CN109092214A - 一种新型高效甲醇合成塔 - Google Patents
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Abstract
一种新型高效甲醇合成塔，包括塔体，所述塔体的顶部设有供气喷口，底部设有甲醇出口，所述塔体被隔板分隔成若干个反应腔；所述反应腔之间通过配气管和集液管连通；所述反应腔内设有组合塔盘；所述组合塔盘包括第一塔盘和第二塔盘；所述第一塔盘位于第二塔盘的上方；所述第一塔盘和第二塔盘上均设有若干个锥形空腔；所述锥形空腔的底部开口，与所在塔盘的下部空间连通；所述第一塔盘上的锥形空腔和第二塔盘上的锥形空腔的形状大小、数量和开设位置均相同；所述第一塔盘和第二塔盘相互配合形成反应层；所述反应层内填充有颗粒催化剂；所述第一塔盘上的锥形空腔的的顶部设有第二进气口；所述第二塔盘上的锥形空腔的底部开口边缘设有出液口。
Description
技术领域
本发明涉及一种甲醇合成装置，特别是一种新型高效甲醇合成塔。
背景技术
甲醇是一种无色有酒精易挥发的液体，用途广泛，是基础的有机化工原料和优质燃料。主要应用于精细化工塑料等领域，用来制造甲醛、醋酸、甲铵等多种有机产品，也是农药、医药的重要原料之一。在工业上合成甲醇几乎全部采用一氧化碳加压催化加氢的方法。现有技术通常采用将一氧化碳和氢气的混合气通入设有颗粒催化剂的反应管束中的方式来制得甲醇。采用这种方式随着混合气在管束中向下流动，与催化剂接触反应，生成甲醇和副反应物，反应管下段的混合气的浓度越来越低，甲醇合成反应的转化效率逐渐降低，其整体的转化效率不高。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种新型高效甲醇合成塔，有效的提高甲醇合成反应的效率，增加合成反应的换热面积，增加甲醇合成反应的转化率。
本发明采用的技术方案如下：
一种新型高效甲醇合成塔，包括塔体，所述塔体的顶部设有供气喷口，底部设有甲醇出口，所述塔体被隔板分隔成若干个反应腔；所述反应腔之间通过配气管和集液管连通；所述反应腔内设有组合塔盘；所述组合塔盘包括第一塔盘和第二塔盘；所述第一塔盘位于第二塔盘的上方；所述第一塔盘和第二塔盘上均设有若干个锥形空腔；所述锥形空腔的底部开口，与所在塔盘的下部空间连通；所述第一塔盘上的锥形空腔和第二塔盘上的锥形空腔的形状大小、数量和开设位置均相同；所述第一塔盘和第二塔盘相互配合形成反应层；所述反应层内填充有颗粒催化剂；所述第一塔盘上的锥形空腔的的顶部设有第二进气口；所述第二塔盘上的锥形空腔的底部开口边缘设有出液口。
上述结构中，塔体被隔板分隔成若干个反应腔，每一个反应腔通过配气管和集液管连通。低温混合气从合成塔的顶部进入，经由配气管输送到每一个反应腔的内进行反应。在反应腔内，低温混合气通过第一塔盘上的第二进气口进入反应层内与颗粒催化剂接触进行反应，生成的甲醇沿反应层的倾斜面下滑，从第二塔盘的出液口排出。每一个反应腔生成的甲醇经集液管输送至甲醇合成塔的底部，最终由甲醇出口排出。上述结构中，第一塔盘上设有多个第二进气口，第二塔盘上设有多个出液口，采用这种结构，避免了后续进入的低温混合气和正在反应的催化剂长时间接触而被降低浓度，最终导致转化效率降低的情况。其中，反应腔内的反应层由设有多个锥形空腔的第一塔盘和第二塔盘上的相互配合形成，增加了催化剂的填充体积，增加了合成反应的转化效率，同时甲醇合成塔内设有多个反应腔，多个反应腔同时发生反应，进一步增加了合成反应的转化效率。第一塔盘和第二塔盘上的锥形空腔结构还增加了合成反应的换热面积，加速散热，避免了高温造成副产物的增加和影响催化剂的活性。第一塔盘和第二塔盘均固定连接在塔体内侧壁上。颗粒催化剂为铜基催化剂。
