專利名稱：換熱式一段轉(zhuǎn)化爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型節(jié)能設(shè)備，換熱式一段轉(zhuǎn)化爐。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)的發(fā)展，人類對(duì)能源的需求越來(lái)越大，許多自然資源越來(lái)越少，節(jié)能降耗 是當(dāng)今世界面臨的主要問(wèn)題之一。我國(guó)已把節(jié)約資源作為基本國(guó)策。發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，保護(hù) 生態(tài)環(huán)境，加速建設(shè)資源節(jié)約型，環(huán)境友好型社會(huì)。為此業(yè)內(nèi)人士對(duì)烴類如天然氣生產(chǎn)氨的 節(jié)能設(shè)備的開發(fā)制造給予了極大的關(guān)注。具體地講，就是利用二段轉(zhuǎn)化的放熱為一段轉(zhuǎn)化 的吸熱提供熱源，最大限度地減小工業(yè)實(shí)際中一般使用火管式方箱轉(zhuǎn)化爐的規(guī)模，從而大 大減少燃料氣體的需求，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。無(wú)論在技術(shù)上還是在經(jīng)濟(jì)上，用于生產(chǎn)氨合 成氣的一段和二段轉(zhuǎn)化的常規(guī)步驟是公知的。根據(jù)最新的觀點(diǎn)，對(duì)于每個(gè)生產(chǎn)氨的裝置，認(rèn) 為這兩步是決定其“原料與燃料”需求的控制步驟，因?yàn)檫@兩步都需要烴類燃燒產(chǎn)生的熱量 進(jìn)行蒸汽與烴類的吸熱反應(yīng)。工業(yè)用一段轉(zhuǎn)化爐一般是由許多直接受火焰加熱轉(zhuǎn)化管的爐 子，它需要消耗大量燃料和占地面積，管中裝有含鎳催化劑，通過(guò)此催化劑，當(dāng)加入蒸汽時(shí)， 大約有60% (體積)的新鮮原料烴轉(zhuǎn)化為氫和碳氧化物。此一段轉(zhuǎn)化氣中還有未反應(yīng)的 蒸汽和剩余的烴類甲烷。從這個(gè)工藝的觀點(diǎn)出發(fā)，一段轉(zhuǎn)化爐是一個(gè)吸熱催化蒸汽轉(zhuǎn)化區(qū)。 一段轉(zhuǎn)化氣被送入二段轉(zhuǎn)化爐，這個(gè)轉(zhuǎn)化爐一般是一個(gè)襯有耐火材料的容器，沒(méi)有外部加 熱裝置，在此容器中裝有含鎳催化劑。在進(jìn)行二段轉(zhuǎn)化時(shí)，一部分一段轉(zhuǎn)化氣和外供空氣進(jìn) 行燃燒供給剩余甲烷與蒸汽進(jìn)行吸熱反應(yīng)的熱量，而空氣也是最終氨合成氣中氮的來(lái)源。 從此工藝的觀點(diǎn)看，二段轉(zhuǎn)化爐是一個(gè)放熱催化蒸汽轉(zhuǎn)化區(qū)，有時(shí)被稱作自熱轉(zhuǎn)化爐。從二 段轉(zhuǎn)化爐中出來(lái)的粗制熱合成氣含有氫、氮、一氧化碳、二氧化碳、未反應(yīng)的蒸汽、剩余的甲 烷和少量惰性氣體，這里的一氧化碳隨后會(huì)轉(zhuǎn)化為氫。在一般情況下，熱合成氣和鍋爐的進(jìn) 料水進(jìn)行熱交換，產(chǎn)生蒸汽供給用于二段轉(zhuǎn)化空氣、合成氣和氨產(chǎn)品回收用冷凍的壓縮裝 置。