專利名稱：等溫低溫co變換反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在一定的恒定低溫下進(jìn)行CO與水蒸汽變換成C02與H2的反應(yīng)設(shè) 備，應(yīng)用含有大量CO的氣體轉(zhuǎn)化成H2，并進(jìn)一步做為合成氨、甲醇、醋酸等產(chǎn)品氫源。
背景技術(shù)：
煤氣、天然氣轉(zhuǎn)化氣、焦?fàn)t氣轉(zhuǎn)化氣、電石爐尾氣、高爐煤氣等，這些氣體均含有大 量的CO，例如電石尾氣含有CO為90%，煤氣中CO含量為30% 68% (隨煤氣化方法不同 而有異)，CO可變換為很有用的^，其變換的反應(yīng)式為
(:o'n")(汽)-—二.—)co2+H2+Q 變換反應(yīng)為放熱可逆反應(yīng)，必須有催化劑和過(guò)量的H20(水蒸氣)按反應(yīng)式過(guò)量， 才能使反應(yīng)向生成H2方向進(jìn)行。 變換催化劑以鐵為主，還有鈷、鉬等數(shù)種成分。含有鈷、鉬的變換催化劑，其活性成
分為MoS。變換催化劑的使用溫度范圍為20(TC 47(rC。催化劑水氣比(加入水蒸氣與反
應(yīng)氣之比)高時(shí)，會(huì)發(fā)生反硫化反應(yīng)
MoS2— 2H2〔)——.—鼎02+2貼 反硫化反應(yīng)會(huì)使催化劑失活 在水氣比低、溫度高(> 400°C )時(shí)，會(huì)發(fā)生甲烷化強(qiáng)放熱反應(yīng)
3H2+C0 = CH4+H20 甲烷化反應(yīng)不轉(zhuǎn)化為氫，還會(huì)消耗氫，生成無(wú)用的CH4，增加后續(xù)工藝的處理麻煩， 同時(shí)會(huì)使催化劑原溫度猛升，燒壞催化劑。 水汽比高，S卩加入水蒸氣多，物料消耗增加，同時(shí)，使未反應(yīng)過(guò)剩水蒸氣增加，增加 回收蒸汽裝置。制氣方法不同，則CO含量不同，例如空氣_蒸汽塊煤氣化的煤氣中CO含 量約為30% ，氧-蒸汽水煤漿氣化的煤氣中CO含量約45% ，氧-蒸汽干粉煤氣化的煤氣中 CO含量約60% 68% 。煤氣中CO均要通過(guò)上述的變換反應(yīng)轉(zhuǎn)化為H2，如果變換氣后的產(chǎn) 品是甲醇，則變換氣中CO保留18% 20% ;產(chǎn)品是合成氨或H2，則變換氣中C0只能保留 0. 3% 0. 4X。如果變換氣后產(chǎn)品是合成氨，用甲醇化烴化凈化精制，變換氣C0保留1% 3%。 產(chǎn)品是合成氨和甲醇兩個(gè)品種(聯(lián)醇)，則變換氣中C0保留為3X 10%。
由反應(yīng)式可知，CO變換是放熱反應(yīng)，放出的熱量會(huì)使反應(yīng)氣體升溫，催化劑同步在
該溫度下反應(yīng)。每反應(yīng)1% co(濕基)，溫升9t: io°c (干基升高5t: 6t:);煤氣中co 含量越高，而反應(yīng)后變換氣co含量越低，即變換co越多，溫升越高。 例如煤氣中CO 65% (干基)，水氣比R二 1. l，變換后CO為13% (干基)，按
C0+H20 = C02+H2+Q
65 115 4. 3 23. 7
3
13 52+3 69. 3-3 88. 7-3
反應(yīng)后反應(yīng)熱9590cal/mol，
放出熱52X9590 = 498680Kcal/h，
Cp :9. 01kcal/km。rC，
反應(yīng)后物料210kmol/h， 498680. 8 = 210X9. 01X At A t = 263. 56若反應(yīng)前溫度245°C ，則反應(yīng)后溫度為263. 56+245 = 508. 56°C ; 此溫度高于催化劑使用最高溫度，會(huì)嚴(yán)重影響催化劑的活性。如何控制反應(yīng)過(guò)程
的溫度，使之不超過(guò)催化劑允許的最高使用溫度，同時(shí)又要控制水汽比，使之補(bǔ)加水蒸氣減
