專利名稱：換熱器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器及變換反應(yīng)器與下游換熱設(shè)備的直連結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及變換反應(yīng)器以及變換反應(yīng)器與下游換熱設(shè)備的連接技術(shù)領(lǐng)域，特別涉
及換熱器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器及變換反應(yīng)器與下游換熱設(shè)備的直連結(jié)構(gòu)。本發(fā)明是將傳 統(tǒng)流程中舊式變換反應(yīng)器下游的氣氣換熱器整體置于反應(yīng)器的內(nèi)部，成為反應(yīng)器的一個(gè)內(nèi) 件，達(dá)到結(jié)構(gòu)和功能的創(chuàng)新，本發(fā)明適用于一氧化碳變換反應(yīng)器，同時(shí)也適用于甲烷化反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
參見圖l，現(xiàn)有的軸向變換反應(yīng)器包括承壓殼體IO，承壓殼體10通過(guò)支座20安裝 在基礎(chǔ)上(圖中未示出)，催化劑床層30設(shè)置在承壓殼體10內(nèi)，下方通過(guò)耐火球支撐，催化 劑床層30與承壓殼體10的內(nèi)殼壁接觸，在承壓殼體10的底部設(shè)置有變換氣出口 31，在變 換氣出口 31入端設(shè)置有氣體收集器40，以收集絕熱變換反應(yīng)后的熱變換氣，在承壓殼體10 的頂部設(shè)置有反應(yīng)原料氣入口 21，在反應(yīng)原料氣入口 21的出端設(shè)置有氣體分布器50，反應(yīng) 原料氣由反應(yīng)原料氣入口 21進(jìn)入后，通過(guò)氣體分布器50的均勻分布，軸向進(jìn)入催化劑床層 30內(nèi)，進(jìn)行絕熱變換反應(yīng)。在承壓殼體10的頂部設(shè)置有人孔60，以便于催化劑裝料；在承 壓殼體10的底部設(shè)置有催化劑卸料口 70，在催化劑卸料口 70上安裝有卸料口蓋板80，在 催化劑床層30的底部設(shè)置有催化劑卸料管90，以便于依靠重力卸料。在催化劑床層30內(nèi) 設(shè)置有熱電偶T，熱電偶T被導(dǎo)出所述承壓殼體10外。 參見圖2所示的以舊式變換反應(yīng)器和舊式設(shè)備連接方式為基礎(chǔ)的的傳統(tǒng)工藝流 程，在傳統(tǒng)合成氨裝置的一氧化碳變換流程中，來(lái)自變換反應(yīng)器RIOI上游的入口原料氣1 的溫度往往低于催化劑的活化溫度，需要設(shè)置一臺(tái)進(jìn)出口氣體換熱器ElOl，簡(jiǎn)稱氣氣換熱 器。該氣氣換熱器E101設(shè)置在變換反應(yīng)器R101的外部，與變換反應(yīng)器R101之間采用管線 2和3連接。入口原料氣1通過(guò)氣氣換熱器E101換熱后，通過(guò)管線2送至變換反應(yīng)器R101 的反應(yīng)原料氣入口 21，并由該反應(yīng)原料入口 21進(jìn)入變換反應(yīng)器R101進(jìn)行絕熱變換反應(yīng)，反 應(yīng)后的熱變換氣由變換氣出口 31出來(lái)，通過(guò)管線3進(jìn)入進(jìn)出口氣體換熱器E101與入口原 料氣1進(jìn)行熱交換，經(jīng)過(guò)換熱后的變換氣再送入換熱設(shè)備E103進(jìn)行熱量回收，熱量回收后 的變換氣通過(guò)管線5送至變換反應(yīng)器R102的原料氣入口 51，并由該原料氣入口 51進(jìn)入變 換反應(yīng)器R102進(jìn)行第二次絕熱變換反應(yīng)，第二次絕熱變換反應(yīng)后的熱變換氣由變換氣出 口 61出來(lái)，通過(guò)管線6進(jìn)入換熱設(shè)備E104回收熱量，經(jīng)過(guò)回收熱量后的冷變換氣由管線7 進(jìn)入下游工藝流程。中壓鍋爐給水經(jīng)過(guò)換熱設(shè)備E104預(yù)熱后，送入換熱設(shè)備E103換熱，副 產(chǎn)中壓飽和蒸汽。 變換反應(yīng)器R101的反應(yīng)原料氣入口 21設(shè)在變換反應(yīng)器R101頂部，連接管線2較 長(zhǎng)；變換氣出口 31設(shè)在變換反應(yīng)器RIOI底部。出口氣經(jīng)氣氣換熱器降溫后，再經(jīng)下游的換 熱設(shè)備E103帶走一部分熱量，提供作為變換反應(yīng)器R102的入口原料氣。換熱設(shè)備E103與 變換反應(yīng)器R102的原料氣入口 51通過(guò)管線5連接，變換反應(yīng)器R102與下游換熱設(shè)備E104之間同樣采用管線6連接。 因?yàn)橐谎趸甲儞Q反應(yīng)是在較高的壓力和溫度下進(jìn)行，其中變換反應(yīng)器R101出 口溫度在400 50(TC之間，工藝介質(zhì)主要成分為H2、CO、C02和水蒸汽，介質(zhì)氫分壓高，易燃 易爆；另外由于工藝介質(zhì)存在高溫特殊介質(zhì)腐蝕環(huán)境，舊式變換反應(yīng)器殼體的材料一般采 用中溫抗氫鋼內(nèi)襯不銹鋼，氣氣換熱器管程采用中溫抗氫鋼內(nèi)襯不銹鋼，管線材料采用不 銹鋼；其材料費(fèi)用和制造、檢驗(yàn)、維護(hù)成本都很高。 此外，在以舊式變換反應(yīng)器和舊式設(shè)備連接方式為基礎(chǔ)的的傳統(tǒng)工藝流程中，舊 式設(shè)備連接方式采用管線連接，這些管線與所連接的設(shè)備不僅占用了很大的布置、配管空 間，而且由于管道承載的壓力大、溫度高、直徑大，管壁也相應(yīng)較厚。同時(shí)，管道的布置、管道 推力的消除需要采用大量的彎頭管件，增加了環(huán)焊縫的數(shù)量，這些原因都將造成管道材料、 制造、檢驗(yàn)成本高，投資額度大，并且在高溫特殊介質(zhì)腐蝕環(huán)境下，造成了大量潛在的泄漏 源和失效點(diǎn)。為保證工藝流程的安全性和可靠性，管道材料必須采用不銹鋼，不僅價(jià)格昂 貴，而且不銹鋼較高的線膨脹系數(shù)也會(huì)在管道及其連接的設(shè)備之間產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，需 要增加管系的柔性。 因此，為了減少設(shè)備尤其是中溫抗氫鋼設(shè)備的臺(tái)數(shù)，減少設(shè)備內(nèi)襯不銹鋼的面積， 須改造工藝流程，對(duì)變換反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，使殼體金屬溫度大幅降低，這樣不僅 可以節(jié)約大量的設(shè)備投資，減少裝置占地面積，而且有利于裝置的長(zhǎng)期、安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之一在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題提供一種換熱 器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器，以減少設(shè)備臺(tái)數(shù)，減少高溫高壓厚壁管線的使用，減少裝置占地 面積；降低工藝介質(zhì)對(duì)反應(yīng)器殼體材料的要求、減小壁厚，降低變換反應(yīng)器的制造成本，提 高反應(yīng)器以及整個(gè)變換流程的安全性、穩(wěn)定性和耐久性。 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之二在于提供一種變換反應(yīng)器與下游換熱設(shè)備的直 連結(jié)構(gòu)，以減少高溫高壓厚壁管線的使用，避免潛在的泄漏源和失效點(diǎn)，從而提高裝置的安 全性和耐久性。 作為本發(fā)明第一方面的換熱器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器，包括變換反應(yīng)器的承壓殼
