一种等温绝热径向复合式反应器

摘要

本发明涉及一种等温与绝热复合式径向变换反应器，它由壳体和内件组成，其中：壳体由外壳上部封头和外壳下部筒体连接；内件包括等温径向段的催化剂床层、上分气筒、上集气筒、换热管、换热管进口管箱、换热管出口管箱、冷激器；绝热径向段的冷激汽化层、催化剂床层、下分气筒和下集气筒；其特征在于内件为径向设置，其中：内件的上部设有等温径向段的催化剂床层，该等温径向段的催化剂层设在上分气筒和上集气筒之间以及换热管之外；内件的下部设有绝热径向段的催化剂床层，该催化剂层设在下分气筒和下集气筒之间。本发明解决了现有等温变换工艺装置设备部件多、占地面积大和投资成本高等问题，适用于煤化工、天然气等后续加工行业。

说明书

技术领域

本发明属于煤化工设备技术领域，特别是涉及一种等温绝热径向复合式反应 器。

技术背景

变换反应是利用原料气体中的一氧化碳(CO)和蒸汽(H₂O)在催化剂的作用 下生成二氧化碳(CO₂)和氢气(H₂)，并放出大量热量Q，其反应方程式为：

在现有的煤化工行业生产装置中，为了调节原料气中的碳氢比或氢氮比，很 多装置一氧化碳变换工序采用了等温变换工艺。但对于高浓度一氧化碳等温变换 工艺装置，目前大多是采用一台或多台等温变换反应器后再串联一台绝热变换反 应器才能达到生产工艺要求。同时，为了降低绝热变换反应器的气体进口温度， 等温变换反应器和绝热变换反应器之间设置了热量回收设备，为了调节绝热变换 反应器进气体口的汽气比，入绝热变换反应器前还设置了喷水设备或蒸汽添加装 置。这样既增加了设备投资、加大了管道投入，还扩大了装置的占地面积。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足而提供一种等温绝热径向复合式反 应器，本发明能够解决现有高浓度一氧化碳等温变换工艺装置的设备部件多、占 地面积大和投资成本高等难题，适用于煤化工、天然气等后续加工行业。

根据本发明提出的一种等温绝热径向复合式反应器，它由壳体和内件组成， 其中：壳体由外壳上部封头和外壳下部筒体连接；内件包括等温径向段的上催化 剂床层、上分气筒、上集气筒、换热曲管、换热管进口管箱、换热管出口管箱和 冷激器，所述换热曲管的上下端分别与换热管出口管箱和换热管进口管箱连接； 绝热径向段的冷激汽化层、下催化剂床层、下分气筒和下集气筒；其特征在于所 述内件为径向设置，其中：所述内件的上部设有等温径向段的上催化剂床层，该 上催化剂床层设在上分气筒和上集气筒之间以及换热管之外，冷激器设在等温径 向段的上集气筒内；所述内件的下部设有绝热径向段的下催化剂床层，该下催化 剂床层设在下分气筒和下集气筒之间，该下催化剂床层的上段设有冷激汽化层。

本发明与现有技术相比其显著优点在于：

一是反应气体首先通过等温径向段的上催化剂床层进行一氧化碳变换反应， 一氧化碳转化率可达到90％左右；然后气体再进入绝热径向段的冷激汽化层通过 用洁净的蒸汽冷凝热水冷激降温，热水汽化以调节汽气比；最后进入绝热径向段 的催化剂床层进行一氧化碳变换反应，使得反应器出口的一氧化碳含量可达到工 艺要求。

二是等温径向段的上催化剂床层设置在上分气筒和上集气筒之间以及换热 曲管之外，换热曲管的管内走热水；反应气体在催化剂床层内进行一氧化碳变换 反应所放出的热量通过换热曲管内的热水带出，并副产蒸汽，使催化剂床层的反 应温度处在一个相对恒定状态，从而达到等温变换的过程。

三是绝热径向段的进口反应气体在反应器内进行冷激降温、增湿，通过将冷 激器设置在上集气筒内、冷激汽化层设在绝热径向段的上部，使得洁净的蒸汽冷 凝热水首先通过冷激器的雾化喷头，在上集气筒内对等温径向段的出口气即绝热 径向段的进口气进行冷激降温和增湿，由增湿后的气体再进入冷激汽化层进一步 汽化进入绝热径向段进行变换反应，从而省去现有的高浓度一氧化碳变换工艺装 置的等温变换反应器和绝热变换反应器之间的热量回收设备以及增湿或添加蒸 汽的设备。

综上所述，本发明很好地解决了现有高浓度一氧化碳等温变换工艺装置的设 备部件多、占地面积大和投资成本高的难题，广泛适用于煤化工、天然气等后续 加工行业。

附图说明

图1是本发明提出的一种等温绝热径向复合式反应器的主视结构剖面示意 图。

图2是本发明提出的一种等温绝热径向复合式反应器的俯视结构示意图。

图3是本发明提出的一种等温绝热径向复合式反应器的仰视结构示意图。

具体实施方案

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方案作进一步的详细说明。

结合图1，本发明提出的一种等温绝热径向复合式反应器，它由壳体和内 件组成，其中：壳体由外壳上部封头(1)和外壳下部筒体(6)连接；内件包括 等温径向段的上催化剂床层(2)、上分气筒(3)、上集气筒(5)、换热曲管(4)、 换热管进口管箱(11)、换热管出口管箱(10)和冷激器(7)，所述换热曲管(4) 的上下端分别与换热管出口管箱(10)和换热管进口管箱(11)连接，该换热管 出口管箱(10)通过其连接管与热水出口d1～4连接，该换热管进口管箱(11) 通过其连接管与热水出口c1～4连接；绝热径向段的冷激汽化层(8)、下催化剂 床层(9)、下分气筒(12)和下集气筒(13)，其中：所述内件为径向设置，该 内件的上部设有等温径向段的上催化剂床层(2)，该上催化剂床层(2)设在上 分气筒(3)和上集气筒(5)之间以及换热管(4)之外；冷激器(7)设在等温 径向段的上集气筒(5)内；该内件的下部设有绝热径向段的下催化剂床层(9)， 该下催化剂床层(9)设在下分气筒(12)和下集气筒(13)之间，该下催化剂 床层(9)的上段设有冷激汽化层(8)。

