CN206215184U - 甲醇制汽油的高效反应器 - Google Patents

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吴强
刘辉
梁立昆
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Abstract

本实用新型为甲醇制汽油的高效反应器，解决已有的冷激式固定床反应器轴向温度波动大、反应转化率低、选择性差、催化剂使用寿命短的问题。反应器筒体内可分为3部分，上部催化剂床层段（2）、中部进气/换热管组段和下部催化剂床层段（5）。中部进气/换热管组段由均布于筒体（6）内的若干开孔换热管（3）组成，换热管（3）或换热管之间的空间（4）与循环气进口（7）连接，换热管之间的空间（4）或换热管（3）内装有催化剂，并与上部催化剂床层段（2）和下部催化剂床层段（5）相通，反应器底部有反应产物出口（8）。

Description

甲醇制汽油的高效反应器
技术领域：
本实用新型与以甲醇为原料生产汽油的反应设备有关。
背景技术：
目前国内外的甲醇制汽油装置所采用的工艺技术主要为一步法或二步法，其生产原理基本相同，均为甲醇气相脱水。反应器型式也很相似，目前使用最多的反应设备为普通固体床反应器和多段冷激式反应器。
由于甲醇制汽油是强放热反应，温度过高不仅不利于反应的进行，降低主反应选择性，使副反应增加；而且还会降低催化剂和设备的使用寿命。因此，催化剂床层的温度控制是反应器设计的重中之重。
普通绝热式固体床反应器，床层内部无温控措施，温度曲线为床层温度沿反应器轴线方向不断升高，其温控手段只能通过强制外循环，将大量的反应气降温后通过压缩机增压后返回反应器入口，稀释反应原料，以降低单程反应热，达到温度控制的目的。其缺点较为明显，即增加了大量循环气的增压功耗，能耗高。
多段冷激式反应器，如CN 201068444Y，将催化剂床层分为若干段，相邻两段之间为中空段，相当于多个绝热式固体床反应器串联。由于甲醇制汽油的强放热反应，经过首段催化剂床层后，温度迅速升高，为避免超温，在之后的中空段通过一管状冷却器通入冷激气，强行使进入该中空段的气体温度降低后再进入下段催化剂床层从而达到降低床层温度的目的。经过该段床层的反应后，温度又迅速升高，如此周而复始，在整个床层方向上，温度强烈波动，这样不但影响反应效率，增多副反应的产生，降低了反应选择性；而且使催化剂处在急热急冷的循环中，对催化剂伤害很大，容易造成催化剂破裂、粉碎，降低催化剂使用寿命；再者，由于温度变化范围很大，对反应器设备材质的选用也有较严格的要求。
实用新型内容：
本实用新型的目的是提供一种大幅降低循环比，床层温度稳定、可控，转化率高、选择性好，并能延长催化剂使用寿命的甲醇制汽油的高效反应设备。
本实用新型是这样实现的：
筒体内分为3部分，上部催化剂床层段2、中部进气/换热管组段和下部催化剂床层段5。原料气从上部催化剂床层段2进入反应器，循环气由中部进气/换热管组段进入反应器，中部进气/换热管组段由均布于筒体6内的若干开孔换热管3组成，换热管3或换热管之间的空间4与循环气进口7连接，换热管之间的空间4或换热管3内装有催化剂，并与上部催化剂床层段2和下部催化剂床层段5相通，反应器底部有反应产物出口8。
循环气进口7与中部进气/换热管组段的换热管3相通，换热管之间的空间4内装有催化剂，并与上部催化剂床层段2和下部催化剂床层段5相通。
循环气通过换热管3沿轴向与相邻的流经催化剂的气体逆流换热，并通过换热管壁的小孔连续径向注入催化剂床层，与原催化剂床层内气体混合后一同进行径向、轴向反应后，从反应器底部的反应产物出口8流出反应器。