體、內(nèi)件和催化劑，其特征在于，所述內(nèi)件包含換熱部件和出后中心管，所述換熱部件和出
口中心管設(shè)置在所述變換反應(yīng)器的承壓殼體內(nèi)，進(jìn)入變換反應(yīng)器的承壓殼體內(nèi)的低溫原料
氣通過(guò)所述的換熱部件與反應(yīng)后的熱變換氣進(jìn)行熱交換，在達(dá)到催化劑的活化反應(yīng)溫度
后，在催化劑作用下進(jìn)行絕熱變換反應(yīng)，絕熱反應(yīng)后的熱變換氣通過(guò)出口中心管流出。 所述換熱部件軸向設(shè)置于所述承壓殼體的中心并與承壓殼體平行，所述催化劑設(shè)
置在所述換熱部件的外圍，所述出口中心管設(shè)置在所述換熱部件的中心。 所述內(nèi)件還包括相互連接的催化劑內(nèi)框和催化劑外框，所述催化劑外框通過(guò)反應(yīng)
器內(nèi)件支撐圈支撐于所述承壓殼體的內(nèi)殼壁上，在催化劑外框與催化劑內(nèi)框之間以催化劑
床層形式填有催化劑；所述換熱部件與所述催化劑內(nèi)框熱連接。 所述催化劑外框與所述承壓殼體的內(nèi)殼壁之間具有一環(huán)隙，大部份原料氣通過(guò)環(huán) 隙沿徑向進(jìn)入催化劑床層，在承壓殼體內(nèi)殼壁與催化劑外框之間隔熱氣流層，達(dá)到承壓殼 體的冷壁結(jié)構(gòu)。
在所述承壓殼體的底部設(shè)置有變換氣出口承壓接管，所述換熱部件的一端設(shè)置有 出口冷氣管，與所述變換氣出口承壓接管相連通，該出口冷氣管與貫穿其中的所述出口中 心管形成夾套式冷氣通道結(jié)構(gòu)。 所述變換氣出口承壓接管上開設(shè)有變換反應(yīng)器的冷氣出口，與低溫原料氣通過(guò)換 熱部件換熱后的冷變換氣通過(guò)夾套式冷氣通道，由所述冷氣出口流出，大部分未經(jīng)內(nèi)部換 熱的熱變換氣通過(guò)出口中心管流出。在所述冷氣出口的外接管上設(shè)置有流量調(diào)節(jié)閥，以調(diào) 節(jié)出口中心管流出的熱變換氣與冷氣出口流出的冷變換氣之間的流量，調(diào)節(jié)換熱部件的傳 熱量，達(dá)到控制原料氣進(jìn)入催化劑床層溫度的目的。 在所述承壓殼體的下封頭側(cè)面設(shè)置有變換反應(yīng)器的原料氣入口 ；所述換熱部件為 列管式換熱器，列管內(nèi)走低溫原料氣，列管外走反應(yīng)后的熱變換氣；所述出口中心管直接通 過(guò)列管式換熱器的中心；所述催化劑內(nèi)框設(shè)置在列管式換熱器的外側(cè)，其上設(shè)置有徑向的 氣體收集孔，使催化劑內(nèi)框兼作氣體收集器，通過(guò)該氣體收集孔，催化劑床層中反應(yīng)后的熱 變換氣可以導(dǎo)入所述列管式換熱器的列管外，與列管內(nèi)的低溫原料氣進(jìn)行熱交換；所述催 化劑外框上設(shè)置有徑向的氣體分布孔，使催化劑外框兼作氣體分布器。經(jīng)過(guò)熱交換后的原 料氣由列管進(jìn)入承壓殼體的上部空間后，一部分原料氣通過(guò)軸向進(jìn)入催化劑床層，大部分 原料氣通過(guò)催化劑外框與所述承壓殼體的內(nèi)殼壁之間的環(huán)隙，再有催化劑外框上的氣體分 布孔徑向進(jìn)入催化劑床層進(jìn)行絕熱變換反應(yīng)。 本發(fā)明的另一種典型結(jié)構(gòu)在所述承壓殼體的上封頭頂部設(shè)置一變換反應(yīng)器的原 料氣入口管，所述換熱部件為列管式換熱器，列管內(nèi)走低溫原料氣，列管外走反應(yīng)后的熱變 換氣；在所述列管式換熱器的頂部設(shè)置有原料氣導(dǎo)流筒，所述變換反應(yīng)器的原料氣入口管 通過(guò)膨脹節(jié)直接與列管式換熱器頂部的原料氣導(dǎo)流筒連通，以將原料氣直接導(dǎo)入列管內(nèi)； 所述出口中心管直接設(shè)置于列管式換熱器的中心；在所述催化劑內(nèi)框上設(shè)置有徑向的氣體 收集孔，使催化劑內(nèi)框兼作氣體收集器，通過(guò)該氣體收集孔，催化劑床層中反應(yīng)后的熱變換 氣可以導(dǎo)入所述列管式換熱器的列管外，與列管內(nèi)的低溫原料氣進(jìn)行熱交換，原料氣被加 熱到催化劑初始反應(yīng)溫度后，進(jìn)入承壓殼體的下部空間。 在所述反應(yīng)器內(nèi)件支撐圈上設(shè)置有排孔；原料氣被加熱后進(jìn)入承壓殼體的下部空 間，經(jīng)由反應(yīng)器內(nèi)件支撐圈上開設(shè)的排孔，進(jìn)入所述承壓殼體的內(nèi)殼壁與所述催化劑外框 之間的環(huán)隙，形成隔熱氣流層，達(dá)成承壓殼體的冷壁結(jié)構(gòu)，原料氣通過(guò)環(huán)隙進(jìn)入承壓殼體的 上部空間，再沿軸向向下進(jìn)入催化劑床層，此時(shí)換熱器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器為軸向型。
更進(jìn)一步，在所述催化劑外框上可以設(shè)置徑向的氣體分布孔，使催化劑外框兼作 氣體分布器。經(jīng)過(guò)熱交換后的原料氣由列管進(jìn)入承壓殼體的下部空間后，一部分原料氣通 過(guò)軸向進(jìn)入催化劑床層，大部分原料氣經(jīng)由反應(yīng)器內(nèi)件支撐圈上開設(shè)的排孔，進(jìn)入所述承 壓殼體的內(nèi)殼壁與所述催化劑外框之間的環(huán)隙，再有催化劑外框上的氣體分散孔徑向進(jìn)入 催化劑床層進(jìn)行絕熱變換反應(yīng)，此時(shí)換熱器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器為軸徑向型。
在所述催化劑床層的底部設(shè)置有催化劑卸料管，并在所述承壓殼體的底部設(shè)置有 催化劑卸料口 ，所述催化劑卸料口上安裝有卸料口蓋板，所述催化劑卸料管插入所述催化 劑卸料口內(nèi)，依靠重力方便、安全卸料。 本發(fā)明的換熱器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器還包括一開工加熱氣入口 ，所述開工加熱 氣入口設(shè)置在所述承壓殼體的頂部或變換反應(yīng)器的原料氣入口外管線上。
