一種分段式水煤氣變換爐的制作方法
1.本實用新型涉及一種分段式水煤氣變換爐，為水煤氣變換器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
2.絕熱式變換爐作為水煤氣變換的設備，在生產(chǎn)時，需要將反應熱及時排出變換爐，以控制爐內(nèi)溫度，使爐內(nèi)的反應溫度保持在設定范圍內(nèi)。目前，變換爐的換熱介質(zhì)以汽水混合物為主，從變換爐排出汽水混合物或直接生成飽和汽，其中的汽水混合物在閃蒸出蒸汽后，繼續(xù)返回變換爐內(nèi)作用換熱介質(zhì)。目前，水煤氣中co含量較高，最高能夠達到約70％，導致變換爐在工作時，在軸向方向上，反應溫升較快，容易產(chǎn)生“飛溫”現(xiàn)象。為避免“飛溫”現(xiàn)象，一般采用多臺變換爐串聯(lián)的方式進行生產(chǎn)，并采用不同溫度的介質(zhì)將其中的反應熱移出。
3.采用串聯(lián)變換爐來進行水煤氣變換，能夠較好地解決“飛溫”現(xiàn)象，但卻導致變換裝置的設備較多，控制點增加，增加了工藝控制難度，也增加了設備的購置費用。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
4.為最大限度地減少或避免“飛溫”現(xiàn)象，本技術(shù)提出來一種分段式水煤氣變換爐，其包括一外殼，該外殼沿豎直方向延伸，在外殼內(nèi)設置有一冷激區(qū)，在冷激區(qū)的上側(cè)設置有上反應區(qū)，在冷激區(qū)的下側(cè)設置有下反應區(qū)，在外殼上設置有連通冷激區(qū)的冷激氣管；在上反應區(qū)的底部安裝有上觸媒支撐格柵，在下反應區(qū)的底部安裝有下觸媒支撐格柵；
5.在下反應區(qū)內(nèi)設置有至少三個盤管換熱部，該至少三個盤管換熱部沿高度方向間隔設置，其中位于最上方的盤管換熱部稱為首級盤管換熱部，位于最下方的盤管換熱部稱為末級盤管換熱部，首級盤管換熱部與末級盤管換熱部之間的盤管換熱部稱為中間盤管換熱部；在外殼的頂部設置有進氣管，在外殼的底部設置有排氣管。
6.本技術(shù)中，在水煤氣變換爐內(nèi)，設置了兩個上下兩個反應區(qū)，且在下反應區(qū)內(nèi)，沿上下方向設置了多個盤管換熱部，能夠?qū)ο路磻獏^(qū)內(nèi)不同高度的反應區(qū)域進行單獨的溫度調(diào)控，以使整個下反應區(qū)的反應溫度處于最佳的反應溫度內(nèi)，有利于提高生產(chǎn)效率。目前所采用的列管換熱裝置，移熱介質(zhì)無論是采用逆流還是順流方式，沿移熱介質(zhì)的流動方向，移熱介質(zhì)的溫度逐漸升高，換熱效果降低，且為了避免產(chǎn)生“飛溫”，需要限制變換爐的最高反應溫度，導致部分區(qū)域的反應溫度無法處于最佳的反應溫度，只能在稍低的反應溫度下進行反應，限制了生產(chǎn)效率的提升。
7.在部分生產(chǎn)工藝中，為了提高生產(chǎn)效率，是使反應溫度的上限略低于產(chǎn)生“飛溫”的溫度點，但是在實際操作中，由于水煤氣進料的波動，極易使反應溫度超標，產(chǎn)生“飛溫”現(xiàn)象，且使工藝控制的難度加大。
8.而在本技術(shù)中，由于在高度方向上設置了多個盤管換熱部，能夠單獨對每個盤管換熱部內(nèi)的移熱介質(zhì)的用量、入口溫度和出口溫度進行調(diào)整，從而精確控制下反應區(qū)內(nèi)在軸向方向上各區(qū)域的反應溫度，有利于下反應區(qū)內(nèi)反應溫度的平穩(wěn)控制。利用本技術(shù)，能夠
