国内外各类低压甲醇塔等温变换炉结构

来自汽包的不饱和水自等温变换反应器下部进水管进入等温变换反应器，再经进下部大环管、分配管分配至各换热管内与反应气体换热，然后通过上环管或集水箱收集后经出水管去汽包，在汽包中分离出蒸汽去蒸汽缓冲器参加变换反应或外送其它工序使用，分离下来的水从汽包下部再次进入等温变换反应器参与下一循环。

（1）具有最合理操作温度曲线：该类型等温变换反应器采用单根换热管为移热单元，每一单元（换热管）换热面积小，通过调整布管数量很容易实现单位体积催化剂内换热面的调整，可以根据不同水煤气或半水煤气设计不同的合理操作温度曲线。

（2）内件与外筒分开设计、便于检修和催化剂自卸：该等温变换反应器由承压外筒和内件组成，内件为一整体结构，可以单独吊装，不仅利于催化剂装填和自卸，也利于设备检修。

（3）换热管上下端分水箱、集水箱均为还管结构适用装置大型化：该等温变换反应器换热管上端及下端全部采用还管结构的联箱结构，联箱的环管组数可以根据设备规格不同设置圈数，环管圈数不受设备直径限制，设备直径可以做到φ4500以上。有效避免了单管板结构存在设备直径放大后，管板难以采购的难题。 采用全径向结构，催化剂床层高度不受阻力限制，单台等温变换反应器催化剂装填量可以达到200m3 以上。该等温变换反应器完全满足装置大型化的需求。 （4）安全可靠、设备使用寿命长：该等温变换反应器换在确保设备安全性方面在设计及制造环节采取以下措施，确保等温变换反应器安全可靠： （A）等温变换反应器副产蒸汽压力低于气侧压力，确保催化剂不会失活、结块等现象发生；

（B）承受负压元件中，同样厚度前提下，球体或圆管承受负压能力远大于管板、板及椭圆体等。该等温变换反应器换热管束为无缝钢管，分水箱、集水箱、进水管、出水管等承受负压元件全部为无缝钢管。壁厚选取是按照承受-6.5MPa

压力选取，确保受负压元件安全可靠；

（C）换热管与环管连接以及上相联箱上的焊缝全部进行氩弧（或小电流）打底焊，然后进行满焊，确保焊缝在任何运行工况下安全可靠；

（D）采用承压筒体上管道膨胀节消除内件与外筒之间的热应力，气侧与水侧之间全部采用焊接密封方式，确保气水之间不得串通； 7、等温变换反应器设计应该遵循以下原则

（1）采用全径向结构、便于装置大型化：钴钼系宽温区变换催化剂反应空速在800～2500h-1 之间，空速远低于铜系甲醇催化剂及铁系氨合成催化剂，同样气量催化剂用量要大得多，即使把水移热低压甲醇合成设计理念搬到变换装置，通过同样气量，催化剂用量大，反应器规格也要大，如果不采用全径向结构，则很难满足大型化装置需求；

（2）采用全径向结构、降低床层阻力：变换系统存在H2S应力腐蚀、H2腐蚀、酸性溶液腐蚀及露点腐蚀，变换系统换热设备、管道、管件易腐蚀。当系统阻力在0.10MPa时，部分换热设备的换热管束本来不会出现泄漏；如果系统阻力增加 8 到0.40MPa时，这些换热设备的换热管束就会出现泄漏现象，不仅造成设备、管道、管件维修费用高，而且装置安全运行周期也缩短。诸如现在加压气化传统变换工艺，采用绝热催化剂床层数量达到4个以上，每一床层之间均要设置间接换热设备，目前变换系统运行阻力均在0.45～0.75MPa之间，只有采取全径向技术才能降低床层阻力、减少设备台数、缩短工艺流程长度，有效降低变换系统阻力，延长装置安全运行周期；

