CN101514142B - 一种自卸式浮头等温反应甲醇合成塔 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自卸式浮头等温反应甲醇合成塔，其高压上管箱、低压外壳体和外壳体下封头焊接为一个整体，气体进口管穿过高压上管箱进入其内部，在气体进口管端部安装气体分布器，上管板和下管板分别安装在低压外壳体内部上下两侧，多根反应管安装在上管板和下管板之间，高压内封头安装在下管板上，高温气体引出管焊接在高压内封头底部并延伸出外壳体下封头，所述上管板与低压外壳体固定连接，下管板与低压外壳体之间间隙配合，这样相当于将下管板与高压内封头组成“浮头”，该浮头可以相对低压外壳体自由移动。由于反应管与壳体间不是固定连接，消除了热膨胀力，故不存在管板与壳体焊缝拉裂的安全隐患。

Description

一种自卸式浮头等温反应甲醇合成塔

技术领域：

本发明属机械领域，具体涉及用于化工、石化及其它工程中的强放热等温反应所使用的合成反应器，尤其适宜甲醇合成反应的合成塔。

背景技术：

目前公知的强放热等温反应，较多的使用管壳式反应器。其基本结构是：在反应器壳体内上下设置两块固定管板，反应管和壳体同时与管板焊接；催化剂置于反应管内，依靠管外水(或液体)的沸腾移去反应热。此种结构由于反应管与壳体间存在热膨胀力，时常会发生管板与壳体焊缝被拉裂的现象，严重威胁到生产和人身安全。

为了减少热膨胀力对设备的破坏作用，大多管壳式反应器的反应管长度较短，一般控制在6～7m，且要求反应管与壳体材质的线膨胀系数相近。国内甲醇、合成氨行业引进德国鲁奇公司技术制造的管壳式甲醇合成塔反应管材质为2205(双相不锈钢)，壳体材质为13MnNiMoNbR。这样不但使设备的制造成本极高，相同产能的设备由于反应管长度的限制体积庞大，且影响生产过程中转化率的提高，降低了节能效果。

此外，在对装有固体物料的合成塔进行清理或物料更换时，如何将物料卸出是一较大的问题，特别是在设备内含有有毒、有害物料或设备中物料数量较大及装物料空间特别窄小时，通常情况下一是采用真空吸附，二是采用人工方式，前种方式费时，后一种效率及安全性都较差。

为了改变这一状况，需要采用可拆卸式自卸装置，在目前的自卸装置中有采用焊接式，即每次将封口部分割开，装填时再焊接上，这种方式较麻烦，同时在设备内含有易燃易爆物质时不可行；另外形式基本上采用螺纹结构，或螺栓固定形式，这一结构形式较为简单，但如设备使用在高温场合下，往往螺纹结构会咬死。

发明内容：

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种高效低成本的自卸式浮头等温反应甲醇合成塔，其克服了管板与壳体焊缝易被拉裂的缺陷。

本发明所述的一种自卸式浮头等温反应甲醇合成塔，主要包括低压外壳体、外壳体下封头、高温气体引出管、高压上管箱、高压内封头、上管板、下管板、内部装有催化剂的反应管、气体分布器以及气体进口管，其中高压上管箱、低压外壳体和外壳体下封头焊接为一个整体，气体进口管穿过高压上管箱进入其内部，在气体进口管端部安装气体分布器，上管板和下管板分别安装在低压外壳体内部上下两侧，多根反应管安装在上管板和下管板之间，高压内封头安装在下管板上，高温气体引出管焊接在高压内封头底部并延伸出外壳体下封头，其特征是：所述上管板与低压外壳体固定连接，下管板与低压外壳体之间间隙配合，这样相当于将下管板与高压内封头组成“浮头”，该浮头可以相对低压外壳体自由移动。

