CN109126638A - 一种高效甲醇合成反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高效甲醇合成反应器，包括壳体，其特征在于所述壳体内间隔设有四块隔板将壳体的内腔分隔为五个区；原料气输送管道经由第三区、第二区内的第五通道连通第一区内的第一通道；界外送来的第一合成气经由第一合成气管道进入第一区换热后经由第二区的腔室进入第三区，得到的第二反应气经由第四区的腔室进入第五区，与来自界外的循环气换热后送出，界外循环气换热后与原料气混合。

Description

一种高效甲醇合成反应器

技术领域

本发明涉及到化工设备，尤其涉及一种高效甲醇合成反应器。

背景技术

甲醇是一种重要的化工基础产品和有机化工原料，甲醇合成是一个体积缩小的可逆的放热反应过程。对于铜基甲醇合成催化剂来说，反应温度需要维持在220℃～280℃之间，如果温度过低则催化剂没有活性无法反应，温度过高则影响催化剂的寿命和产品品质。因此，合成气在进入甲醇合成反应器之前需要预热到催化剂的起活反应温度，经过甲醇合成反应后的反应气需要及时移出反应热，为再次进入甲醇合成反应器创造适宜的温度条件。

公告号为CN206986062U的中国专利申请公开了《一种甲醇合成的装置》，该甲醇合成装置的第一气气换热器、第二气气换热器和第二反应器均独立设置，设备之间通过管道进行连接，反应器和换热器需要布置在不同的结构基础或框架上，增加了该单元的占地和土建结构投资；同时用于连接设备的管道均是高温高压管道，在将设备实现连接的同时管道需要具有适当的柔性，以满足热膨胀的要求，否则管道运行时热胀冷缩产生的推力会损坏设备管口，为了满足管道的刚度和柔性双重要求，实际需要的管道长度远远超过两台设备管口之间的直线距离，管道长度的增加，导致工程投资和热量损失双双增大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种高效甲醇合成反应器，在实现甲醇合成前的原料混合气的升温及反应后的反应气降温要求下，有效降低装置占地面积和土建投资，大幅减少管道长度和热量损耗，从而满足甲醇合成装置的大型化和节能化发展要求。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该高效甲醇合成反应器，包括封闭的壳体，其特征在于所述壳体内自所述壳体的一端向所述壳体的另一端依次间隔设有第一隔板、第二隔板、第三隔板和第四隔板；各隔板将所述壳体的内腔依次分隔为第一区、第二区、第三区、第四区和第五区；

所述第一区内设有相互独立的第一通道和第二通道；所述第一通道的出口连接界外；所述第二通道的两端口分别连通所述第二区和第一反应气输送管道；

第五区内设有相互独立的第三通道和第四通道；

所述第二区内设有独立于第二区的腔室的第五通道；

所述第三区内间隔设有多根气管；

所述第四区内设置独立于第四区的腔室的第六通道；

所述第二隔板内具有第一空腔，各所述气管的出口均连通所述第一空腔；所述第二隔板上还间隔设有多个连通所述第二区的腔室和所述第三区且独立于所述第一空腔的第一通孔；

所述第三隔板内设有第二空腔，各所述气管的入口均连接所述第二空腔；所述第三隔板上还间隔设有多个连通所述第三区和所述第四区的腔室且独立于所述第二空腔的第二通孔；

原料气输送管道的出口穿过所述壳体的侧壁连通所述第六通道；

所述第六通道的两端口分别连通所述第三通道的出口和所述第二内腔。第五通道的两端口分别连通所述第一空腔的出口和所述第一通道的入口；

循环气输送管道的出口连通所述第三通道的入口；所述第四通道的两端口分别连通所述第四区的腔室和第二反应气输送管道。

较好的，所述第一区内的第二通道可以由多根并列设置的管道组成，各管道与所述第一区内腔之间的空隙构成所述的第一通道。

更好地，各所述第二通道可以为“U”形管；各所述第二通道的两端口分别限位在所述第一隔板上；所述第一隔板上连接有第一分隔板，所述第一分隔板与所对应的第一隔板部分以及所对应的壳体部分形成独立于所述第二区的腔室的第一腔室；所述第二通道的入口和所述第一反应气输送管道的出口均连通所述第一腔室。

较好的，所述第五区内的第四通道可以由多根并列设置的管道组成，各第四通道与所述第五区内腔之间的间隙构成所述的第三通道。

更好地，各所述第四通道为“U”形管；各所述第四通道的两端口分别限位在所述第四隔板上；所述第四隔板上连接有第二分隔板，所述第二分隔板与所对应的第四隔板部分以及所对应的壳体部分形成独立于所述第四区的腔室的第二腔室；所述第四通道的出口和所述界外反应气输送管道的入口均连通所述第二腔室。