使下反應區(qū)內(nèi)的最高反應溫度與最低反應溫度的溫差控制在30-40℃，且使下反應區(qū)的反應溫度沿一弧線平穩(wěn)移動，使下反應區(qū)內(nèi)的反應溫度處于最高反應溫度區(qū)域內(nèi)。在下反應區(qū)域內(nèi)，同一高度層內(nèi)反應溫度的變化控制在1-3℃。
9.而在現(xiàn)有技術(shù)中，同一高度層內(nèi)反應溫度的變化在6-8℃內(nèi)，這種大幅度的變化，主要是由于冷激氣的加入以及換熱介質(zhì)流量波動所造成的。在目前，一方面，為控制反應溫度，會將部分原料氣作為冷激氣，由反應器的中部補充到反應器內(nèi)，在生產(chǎn)過程中，雖然盡量保持原料氣進料量和進料溫度的穩(wěn)定，以使反應平穩(wěn)進行，但是由于原料氣總會產(chǎn)生一定的波動性，從而導致冷激氣的波動，造成反應器內(nèi)局部反應溫度的波動加大；另一方面，移熱介質(zhì)一般采用汽水混合物，而且在整個反應器內(nèi)，同一根換熱管在高度方向上貫穿整個反應區(qū)域，由于采用逆流換熱，移熱介質(zhì)由下向上流動，在達到最高反應區(qū)域時，其移熱功能已大幅度降低，而且在現(xiàn)在的生產(chǎn)過程中，反應溫度往往是控制在最高反應區(qū)域內(nèi)，一旦反應溫度產(chǎn)生波動，就會產(chǎn)生超溫，易于產(chǎn)生“飛溫”現(xiàn)象，為了避免造成“飛溫”現(xiàn)象，當反應溫度向上超過設定溫度時，為使反應溫度快速下移，在調(diào)節(jié)移熱介質(zhì)的流量時，往往會超額調(diào)整，導致反應溫度的波動加大。
10.而在本技術(shù)中，由于在下反應區(qū)內(nèi)設置了多個盤管換熱部，對于各個區(qū)域的反應溫度能夠及時單獨調(diào)整，降低了其溫度波動幅度。并且能夠根據(jù)進氣和冷激氣氣量的變化及時調(diào)整首級換熱部內(nèi)移熱介質(zhì)的參數(shù)，降低下反應區(qū)頂部區(qū)域溫度的變化。
11.進一步，在上反應區(qū)內(nèi)不設置換熱裝置。上反應區(qū)作為反應的起始階段，易于產(chǎn)生結(jié)焦現(xiàn)象，設置一個獨立的上反應區(qū)，能夠便于單獨對上反應區(qū)內(nèi)的第一觸媒進行單獨更換，降低對下反應區(qū)內(nèi)第二觸媒的更換頻率，而在現(xiàn)有技術(shù)中，采用單一反應區(qū)的變換爐內(nèi)，所有的觸媒需要根據(jù)進氣端觸媒的結(jié)焦情況進行更換，實際上大部分的觸媒仍處于有效反應階段，造成了大量有效觸媒的更換，增加了運行成本。利用上反應區(qū)，使反應溫度上升到設定反應溫度區(qū)域內(nèi)，并在冷激氣的降溫作用下，使反應氣體以設定溫度進入到下反應區(qū)內(nèi)。由于上反應區(qū)的反應時間較短，無需設置換熱裝置。
12.進一步，為避免上反應區(qū)內(nèi)的反應溫度超標，產(chǎn)生“飛溫”現(xiàn)象，并使反應主要集中在下反應區(qū)內(nèi)，以提高反應熱的回收，上反應區(qū)與下反應區(qū)的高度比例為1：(2-5)。由于上反應區(qū)為原料氣的初始反應區(qū)，原料氣的溫度相對較低，能夠吸收大量的反應熱，因此在將上反應區(qū)的高度控制在一定的比例范圍，能夠使反應混合氣的溫度未達到產(chǎn)生“飛溫”現(xiàn)象的溫度前，進入到冷激區(qū)內(nèi)，降低反應混合氣的溫度，同時冷激區(qū)內(nèi)的冷激氣也能夠?qū)ι戏磻獏^(qū)內(nèi)的溫度形成抑制，避免在上反應區(qū)內(nèi)產(chǎn)生“飛溫”現(xiàn)象。但是上反應區(qū)的高度也不宜太高，由于隨著反應的進行，反應混合氣的溫度會逐漸升高，上反應區(qū)的高度太高時，極易使反應混合氣的溫度超過設定溫度，產(chǎn)生“飛溫”現(xiàn)象，因此上反應區(qū)內(nèi)第一觸媒的裝填高度最好控制在1.5-2.5米內(nèi)，在上述第一觸媒的裝填高度范圍內(nèi)，能夠有效地避免反應混合氣的溫度超過設定溫度。
