CN204122092U - 套管型换热式转化炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种套管型换热式转化炉。本实用新型套管型换热式转化炉，包括：内套管、外套管、集气管、管状螺旋圈、支座以及翅片；其中，外套管套在内套管外侧且外套管和内套管之间形成环形空间，管状螺旋圈设置在内套管的内壁上，翅片设置在内套管的外壁上，支座设置在内套管、以及外套管的底部，集气管设置在支座的下方且与内套管连通；外套管的侧壁上部开设有进气口，外套管的侧壁下部开设有出气口，内套管的顶部呈90度弯曲且穿过外套管的侧壁。本实用新型提高换热式转化炉的甲烷转化效率。

Description

套管型换热式转化炉

技术领域

本实用新型涉及石油化工技术，尤其涉及一种套管型换热式转化炉。

背景技术

换热式转化工艺是一种节气节能的先进工艺，上世纪九十年代中期，我国化工行业首先成功开发出以烃类气为原料年产15000吨合成氨的换热式转化工艺，实践证明，该工艺节气效果显著。实现换热式转化工艺过程的关键设备是换热式转化炉，其主要功能就是在烃类原料气中加入水蒸汽，使烃类气中的甲烷在催化剂的作用下，进行转化反应，此反应是吸热反应。最早使用的换热式转化炉，无论是国内还是国外，都是采用管壳式结构，属压力容器范畴。

专利号为201120045196.8的专利《换热式转化炉》中提供了一种换热式转化炉，不属于压力容器范畴，已成功运用在以烃类气为原料的合成氨和甲醇的工厂，取得了良好的经济效益和社会效益。

但是，这种换热式转化炉催化剂是装在内套管中，高温气体都是走管间，而管间的高温二段气不可避免地要向管外大气散热，在相同保温厚度的情况下，温度越高散热损失越大，对管内甲烷转化是极为不利的。另外，催化剂装在内管中，内管的管径又不能太大，否则传热半径太大，催化剂床层中心温度升不上去，甲烷转化率会降低，所以催化剂的装量因管径小而减少，要满足一定生产规模催化剂的装量，就必须增加转化管的数量，增大了投资，也增加了产品成本，降低了企业的经济效益。

实用新型内容

本实用新型提供一种套管型换热式转化炉，以提高换热式转化炉的甲烷转化效率。

本实用新型提供一种套管型换热式转化炉，包括：内套管、外套管、集气管、管状螺旋圈、支座以及翅片；

其中，所述外套管套在所述内套管外侧且所述外套管和所述内套管之间形成环形空间，所述管状螺旋圈设置在所述内套管的内壁上，所述翅片设置在所述内套管的外壁上，所述支座设置在所述内套管、以及所述外套管的底部，所述集气管设置在所述支座的下方且与所述内套管连通；

所述外套管的侧壁上部开设有进气口，所述外套管的侧壁下部开设有出气口，所述内套管的顶部呈90度弯曲且穿过所述外套管的侧壁；

所述进气口用于提供原料气进入所述环形空间的接口，所述出气口用于提供转化后的一段转化气流出所述环形空间的接口，所述集气管用于提供高温二段转化气进入所述内套管的接口，所述内套管的顶端用于提供降温后的所述二段转化气流出的接口。

进一步的，所述集气管的内侧设置有耐火混凝土层，且所述集气管的外侧设置有冷却水夹套。

进一步的，所述集气管与所述内套管通过焊接直接连通；或者，所述集气管通过连接短管与所述内套管连通。

进一步的，在所述进气口的下方，所述外套管的侧壁向外呈现半圆状凸起，形成膨胀节。

进一步的，所述翅片的数量为6个或者8个。

进一步的，所述环形空间内装填有催化剂。

进一步的，所述内套管的直径为60×5毫米～76×6毫米，所述内套管的长度为7500毫米～11500毫米；所述外套管的直径为150×10毫米～160×11毫米，所述外套管的长度为8000毫米～12000毫米。

