CN209076647U - 一种高效气冷甲醇合成反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高效气冷甲醇合成反应器，包括封闭的壳体，其特征在于所述壳体内设有四块隔板将壳体的内腔分隔为五个区；第一反应气输送管道连通所述第一区；第二区设设有螺旋布置的第一通道和第二通道；所述第三区为空腔；第四区内间隔设有多根气管；所述第三隔板和第四隔板上均设有空腔和通孔；第四隔板上设有连通所述第二空腔的进气口，所述进气口连通用于输送界外混合气的原料混合气输送管道；第五区为空腔，用于缓冲所述第四区送来的第二反应气；用于将第二反应气输送至界外的第二反应气输送管道的入口连通所述第五区。

Description

一种高效气冷甲醇合成反应器

技术领域

本实用新型涉及到化工设备，尤其涉及一种高效气冷甲醇合成反应器。

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

本实用新型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气冷甲醇合成反应器，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。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：该高效气冷甲醇合成反应器，包括封闭的壳体，其特征在于所述壳体内自上至下依次间隔设有第一隔板、第二隔板、第三隔板和第四隔板将所述壳体的内腔分隔为相互独立的第一区、第二区、第三区、第四区和第五区；

用于输送界外第一反应气的第一反应气输送管道连通所述第一区；

第二区内间隔设有第一板和第二板，第一板和第二板同步卷绕布置，两者之间的空腔形成螺旋布置的第二通道，第二区内的其它空间形成螺旋布置的所述的第一通道；第一板和第二板的下端缘固定在所述第二隔板上，第一板和第二板的上端缘固定在第一隔板上；第一板和第二板的内端缘通过第一中心隔板密封连接；第一板和第二板的外端缘分别密封连接各自对应的壳体侧壁；

所述第二通道的入口连接第一反应气输送管道；所述第一通道的出口通过第二混合气输出管道连接界外；

第一隔板上设有连通第一区和第二区的第二通道的第三通孔。

第二隔板上设有连通第二区的第二通道和第三区的第四通孔。

所述第三区为空腔，用于缓冲所述第二通道送来的第一反应气；

第四区，由第三隔板、第四隔板和对应的壳体部分围合而成，第四区内间隔设有多根气管；所述第三隔板内设有第一空腔，各所述气管的出口均连通所述第一空腔；所述第三隔板上还间隔设有多个连通所述第三区和第四区且独立于所述第一空腔的第一通孔；所述第四隔板内设有第二空腔，各所述气管的入口均连通所述第二空腔；所述第四隔板上还间隔设有多个第二通孔；第二通孔的两端口分别连通第四区和第五区；

第三隔板上设有连通所述第一空腔的出气口，第一混合气输送管道连接在所述出气口和第一通道的入口，所述第一混合气输送管道容置在所述第三区内；

第四隔板上设有连通所述第二空腔的进气口，所述进气口连通用于输送界外混合气的原料混合气输送管道；

第五区，为空腔，用于缓冲所述第四区送来的第二反应气；用于将第二反应气输送至界外的第二反应气输送管道的入口连通所述第五区。

较好的，可以在所述第一混合气输送管道上设有膨胀节，以吸收反应热，适配装置运行时的热膨胀。

进一步地，还可以在所述第三隔板和所述第四隔板之间设有支撑件，所述支撑件不连通所述第一空腔和第二空腔。以进一步稳固第三隔板和第四隔板。

较好的，所述第一混合气输送管道的下端部可以容置在所述第四区内，所述原料混合气输送管道的上端部容置在所述第四区内；所述支撑件连接所述原料混合气输送管道和第一混合气输送管道之间。该结构还能进一步稳固原料混合气输送管道和第一混合气输送管道。

为方便催化剂和瓷球的卸料，还可以在所述第四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四隔板之间的空间和界外。

与现有技术相比，本实用新型所提供的高效气冷甲醇合成反应器在同一个壳体中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，同时将第一混合气输送管道集成在反应器内部，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；同时将第一通道和第二通道设计为螺旋布置的结构，混合气换热更充分；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。

