专利名称：一种高温甲烷化装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及到化工设备领域，具体指一种高温甲烷化装置。
技术背景
高温甲烷化反应在工程中的应用，核心技术之一就是要解决高CO含量和快速反应带来的大量反应热的移出和回收问题，也就是反应热的综合利用。现有技术中甲烷合成反应器与蒸汽发生器、废锅和过热器等分别设置，这样设置带来两个问题一是反应气温度高达600°C以上，若将过热器放在废锅之前，可副产高压蒸汽，但由于温度压力较高，蒸汽过热器的选型和制造很难实现。因此，通常将蒸汽过热器放在废锅之后，这样的流程设置往往导致蒸汽过热度不足，或只能副产过热中压蒸汽，造成工艺气的高温余热不能得到很好地利用，工艺流程设置不尽合理。二是甲烷化反应器和蒸汽过热器、废锅之间的连接采用通常的工艺管道很难保证连接的可靠性和安全性，即使采用管道连接，对管道的材质和连接结构有着严格并苛刻的要求，工程投资费用高。三是现有的工艺装置，设备占地面积相对较大。发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种副产高品质蒸汽的甲烷化反应器与蒸汽过热器和废锅一体设计的高温甲烷化装置，以降低设备选型和制造的难度，从而降低投资费用，减少设备占地面积。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为该高温甲烷化装置，包括将合成甲烷的甲烷反应器和对甲烷反应器所排出的气体进行换热的换热器，其中，所述的甲烷化反应器包括触媒层和设置在触媒层下方的气体收集器，所述气体收集器的出口通过导管连接所述换热器的气体通道的入口 ；所述的换热器有多段；其特征在于所述的甲烷反应器和所述的换热器设置在同一个压力容器壳体内；所述导管上设有冷却装置，较好的，所述导管可以采用筒体水冷壁结构；各段所述换热器的气体通道通过带有冷却装置膨胀节依次串接，各段换热器的冷却介质通道的两端分别连接各自对应的上集箱和下集箱，各所述的上集箱分别通过多根排出管道与外界连接，各所述的下集箱分别通过多根进入管道与外界设备相连接，各所述的排出管道和各所述的进入管道穿过所述的壳体侧壁盘绕在各自对应的换热器上，各所述的排出管道的出口和各所述的进入管道的入口均外露于所述的壳体外， 各段换热器通过各自对应的排出管道和进入管道与所述壳体侧壁之间的连接从而悬挂在所述壳体内，并且各段换热器与所述壳体的侧壁均间隔有间隙；所述换热器气体通道的出口连通所述壳体的出口。
各所述的的排出管道和各所述的进入管道分别通过各自对应的套管内与所述的壳体侧壁相连接，各所述的套管穿插设置在所述壳体的侧壁上并与壳体的侧壁焊接连接， 各所述的排出管道和各所述的进入管道分别穿过各自对应的套管与外界设备相连接，并且各所述的的排出管道和各所述的进入管道与各自对应的套管之间间隔有间隙；各排出管道和各进入管道在壳体外与各自对应的套管焊接连接。
所述壳体的内壁上和所述的上集箱上分别设有对所述换热器的热膨胀进行垂直导向的多对凸块，每对凸块的两个凸块之间具有一定的间隙，且各对凸块沿所述壳体内壁的周向均勻布置。
所述的壳体包括位于外侧的承压层、位于内侧的隔热层和位于所述承压层与隔热层之间的支撑层；所述的支撑层为龟甲网通过多个连接杆焊接在所述承压层的内壁上而形成，所述的隔热层为隔热浇注料穿过所述的龟甲网浇铸到所述承压层的内壁上而形成；从而使所述龟甲网内也填充有隔热浇注料。
所述隔热层与所述支撑层的厚度之和为40_60mm。
所述的换热器有三段。
所述的换热器为盘管结构或膜式水冷壁结构。
现有技术中，高温甲烷化反应器和高温产品气的废热回收单元是分离的，这就带来了下述问题一是废锅设备的制造非常困难，且由于产品气的温度非常高，造成了废锅与甲烷化反应器之间的连接非常困难，设备之间管道的连接、选材也非常困难。二是由于废锅选材和施工上的困难很容易造成在装置的运行中发生泄漏等危险事故，给生产操作的安全带来隐患。三是考虑到高温设备结构设计、制造、安装等工程实施的困难，在很多的高温甲烷化工艺中仅利用高温产品气副产中压蒸汽或低压蒸汽，而不是高压蒸汽，使得装置的能量利用和能效水平比较低。四是现有的高温甲烷化反应器与废锅分离设置的工艺占地面积相对较大。本发明采用不同的高温甲烷化工艺和一体化集成的反应器来解决上述问题。将甲烷化反应器和蒸汽发生系统直接连接，蒸汽发生系统中的废锅和过热器一体化设置，采用一体化的型式，解决了产汽和蒸汽过热器选型困难的问题。