换热管3的管径为Ф40～Ф200mm，优选Ф50～Ф100mm；换热管3的横截面积之和与筒体内横截面积之比为0.25～0.55，优选0.35～0.5；筒体上部催化剂床层段2的容积为筒体总容积的5～25%，优选10%～20%；筒体下部催化剂床层段5的容积为筒体总容积的10～30%，优选15%～25%。
循环气进口7与中部进气/换热管组段的换热管之间的空间4相通，换热管3内装有催化剂，并与上部催化剂床层段2和下部催化剂床层段5相通。
循环气通过换热管之间的空间4沿轴向与相邻的流经催化剂的气体逆流换热，并通过换热管壁的小孔连续径向注入催化剂床层，与原催化剂床层内气体混合后一同进行径向、轴向反应后，从反应器底部的反应产物出口8流出反应器。
换热管3的管径为Ф25～Ф100mm，优选Ф32～Ф65mm；换热管3的横截面积之和与筒体内横截面积之比为0.25～0.55，优选0.3～0.4；筒体上部催化剂床层段2的容积为筒体总容积的5～25%，优选10%～20%；筒体下部催化剂床层段5的容积为筒体总容积的10～30%，优选15%～25%。
方案1：
循环气进口7与中部进气/换热管组段的换热管3相通，换热管之间的空间4内装有催化剂，并与上部催化剂床层段2和下部催化剂床层段5相通。
循环气通过换热管3沿轴向与相邻的流经催化剂的气体逆流换热，并通过换热管壁的小孔连续径向注入催化剂床层，与原催化剂床层内气体混合后一同进行径向、轴向反应后，从反应器底部的反应产物出口（8）流出反应器。
换热管3的管径为Ф40～Ф200mm，优选Ф50～Ф100mm；换热管3的横截面积之和与筒体内横截面积之比为0.25～0.55，优选0.35～0.5；筒体上部催化剂床层段2的容积为筒体总容积的5～25%，优选10%～20%；筒体下部催化剂床层段5的容积为筒体总容积的10～30%，优选15%～25%。
方案2：
循环气进口7与中部进气/换热管组段的换热管之间的空间4相通，换热管3内装有催化剂，并与上部催化剂床层段2和下部催化剂床层段5相通。
循环气通过换热管之间的空间4沿轴向与相邻的流经催化剂的气体逆流换热，并通过换热管壁的小孔连续径向注入催化剂床层，与原催化剂床层内气体混合后一同进行径向、轴向反应后，从反应器底部的反应产物出口8流出反应器。
换热管3的管径为Ф25～Ф100mm，优选Ф32～Ф65mm；换热管3的横截面积之和与筒体内横截面积之比为0.25～0.55，优选0.3～0.4；筒体上部催化剂床层段2的容积为筒体总容积的5～25%，优选10%～20%；筒体下部催化剂床层段5的容积为筒体总容积的10～30%，优选15%～25%。
本实用新型所述的甲醇制汽油高效反应器，将原料气与循环气进口分开设置，且循环气不必升温直接冷态进入，使得循环气的移热能力大幅增加，循环比大幅降低，节能效果显著；另外，低温循环气连续注入，且沿催化剂床层方向逆向换热，即进入催化剂床层时，在靠近反应器入口端的循环气温度较高，靠近出口端的循环气温度较低，使得在循环气连续注入的同时，平衡了累积的反应热所导致的床层温度升高问题，使整个床层处于稳定的温度区间，从而令甲醇制汽油反应始终在较理想的反应温度下进行，达到最佳反应状态，显著提高了反应效率和选择性，从而大幅降低了由于温度过高而产生的多种副反应；同时，催化剂床层温度稳定，变化范围很小，减小了由于热胀冷缩而造成的催化剂破裂和粉碎，延长了催化剂的使用寿命，提高了催化剂使用效率；与多段冷激式反应器相比，设备材质的选用要求也降低了。
附图说明：
图1为本实用新型方案一结构示意图。
图2为图1的剖面图。
图3为方案一的催化剂床层温度分布曲线图。
图4为本实用新型方案二结构示意图。
图5为图4的剖面图。
图6为方案二的催化剂床层温度分布曲线图。
图7为已有的多段冷激式反应器（CN 201068444Y）催化剂床层温度分布曲线图。
具体实施方式：
以下结合说明书附图对本实用新型做进一步说明。
实施例1：
