CN1778463A - 水管式等温甲醇反应器 - Google Patents
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Abstract
一种水管式等温甲醇反应器，它有外简体12和径向反应筐33，外筒体12下部有进水腔27和汽水集合腔25，反应筐33中有集气管8，该管8周围有多根通水外套管10和内管11组成的双套管换热管，筐33上部为进气腔18，外筒体12和筐33之间有环隙9，管8下方有卸料斗6，管8及筐33侧壁及卸料斗6上有通气孔，分别与腔27和25连通的管11、10之间有环隙41，卸料斗6底部的卸料管2和套管30之间有与空腔22连通的环隙29。本发明它采用双套管换热结构，简单、可靠，利用反应热在管内产生中、低压蒸汽而可节能降耗，等温反应容易操作调控，有利于保护催化剂长周期活性，装卸催化剂容易。
Description
技术领域
本发明涉及一种生产甲醇的反应装置。
背景技术
现有技术的甲醇反应器包括托普索甲醇反应器和低压折流式冷管甲醇塔。前者为管壳式换热器，管内装填催化剂，管外为汽水混合物。未反应的H2、N2、CO、CO2气体，在管内反应生成甲醇，其反应热用于加热管外的水使之变成蒸汽。该反应器有如下一些缺点：
1、由于众多装催化剂的小管两端分别被焊在两块管板上，应力很大，管子、管板和筒体材质要求双相不锈钢，筒体和管板很厚，重量大，因此加工难度大，造价昂贵。
2、催化剂装填在管内，装卸困难，气体通过时阻力比较大。
3、适用单独生产甲醇，不适于氨和醇的联合生产。
低压折流式冷管甲醇塔是在催化床内有许多小管分别焊接在上下两个环管上，未反应气经预热后经上环管，进入小管内，由上而下流动，冷却管外催化床反应热气，管内未反应气体被加热，汇集于下环管再通过上升管折向流动进行反应，反应后热气下部经换热器冷却出塔，这种甲醇塔的缺点：管内冷气的温度由上至下逐渐降低，管外催化床温度随之由上而下逐渐降低，轴向温差较大，催化床容易超温，引起催化剂过热，活性下降；未反应气体要通过下部换热器、中心管、冷管束和上升管反复折向，又是轴向通过催化床进行反应，气体流动阻力大；由于未反应气与反应气在催化床内间接换热，物料没有变化，一次换热量少，要依靠加大循环量才能维持催化床不超温，因此循环流量大，循环电耗大；冷管两端固定于两环管上，受热膨胀容易损坏；结构复杂，装卸催化剂困难。
发明内容
本发明要解决的技木问题是，针对现有技术存在的缺陷，提出一种水管式等温甲醇反应器，它采用双套管换热结构，简单、可靠，利用反应热在管内产生中、低压蒸汽而可节能降耗，等温反应容易操作调控，有利于保护催化剂长周期活性，装卸催化剂容易。
本发明的技术解决方案是，所述水管式等温甲醇反应器有带大盖的外筒体，大盖上有进气端口，其结构特点是，所进外筒体内腔下部设有上管板和下管板，所述下管板与外筒体底部之间为进水腔且外筒体底部有同该进水腔连通的进水管，所述上管板和下管板之间为汽水集合腔，该汽水集合腔经连通管同设有出口管的环形管连通，所述上管板上设有径向反应筐，该径向反应筐有带顶盖的筒体，顶盖上有进气短管经大盖的进气端口接至筒外，所述筒体与外筒体之间有环隙，所述筒体中设有上固定架和下固定架且所述上固定架与顶盖之间为进气腔，进气腔的筒体侧壁和上固定架与下固定架之间的筒体侧壁分别开有多个通气孔，中心集气管位于筒体中部并安装在所述上固定架和下固定架之间，下端口位于下固定架下方的该中心集气管的管壁上开有多个通气孔，筒体下部有位于中心集气管下方的卸料斗，该卸料斗侧面开有多个通气孔而其底部的出料口同卸料管上端口连通，下端口有端盖的所述卸料管置于套管中且二者之间有环隙，该环隙下部同出气管端连通而其上端口同上管板与卸料斗之间的腔体连通，中心集气管的周围设有多根上端封闭而下端口与所述汽水集合腔连通的通水外套管，每根通水外套管中设有其上端口同通水外套管管腔连通而下端口与所述进水腔连通的内管，该内管与通水外套管之间有环隙。
以下做出进一步说明。
