CN205948844U - 一种用于等温变换反应和甲烷化反应的反应装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于等温变换反应和甲烷化反应的反应装置，该装置包括壳体以及设置在壳体中的管束***，所述的壳体包括筒体、设置在筒体底部的下封头以及布设在下封头上的进气口、出气口及催化剂自卸口，所述的管束***包括由外向内依次布设在筒体中的分气筒、换热管组件以及集气筒、设置在分气筒顶部的分流水箱组件，所述的集气筒与出气口相连通。与现有技术相比，本实用新型结构简单、紧凑，经济实用，能有效节省生产投资，降低制造成本且提高生产可靠性，能够满足实际化工生产作业需求。

Description

一种用于等温变换反应和甲烷化反应的反应装置

技术领域

本实用新型属于化工设备技术领域，涉及一种用于等温变换反应和甲烷化反应的反应装置。

背景技术

目前，国内许多化肥化工行业中变换反应应用极为广泛。等温变换和甲烷化工艺技术先进，节能效果良好，但等温变换技术在国内工业应用时间较短，等温变换炉及甲烷化反应炉的结构存在着一些问题，如水冷管束在温差下容易拉裂导致泄漏，而设备的结构不能安全有效简明地检修。因此，在设备设计制造时需要充分考虑减小管束温差应力，同时考虑用户在检修时能够打开大盖，焊接位置方便，检测可行，安全可靠。

现今，国内等温变换炉和甲烷化反应炉结构基本上采用环管式结构或管板式结构。然而，环管式结构管束温差应力主要靠换热管弯曲部分来减小温差应力，但存在热补偿量小容易导致换热管与环管的焊缝拉裂，焊接位置极为困难焊接质量难以控制且补焊有盲区的缺陷，一旦换热管焊缝或换热管开裂无法检修；管板式结构温差应力主要靠管束上端膨胀节或填料箱来抵消温差应力，但存在管板很厚温差热应力大，换热管与管板的焊缝使用过程中容易出现拉裂，且膨胀节与填料箱在甲醇生产***中使用时已发生多起开裂事故，检修时平盖打开不便，通过人孔进入容器内部进行补焊，补焊时操作空间过于狭小不利检修的缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单、紧凑，经济实用，能有效节省生产投资，降低制造成本且提高生产可靠性，能够满足实际化工生产作业需求的用于等温变换反应和甲烷化反应的新型反应装置。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于等温变换反应和甲烷化反应的反应装置，该装置包括壳体以及设置在壳体中的管束***，所述的壳体包括筒体、设置在筒体底部的下封头以及布设在下封头上的进气口、出气口及催化剂自卸口，所述的管束***包括由外向内依次布设在筒体中的分气筒、换热管组件以及集气筒、设置在分气筒顶部的分流水箱组件，所述的集气筒与出气口相连通。

所述的分流水箱组件包括设置在分气筒顶部的管板、设置在管板上的分流筒以及固定在分流筒顶部的密封法兰平盖。

所述的密封法兰平盖上开设有进水口、热电偶连接口、催化剂装填口以及水汽出口。

所述的密封法兰平盖为无垫片焊唇密封法兰平盖。

所述的管板为上表面设有加强筋的薄管板。

相比于普通结构的DN3800管板厚度(约400～500mm)，所述的薄管板的厚度为150～180mm。

所述的换热管组件包括多个呈同心圆均匀布设在分流筒中的刺刀管以及多个分别与刺刀管一一对应设置的外套管。

所述的外套管呈同心圆均匀布设在分气筒与集气筒之间。

所述的外套管的顶端穿过管板并与相应的刺刀管相连通，并且所述的外套管顶端与相应的刺刀管底部留有间隙，所述的刺刀管受热后可自由伸缩。

所述的外套管的底端设有护套管，该护套管与下封头固定连接，并且所述的外套管***护套管中，受热后在护套管内自由伸缩。

在实际设计时，刺刀管套入在外套管之内，中间设有定位钉以控制两管之间间隙均匀，刺刀管底部与外套管顶端隔有一定的距离，水从刺刀管进入，下行至底部后，吸收热量转化为蒸汽和水的混合物从刺刀管与外套管之间的环隙上行，并从水汽出口出去，外套管底端盲死。刺刀管底部与外套管顶端之间的距离可保证刺刀管受热后自由伸缩，外套管底端设有护套管，外套管***护套管但不固定连接，护套管与下封头固定连接，外套管受热后在护套管内自由伸缩。

