[发明专利]一种径向床等温变换炉

说明书

本发明涉及一种径向床等温变换炉，包括炉体、换热管和变换气收集管道；其特征在于：各换热管竖向布置，换热管的上端部和下部分别连接在上管板和下管板上；上管板和下管板均横向设置在炉体内，将炉体的内腔自上至下依次分隔为上腔、反应腔和下腔；各换热管的上端口均连通上腔，各换热管的下端口连通浮动管箱的内腔；浮动管箱容置在下腔内、限位在各换热管上并且不直接连接炉体；浮动管箱的入口连通界外锅炉水源，上腔的出口连通界外蒸汽回收设备；炉体上设有原料气入口，反应腔内设有连通原料气入口和反应区的气体分布器。

技术领域

本发明涉及一种反应器，具体指一种径向床等温变换炉。

背景技术

国内在粉煤气化生成的高浓度CO变换流程设计过程中，变换炉较多的采用了绝热变换炉。由于粗合成气中CO含量高，同时变换反应是强放热过程，因此，变换单元在流程上均采用多台绝热炉串联设置，炉间移走反应热。这也造成了传统高浓度CO变换流程较复杂、变换炉台数多、系统压降大、设备投资高及变换炉温度控制困难等一系列问题。

等温变换炉的工作原理较简单，在等温变换炉内置入换热管道，当炉内发生CO变换反应时，通过锅炉给水副产蒸汽的方式移走反应热，这样就可以保持催化剂床层温度基本恒定。等温变换炉工作原理虽然简单，但在工程设计和装置实际运行过程中，对等温变换炉的要求却很高，要保证能够及时移走反应热、变换气分布要均匀，同时由于变换温度较高，炉内各部件的热应力集中是一个关键和重要的问题。

申请号201620153805.4的中国专利申请了《一种双球腔可控移热变换反应器》，但该专利对于换热管的连接及支撑措施不够合理，主要存在的问题如下：

换热管与上下球体连接时，大部分换热管的上下端部均需要通过弯曲来调节管道的排布形式及其间距，并且换热管弯曲时的曲率半径在扇面上是持续变化的。这首先会增加换热管排布时的加工制造难度，其次是当换热管处于工作状态时，在自身重力及管内物料重力的综合作用下，容易造成换热管弯曲形变，由于换热管是埋设在催化剂床层内的，换热管的形变必然要挤压其周边的催化剂，进而造成催化剂床层的疏密不均，这必将影响气体流场的均匀分布，导致催化剂床层内温度场的分布不均，最终对CO转化率以及催化剂寿命产生不利影响。

上下球体分别连接上下封头，且位于炉体轴线上。靠近炉体轴线的换热管两端与上下球体的连接近似直线，换热管的热变形位移没有膨胀节或自然弯曲来吸收，其热膨胀力直接作用在焊缝连接薄弱处，使得换热管与上下球体之间连接处局部热应力超标，而当热应力达到材料的屈服强度时，则会造成材料由弹性变形转变为塑性变形直至破坏。如果换热管一旦破裂，当管内压力大于管侧压力时，管内汽水混合物会溢出，破坏催化剂床层。而当管内压力大于管侧压力，则变换气会泄露到蒸汽系统中，在生产上存在极大安全隐患。另外换热管的热胀也容易造成本身扭曲变形，挤压催化剂床层，最终对CO转化率以及催化剂寿命产生不利影响。

申请号201210377926.3的中国专利申请了《一种CO全径向等温炉》，该专利通过平盖管板支撑换热管结构，由于平板结构的稳定性差，通常采用增加平板壁厚的方法提高稳定性。板厚的增加导致设备投资增加，设备制造难度增加。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种加工难度低、结构稳固、容易吸收热应力的径向床等温变换炉。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种径向床等温变换炉，包括炉体，设置在所述炉体内的多根换热管和变换气收集管道；其特征在于：

各所述换热管竖向布置，换热管的上端部和下部分别连接在上管板和下管板上；所述上管板和下管板均横向设置在所述炉体内，将所述炉体的内腔自上至下依次分隔为上腔、反应腔和下腔；

各所述换热管的上端口均连通所述上腔，各所述换热管的下端口连通浮动管箱的内腔，所述浮动管箱容置在所述下腔内、限位在各所述换热管上并且不直接连接所述炉体；所述浮动管箱的入口连通界外锅炉水源，所述上腔的出口连通界外蒸汽回收设备；