一种内置管束等温变换反应器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于化工设备技术领域，涉及一种等温变换反应器，尤其涉及一种内置管 束等温变换反应器。
【背景技术】
[0002] C0的变换反应是个可逆的、放热的反应，其反应方程式为：
[0003]
[0004] 当原料气中的C0含量较高时，必须及时地移走反应热，否则将导致变换气温度急 剧上升，对变换炉内的催化剂是一个较大的伤害，可直接降低催化剂寿命，也可能直接将催 化剂烧损失效；同时变换反应是可逆反应，不及时移走反应热，会导致反应不能向深度进 行。
[0005] 目前，通常所采用的煤气化工艺，均是以煤为原料采用纯氧作气化剂的水煤浆气 化或粉煤气化，这些工艺制出来的原料气中的C0含量高达50 %~76 %，传统的变换炉根 本适应不了这么高的C0变换要求，一般要采用多级，多段、薄床、中间多次换热的较为复杂 的流程来达到变换的要求，这样就会造成流程较长、投资较大，同时若温度控制不住会造成 "飞温"问题。
[0006] 专利号为"ZL 200920102700. 6"，名称为"一种水管型反应器"的中国实用新型 专利，公开了一种水管型反应器，包括反应器外壳和装配于反应器外壳内的冷管束，冷管 束由一个以上相互并联的冷管束换热单元体组成，冷管束换热单元体在反应器外壳内纵 向均匀排列，冷管束换热单元体的汽水出口一次经汽水连通管、汽水总管接上封头汽水出 口，冷管束换热单元体的进水口经由水连接管后接下部进水总管。该水管型反应器虽然可 以进行气液换热移走反应热，但是该设备存在结构复杂、焊点多、可靠性不高和维修困难的 问题。
[0007] 专利号为"ZL 200810024974.8"，名称为"多相移热绝热管壳式反应器"的中国发 明专利，公开了一种多相移热绝热管壳式反应器，包括筒体、上封头、气侧封头和下封头， 筒体与上封头固定连接，气侧封头位于筒体内部，筒体上固定连接有下管板，下封头与下管 板固定连接，气侧封头与上管板固定连接，下管板与下封头形成第一腔室，上管板与气侧封 头形成第二腔室，第一腔室与第二腔室通过水侧换热管连接，水侧换热管至少部分位于第 三腔室中，水侧换热管中穿装有冷气换热管。该装置虽然可以由内置管束进行不同介质移 热，但是该反应器为热壁结构（高温介质直接与器壁接触），且设有大管板、内置大封头，用 料较多；并且其换热管与管板的焊点暴露在床层高温区，影响了结构的可靠性；另外，其反 应为绝热反应，该类反应所固有的温升不易控制等缺点仍然存在。
[0008] 综上，需要一种能够解决现有技术中所存在的上述技术问题的等温变换反应器， 以满足实际化工生产作业的需要。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的在于，提供一种内置管束等温变换反应器，以解决现有技术中所存 在的上述技术问题，从而缩短工艺流程，节省生产投资，降低制造成本且提高生产可靠性， 满足实际化工生产作业的需要。
[0010] 为实现上述目的，本发明提供一种内置管束等温变换反应器，包括承压壳体，还 包括设置在承压壳体上的原料气入口、变换气出口、锅炉水入口、锅炉水出口和催化剂卸料 □;
[0011] 还包括设置在承压壳体内的催化剂筐、轴向环形管束、中心管、环腔筒体和中心管 束；轴向环形管束与锅炉水出口之间通过膨胀节联接，以吸收管束与承压壳体之间的热膨 胀变形差；催化剂装在催化剂筐以内、中心管以外，以及轴向环形管束所形成的空隙中；轴 向环形管束由锅炉水分布器、锅炉水收集器，以及与上环形管板、下环形管板相连接的换热 管组成；所述锅炉水分布器由下环形管箱和下环形管板组成；所述锅炉水收集器由上环形 管箱和上环形管板组成，所述换热管由直管和端部折弯管组成；
[0012] 还包括与锅炉水进口相连的下锅炉水接管、与锅炉水出口相连的上锅炉水接管， 以及支持及固定换热管的支持板。
[0013] 在以上方案中优选的是，其采用经轴向环形管束的气液换热和经中心管束的气 气换热的组合结构；原料气通过中心管束进入反应器顶部，再分布到催化剂筐的环隙，再通 过催化剂筐的孔阵沿径向进入催化剂床层的径向流结构和承压壳体不接触反应后的高温 变换气的冷壁结构。
[0014] 还可以优选的是，其采用仅经轴向环形管束的气液换热的单一结构；原料气通过 顶部的原料气入口进入反应器顶部，再分布到催化剂筐的环隙，再通过催化剂筐的孔阵沿 径向进入催化剂床层的径向流结构和承压壳体不接触反应后的高温变换气的冷壁结构。
[0015] 还可以优选的是，换热管的直管、端部折弯管与上环形管板、下环形管板形成直 接连接结构；上环形管箱和下环形管箱采用半管结构并与管板直接相连。
[0016] 还可以优选的是，上环形管箱和下环形管箱管箱平均分为至少两段的结构。
[0017] 还可以优选的是，上环形管箱和下环形管箱管箱平均分为三段的结构。
[0018] 还可以优选的是，下环形管板与催化剂床层之间铺设耐火料。
[0019] 还可以优选的是，轴向环形管束和中心管束在内侧和外侧均留有缺口，即留有不 布管区域。