第一塔盘上的锥形空腔包括底部开口，其底部开口可以为圆形或多边形。上述结构中，第一塔盘和第二塔盘上的锥形空腔的形状大小、数量和开设位置均相同。形状大小相同的意思为锥形空腔的底部开口和锥形空腔的高度相同，例如当锥形空腔的底部为圆形开口时，形状大小相同的意思为锥形空腔底部圆形开口的半径相同和锥形空腔的高度相同。第二塔盘上的锥形空腔的底部开口边缘均匀设有至少三个出液口。
进一步的，所述第一塔盘的上方设有塔帽；所述塔帽上设有若干个锥形空腔；所述塔帽上的锥形空腔的底部开口，与塔帽的下部空间连通，所述塔帽上的锥形空腔与第一塔盘上的锥形空腔的形状大小、数量和开设位置相同，所述塔帽与第一塔盘相互配合形成冷却层；所述塔帽上的锥形空腔的底部开口边缘设有第一进气口。
甲醇的合成反应是一个放热反应，反应产生的热量会提高合成反应的温度，降低催化剂的活性。上述结构中，低温混合气从甲醇合成塔的供气喷口进入塔内，从第一进气口通过先进入冷却层，在流经冷却层的过程中，可以对催化剂所在的反应层进行均匀降温，避免合成反应释放的热量降低催化剂的活性，增加合成反应的转化效率和混合气的转化率，增加催化剂的使用寿命。塔帽上的锥形空腔的底部开口边缘均匀设有至少三个第一进气口。
进一步的，所述反应腔的内侧壁上连接有上管板；所述上管板位于塔帽的上方，所述上管板和塔帽之间竖直设有若干进气管；所述进气管的上端贯穿上管板，其下端与塔帽的第一进气口连通。
在甲醇的生产过程中，为了加快反应的进行和减少副反应物的产生，通常使合成反应在高压下进行，高压的低温合成气会由甲醇合成塔顶部的供气喷口进入塔内。塔帽上方的上管板，可以对塔帽起一定的保护作用，避免高压的混合气直接喷射到供气喷口下方的塔帽上，对塔帽造成损坏。上管板固定连接在塔体内侧壁上。
进一步的，所述反应腔内侧壁上连接有上管板；所述上管板位于第一塔盘的上方，所述上管板和第一塔盘之间竖直设有若干进气管；所述进气管的上端贯穿上管板，其下端与第一塔盘上的第二进气口连通。
上管板的设置可以对第一塔盘起一定保护作用，避免高压的低温混合气直接喷射到供气喷口下方的第一塔盘上，对第一塔盘造成损坏。上管板固定连接在塔体内侧壁上。
进一步的，所述反应腔的内侧壁上连接有下管板；所述下管板位于第二塔盘的下方，所述下管板与第二塔盘之间竖直设有若干出液管；所述出液管的上端与出液口连通，其下端贯穿下管板。
在塔体侧壁上还设有若干进水管和出水管。当塔内反应腔内第一塔盘上方设有塔帽时，塔帽和上管板、第二塔盘与下管板构成两个封闭的空间，将进水管和出水管与这两个封闭空间连通，对其注入冷却水，对催化剂所在反应层进行降温，避免高温降低催化剂的活性，提高甲醇合成反应的转化效率和转化率。当塔内反应腔内没有塔帽时，上管板位于第一塔盘上方，上管板和第一塔盘、第二塔盘和下管板构成两个封闭空间，将进水管和出水管与这两个封闭空间连通，对其注入冷却水，对反应层进行降温。进水管和出水管和水箱连通。
进一步的，所述反应腔的上部侧壁上设有配气口；所述配气口位于上管板上方，所述配气口与配气管连通。
低温混合气从甲醇合成塔的顶部的供气喷口进入，再经由配气管输送到每一个反应腔的上方。
进一步的，所述反应腔的底部侧壁上设有集液口；所述集液口位于下管板的下方，所述集液口与集液管连通。
经由组合塔盘生成的甲醇从反应腔的底部侧壁的集液口排出，经由集液管输送至甲醇合成塔底部。配气管和集液管将每一个反应腔连通，并联发生反应。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、在本发明中，第一塔盘上设有多个第二进气口，第二塔盘上设有多个出液口，采用这种结构，避免了后续进入的低温混合气和正在反应的催化剂长时间接触而被降低浓度，最终导致转化效率降低的情况。其中，反应腔内的反应层由设有多个锥形空腔的第一塔盘和第二塔盘上相互配合形成，增加了催化剂的填充体积，增加了合成反应的转化效率，同时甲醇合成塔内设有多个反应腔并联同时发生反应，进一步增加了合成反应的转化效率；