少，還要在水蒸汽減少之后，不產(chǎn)生甲烷化反應(yīng)呢？目前解決上述問(wèn)題的原則辦法是 (1)煤氣預(yù)熱到催化劑起始反應(yīng)溫度，補(bǔ)加一定量蒸汽，達(dá)到一定氣汽比，進(jìn)行第
一次變換反應(yīng)，CO變換一部分，氣體中CO降低到一定程度，溫度升高(不超過(guò)催化劑允許
最高溫度)，將反應(yīng)氣冷卻，溫度降低(比催化劑允許最低溫度稍高，保證蒸汽不冷凝，催化
劑活性較高)；進(jìn)行第二次反應(yīng)，CO又降低，溫度又升高(同前，不超過(guò)催化劑允許最高溫
度)，再冷卻(冷卻溫度如前原則)；再進(jìn)行第三次變換反應(yīng)，達(dá)到最終需要的CO含量。
降溫的方法有三種①用冷煤氣直接加入高溫反應(yīng)氣中；②安排一個(gè)熱交換器
(如列管式換熱器)，熱反應(yīng)氣走一側(cè)(如管內(nèi))，冷煤氣走另一側(cè)(如管外)，間接冷卻；③
用冷凝水直接噴入到熱反應(yīng)氣中，達(dá)到降溫目的。 下而舉現(xiàn)有的三種典型變換流程，以茲說(shuō)明。 第一種典型變換流程為圖1所示的高濃度CO生產(chǎn)合成氨變換系統(tǒng)流程，含C065 % 的煤氣預(yù)熱至245"，煤氣經(jīng)預(yù)變爐1反應(yīng)，CO降至59. 1%，溫升至275°C ;補(bǔ)入過(guò)熱蒸汽， 氣汽比達(dá)到1. l，進(jìn)入第一變換爐2反應(yīng)，C0降至21%，溫升至47(TC，分三股并流分別進(jìn)入 甲烷化氣預(yù)熱器3、蒸汽過(guò)熱器4、#1廢鍋5，進(jìn)入碎冷增濕器6，被工藝?yán)淠鰸瘢磻?yīng)氣 溫度降至232°C ，進(jìn)入第二變換爐7， CO降至3% ，溫升至324°C ，進(jìn)入#2廢鍋8 ;反應(yīng)氣溫度 降至215°C ，進(jìn)入第三變換爐9，溫升至228. 3°C ， CO降至0. 4% ，進(jìn)入#3廢鍋10，反應(yīng)氣溫 度降至16(TC，產(chǎn)生低壓蒸汽，變換氣去下游。 第二種典型變換流程為圖2所示的高濃度CO生產(chǎn)甲醇變換系統(tǒng)流程，煤氣CO 66 % ，分成三股 一股35 % (主流)進(jìn)預(yù)熱器17，補(bǔ)入過(guò)熱蒸汽，進(jìn)主熱交11被加熱至 240°C ，進(jìn)第一變換爐12反應(yīng)，CO降至40% ，溫升至410°C ，進(jìn)主熱交11管內(nèi)加熱管外冷煤 氣；出主熱交11后，加入30%冷煤氣(第二股)，進(jìn)入#1碎冷過(guò)濾器13，加工藝?yán)淠?，?應(yīng)氣降溫至23(TC，進(jìn)第二變換爐14反應(yīng)，CO降至22%，溫升至40(TC，加入30%冷煤氣 (第三股)，進(jìn)入#2碎冷過(guò)濾器15，加工藝?yán)淠?，反?yīng)氣降溫至23(TC，進(jìn)第三變換爐16 反應(yīng)，溫升至350°C ， C0降至9% 11 % 。第三變換爐16反應(yīng)熱氣進(jìn)入煤氣預(yù)熱器17管內(nèi) 加熱管外冷煤氣，依次進(jìn)入鍋爐給水預(yù)熱器18、除鹽水預(yù)熱器19、分離器110、變換氣水冷 器111、水分離器112，變換氣送下游工序。 第三種典型變換流程為圖3所示的半水煤氣變換流程，進(jìn)口半水煤氣C030X，起 始溫度200°C 。進(jìn)主熱交23，補(bǔ)入蒸汽，汽氣比達(dá)到0. 5，進(jìn)中間熱交25管內(nèi)，溫升至220°C ， 進(jìn)預(yù)變爐26，溫升250°C，進(jìn)三段變換爐28的第一段變換，出氣C015. 8 % ，溫度上升至 360°C ，進(jìn)中間熱交25管間，進(jìn)冷激增濕器27上段，噴水增濕，將反應(yīng)氣降溫至200°C 。