作為本發(fā)明第二方面的變換反應(yīng)器與下游換熱設(shè)備的直連結(jié)構(gòu)，包括直接連接的 變換反應(yīng)器和下游換熱設(shè)備，其中，所述變換反應(yīng)器立式布置，所述下游換熱設(shè)備臥式布置。 所述變換反應(yīng)器為本發(fā)明所述的換熱器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器。
在所述換熱器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器的底部設(shè)置有第一接管，在所述第一接管上 設(shè)置有第一聯(lián)接法蘭，該換熱器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器具有一出口中心管，該出口中心管 穿過(guò)所述第一接管；所述下游換熱設(shè)備上設(shè)置有第二接管，在所述第二接管上設(shè)置有第二 聯(lián)接法蘭，所述第一聯(lián)接法蘭與第二聯(lián)接法蘭直接聯(lián)接，所述出口中心管穿過(guò)所述下游換 熱設(shè)備上的第二接管接入到下游換熱設(shè)備的管箱或殼程筒體內(nèi)。 所述接入是指所述出口中心管直接插入到下游換熱設(shè)備的管箱或殼程筒體內(nèi)?；?者在所述下游換熱設(shè)備的管箱或殼程筒體上設(shè)置有一換熱設(shè)備內(nèi)部熱氣導(dǎo)流筒，所述接入 是指所述出口中心管通過(guò)膨脹節(jié)與所述換熱設(shè)備內(nèi)部熱氣導(dǎo)流筒連接。 所述第一聯(lián)接法蘭和第二聯(lián)接法蘭之間采用唇型密封元件進(jìn)行密封。所述出口中 心管與所述第一接管、第二接管為套管式結(jié)構(gòu)，所述出口中心管與換熱器內(nèi)置冷壁式變換 反應(yīng)器上的第一接管和下游換熱設(shè)備上的第二接管之間的環(huán)隙。該環(huán)隙可以與換熱器內(nèi)置 冷壁式變換反應(yīng)器內(nèi)部的換熱器出口冷變換氣通道聯(lián)通，以送出出口冷變換氣?；蛘吲c換 熱器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器內(nèi)部的低溫原料氣空間靜連通，或者作為反應(yīng)原料氣經(jīng)由下游 換熱設(shè)備進(jìn)入換熱器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器的環(huán)形冷氣通道。 所述出口中心管與下游換熱設(shè)備上的第二接管之間的環(huán)隙采用填料函密封。
所述第二接管設(shè)置于所述下游換熱設(shè)備的一端，通過(guò)與換熱器內(nèi)置冷壁式變換反 應(yīng)器直連形成對(duì)于換熱設(shè)備的拉撐；換熱器的另一端設(shè)置有支撐于基礎(chǔ)上的彈簧滑動(dòng)支 座。 所述下游換熱設(shè)備可以是廢熱鍋爐、蒸汽鍋熱器、氣氣換熱器、鍋爐給水預(yù)熱器中 的一種。 本發(fā)明適用于一氧化碳變換反應(yīng)器、甲烷化反應(yīng)器等絕熱型反應(yīng)器。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用本發(fā)明后 (1)將傳統(tǒng)工藝流程中的氣氣換熱器變?yōu)榉磻?yīng)器的一個(gè)內(nèi)件，按壓差進(jìn)行設(shè)計(jì)，減 少了一臺(tái)承壓設(shè)備殼體，減少了外部管線、泄漏源和失效點(diǎn)。
(2)換熱器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器采用立式布置，下游換熱設(shè)備采用臥式布置，兩
臺(tái)設(shè)備通過(guò)接管、法蘭直接連接，節(jié)約了大量的投資，并提高了系統(tǒng)裝置的安全性。
(3)將變換反應(yīng)器中的換熱部件布置于變換反應(yīng)器的中心位置，與變換反應(yīng)器的
承壓殼體軸向平行，并且換熱部件與出口中心管部件均為可拆結(jié)構(gòu)，可通過(guò)設(shè)置在承壓殼
體頂部的人孔進(jìn)行吊裝，便于清洗、維修或更換。 (4)催化劑床層采用筒形結(jié)構(gòu)，設(shè)置在換熱部件的外圍，并且在催化劑床層上設(shè)置 有兼作氣體收集器的內(nèi)框和兼做氣體分散器的外框，使原料氣體即可以采用軸向流動(dòng)的形 式，也可以采用軸徑向流動(dòng)的形式進(jìn)入催化劑床層內(nèi)進(jìn)行絕熱變換反應(yīng)，使絕熱反應(yīng)更加 完全。 (5)在催化劑外框與承壓殼體的內(nèi)殼壁之間設(shè)置一定的間隔，并將低溫原料氣通 過(guò)該間隔由催化劑外框?qū)氪呋瘎┐矊?，使催化劑外框與承壓殼體的內(nèi)殼壁之間不接觸，并形成一隔熱冷壁結(jié)構(gòu)，反應(yīng)后的高溫變換氣體不與反應(yīng)器承壓殼體接觸，消除了反應(yīng)器 超溫或飛溫對(duì)承壓殼體的影響，降低承壓殼體的設(shè)計(jì)溫度，降低對(duì)反應(yīng)器的材料要求，使承 壓殼體的壁厚大量減薄，并能采用中溫抗氫鋼，無(wú)需采用不銹鋼襯里，從而降低成本。
(6)催化劑床層、換熱部件、出口中心管等反應(yīng)器內(nèi)件均采用一端相對(duì)固定、單向 自由膨脹的結(jié)構(gòu)，消除溫差應(yīng)力、提高設(shè)備的使用壽命。 (7)反應(yīng)后的熱變換氣的出口采用分流結(jié)構(gòu)，即反應(yīng)后的熱變換氣體一部分進(jìn)入 換熱部件的殼程，與管程內(nèi)的低溫原料氣進(jìn)行換熱，換熱后的冷變換氣從變換反應(yīng)器底部 的變換器冷氣出口管離開反應(yīng)器。未經(jīng)傳熱的熱變換氣直接由出口中心管進(jìn)入下游換熱 設(shè)備，在冷氣出口管上設(shè)置有一流量調(diào)節(jié)閥，以調(diào)節(jié)出口中心管排出的熱變換氣與變換反 應(yīng)器的冷氣出口流出的冷變換氣之間的流量，便于控制原料氣預(yù)熱后進(jìn)入催化劑床層的溫 度，保證反應(yīng)器連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行。 (8)換熱器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器與下游換熱設(shè)備的連接法蘭之間采用唇型密封 元件進(jìn)行密封，確保不會(huì)發(fā)生泄露。 (9)下游換熱設(shè)備一端通過(guò)變換反應(yīng)器底部第一接管和第一聯(lián)接法蘭牽拉支撐， 把力傳遞給變換反應(yīng)器的支座，另一端采用彈簧滑動(dòng)支座支撐，減小連接法蘭處的外載荷。