为方便催化剂和瓷球的卸料，还可以在所述第三隔板的下方还设有用于盛放瓷球的网兜，所述壳体的侧壁上设有卸料管，所述卸料管的两端口分别连通所述网兜与所述第三隔板之间的空间和界外。

作为上述各方案的进一步改进，可以在所述第二区内设有第三分隔板，所述第三分隔板的两端缘分别连接所述第二隔板和所述第三隔板；所述第三分隔板与第一隔板部分、第二隔板以及所对应的壳体部分围合形成所述的第二区的腔室；所述第三分隔板与所对应的另部分壳体之间的间隙形成所述的第五通道。

还可以在所述第四区内设有第四分隔板，所述第四分隔板的两端缘分别连接所述第三隔板和所述第四隔板；所述第四分隔板与所述第三隔板、第四隔板以及所对应的壳体部分围合形成所述的第四区的腔室；所述第四分隔板与所对应的另部分壳体之间的间隙形成所述的第六通道。

进一步地，还可以在所述第四区内还设有第五分隔板，所述第五分隔板与所对应的壳体部分围合形成独立于所述第四区的腔室的混气室；所述第六通道和所述原料气输送管道的出口连通所述混气室。

优选所述壳体为立式结构，所述第一隔板、第二隔板、第三隔板和第四隔板自上至下依次设置。该结构占地面积更小，从而减小基础投资。

与现有技术相比，本发明所提供的高效甲醇合成反应器在同一个壳体中通过隔板的设计分隔出多个区域从而将合成反应和换热集成在一台设备中，避免了反应器外长管道连接，减少了设备数量，降低了设备占地面积，同时将第五通道及第六通道集成在反应内部，极大程度地减少了长管道连接所导致的热损失大的问题，节能降耗效果显著；并且该反应器的结构设计，能够使设备的热胀冷缩与设备内、外所连接管道的热胀冷缩实现同步，容易满足管道在刚度和柔性两方面的苛刻要求，管道运行时热胀冷缩产生的推力对设备管口的损坏风险降到了最低，利于装置大型化，也有利于大型甲醇合成装置的安全稳定运行。取消合成反应区中央的中心筒，取而代之是换热管和催化剂，有效增加了催化反应空间，可进一步缩小反应器直径，利于装置大型化。

附图说明

图1为本发明实施例的纵向剖视图；

图2为沿图1中A-A线的剖视图；

图3为沿图1中B-B线的剖视图；

图4为图3中C部分的局部放大图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1至图4所示，该高效甲醇合成反应器包括：

壳体5，封闭结构，其内腔通过多根管道连接界外。本实施例中的壳体5为立式结构。

隔板，有四块，包括第一隔板1、第二隔板2、第三隔板3和第四隔板4，自上至下依次间隔设置在壳体5的内腔内，将壳体5的内腔自上至下依次分隔为第一区51、第二区52、第三区53、第四区54和第五区55。其中：

第一区51，其内设有多根并列布置的“U”形管，各U形管构成本实施例中的第二通道51b，各U形管与所述第一区51内腔之间的空隙构成独立于第二通道51b的第一通道51a。第一通道51a的出口通过第二混合气输送管道73连接界外。

各U形管两端口均限位在所述第一隔板1上；所述第一隔板1上还连接有第一分隔板56，所述第一分隔板56与所对应的第一隔板部分以及所对应的壳体部分形成独立于第二区的腔室52a的第一腔室58；所述第二通道51b的入口和所述第一反应气输送管道75的出口均连通所述第一腔室58；第二通道51b的出口连通第二区的腔室52a。

第三分隔板76，设置在第二区52内，其两端部分别连接第一隔板1和第二隔板2，所述第三分隔板76与第一隔板1部分、第二隔板2、第一分隔板56以及所对应的壳体部分围合形成第二区的腔室52a；第三分隔板76与所述的另部分壳体之间的间隙形成独立于第二区的腔室的第五通道52b。第五通道52b用于输送预热过的混合气，所述的第五通道52b的入口和出口分别连接第二隔板上的出气口23和第一通道51a。