13.進一步，為避免進氣對上反應區(qū)內(nèi)的第一觸媒?jīng)_擊過大，造成大量第一觸媒顆粒的破碎，在進氣管位于外殼內(nèi)的一端上安裝有布氣器，該布氣器包括一底板和設置在該底板上方的至少三塊環(huán)形板，該至少三塊環(huán)形板沿豎直方向間隔設置，該底板和各環(huán)形板均沿水平方向延伸，在相鄰的兩塊環(huán)形板之間、以及底板與相鄰的環(huán)形板之間均設置若干塊導流板，各導流板均沿豎直方向延伸，且導流板均由徑向轉(zhuǎn)動一角度后所形成，且所有導流
板的轉(zhuǎn)動方向相同。進一步，底板上不設置貫穿底板的上表面和下表面的通孔。利用上布氣器，使水煤氣從進氣管進入到外殼內(nèi)后，能夠經(jīng)布氣器向四周流動，并在導流板的作用下，形成螺旋氣流，以能夠均勻地進入到上反應區(qū)內(nèi)。
14.進一步，每一盤管換熱部均包括一進口管、一出口管和兩端分別連接在該進口管和出口管上的若干根換熱管，同一盤管換熱部內(nèi)的若干根換熱管中，至少包括兩根螺旋換熱管，螺旋換熱管繞外殼的中心軸線螺旋延伸；相鄰的兩個換熱管之間具有間隙。相鄰換熱管之間的間隙控制在50-150mm之間。
15.該設計能夠使換熱管均勻地布置在下反應區(qū)內(nèi)，對第二換熱區(qū)內(nèi)的反應熱均勻吸收，以使下反應區(qū)內(nèi)各處的反應溫度較為均勻。由于采用了螺旋管的結(jié)構(gòu)形式，使得換熱管能夠在一個小的區(qū)域內(nèi)盡量延長其長度，提高換熱的均勻性。
16.進一步，為提高換熱效果，至少有一個盤管換熱部中的所有換熱管均為螺旋換熱管。
17.進一步，為使下反應區(qū)內(nèi)的反應溫度平穩(wěn)變化，首級盤管換熱部和末級盤管換熱部均用于流通鍋爐水，所有中間盤管換熱部均用于流通飽和蒸汽。冷激區(qū)內(nèi)的反應混合氣在進入到下反應區(qū)后，其反應溫度處于上升階段，因此首級盤管換熱部采用鍋爐水作為移熱介質(zhì)，以能夠順利地吸收反應熱。在下反應區(qū)的下部區(qū)域，由于處于反應的末期，有效反應大幅度地降低，所產(chǎn)生的反應熱量也相對較低，采用鍋爐水以能夠滿足對反應熱的吸收。而在下反應區(qū)的中間區(qū)域，處于反應最激烈的區(qū)域，利用飽和蒸汽作為作用移熱介質(zhì)，使飽和蒸汽成為過熱蒸汽，不但能夠使下反應區(qū)的中間區(qū)域的反應溫度處于較高設置范圍內(nèi)，還能夠單獨調(diào)節(jié)飽和蒸汽的溫度和流量，以控制該中間區(qū)域的反應溫度，使中間盤管換熱部所在反應區(qū)域內(nèi)的反應溫度波動控制在
±
1.5℃范圍內(nèi)，使反應溫度保持在最高設定反應溫度區(qū)域內(nèi)，且能夠有效地避免反應溫度向上超過最高設定反應溫度，避免“飛溫”現(xiàn)象。
附圖說明
18.圖1是本實用新型的一種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
19.圖2是盤管換熱部的結(jié)構(gòu)示意圖。
20.圖3是布氣器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
