專利名稱：一種自熱—換熱式轉(zhuǎn)化爐爐管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于換熱式轉(zhuǎn)化爐爐管技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及的是一種自熱—換熱式轉(zhuǎn)化爐爐管。這種轉(zhuǎn)化爐爐管即可以用于以天然氣為原料的自熱—換熱式合成氨一段轉(zhuǎn)化爐，也可以用于自熱—換熱式甲醇裝置以及其它烴類加壓蒸汽轉(zhuǎn)化裝置的制氫轉(zhuǎn)化爐中。
背景技術(shù)：
烴類蒸汽轉(zhuǎn)化作為一種工藝生產(chǎn)過程已有數(shù)十年了。傳統(tǒng)的燃燒式轉(zhuǎn)化爐構(gòu)造復(fù)雜，操作要求高，建造費(fèi)用昂貴，轉(zhuǎn)化爐的費(fèi)用占了整個(gè)裝置投資相當(dāng)大一部分。近年來開發(fā)的換熱式轉(zhuǎn)化爐，系通過利用高溫的工藝熱源(二段轉(zhuǎn)化爐出口轉(zhuǎn)化氣或其它高溫氣體介質(zhì))來滿足烴類轉(zhuǎn)化用熱量。與燃燒式轉(zhuǎn)化爐相比，具有熱效率高、節(jié)省投資、節(jié)省燃料等優(yōu)點(diǎn)。
目前，根據(jù)換熱式轉(zhuǎn)化爐的不同，換熱式轉(zhuǎn)化爐爐管有幾種形式。當(dāng)換熱式轉(zhuǎn)化爐為容器式時(shí)，轉(zhuǎn)化爐又稱為轉(zhuǎn)化器，其結(jié)構(gòu)類似于浮頭式換熱器，其爐管形式為刺刀管，安裝方式類似于浮頭換熱器的列管。此種爐型結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高、裝卸催化劑困難、高溫密封和大型化困難。
當(dāng)換熱式轉(zhuǎn)化爐為套管式換熱轉(zhuǎn)化爐時(shí)，轉(zhuǎn)化爐由一系列獨(dú)立的套管式爐管構(gòu)成，套管式爐管為雙套管式結(jié)構(gòu)，內(nèi)管裝填催化劑，原料氣走內(nèi)管，高溫的工藝熱源(二段轉(zhuǎn)化爐出口轉(zhuǎn)化氣或其它高溫氣體介質(zhì))走內(nèi)管與外套管之間的環(huán)隙。原料氣吸收高溫工藝熱源的熱量在催化劑作用下完成轉(zhuǎn)化反應(yīng)生成一段轉(zhuǎn)化氣。此種爐型具有結(jié)構(gòu)簡單、催化劑裝卸方便、容易實(shí)現(xiàn)大型化等特點(diǎn)。中國專利文獻(xiàn)公開的“套管式氣—?dú)鈸Q熱式一段轉(zhuǎn)化爐”專利(ZL02234868.9)，該專利的特征是轉(zhuǎn)化管和外套管之間的膨脹差由波形補(bǔ)償器吸收，內(nèi)外套管之氣體進(jìn)出口均用撓性管與各自的集合管連接。但是，波形補(bǔ)償器用在高溫高壓環(huán)境中并非完全可靠，而且價(jià)格昂貴，另外，外套管之氣體進(jìn)口用撓性管連接也不可靠，通常情況下，二段轉(zhuǎn)化爐出口轉(zhuǎn)化氣溫度在850℃～1050℃之間，而現(xiàn)有工藝水平下的撓性金屬管極限設(shè)計(jì)金屬溫度約為985℃，在轉(zhuǎn)化條件下，其允許的最高使用溫度僅約為870℃，因而存在使用可靠性差的弊端，不能滿足換熱式轉(zhuǎn)化爐長周期運(yùn)行的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種自熱—換熱式轉(zhuǎn)化爐爐管，用于套管式換熱轉(zhuǎn)化爐中，具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、制造容易、可以滿足換熱式轉(zhuǎn)化爐長周期運(yùn)行的要求。
本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)上述目的采取的技術(shù)方案是其主要由轉(zhuǎn)化管、外套管、吸收膨脹管及催化劑構(gòu)成，轉(zhuǎn)化管的中下段位于外套管內(nèi)，其內(nèi)裝填有催化劑，其下端連接有吸收膨脹管，該吸收膨脹管的出口端伸出外套管外，在轉(zhuǎn)化管上設(shè)有原料氣入口管嘴，在外套管上設(shè)有二段轉(zhuǎn)化氣出口管嘴。
