CN201850132U

CN201850132U - 换热式转化炉

Info

Publication number: CN201850132U
Application number: CN2010206011948U
Authority: CN
Inventors: 刘武烈; 庞玉学; 庞彪; 杨泳涛; 万蓉; 王志坚
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-11-08
Filing date: 2010-11-08
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2020-11-08

Abstract

本实用新型提供一种换热式转化炉，包括承压壳体、转化管和加热管。转化管竖向设置在承压壳体中，转化管中填充有催化剂，转化管的两端分别为原料气入口端和转化气出口端；加热管设置在承压壳体中，围设在转化管的外侧，加热管的入口端邻近于转化管的转化气出口端，加热管的出口端邻近于转化管的原料气入口端，加热管的入口端与承压壳体上设置的加热气入口相连；加热管的出口端与承压壳体上设置的转化气出口连通；转化管的转化气出口端连通至加热管的入口端。本实用新型提供的换热式转化炉，通过对加热气流通路径流动的限定，使加热气的流速具有可控性，强化了对流换热，以提高原料气的转化效率，取得良好的节能节气效果。

Description

换热式转化炉

技术领域

本实用新型涉及一种换热式转化设备结构技术，尤其涉及一种换热式转化炉。

背景技术

换热式转化工艺是一种节气节能的先进工艺，在国外于上世纪八十年代，英国I.C.I公司首先实现工业化。上世纪九十年代中期我国化工行业率先开发成功以天然气为原料，年产15000吨小型合成氨装置，节气效果显著。实现这种换热式转化新工艺的关键设备就是换热式转化炉，其主要工作原理就是在天然气、焦炉气或煤气等气体中加入水蒸汽形成原料气，原料气中的烃类气体主要是甲烷，甲烷在催化剂的作用下进行如下转化反应，此反应是吸热反应，化学反应式为：

CH₄+H₂O↑＝CO+3H₂-Q

换热式转化炉的主要结构是在承压壳体内设置转化管，转化管内填充催化剂，向转化管的一端中通入烃类气体和水蒸汽，即原料气。在承压壳体内对转化管进行加热，通常是以携带热量的加热气在转化管外对转化管内的原料气进行加热，使其在催化剂的作用下转化成为转化气，从转化管的另一端排出。

现有的换热式转化炉的转化管外加热气的入口温度和出口温度分别约为1017℃和715℃，转化管内原料气入口温度和出口温度分别约为595℃和915℃。管外加热气在承压壳体内流动的过程中温度逐渐下降，在高于800℃时，对管内原料气以辐射传热为主，对流传热为辅，低于800℃时，恰恰相反。管外加热气的温度由入口的1017℃到出口时降至715℃，当管外加热气的温度低于800℃时则气体流速低，而此时换热式转化炉不能有效控制管外加热气的流速，不能强化对流传热，因此，与该处气体对应段的转化管内将不能得到有效加热，导致原料气中的甲烷的转化效率不高。

经上述转化过程之后排出的气体中甲烷含量尚有15％～35％不等，甲烷含量会随原料气种类、转化压力、温度不同而不同。为了进一步降低转化气中残余甲烷量，现有技术会设置两个转化炉，即一段转化炉和二段转化炉。一段转化炉排出的气体称为一段转化气。一段转化气再送入二段转化炉进行深度转化，使二段转化气中甲烷含量降至CH₄＜1％。这就是通常所谓的两段式换热式转化工艺，但显然两段式换热式转化工艺的设备成本增高。

实用新型内容

本实用新型提供一种换热式转化炉，以提高换热式转化炉内的气体转化效率。

本实用新型实施例提供了一种换热式转化炉，包括：

承压壳体；

转化管，竖向设置在所述承压壳体中，所述转化管中填充有催化剂，所述转化管的两端分别为原料气入口端和转化气出口端；

加热管，设置在所述承压壳体中，围设在所述转化管的外侧，所述加热管的入口端邻近于所述转化管的转化气出口端，所述加热管的出口端邻近于所述转化管的原料气入口端，所述加热管的入口端与所述承压壳体上设置的加热气入口相连，输入转化气；所述加热管的出口端与所述承压壳体上设置的转化气出口连通，输出转化气；所述转化管的转化气出口端连通至所述加热管的入口端，所述转化管输出的转化气与所述加热气入口输入的转化气混合。