高温气体引出管与外壳体下封头之间采用间隙配合，两者之间可以相对移动，并以密封填料进行密封。高温气体引出管的伸出部分装有膨胀节。

在高压上管箱外部装有连通内部的卸料手孔，方便更换高压上管箱内的催化剂。

为了方便物料的装卸，在高压内封头中还可以安装一种物料自卸装置，该物料自卸装置包括筒节、支撑圈、哈呋圈、上端封闭的筒体，所述筒节安装在高压内封头底部的卸料口上方，支撑圈安装在筒节上端面，哈呋圈放入支撑圈的凹槽内，筒体下沿插入哈呋圈的凹槽，在筒体侧壁上设有多个开口及对应的开闭装置。该物料自卸装置不受设备结构型式及使用场合的限制，装卸十分方便，不破坏任何零部件，并且可重复多次使用。

上述开闭装置包括轴耳组件、连接板、盖板、限位板和撑圈，所述轴耳组件设置在筒体侧壁上并位于开口下方，盖板通过连接板安装在轴耳组件上，并与开口对应实现开闭，用于放置撑圈的限位板固定在盖板外壁面上，当撑圈放入限位板与盖板形成的凹槽内时将盖板锁死。

为了提高筒节刚性，在筒节与高压内封头底部之间可以辐射状安装多个支撑锥体。

本发明具有以下优点：

(1)由于冷媒(水)在反应管外可以三维流动(传热)，故有极好的等温效果。

(2)上管箱装填的催化剂或保护剂，可以通过设置的三个手孔全部或部分卸出单独更换。

(3)由于反应管与壳体间不是固定连接，消除了热膨胀力，故不存在管板与壳体焊缝拉裂的安全隐患；反应管和壳体材质无需用进口或国产双相不锈钢，节省了大量贵重金属，降低了设备造价；反应管的长度可根据反应动力学的需要加长，从而转化率得以提高，相同产能的设备直径减小。大型反应器运输难的问题得以缓解。

(4)本发明反应管在壳体内可以自由伸缩，更适宜国内中等以下规模的甲醇、合成氨装置的“节能减排”技术改造。

附图说明：

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1中I处的局部放大图。

图3是图1中II处的局部放大图。

图4是物料自卸装置的结构示意图，

图5是图4的A部分局部放大图，

图6是图5的B向视图。

具体实施方式：

如图1所示，本发明的自卸式浮头等温反应甲醇合成塔，主要包括低压外壳体1、外壳体下封头2、高温气体引出管3、高压上管箱5、高压内封头7、上管板8、下管板9、内部装有催化剂的反应管11、气体分布器12以及气体进口管13，其中高压上管箱5、低压外壳体1和外壳体下封头2焊接为一个整体，气体进口管13穿过高压上管箱5进入其内部，在气体进口管13端部安装气体分布器12，上管板8和下管板9分别安装在低压外壳体1内部上下两侧，上管板8与低压外壳体1固定连接，下管板9与低压外壳体1之间间隙配合。多根反应管11安装在上管板8和下管板9之间，在高压上管箱5外部装有连通内部的卸料手孔6；高压内封头7安装在下管板9上，高温气体引出管3焊接在高压内封头7底部并延伸出外壳体下封头2，高温气体引出管3与外壳体下封头2之间采用间隙配合(图2)，两者之间可以相对移动，并以密封填料进行密封。高温气体引出管3的伸出部分还装有膨胀节4(图3)，在高压内封头7中安装有物料自卸装置10，通过物料自卸装置10可以方便的更换反应管11内的催化剂，在外壳体下封头2的底部设有进水管14。

本发明的基本工作原理：催化剂装入反应管11内，管外充满水(或液体)，未反应的气体从进口管13进入高压上管箱5，通过气体分布器12均匀的将气体分布到催化剂表层并进入反应管，气体在通过反应管催化剂的过程中反应放出的热量被管外水吸收，附产的蒸汽通过蒸汽引出管15引出，反应后的气体则由高温气体引出管3引出至反应器外。反应管与低压外壳体1之间，因热胀产生的相对位移通过“浮头”传递至高温气体引出管，由设置的引出管波纹膨胀节4补偿；高温气体引出管的位移则由反应器外管道补偿。这样就消除了传统管壳式反应器反应管与壳体间存在的热膨胀力。