21.請參閱圖1和圖2，以下首先對分段式水煤氣變換爐的結(jié)構(gòu)進行說明，其包括沿豎直方向延伸的外殼10，該外殼10包括筒體11，筒體11沿豎直方向延伸，在筒體的頂部焊接有上封頭12，在筒體的底部焊接有下封頭13，裙座19支撐在下封頭13上。
22.在上封頭12上安裝有進氣管14，在下封頭上安裝有排氣管15。并在上封頭上還安裝有上人孔16，在下封頭上安裝有下人孔17。
23.在外殼內(nèi)設置有上反應區(qū)50和位于上反應區(qū)50下方的下反應區(qū)20，在上反應區(qū)50與下反應區(qū)20之間形成有冷激區(qū)40，冷激氣進管42焊接在筒體11上，在冷激氣進管的內(nèi)側(cè)端連接有一冷激氣管41，該冷激氣管呈環(huán)狀，在冷激氣管的上下兩側(cè)均開設有冷激氣孔。冷激氣進管42的外側(cè)端形成為冷激氣進口43。
24.在本實施例中，上反應區(qū)的第一高度h與下反應區(qū)的第二高度s的比例為1：2.8，可
以理解，在其他實施例中，第一高度h與第二高度的比例還可以為1：2、1:2.5、1:3、1:4或1:5，當然也可以為1：(2-5)之間的其他比例。
25.在上反應區(qū)50的底部安裝有上觸媒支撐格柵51，在上反應區(qū)50的頂部安裝有上格柵蓋板52，上觸媒支撐格柵51與上格柵蓋板52之間的空間成為用于堆放第一觸媒的上反應腔53。上格柵蓋板52上部的空間形成為布氣腔55，進氣管14連通該布氣腔55。
26.在進氣管14位于外殼內(nèi)的一端上安裝有布氣器60，該布氣器60包括一底板63和設置在該底板上方的六塊環(huán)形板62，六塊環(huán)形板沿豎直方向間隔設置，且底板63和各環(huán)形板62均沿水平方向延伸，在相鄰的兩塊環(huán)形板之間、以及底板與相鄰的環(huán)形板之間均設置若干塊導流板64，各導流板均沿豎直方向延伸，且導流板均由徑向轉(zhuǎn)動一角度后所形成，且所有導流板的轉(zhuǎn)動方向均相同。底板上不設置貫穿底板的上表面和下表面的通孔。在最上方的環(huán)形板的上表面上焊接有一連接筒61，該連接筒焊接在進氣管14的下端上。導流板將相鄰的環(huán)形板連接在一起，并將底板連接在最下方的環(huán)形板上。
27.在筒體上安裝有上觸媒卸料管54，該上觸媒卸料管54由下向上沿傾斜方向伸入到上反應腔53內(nèi)、并連通上反應腔，上觸媒卸料管54的位于上反應腔內(nèi)的進口的下端與上觸媒支撐格柵51的上表面平齊，以能夠使上反應腔53內(nèi)的第一觸媒能夠順利地由上觸媒卸料管54排出，以更換第一觸媒。
28.在下反應區(qū)20的底部安裝有下觸媒支撐格柵21，在下反應區(qū)20的頂部安裝有下格柵蓋板22，下觸媒支撐格柵21與下格柵蓋板22之間的空間成為堆放第二觸媒的下反應腔23。
29.在下觸媒支撐格柵21上安裝有下觸媒卸料管24，該下觸媒卸料管24的上端向上貫穿下觸媒支撐格柵21后連通下反應腔23，下觸媒卸料管24的下端向上伸出下封頭。下觸媒卸料管24的上端面與下觸媒支撐格柵21的上表面平齊。
30.本實施例中，在上反應區(qū)內(nèi)不設置換熱裝置。在下反應區(qū)內(nèi)設置有三個盤管換熱部，有三個盤管換熱部沿高度方向間隔設置，位于最上方的盤管換熱部稱為首級盤管換熱部301，位于最下方的盤管換熱部稱為末級盤管換熱部303，位于首級盤管換熱部301與末級盤管換熱部303之間的盤管換熱部稱為中間盤管換熱部302，即本實施例中僅有一個中間盤管換熱部。可以理解，在其他實施例中，還可以在設置多個中間盤管換熱部，例如設置2個、3個、4個或5個中間盤管換熱部，中間盤管換熱部數(shù)量不要太多，過多的中間盤管換熱部，不但需要設置更多的外接管道，還需要在外殼上開設更多的穿管孔，對外殼結(jié)構(gòu)的均勻性造成影響。