参见图1，本发明有带大盖13的外筒体12，大盖13上有进气端口17，其结构特点是，所进外筒体12内腔下部设有上管板24和下管板26，所述下管板26与外筒体12底部之间为进水腔27且外筒体12底部有同该进水腔27连通的进水管28，所述上管板24和下管板26之间为汽水集合腔25，该汽水集合腔25经连通管3同设有出口管的环形管4连通，所述上管板24上设有径向反应筐33，该径向反应筐(又称催化床)33有带顶盖15的筒体23，顶盖15上有进气短管16经大盖13的进气端口17接至筒外，所述筒体23与外筒体12之间有环隙9，所述筒体23中设有上固定架14和下固定架7且所述上固定架14与顶盖15之间为进气腔18，进气腔18的筒体侧壁和上固定架14与下固定架7之间的筒体侧壁分别开有多个通气孔19、20，中心集气管8位于筒体23中部并安装在所述上固定架14和下固定架7之间，下端口位于下固定架7下方的该中心集气管8的管壁上开有多个通气孔21，筒体23下部有位于中心集气管8下方的卸料斗6，该卸料斗6侧面开有多个通气孔5而其底部的出料口同卸料管2的上端口连通，下端口有端盖31的所述卸料管30置于套管中且二者之间有环隙29，该环隙29下部同出气管端1连通而其上端口同上管板24与卸料斗6之间的腔体22连通，中心集气管8的周围设有多根上端封闭而下端口与所述汽水集合腔25连通的通水外套管10(参见图3)，每根通水外套管10中设有其上端口同通水外套管10管腔连通而下端口与所述进水腔1连通的内管11，该内管11与通水外套管10之间有环隙41(参见图3)。
本发明的工作原理是(参见图1)，径向反应筐33的筒体23(包括进气腔18)及卸料斗6中装有催化剂；含有H2、N2、CO、CO2并经预热的气体从进气端口17进入径向反应筐33上部的进气腔18，被由通水外套管10和内管11组成的双套管进一步加热后分成两路，一路约有90-95％的气体经通气孔19进入环隙9，再经筒体23的筒壁通气孔20进入催化床层，径向流动并进行甲醇合成反应，反应后经通气孔21进入中心集气管8；另一路约有5-10％气体轴向向下经过催化床层进入中心集气管8中；中心集气管8中的气体经下端敞口出来，再经卸料斗6中的催化剂继续反应后，从卸料斗6的通气孔5向下进入腔体22，然后经套管30中的环隙29及出气管端1送出。另一方面，热水从进水管28经外筒体12下部的进水腔27进入内管11(参见图3)后由下而上到内管11上端口，而后折向进入环隙41，由上而下与管外反应热气换热，吸收反应热而使热水汽化成为汽化混合物后进入环形管4，由其出口管送出。本发明的反应器在反应过程小，调节连接在进水管28和环形管4的出口管之间并位于本发明反应器上方的汽包中蒸汽压力，就可以调节径向反应筐33中催化床层的反应温度。
本发明的反应器，催化剂装在换热管外，且有自卸催化剂装置，装卸容易，换热管为双套管，管子只有一端连接(焊接)在(上、下)管板上，另一端是可自由伸缩的自由端，因此管板和筒体受力小，无需使用双相不锈钢材料，加工容易、造价较低。
本发明的反应器使反应气体在催化床内径向流动，阻力小、压缩气体电耗少；反应为等温反应，不超温；适于甲醇单独生产，也适于氨醇联合生产。
由以上可知，本发明为一种水管式等温甲醇反应器，它采用双套管换热结构，简单、可靠，利用反应热在管内产生中、低压蒸汽而可节能降耗，等温反应容易操作调控，有利于保护催化剂长周期活性，装卸催化剂容易，且结构简单、设备造价低。
附图说明
图1是本发明的一种实施例剖视结构；
图2是径向反应筐的纵向剖视结构；
图3是图1中通水外套管10和内管11的剖视结构图；
图4是一种实际应用的实施例结构。
在附图中：
1-出气管端， 2-卸料管，
3-连接管， 4-环形管，
5-通气管， 6-卸料斗，
7-下固定架， 8-中心集气管，
9-环隙， 10-通水外套管，
11-内管， 12-外筒体，
13-大盖， 14-上固定架，
15-顶盖， 16-进气短管，
17-进气端口， 18-进气腔，
19-通气孔， 20-通气孔，
21-通气孔， 22-腔体，
23-筒体， 24-上管板，
25-汽水集合腔， 26-下管板，
27-进水腔， 28-进水管，
29、41-环隙， 30-套管，
31-端盖， 32-端盖，
33-径向反应筐， 34-汽包，
35-甲醇反应器， 36-预热器，
37-风冷器， 38-水冷器，
