CN203075925U - 互供热双催化反应器 - Google Patents

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吕仲明
杨琳
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Abstract

一种互供热双催化反应器，它包括第一反应器（R1）、第二反应器（R2）、第一换热器（E1）和第二换热器（E2），其特征是所述的第一反应器（R1）和第二反应器（R2）以及第一换热器（E1）与第二换热器（E2）中的一个换热器均安装在同一个壳体（R）中，在壳体（R）中还安装有将第一换热器（E1）和第二换热器（E2）串接相连并实现第一反应器（R1）向第二反应器（R2）供应余热或实现第二反应器（R2）向第一反应器（R1）供应余热的互供热换热器（E3）。本实用新型通过将多个互供热反应器集中于一个反应器内，取消了外供热系统，简化了设备及管路，使整个工艺紧凑而有效，运行也更为安全。

Description

互供热双催化反应器
技术领域
   本实用新型涉及一种催化反应器，尤其是一种需要外部供热的催化反应器，具体地说是一种可省去或减少外部供热的互供热双催化反应器。
背景技术
目前，在化工反应过程中，为了达到某种产物目标，常常需要有多个催化反应回路串联操作。其典型流程见图1。 
其中每个反应回路设有反应器，原料换热器，其作用是利用其反应热将物料提温到催化反应所需的温度，反应后物料经冷却分离器进入下一个串联反应。因此可以看出，这个传统流程的特点是各回路的热量是完全独立的。图1流程中，当第二个反应器的反应热不够维持反应温度时，则需要设置提温加热器E3提供热量，以维持稳定运行。
但是增设提温加热器会存在以下问题：
（1）外供热需有热源，无论是过热蒸汽、电能等，都增加了生产过程的复杂性；
（2）外供热源必须稳定，否则会带来停车或事故，影响到生产过程的安全性；
（3）增加了能耗和成本。
对此目前尚无好的解决办法、
发明内容
本实用新型的目的是针对现有的催化反应回路中多个串接的反应器不能互相供热，必须外加热源才能正常工作从而造成投资大、能耗高，稳定性差的问题，设计一种能利用高温催化反应器产生的催化余热供低温催化反应器作为反应提温的互供热双催化反应器。
本实用新型的技术方案是：
一种互供热双催化反应器，它包括第一反应器R1、第二反应器R2、第一换热器E1和第二换热器E2，其特征是所述的第一反应器R1和第二反应器R2以及第一换热器E1与第二换热器E2中的一个换热器均安装在同一个壳体R中，在壳体R中还安装有将第一换热器E1和第二换热器E2串接相连并实现第一反应器R1向第二反应器R2供应余热或实现第二反应器R2向第一反应器R1供应余热的互供热换热器E3。
所述的互供热换热器E3为管束结构或/和列管结构，当互供热换热器E3采用管束结构时，它被埋于第二反应器R2的催化剂床层的内部；当互供热换热器E3采用列管结构时，它被置于第二反应器R2的催化剂床之前，将热量提供给第二反应器的进口气体，以维持第二反应器必需的起始反应温度，当互供热换热器E3同时采用管束和列管结构时，管束部分被埋于第二反应器R2的催化剂床层的内部，列管部分被置于第二反应器R2的催化剂床之前。
本实用新型的有益效果：
（1）打破传统的热量独立的多级串联回路流程，而采用互供热回路流程，充分利用反应热，减少热损失和热冷却，有效地节省本工序能耗50%以上。
（2）将多个互供热反应器集中于一个反应器内，取消外供热系统，简化设备及管路，使整个工艺紧凑而有效，运行也更为安全。
（3）由原来3个设备变为1个设备，可减低投资（含外供热系统）30%~50%。
附图说明
图1是现有的串联式催化反应装置原理示意图。
图2是本实用新型的互供热催化反应器的原理图之一。
图3是本实用新型的互供热催化反应器的原理图之二。
图4是本实用新型实例的传统工艺流程原理示意图。
图5是本实用新型实例的互供热催化反应原理图。
图6是本实用新型的互供热催化反应器结构示意图。
图中：R1为第一反应器，R2为第二反应器，E1为第一换热器，E2为第二换热器，E3为互供热换热器，F1为第一冷却分离器，F2为第二冷却分离器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。
    如图2-6所示。
一种互供热双催化反应器，它包括第一反应器R1、第二反应器R2、第一换热器E1和第二换热器E2，所述的第一反应器R1和第二反应器R2以及第一换热器E1与第二换热器E2中的一个换热器均安装在同一个壳体R中，在壳体R中还安装有将第一换热器E1和第二换热器E2串接相连并实现第一反应器R1向第二反应器R2供应余热或实现第二反应器R2向第一反应器R1供应余热的互供热换热器E3。如图6所示。具体实施时所述的互供热换热器E3可为管束结构或/和列管结构，当互供热换热器E3采用管束结构时，它被埋于第二反应器R2的催化剂床层的内部；当互供热换热器E3采用列管结构时，它被置于第二反应器R2的催化剂床之前，将热量提供给第二反应器的进口气体，以维持第二反应器必需的起始反应温度，当互供热换热器E3同时采用管束和列管结构时，管束部分被埋于第二反应器R2的催化剂床层的内部，列管部分被置于第二反应器R2的催化剂床之前，如图2、3所示。
    实例：
（1）以通过甲醇化和甲烷化过程对合成原料气进行净化而获得纯净的氢氮合成气为例，需净化原料气组份，含H2（73.5%），N2（24.5%），CO(1.5%)，CO2（0.5%），通过第一个甲醇化反应器将绝大部分CO和CO2合成为甲醇：
CO+2H2==CH3OH
CO2+H2==CH3OH+H2O
将甲醇及水分离后，还剩余0.01%~0.10%CO+CO2，经第二个甲烷化反应器将其甲烷化：
CO+3H2==CH4+H2O
CO2+5H2==2CH4+H2O
从而获得高净化度的、仅含极少量惰性气体甲烷的氢氮合成气。
上述反应过程的传统工艺见图4。
由图可见传统工艺由甲醇化反应器R1和甲烷化反应器R2串联完成。甲醇反应器从200℃起燃，反应温升约50℃，即250℃出反应器。这一温升的反应热未被利用，反而需由冷却分离器F1从95℃降至40℃分离出甲醇和水；而对于几乎没有反应热的甲烷化反应器R2，为使其达到起始反应温度230℃，就需要设置一台外供热的提温换热器，将200℃气体提温30℃使其达到230℃。这个热量需由外部提供，所以额外增加了能量的消耗。
改为采用本实用新型的互供热双催化反应器后的原理流程见图5。图5中：将甲醇化反应器R1和甲烷化反应器R2置于一个反应器内（图6），它们之间通过互供热换热器E3，将甲醇化反应热提供给甲烷化反应。将冷却器F1的温度从原来95℃降至65℃，减少了冷却能耗。而互供热换热器E3，解决了甲烷化需要外供热的问题，节省了能耗，实现了真正意义上的甲醇化串甲烷化的全自热过程。
本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (2)

