CN105854737A - 一种生物质合成气制备混合醇用合成塔 - Google Patents

一种生物质合成气制备混合醇用合成塔 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种生物质合成气制备混合醇用合成塔。包括上管箱、管壳和下管箱，其中：所述管壳两端分别固定有管板，所述管板之间均布固定有定距管和换热管；所述换热管上并排固定有圆盘折流板和圆环折流板；所述管壳一端的管板周侧固定有放空口，所述管壳另一端的管板周侧固定有排液口；所述管板的周侧面与内表面之间开有贯通孔；所述上管箱顶部固定有进气口；所述下管箱的内侧固定有气体收集器，外侧固定有排气口和卸料口。本发明针对生物质混合气转换成混合醇工艺而设计的合成塔，采用三箱式结构，该混合醇的合成塔是由管板、换热管、管箱、筒体等组成，是内加热形式，实现了产品的高品质化和高利用率，同时做到了无污染、低能耗。

Description

一种生物质合成气制备混合醇用合成塔
技术领域
本发明属于合成塔技术领域，特别是涉及将汽化的原料气制成混合醇的一种生物质合成气制备混合醇用合成塔。
背景技术
随着环境保护形势的日益严峻，处理农村大量桔杆和其他有机物料成为一项紧迫的社会课题。传统的处理方式如焚烧、填埋等均不可取。许多科研机构、企业和政府部门多年来一直致力于研究生物质余料的处理方法，取得了一定的成效，但很难有突破性的进展。目前已有的技术中，均不同程度的存在一定的缺陷。采用较多的是生物质发电、供热，但这个方法的热效能低，且也会产生废气污染；其次，将生物质余料制成可燃燃料，这样的制备过程耗能高，燃料的品质和使用价值也不高；其他方法如降解等，则周期较长，产品的使用局限。
通常的合成塔都是有搅拌，或外加热以及复杂的合成内件等形式，并且需要高温高压的合成条件，工艺上和设备上比较复杂，投入高。现有技术的合成塔包括：德国Lurgi公司设计的低压甲醇合成塔为管壳式结构，管内装填催化剂，在中低压条件下进行甲醇合成反应，由管间沸水移出热量，并产生中压蒸汽，以控制床层温度，延长催化剂寿命，控制反应的发生；Casale公司最早开发是立式绝热轴径向反应器，其特点是：环形的催化剂床顶端不封闭，侧壁不开孔，造成催化剂床层上部气流的轴向流动，床层主要部分气流为径向流动；英国ICI公司多段冷激型甲醇塔，是国外甲醇装置中使用最多的塔型，为全轴向多段冷激型合成塔；日本东洋工程公司(TEC)的MRF甲醇合成塔采用立式双层水冷管，该水冷管呈刺刀型，立式锅炉给水从底部进入冷却管，产生的蒸汽汇集在蒸汽室，反应气体在催化剂床层中呈径向流动，压降小，因此塔阻力小，气体循环所需要的动力大幅度减少，冷却传热系数也高；瑞士卡萨利公司在卧式塔的基础上，又开发了IMC甲醇合成塔，该塔冷却元件为埋入催化剂床层内的换热板；丹麦Nissui-Top soe的工艺，托普索公司为适应大型甲醇装置的需要近年来开发了三塔绝热径向合成塔串联的合成装置，塔间用水移热；瑞士甲醇卡萨利公司(MCSA)IMC甲醇合成塔该塔采用板式换热技术移走甲醇合成反应热，设计将换热板埋入催化剂床层内作为冷却换热元件，换热板内走锅炉给水或其他冷却介质。
合成甲醇反应机理CO/CO2加氢合成反应醇的反应机理也存在不同的观点，虽然人们针对该催化反应提出了多种反应机理，但早期提出的反应机理基本上都是以反应动力学和H2、CO吸附化学计量的观察间接的、不够明确的实验结果为基础提出的。尽管现在提出的机理多数都基于同位素标记、化学截取和光谱测定等比较直接的实验结果，但仍不能提出比较明确的结论，因此，针对生物质气化气制备混合醇设计一种合成塔，该混合醇的合成塔是由管板、换热管、管箱、筒体等组成，是内加热形式(固定管板换热器形式)，实现了产品的高品质化和高利用率，同时做到了无污染、低能耗。