如上所述的换热式转化炉，所述转化管的长度为8～13米；所述转化管的公称直径为25～65毫米；所述加热管的长度为8～13米；所述加热管的公称直径为38～89毫米。

如上所述的换热式转化炉，所述转化管外壁环绕设有翅片，或所述转化管为三维肋管。

如上所述的换热式转化炉，所述转化管外壁设有螺旋扰流片。

如上所述的换热式转化炉，所述承压壳体外壁设有冷却水夹套，所述冷却水夹套上设置有夹套冷却水入口和夹套冷却水出口，所述承压壳体内壁采用耐火材料衬里。

由上述技术方案可知，本实用新型通过将流通加热气的加热管围设在转化管的外侧，使加热气的流通路径得以限定，从而可以有效控制加热气的流速。当加热气在流动过程中温度逐渐下降时，也可以通过控制加热气的流速来强化对流传热，从而为转化管内原料气的转化提供足够热量，以提高了原料气中烃类气体的转化率，改善了节能节气效果。

附图说明

图1为本实用新型实施例一提供的换热式转化炉的剖面结构示意图；

图2为本实用新型实施例二中转化管的局部放大结构示意图；

图3为本实用新型实施例二中转化管外设翅片结构示意图；

图4为本实用新型实施例二中三维肋管结构示意图。

附图标记：

1-承压壳体； 2-转化管； 3-加热管；

4-催化剂； 5-原料气入口； 7-加热气入口；

8-冷却水夹套； 9-冷却水夹套入口； 10-冷却水夹套出口；

11-耐火材料衬里； 12-转化气出口； 13-翅片；

14-三维肋管； 21-挡板； 22-通孔。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一

图1为本实用新型实施例一提供的换热式转化炉的剖面结构示意图，如图1所示，该换热式转化炉包括承压壳体1、转化管2和加热管3。在本实施例中，承压壳体1上设有原料气入口5、加热气入口7和转化气出口12。转化管2竖向设置在承压壳体1中，转化管2中填充有转化反应所用的催化剂4，转化管2的两端分别为原料气入口端和转化气出口端。转化管2的原料气入口端与承压壳体1上的原料气入口5相连通。加热管3设置在承压壳体1中，围设在转化管2的外侧，加热管3的入口端邻近于转化管2的转化气出口端，加热管3的出口端邻近于转化管2的原料气入口端。加热管3的入口端与承压壳体1上设置的加热气入口7相连，输入加热气，加热气为转化气，具体的转化气是来自自热式转化炉的高温转化气，和该转化炉的转化气再次循环进来作为加热气；加热管3的出口端与承压壳体1上设置的转化气出口12连通，输出转化气；转化管2的转化气出口端连通至加热管3的入口端，转化管2输出的转化气与加热管3入口端输入的转化气混合，共同作为加热气，加热气通过加热管3自下而上流动，对转化管2中的原料气加热。

在本实施例中，换热式转化炉的具体工作过程为：压力为1.0MPa～5.0MPa的烃类气体，经脱硫处理并配入一定量的水蒸汽以后，预热至500℃～650℃(例如595℃)，由承压壳体1上的原料气入口5进入到填充有催化剂4的转化管2中，烃类气体具体可以为天然气。温度约为1000℃(例如1017℃)，压力为1.0MPa～5.0MPa的加热气，由承压壳体1上的加热气入口7进入到加热管3中，自下而上对转化管2中的原料气加热。具体的，加热气是来自自热式转化炉的高温转化气，和该转化炉的转化气再次循环进来作为加热气。转化管2中的原料气通过高温加热并在催化剂4的作用下，发生转化反应后成为的转化气，从转化管2的转化气出口端排出，与提供热量的转化气混合后再经过加热管3对转化管2内的原料气加热，最后从承压壳体1上的转化气出口12排出，就完成了原料气的转化过程。转化反应生成的高温转化气循环利用可以再次为转化管2内的原料气提供热量，提高了能量的利用率。

在本实用新型提供的换热式转化炉的工作过程中，加热气通过加热管3限定的流通路径流动，使加热气的流速具有可控性。在加热气流动过程中，即使温度逐渐降低，也可以通过控制加热气的流速来强化对流传热，满足该处对应段的转化管2内原料气转化所需热量，提高了原料气中烃类气体的转化效率。而且将转化后的原料气再与低甲烷气体含量的转化气混合，使转化气中甲烷气体的含量，达到所需的产品气的要求。