（3）催化剂框要设计为可以单独起吊结构、便于检修：由于钴钼系宽温区变换催化剂具有水合性以及新装置容易出现羰基铁和羰基镍产物，以上现象发生均会造成催化剂结块，这就要求催化剂框与承压外筒分开设计，一旦出现催化剂难以自卸时，便于将整个催化剂框吊出，不至于造成整台等温变换反应器报废； （4）部件承受负压差大、安全可靠：固定床半水煤气变换系统压力在0.8～2.15MPa之间，副产蒸汽压力与气侧压力较小；而加压气化变换装置目前在3.7～6.35MPa之间，加压气化还有上升到8.7MPa的趋势，气侧与水侧的压差会出现3.5～5.0MPa的可能，我们通过上述分析可以看出：单管板、换热板式甲醇反应器作为等温变换反应器使用很难满足这样的压差需求，这种结构类型的等温变换

反应器很容易出现结构上的问题。如果用于等温变换反应器上的换热元件或承担气侧与水侧之间的结构必须是无缝钢管、球形或椭圆形等承受负压能力强的部件。只有这样设计，等温变换反应器才是安全的。

（5）等温变换反应器设计要兼顾降低变换系统整个投资任务：传统绝热变换装置，变换炉出口450℃左右，而且变换炉出口串联过热蒸汽加热器、废热锅炉，此部分管道热应力大，每一根管道至少需要5个大型弯头才能消除热应力，设备、管道、管件不仅材质要求高，而且壁厚也会增加，整个装置需要钢材总吨位非常大。变换系统大部管道均需要进行应力计算，无形中增加了设计任务和增大了设计工作量。

等温变换技术实际是把传统变换工艺中副产饱和蒸汽的废热锅炉换热管束放置到等温变换反应器催化剂床层中，可以有效缩短变换工艺流程、减少系统中露点腐蚀。同时，等温变换反应器设计可以把反应温度高的温区放置在催化剂床层，做到等温变换反应器进口及出口温度均可控制在230～300℃之间，减少高温热管数量、减少H2腐蚀及露点腐蚀。等温变换技术完全能够做到降低整个系统工程投资的任务；

（6）等变换炉设计一定要考虑变换装置长周期安全稳定运行：大型煤化工装置停车一次可能造成上千万元或上亿元的经济损失。绝热变换工艺，一变催化剂选量是按照催化剂床层出口温度不超过480℃设计的，催化剂使用周期一般为 9 1.0～1.5年，运行周期较短，运行周期为1.0～1.5年，也就是说“绝热变换工艺”1.0～1.5年之间因更换第一台绝热变换炉催化剂时就会给企业造成上千万元或上亿元的经济损失。

而等温变换反应器的催化剂床层内部设有水移热元件，可以将催化剂床层热量及时移出，催化剂选量不受超温限制，可以按照催化剂使用年限来选取，如果一级等温变换反应器催化剂选量满足5年运行周期，则5年内可以挽回企业3500～5000万元甚至上亿元的经济损失。所以等温变换反应器设计，一定要兼顾变换装置长周期稳定运行的设计理念；

8、结论 在煤化工领域，等温变换技术属于我们中国人提出、研发、实施到煤化工装置上，属于完全拥有自主知识产权的专利技术产品，也是我们从事煤化工工程技术人员唯一值得骄傲的闪点。但装置运行时间较短，可能好多问题没有

考虑全或没有暴露出来。近年来，本人接触好多大型煤化工业主及工程技术人员，他们对等温变换技术非常看好，但一个好的专利技术产品不经过3年以上的运行装置考验是难以得出坏与好的结论的。而已经投入运行的等温变换技术不足1年时间，目前难以下结论。

为了使得真正属于中国人开发的等温变换技术走得更好、更远，同时减少走在技术领域前沿的煤化工业主经济损失降到最低限度。本人对现有低压甲醇反应器及已经被技术商采用为等温变换反应器存在缺点及优点进行分析，观点正确与否仅供参考，如果文章中部分观点不正确或有明显错误，请各位专家及时给予批评指正。