内置冷壁式变换反应器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种内置冷壁式变换反应器，属于化工设备领域，承压壳体通过支座固定，承压壳体内设置有催化剂床层，承压壳体内设置有热电偶，且热电偶延伸到承压壳体外端，承压壳体底部设置有出口中心管，出口中心管上端连接催化剂床层，且设置有气体收集器，承压壳体下封口上设置有催化剂卸料口，催化剂卸料口内安装有催化剂卸料管，其特征在于：催化剂床层与承压壳体的四周和上下方均设置有环形空隙，承压壳体上端设置有人孔，人孔上设置有人孔盖板。将传统工艺流程中的变换反应器变为冷壁式反应器的一个内件，按压差进行设计，减少了一台承压设备壳体，减少了外部管线、泄漏源和失效点。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种内置冷壁式变换反应器，属于化工设备领域。
技术介绍
参见图I，现有的轴向反应器包括承压壳体10，承压壳体10通过支座11安装在基础上，催化剂床层30设置在承压壳体10内，下方通过耐火球支撑，催化剂床层30与承压壳体10的内壳壁接触，在承压壳体10的底部 设置有变换气出口 31，在变换气出口 31端设置有气体收集器40，以收集绝热变换反应后的热变换气，在承压壳体10的顶部设置有反应原料气入口 21，在反应原料气入口 21的入口端设置有气体分布器50，反应原料气由反应原料气入口 21进入后，通过气体分布器50的均匀分布，轴向进入催化剂床层30内，进行绝热变换反应。在承压壳体10的顶部设置有人孔60，以便于催化剂卸料；在承压壳体10的底部设置有催化剂卸料管70，以便于依靠重力卸料。在催化剂床层30内设置有热电偶T，热电偶T被导出所述承压壳体10外。变换反应器的反应原料气入口 21设在变换反应器顶部，连接管线较长；变换气出口设在变换反应器底部；因为一氧化碳变换反应是在较高的压力和温度下进行，其中变换反应器出口温度在400°C飞oo°c之间，工艺介质主要成分为h2、co、co2和水蒸气，介质氢分压高，易燃易爆；另外由于工艺介质存在高温特殊介质腐蚀环境，旧式变换反应器壳体的材料一般采用中温抗氢钢内衬不锈钢；其材料费用和制造、检验、维护成本都很高。此外，在以旧式变换反应器和旧式设备连接方式为基础的传统工艺流程中，旧式设备连接方式采用管线连接，这些管线与所连接的设备不仅占用了很大的布置、配管空间，而且由于管道承载的压力大、温度高、直径大，管壁也相应较厚。同时，管道的布置，管道推力的消除需要采用大量的弯头管件，增加了环焊缝的数量，这些原因都将造成管道材料、制造、检验成本高，投资额度大，并且在高温特殊介质腐蚀环境下，造成了大量潜在的泄漏源和失效点。为保证工艺流程的安全性和可靠性，管道材料必须采用不锈钢，不仅价格昂贵，而且不锈钢较高的线膨胀系数也会在管道及其连接的设备之间产生较大的热应力，需要增加管系的柔性。因此，为了减少设备尤其是中温抗氢钢设备的台数，减少设备内衬不锈钢的面积，须改造工艺流程，对变换反应器的结构进行创新设计，使壳体金属温度大幅降低，这样不仅可以节约大量的设备投资，减少装置占地面积，而且有利于装置的长期、安全、稳定运行。
技术实现思路
根据现有技术的不足，本技术所要解决的技术问题是提供一种内置冷壁式变换反应器，减少高温高压厚壁管线的使用，减少装置占地面积；降到工艺介质对反应器壳体材料的要求、减小壁厚，降低变换反应器的制造成本，提高反应器以及整个变换流程的安全性、稳定性和耐久性。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种内置冷壁式变换反应器，包括承压壳体、催化剂床层、支座、气体收集器、出口中心管、热电偶、催化剂卸料口和催化剂卸料管，承压壳体通过支座固定，承压壳体内设置有催化剂床层，承压壳体内设置有热电偶，且热电偶延伸到承压壳体外端，承压壳体底部设置有出口中心管，出口中心管上端连接催化剂床层，且设置有气体收集器，承压壳体下封口上设置有催化剂卸料口，催化剂卸料口内安装有催化剂卸料管，其特征在于催化剂床层与承压壳体的四周和上下方均设置有环形空隙，承压壳体上端设置有人孔，人孔上设置有人孔盖板。所述的承压壳体下端设置有原料气进口，低温原料气通过原料进气口进入承压壳体底部，通过催化剂床层外壁空隙，进入承压壳体的上部空间，轴向进入催化剂床层，并在此过程中与催化剂床层进行热交换，使得承压壳体可以使用低温材质。原料气进口与承压壳体下封头相连通，经催化剂床层内部反应的热变换气通过出口中心管流出，与原料气进行部分换热，形成冷气通道，此时出口变换气通过出口中心管与原料气进行换热。 