進(jìn)三段變換爐28的二段反應(yīng)、溫升至287°C ，出氣C06. 4% ，進(jìn)冷激增濕器27下段噴水增濕降溫 至195"，進(jìn)三段變換爐28的三段反應(yīng)，溫升232°C，出氣C02. 5%。 從上述三個(gè)典型流程可以看出幾個(gè)問(wèn)題①為避免一次CO變換率過(guò)高，放熱超 溫，必須采取先預(yù)熱反應(yīng)一次，冷卻一次再反應(yīng)一次，再冷卻一次，第三次反應(yīng)再冷卻；②要 求水汽比高，使蒸汽消耗增加；③為回收反應(yīng)熱和過(guò)剩蒸汽的冷凝分離，設(shè)置一列的回收裝 置；④冷卻方法有間接冷卻，直接冷氣冷卻和加冷凝水冷卻。 上述第一種典型變換流程有三個(gè)變換爐，每個(gè)變換爐后都連有冷卻換熱器；設(shè)備 臺(tái)數(shù)多，流程長(zhǎng)，占地面積大；第一個(gè)變換爐特別容易超溫。 第二種典型變換流程有三個(gè)變換爐，其中二個(gè)變換爐分別連有噴水增濕塔，設(shè)備 臺(tái)數(shù)多，流程長(zhǎng)，占地面積大；有兩條未反應(yīng)冷氣冷激副線，兩條冷凝水冷激副線調(diào)節(jié)閥門 (控制點(diǎn))多，操作難度大。 第三種典型變換流程只能處理CO為30%左右煤氣的變換， 一個(gè)變換爐含三段催 化劑，它與一個(gè)外降溫?fù)Q熱器，二個(gè)噴水降溫增溫器相連，三進(jìn)三出，管道復(fù)雜，調(diào)溫難度 大。 噴水降溫增溫器，若水量不當(dāng)、水質(zhì)不好，會(huì)引起下一段催化劑粉化或結(jié)塊。
總之上述三種典型變換流程，變換設(shè)備多，流程長(zhǎng)，蒸汽損耗大，操作控制難度大。 特別是第一爐(段)容易超溫，燒壞催化劑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提出一種等溫低溫CO變 換反應(yīng)器，它可在反應(yīng)過(guò)程中，不斷反應(yīng)放熱，隨即不斷用另外一種介質(zhì)將反應(yīng)熱移走，維 持反應(yīng)在低溫、恒溫下進(jìn)行。 本發(fā)明的技術(shù)方案是，所述等溫低溫CO變換反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)是，它有上、下兩端均 為封頭的立置圓筒殼體，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，所述圓筒殼體內(nèi)腔上部裝有上管板和下管板，上管 板與圓筒殼體上端封頭之間的腔體為水室，上管板與下管板之間的腔體為汽室；圓筒殼體 中裝有底部為封頭而側(cè)壁分布有若干通氣小孔的徑向筐，該徑向筐頂端同所述下管板連 接；徑向筐外壁與圓筒殼體內(nèi)壁之間留有環(huán)隙；徑向筐中部設(shè)有頂端封閉而管壁分布有若 干通氣小孔的中心管，該中心管下端為位于圓筒殼體底部下方的變換氣出口 ；中心管外周 設(shè)有多個(gè)倒置的U型管，所述U型管的兩個(gè)端口分別同位于徑向筐下部的外環(huán)形管和內(nèi)環(huán) 形管連通，內(nèi)環(huán)形管經(jīng)內(nèi)環(huán)進(jìn)汽接管同圓筒殼體底部的蒸汽進(jìn)口連通；外環(huán)形管經(jīng)外環(huán)出 汽接管同圓筒殼體下端封頭與徑向筐底部封頭之間的間隙相通，圓筒殼體底部的未反應(yīng)氣 (C0煤氣)進(jìn)口也同所述間隙相通，而該間隙同所述環(huán)隙為連通腔體；徑向筐中還設(shè)有多根 底端封閉而頂端口同下管板相連接的懸置換熱管，管腔有液體的該換熱管的管腔經(jīng)管頂端 口同所述汽室連通；短管的頂端同所述上管板連接并同水室連通，該短管的下端插入對(duì)應(yīng) 的懸置換熱管中；汽室的蒸汽出口同圓筒殼體上方的汽包的蒸汽進(jìn)口相通，汽包底部的出 水口同所述水室相通，而汽包的蒸汽輸出口同圓筒殼體底部的所述蒸汽進(jìn)口連通；徑向筐 中裝有催化劑。 