所述的分气筒的筒壁上沿轴向等间距开设有多个通气孔。

本实用新型装置中气体通过进气口进入下封头，往上经过筒体和分气筒的环隙径向进入装填在分气筒与集气筒之间的催化剂床层进行反应，反应后通过集气筒向下经出气口排出；冷却水从进水口进入分流水箱组件，并向下进入刺刀管，到底部后，从刺刀管和外套管的环隙向上走，并吸收反应热量，形成水汽混合物进入分流水箱组件，并从水汽出口排出，分流水箱组件中进水冷水与出水水汽之间隔有分流筒。

本实用新型利用了外套管、刺刀管可自由伸缩的特性以及分流水箱组件设有分流筒的带筋薄管板结构，使该装置管板在催化剂层温差在100℃以上的操作工况下抵消了高热应力，减少了管子管板焊缝开裂的现象，增加了装置的实际使用寿命，同时减薄了管板厚度，降低了装置成本，利于装置大型化发展；在分流水箱组件平盖处采用无垫片焊唇密封法兰平盖，可使用在高温情况下，密封安全可靠且容易拆卸，大大降低了检修操作难度。

与现有技术相比，本实用新型具有以下特点：

1)使用寿命长：换热管设有外套管和刺刀管，换热管受热后可自由伸缩，带筋薄管板两侧温差减小，大大改善了因温差热应力引起的管子管板焊缝拉裂现象，提高了装置的使用寿命；

2)安全可靠：分流水箱组件中设计采用了无垫片焊唇密封法兰，可使用在高温情况下，且能保证水箱内水汽压力温度在一定范围内变化密封安全，提高了使用安全性和可靠性；

3)使用范围广：分流水箱组件中设有分流筒，带筋薄管板结构管板两侧温差减小避免了厚管板高热应力，对高温特殊场合尤为适用，且薄管板利于设备大型化发展；

4)检修方便：分流水箱组件中采用无垫片焊唇密封法兰，检修时可拆卸，拆卸后检修补焊、检验检测极为方便，提高了使用方便性。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图中标记说明：

1—进气口、2—下封头、3—筒体、4—分气筒、5—集气筒、6—出气口、7—管板、8—分流筒、9—密封法兰平盖、10—进水口、11—热电偶连接口、12—催化剂装填口、13—水汽出口、14—刺刀管、15—外套管、16—催化剂自卸口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例1：

如图1所示，一种用于等温变换反应和甲烷化反应的反应装置，该装置包括壳体以及设置在壳体中的管束***，壳体包括筒体3、设置在筒体3底部的下封头2以及布设在下封头2上的进气口1、出气口6及催化剂自卸口16，管束***包括由外向内依次布设在筒体3中的分气筒4、换热管组件以及集气筒5、设置在分气筒4顶部的分流水箱组件，集气筒5与出气口6相连通。分气筒4的筒壁上沿轴向等间距开设有多个通气孔。

其中，分流水箱组件包括设置在分气筒4顶部的管板7、设置在管板7上的分流筒8以及固定在分流筒8顶部的密封法兰平盖9，该密封法兰平盖9上开设有进水口10、热电偶连接口11、催化剂装填口12以及水汽出口13。本实施例中，密封法兰平盖9为无垫片焊唇密封法兰平盖。密封法兰平盖9上还设有密封环，可拆卸。管板7为上表面设有加强筋的薄管板。本实施例中，薄管板的厚度为150mm。

换热管组件包括多个呈同心圆均匀布设在分流筒8中的刺刀管14以及多个分别与刺刀管14一一对应设置的外套管15。外套管15呈同心圆均匀布设在分气筒4与集气筒5之间。外套管15的顶端穿过管板7并与相应的刺刀管14相连通，刺刀管14套入在外套管15之内，中间设有定位钉以控制两管之间间隙均匀，刺刀管14底部与外套管15顶端隔有一定的距离，水从刺刀管14进入，下行至底部后，吸收热量转化为蒸汽和水的混合物从刺刀管14与外套管15之间的环隙上行，并从水汽出口13出去，外套管15底端盲死。刺刀管14底部与外套管15顶端之间的距离可保证刺刀管14受热后自由伸缩，外套管15底端设有护套管，外套管15***护套管但不固定连接，护套管与下封头2固定连接，外套管15受热后在护套管内自由伸缩。