圖1為現(xiàn)有變換反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。 圖2為基于現(xiàn)有變換反應(yīng)器和舊式換熱設(shè)備連接方式的傳統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)圖。 圖3為本發(fā)明實(shí)施例1的換熱器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。 圖4為本發(fā)明實(shí)施例2的換熱器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。 圖5為本發(fā)明實(shí)施例3的換熱器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。 圖6為本發(fā)明實(shí)施例4換熱器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器與廢熱鍋爐直接連接的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。 圖7為本發(fā)明實(shí)施例5換熱器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器與蒸汽過(guò)熱器直接連接的結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)圖。 圖8為本發(fā)明實(shí)施例6換熱器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器與氣氣換熱器直接連接的結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)圖。 圖9為本發(fā)明實(shí)施例7換熱器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器與鍋爐給水預(yù)熱器直接連接 的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
具體實(shí)施例方式
為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)
合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
實(shí)施例1 參見圖3，圖中所示的換熱器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器為一軸徑向反應(yīng)器，包括一個(gè) 承壓殼體100，該承壓殼體100由筒體段以及上、下封頭焊接而成，筒體段和上、下封頭均采 用中溫抗氫鋼材料制成，在承壓殼體100內(nèi)無(wú)需采用不銹鋼襯里。整個(gè)承壓殼體100采用 支座110安裝在基礎(chǔ)上(圖中未示出)。在承壓殼體100的頂部，也就是上封頭的頂部設(shè)置有人孔120和開工加熱氣入口 130，設(shè)置人孔120的目的，以便于對(duì)換熱部件200和出口中 心管300進(jìn)行拆裝。在人孔120上安裝有一人孔蓋板121，在人孔蓋板121上安裝有壓力計(jì) P，以檢測(cè)整個(gè)承壓殼體100內(nèi)的反應(yīng)壓力。在承壓殼體100的底部，也就是下封頭上設(shè)置 有另一人孔140、變換反應(yīng)器的原料氣入口 150、變換氣出口承壓接管160以及催化劑卸料 口 170，人孔140也同樣蓋有人孔蓋板。變換反應(yīng)器的原料氣入口 150可以將原料氣導(dǎo)入承 壓殼體100內(nèi)。在變換氣出口承壓接管160的管側(cè)壁上開有變換反應(yīng)器的冷氣出口 161，在 催化劑卸料口 170上安裝有卸料口蓋板171 ，在由催化劑形成的催化劑床層400的底部設(shè)置 有催化劑卸料管430，催化劑卸料管430插入催化劑卸料口 170內(nèi)，與催化劑卸料口 170之 間形成套管式結(jié)構(gòu)，這樣打開卸料口蓋板171和催化劑卸料管430管內(nèi)設(shè)置的內(nèi)擋板，就可 以依靠重力方便，安全卸料。 催化劑床層400通過(guò)相互連接的催化劑內(nèi)框410和催化劑外框420設(shè)置在承壓殼 體100內(nèi)，催化劑外框420通過(guò)反應(yīng)器內(nèi)件支撐圈440支撐于承壓殼體100的內(nèi)殼壁上，框 體下端固定，這樣框體受熱后可以向上自由膨脹。 在催化劑外框410和催化劑內(nèi)框420之間以催化劑床層400形式填有催化劑。換 熱部件200安裝在催化劑內(nèi)框420內(nèi)，與催化劑內(nèi)框420熱連接，亦即換熱部件200軸向設(shè) 置于承壓殼體100的中心并與承壓殼體IOO軸向平行，催化劑床層400則位于換熱部件200 的外圍。 換熱部件200采用列管式換熱器，列管內(nèi)走低溫原料氣，列管走反應(yīng)后的熱變換 氣。在換熱部件200的底部設(shè)置有出口冷氣管210，出口冷氣管210的一端通過(guò)密封組件 162支撐連接于變換氣出口承壓接管160的內(nèi)管壁上，這樣可以使換熱部件200的出口冷氣 管210與變換氣出口承壓接管160相貫通。換熱部件200的下端固定在催化劑內(nèi)框420的 底部，以便使換熱部件200受熱后可以單向向上自由膨脹。 出口中心管300穿過(guò)變換氣出口承壓接管160和換熱部件200的出口冷氣管210， 一端直接插入列管式換熱器的中心；出口中心管300的下端通過(guò)密封組件163支撐連接于 變換氣出口承壓接管160的內(nèi)管壁上。出口中心管300插入換熱部件200 —端固定在換熱 部件200上，這樣出口中心管300頁(yè)能在受熱后單向自由膨脹。 在催化劑內(nèi)框420上設(shè)置有徑向的氣體收集孔421 ，使催化劑內(nèi)框420兼作氣體收 集器，在催化劑外框410上設(shè)置有徑向的氣體分散孔411，使催化劑外框410兼作氣體分布 器。催化劑外框410與承壓殼體100的內(nèi)殼壁之間具有一環(huán)隙412，在承壓殼體100內(nèi)殼壁 與催化劑外框410之間形成隔熱氣流層，達(dá)成承壓殼體100的冷壁結(jié)構(gòu)。
該實(shí)施例的換熱器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器的工作原理是低溫原料氣由變換反應(yīng) 器的原料氣入口 150進(jìn)入變換反應(yīng)器的承壓殼體100的底部空間，再由換熱部件200的底 部進(jìn)入換熱部件200的列管中，與來(lái)自催化劑床層400的一部分熱變換氣進(jìn)行換熱。經(jīng)過(guò) 熱交換后的原料氣在達(dá)到催化劑的活化反應(yīng)溫度后，由列管進(jìn)入承壓殼體100的上部空間 后，一部分原料氣由催化劑床層400的頂部軸向進(jìn)入催化劑床層400，大部分原料氣進(jìn)入到 催化劑外框410與承壓殼體100的內(nèi)殼壁之間的環(huán)隙412，使催化劑外框410與承壓殼體 100內(nèi)殼壁之間通過(guò)流動(dòng)的原料氣進(jìn)行隔熱，形成一冷壁結(jié)構(gòu)，降低了承壓殼體100的金屬 壁溫。環(huán)隙412內(nèi)的原料氣再由催化劑外框410上的氣體分散孔421徑向進(jìn)入催化劑床層 400，軸向和徑向進(jìn)入催化劑床層400內(nèi)的原料氣，在催化劑作用下進(jìn)行絕熱變換反應(yīng)。絕熱反應(yīng)后的熱變換氣再由催化劑內(nèi)框420上的氣體收集孔421進(jìn)入到換熱部件200的列管 外，與列管內(nèi)的低溫原料氣進(jìn)行熱交換。 —部分的熱變換氣與管程內(nèi)的低溫原料氣進(jìn)行熱交換后變成冷變換氣，由出口冷 氣管210、變換器冷氣出口管160以及變換反應(yīng)器的冷氣出口 161流出，而大部分未經(jīng)內(nèi)部 換熱的熱變換氣則直接由出口中心管300流出。在冷氣出口 161的外接管上可以設(shè)置有一 流量調(diào)節(jié)閥(圖中未示出)，這樣可以調(diào)節(jié)出口中心管300排出的熱變換氣與變換反應(yīng)器的 冷氣出口 161流出的冷變換氣之間的流量，達(dá)到控制原料氣進(jìn)入催化劑床層溫度的目的。