以下對(duì)本發(fā)明做出進(jìn)一步說(shuō)明。 參見(jiàn)圖4，本發(fā)明的等溫低溫C0變換反應(yīng)器有上、下兩端均為封頭的立置圓筒殼體38，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，所述圓筒殼體38內(nèi)腔上部裝有上管板32和下管板33，上管板32與圓 筒殼體38上端封頭之間的腔體為水室314，上管板32與下管板33之間的腔體為汽室315 ; 圓筒殼體38中裝有底部為封頭而側(cè)壁分布有若干通氣小孔的徑向筐37，該徑向筐37頂端 同所述下管板33連接；徑向筐37外壁與圓筒殼體內(nèi)壁之間留有環(huán)隙316 ;徑向筐37中部 設(shè)有頂端封閉而管壁分布有若干通氣小孔的中心管35，該中心管35下端為位于圓筒殼體 38底部下方的變換氣出口 317 ;中心管35外周設(shè)有多個(gè)倒置的U型管36，所述U型管36 的兩個(gè)端口分別同位于徑向筐37下部的外環(huán)形管310和內(nèi)環(huán)形管311連通，內(nèi)環(huán)形管311 經(jīng)內(nèi)環(huán)進(jìn)汽接管313同圓筒殼體38底部的蒸汽進(jìn)口 318連通；外環(huán)形管310經(jīng)外環(huán)出汽接 管312同圓筒殼體38下端封頭與徑向筐37底部封頭之間的間隙319相通，圓筒殼體38底 部的未反應(yīng)氣(C0煤氣)進(jìn)口 320也同所述間隙319相通，而該間隙319同所述環(huán)隙316 為連通腔體；徑向筐37中還設(shè)有多根底端封閉而頂端口同下管板33相連接的懸置換熱管 39，管腔有液體的該換熱管39的管腔經(jīng)管頂端口同所述汽室315連通；短管34的頂端同所 述上管板32連接并同水室314連通，該短管34的下端插入對(duì)應(yīng)的懸置換熱管39中；汽室 315的蒸汽出口同圓筒殼體38上方的汽包31的蒸汽進(jìn)口相通，汽包31底部的出水口同所 述水室314相通，而汽包31的蒸汽輸出口同圓筒殼體38底部的所述蒸汽進(jìn)口 318連通；徑 向筐37中裝有催化劑。 參見(jiàn)圖l，本發(fā)明的技術(shù)原理和運(yùn)行過(guò)程是，由于圓筒殼體38內(nèi)密布有許多懸置 換熱管39，這些管的外部裝有催化劑，管內(nèi)是液體；當(dāng)管外有變換反應(yīng)發(fā)生時(shí)，放出熱量， 熱量通過(guò)管壁被管內(nèi)液體吸收后相變汽化變?yōu)檎羝觯刂乒軆?nèi)蒸汽壓力恒定，即水沸 騰汽化溫度恒定，相對(duì)管外催化劑反應(yīng)溫度也能保持略高于管內(nèi)水沸騰溫度；運(yùn)行時(shí)，控制 懸置換熱管39管內(nèi)汽化壓力高于該管外反應(yīng)壓力，以防止煤氣滲入蒸汽中；同時(shí)自產(chǎn)蒸汽 可以補(bǔ)入反應(yīng)氣中。例如，反應(yīng)壓力是19.46Mpa，則管內(nèi)蒸汽壓力控制3。 0MPa，汽化溫度 相應(yīng)為223t:，反應(yīng)溫度維持235°C 245t:左右，保持1(TC 2(TC傳熱溫差。若管外反應(yīng) 壓力為3. OMPa，則管內(nèi)蒸汽壓力控制為4. 56MPa，汽化溫度為25(TC，反應(yīng)溫度為260°C 270°C。 