本实施例装置中气体通过进气口1进入下封头2，往上经过筒体3和分气筒4的环隙径向进入装填在分气筒4与集气筒5之间的催化剂床层进行反应，反应后通过集气筒5向下经出气口6排出；冷却水从进水口10进入分流水箱组件，并向下进入刺刀管14，到底部后，从刺刀管14和外套管15的环隙向上走，并吸收反应热量，形成水汽混合物进入分流水箱组件，并从水汽出口13排出，分流水箱组件中进水冷水与出水水汽之间隔有分流筒8。

在实际使用时，本实施例装置运行前从催化剂装填口12中导入催化剂，催化剂均匀装入在分气筒4和集气筒5之间，气体径向均匀进入催化剂床层发生放热反应，外套管15呈同心圆均匀分布在催化剂层，冷却水通过外套管15均匀吸走热量，以保持反应平衡和实现合理的操作温度曲线，一般情况下，变换反应要求催化剂层温差在100℃以上，本实施例装置设有热电偶接口11，热电偶由热电偶接口11***，通过实时测量温度以监控反应过程并进行控制调整。

本实施例装置利用了外套管15、刺刀管14可自由伸缩的特性以及分流水箱组件设有分流筒8的带筋薄管板结构，使管板7在催化剂层温差在100℃以上的操作工况下抵消了高热应力，减少了管子管板7焊缝开裂的现象，增加了装置的实际使用寿命，同时减薄了管板7厚度，降低了装置成本，利于设备大型化发展；在分流水箱组件平盖处采用无垫片焊唇密封法兰平盖，可使用在高温情况下，密封安全可靠且容易拆卸，大大降低了检修操作难度。

实施例2：

本实施例中，薄管板的厚度为160mm，其余同实施例1。

实施例3：

本实施例中，薄管板的厚度为180mm，其余同实施例1。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于等温变换反应和甲烷化反应的反应装置，该装置包括壳体以及设置在壳体中的管束***，其特征在于，所述的壳体包括筒体(3)、设置在筒体(3)底部的下封头(2)以及布设在下封头(2)上的进气口(1)、出气口(6)及催化剂自卸口(16)，所述的管束***包括由外向内依次布设在筒体(3)中的分气筒(4)、换热管组件以及集气筒(5)、设置在分气筒(4)顶部的分流水箱组件，所述的集气筒(5)与出气口(6)相连通。

2.根据权利要求1所述的一种用于等温变换反应和甲烷化反应的反应装置，其特征在于，所述的分流水箱组件包括设置在分气筒(4)顶部的管板(7)、设置在管板(7)上的分流筒(8)以及固定在分流筒(8)顶部的密封法兰平盖(9)。

3.根据权利要求2所述的一种用于等温变换反应和甲烷化反应的反应装置，其特征在于，所述的密封法兰平盖(9)上开设有进水口(10)、热电偶连接口(11)、催化剂装填口(12)以及水汽出口(13)。

4.根据权利要求3所述的一种用于等温变换反应和甲烷化反应的反应装置，其特征在于，所述的密封法兰平盖(9)为无垫片焊唇密封法兰平盖。

5.根据权利要求2所述的一种用于等温变换反应和甲烷化反应的反应装置，其特征在于，所述的管板(7)为上表面设有加强筋的薄管板。

6.根据权利要求2至5任一项所述的一种用于等温变换反应和甲烷化反应的反应装置，其特征在于，所述的换热管组件包括多个呈同心圆均匀布设在分流筒(8)中的刺刀管(14)以及多个分别与刺刀管(14)一一对应设置的外套管(15)。

7.根据权利要求6所述的一种用于等温变换反应和甲烷化反应的反应装置，其特征在于，所述的外套管(15)呈同心圆均匀布设在分气筒(4)与集气筒(5)之间。

8.根据权利要求7所述的一种用于等温变换反应和甲烷化反应的反应装置，其特征在于，所述的外套管(15)的顶端穿过管板(7)并与相应的刺刀管(14)相连通，并且所述的外套管(15)顶端与相应的刺刀管(14)底部留有间隙，所述的刺刀管(14)受热后可自由伸缩。

9.根据权利要求8所述的一种用于等温变换反应和甲烷化反应的反应装置，其特征在于，所述的外套管(15)的底端设有护套管，该护套管与下封头(2)固定连接，并且所述的外套管(15)***护套管中，受热后在护套管内自由伸缩。

10.根据权利要求6所述的一种用于等温变换反应和甲烷化反应的反应装置，其特征在于，所述的分气筒(4)的筒壁上沿轴向等间距开设有多个通气孔。