在催化劑床層400內(nèi)設(shè)置有一熱電偶T，該熱電偶T延伸出承壓殼體100夕卜，通過(guò) 熱電偶T就可以精確地控制催化劑的溫度，以免催化劑失活。
實(shí)施例2 參見圖4，該實(shí)施例的換熱器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器為一軸向反應(yīng)器，其結(jié)構(gòu)與實(shí) 施例l基于同一原理，區(qū)別僅在于變換反應(yīng)器原料氣入口 150設(shè)置的位置不同，原料氣在列 管中的流向相反。該實(shí)施例不僅是軸徑向變換反應(yīng)器的另一種結(jié)構(gòu)形式，而且由于原料氣 流向的倒置，使得當(dāng)反應(yīng)器采用軸向反結(jié)構(gòu)時(shí)，承壓殼體與催化劑外框之間的冷壁通道結(jié) 構(gòu)得以實(shí)現(xiàn)。 該換熱器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器包括一個(gè)承壓殼體100，該承壓殼體100由筒體 段以及上、下封頭焊接而成，筒體段和上、下封頭均采用中溫抗氫鋼材料制成，在承壓殼體 100內(nèi)無(wú)需采用不銹鋼襯里。整個(gè)承壓殼體100采用支座110安裝在基礎(chǔ)上(圖中未示 出)。在承壓殼體100的頂部，也就是上封頭的頂部設(shè)置有人孔120，設(shè)置人孔120的目的， 以便于對(duì)換熱部件200和出口中心管300進(jìn)行拆裝。在人孔120上安裝有一人孔蓋板121， 在人孔蓋板121上安裝有壓力計(jì)P，以檢測(cè)整個(gè)承壓殼體100內(nèi)的反應(yīng)壓力。
在承壓殼體100的底部，也就是下封頭上設(shè)置有另一人孔140、變換氣出口承壓 接管160以及催化劑卸料口 170，人孔140也同樣蓋有人孔蓋板。在變換氣出口承壓接管 160的管側(cè)壁上開有變換反應(yīng)器的冷氣出口 161，在催化劑卸料口 170上安裝有卸料口蓋板 171 ，在催化劑床層400的底部設(shè)置有催化劑卸料管430，催化劑卸料管430插入催化劑卸料 口 170內(nèi)，與催化劑卸料口 170之間形成套管式結(jié)構(gòu)，這樣打開卸料口蓋板171和催化劑卸 料管430管內(nèi)設(shè)置的內(nèi)擋板，就可以依靠重力方便，安全卸料。 催化劑床層400安裝在承壓殼體100內(nèi)，催化劑床層400的框體通過(guò)反應(yīng)器內(nèi)件 支撐圈440支撐于承壓殼體100的內(nèi)殼壁上，框體下端固定，這樣框體受熱后可以向上自由 膨脹。 催化劑床層400如圖4所示，呈圓筒形，其框體具有一個(gè)催化劑外框410和一個(gè)催 化劑內(nèi)框420，在催化劑外框410和催化劑內(nèi)框420之間填有催化劑填料。換熱部件200安 裝在催化劑內(nèi)框420內(nèi)，與催化劑內(nèi)框420熱連接，亦即換熱部件200軸向設(shè)置于承壓殼體 100的中心并與承壓殼體100軸向平行，催化劑床層400則位于換熱部件200的外圍。
換熱部件200采用列管式換熱器，列管內(nèi)走低溫原料氣，列管走反應(yīng)后的熱變換 氣。在換熱部件200的底部設(shè)置有出口冷氣管210，出口冷氣管210的一端通過(guò)密封組件 162支撐連接于變換氣出口承壓接管160的內(nèi)管壁上，這樣可以使換熱部件200的出口冷氣 管210與變換氣出口承壓接管160相貫通。換熱部件200的下端固定在催化劑內(nèi)框420的 底部，以便使換熱部件200受熱后可以單向向上自由膨脹。
出口中心管300穿過(guò)變換氣出口承壓接管160和換熱部件200的出口冷氣管210， 一端直接插入列管式換熱器的中心；出口中心管300的下端通過(guò)密封組件163支撐連接于 變換氣出口承壓接管160的內(nèi)管壁上。出口中心管300插入換熱部件200 —端固定在換熱 部件200上，這樣出口中心管300頁(yè)能在受熱后單向自由膨脹。 在催化劑內(nèi)框420的底部設(shè)置有徑向的氣體收集孔421 ，使催化劑內(nèi)框420兼作氣 體收集器，催化劑外框410與承壓殼體100的內(nèi)殼壁之間具有一環(huán)隙412。
在催化劑床層400內(nèi)設(shè)置有一熱電偶T，該熱電偶T延伸出承壓殼體100夕卜，通過(guò) 熱電偶T就可以精確地控制催化劑的溫度，以免催化劑失活。 本實(shí)施例的變換反應(yīng)器原料氣入口 150用一變換反應(yīng)器原料氣入口管150a來(lái)取 代，并且在換熱部件200的頂部設(shè)置有一原料氣導(dǎo)流筒220，變換反應(yīng)器原料氣入口管150a 通過(guò)膨脹節(jié)151直接與原料氣導(dǎo)流筒220連通。開工加熱氣入口設(shè)置變換反應(yīng)器原料氣入 口管150a的管線上(圖中未示出)。在反應(yīng)器內(nèi)件支撐圈440上設(shè)置有排孔441。
本實(shí)施例的工作原理是低溫原料氣由變換反應(yīng)器原料氣入口管150a進(jìn)入到換 熱部件200的原料氣導(dǎo)流筒220內(nèi)，通過(guò)原料氣導(dǎo)流筒220進(jìn)入到換熱部件200的列管內(nèi)， 與來(lái)自催化劑床層400的一部分熱變換氣進(jìn)行換熱，經(jīng)過(guò)熱交換后的原料氣在達(dá)到催化劑 的活化反應(yīng)溫度后，由列管進(jìn)入承壓殼體100下部空間后，再經(jīng)由反應(yīng)器內(nèi)件支撐圈440上 開設(shè)的排孔441，進(jìn)入承壓殼體100的內(nèi)殼壁與催化劑外框410之間的環(huán)隙412，使催化劑 外框410與承壓殼體100內(nèi)殼壁之間通過(guò)流動(dòng)的原料氣進(jìn)行隔熱，形成一冷壁結(jié)構(gòu)，降低了 承壓殼體100的金屬壁溫。流動(dòng)的原料氣由該環(huán)隙412上升充滿承壓殼體100的上部空間， 原料氣自上而下流經(jīng)催化劑床層400，在催化劑作用下進(jìn)行絕熱變換反應(yīng)，絕熱反應(yīng)后的熱 變換氣再經(jīng)催化劑內(nèi)框420底部的氣體收集孔421進(jìn)入換熱部件200的殼程，與管程內(nèi)的 低溫原料氣進(jìn)行熱交換。 —部分的熱變換氣與列管內(nèi)的低溫原料氣進(jìn)行熱交換后變成冷變換氣，由出口冷 氣管210、變換氣出口承壓接管160以及變換反應(yīng)器的冷氣出口 161流出，而大部分未經(jīng)內(nèi) 部換熱的熱變換氣則直接由出口中心管300排出。