盡管有這方面的應(yīng)用，專業(yè)人員一直希望使用反應(yīng)/換熱器將二段轉(zhuǎn)化爐出口氣體的 熱量用于一段轉(zhuǎn)化的另一種用途，并借此來(lái)最大限度地減小通常的火管式方箱轉(zhuǎn)化爐的規(guī) 模。理論上講，如果能把足夠數(shù)量的一段轉(zhuǎn)化量移到二段轉(zhuǎn)化器中，使得能夠用從放熱轉(zhuǎn)化 階段得到的熱量平衡掉吸熱轉(zhuǎn)化階段所需要的熱量，就可以把火管爐去掉了。進(jìn)行這樣的 熱平衡實(shí)際上要求在二段轉(zhuǎn)化爐中燃燒更多的烴，因此使用了過(guò)量的空氣，也就需要在以 后除去多余的氮以保證在最終合成氣中達(dá)到預(yù)期的氫/氮比。所以，實(shí)際生產(chǎn)中采用火管 式方箱轉(zhuǎn)化爐和換熱式一段轉(zhuǎn)化爐的雙一段結(jié)構(gòu)，既能保證在最終合成氣中達(dá)到預(yù)期的氫 /氮比，又能避免二段轉(zhuǎn)化爐中燃燒更多的烴，使用過(guò)量的空氣，而在以后除去多余的氮。這 樣來(lái)最大限度地減小通常的火管式方箱轉(zhuǎn)化爐的規(guī)模。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是要提供一種換熱式一段轉(zhuǎn)化爐，它能克服老式產(chǎn)品所存在的缺 陷，本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，換熱式一段轉(zhuǎn)化爐，是由支撐板、氣體分布板、折流板、上管板、支撐圈、轉(zhuǎn)化管、拉桿、定距管、耐熱層、隔熱層、水夾套、豬尾管、集氣室、上升管所組 成，其特征在于在隔熱層的外部設(shè)置有水夾層，在隔熱層的內(nèi)設(shè)置有耐熱層，水夾層和耐 熱層之間采用拉桿連接；在轉(zhuǎn)化爐的上部設(shè)置有一段轉(zhuǎn)化氣出口，其上升管通過(guò)設(shè)置在頂 部的集氣室與豬尾管相通，所述的豬尾管被固定在支撐板上與轉(zhuǎn)化管相連，所述轉(zhuǎn)化管通 過(guò)支撐圈被固定在轉(zhuǎn)化爐內(nèi)，轉(zhuǎn)化管與轉(zhuǎn)化管之間還設(shè)置有折流板，在轉(zhuǎn)化爐側(cè)上部設(shè)置 有二段轉(zhuǎn)化氣進(jìn)口，二段轉(zhuǎn)化氣進(jìn)口爐內(nèi)設(shè)置有氣體分布板；在轉(zhuǎn)化爐側(cè)下部還分別設(shè)置 有二段轉(zhuǎn)化氣出口和原料氣進(jìn)口 ；水夾套的進(jìn)水口設(shè)置在轉(zhuǎn)化爐的上部，出水口設(shè)置在轉(zhuǎn) 化爐的下部。本發(fā)明換熱式一段轉(zhuǎn)化爐的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)為非直接火焰?zhèn)鳠帷Ｋ^一段轉(zhuǎn)化是 指生產(chǎn)工藝中的某段轉(zhuǎn)化，此段轉(zhuǎn)化為吸熱反應(yīng)，而二段轉(zhuǎn)化為放熱反應(yīng)。換熱式一段轉(zhuǎn)化 爐的工作原理即充分利用二段轉(zhuǎn)化放出的熱量來(lái)為一段轉(zhuǎn)化服務(wù)，達(dá)到節(jié)能的目的，可取 代原造氣工藝采用火管式方箱轉(zhuǎn)化爐燃燒天然氣的工藝，具有顯著的節(jié)能和減排效果。其 主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與傳統(tǒng)的火管式方箱轉(zhuǎn)化爐比較具有明顯優(yōu)勢(shì)。


圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖1:支撐板 2:氣體分布板3:折流板，4:上管板5:支撐圈6:轉(zhuǎn)化管 7:拉桿8:定距管9:耐熱層10:隔熱層11:水夾套 12:豬尾管 13:集氣室 14:上升管a:進(jìn)水口b:出水口 C:原料氣進(jìn)口 d: 二段轉(zhuǎn)化氣出口e: 二段轉(zhuǎn)化氣進(jìn)口 f: 一段轉(zhuǎn)化氣出口
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明在圖中，本發(fā)明換熱式一段轉(zhuǎn)化爐，是由支撐板、氣體分布板、折流板、上管板、支 撐圈、轉(zhuǎn)化管、拉桿、定距管、耐熱層、隔熱層、水夾套、豬尾管、集氣室、上升管所組成，其特 征在于在隔熱層的外部設(shè)置有水夾層，在隔熱層的內(nèi)設(shè)置有耐熱層，水夾層和耐熱層之間 采用拉桿連接；在轉(zhuǎn)化爐的上部設(shè)置有一段轉(zhuǎn)化氣出口，其上升管通過(guò)設(shè)置在頂部的集氣 室與豬尾管相通，所述的豬尾管被固定在支撐板上與轉(zhuǎn)化管相連，所述轉(zhuǎn)化管通過(guò)支撐圈 被固定在轉(zhuǎn)化爐內(nèi)，轉(zhuǎn)化管與轉(zhuǎn)化管之間還設(shè)置有折流板，在轉(zhuǎn)化爐側(cè)上部設(shè)置有二段轉(zhuǎn) 化氣進(jìn)口，二段轉(zhuǎn)化氣進(jìn)口爐內(nèi)設(shè)置有氣體分布板；在轉(zhuǎn)化爐側(cè)下部還分別設(shè)置有二段轉(zhuǎn) 化氣出口和原料氣進(jìn)口 ；水夾套的進(jìn)水口設(shè)置在轉(zhuǎn)化爐的上部，出水口設(shè)置在轉(zhuǎn)化爐的下 部。具體實(shí)施時(shí)，原料氣從下部管箱進(jìn)入，均勻分配到裝催化劑的轉(zhuǎn)化管中，吸收管外二段 轉(zhuǎn)化氣提供的熱量，使甲烷進(jìn)行一段轉(zhuǎn)化反應(yīng)，一段轉(zhuǎn)化反應(yīng)的氣體，經(jīng)上部豬尾管匯集于 浮頭集氣室內(nèi)，再經(jīng)上升管流出，進(jìn)行到下一個(gè)設(shè)備二段轉(zhuǎn)化爐內(nèi)甲烷進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，放出的 熱量又從換熱式一段轉(zhuǎn)化爐的上部進(jìn)入殼體，通過(guò)轉(zhuǎn)化管和殼體之間的環(huán)隙，由上而下通 過(guò)向轉(zhuǎn)化管傳熱，以提供管內(nèi)一段轉(zhuǎn)化所需熱量，然后由殼體下部流出。管束是換熱式一 段轉(zhuǎn)化爐的關(guān)鍵部件，是氣體反應(yīng)的主要場(chǎng)所，它由多個(gè)轉(zhuǎn)化管焊接組成。由于爐管工作 溫度高達(dá)960°C，與殼體的膨脹差達(dá)140mm以上，爐管內(nèi)填充催化劑，上升管為空管，爐管之 間及爐管與上升管之間溫度不一致，故存在不同的膨脹差，為解決這一問(wèn)題，設(shè)計(jì)采用浮頭式列管結(jié)構(gòu)，并在每一根轉(zhuǎn)化管上部設(shè)計(jì)有弓型豬尾管以吸收軸向膨脹差。管箱為一承壓殼體，主要材質(zhì)16MnR，殼體內(nèi)壁設(shè)置保溫釘、耐熱襯里及隔熱襯里，以減少熱損失及保護(hù)筒 體。