一种用于大型甲醇水蒸气重整制氢装置用甲醇转化器的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及一种MSR制氢装置，尤其涉及单台产能超过20000Nm3/h的转化器。
【背景技术】
[0002]碳氢燃料的重整制氢是目前国内外工业用氢气的主要方法。蒸汽重整是目前使用最为广泛的制氢方式，目前全世界一半以上的氢气是由原料与蒸汽重整而制得的，在这其中，甲醇-水蒸汽重整(以下简称“MSR”)制氢因反应温度低、产物氢气含量高、原料来源广泛、单位体积氢气成本低等优势成为制氢方式的首选。
[0003]MSR制氢装置是在一定温度、压力的条件下，以甲醇和脱盐水为原料，借助甲醇水蒸气重整反应器内催化剂的作用，促使原料与水蒸气在转化炉管内部进行转化反应，制取合成氨原料气(即氢气)。
[0004]影响MSR制氢效果的主要因素有化学，物理两个方面。化学因素即催化条件;物理因素则涉及操作条件，传质传热状况等，两者综合表现在反应器的设计优劣中。
[0005]MSR是强吸热过程，常规反应器因所采用的颗粒催化剂传热传质过程的限制动态响应慢，催化剂床层存在“冷点”，难以实现等温操作。为了提高制氢效率，各国都加大力度进行甲醇制氢反应器的研究。此外，随着能源需求的扩大，氢能需求不断扩大，其中以上万Nm3/h的产氢规模居多。因甲醇产能过剩，甲醇价格低位运行，大型的甲醇裂解制氢装置即应运而生。转化器是甲醇裂解制氢装置中的核心设备，甲裂装置大型化需要具有优良性能的大型转化器作为支撑。
[0006]MSR反应是甲醇与水蒸汽混合物在转化器中加压催化裂解和转化一步完成，生成氢气和二氧化碳，其总反应式如下:
[0007]CH30H+H20 = C02+3H2-49.5kJ/mol
[0008]该反应为吸热反应，反应所需热量由导热油提供。反应气体、导热油的进出口温差，以及导热油与反应气的温差控制在15°C以内，由此现有技术均选择固定管板式换热器作为整体结构形式；因温差很小，不需要设置膨胀节即可满足温差应力的要求。转化器内反应所需催化剂需定期更换，转化反应压力高于导热油压力，因此从换热器工艺设计的角度考虑反应气走管程，催化剂装填于转化管中，导热油走壳程。
[0009]甲醇转化反应是可逆反应，且在反应过程中除主反应外，还伴有生成少量的烃甲酸、二甲醚的副反应。为了减少副反应的发生，提高甲醇转化率，就必须选择合适的工艺条件和优化设计反应器，使得温度能有效控制，使反应热能迅速供给，使甲醇转化反应能在一个恒定、可控的温度下进行。因此，甲醇转化反应器不仅仅是一个换热器，而更重要的是一台转化吸热反应器，是有着化学反应动力学和热力学的一台设备。
[0010]目前通用的用于中小规模MSR制氢装置的转化器结构简图见图1，该种结构无法满足大规模MSR制氢装置用需要，原因如下:
[0011 ] 1、大规模MSR反应进气的均匀性无法通过这种结构加以保证，现有结构满足直径2m以内的气流分布，但随着规模变大，转化器直径随着变大，这种结构进气会造成进气无法均匀分配到每根转化管中，造成转化率的下降，严重影响转化结果。
[0012]2、对于中小规模装置，转化管束采用“弓形”折流板可以满足要求，但对于大规模的MSR制氢装置，“弓形”折流板显然已经无法满足转化管束数量庞大、设备内部流动状态复杂化等要求。
[0013]3、对于中小规模装置，上下管板可以满足要求，但对于大规模的MSR反应，设备直径变大，转化管增加几倍甚至几十倍，上百倍，如果还采用这种设备法兰与管板的连接形式，将造成设备管板厚度成几何倍数的增加，造成成本的浪费，此外，也无法满足连接需要。
【实用新型内容】
[0014]本实用新型的目的在于:提供一种用于大型甲醇水蒸气重整制氢装置用甲醇转化器，特别是单台产能超过20000Nm3/h。
[0015]本实用新型的目的通过下述技术方案来实现:
[0016]—种用于大型甲醇水蒸气重整制氢装置用甲醇转化器，包括转化器壳体，转化器壳体内通过转化器管板固定有转化管束，沿转化管束设有若干折流板，以及与转化器壳体内连通的导热介质进、出口，与转化管束连通的反应气进、出口，其特征在于:还包括设于反应气进口的原料气进口导流筒，在反应气进口端的转化器管板上设有缓冲颗粒堆积层，在缓冲颗粒堆积层与原料气进口导流筒之间，正对原料气进口导流筒处还设有防冲挡板。
[0017]作为选择，原料气进口导流筒由若干个内外嵌套的锥筒构成，并将反应气进口进入的原料气分成若干份导入转化器壳体内，各个锥筒同向布置，且朝反应气进口一端开口小而朝转化器壳体内另一端开口大。
[0018]作为选择，折流板由圆环型和圆盘型折流板沿转化管束交替布置而成，其中圆环型折流板紧贴转化器壳体内壁布置，圆盘型折流板布置于转化器壳体中央相对圆环型折流板空心位置。
[0019]作为选择，环绕转化器壳体外还分别设有导热介质进、出口盘管，导热介质进口盘管上设有至少两个导热介质进口，导热介质出口盘管上设有至少两个导热介质出口，导热介质进、出口盘管分别通过若干引出管与转化器壳体内连通。