在冷氣出口 161的外接管線上可以設(shè)置 有一流量調(diào)節(jié)閥(圖中未示出)，這樣可以調(diào)節(jié)出口中心管300排出的熱變換氣與變換反應(yīng) 器的冷氣出口 161流出的冷變換氣之間的流量，達(dá)到控制原料氣進(jìn)入催化劑床層溫度的目 的。 實(shí)施例3 參見圖5，該實(shí)施例的換熱器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器為一軸徑向反應(yīng)器，其結(jié)構(gòu)與 實(shí)施例2基本上相同，區(qū)別僅在于在催化劑外框410上設(shè)置有徑向的氣體分散孔411，使 催化劑外框410兼作氣體分布器。 本實(shí)施例的工作原理是低溫原料氣由變換反應(yīng)器原料氣入口管150a進(jìn)入到換 熱部件200的原料氣導(dǎo)流筒220內(nèi)，通過(guò)原料氣導(dǎo)流筒220進(jìn)入到換熱部件200的列管內(nèi)， 與來(lái)自催化劑床層400的一部分熱變換氣進(jìn)行換熱，經(jīng)過(guò)熱交換后的原料氣在達(dá)到催化劑 的活化反應(yīng)溫度后，由列管進(jìn)入承壓殼體100下部空間后，再經(jīng)由反應(yīng)器內(nèi)件支撐圈440上 開設(shè)的排孔441，進(jìn)入承壓殼體100的內(nèi)殼壁與催化劑外框410之間的環(huán)隙412，使催化劑 外框410與承壓殼體100內(nèi)殼壁之間通過(guò)流動(dòng)的原料氣進(jìn)行隔熱，形成一冷壁結(jié)構(gòu)，降低了 承壓殼體100的金屬壁溫。環(huán)隙412內(nèi)的原料氣一部分由該環(huán)隙412上升充滿承壓殼體100的上部空間，原料氣自上而下流經(jīng)催化劑床層400，另一部分的原料氣由催化劑外框410上 的氣體分散孔421徑向進(jìn)入催化劑床層400，軸向和徑向進(jìn)入到催化劑床層400的原料氣， 在催化劑作用下進(jìn)行絕熱變換反應(yīng)，絕熱反應(yīng)后的熱變換氣再經(jīng)催化劑內(nèi)框420底部的氣 體收集孔421進(jìn)入換熱部件200的殼程，與管程內(nèi)的低溫原料氣進(jìn)行熱交換。
—部分的熱變換氣與列管內(nèi)的低溫原料氣進(jìn)行熱交換后變成冷變換氣，由出口冷 氣管210、變換氣出口承壓接管160以及變換反應(yīng)器的冷氣出口 161流出，而大部分未經(jīng)內(nèi) 部換熱的熱變換氣則直接由出口中心管300排出。在冷氣出口 161的外接管線上可以設(shè)置 有一流量調(diào)節(jié)閥(圖中未示出)，這樣可以調(diào)節(jié)出口中心管300排出的熱變換氣與變換反應(yīng) 器的冷氣出口 161流出的冷變換氣之間的流量，達(dá)到控制原料氣進(jìn)入催化劑床層溫度的目 的。 參見圖6-9，這些圖示中的下游換熱設(shè)備根據(jù)出口變換氣物性參數(shù)和工藝流程的 設(shè)計(jì)，可以為氣氣換熱器E101、蒸汽過(guò)熱器E102、廢熱鍋爐E103和鍋爐給水預(yù)熱器E104， 其中變換反應(yīng)器R可以是舊式變換反應(yīng)器，也可以是實(shí)施例1至實(shí)施例3所描述的換熱器 內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器。變換反應(yīng)器R立式布置，下游換熱設(shè)備臥式布置，在變換反應(yīng)器R 的底部設(shè)置有第一接管Rl，該第一接管Rl為實(shí)施例1和實(shí)施例2中所述的變換器冷氣出口 管160。在第一接管R1上設(shè)置有第一聯(lián)接法蘭R2，該換熱器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器R具有 一出口中心管300，該出口中心管300穿過(guò)第一接管Rl 。 下游換熱設(shè)備的一端設(shè)置有第二接管Sl，另一端設(shè)置有支撐于基礎(chǔ)上的彈簧滑動(dòng) 支座S3，這樣可以使下游換熱設(shè)備的一端通過(guò)換熱器內(nèi)置變換反應(yīng)器R底部第一接管R1和 第一聯(lián)接法蘭R2牽拉支撐，把力傳遞給換熱器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器R的支座110，同時(shí)可 以通過(guò)彈簧支座減小連接法蘭處的彎曲應(yīng)力。 在第二接管Sl上設(shè)置有第二聯(lián)接法蘭S2，第一聯(lián)接法蘭R2與第二聯(lián)接法蘭S2直 接聯(lián)接，出口中心管300穿過(guò)下游換熱設(shè)備上的第二接管S2接入到下游換熱設(shè)備的管箱或 殼程筒體內(nèi)。這種接入可以是將出口中心管300直接插入到下游換熱設(shè)備的管箱或殼程筒 體內(nèi)(如圖7所示)，也可以如實(shí)施例2原理一樣，在下游換熱設(shè)備的管箱或殼程筒體上設(shè) 置有一換熱設(shè)備內(nèi)部熱氣導(dǎo)流筒，出口中心管通過(guò)膨脹節(jié)與下游換熱設(shè)備的內(nèi)部熱氣導(dǎo)流 筒連接(如圖6所示)。 在第一聯(lián)接法蘭Rl和第二聯(lián)接法蘭S2之間采用唇型密封元件RS進(jìn)行密封。出 口中心管300與第一接管Rl、第二接管Sl為套管式結(jié)構(gòu)，在出口中心管300與下游換熱設(shè) 備上的第二接管S2之間的環(huán)隙采用填料函密封。也可以將出口中心管300與下游換熱設(shè) 備上的第二接管S2之間的環(huán)隙作為反應(yīng)原料氣經(jīng)由下游換熱設(shè)備進(jìn)入換熱器內(nèi)置冷壁式 變換反應(yīng)器R的環(huán)形冷氣通道，這樣第一接管Rl和第二接管Sl與出口中心管300之間將 形成一隔熱結(jié)構(gòu)(如圖9所示)。 參看圖9，圖9為本發(fā)明所述換熱器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器和下游換熱設(shè)備直接 連接方式的新工藝流程簡(jiǎn)圖。其中采用兩臺(tái)換熱器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器R101N和R102N， 反應(yīng)原料氣經(jīng)過(guò)兩段反應(yīng)完成一氧化碳的變換。來(lái)自換熱器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器RIO 1N 上游的入口原料氣1由換熱器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器R101N的底部進(jìn)入換熱器內(nèi)置冷壁式 變換反應(yīng)器R101N內(nèi)，首先與反應(yīng)后的熱變換氣進(jìn)行換熱，然后再進(jìn)行絕熱變換反應(yīng)產(chǎn)出 高溫變換氣。大部分的高溫變換氣由出口中心管300進(jìn)入廢熱鍋爐E103與進(jìn)入的預(yù)熱中
權(quán)利要求