附图说明

图1为本实用新型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为图1中D部分的局部放大图；

图4为沿图1中B-B线的剖视图；

图5为图4中E部分的局部放大图；

图6为沿图1中C-C线的剖视图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

如图1至图5所示，该高效气冷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。

壳体内自上至下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将所述壳体的内腔分隔为相互独立的第一区51、第二区52、第三区53、第四区54和第五区55。

第一区51，位于最上方，为空腔，用于缓冲第一反应气；其顶部进气口连接用于输送界外第一反应气的第一反应气输送管道25。

第二区52内间隔设有第一板61和第二板62，第一板61和第二板62同步卷绕布置，两者之间的空腔形成螺旋布置的第二通道52b，第二区52内的其它空间形成螺旋布置的所述的第一通道52a；第一板61和第二板62的下端缘固定在所述第二隔板2上，第一板61和第二板62的上端缘固定在第一隔板1上；第一板61的外端通过第一连接板63密封连接壳体的内侧壁；第二板62的外端缘通过第二连接板64密封连接壳体的内侧壁；第一板61和第二板62的内端缘通过第一中心隔板65密封连接；

为便于区别，在图2中第一通道51a中填充了阴影图案。

第一通道52a的两端口分别连通第一混合气输送管道14的出口和第二混合气输送管道26；第二通道52b的两端口分别连通第一区51和第三区53。

第一隔板1上设有连通第一区51和第二区52的第二通道52b的第三通孔11。

第二隔板2上设有连通第二区52的第二通道52b和第三区53的第四通孔21。

第三区53，为空腔，用于缓冲第二通道52b送来的第一反应气。

第四区54，为反应区，由第三隔板3、第四隔板4和对应的壳体部分围合而成，其内设有多根气管6，各气管在第四区54内并列布置；各气管6的两端部分别固定在第三隔板3和第四隔板4上。

第三隔板3和第四隔板4均为空心板。其中所述第三隔板3内具有第一空腔31，各所述气管6的出口均连通所述第一空腔31；在第三隔板3的中间设有出气口33，出气口33连接第一混合气输送管道14；所述第三隔板3上还间隔设有多个纵向贯通且独立于所述第一空腔31的第一通孔32，第一通孔32的两端口分别连通所述第三区53和第四区54。

所述第四隔板4内设有第二空腔41，各所述气管6的入口均连接所述第二空腔41；在第四隔板4中间设有连通第二空腔41的进气口43；所述第四隔板4上还间隔设有多个纵向贯通第四隔板4且独立于第二空腔41的第二通孔42，各第二通孔42的两端口分别连通所述第四区54和所述第五区55。

第五区55，为空腔，为第二反应气的缓冲区。

原料混合气输送管道27，用于输送界外新鲜的原料气和循环气的混合气，其出口穿过所述壳体5的外壁以及第五区55连接第四隔板4上的进气口43。本实施例中，所述原料混合气输送管道27的上端部穿过第四隔板4容置在所述第四区54内。

第一混合气输送管道14，用于输送预热后的混合气，容置在第三区53内，其两端口分别连通出气口33和第一通道52a的入口。本实施例中，第一混合气输送管道14的下端部穿过第三隔板3容置在所述第四区54内。所述第一混合气输送管道14上设有膨胀节15，用于吸收热应力，以适配装置运行时热膨胀的要求。

支撑件74，设置在第四区54内，用于支撑第三隔板3、第四隔板4以及原料混合气输送管道27和第一混合气输送管道14；支撑件74连接在原料混合气输送管道27的上端部和第一混合气输送管道14的下端部之间，并且，支撑件74不连通原料混合气输送管道27和第一混合气输送管道14。优选支撑件为与原料混合气输送管道27和第一混合气输送管道14等粗的管状结构或棒状结构。

第二反应气输送管道29，用于将第四区反应生成的第二反应气输送至界外，其入口连接壳体的底部出口，从而连通第五区55。

网兜91，用于兜住瓷球，设置在第四隔板4的下方。

卸料管92，设置在壳体5的侧壁上，为填充在第四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与所述第四隔板4之间的空间和壳体界外。

