一種新型換熱式轉(zhuǎn)化爐的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種換熱式轉(zhuǎn)化爐，其中，承壓殼體(1)上設(shè)有位于上端的原料氣入口(N1)、位于側(cè)下部的加熱氣入口(N2)、和位于側(cè)上部的混合氣出口(N3)；承壓殼體(1)內(nèi)壁設(shè)有隔熱材料層(10)，外壁設(shè)有水夾套(2)；轉(zhuǎn)化管(3)豎向設(shè)置在承壓殼體(1)中，管內(nèi)裝有催化劑(8)；轉(zhuǎn)化管(3)的上下端分別為原料氣入口端和轉(zhuǎn)化氣出口端，原料氣入口端與原料氣入口(N1)通過位于原料氣入口(N1)和混合氣出口(N3)之間且水平設(shè)置的管板(7)連通，轉(zhuǎn)化氣出口端的下部連接有豬尾管(9)；屏蔽板(6)平行地設(shè)于管板(7)下方，并處于混合氣出口(N3)上方；一個或多個折流板(4)水平地置于承壓殼體(1)中，轉(zhuǎn)化管(3)從折流板(4)的管孔中穿過。該轉(zhuǎn)化爐加大了換熱面積，提高了原料氣的轉(zhuǎn)化率，大幅節(jié)約設(shè)備成本。
【專利說明】一種新型換熱式轉(zhuǎn)化爐
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種換熱式轉(zhuǎn)化設(shè)備，具體涉及一種換熱式轉(zhuǎn)化爐。
【背景技術(shù)】
[0002]換熱式轉(zhuǎn)化工藝由英國1.C.1在上世紀八十年代率先實現(xiàn)工業(yè)化，我國于上世紀九十年代成功開發(fā)并投入使用。換熱式轉(zhuǎn)化爐的工作原理是通過利用加熱爐其他反應(yīng)段的熱量，來為本段工藝提供反應(yīng)所需的熱量，以達到充分利用能源的目的。爐內(nèi)轉(zhuǎn)化反應(yīng)主要是以天然氣、焦?fàn)t氣或煤氣為原料氣(原料氣中主要成分為甲烷)，經(jīng)過脫硫處理后與水蒸汽混合，在高溫和催化劑的作用下發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)，生成一氧化碳和氫氣。
[0003]現(xiàn)有換熱式轉(zhuǎn)化爐的一個大難題就是轉(zhuǎn)化率不夠高，原料氣經(jīng)反應(yīng)后大多還有30%左右的甲烷沒有轉(zhuǎn)化，仍需進入二段加熱爐進行深度反應(yīng)，才能使轉(zhuǎn)化氣內(nèi)甲烷含量降至1%以下，進而才能符合進一步加工的要求。此種工藝需要分二段進行，耗費大量財力物力,造成成本浪費。
[0004]因此，通過優(yōu)化換熱式轉(zhuǎn)化爐的結(jié)構(gòu)來提高原料氣體的轉(zhuǎn)化效率，具有很高的經(jīng)濟和社會價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種新型換熱式轉(zhuǎn)化爐，可有效提高原料氣體的轉(zhuǎn)化效率。
[0006]本發(fā)明提供的換熱式轉(zhuǎn)化爐，包括承壓殼體1、水夾套2、轉(zhuǎn)化管3、折流板4、拉桿
5、屏蔽板6、管板7、催化劑8、豬尾管9和隔熱材料層10，其中:
[0007]承壓殼體I上設(shè)有位于上端的原料氣入口 N1、位于側(cè)下部的加熱氣入口 N2、和位于側(cè)上部的混合氣出口 N3 ；
[0008]承壓殼體I內(nèi)壁設(shè)有隔熱材料層10，外壁設(shè)有水夾套2 ；
[0009]轉(zhuǎn)化管3豎向設(shè)置在承壓殼體I中，管內(nèi)裝有催化劑8 ；
[0010]轉(zhuǎn)化管3的上下端分別為原料氣入口端和轉(zhuǎn)化氣出口端，原料氣入口端與原料氣入口 NI通過位于原料氣入口 NI和混合氣出口 N3之間且水平設(shè)置的管板7連通，轉(zhuǎn)化氣出口端的下部連接有豬尾管9 ；
[0011]屏蔽板6平行地設(shè)于管板7下方，并處于混合氣出口 N3上方；
[0012]一個或多個折流板4水平地置于承壓殼體I中，轉(zhuǎn)化管3從折流板4的管孔中穿過。
[0013]上述換熱式轉(zhuǎn)化爐中，承壓殼體I上還可設(shè)有位于下端的排污口 N6。
[0014]隔熱材料層10采用耐火澆注料或者耐熱纖維棉。設(shè)置隔熱材料層的目的在于減少爐內(nèi)熱量的外泄。
[0015]水夾套2上設(shè)置有冷卻水入口 N4和冷卻水出口 N5，冷卻水通過N4進入水夾套內(nèi)，通過與承壓殼體I充分接觸，使承壓殼體I的外部溫度大幅下降，保證該設(shè)備的安全；水夾套2可為殼體式或盤管式。