并且，本發(fā)明的反應(yīng)器中，反應(yīng)氣是徑向通過(guò)徑向筐37中的催化床層，此前預(yù)熱 到一定溫度；未反應(yīng)氣(C0煤氣)從圓筒殼體38底部三通的未反應(yīng)氣進(jìn)口 320進(jìn)入所述間 隙319，再沿著圓筒殼體38與徑向筐37之間的環(huán)隙316由下而上流動(dòng)，經(jīng)過(guò)徑向筐37側(cè)壁 分布的通氣小孔通向徑向筐37內(nèi)催化床反應(yīng)，反應(yīng)放出熱被密布的懸置換熱管39內(nèi)水汽 混合物吸收，水汽化為蒸汽，因?yàn)閼抑脫Q熱管39內(nèi)汽化溫度保持不變，外面整個(gè)催化床和 反應(yīng)氣溫度比汽化溫高10°C 15。C，保持不變。 再則，本發(fā)明的催化床中設(shè)有由一定數(shù)量的倒置U形管36做為過(guò)熱蒸汽管束，自 汽包31而來(lái)的飽和蒸汽依次經(jīng)圓筒殼體38底部三通的蒸汽進(jìn)口 318和內(nèi)環(huán)進(jìn)汽接管(可 設(shè)置兩根)313)進(jìn)入內(nèi)環(huán)形管311，由下而上通過(guò)倒置U形管36內(nèi)側(cè)邊管再經(jīng)頂部折向后 通過(guò)該倒置U形管36外側(cè)邊管自上而下，被該管外熱反應(yīng)氣過(guò)熱，成為過(guò)熱蒸汽進(jìn)入外環(huán) 形管310，再?gòu)耐猸h(huán)形管310下部的(兩根)外環(huán)出汽接管312引至間隙319，在此與進(jìn)入 的未反應(yīng)氣(CO煤氣)混合，隨未反應(yīng)氣通過(guò)徑向筐37，進(jìn)入催化床，進(jìn)行變換反應(yīng)；生成 的變換氣經(jīng)中心管側(cè)壁的通氣小孔進(jìn)如該管中，從該管下端的變換氣出口 317送出，可進(jìn) 一步做為合成氨、甲醇、醋酸等產(chǎn)品氫源。
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本發(fā)明的反應(yīng)器中設(shè)有水室314和汽室315、汽包31，水從汽包31下來(lái)進(jìn)入反應(yīng) 器封頭與上管板形成的空間水室314內(nèi)，再經(jīng)短管34流入懸置換熱管39內(nèi)。換熱管39 內(nèi)是汽水混合物，受該管外反應(yīng)熱氣加熱，管內(nèi)水汽化為蒸汽上升經(jīng)汽室315，上升到汽包 31，水汽形成自然循環(huán)，汽包31中飽和蒸汽引入反應(yīng)器中心的雙環(huán)形管及倒置U形管36內(nèi) 被過(guò)熱，加入到未反應(yīng)氣內(nèi)與之混合。 本發(fā)明的反應(yīng)器用液體的相變將大量應(yīng)熱移走，并且保持溫度不變.水的汽化熱 很大，每1000克水達(dá)400Kcal 430Kcal，汽化時(shí)溫度恒定，因此CO變換放出熱量都能通過(guò) 換熱管39內(nèi)水的汽化而吸收掉，且維持溫度不變。 變換反應(yīng)是可逆放熱反應(yīng)，溫度低有利于生成112和0)2的反應(yīng)方向，因此反應(yīng)溫度 應(yīng)選取催化劑允許的低端溫度，控制水的汽化壓力，例如反應(yīng)壓力是19. 46Mpa，則管內(nèi)蒸汽 壓力控制3。 OMPa，汽化溫度相應(yīng)為223t:，反應(yīng)溫度維持235t: 245。C左右，，反無(wú)論CO 反應(yīng)多少，只要管內(nèi)有水，溫度就不會(huì)變化，催化劑也不會(huì)超溫。 本發(fā)明的特征是當(dāng)煤氣中CO較高時(shí)(如CO 50%以上)，設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)增加換熱管 39數(shù)量；當(dāng)要求變換氣中CO較低時(shí)，只需將蒸汽壓力控低，恒定于較低的反應(yīng)溫度。
由以上可知，本發(fā)明為一種等溫低溫CO變換反應(yīng)器，它的優(yōu)點(diǎn)有