[0020]作为选择，环转化器壳体内壁还分别设有导热介质进、出口盘管，导热介质进口盘管上设有至少两个连通转化器壳体外的导热介质进口，导热介质进口盘管上还设有若干导热介质引入口与转化器壳体内连通，导热介质出口盘管上设有若干导热介质引出口与转化器壳体内连通，导热介质出口盘管上还设有至少两个连通转化器壳体外的导热介质出口。
[0021]作为选择，转化器壳体包括自上而下不可拆卸连接固定的转化器上封头、转化器筒体和转化器下封头，转化器上、下封头内壁内分别固定有转化器管板，转化器上、下封头的转化器管板之间固定有转化管束，转化管束连通转化器上、下封头，转化器支撑裙座通过直接支撑固定于转化器下封头下支撑固定整个转化器。
[0022]作为进一步选择，转化器上、下封头上还分别设有人孔，转化器上封头上还设有反应气出气口，转化器下封头上还设有导热介质卸料口和催化剂卸料口。
[0023]作为选择，缓冲颗粒堆积层由缓冲物颗粒堆积在转化器管板上构成。
[0024]作为进一步选择，缓冲物颗粒为瓷球。
[0025]作为选择，原料气进口导流筒的若干个锥筒同心布置，且各锥筒间的上下口面积均为平均分配。
[0026]上述方案中，通过锥筒同心布置，将进料口面积均匀等分。
[0027]作为选择，导热介质进、出口，以及引出管分别在导热介质进、出口盘管上均匀分布。
[0028]作为选择，圆盘型折流板的外径大于或等于圆环型折流板的内径。
[0029]上述方案中，导热介质在交替布置的圆环型和圆盘型折流板之间曲折前行，当圆盘型折流板的外径与圆环型折流板的内径之间尺寸差异越大，导热介质的流程越曲折，流程越长，导热越均匀、充分。
[0030]作为选择，导热介质进、出口，以及引出管分别在导热介质进、出口盘管上均匀分布。
[0031]前述本实用新型主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本实用新型可采用并要求保护的方案:如本实用新型，各选择即可和其他选择任意组合，本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本实用新型所要保护的技术方案，在此不做穷举。
[0032]本实用新型的工作流程:
[0033]—、满足工艺温度及压力条件的原料(甲醇，脱盐水)蒸汽从反应气进口经原料气进口导流筒以轴向流入转化器壳体内，在此过程中，设置正对原料气进口导流筒的防冲挡板进行阻挡，以防止流体对转化管束管端的冲刷。同时，原料气进口导流筒通过若干嵌套的锥筒将进料气体按进料口面积分成若干份，通过锥体的导向作用，当导流锥筒上下口面积平均分配时，气体流速大致相等，进料气成圆锥状流向转化器管板上的缓冲颗粒堆积层表面，同时起到气流分配和均匀布气的效果。由此避免管板表面缓冲颗粒堆积层受冲刷形成凹坑，气流不均匀进入转化管束触媒层造成转化反应不均匀，影响整体转化效率。
[0034]二、原料蒸汽通过原料气进口导流筒和缓冲颗粒堆积层后均匀进入转化管束内，转化管束内放置催化剂，原料气以一定速度通过转化管束内的催化剂床层，完成甲醇水蒸气重整制氢反应。转化管束依靠转化器上、下封头内的上下两块转化器管板支撑定位。由于催化剂数量大，转化管束数量多，管束重量达到几百吨以上，壳程导热介质(导热油)重量约几十吨，这些重量均通过转化器管板承担并传递到转化器支撑裙座上。该结构相比现有技术的设备法兰与转化器管板的连接形式，连接更为可靠，且转化器管板厚度也能得到有效减少。
[0035]三、本转化器壳程采用圆盘-圆环型折流板，采用一块为圆环型，一块为圆盘型交替布置的折流板。由于转化器直径较大，采用圆盘-圆环型折流板比弓形折流板更能保证周向温度的均匀性，从而为床层稳定反应创造良好的条件。
[0036]四、MSR反应为强吸热反应，整个反应所需热量均靠一定温度的导热介质(导热油)循环来提供，由于直径大，如果导热油还是采用单一口进料，势必会造成整个导热油热场分布不均匀，距离导热油进口相对远的转化管无法在最适宜的温度下反应，会造成转化效率明显降低，为了实现整个导热油温度场的温度均匀，本专利创造性地提出了一种导热油“环状”进、出料的新模式。本设备中，环绕转化器壳体的导热介质进口盘管位于转化器上部，在导热介质进口盘管上内侧均布一定数量的引出管，直接与设备外壁连通，导热油通过这些引出管直接流入设备壳程，使整个转化器壳程的导热油建立的温度场均匀地为数量众多的转化管转热。在下部也有一结构类似的导热介质出口盘管及其引出管装置，原理一样，方向相反。
[0037]本实用新型的有益效果:是一种能够适用于大型甲醇水蒸气重整制氢装置用甲醇转化器，特别是单台产能超过20000Nm3/h。
【附图说明】
[0038]图1目前常用的甲醇水蒸汽重整制氢反应器的结构示意图；
[0039]图1中，I为转化气出口、2为转化器下封头、3为转化器下部设备法兰、4为导热油出口、5为“弓形”折流板、6为转化管束、7为转化器筒体、8为排气口、9为设备上管板、10为转化器上部