而制备混合醇工艺系统的核心设备即为合成塔。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生物质合成气制备混合醇用合成塔，通过采用三箱式结构，该混合醇的合成塔是由管板、换热管、管箱、筒体等组成，是内加热形式(固定管板换热器形式)，产生稳定的生物质合成气后再进行混合醇的触发。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种生物质合成气制备混合醇用合成塔，包括上管箱、管壳和下管箱，其中：所述管壳两端分别固定有管板，所述管板之间均布固定有定距管和换热管；所述换热管上并排固定有圆盘折流板和圆环折流板；所述管壳一端的管板周侧固定有放空口，所述管壳另一端的管板周侧固定有排液口；所述管板的周侧面与内表面之间开有贯通孔；
所述上管箱顶部固定有进气口；
所述下管箱的内侧固定有气体收集器，外侧固定有排气口和卸料口；
所述下管箱与管壳一端之间固定有一缠绕垫，所述缠绕垫与管壳一端的管板形成的空间内填充有第一催化剂，所述缠绕垫与管壳另一端的管板形成的空间内填充有第二催化剂。
进一步地，所述管壳的周侧固定有进水口、蒸汽出口、锅炉给水进水口、锅炉给水返回口和锅炉给水抽出口。
进一步地，所述上管箱、管壳和下管箱的端口分别固定有法兰，通过法兰相互串联固定。
进一步地，所述第一催化剂采用φ10的多孔氧化铝球；所述第二催化剂采用φ25的多孔氧化铝球。
进一步地，所述气体收集器为球面，与排气口相互贯通。
进一步地，所述下管箱包括圆筒，圆筒一端固定有蝶形封头，所述蝶形封头的内侧固定有气体收集器，所述蝶形封头的外侧固定有排气口和卸料口。
进一步地，所述上管箱包括圆筒，一端固定有法兰，另一端固定有蝶形封头；所述进气口固定在蝶形封头的外侧面，蝶形封头的顶部还固定有吊耳。
进一步地，所述圆盘折流板直径小于管壳的直径，所述圆盘折流板与圆环折流板等间距布置。
进一步地，所述圆环折流板与管壳滑动配合，所述圆环折流板的内径小于圆盘折流板的直径；所述圆环折流板与圆盘折流板交替布置，使得通过上管箱的进气口流入到换热管的气体通过管壳内的水进行换热降温。
进一步地，所述圆盘折流板和圆环折流板交替设置，通过在管壳周侧的锅炉进水口进入流入到圆盘折流板，再从圆盘折流板上流经圆环折流板，交替流过后，通过锅炉给水抽出口流出。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明的针对生物质混合气转换成混合醇工艺而设计的合成塔，采用三箱式结构，该混合醇的合成塔是由管板、换热管、管箱、筒体等组成，是内加热形式(固定管板换热器形式)，实现了产品的高品质化和高利用率，同时做到了无污染、低能耗。
2、本发明的的合成塔加热面积在30㎡-100㎡的范围，设备材料选用的是不锈钢，由于合成气成分复杂，因此换热管选的是双相不锈钢S31500，下部管箱装有触媒(氧化铝)，通过换热的方式进行对混合气体的温度控制，使得混合气的温度达到反应温度后再通过触媒进行合成。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种生物质合成气制备混合醇用合成塔的结构示意图；
图2为上管箱的结构示意图；
图3为管壳的结构示意图；
图4为下管箱的结构示意图；
图5为图1中A处的局部放大图；
图6为图3的结构俯视图；
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1-上管箱，2-管壳，3-下管箱，4-缠绕垫，101-进气口，102-吊耳，201-放空口，202-锅炉给水返回口，203-锅炉给水进水口，204-锅炉给水抽出口，205-排液口，206-圆盘折流板，207-圆环折流板，208-换热管，209-，210-管板，211-进水口，212-蒸汽出口，2011-贯通孔，301-气体收集器，302-排气口，303-卸料口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