本实用新型套管型换热式转化炉，原料气由原来走内套管内，改为走内套管和外套管之间的环形空间，因为高温二段转化气比原料气的温度高，在相同保温厚度的情况下，热损降低约20％，更有利于环形空间内的甲烷转化。在内套管内设置管状螺旋圈，改变了内套管内二段转化气的流动状态，提高内套管内的给热系数，也有利于甲烷转化。催化剂装填在内套管和外套管之间的环形空间中，而不是装在内套管中，与现有技术中相同规格的内、外套管相比较，催化剂的装填量可以增加50％以上，因此，在相同生产规模的前提下，可以减少套管型换热式转化炉的管道数量，降低设备投资。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实用新型或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型套管型换热式转化炉的一个结构示意图；

图2为本实用新型套管型换热式转化炉A-A’剖面的一个结构示意图；

图3为本实用新型套管型换热式转化炉A-A’剖面的另一个结构示意图；

图4为本实用新型套管型换热式转化炉的另一个结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型套管型换热式转化炉的一个结构示意图，如图1所示，该套管型换热式转化炉可以包括：内套管1、外套管2、集气管3、管状螺旋圈4、支座5以及翅片(图1中未示出)；其中，外套管2套在内套管1外侧且外套管2和内套管1之间形成环形空间6，管状螺旋圈4设置在内套管1的内壁上，翅片设置在内套管1的外壁上，支座5设置在内套管1、以及外套管2的底部，集气管3设置在支座5的下方且与内套管1连通；外套管2的侧壁上部开设有进气口7，外套管2的侧壁下部开设有出气口8，内套管1的顶部呈90度弯曲且穿过外套管2的侧壁；进气口7用于提供原料气进入环形空间的接口，出气口8用于提供转化后的一段转化气流出环形空间的接口，集气管3用于提供高温二段转化气进入内套管的接口，内套管1的顶端9用于提供降温后的二段转化气流出的接口。环形空间6内装填有催化剂10。

举例说明上述套管型换热式转化炉的工作过程：以烃类气作为原料气，该原料气的压力为1.0兆帕(MPa)～5.0MPa，温度为450摄氏度(℃)～650℃，原料气从进气口7进入内套管1与外套管2之间的环形空间6，原料气由上而下经过催化剂10，并吸收内套管1中高温二段转化气的热量，进行甲烷转化，经过甲烷转化的气体即为一段转化气，一段转化气从出气口8流出，此时原料气中的甲烷含量降至15％～30％，并进入下一设备。上述高温二段转化气的压力为1.0MPa～5.0MPa，温度为850℃～1010℃，高温二段转化气进入集气管3，被均匀分配到各内套管1中，再由下向上流动，为环形空间6中的的原料气提供进行甲烷转化所需的热量，然后二段转化气的温度降至650℃～750℃，从内套管1的顶端9流出。

本实用新型中原料气由原来走内套管1内，改为走内套管1和外套管2之间的环形空间6，因为高温二段转化气比原料气的温度高，在相同保温厚度的情况下，热损降低约20％，更有利于环形空间6内的甲烷转化。在内套管1内设置管状螺旋圈4，改变了内套管1内二段转化气的流动状态，提高内套管1内的给热系数，也有利于甲烷转化。催化剂10装填在内套管1和外套管2之间的环形空间6中，而不是装在内套管1中，与现有技术中相同规格的内、外套管相比较，催化剂10的装填量可以增加50％以上，因此，在相同生产规模的前提下，可以减少套管型换热式转化炉的管道数量，降低设备投资。

进一步的，如图1所示，集气管3的内侧设置有耐火混凝土层11，且集气管3的外侧设置有冷却水夹套12。

集气管3采用“冷壁”结构，即在内侧设置耐火混凝土层11，降低集气管3的管壁温度；外侧设置冷却水夹套12，确保集气管3安全可靠。由于集气管3的管壁温度较低，约120℃左右，所以热膨胀量比“热壁”管大大减少，从而使套管型换热式转化炉的管道相关部件的应力水平大大降低，更加安全可靠。

