[实用新型]换热器内置冷壁式变换反应器

说明书

技术领域

本实用新型涉及变换反应器技术领域，特别涉及换热器内置冷壁式变换反应器。本实用新型是将传统流程中旧式变换反应器下游的气气换热器整体置于反应器的内部，成为反应器的一个内件，达到结构和功能的创新，本实用新型适用于一氧化碳变换反应器，同时也适用于甲烷化反应器。 

背景技术

参见图1，现有的轴向变换反应器包括承压壳体10，承压壳体10通过支座20安装在基础上(图中未示出)，催化剂床层30设置在承压壳体10内，下方通过耐火球支撑，催化剂床层30与承压壳体10的内壳壁接触，在承压壳体10的底部设置有变换气出口31，在变换气出口31入端设置有气体收集器40，以收集绝热变换反应后的热变换气，在承压壳体10的顶部设置有反应原料气入口21，在反应原料气入口21的出端设置有气体分布器50，反应原料气由反应原料气入口21进入后，通过气体分布器50的均匀分布，轴向进入催化剂床层30内，进行绝热变换反应。在承压壳体10的顶部设置有人孔60，以便于催化剂装料；在承压壳体10的底部设置有催化剂卸料口70，在催化剂卸料口70上安装有卸料口盖板80，在催化剂床层30的底部设置有催化剂卸料管90，以便于依靠重力卸料。在催化剂床层30内设置有热电偶T，热电偶T被导出所述承压壳体10外。 

参见图2所示的以旧式变换反应器和旧式设备连接方式为基础的传统工艺流程，在传统合成氨装置的一氧化碳变换流程中，来自变换反应器R101上游通过管线1的入口原料气的温度往往低于催化剂的活化温度，需要设置一台进出口气体换热器E101，简称气气换热器。该气气换热器E101设置在变换反应器R101的外部，与变换反应器R101之间采用管线2和3连接。入口原料气通过气气换热器E101换热后，通过管线2送至变换反应器R101的反应原料气入口21，并由该反应原料入口21进入变换反应器R101进行绝热变换反应，反应后的热变换气由变换气出口31出来，通过管线3进入进出口气体 换热器E101与入口原料气进行热交换，经过换热后的变换气再送入换热设备E103进行热量回收，热量回收后的变换气通过管线5送至变换反应器R102的原料气入口51，并由该原料气入口51进入变换反应器R102进行第二次绝热变换反应，第二次绝热变换反应后的热变换气由变换气出口61出来，通过管线6进入换热设备E104回收热量，经过回收热量后的冷变换气由管线7进入下游工艺流程。中压锅炉给水经过换热设备E104预热后，送入换热设备E103换热，副产中压饱和蒸汽。 

变换反应器R101的反应原料气入口21设在变换反应器R101顶部，连接管线2较长；变换气出口31设在变换反应器R101底部。出口气经气气换热器降温后，再经下游的换热设备E103带走一部分热量，提供作为变换反应器R102的入口原料气。换热设备E103与变换反应器R102的原料气入口51通过管线5连接，变换反应器R102与下游换热设备E104之间同样采用管线6连接。 

因为一氧化碳变换反应是在较高的压力和温度下进行，其中变换反应器R101出口温度在400～500℃之间，工艺介质主要成分为H₂、CO、CO₂和水蒸汽，介质氢分压高，易燃易爆；另外由于工艺介质存在高温特殊介质腐蚀环境，旧式变换反应器壳体的材料一般采用中温抗氢钢内衬不锈钢，气气换热器管程采用中温抗氢钢内衬不锈钢，管线材料采用不锈钢；其材料费用和制造、检验、维护成本都很高。 

此外，在以旧式变换反应器和旧式设备连接方式为基础的的传统工艺流程中，旧式设备连接方式采用管线连接，这些管线与所连接的设备不仅占用了很大的布置、配管空间，而且由于管道承载的压力大、温度高、直径大，管壁也相应较厚。同时，管道的布置、管道推力的消除需要采用大量的弯头管件，增加了环焊缝的数量，这些原因都将造成管道材料、制造、检验成本高，投资额度大，并且在高温特殊介质腐蚀环境下，造成了大量潜在的泄漏源和失效点。为保证工艺流程的安全性和可靠性，管道材料必须采用不锈钢，不仅价格昂贵，而且不锈钢较高的线膨胀系数也会在管道及其连接的设备之间产生较大的热应力，需要增加管系的柔性。 

因此，为了减少设备尤其是中温抗氢钢设备的台数，减少设备内衬不锈钢的面积，须改造工艺流程，对变换反应器的结构进行创新设计，使壳体金 属温度大幅降低，这样不仅可以节约大量的设备投资，减少装置占地面积，而且有利于装置的长期、安全、稳定运行。 

实用新型内容