本发明的工作原理是：将用于冷激的洁净的蒸汽冷凝热水通过外壳上部封头 (1)上的f口进入，经过连接金属软管和直管，到达冷激器(7)的雾化喷头， 再通过该雾化喷头将水雾化成0.1mm的小水珠，进入反应气体后受热汽化变成蒸 汽，从而起到降低绝热径向段的下催化剂床层(9)的进气温度和调节汽气比的 作用；所述内件的下部设有绝热径向段的下催化剂床层(9)，该下催化剂床层(9) 设在下分气筒(12)和下集气筒(13)之间；该下催化剂床层(9)的上段设有 冷激汽化层(8)，该冷激汽化层(8)起到增大气、汽、液的接触面积的作用， 使冷激水汽化更加完全彻底；当反应气体进入绝热径向段的下催化剂床床层(9) 后进行变换反应，由于进入该下催化剂床层(9)气体中的CO含量小于5％，反 应气体温升在32.5℃以内,且下催化剂床层(9)的气体温度在催化剂的适用温 度以内，绝不会因催化剂床层超温而引起催化剂失活结块。

本发明进一步的优选方案是：

本发明所述等温径向段的上分气筒(3)和上集气筒(5)均设有分气导流槽， 绝热径向段的下分气筒(12)和下集气筒(13)均设有分气导流槽，设置分气导 流槽可使气体分布均匀，气体从上分气筒(3)或下分气筒(12)出来的流向是 在同平面上呈现切向曲线流进上集气筒(5)或下集气筒(13)，从而增大气体流 经路径，使得一氧化碳变换反应更加完全。

本发明具体装配的实施要求如下：

如图1所示，本发明由壳体和内件两部分组成，所述壳体包括由外壳上部封 头(1)和外壳下部筒体(6)连接，连接方式采用法兰为宜，以便自由拆卸和方 便内件安装；所述内件中的等温径向段的催化剂床层(2)和绝热径向段的下催 化剂床层(9)分体运输、现场组装，其中将等温径向段的上催化剂床层(2)设 置在上，绝热径向段的下催化剂床层(9)设置在下；所述下催化剂床层(9)的 顶端设置冷激汽化层(8)，冷激器(7)设置在等温径向段的上集气筒(5)内， 冷激器(7)与外壳进液口均采用金属软管连接；所述等温径向段的上催化剂床 层(2)和绝热径向段的下催化剂床层(9)之间还设有催化剂卸除连接管，以便 于等温径向段的上催化剂床层(2)的催化剂卸除；所述等温径向段的换热元件 的进口管经绝热径向段的下催化剂床层(9)，连接到下封头的热水进口c1～4口； 换热管进口管箱(11)与换热管出口管箱(10)的连接管处均设有消除热膨胀的 波纹管。

实施例1。本发明以制造规格为φ3500mm的等温绝热径向复合式反应器为 例：

本发明实施例1所述的等温绝热径向复合式反应器，它包括外壳上部封头 (1)、上催化剂床层(2)、上分气筒(3)、换热曲管(4)、上集气筒(5)、外壳 下部筒体(6)、冷激器(7)、冷激汽化层(8)、下催化剂床层(9)、换热管出口 管箱(10)、换热管进口管箱(11)、下分气筒(12)和下集气筒(13)；设备管 口为：气体进口a、气体出口b、热水进口c1～4、热水出口d1～4、催化剂卸出 口e1～3、冷激液进口f、人孔口m1～3；其中，各部件的规格尺寸如下：

外壳上部封头(1)：DN3500mm；

上催化剂床层(2)：H10500mm；

上分气筒(3)：φ3400mm；

换热曲管(4)：L10000mm；

上集气筒(5)：φ550mm；

外壳下部筒体(6)：DN3500mm；

冷激器(7)：DN6mm；

冷激汽化层(8)：填料层高600mm；

下催化剂床层(9)：H4000mm；

换热管出口管箱(10)：DN300mm；

换热管进口管箱(11)：DN300mm；

下分气筒(12)：φ3240mm；

下集气筒(13)：φ550mm；

气体进口a：DN500mm；

气体出口b：DN500mm；

热水进口c1～4：各口均为DN300mm；

热水出口d1～4：各口均为DN300mm；

催化剂卸出口e1～3：各口均为DN300mm；

冷激液进口f：DN50mm；

人孔口m1～3：各口均为DN550mm。

本发明中凡未作说明的技术手段均为本领域技术人员所公知的现有技术。

以上结合附图和本发明的一个实施例所述的具体实施方式是对本发明提出 的一种等温绝热径向复合式反应器技术思想的具体支持，不能以此限定本发明的 保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在本技术方案基础上所做的任何等 同变化或等效的改动，均仍属于本发明技术方案保护的范围。