39-分离器， 40-循环机。
具体实施方式
按照图1至图3和上述结构的本发明反应器，它的进水管28和环形管4上的4-6根出口管分别同位于反应器上方汽包34连接成回路，出气管端1依次串接预热器36、风冷器37、水冷器38、分离器39，预热器36有原料气进口且原料气出口同反应器的进气短管16连通，分离器39有粗甲醇出口和醇后气出口且在其醇后气出口和预热器36的原料气进口之间社有循环机40。所述装置36-40均可采用已有技术结构。
含有H2、N2、CO、CO2的气体由预热器36预热至约210℃后进入径向反应筐33，再由所述管10、11组成的双套管加热至220-245℃，进行催化反应生成甲醇，外筒体12耐压4.0-10.0Mpa，外筒体12与筒体23承受反应温度200-280℃。反应热在换热管内产生中、低压蒸汽，每吨甲醇可产生1000Kg左右中压蒸汽。
Claims (2)
1、一种水管式等温甲醇反应器，有带大盖(13)的外筒体(12)，大盖(13)上有进气端口(17)，其特征是，所进外筒体(12)内腔下部设有上管板(24)和下管板(26)，所述下管板(26)与外筒体(12)底部之间为进水腔(27)且外筒体(12)底部有同该进水腔(27)连通的进水管(28)，所述上管板(24)和下管板(26)之间为汽水集合腔(25)，该汽水集合腔(25)经连通管(3)同设有出口管的环形管(4)连通，所述上管板(24)上设有径向反应筐(33)，该径向反应筐(33)有带顶盖(15)的筒体(23)，顶盖(15)上有进气短管(16)经大盖(13)的进气端口(17)接至筒外，所述筒体(23)与外筒体(12)之间有环隙(9)，所述筒体(23)中设有上固定架(14)和下固定架(7)且所述上固定架(14)与顶盖(15)之间为进气腔(18)，进气腔(18)的筒体侧壁和上固定架(14)与下固定架(7)之间的筒体侧壁分别开有多个通气孔(19、20)，中心集气管8位于筒体(23)中部并安装在所述上固定架(14)和下固定架(7)之间，下端口位于下固定架(7)下方的该中心集气管(8)的管壁上开有多个通气孔(21)，筒体(23)下部有位于中心集气管(8)下方的卸料斗(6)，该卸料斗(6)侧面开有多个通气孔(5)而其底部的出料口同卸料管(2)的上端口连通，下端口有端盖(31)，所述卸料管(30)置于套管中且二者之间有环隙(29)，该环隙(29)下部同出气管端(1)连通而其上端口同上管板(24)与卸料斗(6)之间的腔体(22)连通，中心集气管(8)的周围设有多根上端封闭而下端口与所述汽水集合腔(25)连通的通水外套管(10)，每根通水外套管(10)中设有其上端口同通水外套管(10)管腔连通而下端口与所述进水腔(1)连通的内管(11)，该内管(11)与通水外套管(10)之间有环隙(41)。
2、根据权利要求1所述的水管式等温甲醇反应器，其特征是，所述进水管(28)和环形管(4)上的4-6根出口管分别同位于反应器上方汽包(34)连接成回路，出气管端(1)依次串接预热器(36)、风冷气(37)、水冷器(38)、分离器(39)，预热器(36)有原料气进口且原料气出口同反应器的进气短管(6)连通，分离器(39)有粗甲醇出口和醇后气出口且在其醇后气出口和预热器(36)的原料气进口之间社有循环机(40)。
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Assignee: Jiangsu Hengsheng Fertilizer Co., Ltd. Assignor: Hu'nan Anchun High & New Technology Co., Ltd. Contract record no.: 2010320000784 Denomination of invention: Water-piping isothermal methanol reactor Granted publication date: 20070905 License type: Exclusive License Open date: 20060531 Record date: 20100623 |