(1)操作容易，只要控制一個(gè)閥門，即控制蒸汽壓力，就控制了整個(gè)反映溫度，而現(xiàn) 有的變換系統(tǒng)有許多近路調(diào)節(jié)溫度，操作難度大； (2)能在低溫(25(TC左右)恒溫反應(yīng)，要求水汽比低，外加蒸汽少，催化劑處于低 溫等溫狀態(tài)，不易粉化、老化； (3)把反應(yīng)熱變成了過(guò)熱蒸汽，并且供自身反應(yīng)用，減少了外供蒸汽； (4)因反應(yīng)的溫度低，有利于反應(yīng)向生成物方向移動(dòng)，因此反應(yīng)需要?dú)馄?蒸汽
/氣體)可以減少，且自產(chǎn)蒸汽補(bǔ)入本系統(tǒng)，外加蒸汽減少50%以上.前述三個(gè)典型現(xiàn)有流
程中C0X高(50% 70% )者，汽氣比最高達(dá)到1. 3， C0X低(30%左右)者，汽氣比也需
0.5.加入過(guò)剩蒸汽多，即過(guò)剩蒸汽多，后續(xù)蒸汽冷凝處理設(shè)備多。本發(fā)明減少了蒸汽消耗，
也減少為使蒸汽冷凝冷卻水消耗。 (5)采用徑向催化床，氣體阻力小(為0. OlMPa); (6)可適用于不同CO含量各種煤氣和不同產(chǎn)品的變換反應(yīng)。


圖1是已有高濃度CO生產(chǎn)合成氨變換系統(tǒng)流程圖； 圖2是已有高濃度CO生產(chǎn)甲醇變換系統(tǒng)流程圖； 圖3是已有半水煤氣變換流程圖； 圖4是本發(fā)明一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。 在圖中 l-預(yù)變爐， 2-第一變換爐，3_甲烷化氣預(yù)熱器， 4-蒸汽過(guò)熱器，5_#1廢鍋， 6-碎冷增濕器， 7-第二變換爐， 8_#2廢鍋， 9-第三變換爐， 10_#3廢鍋， 11-主熱交， 12-第一變換爐， 13_#1碎冷過(guò)濾器，14-第二變換爐，15_#2碎冷過(guò)濾器，
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16-第三變換爐， 19-除鹽水預(yù)熱器， 112-水分離器，
17-煤氣預(yù)熱器，18-110-分離器， 111 21-軟水加熱器，22-24-水分離器，25-27-冷激增濕器，28-32-上管板， 33-35-中心管， 36-38-圓筒殼體，39-311-內(nèi)環(huán)形管，312 314-水室， 315 317-變換氣出口，318 320-未反應(yīng)氣進(jìn)口。
鍋爐給水預(yù)熱器
-變換氣水冷器，
水冷，
段間熱交，
三段變換爐，
下管板，
倒置U形管，
換熱管，
-外環(huán)出汽接管，
-汽室，
-蒸汽出口，
23_熱交，
26-預(yù)變爐，
31-汽包，
34-短管，
37-徑向筐，
310-外環(huán)形管， 313-內(nèi)環(huán)進(jìn)汽按管
316-環(huán)隙， 319-間隙，
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，所述等溫低溫C0變換反應(yīng)器有上、下兩端均為封頭的立置圓筒殼體 38，該圓筒殼體38內(nèi)腔上部裝有上管板32和下管板33，上管板32與圓筒殼體38上端封頭 之間的腔體為水室314，上管板32與下管板33之間的腔體為汽室315 ;圓筒殼體38中裝有 底部為封頭而側(cè)壁分布有若干通氣小孔的徑向筐37，該徑向筐37頂端同所述下管板33連 接；徑向筐37外壁與圓筒殼體內(nèi)壁之間留有環(huán)隙316 ;徑向筐37中部沒(méi)有頂端封閉而管壁 分布有若干通氣小孔的中心管35，該中心管35下端為位于圓筒殼體38底部下方的變換氣 出口 317 ;中心筒35外周設(shè)有多個(gè)倒置的U型管36，所述U型管36的兩個(gè)端口分別同位于 徑向筐37下部的外環(huán)形管310和內(nèi)環(huán)形管311連通，內(nèi)環(huán)形管311經(jīng)內(nèi)環(huán)進(jìn)汽接管313同 