[0016]拉桿5被設(shè)于承壓殼體I內(nèi)，且與轉(zhuǎn)化管3平行，用以固定管板和折流板的距離，確保在管板和折流板在煙氣的沖擊下移動不會太大。
[0017]管板平行位于承壓殼體內(nèi)部的原料氣入口和混合氣出口之間。管板上有圓孔，轉(zhuǎn)化管從圓孔中穿過，轉(zhuǎn)化管上端與管孔為承插式焊接結(jié)構(gòu)，確保原料氣能從轉(zhuǎn)化管上端全部進入轉(zhuǎn)化管中。
[0018]屏蔽板平行位于承壓殼體內(nèi)部的管板下方，混合氣出口上方。屏蔽板上有圓孔，轉(zhuǎn)化管從圓孔中穿過。屏蔽板主要作用為阻止混合氣進一步向上流動，確?；旌蠚鈴幕旌蠚獬隹谂懦?。
[0019]折流板平行置于承壓殼體內(nèi)部，位于轉(zhuǎn)化管下端的上方和殼體混合氣出口的下方。折流板上有圓孔，轉(zhuǎn)化管從圓孔中穿過。通過折流板可控制加熱氣的流通路徑，當(dāng)加熱氣在流動和傳熱過程中溫度逐漸下降時，可以通過控制加熱氣的流動速度來提高傳熱效率。
[0020]本發(fā)明的換熱式轉(zhuǎn)化爐工作時，原料氣從轉(zhuǎn)化管上端進入，在催化劑和高溫的作用下轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)化氣，轉(zhuǎn)化氣從轉(zhuǎn)化管下端的豬尾管排出。轉(zhuǎn)化管下端位于承壓殼體的加熱氣入口附近。從加熱氣入口中輸入加熱氣，加熱氣優(yōu)選二段爐的高溫轉(zhuǎn)化氣。轉(zhuǎn)化氣排出后與進入殼體內(nèi)的加熱氣混合，混合氣通過折流板自下而上流動，其熱量可繼續(xù)用于給轉(zhuǎn)化管內(nèi)的原料氣升溫。
[0021]利用本發(fā)明的換熱式轉(zhuǎn)化爐，通過引入加熱氣與轉(zhuǎn)化氣混合形成混合氣體進行即時換熱，加大了換熱面積，可在簡化轉(zhuǎn)化爐構(gòu)造的同時提高原料氣的轉(zhuǎn)化率，改善節(jié)氣效
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【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明所述換熱式轉(zhuǎn)化爐的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。其中各附圖標記表示:1、承壓殼體；2、水夾套；3、轉(zhuǎn)化管；4、折流板；5、拉桿；6、屏蔽板；7、管板；8、催化劑；9、豬尾管；10、隔熱材料；N1、原料氣入口 ；N2、加熱氣入口 ；N3、混合氣出口 ；N4、冷卻水入口 ；N5、冷卻水出口 ;N6、排污口。
【具體實施方式】
[0023]如圖1所示，本發(fā)明提供的新型換熱式轉(zhuǎn)化爐包括承壓殼體1、水夾套2、轉(zhuǎn)化管3、折流板4、拉桿5、屏蔽板6、管板7、催化劑8、豬尾管9和隔熱材料層10，其中:
[0024]承壓殼體I上設(shè)有位于上端的原料氣入口 N1、位于側(cè)下部的加熱氣入口 N2、位于側(cè)上部的混合氣出口 N3、和位于下端的排污口 N6 ;并且承壓殼體I內(nèi)壁設(shè)有采用耐火澆注料的隔熱材料層10 ;外壁設(shè)有殼體式水夾套2，水夾套2上設(shè)置有冷卻水入口 N4和冷卻水出口 N5 ;
[0025]74根轉(zhuǎn)化管3豎向設(shè)置在承壓殼體I中，管內(nèi)填充有原料氣進行轉(zhuǎn)化反應(yīng)用的催化劑8 ;轉(zhuǎn)化管3的上下端分別為原料氣入口端和轉(zhuǎn)化氣出口端，原料氣入口端與原料氣入口 NI通過位于原料氣入口 NI和混合氣出口 N3之間且水平設(shè)置的管板7連通，轉(zhuǎn)化氣出口端的下部連接有豬尾管9;[0026]屏蔽板6平行地設(shè)于管板7下方，并處于混合氣出口 N3上方，以阻隔由原料氣入口 NI進入的原料氣和將由混合氣出口 N3出去的混合氣；
[0027]—個或多個折流板4水平地置于承壓殼體I中，轉(zhuǎn)化管3從折流板4的管孔中穿過。
[0028]拉桿5被設(shè)于承壓殼體I內(nèi)，且與轉(zhuǎn)化管3平行。
[0029]按照上述構(gòu)造，制備了一個具體的轉(zhuǎn)化爐，該爐結(jié)構(gòu)參數(shù)如下:
[0030]承壓殼體I使用厚度為20mm的碳鋼卷制焊接，規(guī)格為DN1600mm，高度為16m，折流板之間距離為350mm。轉(zhuǎn)化管使用離心燒注制造,然后內(nèi)外表面機加工,外徑為Φ70,厚度為5_，長度為12m。本發(fā)明殼程和管程設(shè)計壓力均為1.8MPa，傳熱面積約為173m2。
[0031]運行上述換熱式轉(zhuǎn)化爐，具體為:將工作壓力為2.5MPa的天然氣(主要成分為甲烷)經(jīng)脫硫處理后與水蒸汽混合，預(yù)熱至550°C左右后由承壓殼體I中的原料氣入口 NI進入到填充有催化劑8的轉(zhuǎn)化管3中，原料氣在轉(zhuǎn)化管3外加熱氣的熱輻射下迅速升溫，發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)，生產(chǎn)氫氣和一氧化碳，反應(yīng)后的轉(zhuǎn)化氣從豬尾管9中排出。與此同時，溫度約為980°C左右的加熱氣(為二段加熱爐排出的反應(yīng)氣，主要成分為一氧化碳和氫氣，甲燒含量不高于0.5%)，由承壓殼體I上的加熱氣入口 N2進入，與轉(zhuǎn)化管3中出來的轉(zhuǎn)化氣混合，然后對轉(zhuǎn)化管內(nèi)的原料氣進行加熱，最后從承壓殼體I中的混合氣出口 N3排出，完成了原料氣的轉(zhuǎn)化過程。
[0032]轉(zhuǎn)化反應(yīng)生產(chǎn)的高溫轉(zhuǎn)化氣循環(huán)利用可以再次對轉(zhuǎn)化管3中的原料氣進行余熱，提高能源的利用率。
[0033]系統(tǒng)穩(wěn)定運行后，從N3排出的混合氣中甲烷含量約為0.8%。
[0034]在本發(fā)明提供的換熱式轉(zhuǎn)化爐的工作過程中，混合氣通過折流板4限定的流通路徑，可以提高換熱器的傳熱面積，提高換熱效率和原料氣的轉(zhuǎn)化效率，使得轉(zhuǎn)化氣與加熱氣混合后，降低了混合氣體總甲烷的含量，達到產(chǎn)品的要求。
[0035]本發(fā)明提供的換熱式轉(zhuǎn)化爐，通過加大混合加熱氣的換熱面積，提高了原料氣的轉(zhuǎn)化率，本轉(zhuǎn)化爐的產(chǎn)品中，甲烷含量可將至0.8%以下。通過本設(shè)備，可大幅節(jié)約設(shè)備成本，充分利用能源，增加企業(yè)的經(jīng)濟效益。
【權(quán)利要求】
1.一種換熱式轉(zhuǎn)化爐，包括承壓殼體(I)、水夾套(2)、轉(zhuǎn)化管(3)、折流板(4)、拉桿(5)、屏蔽板(6)、管板(7)、催化劑(8)、豬尾管(9)和隔熱材料層(10)，其特征在于: 承壓殼體(I)上設(shè)有位于上端的原料氣入口(NI)、位于側(cè)下部的加熱氣入口(N2)、和位于側(cè)上部的混合氣出口(N3)； 承壓殼體(I)內(nèi)壁設(shè)有隔熱材料層(10)，外壁設(shè)有水夾套(2); 轉(zhuǎn)化管(3)豎向設(shè)置在承壓殼體(I)中，管內(nèi)裝有催化劑(8)； 轉(zhuǎn)化管(3)的上下端分別為原料氣入口端和轉(zhuǎn)化氣出口端，原料氣入口端與原料氣入口(NI)通過位于原料氣入口(NI)和混合氣出口(N3)之間且水平設(shè)置的管板(7)連通，轉(zhuǎn)化氣出口端的下部連接有豬尾管(9)； 屏蔽板(6)平行地設(shè)于管板(7)下方，并處于混合氣出口(N3)上方； 一個或多個折流板(4)水平地置于承壓殼體(I)中，轉(zhuǎn)化管(3)從折流板(4)的管孔中穿過。
2.如權(quán)利要求1所述的換熱式轉(zhuǎn)化爐，其特征在于:承壓殼體(I)上還設(shè)有位于下端的排污口(N6)。
3.如權(quán)利要求1所述的換熱式轉(zhuǎn)化爐，其特征在于:隔熱材料層(10)采用耐火澆注料或者耐熱纖維棉。
4.如權(quán)利要求1所述的換熱式轉(zhuǎn)化爐，其特征在于:水夾套(2)上設(shè)置有冷卻水入口(N4)和冷卻水出口(N5)。
5.如權(quán)利要求1所述的換熱式轉(zhuǎn)化爐，其特征在于:水夾套(2)為殼體式或盤管式。
6.如權(quán)利要求1所述的換熱式轉(zhuǎn)化爐，其特征在于:拉桿(5)被設(shè)于承壓殼體(I)內(nèi)，且與轉(zhuǎn)化管(3)平行。
【文檔編號】C01B3/38GK203428908SQ201320565027
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月11日
【發(fā)明者】夏浩 申請人:江蘇雙勤民生冶化設(shè)備制造有限公司