原料气通过承压壳体内的底部，经过催化剂床层外壁换热，催化剂外壁与承压壳体的内壳壁之间具有一环形空隙，原料气通过环形空隙进入催化剂床层上部，在承压壳体内壳壁与催化剂外框之间形成隔热气流层，达到承压壳体的冷壁结构。承压壳体的下封头侧面设置有变换反应器原料气进口，将原料气导入承压壳体内；在催化剂床层外壁换热，催化剂床层内走热变换气，催化剂床层外壁走原料气；原料气通过催化剂外框与承压壳体的内壳壁之间的环形空隙，与催化剂床层中反应后的变换气进行热交换，由环形空隙进入承压壳体的上部空间后，预热原料气轴向进入催化剂床层进行绝热变换反应。所述的催化剂床层顶端设置有气体分布器。气体分布器包括铁丝网、瓷球和格栅，使进入承压壳体上部的原料气均匀分散后进入催化剂床层，在达到催化剂的活化反应温度后，通过底部所述出口中心管流出。所述的催化剂床层外侧设置有催化剂床层外框，催化剂床层外框通过支架圈支撑在承压壳体上。在催化剂外框内部以催化剂床层形式填有催化剂。催化剂床层，其下部装填催化剂支撑物，所述催化剂支撑物包括瓷球、铁丝网，在催化剂床层底部装填瓷球，瓷球上部铺一层铁丝网隔绝催化剂。所述的支架圈上设置有排孔。原料气从承压壳体下部空间，经由该排孔进入所述承压壳体的内壳壁与所述催化剂外框之间的环隙，形成隔热气流层，达到承压壳体的冷壁结构。所述的承压壳体不与变换反应产生的高温变换气接触，承压壳体采用中温抗氢钢，无需采用不锈钢衬里。所述的人孔设置在承压壳体顶端。所述的人孔盖板上安装有压力计。所述的催化剂卸料管连接催化剂床层底部，催化剂卸料管插入催化剂卸料口内，催化剂卸料口上安装有卸料口盖板。卸料时以依靠重力卸料。所述的出口中心管被承压壳体包覆，原料气进口设置在包覆出口中心管的承压壳体的侧壁上。所述的承压壳体下端与出口中心管之间设置有空隙。原料气通过所述承压壳体底部，经由承压壳体的环形空隙进行换热后，轴向进入催化剂床层进行变换反应，热变换气经由出口中心管排出，因为承压壳体的下封头与出口中心管之间存在一定空间，所以管体受热膨胀可以不受壳体限制，此时出口变换气不与原料气接触换热。本技术适用于一氧化碳变换反应器、甲烷化反应器等绝热型反应器。本技术的有益效果是(I)将传统工艺流程中的变换反应器变为冷壁式反应器的一个内件，按压差进行设计，减少了一台承压设备壳体，减少了外部管线、泄漏源和失效点。(2)将变换反应器置于承压壳体的中心位置，并与其轴向平行，可通过设置在承压壳体顶部的人孔进行维修、更换和清洗。(3)催化剂床层上部设置有瓷球和铁丝网，使原料气可以轴向均匀流动形式进入 床层内部进行绝热变换反应，使绝热反应更加完全。(4)催化剂外框和承压壳体的内壳壁之间设置一定的间隔，并将低温原料气通过该间隔经由催化剂外框导入催化剂床层，使催化剂外框与承压壳体的内壳壁之间不接触，并形成一隔热冷壁结构，反应后的高温变换气体不与反应器承压壳体接触，消除了反应器超温或飞温对承压壳体的影响，降低承压壳体的设计温度，降低对反应器的材料要求，使承压壳体的壁厚大量减薄，并能采用中温抗氢钢，无需采用不锈钢衬里，从而降低成本。(5)催化剂床层、出口中心管等反应器内件均采用一端相对固定、单向自由膨胀的结构，消除温差应力、提高设备的使用寿命。(6)反应后的热变换气出口采用与原料气不接触形式和接触式部分换热，即原料气从承压壳体的下封头侧面进入，经过环隙后从催化剂床层顶部轴向进行绝热变换反应，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种内置冷壁式变换反应器，包括：承压壳体（1）、催化剂床层（2）、支座（3）、气体收集器（4）、出口中心管（5）、热电偶（6）、催化剂卸料口（7）和催化剂卸料管（8），承压壳体（1）通过支座（3）固定，承压壳体（1）内设置有催化剂床层（2），承压壳体（1）内设置有热电偶（6），且热电偶（6）延伸到承压壳体（1）外端，承压壳体（1）底部设置有出口中心管（5），气体在催化剂床层（2）反应结束后通过出口中心管（5）排出，出口中心管（5）上端连接催化剂床层（2），且设置有气体收集器（4），承压壳体（1）下封口上设置有催化剂卸料口（7），催化剂卸料口（7）内安装有催化剂卸料管（8），其特征在于：催化剂床层（2）与承压壳体（1）的四周和上下方均设置有环形空隙（9），承压壳体（1）上端设置有人孔（11），人孔上设置有人孔盖板（12）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王龙江，高步良，程玉春，邓建利，李海洋，
申请(专利权)人：山东齐鲁科力化工研究院有限公司，
类型：实用新型
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