CN201154945Y - 一种用于甲烷液相氧化反应的鼓泡塔 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于甲烷液相氧化反应的鼓泡塔，包括塔本体，所述塔本体从上至下分为气体处理段、自由空间段和气液反应段三部分，所述塔本体下端设有排净口，上端设有出气口，其特征在于：所述气液反应段的下部设有气体进口和液相进料口，所述的液相进料口在气体进口的上方；所述气液反应段的中上部设有冷却盘管；所述气液反应段和自由空间段的交界处设有溢流口；所述气体处理段设有除沫器。本实用新型具有结构简单，造价和运行费用低廉的优点，可适用于甲烷液相连续氧化制甲醇工艺的氧化反应。

Description

一种用于甲烷液相氧化反应的鼓泡塔

技术领域

本实用新型涉及一种用于甲烷液相氧化反应的鼓泡塔，具体涉及一种用于甲烷液相连续氧化制甲醇工艺的鼓泡塔氧化反应装置。

背景技术

甲烷和天然气是重要的化工原料，但由于甲烷的化学结构异常稳定，传统的甲烷制甲醇的工艺需将甲烷与水蒸气在高温高压下进行热解，或将甲烷与纯氧在高温高压条件下进行部分氧化，制成合成气(CO+2H₂)，然后再在高压和高温条件下合成甲醇。这种工艺虽然成熟，但投资庞大，能耗也很高。因此，许多科学家一直在探索甲烷直接氧化制备甲醇的新工艺。其中专利ZL01124019.9采用发烟硫酸为溶剂、碘作催化剂，在高压釜内将甲烷氧化成硫酸氢甲酯。但这项研究采用间歇反应，反应压力由通入高压釜的甲烷初始压力和反应温度确定，不仅压力高，而且无法调整，反应速率也随时间变化，其实验结果主要放在反应机理的研究方面，距工业应用和设计尚有一定的距离。通过对现有的甲烷液相间歇氧化反应机理的深入研究，并通过对甲烷液相氧化过程所进行的化学工程基础研究，可将这种间歇工艺开发为连续过程，即甲烷液相连续氧化制甲醇的工艺，以解决甲烷液相氧化间歇反应工艺的缺点，克服天然气制备甲醇传统工艺存在的流程长、能耗高等缺陷。

甲烷液相连续氧化制甲醇工艺的核心装置是氧化反应器。用于该工艺的反应器的设计至少需要满足气液相间的动量与质量传递，相界面与液相内部的反应过程，反应气体在反应器内的停留时间，反应介质的热交换等四个方面的要求。由于该项工艺系首次提出，国内外还没有这类反应器的设计先例。根据反应物料的种类和反应过程来划分，该反应器属于气液反应装置，虽然气液反应器的类型很多，但根据反应过程的要求和通过大量的实验研究，并通过反应工程的基本理论计算，开发出与该工艺配套的专用氧化反应装置。

实用新型内容

本实用新型提供了一种结构简单，造价和运行费用低廉的新型鼓泡塔。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：一种新型鼓泡塔，包括塔本体，所述塔本体从上至下分为气体处理段、自由空间段和气液反应段三部分，所述塔本体下端设有排净口，上端设有出气口，其特征在于：所述气液反应段的下部设有气体进口和液相进料口，所述的液相进料口在气体进口的上方；所述气液反应段的中上部设有冷却区；所述气液反应段和自由空间段的交界处设有溢流口；所述气体处理段设有除沫器，除沫器可根据需要设在气体处理段的上部、中部或下部。

所述的气体处理段占鼓泡塔总高度的10％～20％，所述的自由空间段的占鼓泡塔总高度的5％～20％，所述的气液反应段占鼓泡塔总高度的60％～85％。

所述的气液反应段的高度和直径之比为10～20。

所述的塔本体的下部设有气体分布器。

所述的气体分布器上的喷气孔全部向上。

按照权利要求1所述的用于甲烷液相氧化反应的鼓泡塔，其特征在于：所述冷却区包括冷却盘管(4)和多孔隔板(5)，所述多孔隔板(5)位于冷却盘管(4)的下方。

所述冷却盘管为1-4个，所述的多孔隔板为1-4个。冷却盘跟多孔隔板相对应，有一个冷却管就对应有一个多孔隔板。

本实用新型的鼓泡塔用于甲烷液相连续氧化制甲醇，该反应的原理是以甲烷或天然气为原料，以碘为催化剂、以发烟硫酸为溶剂和氧化剂进行催化氧化生成甲醇的反应。一般鼓泡塔，其上部有一扩大段以分离液滴和泡沫，本实用新型鼓泡塔由于在高温和高压下工作，反应介质又有一定的强腐蚀性，为了减少设备制作的困难，故不设置扩大段。另一方面，由于在气液反应段的上部设置了冷却盘管和多孔隔板形成的冷却区，其作用是让液相反应产物在流出反应器前降低温度，使反应器内存在一低温区，当反应气体通过这一低温区时，气体中所含的SO₃和I₂蒸汽能被液相吸收，以减少反应尾气后处理的负荷。另外，由于反应段的液位由溢流口的位置确定，在操作时可保证液位与气体处理段之间保留有一定的自由空间。气液反应段的高度和直径之比根据反应所要求的空塔气速、气液传质系数、气泡直径、气含率、SO₃浓度分布等参数确定，经过综合考虑和实验验证，本实用新型鼓泡塔反应段适用的高度和直径之比为10～20。本实用新型鼓泡塔采用在塔内设置多孔隔板来改善气泡的运动，促进传质过程。因此，本实用新型结构简单，造价和运行费用低廉。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步描述：