本实用新型甲醇制汽油高效反应器，其核心内容是将原料气与循环气进口分开设置，且循环气不必升温直接冷态进入，使得循环气的移热能力大幅增加，循环比大幅降低，节能效果显著。图1所示的反应器是本实用新型方案一结构示意图：反应器筒体内可分为3部分，上部催化剂床层段2、中部进气/换热管组段和下部催化剂床层段5。原料气从原料进口1进入反应器，通过上部催化剂床层段2进行绝热反应后进入与之相通的中部进气/换热管组段的换热管3内，换热管3内装有催化剂；循环气从循环气进口7进入中部进气/换热管组段的换热管之间的空间4，沿轴向与管内物料逆流换热，并通过换热管3壁上的小孔连续径向注入换热管3内催化剂床层，与管内气体充分混合并一同进行径向、轴向反应后，进入与之相通的下部催化剂床层段5进行绝热反应后，从反应器底部的反应产物出口8流出反应器。
实施例2：
图4所示的反应器是能实施本实用新型意图的另一结构型式。反应器筒体内分为3部分，上部催化剂床层段2、中部进气/换热管组段和下部催化剂床层段5。原料气从原料进口1进入反应器，通过上部催化剂床层段2进行绝热反应后进入与之相通的中部进气/换热管组段的换热管之间的空间4内，换热管之间的空间4内装有催化剂；循环气从循环气进口7进入中部进气/换热管组段的换热管3，沿轴向与管内物料逆流换热，并通过换热管3壁上的小孔连续径向注入换热管之间的空间4内催化剂床层，与管内气体充分混合并一同进行径向、轴向反应后，进入与之相通的下部催化剂床层段5进行绝热反应后，从反应器底部的反应产物出口8流出反应器。
以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.甲醇制汽油的高效反应器，其特征在于筒体内分为3部分，上部催化剂床层段（2）、中部进气/换热管组段和下部催化剂床层段（5），原料气从上部催化剂床层段（2）进入反应器，循环气由中部进气/换热管组段进入反应器，中部进气/换热管组段由均布于筒体（6）内的若干开孔换热管（3）组成，换热管（3）或换热管之间的空间（4）与循环气进口（7）连接，换热管之间的空间（4）或换热管（3）内装有催化剂，并与上部催化剂床层段（2）和下部催化剂床层段（5）相通，反应器底部有反应产物出口（8），循环气进口（7）与中部进气/换热管组段的换热管（3）相通，并与上部催化剂床层段（2）和下部催化剂床层段（5）相通，循环气通过换热管（3）沿轴向与相邻的流经催化剂的气体逆流换热，并通过换热管壁的小孔连续径向注入换热管之间的空间（4）的催化剂床层，与原催化剂床层内气体混合后一同进行径向、轴向反应后，从反应器底部的反应产物出口（8）流出反应器，或者循环气进口（7）与中部进气/换热管组段的换热管之间的空间（4）相通，换热管（3）内装有催化剂，并与上部催化剂床层段（2）和下部催化剂床层段（5）相通，循环气通过换热管之间的空间（4）沿轴向与相邻的流经催化剂的气体逆流换热，并通过换热管壁的小孔连续径向注入催化剂床层，与原催化剂床层内气体混合后一同进行径向、轴向反应后，从反应器底部的反应产物出口（8）流出反应器。
2.根据权利要求1所述的甲醇制汽油的高效反应器，其特征在于换热管（3）的管径为Ф40～Ф200mm，换热管（3）的横截面积之和与筒体内横截面积之比为0.25～0.55，筒体上部催化剂床层段（2）的容积为筒体总容积的5～25%，筒体下部催化剂床层段（5）的容积为筒体总容积的10～30%。
3.根据权利要求1所述的甲醇制汽油的高效反应器，其特征在于换热管（3）的管径为Ф25～Ф100mm，换热管（3）的横截面积之和与筒体内横截面积之比为0.25～0.55，筒体上部催化剂床层段（2）的容积为筒体总容积的5～25%，筒体下部催化剂床层段（5）的容积为筒体总容积的10～30%。
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