该高效气冷甲醇合成反应器的工作原理描述如下：

新鲜的原料气和循环气形成混合气通过原料混合气输送管道，经由进气口进入到第四隔板的第二空腔内，然后均匀进入各气管，在气管内与第四区内催化剂床层反应所产生的反应热换热后，进入第三隔板上的第一空腔内，经由出气口进入第一混合气输送管道，然后进入第二区的第一通道内，与第二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依次进入第一区、第二区内的第二通道，与第一通道内的混合气换热后进入第三区，从第三隔板上的第一通孔进入到第四区内，在第四区内所填充催化剂的作用下进行反应，生成第二反应气。

第二反应气经由第四隔板上的各第二通孔进入到第五区，经由第二反应气输送管道输送至界外。

Claims (5)

1.一种高效气冷甲醇合成反应器，包括封闭的壳体(5)，其特征在于所述壳体内自上至下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)将所述壳体的内腔分隔为相互独立的第一区(51)、第二区(52)、第三区(53)、第四区(54)和第五区(55)；

用于输送界外第一反应气的第一反应气输送管道(25)连通所述第一区(51)；

第二区(52)内间隔设有第一板(61)和第二板(62)，第一板(61)和第二板(62)同步卷绕布置，两者之间的空腔形成螺旋布置的第二通道(52b)，第二区(52)内的其它空间形成螺旋布置的所述的第一通道(52a)；第一板(61)和第二板(62)的下端缘固定在所述第二隔板(2)上，第一板(61)和第二板(62)的上端缘固定在第一隔板(1)上；第一板(61)和第二板(62)的内端缘通过第一中心隔板(65)密封连接；第一板(61)和第二板(62)的外端缘分别密封连接各自对应的壳体侧壁；

所述第二通道(52b)的入口连接第一反应气输送管道(25)；所述第一通道(52a)的出口通过第二混合气输出管道(26)连接界外；

第一隔板(1)上设有连通第一区(51)和第二区(52)的第二通道(52b)的第三通孔(11)；

第二隔板(2)上设有连通第二区(52)的第二通道(52b)和第三区(53)的第四通孔(21)；

所述第三区(53)为空腔，用于缓冲所述第二通道(52b)送来的第一反应气；

第四区(54)，由第三隔板(3)、第四隔板(4)和对应的壳体部分围合而成，第四区(54)内间隔设有多根气管(6)；所述第三隔板(3)内设有第一空腔(31)，各所述气管(6)的出口均连通所述第一空腔(31)；所述第三隔板(3)上还间隔设有多个连通所述第三区(53)和第四区(54)且独立于所述第一空腔(31)的第一通孔(32)；所述第四隔板(4)内设有第二空腔(41)，各所述气管(6)的入口均连通所述第二空腔(41)；所述第四隔板(4)上还间隔设有多个第二通孔(42)；第二通孔(42)的两端口分别连通第四区(54)和第五区(55)；

第三隔板(3)上设有连通所述第一空腔(31)的出气口(33)，第一混合气输送管道(14)连接在所述出气口(33)和第一通道(52a)的入口，所述第一混合气输送管道(14)容置在所述第三区(53)内；

第四隔板(4)上设有连通所述第二空腔的进气口(43)，所述进气口(43)连通用于输送界外混合气的原料混合气输送管道(27)；

第五区(55)，为空腔，用于缓冲所述第四区(54)送来的第二反应气；用于将第二反应气输送至界外的第二反应气输送管道(29)的入口连通所述第五区(55)。

2.根据权利要求1所述的高效气冷甲醇合成反应器，其特征在于所述第一混合气输送管道(14)上设有膨胀节(15)。

3.根据权利要求2所述的高效气冷甲醇合成反应器，其特征在于所述第三隔板(3)和所述第四隔板(4)之间设有支撑件(74)，所述支撑件(74)不连通所述第一空腔(31)和第二空腔(41)。

4.根据权利要求3所述的高效气冷甲醇合成反应器，其特征在于所述第一混合气输送管道(14)的下端部容置在所述第四区(54)内，所述原料混合气输送管道(27)的上端部容置在所述第四区(54)内；所述支撑件(74)连接所述原料混合气输送管道(27)和第一混合气输送管道(14)之间。

5.根据权利要求1至4任一权利要求所述的高效气冷甲醇合成反应器，其特征在于所述第四隔板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)与所述第四隔板(4)之间的空间和界外。