[实用新型]浮头—套管式一段转化炉

说明书

本发明是一种浮头——套管式一段转化炉，主要用于以天然气为原料生产合成氨和甲醇的工艺过程，以及其它烃类加压蒸汽转化制取氢气或氢／氮气的工艺过程。

烃类加压蒸汽转化制取氢气或氢／氮气，由于所采用的工艺技术路线不同，一段转化炉的结构型式也不相同。但目前世界上一般都采用直接火加热的一段转化炉，如美国的预部烧嘴箱型炉；法国的侧壁烧嘴双室型炉，梯台型炉等。八十年代后期，英国I.C.I公司和苏联先后提出了一些新的烃类加压蒸汽转化工艺，其共同特点之一是不用直接火加热的方式，而是利用高温二段转化气返回一段转化炉的管间，提供管内一段转化所需热量，从而节省了大量的燃料气，降低了工厂总能耗，不但提高了工厂经济效益，而且还改善了环境条件（减少了烟气排空量）。然而要实现这一先进工艺过程的关键是要设计一种结构合理，运行安全可靠的一段转化炉。而高温热膨胀和密封又是转化炉设计中遇到的两大难题。目前，国外有关一段转化炉结构的技术尚处于保密阶段。一九七八年美国M.W.Kellogg公司公布的列管一浮头膨胀节式一段转化炉（US.4，127.389）结构，由于只考虑了壳体与管束之间的膨胀差，而忽略了转化管之间由于温度不同而引起的膨胀差，仍存在容易使管子与管板焊缝破裂的缺陷，另外，由于其管束是向上膨胀，在高温下容易使转化管产生失稳而弯曲，也有可能引起转化管与管板之间焊缝破坏。

本发明的目的在于针对上述现有技术中存在的难题  和  缺陷。设计、制造一种结构简单，高温热膨胀和密封性能好，占地少，材料省，节省投资的用于烃类加压蒸汽转化节能新工艺的新型转化炉。

附图1为浮头——套管式一段转化炉主视图。

附图2的A－A为浮头——套管式一段转化炉的剖面图及Ⅰ、Ⅱ两个节点图。

本发明的浮头——套管式一段转化炉，主要由管箱1、浮头集气盒2、内套管3、管板4、外套管5、壳体6、水夹套7、内衬材料8、防冲均气装置9所组成。

本发明将外套管5焊接在管板4上，而内套管3穿过管板4焊接在一个可以向下自由浮动的集气盒2的底板上，使外套管5与内套管3组成一个既能在内外套管之间填充催化剂10，又能在高温操作条件下自由向下膨胀的结构，从而较好地解决了因高温热膨胀受阻而造成焊缝破坏的问题。

本发明将浮头集气盒置于炉内温度较低的上部管箱，其他炉型是放在下部管箱，但前者更好。

本发明壳体6内部衬有一层（或两层）耐火、绝热材料8。壳体6的外部设置水夹套7，目的是如果内部衬里产生裂纹也不致使壳体6产生局部过热，从而保证炉子在更为安全的条件下工作。在管箱底部设置一个既防冲蚀又有分（均）气作用的装置。如图二节点Ⅱ所示该装置为园筒型，周围布满了小孔也可以是其它形状。这样，一方面可防止高温二段转化气直接冲蚀外套管下端部，延长炉管使用寿命；另一方面可使气体较为均匀地分配到套管之间，使管子不致局部过热而破坏。

本发明转化炉原料气出口接管b处，设置如图一和图二节点1所示的三个法兰12、14、15、由螺柱11固定，并用密封垫13进行密封。这种结构，使原料气和二段转化气之间形成两道密封，增加了密封可靠性，避免了原料气与二段炉转化气的混合，同时把管箱1与浮头2分成两个独立的装置，以便于拆卸。

实施例：如图一所示，具有一定压力的烃类原料气，经脱硫后在加热炉内预热到500℃～600℃，由接管a进入转化炉上部管箱1，均匀地分配到装满催化剂10的外套管5，吸收管外高温二段转化气的热量，在催化剂作用下，使烃类进行转化反应。反应后的一段转化气通过套管下部的多孔环形板17流入内套管3，汇集在浮头2，最后由接管b离开一段转化炉。一段转化气再进入二段转化炉（或经中间转化炉再入二段转化炉），使转化气成分达到工艺所要求的指标，同时温度也升到800℃～1100℃，这样离开二段转化炉的高温气体由浮头——套管式一段转化炉的底部接管d（或侧部）进入壳程，由下而上经过若干个折流板16导流后与管内原料气进行热交换（提供一段转化所需热量），使管外气体温度由800℃～1100℃降至500℃～750℃，由接管C流出进入后继设备。

这种浮头——套管式一段转化炉与现有技术相比，较好地解决了高温热膨胀和密封这两道难题，具有结构简单，便于制造，体积小，占地少，材料省，节省投资等特点。如相同规模的年产15000吨合成氨厂，与直接火加热的箱型炉比较，大约可节省投资50％，占地也减少50％总热损失降低50％。两种炉型的几个主要指标列表如下。