1.一种互供热双催化反应器，它包括第一反应器（R1）、第二反应器（R2）、第一换热器（E1）和第二换热器（E2），其特征是所述的第一反应器（R1）和第二反应器（R2）以及第一换热器（E1）与第二换热器（E2）中的一个换热器均安装在同一个壳体（R）中，在壳体（R）中还安装有将第一换热器（E1）和第二换热器（E2）串接相连并实现第一反应器（R1）向第二反应器（R2）供应余热或实现第二反应器（R2）向第一反应器（R1）供应余热的互供热换热器（E3）。
2.根据权利要求1所述的互供热双催化反应器，其特征是所述的互供热换热器（E3）为管束结构或/和列管结构，当互供热换热器（E3）采用管束结构时，它被埋于第二反应器（R2）的催化剂床层的内部；当互供热换热器（E3）采用列管结构时，它被置于第二反应器（R2）的催化剂床之前，将热量提供给第二反应器的进口气体，以维持第二反应器必需的起始反应温度，当互供热换热器（E3）同时采用管束和列管结构时，管束部分被埋于第二反应器（R2）的催化剂床层的内部，列管部分被置于第二反应器（R2）的催化剂床之前。
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CN106232222A (zh) * 2014-04-18 2016-12-14 卡萨尔公司 等温管状催化反应器

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