本实用新型属于化工设备领域，具体涉及一种可控水汽比移热式轴向变换反应器。
背景技术：
粉煤气化有效气量（CO+H2）比水煤浆气化多10-12%，氧耗量低15-25%，因此，国内众多厂家引进了粉煤气化技术。然而，粉煤气化合成气中一氧化碳含量较高（HT-L粗合成气中CO含量高达65%以上，而GE水煤浆气化炉粗合成气中CO含量为45%左右），如果采用与水煤浆气化CO变换单元相同的水汽比，相同变换率条件下，因为一氧化碳含量高，反应推动力大，势必造成变换炉超温，影响CO耐硫变换催化剂的使用寿命和变换单元安全运行。
因此，工业上的传统解决办法是首先在低水汽比和控制催化剂装量的前提下进行预变换，降低CO含量至可控水平，以控制反应深度；然后，增加水汽比，使剩余的CO经过耐硫变换催化剂变换后，达到工艺指标要求。然而采用低水汽比条件下进行预变换，先降低水汽比后增加水汽比，造成能量的浪费；如果采用控制催化剂装量进行预变换，由于是动力学控制，工业实际操作非常困难，负荷低时，变换炉超温严重，负荷高时又易垮温。
考虑到传统解决办法的弊端，现在工业上通过对变换炉内部结构进行改造使耐硫变换催化剂分层装填，在催化剂两个床层之间喷入除氧水，不仅可以减少投资、节省装置占地，同时还可以增加变换反应水蒸汽低的问题，省去中间换热过程，节能效果显著，已成为当前变换炉设计趋势。
对于粉煤气化，由于一氧化碳含量高，水汽比低，变换原料气在经过第一催化剂床层变换后，直接喷入除氧水，利用填料蓄热汽化，增加水汽比，进入下一床层完成CO变换反应。然而长期工业应用结果表明，喷入除氧水后经过填料，并不能使预变原料气与水蒸气混合均匀，更为严重的情况是除氧水未能完全汽化，直接穿透填料层，进入下部催化剂床层，造成催化剂板结，出现偏流，影响变换炉的稳定操作，大大缩短耐硫变换催化剂的使用寿命。
技术实现要素：
为解决上述已有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种可控水汽比移热式轴向变换反应器。
本实用新型的发明思路表现为：在上下两层催化剂之间设置用于蒸发脱氧水的蒸发器。
一种可控水汽比移热式轴向变换反应器，包括壳体1，壳体1顶部设置工艺气进口2，底部设置工艺气出口3，壳体1内分成上下两部，上部和下部分别放置催化剂，上部和下部分别设置催化剂卸料口4，且上部和下部分别设置有人孔5，所述壳体1上部催化剂的底部设置上瓷球层6，下部催化剂的顶部设置下瓷球层7，上下两个瓷球层之间设置有内取热立式套管蒸发器10；
蒸发器10包括水箱箱体，箱体内部设置列管11，列管11顶部设置用于工艺气进入的蒸发器进气口，底部设置用于工艺气排出的蒸发器出气口；与蒸发器10内部水箱连通、贯穿所述壳体1的侧壁，分别设置进水口12和出水口13；蒸发器10上部、与蒸发器10的水箱连通设置水汽出口，水汽出口与蒸发器进气口位于同一空间。
优选为，所述壳体1上部和下部侧壁设置有若干温度计口8。
优选为，所述列管11的进气口顶端与所述上瓷球层6底部至少间隔300mm；列管11的出气口底端与所述下瓷球层7顶部至少间隔800mm。
优选为，所述蒸发器10的进水口12处设置有至少一个用于控制液位的调节器，及控制脱氧水进水量的进水阀。
优选为，所述蒸发器10的水箱内壁设置有若干超声波雾化器。超声波雾化器有助于脱氧水的汽化。
优选为，所述上部催化剂和下部催化剂的上下两端均分别设置有瓷球层。
优选为，所述温度计口8共设置四个，分别对应所述上部催化剂的顶部和底部，及下部催化剂的顶部和底部。
蒸发器10内装有N根列管（列管尺寸需根据变换炉具体规定）。工艺气由上催化剂层进入列管与管外的热水进行换热降温。自产水蒸气由出口布置在蒸发器10顶部的水汽出口排出与工艺气混合进入下催化剂层，从而提高变换炉出口工艺气水汽比（提高0.1~0.6）。自产蒸汽量和水汽比可以通过调节蒸汽器的进水量而调节蒸发器中液面高度。