2、在本发明中，在塔帽上设置上管板，避免高压的低温混合气直接喷射到供气喷口下方的塔帽上，对塔帽造成损坏；
3、在本发明中，反应层由设有多个锥形空腔的第一塔盘和第二塔盘的相互配合形成，增加了合成反应的换热面积，加速散热，避免了高温造成副产物的增加，影响催化剂的活性，增加合成反应的转化效率和转化率；
4、在本发明中，在反应层的上下密闭空间注水，对反应层进行降温，避免高温降低催化剂的活性，增加合成反应的转化效率和转化率；
5、在本发明中，在第一塔盘的上方设有塔帽，塔帽与第一塔盘配合形成冷却层。在塔帽的锥形空腔的底部开口边缘设有第一进气口，在第一塔盘的锥形空腔的顶部设有第二进气口。当低温混合气进入反应腔后，低温混合气先通过第一进气口，进入冷却层，对下方的反应层进行换热降温，避免反应层的温度过高，影响催化剂的活性，增加合成反应的转化率和转化效率。
附图说明
图1是新型高效甲醇合成塔结构图；
图2是甲醇合成塔反应腔结构图；
图3是图2的局部放大图；
图4是第一塔盘的仰视图；
图5是第二塔盘的仰视图；
图6是塔帽的仰视图；
图中标记：1-塔体，2-出液管，3-进气管，4-第二塔盘，5-催化剂，6-配气管，7-供气喷口，8-上管板，9-塔帽，10-第一塔盘，11-集液管，12-下管板，13-甲醇出口，14-隔板，15-冷却层，16-配气口，17-集液口，18-第一进气口，19-第二进气口，20-出液口。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种新型高效甲醇合成塔，包括塔体1，所述塔体1的顶部设有供气喷口7，底部设有甲醇出口13，所述塔体1被隔板14分隔成若干个反应腔；所述反应腔之间通过配气管6和集液管11连通；所述反应腔内设有组合塔盘；所述组合塔盘包括第一塔盘10和第二塔盘4；所述第一塔盘10位于第二塔盘4的上方；所述第一塔盘10和第二塔盘4上均设有若干个锥形空腔；所述锥形空腔的底部开口，与所在塔盘的下部空间连通；所述第一塔盘10上的锥形空腔和第二塔盘4上的锥形空腔的形状大小、数量和开设位置均相同；所述第一塔盘10和第二塔盘4相互配合形成反应层；所述反应层内填充有颗粒催化剂5；所述第一塔盘10上的锥形空腔的的顶部设有第二进气口19；所述第二塔盘4上的锥形空腔的底部开口边缘设有出液口20。出液口的设置位置如图5所示。塔体1被隔板14分隔成若干个反应腔，每一个反应腔通过配气管6和集液管11连通。低温混合气从合成塔的顶部进入，经由配气管6输送到每一个反应腔的内进行反应。在反应腔内，低温混合气通过第一塔盘10上的第二进气口19进入反应层内与颗粒催化剂5接触进行反应，生成的甲醇沿反应层的倾斜面下滑，从第二塔盘4的出液口20排出。每一个反应腔生成的甲醇经集液管11输送至甲醇合成塔的底部，最终由甲醇出口13排出。上述结构中，第一塔盘10上设有多个第二进气口19，第二塔盘4上设有多个出液口20，采用这种结构，避免了后续进入的低温混合气和正在反应的催化剂5长时间接触而被降低浓度，最终导致转化效率降低的情况。其中，反应腔内的反应层由设有多个锥形空腔的第一塔盘10和第二塔盘4上的相互配合形成，增加了催化剂5的填充体积，增加了合成反应的转化效率，同时甲醇合成塔内设有多个反应腔，进一步增加了合成反应的转化效率。第一塔盘10和第二塔盘4上的锥形空腔结构还增加了合成反应的换热面积，加速散热，避免了高温影响催化剂的活性和造成副产物的增加。第一塔盘10和第二塔盘4均固定连接在塔体1内侧壁上。颗粒催化剂5为铜基催化剂5。