專利名稱：一種高溫甲烷化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到化工設(shè)備領(lǐng)域，具體指一種高溫甲烷化裝置。
技術(shù)背景
高溫甲烷化反應(yīng)在工程中的應(yīng)用，核心技術(shù)之一就是要解決高CO含量和快速反應(yīng)帶來的大量反應(yīng)熱的移出和回收問題，也就是反應(yīng)熱的綜合利用?，F(xiàn)有技術(shù)中甲烷合成反應(yīng)器與蒸汽發(fā)生器、廢鍋和過熱器等分別設(shè)置，這樣設(shè)置帶來兩個(gè)問題一是反應(yīng)氣溫度高達(dá)600°C以上，若將過熱器放在廢鍋之前，可副產(chǎn)高壓蒸汽，但由于溫度壓力較高，蒸汽過熱器的選型和制造很難實(shí)現(xiàn)。因此，通常將蒸汽過熱器放在廢鍋之后，這樣的流程設(shè)置往往導(dǎo)致蒸汽過熱度不足，或只能副產(chǎn)過熱中壓蒸汽，造成工藝氣的高溫余熱不能得到很好地利用，工藝流程設(shè)置不盡合理。二是甲烷化反應(yīng)器和蒸汽過熱器、廢鍋之間的連接采用通常的工藝管道很難保證連接的可靠性和安全性，即使采用管道連接，對(duì)管道的材質(zhì)和連接結(jié)構(gòu)有著嚴(yán)格并苛刻的要求，工程投資費(fèi)用高。三是現(xiàn)有的工藝裝置，設(shè)備占地面積相對(duì)較大。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀提供一種副產(chǎn)高品質(zhì)蒸汽的甲烷化反應(yīng)器與蒸汽過熱器和廢鍋一體設(shè)計(jì)的高溫甲烷化裝置，以降低設(shè)備選型和制造的難度，從而降低投資費(fèi)用，減少設(shè)備占地面積。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為該高溫甲烷化裝置，包括將合成甲烷的甲烷反應(yīng)器和對(duì)甲烷反應(yīng)器所排出的氣體進(jìn)行換熱的換熱器，其中，所述的甲烷化反應(yīng)器包括觸媒層和設(shè)置在觸媒層下方的氣體收集器，所述氣體收集器的出口通過導(dǎo)管連接所述換熱器的氣體通道的入口 ；所述的換熱器有多段；其特征在于所述的甲烷反應(yīng)器和所述的換熱器設(shè)置在同一個(gè)壓力容器殼體內(nèi)；所述導(dǎo)管上設(shè)有冷卻裝置，較好的，所述導(dǎo)管可以采用筒體水冷壁結(jié)構(gòu)；各段所述換熱器的氣體通道通過帶有冷卻裝置膨脹節(jié)依次串接，各段換熱器的冷卻介質(zhì)通道的兩端分別連接各自對(duì)應(yīng)的上集箱和下集箱，各所述的上集箱分別通過多根排出管道與外界連接，各所述的下集箱分別通過多根進(jìn)入管道與外界設(shè)備相連接，各所述的排出管道和各所述的進(jìn)入管道穿過所述的殼體側(cè)壁盤繞在各自對(duì)應(yīng)的換熱器上，各所述的排出管道的出口和各所述的進(jìn)入管道的入口均外露于所述的殼體外， 各段換熱器通過各自對(duì)應(yīng)的排出管道和進(jìn)入管道與所述殼體側(cè)壁之間的連接從而懸掛在所述殼體內(nèi)，并且各段換熱器與所述殼體的側(cè)壁均間隔有間隙；所述換熱器氣體通道的出口連通所述殼體的出口。
各所述的的排出管道和各所述的進(jìn)入管道分別通過各自對(duì)應(yīng)的套管內(nèi)與所述的殼體側(cè)壁相連接，各所述的套管穿插設(shè)置在所述殼體的側(cè)壁上并與殼體的側(cè)壁焊接連接， 各所述的排出管道和各所述的進(jìn)入管道分別穿過各自對(duì)應(yīng)的套管與外界設(shè)備相連接，并且各所述的的排出管道和各所述的進(jìn)入管道與各自對(duì)應(yīng)的套管之間間隔有間隙；各排出管道和各進(jìn)入管道在殼體外與各自對(duì)應(yīng)的套管焊接連接。
所述殼體的內(nèi)壁上和所述的上集箱上分別設(shè)有對(duì)所述換熱器的熱膨脹進(jìn)行垂直導(dǎo)向的多對(duì)凸塊，每對(duì)凸塊的兩個(gè)凸塊之間具有一定的間隙，且各對(duì)凸塊沿所述殼體內(nèi)壁的周向均勻布置。