请参阅图1-6所示，本发明为一种生物质合成气制备混合醇用合成塔，包括上管箱1、管壳2和下管箱3，其中：该合成塔的设计参数为，壳程的设计压力13.6MPa，管程的设计压力8.8MPa；壳程的设计温度为335℃，管程的设计温度为350℃。上管箱1、管壳2和下管箱3之间的连接已经相关的筒体、法兰、接口、封头和管板210均采用焊接固定方式，采用的是S30408的金属材质。
如图3所示，管壳2两端分别固定有管板210，管板210之间均布固定有定距管209和换热管208，定距管209内配合有拉杆；换热管208上并排固定有圆盘折流板206和圆环折流板207；管壳2一端的管板210周侧固定有放空口201，管壳2另一端的管板210周侧固定有排液口205；管板210的周侧面与内表面之间开有贯通孔2011；该贯通孔2011为L形，实现排液口205或放空口201与管壳2内部相通；在管壳2周侧还固定有接地板。
如图2所示，上管箱1顶部固定有进气口101；上管箱1包括圆筒，一端固定有法兰，另一端固定有蝶形封头；进气口101固定在蝶形封头的外侧面，蝶形封头的顶部还固定有吊耳102，该吊耳102便于在安装时进行吊装。
如图4所示，下管箱3的内侧固定有气体收集器301，外侧固定有排气口302和卸料口303；其中，气体收集器301为球面，与排气口302相互贯通。下管箱3与管壳2一端之间固定有一缠绕垫4(采用B650B-900型号)，缠绕垫4与管壳2一端的管板210形成的空间内填充有采用φ10的多孔氧化铝球作为第一催化剂，缠绕垫4与管壳2另一端的管板210形成的空间内填充有采用φ25的多孔氧化铝球作为第二催化剂。
其中如图6所示，管壳2的周侧固定有进水口211、蒸汽出口212、锅炉给水进水口203、锅炉给水返回口202和锅炉给水抽出口204。
其中，上管箱1、管壳2和下管箱3的端口分别固定有法兰，通过法兰相互串联固定。
其中，下管箱3包括圆筒，圆筒一端固定有蝶形封头，蝶形封头的内侧固定有气体收集器301，蝶形封头的外侧固定有排气口302和卸料口303。
其中，圆盘折流板206直径小于管壳2的直径，圆盘折流板206与圆环折流板207等间距布置。直径差在100mm-500mm的范围。
其中，圆环折流板207与管壳2滑动配合，圆环折流板207的内径小于圆盘折流板206的直径；圆环折流板207与圆盘折流板206交替布置，使得通过上管箱1的进气口101流入到换热管208的气体通过管壳2内的水进行换热降温。
其中，圆盘折流板206和圆环折流板207交替设置，相邻间距在200-300mm之间，通过在管壳2周侧的锅炉进水口202进入流入到圆盘折流板206，再从圆盘折流板206上流经圆环折流板207，交替流过后，通过锅炉给水抽出口204流出。
针对合成甲醇碳源、中间物种以及反应速率控制步骤等展开一系列的研究讨论。CO是合成甲醇的唯一碳源：关于甲醇合成过程中的中间物种，存在甲酸盐、甲酰基物种和碳酸盐反应中间物种等，总的来说，表面甲酸盐是合成甲醇过程中必不可少的和时间最长的中间物种，双配位甲酸盐的进一步加氢生成甲醇是反应速率控制步骤。根据中间产物的信息，如下反应机理过程：
由CO/H2合成甲醇：
CO(g)→CO*→HCO*→H2CO*→CH3O*→CH3OH(g)
反应活性中心只涉及Cu/H2或CO/ZnO/AL2O3催化剂中的Al；
由CO2/H2或CO/CO2/H2合成甲醇及水汽变换反应：
H2(g)→H*(金属铝)
CO2(g)→CO2*(氧覆盖的铝)
CO2*→HCOO*→O*+CH3O*→CH3OH(g)