第二区52，为空腔，被第三分隔板76分隔为竖向并列布置的第二区的腔室52a和第五通道52b；其中第二区的腔室52a为进入其内的第一反应气的缓冲区。。

第三区53，为反应区，其内设有多根气管6，各气管在第三区53内并列布置；各气管6的两端部分别固定在第二隔板2和第三隔板3上。

围合成第三区的第二隔板2和第三隔板3均为空心板。其中所述第二隔板2内具有第一空腔21，各所述气管6的出口均连通所述第一空腔21；对应于第五通道在第二隔板2上表面的一侧设有出气口23，所述第二隔板2上还间隔设有多个纵向贯通且独立于所述第一空腔21的第一通孔22，第一通孔22的两端口分别连通所述第二区52和所述第三区53。

所述第三隔板3内设有第二空腔31，各所述气管6的入口均连接所述第二空腔31；对应于第七通道在第三隔板3下表面的一侧设有连通第二空腔31的进气口33；所述第三隔板3上还间隔设有多个纵向贯通第三隔板且独立于第二空腔31的第二通孔32，各第二通孔32的两端口分别连通所述第三区53和所述第四区54。

第四区54，为空腔，其内设有第二分隔板57、第四分隔板77、第五分隔板78和第六分隔板83。。所述第四区54内设置第五分隔板78，所述第五分隔板78与所对应的壳体部分形成独立于第四区54的混气室79。所述第四区54内还设置第四分隔板77，所述第四分隔板77与第五分隔板78部分、第四隔板4部分以及所对应的壳体部分形成独立于第四区54的第六通道54b。所述的第六通道54b用于连通混气室79和第五区55的第三通道55a。所述第四区54内还设置第六分隔板83，所述第六分隔板83与第五分隔板78部分、第三隔板3部分以及所对应的壳体部分形成独立于第四区54的第七通道84。所述的第七通道84用于连通混气室79和第三隔板的进气口33。第四分隔板77、第五分隔板78、第六分隔板83、第二分隔板57和第四隔板4部分、第三隔板3及对应的壳体围合形成第四区的腔室54a，第四区的腔室54a为第二反应气的缓冲区。

第五区55，其内设有多根并列布置的“U”形管，各U形管构成本实施例中的第四通道55b；各U形管与所述第五区55内腔之间的间隙构成独立于第四通道55b的第三通道55a。

各“U”形管的两端口分别限位在所述第四隔板4上；所述第四隔板4上连接有第二分隔板57，所述第二分隔板57与所对应的第四隔板部分以及所对应的壳体部分形成独立于第四区其余空间的第二腔室59；所述第四通道55b的出口和所述第二反应气输送管道82的入口均连通所述第二腔室59。

原料气输送管道71，用于输送新鲜的原料气，其出口穿过所述壳体5的侧壁连通所述混气室79。

循环气输送管道81，用于输送循环气并入到新鲜的原料气中形成混合气；循环气输送管道81经由第五区内的所述第三通道55a和第六通道54b连通所述混气室79，所述混气室79出口经由第七通道84与进气口33连通；第五区内的所述第四通道55b的两端口分别连通所述第四区54的内腔和界外第二反应气输送管道82。

网兜91，用于兜住瓷球，设置在第三隔板3的下方。

卸料管92，设置在壳体1的侧壁上，为填充在第三区内的催化剂和瓷球的卸料通道；所述卸料管92的两端口分别连通所述网兜91与所述第三隔板3之间的空间和壳体界外。

该高效甲醇合成反应器的工作原理描述如下：

进入原料气输送管道内的新鲜原料气与来自第六通道的循环气混合后形成混合气，经由第七通道连通进气口进入到第三隔板的第二空腔内，然后均匀进入各气管，在气管内与第三区内催化剂床层反应所产生的反应热换热后，进入第二隔板上的第一空腔内，经由出气口进入第五通道，然后进入第一区的第一通道内，与第一区第二通道内所送来的界外第一反应气换热后，经由第二混合气输送管道送出界外。

界外送来的第一反应气经由第一反应气输送管道进入第一腔室，经由第一区内的第二通道进入到第二区的腔室，从第二隔板上各第一通孔进入到第三区内，在第三区内所填充催化剂的作用下进行反应，生成第二反应气。

第二反应气经由第三隔板上的各第二通孔进入到第四区的腔室，进而进入到第五区第四通道中，与第五区第三通道内界外送来的循环气换热后从第二反应气输送管道送出界外；而循环气换热后通过第六通道并入混气室形成混合气。

Claims (10)

1.一种高效甲醇合成反应器，包括封闭的壳体5，其特征在于所述壳体内自所述壳体的一端向所述壳体的另一端依次间隔设有第一隔板1、第二隔板2、第三隔板3和第四隔板4；各隔板将所述壳体的内腔依次分隔为第一区51、第二区52、第三区53、第四区54和第五区55；