所述的殼體包括位于外側(cè)的承壓層、位于內(nèi)側(cè)的隔熱層和位于所述承壓層與隔熱層之間的支撐層；所述的支撐層為龜甲網(wǎng)通過多個(gè)連接桿焊接在所述承壓層的內(nèi)壁上而形成，所述的隔熱層為隔熱澆注料穿過所述的龜甲網(wǎng)澆鑄到所述承壓層的內(nèi)壁上而形成；從而使所述龜甲網(wǎng)內(nèi)也填充有隔熱澆注料。
所述隔熱層與所述支撐層的厚度之和為40_60mm。
所述的換熱器有三段。
所述的換熱器為盤管結(jié)構(gòu)或膜式水冷壁結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)有技術(shù)中，高溫甲烷化反應(yīng)器和高溫產(chǎn)品氣的廢熱回收單元是分離的，這就帶來了下述問題一是廢鍋設(shè)備的制造非常困難，且由于產(chǎn)品氣的溫度非常高，造成了廢鍋與甲烷化反應(yīng)器之間的連接非常困難，設(shè)備之間管道的連接、選材也非常困難。二是由于廢鍋選材和施工上的困難很容易造成在裝置的運(yùn)行中發(fā)生泄漏等危險(xiǎn)事故，給生產(chǎn)操作的安全帶來隱患。三是考慮到高溫設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造、安裝等工程實(shí)施的困難，在很多的高溫甲烷化工藝中僅利用高溫產(chǎn)品氣副產(chǎn)中壓蒸汽或低壓蒸汽，而不是高壓蒸汽，使得裝置的能量利用和能效水平比較低。四是現(xiàn)有的高溫甲烷化反應(yīng)器與廢鍋分離設(shè)置的工藝占地面積相對(duì)較大。本發(fā)明采用不同的高溫甲烷化工藝和一體化集成的反應(yīng)器來解決上述問題。將甲烷化反應(yīng)器和蒸汽發(fā)生系統(tǒng)直接連接，蒸汽發(fā)生系統(tǒng)中的廢鍋和過熱器一體化設(shè)置，采用一體化的型式，解決了產(chǎn)汽和蒸汽過熱器選型困難的問題。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例剖視結(jié)構(gòu)的平面示意圖2為本發(fā)明實(shí)施例中殼體壁的剖視結(jié)構(gòu)示意圖3為圖2的左視圖4為本發(fā)明實(shí)施例中冷媒管道與殼體側(cè)壁之間的連接結(jié)構(gòu)示意圖5為發(fā)明實(shí)施例中換熱器(盤管結(jié)構(gòu))的放大圖6為圖5中A部分的局部放大圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
如圖1至圖6所示，該高溫甲烷化裝置包括
甲烷反應(yīng)器1，主要包括兩部分，即觸媒層11和設(shè)置在觸媒層11下方的氣體收集器12。本實(shí)施例中的甲烷化反應(yīng)器為立式圓筒形容器，殼壁敷耐火隔熱襯里，中部裝填觸媒，工藝氣從頂部進(jìn)入經(jīng)觸媒反應(yīng)后進(jìn)入底部氣體收集器12再進(jìn)入導(dǎo)管觀。甲烷反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)為現(xiàn)有技術(shù)。
換熱器2，為立式結(jié)構(gòu)，有三段，本實(shí)施例中的各段換熱器均采用膜式水冷壁結(jié)構(gòu)， 其包括用于供熱媒即工藝氣通過的筒體21、間隔設(shè)置在筒體21內(nèi)的各層水冷壁和與各層4水冷壁中的水冷管的兩端口相連接的上集箱23和下集箱M。所述的筒體對(duì)應(yīng)于三段換熱器也設(shè)置有三段，并且各段筒體之間采用水冷壁膨脹節(jié)相連接。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的需要，導(dǎo)管觀可以連接最上端的換熱器，也可以連接最下端的換熱器。本實(shí)施例選用后者。位于下方的第一換熱器25通過水平設(shè)置的導(dǎo)管觀與氣體收集器12的氣體出口相連接。第一換熱器25、第二換熱器沈和第三換熱器27的筒體通過水冷壁膨脹節(jié)5依次連接在一起。各段換熱器的筒體之間通過水冷壁膨脹節(jié)5依次串接。第三換熱器27的筒體的上端設(shè)有出氣口四連通設(shè)置在下述殼體底部的出氣口 37。