換熱器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器，包括變換反應(yīng)器的承壓殼體、內(nèi)件和催化劑，其特征在于，所述內(nèi)件包含換熱部件和出后中心管，所述換熱部件和出口中心管設(shè)置在所述變換反應(yīng)器的承壓殼體內(nèi)，進(jìn)入變換反應(yīng)器的承壓殼體內(nèi)的低溫原料氣通過(guò)所述的換熱部件與反應(yīng)后的熱變換氣進(jìn)行熱交換，在達(dá)到催化劑的活化反應(yīng)溫度后，在催化劑作用下進(jìn)行絕熱變換反應(yīng)，絕熱反應(yīng)后的熱變換氣通過(guò)出口中心管流出。
2. 如權(quán)利要求1所述的換熱器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器，其特征在于，所述換熱部件軸 向設(shè)置于所述承壓殼體的中心，并與承壓殼體平行，所述催化劑床層設(shè)置在所述換熱部件 的外圍，所述出口中心管設(shè)置在所述換熱部件的中心。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的換熱器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器，其特征在于，所述內(nèi)件還包 括相互連接的催化劑內(nèi)框和催化劑外框，所述催化劑外框通過(guò)反應(yīng)器內(nèi)件支撐圈支撐于所 述承壓殼體的內(nèi)殼壁上，在催化劑外框與催化劑內(nèi)框之間以催化劑床層形式填有催化劑； 所述換熱部件與所述催化劑內(nèi)框熱連接。
4. 如權(quán)利要求3所述的換熱器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器，其特征在于，所述的承壓殼體 不與變換反應(yīng)產(chǎn)生的高溫變換氣接觸，承壓殼體采用中溫抗氫鋼，無(wú)需采用不銹鋼襯里。
5. 如權(quán)利要求4所述的換熱器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器，其特征在于，所述催化劑外框 與所述承壓殼體的內(nèi)殼壁之間具有一環(huán)隙，大部份原料氣通過(guò)該環(huán)隙，大部份原料氣通過(guò) 環(huán)隙沿徑向進(jìn)入催化劑床層，在承壓殼體內(nèi)殼壁與催化劑外框之間隔熱氣流層，達(dá)到承壓 殼體的冷壁結(jié)構(gòu)。
6. 如權(quán)利要求3所述的換熱器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器，其特征在于，在所述承壓殼體 的底部設(shè)置有變換氣出口承壓接管，所述換熱部件的一端設(shè)置有出口冷氣管，與所述變換 氣出口承壓接管相連通，該出口冷氣管與貫穿其中的所述出口中心管形成夾套式冷氣通道 結(jié)構(gòu)；所述變換氣出口承壓接管上開設(shè)有變換反應(yīng)器的冷氣出口，與低溫原料氣通過(guò)換熱 部件換熱后的冷變換氣通過(guò)夾套式冷氣通道，由所述冷氣出口流出，大部分未經(jīng)內(nèi)部換熱 的熱變換氣通過(guò)出口中心管流出。
7. 如權(quán)利要求3所述的換熱器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器，其特征在于，在所述冷氣出口 的外接管上設(shè)置有一流量調(diào)節(jié)閥，以調(diào)節(jié)出口中心管排出的熱變換氣與變換反應(yīng)器的冷氣 出口流出的冷變換氣之間的流量，調(diào)節(jié)換熱部件的傳熱量，達(dá)到控制原料氣進(jìn)入催化劑床 層溫度的目的。
8. 如權(quán)利要求3所述的換熱器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器，其特征在于，在所述承壓殼體 的下封頭側(cè)面設(shè)置有變換反應(yīng)器原料氣入口，以將原料氣導(dǎo)入承壓殼體內(nèi)；所述換熱部件 為列管式換熱器，列管內(nèi)走低溫原料氣，列管外走反應(yīng)后的熱變換氣；所述出口中心管直接 通過(guò)列管式換熱器的中心；所述催化劑內(nèi)框設(shè)置在列管式換熱器的外側(cè)，在所述催化劑內(nèi) 框上設(shè)置有徑向的氣體收集孔，使催化劑內(nèi)框兼作氣體收集器，通過(guò)該氣體收集孔，催化劑 床層中反應(yīng)后的熱變換氣可以導(dǎo)入所述列管式換熱器的列管外，與列管內(nèi)的低溫原料氣進(jìn) 行熱交換；所述催化劑外框上設(shè)置有徑向的氣體分散孔，使催化劑外框兼作氣體分布器； 經(jīng)過(guò)熱交換后的原料氣由列管進(jìn)入承壓殼體的上部空間后，一部分原料氣通過(guò)軸向進(jìn)入催 化劑床層，大部分原料氣通過(guò)催化劑外框與所述承壓殼體的內(nèi)殼壁之間的環(huán)隙，再有催化 劑外框上的氣體分布孔徑向進(jìn)入催化劑床層進(jìn)行絕熱變換反應(yīng)。
9. 如權(quán)利要求3所述的換熱器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器，其特征在于，在所述承壓殼體的上封頭頂部設(shè)置一變換反應(yīng)器原料氣入口管，所述換熱部件為列管式換熱器，列管內(nèi)走 低溫原料氣，列管外走反應(yīng)后的熱變換氣，在所述列管式換熱器的頂部設(shè)置有原料氣導(dǎo)流 筒，所述變換反應(yīng)器原料氣入口管通過(guò)膨脹節(jié)與列管式換熱器頂部的原料氣導(dǎo)流筒連通， 以將原料氣直接導(dǎo)入列管內(nèi)；所述出口中心管直接設(shè)置于列管式換熱器的中心；在所述催 化劑內(nèi)框上設(shè)置有徑向的氣體收集孔，使催化劑內(nèi)框兼作氣體收集器，通過(guò)該氣體收集孔， 催化劑床層中反應(yīng)后的熱變換氣可以導(dǎo)入所述列管式換熱器的列管外，與列管內(nèi)的低溫原 料氣進(jìn)行熱交換；原料氣被加熱到初始反應(yīng)溫度后，進(jìn)入承壓殼體下部空間。
10. 如權(quán)利要求9所述的換熱器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器，其特征在于，在所述反應(yīng)器內(nèi) 件支撐圈上設(shè)置有排孔；原料氣從承壓殼體下部空間，經(jīng)由該排孔進(jìn)入所述承壓殼體的內(nèi) 殼壁與所述催化劑外框之間的環(huán)隙，形成隔熱氣流層，達(dá)成承壓殼體的冷壁結(jié)構(gòu)。
11. 如權(quán)利要求9所述的換熱器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器，其特征在于，在所述催化劑外 框上可以設(shè)置徑向的氣體分布孔，使催化劑外框兼作氣體分布器；一部分原料氣從所述環(huán) 隙進(jìn)入承壓殼體的上部空間，沿軸向進(jìn)入催化劑床層，大部分原料氣經(jīng)由反應(yīng)器內(nèi)件支撐 圈上開設(shè)的排孔，進(jìn)入所述承壓殼體的內(nèi)殼壁與所述催化劑外框之間的環(huán)隙，通過(guò)催化劑 外框上的氣體分散孔徑向進(jìn)入催化劑床層進(jìn)行絕熱變換反應(yīng)。