图1为本发明实施例剖视结构的平面示意图2为本发明实施例中壳体壁的剖视结构示意图3为图2的左视图4为本发明实施例中冷媒管道与壳体侧壁之间的连接结构示意图5为发明实施例中换热器(盘管结构)的放大图6为图5中A部分的局部放大图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1至图6所示，该高温甲烷化装置包括
甲烷反应器1，主要包括两部分，即触媒层11和设置在触媒层11下方的气体收集器12。本实施例中的甲烷化反应器为立式圆筒形容器，壳壁敷耐火隔热衬里，中部装填触媒，工艺气从顶部进入经触媒反应后进入底部气体收集器12再进入导管观。甲烷反应器的结构为现有技术。
换热器2，为立式结构，有三段，本实施例中的各段换热器均采用膜式水冷壁结构， 其包括用于供热媒即工艺气通过的筒体21、间隔设置在筒体21内的各层水冷壁和与各层4水冷壁中的水冷管的两端口相连接的上集箱23和下集箱M。所述的筒体对应于三段换热器也设置有三段，并且各段筒体之间采用水冷壁膨胀节相连接。根据实际生产的需要，导管观可以连接最上端的换热器，也可以连接最下端的换热器。本实施例选用后者。位于下方的第一换热器25通过水平设置的导管观与气体收集器12的气体出口相连接。第一换热器25、第二换热器沈和第三换热器27的筒体通过水冷壁膨胀节5依次连接在一起。各段换热器的筒体之间通过水冷壁膨胀节5依次串接。第三换热器27的筒体的上端设有出气口四连通设置在下述壳体底部的出气口 37。
本实施例中，从第一换热器至第三换热器依次集合了过热器、中压废锅和低压废锅的功能，各段结构相同，采用多层同心水冷壁增大换热面积，工艺气从水冷壁之间的环隙通过与下述进入管道内的介质进行对流换热。换热器内的整体水冷壁与壳体之间预留环形空隙22，以方便布置水冷壁及各废锅进出水管、上、下集箱，另外也方便人员进行安装检修。 并且第三换热器筒体下端的出气口与环形空隙22相通，以保证内外压力平衡。
导管观为水冷壁筒体结构，以对经过导管的高温合成器进行冷却，防止导管在高温下损坏，以延长导管的使用寿命。
壳体3，为承压容器，包裹在甲烷反应器1、换热器2、导管观、筒体21以及水冷壁膨胀节5外。包括位于外侧的承压层31、位于内侧的隔热层33和位于所述承压层31与隔热层33之间的支撑层32 ；支撑层32为龟甲网35通过多个连接杆34焊接在承压层的内壁上而形成，隔热层33为隔热浇注料穿过龟甲网浇铸到承压层31的内壁上而形成；从而使龟甲网35内也填充有隔热浇注料。本实施例中隔热层的厚度为30mm，支承层的厚度为20mm。 壳体的侧壁上设有检修用的人孔36和多个套管孔，套管6插设在各自对应的套管孔内并与套管孔壁焊接连接，套管穿过壳体的侧壁并向外延伸一段距离。
对应于各段换热器的上集箱，在壳体的内周壁上和上集箱之间设有多对凸块4，每对凸块之间均预留有供换热器横向热膨胀的间隙，这些凸块沿壳体内壁均勻布置，本实施例中各段换热器的上集箱与对应的壳体内壁之间设有四对凸块，凸块的数量也可以根据需要增加或减少。本实施例采用凸块来导向限制各段换热器整体上只能轴向位移。
多根进水管道7和多根出水管道8，用于连接各段换热器与外界设备。本实施例中对应于每段换热器设置六根进水管道和六根出水管道；进水管道和出水管道通常设置为 4-8根。其中，各进水管道7并行穿过各自对应的套管6沿换热器的外周壁盘绕设置，最后连接各自的下集箱24。每根进水管与各自对应的套管在套管的外端部焊接连接，进水管道与套管的其余部分间隔有一定的间隙，以备进水管道的热膨胀。
各段换热器通过盘绕在其外的各进水管道和各出水管道悬挂在壳体3内。这样， 在压力壳体内，壳体和换热器这两部分的内件都是独立的，以便在高温运行情况下，换热器可以自由膨胀，以消除热应力。