31.本實施中，各盤管換熱部的結(jié)構(gòu)相同，以下以首級盤管換熱部301為例，來說明盤管換熱部的具體結(jié)構(gòu)，該首級盤管換熱部301包括安裝在下反應區(qū)內(nèi)的進口環(huán)形管31和出口環(huán)形管32，進口環(huán)形管31位于出口環(huán)形管32的上方。進口管311連接在進口環(huán)形管31上，該進口管安裝在外殼上，并向外伸出外殼。出口管321連接在出口環(huán)形管上，該出口管安裝在外殼上，并向外伸出外殼。
32.在進口環(huán)形管31和出口環(huán)形管32之間連接有六根換熱管33，所有的換熱管均為螺旋換熱管，螺旋換熱管繞外殼的中線軸線螺旋延伸，相鄰的螺旋換熱管之間具有間隙，各螺旋換熱管沿螺旋方向并行延伸。本技術(shù)中，相鄰換熱管之間的距離控制在50-150mm之間，具體在本實施例中，相鄰的換熱管之間的距離控制在80-120mm。
33.本實施例中，首級盤管換熱部和末級盤管換熱部均用于流通鍋爐水，所有中間盤管換熱部均用于流通飽和蒸汽。
34.以下對本實施在生產(chǎn)時的水煤氣變換流程進行說明，其具體包括如下步驟：
35.(1)水煤氣經(jīng)進氣管進入到布氣腔55內(nèi)，然后向下依次流經(jīng)上反應區(qū)、冷激區(qū)和下反應區(qū)，并進行反應，生成變換氣，最后由排氣管排出；
36.(2)冷激氣由冷激氣管進入到冷激區(qū)內(nèi)，并與冷激區(qū)內(nèi)已有的氣體進行混合；
37.(3)第一鍋爐水進入首級盤管換熱部內(nèi)，吸收反應熱后，形成為第一飽和蒸汽，并排出首級盤管換熱部；第二鍋爐水進入末級盤管換熱部內(nèi)，吸收反應熱后，形成為第三飽和蒸汽，并排出末級盤管換熱部；第二飽和蒸汽進入中間盤管換熱部內(nèi)，吸收反應熱后，形成為過熱蒸汽，并排出該中間盤管換熱部。當?shù)诙柡驼羝漠a(chǎn)量無法滿足中間換熱管組的移熱要求時，采用外部飽和蒸汽來彌補第二飽和蒸汽產(chǎn)量的不足。
38.本實施例中，水煤氣的進口溫度為251
±
2℃，變換氣的出口溫度為407-410℃，上反應區(qū)和下反應區(qū)內(nèi)的反應壓力均為6.3-6.4mpag。
39.第一鍋爐水的進口溫度為183℃，第一飽和蒸汽的出口溫度為248℃；第一飽和蒸汽直接作為第二飽和蒸汽，并進入到中間盤管換熱部內(nèi)，過熱蒸汽的出口溫度為445℃。第二鍋爐水的進口溫度為220℃，第三鍋爐水的出口溫度為235℃，較第二鍋爐水的進口溫度高15℃。
40.冷激氣的添加量為水煤氣進氣量的20-21wt％，冷激氣的進口溫度為225-230℃。
41.為說明本技術(shù)的有益效果，將上述變換爐內(nèi)的三個盤管換熱部更換為沿豎直方向延伸的列管換熱器，作為對比例，并在下反應區(qū)內(nèi)，沿高度方向由上向下取10個測溫點，檢測溫度的變化范圍，具體數(shù)據(jù)變化列入下表：
[0042][0043]
由上表可以看出，利用本技術(shù)，能夠有效地降低變換爐內(nèi)各區(qū)域的溫度變化區(qū)域，提高反應的穩(wěn)定性，同時提高反應的可控性。
技術(shù)特征：