本實(shí)施例中，從第一換熱器至第三換熱器依次集合了過熱器、中壓廢鍋和低壓廢鍋的功能，各段結(jié)構(gòu)相同，采用多層同心水冷壁增大換熱面積，工藝氣從水冷壁之間的環(huán)隙通過與下述進(jìn)入管道內(nèi)的介質(zhì)進(jìn)行對(duì)流換熱。換熱器內(nèi)的整體水冷壁與殼體之間預(yù)留環(huán)形空隙22，以方便布置水冷壁及各廢鍋進(jìn)出水管、上、下集箱，另外也方便人員進(jìn)行安裝檢修。 并且第三換熱器筒體下端的出氣口與環(huán)形空隙22相通，以保證內(nèi)外壓力平衡。
導(dǎo)管觀為水冷壁筒體結(jié)構(gòu)，以對(duì)經(jīng)過導(dǎo)管的高溫合成器進(jìn)行冷卻，防止導(dǎo)管在高溫下?lián)p壞，以延長導(dǎo)管的使用壽命。
殼體3，為承壓容器，包裹在甲烷反應(yīng)器1、換熱器2、導(dǎo)管觀、筒體21以及水冷壁膨脹節(jié)5外。包括位于外側(cè)的承壓層31、位于內(nèi)側(cè)的隔熱層33和位于所述承壓層31與隔熱層33之間的支撐層32 ；支撐層32為龜甲網(wǎng)35通過多個(gè)連接桿34焊接在承壓層的內(nèi)壁上而形成，隔熱層33為隔熱澆注料穿過龜甲網(wǎng)澆鑄到承壓層31的內(nèi)壁上而形成；從而使龜甲網(wǎng)35內(nèi)也填充有隔熱澆注料。本實(shí)施例中隔熱層的厚度為30mm，支承層的厚度為20mm。 殼體的側(cè)壁上設(shè)有檢修用的人孔36和多個(gè)套管孔，套管6插設(shè)在各自對(duì)應(yīng)的套管孔內(nèi)并與套管孔壁焊接連接，套管穿過殼體的側(cè)壁并向外延伸一段距離。
對(duì)應(yīng)于各段換熱器的上集箱，在殼體的內(nèi)周壁上和上集箱之間設(shè)有多對(duì)凸塊4，每對(duì)凸塊之間均預(yù)留有供換熱器橫向熱膨脹的間隙，這些凸塊沿殼體內(nèi)壁均勻布置，本實(shí)施例中各段換熱器的上集箱與對(duì)應(yīng)的殼體內(nèi)壁之間設(shè)有四對(duì)凸塊，凸塊的數(shù)量也可以根據(jù)需要增加或減少。本實(shí)施例采用凸塊來導(dǎo)向限制各段換熱器整體上只能軸向位移。
多根進(jìn)水管道7和多根出水管道8，用于連接各段換熱器與外界設(shè)備。本實(shí)施例中對(duì)應(yīng)于每段換熱器設(shè)置六根進(jìn)水管道和六根出水管道；進(jìn)水管道和出水管道通常設(shè)置為 4-8根。其中，各進(jìn)水管道7并行穿過各自對(duì)應(yīng)的套管6沿?fù)Q熱器的外周壁盤繞設(shè)置，最后連接各自的下集箱24。每根進(jìn)水管與各自對(duì)應(yīng)的套管在套管的外端部焊接連接，進(jìn)水管道與套管的其余部分間隔有一定的間隙，以備進(jìn)水管道的熱膨脹。
各段換熱器通過盤繞在其外的各進(jìn)水管道和各出水管道懸掛在殼體3內(nèi)。這樣， 在壓力殼體內(nèi)，殼體和換熱器這兩部分的內(nèi)件都是獨(dú)立的，以便在高溫運(yùn)行情況下，換熱器可以自由膨脹，以消除熱應(yīng)力。
各出水管道8并行穿過各自對(duì)應(yīng)的套管6沿?fù)Q熱器的外周壁盤繞設(shè)置，最后連接各自對(duì)應(yīng)的上集箱23。每根出水管道與各自對(duì)應(yīng)的套管在套管的外端部焊接連接，進(jìn)水管道與套管的其余部分間隔有一定的間隙，以備進(jìn)水管道的熱膨脹。權(quán)利要求
1 一種高溫甲烷化裝置，包括將合成甲烷的甲烷反應(yīng)器和對(duì)甲烷反應(yīng)器所排出的氣體進(jìn)行換熱的換熱器，其中，所述的甲烷化反應(yīng)器包括觸媒層和設(shè)置在觸媒層下方的氣體收集器，所述氣體收集器的出口通過導(dǎo)管連接所述換熱器的氣體通道的入口 ；所述的換熱器有多段；其特征在于所述的甲烷反應(yīng)器和所述的換熱器設(shè)置在同一個(gè)壓力容器殼體內(nèi)；所述導(dǎo)管上設(shè)有冷卻裝置；各段所述換熱器的氣體通道通過帶有冷卻裝置膨脹節(jié)依次串接， 