通过试验，本实用新型的有益效果是，延长了此类变换炉工况下催化剂寿命，增加了变换装置运行稳定性。针对粉煤气化原料气CO变换反应的特点，使用脱氧水作为取热介质，结合变换炉催化剂的装量调整，利用变换反应自身的反应热，通过蒸发器产生饱和蒸汽，用于调节下部床层的水汽比。该取热流程不仅利用了大量的反应热，而且可以通过蒸汽器的进水量来调节蒸发器中液面高度从而非常方便的调节自产蒸汽量和水汽比。
附图说明
图1 为本实用新型实施例的结构示意图图。
其中，附图标记为：1、壳体；2、工艺气进口；3、工艺气出口；4、催化剂卸料口；5、人孔；6、上瓷球层；7、下瓷球层；8、温度计口；10、蒸发器；11、列管；12、进水口；13、出水口。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。当然，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
实施例1
一种可控水汽比移热式轴向变换反应器，包括壳体1，壳体1顶部设置工艺气进口2，底部设置工艺气出口3，壳体1内分成上下两部，上部和下部分别放置催化剂，上部和下部分别设置催化剂卸料口4，且上部和下部分别设置有人孔5，壳体1上部催化剂的底部设置上瓷球层6，下部催化剂的顶部设置下瓷球层7，上下两个瓷球层之间设置有内取热立式套管蒸发器10；
蒸发器10包括水箱箱体，箱体内部设置列管11，列管11顶部设置用于工艺气进入的蒸发器进气口，底部设置用于工艺气排出的蒸发器出气口；与蒸发器10内部水箱连通、贯穿壳体1的侧壁，分别设置进水口12和出水口13；蒸发器10上部、与蒸发器10的水箱连通设置水汽出口，水汽出口与蒸发器进气口位于同一空间。
壳体1上部和下部侧壁设置有若干温度计口8。
列管11的进气口顶端与上瓷球层6底部至少间隔300mm；列管11的出气口底端与下瓷球层7顶部至少间隔800mm。
蒸发器10的进水口12处设置有至少一个用于控制液位的调节器，及控制脱氧水进水量的进水阀。
蒸发器10的水箱内壁设置有若干超声波雾化器。
上部催化剂和下部催化剂的上下两端均分别设置有瓷球层。
温度计口8共设置四个，分别对应上部催化剂的顶部和底部，及下部催化剂的顶部和底部。
蒸发器10和下瓷球层7之间也设置有人孔5
蒸发器10内装有N根列管（列管尺寸需根据变换炉具体规定）。工艺气由上催化剂层进入列管与管外的热水进行换热降温。自产水蒸气由出口布置在蒸发器10顶部的水汽出口排出与工艺气混合进入下催化剂层，从而提高变换炉出口工艺气水汽比（提高0.1~0.6）。自产蒸汽量和水汽比可以通过调节蒸汽器的进水量而调节蒸发器中液面高度。
以某厂第一中温变换炉为例，变换炉操作压力为3.8MPa(a)，其上部催化剂出口温度为380℃，要求工艺气温度应降为280℃以进入下部催化剂层。下图展示了其工艺气组成。
经计算，至少需要16吨/小时100℃、40bar(g)的热水完全汽化产生饱和蒸汽以满足212.4吨/小时的工艺气达到以上所述下段变换温度。其最小换热面积计算约为60 m2.
圆筒型蒸发器直径约为3.5 m，假设蒸发器内列管直径约为50 mm，长度约为1.5 m。以满足上述换热条件，列管个数计算约为260。蒸发器内部列管分布结构合理可行。为适应原料气流量的变化引起反应热增减，蒸发器面积要足够大，确保产生的蒸汽与工艺气混合进入下层催化剂的温度≧275°C。列管尺寸数量需根据具体工况确定。根据计算出的最佳需水量，可对进水量可进行控制检测，从而调节蒸发器中液面高度及自产蒸汽量和水汽比。工艺气水汽比可提高0.3。
本实用新型未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述，当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。