12. 如權(quán)利要求1所述的換熱器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器，其特征在于，在所述催化劑床 層的底部設(shè)置有催化劑卸料管，并在所述承壓殼體的底部設(shè)置有催化劑卸料口 ，所述催化 劑卸料口上安裝有卸料口蓋板，所述催化劑卸料管插入所述催化劑卸料口內(nèi)，以依靠重力 卸料。
13. 如權(quán)利要求8所述的換熱器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器，其特征在于，所述的換熱器內(nèi) 置冷壁式變換反應(yīng)器包括一開工加熱氣入口 ，所述開工加熱氣入口設(shè)置在所述承壓殼體的 頂部。
14. 如權(quán)利要求9或11所述的換熱器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器，其特征在于，所述的換熱 器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器還包括一開工加熱氣入口 ，所述開工加熱氣入口設(shè)置在變換反應(yīng) 器原料氣入口管的管線上。
15. 變換反應(yīng)器與下游換熱設(shè)備的直連結(jié)構(gòu)，包括直接連接的變換反應(yīng)器和下游換熱 設(shè)備，其特征在于，所述變換反應(yīng)器立式布置，所述下游換熱設(shè)備臥式布置。
16. 如權(quán)利要求15所述的直連結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述變換反應(yīng)器為換熱器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器。
17. 如權(quán)利要求16所述的直連結(jié)構(gòu)，其特征在于，在所述換熱器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng) 器的底部設(shè)置有第一接管，在所述第一接管上設(shè)置有第一聯(lián)接法蘭，該換熱器內(nèi)置冷壁式 變換反應(yīng)器具有一出口中心管，該出口中心管穿過(guò)所述第一接管；所述下游換熱設(shè)備上設(shè) 置有第二接管，在所述第二接管上設(shè)置有第二聯(lián)接法蘭，所述第一聯(lián)接法蘭與第二聯(lián)接法 蘭直接聯(lián)接，所述出口中心管穿過(guò)所述下游換熱設(shè)備上的第二接管接入到下游換熱設(shè)備的 管箱或殼程筒體內(nèi)。
18. 如權(quán)利要求17所述的直連結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述接入是指所述出口中心管直接 插入到下游換熱設(shè)備的管箱或殼程筒體內(nèi)；或在下游換熱設(shè)備的管箱或殼程筒體上設(shè)置有 一換熱設(shè)備內(nèi)部熱氣導(dǎo)流筒，所述出口中心管通過(guò)膨脹節(jié)與所述換熱設(shè)備內(nèi)部熱氣導(dǎo)流筒 連接。
19. 如權(quán)利要求17所述的直連結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一聯(lián)接法蘭和第二聯(lián)接法蘭 之間采用唇型密封元件進(jìn)行密封。
20. 如權(quán)利要求17所述的直連結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述出口中心管與所述第一接管、第 二接管為套管式結(jié)構(gòu)，且所述出口中心管與換熱器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器上的第一接管和 下游換熱設(shè)備上的第二接管之間的環(huán)隙。
21. 如權(quán)利要求20所述的直連結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的環(huán)隙與換熱器內(nèi)置冷壁式變 換反應(yīng)器內(nèi)部的換熱器出口冷變換氣通道聯(lián)通，以送出冷變換氣；所述出口中心管與下游 換熱設(shè)備上的第二接管之間的環(huán)隙采用填料函密封。
22. 如權(quán)利要求20所述的直連結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的環(huán)隙與換熱器內(nèi)置冷壁式變 換反應(yīng)器內(nèi)部的低溫原料氣空間靜連通，作為反應(yīng)原料氣經(jīng)由下游換熱設(shè)備進(jìn)入換熱器內(nèi) 置冷壁式變換反應(yīng)器的環(huán)形冷氣通道。
23. 如權(quán)利要求15所述的直連結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二接管設(shè)置于所述下游換熱 設(shè)備的一端，通過(guò)與換熱器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器直連形成對(duì)于換熱設(shè)備的拉撐；換熱器 的另一端設(shè)置有支撐于基礎(chǔ)上的彈簧滑動(dòng)支座。
24. 如權(quán)利要求15所述的直連結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述下游換熱設(shè)備是廢熱鍋爐、蒸汽 鍋熱器、氣氣換熱器、鍋爐給水預(yù)熱器中的一種。
全文摘要
一種換熱器內(nèi)置冷壁式變換反應(yīng)器，其在承壓殼體內(nèi)設(shè)置有換熱部件和出口中心管，低溫原料氣通過(guò)換熱部件與反應(yīng)后的熱變換氣進(jìn)行熱交換后，再進(jìn)入催化劑床層進(jìn)行絕熱變換反應(yīng)，絕熱反應(yīng)后的熱變換氣通過(guò)出口中心管送出。本發(fā)明將傳統(tǒng)工藝流程中的氣氣換熱器變?yōu)榉磻?yīng)器的一個(gè)內(nèi)件，按壓差進(jìn)行設(shè)計(jì)，減少了一臺(tái)承壓設(shè)備殼體；降低了反應(yīng)器殼體的設(shè)計(jì)溫度和壁厚，提高了反應(yīng)器運(yùn)行的安全性和可靠性；減少了外置連接管線和占地空間，消除了許多泄漏源和失效點(diǎn)。本發(fā)明還公開了變換反應(yīng)器與下游換熱的直連結(jié)構(gòu)，其中變換反應(yīng)器采用立式布置，下游換熱設(shè)備采用臥式布置，通過(guò)接管、法蘭直接連接，節(jié)約了一根連接管線和設(shè)備占地空間，提高了系統(tǒng)裝置的安全性。
文檔編號(hào)C01B3/58GK101703910SQ20091005671
公開日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2009年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月20日
發(fā)明者劉磊, 康嘯琦, 李智勇, 楊朝陽(yáng), 楊震東, 金力強(qiáng), 陸歡慶 申請(qǐng)人:上海國(guó)際化建工程咨詢公司