进一步的，如图1所示，在进气口7的下方，外套管2的侧壁向外呈现半圆状凸起，形成膨胀节13。

优选的，内套管1的直径为60×5毫米～76×6毫米，内套管1的长度为7500毫米～11500毫米；外套管2的直径为150×10毫米～160×11毫米，外套管2的长度为8000毫米～12000毫米。

由于低温原料气走环形空间6，所以内套管1和外套管2的重量减少约20％，外套管2的材料要求也降低，不需要HP-Nb，只要用HK-40就可以了，从而节省投资。

图2为本实用新型套管型换热式转化炉A-A’剖面的一个结构示意图，图3为本实用新型套管型换热式转化炉A-A’剖面的另一个结构示意图，图2和图3均为沿图1中的A-A’剖线的俯视结构示意图，如图2所示，在内套管1的外壁上均匀地设置有8个翅片14，如图3所示，在内套管1的外壁上均匀地设置有6个翅片14。通过翅片14增加了内套管1内外的换热面积，降低了内套管1的外壁表面的热强度，有利于甲烷转化。

图4为本实用新型套管型换热式转化炉的另一个结构示意图，图4与图1所示的结构示意图基本类似，区别在于，图1中集气管3与内套管1通过焊接直接连通；图4中集气管3通过连接短管15与内套管1连通。

集气管3的两种连接方式，都不允许内套管1向下膨胀，而只能向上膨胀。图1所示的连接方式由于内套管1直接与集气管3相焊接，所以就省去了集气管的猪尾管；图4所示的连接方式是内套管1通过一根连接短管15与集气管3相连接，这样可以布置更多的内套管1。

根据生产规模的需要，配置相应数量的套管型换热式转化炉套管，该数量可以为数十个，甚至是数百个，通过上述部署方式部署这些套管，可满足生产规模大型化的需求。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种套管型换热式转化炉，其特征在于，包括：内套管、外套管、集气管、管状螺旋圈、支座以及翅片；

其中，所述外套管套在所述内套管外侧且所述外套管和所述内套管之间形成环形空间，所述管状螺旋圈设置在所述内套管的内壁上，所述翅片设置在所述内套管的外壁上，所述支座设置在所述内套管、以及所述外套管的底部，所述集气管设置在所述支座的下方且与所述内套管连通；

所述外套管的侧壁上部开设有进气口，所述外套管的侧壁下部开设有出气口，所述内套管的顶部呈90度弯曲且穿过所述外套管的侧壁；

所述进气口用于提供原料气进入所述环形空间的接口，所述出气口用于提供转化后的一段转化气流出所述环形空间的接口，所述集气管用于提供高温二段转化气进入所述内套管的接口，所述内套管的顶端用于提供降温后的所述二段转化气流出的接口。

2.根据权利要求1所述的转化炉，其特征在于，所述集气管的内侧设置有耐火混凝土层，且所述集气管的外侧设置有冷却水夹套。

3.根据权利要求1所述的转化炉，其特征在于，所述集气管与所述内套管通过焊接直接连通；或者，所述集气管通过连接短管与所述内套管连通。

4.根据权利要求1所述的转化炉，其特征在于，在所述进气口的下方，所述外套管的侧壁向外呈现半圆状凸起，形成膨胀节。

5.根据权利要求1所述的转化炉，其特征在于，所述翅片的数量为6个或者8个。

6.根据权利要求1所述的转化炉，其特征在于，所述环形空间内装填有催化剂。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的转化炉，其特征在于，所述内套管的直径为60×5毫米～76×6毫米，所述内套管的长度为7500毫米～11500毫米；所述外套管的直径为150×10毫米～160×11毫米，所述外套管的长度为8000毫米～12000毫米。