[發明專利]一種徑向床等溫變換爐

在審

• 申請號: 201911069699.6
• 申請日: 2019-11-05
• 公開（公告）號: CN110876910A
• 公開（公告）日: 2020-03-13
• 發明（設計）人: 郭文元;許仁春;劉玉英;徐潔;相紅霞;黃劍平
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中石化寧波技術研究院有限公司;中石化寧波工程有限公司
• 主分類號: B01J8/02
• 分類號: B01J8/02;C01B3/16;C10K3/04
• 代理公司: 寧波誠源專利事務所有限公司 33102
• 代理人: 劉鳳欽

本發明涉及一種徑向床等溫變換爐，包括爐體、換熱管和變換氣收集管道；其特征在于：各換熱管豎向布置，換熱管的上端部和下部分別連接在上管板和下管板上；上管板和下管板均橫向設置在爐體內，將爐體的內腔自上至下依次分隔為上腔、反應腔和下腔；各換熱管的上端口均連通上腔，各換熱管的下端口連通浮動管箱的內腔；浮動管箱容置在下腔內、限位在各換熱管上并且不直接連接爐體；浮動管箱的入口連通界外鍋爐水源，上腔的出口連通界外蒸汽回收設備；爐體上設有原料氣入口，反應腔內設有連通原料氣入口和反應區的氣體分布器。

技術領域

本發明涉及一種反應器，具體指一種徑向床等溫變換爐。

背景技術

國內在粉煤氣化生成的高濃度CO變換流程設計過程中，變換爐較多的采用了絕熱變換爐。由于粗合成氣中CO含量高，同時變換反應是強放熱過程，因此，變換單元在流程上均采用多臺絕熱爐串聯設置，爐間移走反應熱。這也造成了傳統高濃度CO變換流程較復雜、變換爐臺數多、系統壓降大、設備投資高及變換爐溫度控制困難等一系列問題。

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。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，對等溫變換爐的要求卻很高，要保證能夠及時移走反應熱、變換氣分布要均勻，同時由于變換溫度較高，爐內各部件的熱應力集中是一個關鍵和重要的問題。

申請號201620153805.4的中國專利申請了《一種雙球腔可控移熱變換反應器》，但該專利對于換熱管的連接及支撐措施不夠合理，主要存在的問題如下：

換熱管與上下球體連接時，大部分換熱管的上下端部均需要通過彎曲來調節管道的排布形式及其間距，并且換熱管彎曲時的曲率半徑在扇面上是持續變化的。這首先會增加換熱管排布時的加工制造難度，其次是當換熱管處于工作狀態時，在自身重力及管內物料重力的綜合作用下，容易造成換熱管彎曲形變，由于換熱管是埋設在催化劑床層內的，換熱管的形變必然要擠壓其周邊的催化劑，進而造成催化劑床層的疏密不均，這必將影響氣體流場的均勻分布，導致催化劑床層內溫度場的分布不均，最終對CO轉化率以及催化劑壽命產生不利影響。

上下球體分別連接上下封頭，且位于爐體軸線上。靠近爐體軸線的換熱管兩端與上下球體的連接近似直線，換熱管的熱變形位移沒有膨脹節或自然彎曲來吸收，其熱膨脹力直接作用在焊縫連接薄弱處，使得換熱管與上下球體之間連接處局部熱應力超標，而當熱應力達到材料的屈服強度時，則會造成材料由彈性變形轉變為塑性變形直至破壞。如果換熱管一旦破裂，當管內壓力大于管側壓力時，管內汽水混合物會溢出，破壞催化劑床層。而當管內壓力大于管側壓力，則變換氣會泄露到蒸汽系統中，在生產上存在極大安全隱患。另外換熱管的熱脹也容易造成本身扭曲變形，擠壓催化劑床層，最終對CO轉化率以及催化劑壽命產生不利影響。

申請號201210377926.3的中國專利申請了《一種CO全徑向等溫爐》，該專利通過平蓋管板支撐換熱管結構，由于平板結構的穩定性差，通常采用增加平板壁厚的方法提高穩定性。板厚的增加導致設備投資增加，設備制造難度增加。

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加工難度低、結構穩固、容易吸收熱應力的徑向床等溫變換爐。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種徑向床等溫變換爐，包括爐體，設置在所述爐體內的多根換熱管和變換氣收集管道；其特征在于：

各所述換熱管豎向布置，換熱管的上端部和下部分別連接在上管板和下管板上；所述上管板和下管板均橫向設置在所述爐體內，將所述爐體的內腔自上至下依次分隔為上腔、反應腔和下腔；

各所述換熱管的上端口均連通所述上腔，各所述換熱管的下端口連通浮動管箱的內腔，所述浮動管箱容置在所述下腔內、限位在各所述換熱管上并且不直接連接所述爐體；所述浮動管箱的入口連通界外鍋爐水源，所述上腔的出口連通界外蒸汽回收設備；