[实用新型]悬挂式U形管等温反应器

说明书

本实用新型公开了一种悬挂式U形管等温反应器。所述等温反应器包括外筒，内筒，以及催化剂筒；所述内筒的内腔顶部设有管箱，该管箱内设有水汽隔离筒，该水汽隔离筒将管箱的内腔分为水室和汽室两个区域；所述催化剂筒设有多根U形水汽管，其中U形水汽管的一端与位于管箱水室上的进水口连通，U形水汽管的另一端与位于管箱汽室上的出汽口连通；所述外筒底部设有未反应气入口和反应气出口，该未反应气入口与内筒和外筒之间的环形间隙连通，该环形间隙与催化剂筒的内腔连通。本实用新型的等温反应器阻力极低，操作容易、设备简单、重量轻、且催化剂使用寿命长。

技术领域

本实用新型涉及一种悬挂式U形管等温反应器，主要应用于无机化工、有机化工、环境保护工程中，尤其适合在恒温低温下进行CO与水蒸气反应变换成CO₂与H₂的工艺。

背景技术

煤气、天然气转化气、焦炉气转化气、电石炉尾气、高炉煤气、转炉煤气等，这些气体均含有大量的CO，例如电石尾气中的CO含量为80%左右，粉煤气化炉煤气中CO含量为～65%，水煤浆煤气CO含量为～45%，CO可变换是制H₂的有效途径，其反应方程式为：

CO+H₂O（汽）CO₂+H₂+Q

变换反应为可逆放热反应，必须有催化剂和过量的H₂O（水蒸气）才能使反应向生成H₂方向进行，其中Q=9590cal/mol。

高CO变换多用钴钼系催化剂，其使用温度范围为200℃～470℃。

因CO变换是强放热反应，放出的热量使催化剂床层升温，一旦温度超过催化剂使用温度，易导致催化剂粉化、烧结、失活。由方程式计算每反应1%CO（干基），温升5℃～6℃；煤气中CO含量越高，即变换CO越多，温升越高。

例如：煤气100（mol，干基），CO65%，水气比R=1.1，变换后CO为13%（mol，干基），

放出热：52×9590=498680Kcal/h；

比热容Cp：9.01kcal/kmol.℃；

反应后物料：208kmol/h；

498680=208×9.01×△t=266.1℃

若反应前温度245℃，则反应后温度为：266.1+245=511.1℃。

此温度（511.1℃）高于催化剂使用最高温度，会严重影响催化剂的活性，导致转换效率降低。

因此，如何控制反应过程的温度，使之不超过催化剂允许的最高使用温度，同时又要控制水气比，使之补加水蒸气减少，还要在水蒸气减少之后，抑制甲烷化反应。合理控制反应温度是变换反应安全稳定高效运行的关键。

传统的控制温度方法为：分段绝热反应--升温--移热降温模式，这种模式对于高CO%煤气变换有诸多缺点，如设备台数多，流程长，第一段易超温，催化剂易老化粉化。

现代变换反应热降温方法是：相变移热等温法。即在反应器催化剂床层中埋设许多水管，水吸收反应热汽化为水蒸气，汽化潜热很大，汽化温度恒定，因此反应催化剂床层保持等温状态。