第一塔盘10上的锥形空腔包括底部开口，其底部开口可以为圆形或多边形。上述结构中，第一塔盘10和第二塔盘4上的锥形空腔的形状大小、数量和开设位置均相同。形状大小相同的意思为锥形空腔的底部开口和锥形空腔的高度相同。第二塔盘4上的锥形空腔的底部开口边缘均匀设有至少三个出液口20。所述第一塔盘10的上方设有塔帽9；所述塔帽9上设有若干个锥形空腔；所述塔帽9上的锥形空腔的底部开口，与塔帽9的下部空间连通，所述塔帽9上的锥形空腔与第一塔盘10上的锥形空腔的形状大小、数量和开设位置相同，所述塔帽9与第一塔盘10相互配合形成冷却层15；所述塔帽9上的锥形空腔的底部开口边缘设有第一进气口18。第一进气口的开设位置如图6所示。甲醇的合成反应是一个放热反应，反应产生的热量会提高合成反应的温度，降低催化剂5的活性。上述结构中，低温混合气从甲醇合成塔的供气喷口7进入塔内，从第一进气口18通过先进入冷却层15，在流经冷却层15的过程中，可以对催化剂5所在的反应层进行均匀降温，避免合成反应释放的热量降低催化剂5的活性，增加合成反应的转化效率和混合气的转化率，增加催化剂5的使用寿命。塔帽9上的锥形空腔的底部开口边缘均匀设有至少三个第一进气口18。所述反应腔的内侧壁上连接有上管板8；所述上管板8位于塔帽9的上方，所述上管板8和塔帽9之间竖直设有若干进气管3；所述进气管3的上端贯穿上管板8，其下端与塔帽9的第一进气口18连通。在甲醇的生产过程中，为了加快反应的进行和减少副反应物的产生，通常使合成反应在高压下进行，高压的低温合成气会由甲醇合成塔顶部的供气喷口7进入塔内。塔帽9上方的上管板8，可以对塔帽9起一定的保护作用，避免高压的混合气直接喷射到供气喷口下方的塔帽9上，对塔帽9造成损坏。上管板8固定连接在塔体1内侧壁上。所述反应腔的内侧壁上连接有下管板12；所述下管板12位于第二塔盘4的下方，所述下管板12与第二塔盘4之间竖直设有若干出液管2；所述出液管2的上端与出液口20连通，其下端贯穿下管板12。在塔体1侧壁上还设有若干进水管和出水管。塔帽9和上管板8、第二塔盘4与下管板12构成两个封闭的空间，将进水管和出水管与这两个封闭空间连通，对其注入冷却水，对催化剂5所在反应层进行降温，避免高温降低催化剂5的活性，提高甲醇合成反应的转化效率和转化率。进水管和出水管和水箱连通。所述反应腔的上部侧壁上设有配气口16；所述配气口16位于上管板8上方，所述配气口16与配气管6连通。低温混合气从甲醇合成塔的顶部的供气喷口7进入，再经由配气管6输送到每一个反应腔的上方。所述反应腔的底部侧壁上设有集液口17；所述集液口17位于下管板12的下方，所述集液口17与集液管11连通。经由组合塔盘生成的甲醇从反应腔的底部侧壁的集液口17排出，经由集液管11输送至甲醇合成塔底部。配气管6和集液管11将每一个反应腔连通，并联发生反应。
甲醇合成塔的工作原理：低温混合气从甲醇合成塔的顶部的供气喷口7进入塔内，经由配气管6输送到每一个反应腔内。在反应腔内，低温混合气穿过上管板8，由进气管3先输送至冷却层15内对反应层内的合成反应进行降温，同时上管板8和塔帽9、第二塔盘4和下管板12之间的封闭空腔内通入冷却水，与反应层进行换热降温，进一步避免高温导致副产物的增加和影响催化剂5的活性，进一步增加合成反应的转化效率和转化率。低温混合气再由第一塔盘10上的若干第二进气口进入反应层，与反应层内的颗粒催化剂5接触发生反应，生成甲醇沿第二塔盘4上的若干出液口排出。甲醇合成塔内除最底部的反应腔以外的所有反应腔生成的甲醇经由塔体1侧壁上的集液口17排出，再由集液管11输送至甲醇合成塔的的底部，最终由甲醇合成塔底部的甲醇出口13排出塔外。