CO(g)+O*→CO2
H2(g)+O*→H2O(g)
该方法包括：把烃类(或称碳氢化合物)的原料、氧化剂和任选的蒸汽形成一种均匀的气体混合物，其中氧对碳的摩尔比是在0.4：1到0.8：1范围内，而蒸汽对碳摩尔比是在0：1到3.0：1的范围内，部分催化氧化上述混合物，这种部分催化氧化是在温度等于或大于一选定的最低温度下进行的，该选定温度按照一种线性函数关系来选择的，对应于蒸汽对碳摩尔比从0.4：1到0：1，而上述函数关系涉及的温度范围是从870℃到1040℃，从而产生含氢气，一氧化碳和二氧化碳的一种合成的气体，在制备甲醇条件下使氢气、一氧化碳和二氧化碳进行反应，然后分离出(或称回收)甲醇。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料过着特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (9)

1.一种生物质合成气制备混合醇用合成塔，包括上管箱(1)、管壳(2)和下管箱(3)，其特征在于：
所述管壳(2)两端分别固定有管板(210)，所述管板(210)之间均布固定有定距管(209)和换热管(208)；所述换热管(208)上并排固定有圆盘折流板(206)和圆环折流板(207)；所述管壳(2)一端的管板(210)周侧固定有放空口(201)，所述管壳(2)另一端的管板(210)周侧固定有排液口(205)；所述管板(210)的周侧面与内表面之间开有贯通孔(2011)；
所述上管箱(1)顶部固定有进气口(101)；
所述下管箱(3)的内侧固定有气体收集器(301)，外侧固定有排气口(302)和卸料口(303)；
所述下管箱(3)与管壳(2)一端之间固定有一缠绕垫(4)，所述缠绕垫(4)与管壳(2)一端的管板(210)形成的空间内填充有第一催化剂，所述缠绕垫(4)与管壳(2)另一端的管板(210)形成的空间内填充有第二催化剂。
2.根据权利要求1所述的一种生物质合成气制备混合醇用合成塔，其特征在于，所述管壳(2)的周侧固定有进水口(211)、蒸汽出口(212)、锅炉给水进水口(203)、锅炉给水返回口(202)和锅炉给水抽出口(204)。
3.根据权利要求1所述的一种生物质合成气制备混合醇用合成塔，其特征在于，所述上管箱(1)、管壳(2)和下管箱(3)的端口分别固定有法兰，通过法兰相互串联固定。
4.根据权利要求1所述的一种生物质合成气制备混合醇用合成塔，其特征在于，所述第一催化剂采用φ10的多孔氧化铝球；所述第二催化剂采用φ25的多孔氧化铝球。
5.根据权利要求1所述的一种生物质合成气制备混合醇用合成塔，其特征在于，所述气体收集器(301)为球面，与排气口(302)相互贯通。
6.根据权利要求1所述的一种生物质合成气制备混合醇用合成塔，其特征在于，所述下管箱(3)包括圆筒，圆筒一端固定有蝶形封头，所述蝶形封头的内侧固定有气体收集器(301)，所述蝶形封头的外侧固定有排气口(302)和卸料口(303)。
7.根据权利要求1所述的一种生物质合成气制备混合醇用合成塔，其特征在于，所述上管箱(1)包括圆筒，一端固定有法兰，另一端固定有蝶形封头；所述进气口(101)固定在蝶形封头的外侧面，蝶形封头的顶部还固定有吊耳(102)。
8.根据权利要求1所述的一种生物质合成气制备混合醇用合成塔，其特征在于，所述圆盘折流板(206)直径小于管壳(2)的直径。
9.根据权利要求1或8所述的一种生物质合成气制备混合醇用合成塔，其特征在于，所述圆环折流板(207)与管壳(2)滑动配合，所述圆环折流板(207)的内径小于圆盘折流板(206)的直径。
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