[发明专利]一种列管式分段可控半等温变换炉

说明书

本发明涉及一种列管式分段可控半等温变换炉，包括竖向延伸且呈圆筒状的炉体，炉体顶部开有粗合成气进口、底部开有变换气出口，炉体中设置有能将其内腔分隔为相对独立的上段与下段的隔板，还包括内上筒体、中心管、锅炉水进水腔、蒸汽收集腔、锅炉水列管、汽包、内下筒体。本发明通过分段反应技术，使进入旁路的气体无需单独加热至起活温度，通过与变换炉上段出口变换气混合的方法即可达到起活温度，减少了流程的复杂性及设备投资；在上段中通过结合可控蒸汽发生系统而形成了半等温区，可根据粗合成气负荷或水气比的大小，以及变换催化剂初末期工况，通过旁路进气量和锅炉水流量的控制，有效的调节变换气出口的温度，保证下游换热系统的稳定。

技术领域

本发明涉及一种列管式分段可控半等温变换炉。

背景技术

我国是一个煤炭资源丰富，石油资源相对缺乏的国家，进入21世纪以来，我国煤化工进入快速发展阶段。煤炭气化是对煤炭进行化学加工的一个重要方法，是实现煤炭洁净利用的关键。

CO变换工序是现代煤化工技术中不可或缺的一环，承担着承上启下的作用。CO变换的目的是调整合成气中H₂和CO浓度，满足下游用户的需求。根据CO反应为强放热反应的特性，目前通常有以下几种型式的反应器：

(1)轴向反应器。轴向反应器的内部装满催化剂，变换气从轴向通过催化剂床层，进行绝热变换反应。该反应器的特点是结构简单，催化剂装填量大。但由于全部变换气需要通过整个催化剂床层，变换气的压降较大，尤其是在催化剂末期破碎的情况下，变换炉造成的压降很大，导致整个变换系统压降升高。在中水气比、高CO的粗合成气反应的情况下，极易导致超温。因此轴向反应器仅适用于低温变换等绝热升温较小的地方。

(2)轴径向反应器。与轴向反应器不同的是，轴径向反应器的变换气的流向是沿反应器的径向，从外到内经过催化剂床层，进入中心管后流出反应炉。该型式的反应器气体分布平稳，不受催化剂装填密度影响，床层压降较小；相比相同工况的轴向变换炉，筒体温度较低，设备直径和壁厚小，设备投资低；可选用高活性小颗粒的催化剂；出口CO含量低。

(3)等温反应器。以上两种变换炉均采用绝热反应器，由于变换反应属于强放热反应，且是一个热力学控制的过程，因此变换工艺在流程设置上均采用多段，多次换热的反应方式。这样就造成了传统工艺变换工艺相对复杂、热损失高、蒸汽耗量高，设备造价高等一系列问题。

等温反应器通过“水移热”的物理方法即时将反应热移走，就可维持催化剂床层在稳定的低温下操作，保证高的CO变换率。等温变换技术与传统的绝热变换相比优势如下：

a、等温变换即时移走反应热，维持催化剂床层在较低温度下稳定运行；

b、副产蒸汽使得能量的消耗大幅度降低；

c、化工艺流程，降低系统压降以及装置投资。

但目前应用的等温变换技术存在以下问题：

①等温变换炉汽包副产的蒸汽为饱和蒸汽，无法生产更高品质的过热蒸汽。变换装置为蒸汽富余装置，通常多余的蒸汽要通过蒸汽管网供全厂其他用户使用，而饱和蒸汽温度降低易产生凝液，无法进入管网。传统绝热变换炉出口温度较高，通常在400℃以上，可以为饱和蒸汽进行过热，而等温变换炉由于反应热大部分被水循环系统带走，出口温度只有300℃左右，无法提供过热源，只能通过单独设置加热炉或与其他装置进行热联合，增加了工艺的复杂性与设备投资。

②等温变换炉温度难以调节。由于上游负荷变动、水气比波动、催化剂末期提温等因素的影响，变换炉出口温度需要经常调节。由于汽包和换热管之间为水循环为自然循环，即利用水的静压头和换热管内两相流的密度差产生的推动力形成的水汽循环，因此在移除反应热的控制上具有一定难度。

发明内容