[0020] 还可以优选的是，中心管束设置在中心管内，采用原料气走管程下进上出、变换 气经集气环腔走壳程上进下出，以及通过折流杆的折流来实现逆流换热的中心管束布置方 式。
[0021] 还可以优选的是，其床层高温区整体无焊接接点。
[0022] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0023] 本发明的一种内置管束等温变换反应器，针对现有变换反应器存在的问题，通过 在催化剂床层中设置换热管，在换热管内通入锅炉水；锅炉水通过换热管和变换气换热，锅 炉水吸收热量汽化，及时移走变换反应的热量；当锅炉水的压力一定时，锅炉水的温度是稳 定的；当催化剂床层中均匀布置换热管时，变换反应放出的热量会被锅炉水及时移走；这 样可以使变换气的温度维持恒定或温升很小，从而实现等温变换；等温变换可以保护催化 剂免受烧损，并延长催化剂的寿命，减少催化剂的更换成本；同时，由于反应产生的热量被 及时移走，可以维持反应推动力，增大C0的转化率；此外，通过换热管的排布方式，可以控 制催化剂床层中的温度分布，在外圈排布较少的换热管可以使原料气的温度提高，提高反 应效率；中间排布较多的换热管可以及时移走变换产生的热量，维持床层的温度恒定；内 圈排布较少的换热管可以使变换气的温度进一步提高，为预热原料气提供热量；通过设置 于中心管中的中心管束，利用反应后的高温变换气预热原料气，使通过中心管束的原料气 达到起活温度，通过催化剂篮筐的孔阵进入催化剂床层，开始变换反应。
[0024] 本发明的一种内置管束等温变换反应器，采用内置结构，且按一定规律分布于 催化剂床层的轴向环形管束移出反应热，实现等温变换；采用内置于中心管内的换热管束 预热进入反应器的原料气，实现气气换热器的内置；采用锅炉水作为导热介质，流程短，流 动阻力小，采用自然循环；换热管采用整管制成，无拼接接头，仅管端和管板焊接，采用两个 环形管箱，焊缝短，焊接节点少，且所有焊点置于高温床层外，整个床层高温区无焊接接点， 减少了泄漏概率，提高了装置的可靠性；在中心管束内原料气走管程，变换气走壳程，逆流 换热，换热温差大，换热效率高，能有效降低变换气出口温度；原料气采用下进上出的方式， 走中心管束的管程；变换气采用上进下出的方式，走中心管束的壳程，能够省去进气中心管 路，从而有效减小换热器直径，减小中心管直径。
[0025] 本发明的一种内置管束等温变换反应器，采用径向变换炉冷壁结构，径向流程 短，流动阻力小，催化剂床层高度不受限等优点；采用内置轴向环形管束移除反应热，避免 绝热反应温升大，反应深度低，需要中间引出换热降温，否则会烧毁催化剂等缺点；采用内 置中心管束，用变换后的高温反应气预热原料气；采用气气换热器内置，换热器采用压差设 计，可以节省气气换热器外置时的投资，并减短流程；能够通过调节环形管束换热装置内锅 炉水的压力，来调节锅炉水的饱和温度，调节变换气和锅炉水的温差，调节换热效率，控制 移出热量数值，最终可以调节进入中心管的变换气温度；能够通过调节环形管束移出的热 量值，中心管束能够采用全流量换热，不需要流量调节就能够控制原料气的预热温度。
[0026] 本发明的一种内置管束等温变换反应器，其轴向环形管束特征在于：（1)管束换 热管沿炉体径向等间距布置，周向均匀分布，整个管束换热管基本均匀分布在床层中间，换 热均匀，换热效果好，能够实现等温变换；（2)环形管束中间换热管为直管，内侧和外侧边 缘换热管端部向中间折弯，从而缩小环形管板的尺寸，使得两端管箱结构紧凑；(3)采用环 形管箱、环形管板，从而受力结构好，管板薄，重量轻；(4)换热管整根制成，无拼接接头，换 热管与环形管板、管箱与环形管板、管箱与外部接管的焊接接头位于催化剂床层外；下环形 管板与催化剂床层接触，在下环形管板和催化剂床层间设置耐火料，有效隔离高温区；整个 床层高温区无焊接接点，减少了泄漏概率，提高了装置的可靠性；(5)中心管束和轴向环形 管束的内侧和外侧均留有两个不布管区，留出两个缺口供工作人员装卸清理催化剂之用， 从而方便催化剂的装卸；(6)在上锅炉水接管与锅炉水出口之间设膨胀节，能够补偿环形 管束和壳体之间的热膨胀差，并有效地减少了膨胀节的尺寸。
[0027] 本发明的一种内置管束等温变换反应器，其内置中心管束特征在于：（1)中心管 束内置于反应器内，换热器可采用压差设计，可以省去外置时的承压壳体及连接法兰，并有 效减小管板厚度，大大减少气气换热器的投资；（2)原料气走管程，变换气走壳程，逆流换 热，换热温差大，换热效率高，并能有效降低变换气出口温度；(3)中心管束的上环形管板 固定在中心管束上，下端管子插入原料气进口管中，中间采用填料密封，下端管子能够滑 动，从而能够消除中心管和中心管束之间的热膨胀差；(4)原料气采用下进上出的方式，走 中心管束的管程，变换气采用上进下出的方式，走中心管束的壳程，逆流换热，换热温差大， 效率高，且能够省去进气中心管路，从而有效减小换热器直径，减小中心管直径。
[0028] 本发明的一种内置管束等温变换反应器，其还可以将位于中心管内的气气换热 器一中心管束移出变换炉，去掉环腔筒体，保留中心管，环向管束布满整个床层空间（预留 检修空间除外），反应热完全由换热管内冷却流体带走，温度的控