在本实施例中，承压壳体1外壁还可以设有冷却水夹套8，冷却水夹套8上设置有冷却水夹套入口9和冷却水夹套出口10，冷却水从承压壳体1上的冷却水夹套入口9进入到冷却水夹套8，通过与承压壳体1充分接触，使承压壳体1外部温度下降，吸热后的冷却水再从夹套冷却水出口10流出，有效降低承压壳体1的温度，以提高换热式转化炉的运转安全。承压壳体1内壁可以采用耐火材料衬里11，进一步降低承压壳体1的温度。

实施例二

在本实施例中，转化管2和加热管3的数量均为多个，每个转化管2外侧分别套设一个加热管3，原料气分成多路进入转化管2中进行转化，增大了受热面积。图2为本实用新型实施例二中转化管的局部放大结构示意图，图2所示为图1中圆圈部分放大图，转化管2的下端设置有挡板21，挡板21上设有阵列排布的通孔22，挡板21用于支撑转化管2中的催化剂4，另一方面，原料气经过转化后变成转化气还可以通过挡板21上的通孔22流通。

转化管2的数量可以根据生产规模要求来设置。转化管2的排列方式可以为正三角形排列，也可以为同心圆形式排列，或者为其他排列方式。

在本实施例中，加热管3的长度和公称直径可以分别根据转化管2的长度和公称直径来设置。转化管2的长度不能过短，这样不利于原料气的转化，具体的，转化管2的长度为8～13米，转化管2的公称直径为25～65毫米，加热管3的长度为8～13米，加热管3的公称直径为38～89毫米，优选的，加热管3的长度与转化管2的长度基本相等，有利于原料气在转化管2的整个流动过程都能受到来自加热管3的加热气的热量。

本实施例以上述实施例为基础，且转化管2外壁还可以环绕设有翅片13，如图3所示，翅片13具体为条形，翅片13螺旋环绕在转化管2的外壁上，以增大转化管2的换热面积，进而强化传热。翅片13的形状也可以为方形、锯齿形等其他形状，不以本实施例为限。转化管也可为三维肋管，如图4所示，三维肋管14也可以有效地强化传热

转化管2外壁还可以设有螺旋扰流片，以改变加热气的流向，增加加热气的扰动，增强加热气的对流给热系数。

本实用新型提供的换热式转化炉，通过限定加热气的流通路径，提高了热交换系数，可以满足原料气中烃类气体转化所需的热量，使得原料气经过本实用新型提供的换热式转化炉进行转化后，原料气中的烃类气体(主要是甲烷)的含量可以降至2.5％以下，再与作为加热气的低甲烷含量的转化气混合后，甲烷的含量可降至0.5％以下，因此不需要再经过二段转化炉进行深度转化就可以得到工业所需的转化气，取得良好的节气节能效果，可以将转化***设备改为仅用一段式转化炉，就不仅能够降低设备成本，还可以降低能耗，降低产品成本，增加企业经济效益。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种换热式转化炉，其特征在于，包括：

承压壳体；

加热管，设置在所述承压壳体中，围设在所述转化管的外侧，所述加热管的入口端邻近于所述转化管的转化气出口端，所述加热管的出口端邻近于所述转化管的原料气入口端；所述加热管的入口端与所述承压壳体上设置的加热气入口相连，输入转化气；所述加热管的出口端与所述承压壳体上设置的转化气出口连通，输出转化气；所述转化管的转化气出口端连通至所述加热管的入口端，所述转化管输出的转化气与所述加热气入口输入的转化气混合。

2.根据权利要求1所述的换热式转化炉，其特征在于：所述转化管的长度为8～13米；所述转化管的公称直径为25～65毫米；所述加热管的长度为8～13米；所述加热管的公称直径为38～89毫米。

3.根据权利要求1或2所述的换热式转化炉，其特征在于：所述转化管外壁环绕设有翅片，或所述转化管为三维肋管。

4.根据权利要求1或2所述的换热式转化炉，其特征在于：所述转化管外壁设有螺旋扰流片。

5.根据权利要求1或2所述的换热式转化炉，其特征在于：所述承压壳体外壁设有冷却水夹套，所述冷却水夹套上设置有夹套冷却水入口和夹套冷却水出口，所述承压壳体内壁采用耐火材料衬里。