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)合理，由于沒有波形補(bǔ)償器，外套管直接與二段轉(zhuǎn)化氣入口集合管連接，結(jié)構(gòu)更簡單，操作更安全。
其特征之一是轉(zhuǎn)化管和外套管之間可以自由膨脹，轉(zhuǎn)化管與外套管之間的膨脹差由內(nèi)部吸收膨脹管吸收。由于轉(zhuǎn)化管和外套管之間的壓差很小，因此內(nèi)部吸收膨脹管承受的壓力很小。一段轉(zhuǎn)化氣的溫度為700℃左右，二段轉(zhuǎn)化爐轉(zhuǎn)化氣入外套管的溫度約為850℃～1050℃，因此，內(nèi)部吸收膨脹管的使用溫度大約在775℃～875℃之間，現(xiàn)有工藝水平下的撓性金屬管完全可以滿足換熱式轉(zhuǎn)化爐長周期運(yùn)行的要求。
特征之二是內(nèi)部吸收膨脹管為螺旋盤管，其中段被彎成螺旋繞環(huán)，通過螺旋繞環(huán)變形吸收來自轉(zhuǎn)化管與外套管之間的膨脹差。根據(jù)計(jì)算，10m左右長的轉(zhuǎn)化爐爐管，其轉(zhuǎn)化管與外套管之間的膨脹差不大于70mm，完全可以由內(nèi)部吸收膨脹管吸收。
特征之三是外套管的二段轉(zhuǎn)化氣入口端為敞口，外套管直接與二段轉(zhuǎn)化氣入口集合管連接，從而避免使用撓性管過渡。因此，更適用于二段轉(zhuǎn)化氣入口溫度超過870℃的情況。事實(shí)上，大多數(shù)情況下，二段轉(zhuǎn)化氣入口溫度都超過了870℃。
本實(shí)用新型的換熱式轉(zhuǎn)化爐爐管的工作原理是具有一定溫度和壓力的原料氣，從原料氣入口管嘴進(jìn)入轉(zhuǎn)化管的上部，由上到下通過轉(zhuǎn)化管內(nèi)的催化劑床層，同時(shí)吸收管外二段轉(zhuǎn)化氣放出的熱量完成轉(zhuǎn)化反應(yīng)生成一段轉(zhuǎn)化氣，一段轉(zhuǎn)化氣通過內(nèi)部吸收膨脹管從轉(zhuǎn)化管內(nèi)導(dǎo)出。高溫二段轉(zhuǎn)化氣從外套管敞口端進(jìn)入轉(zhuǎn)化管和外套管之間形成的環(huán)隙，與原料氣逆向流動(dòng)，為原料氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)提供熱量，換熱后從二段轉(zhuǎn)化氣出口管嘴導(dǎo)出。


附圖1為本實(shí)用新型換熱式轉(zhuǎn)化爐爐管的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖2為本實(shí)用新型使用示意圖。
圖中，1、換熱式轉(zhuǎn)化爐爐管，2、轉(zhuǎn)化管，3、外套管，4、催化劑，5、吸收膨脹管，6、法蘭，7、原料氣入口管嘴，8、二段轉(zhuǎn)化氣出口管嘴，9、催化劑支撐格柵，10、原料氣入口集合管，11、原料氣入口尾管，12、二段轉(zhuǎn)化氣出口集合管，13、二段轉(zhuǎn)化氣出口尾管，14、一段轉(zhuǎn)化氣出口集合管，105、一段轉(zhuǎn)化氣出口尾管，16、二段轉(zhuǎn)化氣入口集合管。
具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖對其結(jié)構(gòu)加以進(jìn)一步說明。
如圖1所示，本實(shí)用新型的轉(zhuǎn)化爐爐管1主要包括轉(zhuǎn)化管2、外套管3、吸收膨脹管5及催化劑4，轉(zhuǎn)化管2的中下段位于外套管3內(nèi)，其內(nèi)裝填有催化劑4，由催化劑支撐格柵9支撐，轉(zhuǎn)化管2的上端口焊接有法蘭6，下端連接有吸收膨脹管5，上部側(cè)壁設(shè)有原料氣入口管嘴7。吸收膨脹管為螺旋盤管，其出口端伸出外套管3，作為一段轉(zhuǎn)化氣出口。外套管3的上端在位于轉(zhuǎn)化管1原料氣入口管嘴7的下方部位與轉(zhuǎn)化管1焊接連接，其上部側(cè)壁設(shè)有二段轉(zhuǎn)化氣出口管嘴8。