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于，所述上管板8位于第一塔盘10的上方，所述上管板8和第一塔盘10之间竖直设有若干进气管3；所述进气管3的上端贯穿上管板8，其下端与第一塔盘10上的第二进气口19连通。上管板8的设置可以对第一塔盘10起一定保护作用，避免高压的低温混合气直接喷射到供气喷口下方的第一塔盘10上，对第一塔盘10造成损坏。上管板8固定连接在塔体内侧壁上。低温合成气从甲醇合成塔顶部的供气喷口7进入塔内，经过上管板8后，由进气管3直接输送到反应层内进行反应。上管板8和第一塔盘10、第二塔盘和下管板12构成两个封闭空间，将进水管和出水管与这两个封闭空间连通，对其注入冷却水，对反应层进行降温。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种新型高效甲醇合成塔，包括塔体（1），所述塔体（1）的顶部设有供气喷口（7），底部设有甲醇出口（13），其特征在于，所述塔体（1）被隔板（14）分隔成若干个反应腔；所述反应腔之间通过配气管（6）和集液管（11）连通；所述反应腔内设有组合塔盘；所述组合塔盘包括第一塔盘（10）和第二塔盘（4）；所述第一塔盘（10）位于第二塔盘（4）的上方；所述第一塔盘（10）和第二塔盘（4）上均设有若干个锥形空腔；所述锥形空腔的底部开口，与所在塔盘的下部空间连通；所述第一塔盘（10）上的锥形空腔和第二塔盘（4）上的锥形空腔的形状大小、数量和开设位置均相同；所述第一塔盘（10）和第二塔盘（4）相互配合形成反应层；所述反应层内填充有颗粒催化剂（5）；所述第一塔盘（10）上的锥形空腔的的顶部设有第二进气口（19）；所述第二塔盘（4）上的锥形空腔的底部开口边缘设有出液口（20）。
2.如权利要求1所述的新型高效甲醇合成塔，其特征在于，所述第一塔盘（10）的上方设有塔帽（9）；所述塔帽（9）上设有若干个锥形空腔；所述塔帽（9）上的锥形空腔的底部开口，与塔帽（9）的下部空间连通，所述塔帽（9）上的锥形空腔与第一塔盘（10）上的锥形空腔的形状、数量和开设位置均相同，所述塔帽（9）与第一塔盘（10）相互配合形成冷却层（15）；所述塔帽（9）上的锥形空腔的底部开口边缘设有第一进气口（18）。
3.如权利要求2所述的新型高效甲醇合成塔，其特征在于，所述反应腔的内侧壁上连接有上管板（8）；所述上管板（8）位于塔帽（9）的上方，所述上管板（8）和塔帽（9）之间竖直设有若干进气管（3）；所述进气管（3）的上端贯穿上管板（8），其下端与塔帽（9）的第一进气口（18）连通。
4.如权利要求1所述的新型高效甲醇合成塔，其特征在于，所述反应腔内侧壁上连接有上管板（8）；所述上管板位于第一塔盘（10）的上方，所述上管板（8）和第一塔盘（10）之间竖直设有若干进气管（3）；所述进气管（3）的上端贯穿上管板（8），其下端与第一塔盘（10）上的第二进气口（19）连通。
5.如权利要求3或4所述的新型高效甲醇合成塔，其特征在于，所述反应腔的内侧壁上连接有下管板（12）；所述下管板（12）位于第二塔盘（4）的下方，所述下管板（12）与第二塔盘（4）之间竖直设有若干出液管（2）；所述出液管（2）的上端与出液口（20）连通，其下端贯穿下管板（12）。
6.如权利要求5所述的新型高效甲醇合成塔，其特征在于，所述反应腔的上部侧壁上设有配气口（16）；所述配气口（16）位于上管板（8）上方，所述配气口（16）与配气管（6）连通。
7.如权利要求6所述的新型高效甲醇合成塔，其特征在于，所述反应腔的底部侧壁上设有集液口(17)；所述集液口(17)位于下管板的下方，所述集液口(17)与集液管（11）连通。
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