: 劉鳳欽

本發明涉及到一種可變溫等溫變換反應器，包括爐體、催化劑框，催化劑框、合成氣收集管和換熱管，換熱管的進、出口分別連接進水管道和蒸汽管道；其特征在于換熱管包括由多根第一換熱管組成的第一換熱管組以及由多根第二換熱管組成的第二換熱管組；其中，各第一換熱管沿催化劑框的橫截面均勻布置在催化劑框和合成氣收集管之間的空腔中；各第二換熱管分別沿各自對應的第一換熱管的外周均勻布置，并且，每根第一換熱管的周圍至少均布有三根的第二換熱管；進水管道有兩根，每根進水管道上均設有閥門；各第一換熱管的入口均連通第一進水管道，各第二換熱管的入口均連通第二進水管道；第一換熱管的出口和第二換熱管的出口均連通蒸汽管道。

技術領域

本發明涉及到化工設備，尤其涉及一種等溫變換反應器。

背景技術

CO變換反應是一個放熱反應，反應完全的變換氣溫度可達450℃左右，但是其反應的能壘(反應活性能)較高，在反應之前需要將反應原料即粗煤氣加熱到260℃或者更高的溫度。因此以往的變換工藝都使用變換氣粗煤氣換熱器，利用變換反應后產生的溫度較高的變換氣與變換反應之前的粗煤氣進行換熱。可節省大量能源，同時可以較大提高反應速率和效率。但是因為變換器出口溫度很高，變換反應的壓力很高，通常在3～6MPa，對變換爐外殼的材料與厚度提出了較高的要求。隨著化工項目單線產能的進一步擴大，單臺變換反應器的尺寸也進一步加大，當前大型變換爐的直徑可達4800mm，設備殼體厚度達110mm，材料成本與制造成本大幅上升，也對加工工藝與設備運輸提出了更高要求。

由于變換爐內的介質成份不同，當水氣比過低時，會造成溫度迅速上升，當熱量撤走不及時就會出現飛溫(設備內反應區急劇上升)等現象。設備內溫度過高后，還有可能引起甲烷化反應，當這種情況出現時，設備內的溫度可達600℃～800℃，此種工況出現時會使催化劑因溫度過高失去活性，需要更換催化劑，造成重大經濟損失。而且，當設備壁溫度過高，也會使設備強度急劇下降，給整個裝置的生產帶來巨大的安全風險。

為了控制CO變換反應能在設計溫度下穩定進行，通常采用在反應器內設置換熱管，通過向換熱管內通冷卻水移走變換反應產生的熱量，從而控制反應溫度。

但是隨著反應的進行，催化劑活性降低，導致催化劑的活性溫度升高，由初期的240℃左右升高至280℃左右，這就要求反應溫度隨之升高。目前解決該問題的方法通常是在反應后期提高冷卻水和換熱蒸汽溫度，這必然會導致汽包以及換熱管內壓力急劇增大；同時要相應地提高汽包以及換熱管的設計壁厚。這樣除了對設備要求嚴苛外，還會導致一系列其他問題，例如由于換熱管壁厚的增加，會導致換熱管的傳熱系數降低，反應前期的換熱量也需要增加；并且，由于出汽包蒸汽的溫度和壓力的改變，必然導致配套管線和設備需要做相應的改變。帶來一系列的問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的現狀提供一種不需要增加設備壁厚即能夠在催化劑整個活性期內維持恒定產率的可變溫等溫變換反應器。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：該可變溫等溫變換反應器，包括爐體和設置在所述爐體內的催化劑框，所述催化劑框的中部設有合成氣收集管，換熱管設置在所述催化劑框內，換熱管的進口連接進水管道，換熱管的出口連接蒸汽管道；

其特征在于：

所述換熱管包括由多根第一換熱管組成的第一換熱管組以及由多根第二換熱管組成的第二換熱管組；其中，各所述第一換熱管沿所述催化劑框的橫截面均勻布置在所述催化劑框和所述合成氣收集管之間的空腔中；各所述第二換熱管分別沿各自對應的第一換熱管的外周均勻布置，并且，每根第一換熱管的周圍至少均布有三根所述的第二換熱管；

各所述第一換熱管與設置在其周圍的各所述第二換熱管形成換熱管對；

所述進水管道有兩根，每根進水管道上均設有閥門；各所述第一換熱管的入口均連通第一進水管道，各所述第二換熱管的入口均連通第二進水管道；