如图4-图6所示，物料自卸装置10主要包括筒节22、支撑圈23、哈呋圈24、上端封闭的筒体25、支撑锥体26，其中筒节22安装在高压内封头7底部的卸料口上方，在筒节22与高压内封头7之间辐射状安装多个用于提高筒节22刚性的支撑锥体26。支撑圈23安装在筒节22上端面，哈呋圈24放入支撑圈23的凹槽内，筒体25下沿插入哈呋圈24的凹槽，在筒体25侧壁上设有多个开口及对应的开闭装置。

开闭装置包括轴耳组件27、连接板28、盖板29、限位板30和撑圈31，其中轴耳组件27设置在筒体25侧壁上并位于开口下方，盖板29通过连接板28安装在轴耳组件27上，并与开口对应实现开闭，用于放置撑圈31的限位板30固定在盖板29外壁面上，当撑圈31放入限位板与盖板形成的凹槽内时将盖板29锁死。

物料自卸装置10的工作原理是：设备制造时将筒节22和支撑圈23和支撑锥体26与高压内封头7组对好，在物料填装前将筒体25送入设备内部，然后将哈呋圈24放入支撑圈23的凹槽内，放稳妥后再将前面放入的筒体25下沿插入哈呋中凹槽，同时将筒体25找正。将撑圈31引入筒体25内，再将盖板29放入筒体25中的开口中，并使限位板30处于同一圆周上，然后将撑圈31放入限位板，最后将轴耳组件安装。安装完毕后即可向设备内装填物料；卸出设备内物料时将首先将轴耳组件27卸下，然后将撑圈31向上顶起，因物料的重力作用将盖板顶开，物料自然卸出。

本发明提供了自卸式浮头等温反应甲醇合成塔思路，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变化，这些改进和变化也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种自卸式浮头等温反应甲醇合成塔，主要包括低压外壳体(1)、外壳体下封头(2)、高温气体引出管(3)、高压上管箱(5)、高压内封头(7)、上管板(8)、下管板(9)、内部装有催化剂的反应管(11)、气体分布器(12)以及气体进口管(13)，其中高压上管箱(5)、低压外壳体(1)和外壳体下封头(2)焊接为一个整体，气体进口管(13)穿过高压上管箱(5)进入其内部，在气体进口管(13)端部安装气体分布器(12)，上管板(8)和下管板(9)分别安装在低压外壳体(1)内部上下两侧，多根反应管(11)安装在上管板(8)和下管板(9)之间，高压内封头(7)安装在下管板(9)上，高温气体引出管(3)焊接在高压内封头(7)底部并延伸出外壳体下封头(2)，其特征是：所述上管板(8)与低压外壳体(1)固定连接，下管板(9)与低压外壳体(1)之间间隙配合；在高压内封头(7)中安装有物料自卸装置(10)，物料自卸装置包括筒节(22)、支撑圈(23)、哈呋圈(24)、上端封闭的筒体(25)，所述筒节(22)安装在高压内封头(7)底部的卸料口上方，支撑圈(23)安装在筒节(22)上端面，哈呋圈(24)放入支撑圈(23)的凹槽内，筒体(25)下沿插入哈呋圈(24)的凹槽，在筒体(25)侧壁上设有多个开口及对应的开闭装置。

2.根据权利要求1所述的自卸式浮头等温反应甲醇合成塔，其特征是：开闭装置包括轴耳组件(27)、连接板(28)、盖板(29)、限位板(30)和撑圈(31)，所述轴耳组件(27)设置在筒体(25)侧壁上并位于开口下方，盖板(29)通过连接板(28)安装在轴耳组件(27)上，并与开口对应实现开闭，用于放置撑圈(31)的限位板(30)固定在盖板(29)外壁面上，当撑圈(31)放入限位板与盖板形成的凹槽内时将盖板(29)锁死。

3.根据权利要求1所述的自卸式浮头等温反应甲醇合成塔，，其特征是：在筒节(22)与高压内封头(7)之间辐射状安装多个用于提高筒节(22)刚性的支撑锥体(26)。

Images