圓筒殼體38底部的蒸汽進(jìn)口 318連通；外環(huán)形管310經(jīng)外環(huán)出汽接管312同圓筒殼體38 下端封頭與徑向筐37底部封頭之間的間隙319相通，圓筒殼體38底部的未反應(yīng)氣進(jìn)口 320 也同所述間隙319相通，而該間隙319同所述環(huán)隙316為連通腔體；徑向筐37中還設(shè)有多 根底端封閉而頂端口同下管板33相連接的懸置換熱管39，管腔有液體的該換熱管39的管 腔經(jīng)管頂端口同所述汽室315連通；短管34的頂端同所述上管板32連接并同水室314連 通，該短管34的下端插入對(duì)應(yīng)的懸置換熱管39中；汽室315的蒸汽出口同圓筒殼體38上 方的汽包31的蒸汽進(jìn)口相通，汽包31底部的出水口同所述水室314相通，而汽包31的蒸 汽輸出口同圓筒殼體38底部的所述蒸汽進(jìn)口 318連通；徑向筐37中裝有催化劑。
所述內(nèi)環(huán)形進(jìn)汽接管313設(shè)置兩根；外環(huán)形管310也設(shè)置兩根。
氣體在所述等溫低溫CO變換反應(yīng)器流程是已預(yù)熱的未反應(yīng)氣進(jìn)口進(jìn)入徑向筐 (37)與圓筒殼體(38)之間的環(huán)隙底部，與過(guò)熱蒸汽混合，沿環(huán)隙上升，通過(guò)徑向筐37小孔， 均勻徑向進(jìn)入催化床反應(yīng)，反應(yīng)后氣體集于中心管35，從上而下流出反應(yīng)器外；
水汽在所述等溫低溫C0變換反應(yīng)器流程流程是給水加入汽包31 ，與汽包內(nèi)水混 合后，通過(guò)下降管進(jìn)入等溫低溫CO變換反應(yīng)器內(nèi)水室314，均勻流入多根換熱管39，被該管 外反應(yīng)熱氣加熱成為汽水混合物，上升至汽室315，再由反應(yīng)器外部上升管升至汽包31，飽 和蒸汽由汽包31引出到反應(yīng)器底部，從蒸汽出口 318進(jìn)入到內(nèi)環(huán)形管311，再進(jìn)入到倒置U 形管36，先由下而上，折向，由上而下，被該倒置U形管36外反應(yīng)熱氣加熱(過(guò)熱)后進(jìn)入徑向筐(37)與圓筒殼體(38)之間(即內(nèi)筒與外筒之間)的環(huán)隙底部，與未反應(yīng)氣混合，隨 之進(jìn)入催化床反應(yīng)。
權(quán)利要求
一種等溫低溫CO變換反應(yīng)器，有上、下兩端均為封頭的立置圓筒殼體(38)，其特征是，該圓筒殼體(38)內(nèi)腔上部裝有上管板(32)和下管板(33)，上管板(32)與圓筒殼體(38)上端封頭之間的腔體為水室(314)，上管板(32)與下管板(33)之間的腔體為汽室(315)；圓筒殼體(38)中裝有底部為封頭而側(cè)壁分布有若干通氣小孔的徑向筐(37)，該徑向筐(37)頂端同所述下管板(33)連接；徑向筐(37)外壁與圓筒殼體內(nèi)壁之間留有環(huán)隙(316)；徑向筐(37)中部設(shè)有頂端封閉而管壁分布有若干通氣小孔的中心管(35)，該中心管(35)下端為位于圓筒殼體(38)底部下方的變換氣出口(317)；中心管(35)外周設(shè)有多個(gè)倒置的U型管(36)，所述U型管(36)的兩個(gè)端口分別同位于徑向筐(37)下部的外環(huán)形管(310)和內(nèi)環(huán)形管(311)連通，內(nèi)環(huán)形管(311)經(jīng)內(nèi)環(huán)進(jìn)汽接管(313)同圓筒殼體(38)底部的蒸汽進(jìn)口(318)連通；外環(huán)形管(310)經(jīng)外環(huán)出汽接管(312)同圓筒殼體(38)下端封頭與徑向筐(37)底部封頭之間的間隙(319)相通，圓筒殼體(38)底部的未反應(yīng)氣進(jìn)口(320)也同所述間隙(319)相通，而該間隙(319)同所述環(huán)隙(316)為連通腔體