各出水管道8并行穿过各自对应的套管6沿换热器的外周壁盘绕设置，最后连接各自对应的上集箱23。每根出水管道与各自对应的套管在套管的外端部焊接连接，进水管道与套管的其余部分间隔有一定的间隙，以备进水管道的热膨胀。权利要求
1 一种高温甲烷化装置，包括将合成甲烷的甲烷反应器和对甲烷反应器所排出的气体进行换热的换热器，其中，所述的甲烷化反应器包括触媒层和设置在触媒层下方的气体收集器，所述气体收集器的出口通过导管连接所述换热器的气体通道的入口 ；所述的换热器有多段；其特征在于所述的甲烷反应器和所述的换热器设置在同一个压力容器壳体内；所述导管上设有冷却装置；各段所述换热器的气体通道通过带有冷却装置膨胀节依次串接， 各段换热器的冷却介质通道的两端分别连接各自对应的上集箱和下集箱，各所述的上集箱分别通过多根排出管道与外界连接，各所述的下集箱分别通过多根进入管道与外界设备相连接，各所述的排出管道和各所述的进入管道穿过所述的壳体侧壁盘绕在各自对应的换热器上，各所述的排出管道的出口和各所述的进入管道的入口均外露于所述的壳体外，各段换热器通过各自对应的排出管道和进入管道与所述壳体侧壁之间的连接从而悬挂在所述壳体内，并且各段换热器与所述壳体的侧壁均间隔有间隙；所述换热器气体通道的出口连通所述壳体的出口。
2.根据权利要求1所述的高温甲烷化装置，其特征在于各所述的的排出管道和各所述的进入管道分别通过各自对应的套管内与所述的壳体侧壁相连接，各所述的套管穿插设置在所述壳体的侧壁上并与壳体的侧壁焊接连接，各所述的排出管道和各所述的进入管道分别穿过各自对应的套管与外界设备相连接，并且各所述的的排出管道和各所述的进入管道与各自对应的套管之间间隔有间隙；各排出管道和各进入管道在壳体外与各自对应的套管焊接连接。
3.根据权利要求1或2所述的高温甲烷化装置，其特征在于所述壳体的内壁上和所述的上集箱上分别设有对所述换热器的热膨胀进行垂直导向的多对凸块，每对凸块的两个凸块之间具有一定的间隙，且各对凸块沿所述壳体内壁的周向均勻布置。
4.根据权利要求3所述的高温甲烷化装置，其特征在于所述的壳体包括位于外侧的承压层、位于内侧的隔热层和位于所述承压层与隔热层之间的支撑层；所述的支撑层为龟甲网通过多个连接杆焊接在所述承压层的内壁上而形成，所述的隔热层为隔热浇注料穿过所述的龟甲网浇铸到所述承压层的内壁上而形成；从而使所述龟甲网内也填充有隔热浇注料。
5.根据权利要求4所述的高温甲烷化装置，其特征在于所述隔热层与所述支撑层的厚度之和为40-60mm。
6.根据权利要求5所述的高温甲烷化装置，其特征在于所述的换热器有三段。
7.根据权利要求6所述的高温甲烷化装置，其特征在于所述的换热器为盘管结构或膜式水冷壁结构。
8.根据权利要求1所述的高温甲烷化装置，其特征在于所述的导管为水冷壁筒体结构。
全文摘要
本发明涉及到一种高温甲烷化装置，包括将合成甲烷的甲烷反应器和对甲烷反应器所排出的气体进行换热的换热器；其特征在于所述的甲烷反应器和所述的换热器设置在同一个压力容器壳体内；所述导管上设冷却装置；各段所述换热器的气体通道通过带有冷却装置膨胀节依次串接，各段换热器的冷却介质通道的两端分别连接各自对应的上集箱和下集箱，各段换热器通过各自对应的排出管道和进入管道与所述壳体侧壁之间的连接从而悬挂在所述壳体内，并且各段换热器与所述壳体的侧壁均间隔有间隙；所述换热器气体通道的出口连通所述壳体的出口。本发明将甲烷化反应器和蒸汽发生系统直接连接，蒸汽发生系统中的废锅和过热器一体化设置，采用一体化的型式，解决了产汽和蒸汽过热器选型困难的问题。
文档编号C07C1/10GK102513034SQ20111038716
公开日2012年6月27日 申请日期2011年11月29日 优先权日2011年11月29日
发明者亢万忠, 宋燕, 张丽, 张炜, 李晓黎, 杨宏泉, 王爱平, 章晨晖, 郭文元, 陈央 申请人:中国石化集团宁波工程有限公司, 中国石化集团宁波技术研究院, 中国石油化工股份有限公司