附图1是本实用新型鼓泡塔的结构示意图。

具体实施方式

参照图1，本实用新型的鼓泡塔是一个上下均匀的直筒形鼓泡塔，包括塔本体，塔本体下端设有排净口13，上端设有出气口8，出气口8与后续的反应尾气处理单元相连，以使反应尾气进入尾气后续处理单元进一步处理。塔本体从上至下分为气体处理段12、自由空间段11和气液反应段10三部分，所述气体处理段12占鼓泡塔总高度的10％～20％，所述自由空间段11的占鼓泡塔总高度的5％～20％，所述气液反应段10占鼓泡塔总高度的60～85％。气液反应段10的下部设有气体进口2和液相进料口3，所述的液相进料口3在气体进口2的上方；气液反应段10的中上部设有冷却盘管4，冷却盘管4与冷却系统相连通。所述气液反应段10和自由空间段11的交界处设有溢流口9；所述气体处理段12设有除沫器7，除沫器优选为金属板波除沫器，用于回收反应尾气中夹带的硫酸液滴和SO₃，除沫器的位置可根据需要设于气体处理段的上部、中部或下部。所述气液反应段的下部设有气体分布器1，气体分布器1与气体进口2相连。所述气液反应段中上部还设有多孔隔板5，所述的冷却盘管4安装在多孔隔板5的上方，所述的多孔隔板5位于冷却盘管4的下方，所述冷却盘管4为1-4个，所述的多孔隔板为1-4个，所述自由空间段11中下部设有备用口6。

本实用新型的工作原理如下：溶有催化剂碘的发烟硫酸通过液相进料口3连续加入塔内，甲烷气体通过液相进料口3下部的气体分布器1鼓泡吹入塔内。塔内气体为分散相，液体为连续相，气液充分接触，在催化剂的作用下发生氧化反应，生成硫酸氢甲酯并溶在液相内。由于甲烷氧化过程为液相化学反应控制，鼓泡塔持液量大，能够保证液相有足够的停留时间充分对气相进行氧化。同时，为保证气相在塔内有一定的转化率，需要气体在塔内也具有足够的停留时间，入塔的甲烷速度较低，进气空塔气速一般小于0.05m/s，但发烟硫酸进塔后，SO₃蒸气量一般为入塔甲烷气体流量的1-2倍，因此SO₃的蒸发量很大，塔内实际气速较大。另外，由于SO₃气体与浓硫酸处于平衡状态，SO₃与甲烷形成的气泡破裂、聚合很频繁，这种现象可极大的强化气液传质和液相混合。反应液体和反应气体在塔内并流向上流动，反应液体通过设在气液反应段和自由空间段交界处的溢流口9流出反应器，进入气液分离器后连续排出，输入到后续工序进一步处理。鼓泡塔内的液面高度由溢流口9的位置决定，进行连续化反应时，塔内液面的高度与溢流口9的位置相当，根据物料平衡可知，此时进料流量等于出料流量，因此出料流量可由调整进料流量来加以控制。

Claims (7)

1.一种用于甲烷液相氧化反应的鼓泡塔，包括塔本体，所述塔本体从上至下分为气体处理段(12)、自由空间段(11)和气液反应段(10)三部分，所述塔本体下端设有排净口(13)，上端设有出气口(8)，其特征在于：所述气液反应段(10)的下部设有气体进口(2)和液相进料口(3)，所述的液相进料口(3)在气体进口(2)的上方；所述气液反应段(10)的中上部设有冷却区；所述气液反应段(10)和自由空间段(11)的交界处设有溢流口(9)；所述气体处理段(12)设有除沫器(7)。

2.按照权利要求1所述的用于甲烷液相氧化反应的鼓泡塔，其特征在于：所述的气体处理段占鼓泡塔总高度的10％～20％，所述的自由空间段的占鼓泡塔总高度的5％～20％，所述的气液反应段占鼓泡塔总高度的60％～85％。

3.按照权利要求1所述的用于甲烷液相氧化反应的鼓泡塔，其特征在于：所述的气液反应段的高度和直径之比为10～20。

4.按照权利要求1所述的用于甲烷液相氧化反应的鼓泡塔，其特征在于：所述的塔本体的下部设有气体分布器(1)。

5.按照权利要求4所述的用于甲烷液相氧化反应的鼓泡塔，其特征在于：所述的气体分布器(1)上的喷气孔全部向上。

6.按照权利要求1所述的用于甲烷液相氧化反应的鼓泡塔，其特征在于：所述冷却区包括冷却盘管(4)和多孔隔板(5)，所述多孔隔板(5)位于冷却盘管(4)的下方。

7.按照权利要求6所述的用于甲烷液相氧化反应的鼓泡塔，其特征在于：所述冷却盘管(4)为1-4个，所述的多孔隔板为1-4个。

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