各段換熱器的冷卻介質(zhì)通道的兩端分別連接各自對(duì)應(yīng)的上集箱和下集箱，各所述的上集箱分別通過多根排出管道與外界連接，各所述的下集箱分別通過多根進(jìn)入管道與外界設(shè)備相連接，各所述的排出管道和各所述的進(jìn)入管道穿過所述的殼體側(cè)壁盤繞在各自對(duì)應(yīng)的換熱器上，各所述的排出管道的出口和各所述的進(jìn)入管道的入口均外露于所述的殼體外，各段換熱器通過各自對(duì)應(yīng)的排出管道和進(jìn)入管道與所述殼體側(cè)壁之間的連接從而懸掛在所述殼體內(nèi)，并且各段換熱器與所述殼體的側(cè)壁均間隔有間隙；所述換熱器氣體通道的出口連通所述殼體的出口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫甲烷化裝置，其特征在于各所述的的排出管道和各所述的進(jìn)入管道分別通過各自對(duì)應(yīng)的套管內(nèi)與所述的殼體側(cè)壁相連接，各所述的套管穿插設(shè)置在所述殼體的側(cè)壁上并與殼體的側(cè)壁焊接連接，各所述的排出管道和各所述的進(jìn)入管道分別穿過各自對(duì)應(yīng)的套管與外界設(shè)備相連接，并且各所述的的排出管道和各所述的進(jìn)入管道與各自對(duì)應(yīng)的套管之間間隔有間隙；各排出管道和各進(jìn)入管道在殼體外與各自對(duì)應(yīng)的套管焊接連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高溫甲烷化裝置，其特征在于所述殼體的內(nèi)壁上和所述的上集箱上分別設(shè)有對(duì)所述換熱器的熱膨脹進(jìn)行垂直導(dǎo)向的多對(duì)凸塊，每對(duì)凸塊的兩個(gè)凸塊之間具有一定的間隙，且各對(duì)凸塊沿所述殼體內(nèi)壁的周向均勻布置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高溫甲烷化裝置，其特征在于所述的殼體包括位于外側(cè)的承壓層、位于內(nèi)側(cè)的隔熱層和位于所述承壓層與隔熱層之間的支撐層；所述的支撐層為龜甲網(wǎng)通過多個(gè)連接桿焊接在所述承壓層的內(nèi)壁上而形成，所述的隔熱層為隔熱澆注料穿過所述的龜甲網(wǎng)澆鑄到所述承壓層的內(nèi)壁上而形成；從而使所述龜甲網(wǎng)內(nèi)也填充有隔熱澆注料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高溫甲烷化裝置，其特征在于所述隔熱層與所述支撐層的厚度之和為40-60mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高溫甲烷化裝置，其特征在于所述的換熱器有三段。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高溫甲烷化裝置，其特征在于所述的換熱器為盤管結(jié)構(gòu)或膜式水冷壁結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫甲烷化裝置，其特征在于所述的導(dǎo)管為水冷壁筒體結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及到一種高溫甲烷化裝置，包括將合成甲烷的甲烷反應(yīng)器和對(duì)甲烷反應(yīng)器所排出的氣體進(jìn)行換熱的換熱器；其特征在于所述的甲烷反應(yīng)器和所述的換熱器設(shè)置在同一個(gè)壓力容器殼體內(nèi)；所述導(dǎo)管上設(shè)冷卻裝置；各段所述換熱器的氣體通道通過帶有冷卻裝置膨脹節(jié)依次串接，各段換熱器的冷卻介質(zhì)通道的兩端分別連接各自對(duì)應(yīng)的上集箱和下集箱，各段換熱器通過各自對(duì)應(yīng)的排出管道和進(jìn)入管道與所述殼體側(cè)壁之間的連接從而懸掛在所述殼體內(nèi)，并且各段換熱器與所述殼體的側(cè)壁均間隔有間隙；所述換熱器氣體通道的出口連通所述殼體的出口。本發(fā)明將甲烷化反應(yīng)器和蒸汽發(fā)生系統(tǒng)直接連接，蒸汽發(fā)生系統(tǒng)中的廢鍋和過熱器一體化設(shè)置，采用一體化的型式，解決了產(chǎn)汽和蒸汽過熱器選型困難的問題。
文檔編號(hào)C07C1/10GK102513034SQ20111038716
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月29日
發(fā)明者亢萬忠, 宋燕, 張麗, 張煒, 李曉黎, 楊宏泉, 王愛平, 章晨暉, 郭文元, 陳央 申請(qǐng)人:中國石化集團(tuán)寧波工程有限公司, 中國石化集團(tuán)寧波技術(shù)研究院, 中國石油化工股份有限公司