；徑向筐(37)中還設(shè)有多根底端封閉而頂端口同下管板(33)相連接的懸置換熱管(39)，管腔有液體的該換熱管(39)的管腔經(jīng)管頂端口同所述汽室(315)連通；短管(34)的頂端同所述上管板(32)連接并同水室(314)連通，該短管(34)的下端插入對(duì)應(yīng)的換熱管(39)中；汽室(315)的蒸汽出口同圓筒殼體(38)上方的汽包(31)的蒸汽進(jìn)口相通，汽包(31)底部的出水口同所述水室(314)相通，而汽包(31)的蒸汽輸出口同圓筒殼體(38)底部的所述蒸汽進(jìn)口(318)連通；徑向筐(37)中裝有催化劑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述等溫低溫CO變換反應(yīng)器，其特征是，所述內(nèi)環(huán)形進(jìn)汽接管 (313)和外環(huán)形管(310)各設(shè)置兩根。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述等溫低溫CO變換反應(yīng)器，其特征是，氣體在所述等溫低溫C0變 換反應(yīng)器流程是已預(yù)熱的未反應(yīng)氣進(jìn)口進(jìn)入徑向筐(37)與圓筒殼體(38)之間的環(huán)隙底 部，與過(guò)熱蒸汽混合，沿環(huán)隙上升，通過(guò)徑向筐(37)??？L均勻徑向進(jìn)入催化床反應(yīng)，反應(yīng) 后氣體集于中心管35，從上而下流出反應(yīng)器外；水汽在所述等溫低溫CO變換反應(yīng)器流程流程是給水加入汽包(31)，與汽包內(nèi)水混合 后，通過(guò)下降管進(jìn)入等溫低溫CO變換反應(yīng)器內(nèi)水室(314)，均勻流入多根換熱管(39)，被 該管外反應(yīng)熱氣加熱成為汽水混合物，上升至汽室(315)，再由反應(yīng)器外部上升管升至汽包 (31)，飽和蒸汽由汽包(31)引出到反應(yīng)器底部，從蒸汽出口 (318)進(jìn)入到內(nèi)環(huán)形管(311)， 再進(jìn)入到倒置U形管(36)，先由下而上，折向，由上而下，被該倒置U形管(36)外反應(yīng)熱氣 加熱后進(jìn)入徑向筐(37)與圓筒殼體(38)之間的環(huán)隙底部，與未反應(yīng)氣混合，隨之進(jìn)入催化 床反應(yīng)。
全文摘要
一種等溫低溫CO變換反應(yīng)器，為在一定的恒定低溫下進(jìn)行CO與水蒸汽變換成CO2與H2的反應(yīng)設(shè)備，包括圓筒外殼中的徑向筐和汽室、水室，設(shè)有中心管的徑向筐中裝填催化劑組成催化床；催化床中設(shè)有多根懸置換熱管且管內(nèi)有水，短管上端同水室相通而下端插在換熱管中，換熱管上端同汽室連通；催化床中還設(shè)有倒置U形管，其兩端口分別同兩個(gè)同心的環(huán)形管相接，一個(gè)環(huán)形管經(jīng)接管及蒸汽進(jìn)口同汽包的蒸汽出口相連；另一環(huán)形管經(jīng)對(duì)應(yīng)接管同圓筒外殼與徑向筐之間的環(huán)隙相通，未反應(yīng)氣進(jìn)口也同該環(huán)隙相通；汽包水出口同水室連接，汽室的蒸汽出口連至汽包的蒸汽進(jìn)口。它可在反應(yīng)中不斷反應(yīng)放熱又不斷用另一種介質(zhì)將反應(yīng)熱移走，維持反應(yīng)在低溫恒溫下進(jìn)行。
文檔編號(hào)B01J8/02GK101721956SQ20091022710
公開(kāi)日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2009年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月4日
發(fā)明者謝定中 申請(qǐng)人:湖南安淳高新技術(shù)有限公司