1.一種分段式水煤氣變換爐，其特征在于，包括一外殼，該外殼沿豎直方向延伸，在外殼內(nèi)設置有一冷激區(qū)，在冷激區(qū)的上側(cè)設置有上反應區(qū)，在冷激區(qū)的下側(cè)設置有下反應區(qū)，在外殼上設置有連通冷激區(qū)的冷激氣管；在上反應區(qū)的底部安裝有上觸媒支撐格柵，在下反應區(qū)的底部安裝有下觸媒支撐格柵；在下反應區(qū)內(nèi)設置有至少三個盤管換熱部，該至少三個盤管換熱部沿高度方向間隔設置，其中位于最上方的盤管換熱部稱為首級盤管換熱部，位于最下方的盤管換熱部稱為末級盤管換熱部，首級盤管換熱部與末級盤管換熱部之間的盤管換熱部稱為中間盤管換熱部；在外殼的頂部設置有進氣管，在外殼的底部設置有排氣管。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分段式水煤氣變換爐，其特征在于，在上反應區(qū)內(nèi)不設置換熱裝置。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分段式水煤氣變換爐，其特征在于，上反應區(qū)與下反應區(qū)的高度比例為1：(2-5)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分段式水煤氣變換爐，其特征在于，在進氣管位于外殼內(nèi)的一端上安裝有布氣器，該布氣器包括一底板和設置在該底板上方的至少三塊環(huán)形板，該至少三塊環(huán)形板沿豎直方向間隔設置，該底板和各環(huán)形板均沿水平方向延伸，在相鄰的兩塊環(huán)形板之間、以及底板與相鄰的環(huán)形板之間均設置若干塊導流板，各導流板均沿豎直方向延伸，且導流板均由徑向轉(zhuǎn)動一角度后所形成，且所有導流板的轉(zhuǎn)動方向相同。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的分段式水煤氣變換爐，其特征在于，底板上不設置貫穿底板的上表面和下表面的通孔。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分段式水煤氣變換爐，其特征在于，每一盤管換熱部均包括一進口管、一出口管和兩端分別連接在該進口管和出口管上的若干根換熱管，同一盤管換熱部內(nèi)的若干根換熱管中，至少包括兩根螺旋換熱管，螺旋換熱管繞外殼的中心軸線螺旋延伸；相鄰的兩個換熱管之間具有間隙。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的分段式水煤氣變換爐，其特征在于，至少有一個盤管換熱部中的所有換熱管均為螺旋換熱管。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分段式水煤氣變換爐，其特征在于，首級盤管換熱部和末級盤管換熱部均用于流通鍋爐水，所有中間盤管換熱部均用于流通飽和蒸汽。
技術(shù)總結(jié)
本申請公開了一種分段式水煤氣變換爐，其包括一外殼，在外殼內(nèi)設置有一冷激區(qū)，在冷激區(qū)的上下兩側(cè)設置分別為上反應區(qū)和下反應區(qū)；在下反應區(qū)內(nèi)設置有至少三個盤管換熱部，該至少三個盤管換熱部沿高度方向間隔設置，其中位于最上方的盤管換熱部稱為首級盤管換熱部，位于最下方的盤管換熱部稱為末級盤管換熱部，首級盤管換熱部與末級盤管換熱部之間的盤管換熱部稱為中間盤管換熱部；在外殼的頂部設置有進氣管，在外殼的底部設置有排氣管。利用本申請，能夠使下反應區(qū)內(nèi)的最高反應溫度與最低反應溫度差控制在30-40℃，且使下反應區(qū)內(nèi)從上到下的反應溫度沿一弧線平穩(wěn)移動，使下反應區(qū)內(nèi)的反應溫度處于最高反應溫度區(qū)域內(nèi)。內(nèi)的反應溫度處于最高反應溫度區(qū)域內(nèi)。內(nèi)的反應溫度處于最高反應溫度區(qū)域內(nèi)。