(1)殼程內(nèi)保溫隔熱至關(guān)重要，為減少熱損失，提高熱效率，確保轉(zhuǎn)化氣出口殘余甲烷達(dá) 到設(shè)計(jì)要求是一段轉(zhuǎn)化爐的關(guān)鍵，保溫采用耐火層和隔熱層雙層襯里，筑爐要求很嚴(yán)，既保 證管束順利吊入，又要防止間隙過(guò)大而導(dǎo)致熱短路，故采用專用模具筑爐。(2)為保證殼體 溫度不超過(guò)設(shè)計(jì)溫度，防止內(nèi)保溫可能產(chǎn)生裂紋而導(dǎo)致殼壁超溫。在殼體外壁設(shè)有水夾套 進(jìn)行二次保護(hù)，水夾套通常為常壓，材質(zhì)采用Q235A。本發(fā)明換熱式一段轉(zhuǎn)化爐的目的是將 放熱催化轉(zhuǎn)化取得的熱量用于吸熱催化轉(zhuǎn)化。最大限度地減小工業(yè)實(shí)際中一般使用火管式 方箱轉(zhuǎn)化爐的規(guī)模，從而大大減少燃料氣體的需求和煙氣的排放，達(dá)到節(jié)能降耗和減排的 目的。
權(quán)利要求
1.換熱式一段轉(zhuǎn)化爐，是由支撐板、氣體分布板、折流板、上管板、支撐圈、轉(zhuǎn)化管、拉 桿、定距管、耐熱層、隔熱層、水夾套、豬尾管、集氣室、上升管所組成，其特征在于在隔熱層 的外部設(shè)置有水夾層，在隔熱層的內(nèi)設(shè)置有耐熱層，水夾層和耐熱層之間采用拉桿連接；在 轉(zhuǎn)化爐的上部設(shè)置有一段轉(zhuǎn)化氣出口，其上升管通過(guò)設(shè)置在頂部的集氣室與豬尾管相通， 所述的豬尾管被固定在支撐板上與轉(zhuǎn)化管相連，所述轉(zhuǎn)化管通支撐圈被固定在轉(zhuǎn)化爐內(nèi)， 轉(zhuǎn)化管與轉(zhuǎn)化管之間還設(shè)置有折流板，在轉(zhuǎn)化爐側(cè)上部設(shè)置有二段轉(zhuǎn)化氣進(jìn)口，二段轉(zhuǎn)化 氣進(jìn)口爐內(nèi)設(shè)置有氣體分布板；在轉(zhuǎn)化爐側(cè)下部還分別設(shè)置有二段轉(zhuǎn)化氣出口和原料氣進(jìn) 口 ；水夾套的進(jìn)水口設(shè)置在轉(zhuǎn)化爐的上部，出水口設(shè)置在轉(zhuǎn)化爐的下部。
全文摘要
本發(fā)明涉及到換熱式一段轉(zhuǎn)化爐，它是由支撐板、氣體分布板、折流板、上管板、支撐圈、轉(zhuǎn)化管、拉桿、定距管、耐熱層、隔熱層、水夾套、豬尾管、集氣室、上升管所組成，通過(guò)在隔熱層的外部設(shè)置有水夾層，在隔熱層的內(nèi)設(shè)置有耐熱層，水夾層和耐熱層之間采用拉桿連接；在轉(zhuǎn)化爐的上部設(shè)置有一段轉(zhuǎn)化氣出口，其上升管通過(guò)設(shè)置在頂部的集氣室與豬尾管相通，所述的豬尾管被固定在支撐板上與轉(zhuǎn)化管相連，所述轉(zhuǎn)化管通支撐圈被固定在轉(zhuǎn)化爐內(nèi)的方法，可以充分地利用二段轉(zhuǎn)化放出的熱量來(lái)為一段轉(zhuǎn)化服務(wù)，達(dá)到節(jié)能的目的。
文檔編號(hào)C01B3/48GK102101649SQ20091025869
公開日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2009年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月17日
發(fā)明者余炎 申請(qǐng)人:江蘇雙勤民生冶化設(shè)備制造有限公司