所述第一区51内设有相互独立的第一通道51a和第二通道51b；所述第一通道51a的出口连接界外；所述第二通道51b的两端口分别连通所述第二区和第一反应气输送管道73；

所述第五区55内设有相互独立的第三通道55a和第四通道55b；

所述第二区52内设有独立于第二区的腔室52a的第五通道52b；

所述第三区53内间隔设有多根气管6；

所述第四区54内设有独立于第四区的腔室54a的第六通道54b；

所述第二隔板2内具有第一空腔21，各所述气管6的出口均连通所述第一空腔21；所述第二隔板2上还间隔设有多个连通所述第二区的腔室52a和所述第三区53且独立于所述第一空腔21的第一通孔22；

所述第三隔板3内设有第二空腔31，各所述气管6的入口均连接所述第二空腔31；所述第三隔板3上还间隔设有多个连通所述第三区53和所述第四区的腔室54a且独立于所述第二空腔31的第二通孔32；

原料气输送管道71的出口穿过所述壳体的侧壁连通所述第六通道54b；

所述第六通道54b的两端口分别连通所述第三通道的出口和所述第二内腔31；所述第五通道52b的两端口分别连通所述第一空腔21的出口和所述第一通道51a的入口；

循环气输送管道81的出口连通所述第三通道55a的入口；所述第四通道55b的两端口分别连通所述第四区的腔室54a和第二反应气输送管道82。

2.根据权利要求1所述的高效甲醇合成反应器，其特征在于所述第一区51内的第二通道51b由多根并列设置的管道组成，各管道与所述第一区的内腔之间的空隙构成所述的第一通道51a。

3.根据权利要求2所述的高效甲醇合成反应器，其特征在于各所述第二通道51b为“U”形管；各所述第二通道的两端口均限位在所述第一隔板1上；所述第一隔板1上连接有第一分隔板56，所述第一分隔板56与所对应的第一隔板1部分以及所对应的壳体部分形成独立于所述第二区的腔室52a的第一腔室58；所述第二通道51b的入口和所述第一反应气输送管道75的出口均连通所述第一腔室58。

4.根据权利要求1所述的高效甲醇合成反应器，其特征在于所述第五区内的第四通道55b由多根并列设置的管道组成，各所述第四通道55b与所述第五区内腔之间的间隙构成所述的第三通道55a。

5.根据权利要求4所述的高效甲醇合成反应器，其特征在于各所述第四通道55b为“U”形管；各所述第四通道的两端口均限位在所述第四隔板4上；所述第四隔板上还连接有第二分隔板57，所述第二分隔板57与所对应的第四隔板4部分以及所对应的壳体部分形成独立于所述第四区的腔室54a的第二腔室59；所述第四通道55b的出口和所述第二反应气输送管道82的入口均连通所述第二腔室59。

6.根据权利要求1所述的高效甲醇合成反应器，其特征在于所述第三隔板3的下方还设有用于盛放瓷球的网兜91，所述壳体的侧壁上设有卸料管92，所述卸料管92的两端口分别连通所述网兜91与所述第三隔板3之间的空间和界外。

7.根据权利要求1至6任一权利要求所述的高效甲醇合成反应器，其特征在于所述第二区52内设有第三分隔板76，所述第三分隔板76的两端缘分别连接所述第二隔板2和所述第三隔板3；所述第三分隔板76与第一隔板部分、第二隔板2以及所对应的壳体部分围合形成所述的第二区的空腔52a；所述第三隔板76与所对应的另部分壳体之间的间隙形成所述的第五通道52b。

8.根据权利要求1至6任一权利要求所述的高效甲醇合成反应器，其特征在于所述第四区54内设有第四分隔板77，所述第四分隔板77的两端缘分别连接所述第三隔板3和所述第四隔板4；所述第四分隔板77与所述第三隔板3、第四隔板4以及所对应的壳体部分围合形成所述的第四区的腔室54a；所述第四分隔板77与所对应的另部分壳体之间的间隙形成所述的第六通道54b。

9.根据权利要求8所述的高效甲醇合成反应器，其特征在于所述第四区54内还设有第五分隔板78，所述第五分隔板78与所对应的壳体部分围合形成独立于所述第四区的腔室54b的混气室79；所述第六通道54b和所述原料气输送管道71的出口连通所述混气室79。

10.根据权利要求1所述的高效甲醇合成反应器，其特征在于所述壳体为立式结构，所述第一隔板、第二隔板、第三隔板和第四隔板自上至下依次设置。