本實(shí)用新型在使用時(shí)，(如附圖2所示)具有一定壓力的溫度為500℃～600℃的原料氣，從原料氣入口集合管10通過原料氣入口尾管11由原料氣入口管嘴7進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐爐管1的上部，由上到下通過轉(zhuǎn)化管2內(nèi)的催化劑4床層，同時(shí)吸收轉(zhuǎn)化管2外高溫二段轉(zhuǎn)化氣(950℃～1000℃)放出的熱量進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)，轉(zhuǎn)化后生成的一段轉(zhuǎn)化氣溫度在700℃左右，一段轉(zhuǎn)化氣通過吸收膨脹管5導(dǎo)出后進(jìn)入一段轉(zhuǎn)化氣出口尾管15，最后匯入一段轉(zhuǎn)化氣入口集合管14送到下一個(gè)設(shè)備。轉(zhuǎn)化管2與外套管3受熱后自由膨脹，膨脹差由內(nèi)部吸收膨脹管5吸收。高溫二段轉(zhuǎn)化氣(950℃～1000℃)經(jīng)二段轉(zhuǎn)化氣入口集合管16從外套管3敞口端進(jìn)入轉(zhuǎn)化管2和外套管3之間形成的環(huán)隙，與原料氣逆向流動(dòng)，為原料氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)提供熱量，換熱后從二段轉(zhuǎn)化氣出口管嘴8導(dǎo)出，溫度降至(660℃～700℃)，再通過二段轉(zhuǎn)化氣出口尾管13匯入二段轉(zhuǎn)化氣出口集合管12送到下一個(gè)設(shè)備。
權(quán)利要求1.一種自熱—換熱式轉(zhuǎn)化爐爐管，其主要由轉(zhuǎn)化管(2)、外套管(3)及催化劑(4)構(gòu)成，轉(zhuǎn)化管(2)的中下段位于外套管(3)內(nèi)，其內(nèi)裝填有催化劑(4)，在轉(zhuǎn)化管(2)上設(shè)有原料氣入口管嘴(7)，在外套管(3)上設(shè)有二段轉(zhuǎn)化氣出口管嘴(8)，其特征在于在轉(zhuǎn)化管(2)的下端連接有吸收膨脹管(5)，該吸收膨脹管(5)的出口端伸出外套管(3)作為一段轉(zhuǎn)化氣出口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自熱—換熱式轉(zhuǎn)化爐爐管，其特征在于所述的吸收膨脹管(5)為螺旋盤管。
專利摘要本實(shí)用新型屬于換熱式轉(zhuǎn)化爐爐管技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及的是一種自熱—換熱式轉(zhuǎn)化爐爐管。其主要由轉(zhuǎn)化管(2)、外套管(3)、吸收膨脹管(5)及催化劑(4)構(gòu)成，轉(zhuǎn)化管的下段位于外套管內(nèi)，其內(nèi)裝填有催化劑，其下端連接有吸收膨脹管，該吸收膨脹管的出口端伸出外套管外，在轉(zhuǎn)化管上設(shè)有原料氣入口管嘴(7)，在外套管上設(shè)有二段轉(zhuǎn)化氣出口管嘴(8)。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)合理，由于沒有波形補(bǔ)償器，轉(zhuǎn)化管與外套管之間的膨脹差由內(nèi)部吸收膨脹管吸收，外套管直接與二段轉(zhuǎn)化氣入口集合管連接，因而結(jié)構(gòu)更簡單，操作更安全，可滿足換熱式轉(zhuǎn)化爐長周期運(yùn)行的要求。這種轉(zhuǎn)化爐爐管即可以用于以天然氣為原料的自熱—換熱式合成氨一段轉(zhuǎn)化爐，也可以用于自熱—換熱式甲醇裝置以及其它烴類加壓蒸汽轉(zhuǎn)化裝置的制氫轉(zhuǎn)化爐中。
文檔編號(hào)B01J8/02GK2810737SQ20052003047
公開日2006年8月30日 申請日期2005年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月18日
發(fā)明者王德瑞, 董世達(dá), 田小玲, 龐玉學(xué) 申請人:王德瑞, 董世達(dá), 田小玲, 龐玉學(xué)