CN209423571U - 甲醇合成反应塔及甲醇合成系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种甲醇合成反应塔及甲醇合成系统，在甲醇合成反应塔内部安装有多层螺旋盘管，将催化剂床层填充在各层螺旋盘管间的空隙中，可有效提高单位体积内催化剂的装填量，提高反应效率。同时，每层螺旋盘管均包括用于对催化剂床层进行水冷的第一螺旋盘管和用于对催化剂床层进行冷激气辅助冷却的第二螺旋盘管，通过水冷与气冷相结合以控制催化剂床层中的反应温度，可提高甲醇合成反应塔的控温能力，有效避免催化剂床层因超温导致老化。再次，利用螺旋盘管式冷却装置代替传统直管式冷却装置，取消了传统的换热器管板，避免了管板间的焊接，可降低甲醇合成反应塔的制造成本，同时提高甲醇合成反应塔的安全系数。

Description

甲醇合成反应塔及甲醇合成系统

技术领域

本实用新型涉及甲醇制备技术，尤其涉及一种甲醇合成反应塔及甲醇合成系统。

背景技术

甲醇合成装置的生产能力主要取决于两个方面，一个方面是在有限的反应设备空间内装填尽量多的催化剂，以提高反应转化率，另一个方面是在反应过程中会产生大量的热量，需要有效控制反应器内的温度，如果反应器内温度不能得到有效控制，容易使催化剂老化，甚至导致催化剂失活。在催化剂量恒定的情况下，甲醇合成反应器的生产能力很大程度上就取决于反应器的移热能力的强弱，即在反应后需要迅速将反应器内的温度降下来。反应器一般容积很大，通常通过在反应器内部设置列管换热器结构来降温(换热管内堆放催化剂，管间为冷却水)。这种结构的问题，一是换热管内空间有限，催化剂装填量小，二是为了增加催化剂的装填量，需要增加换热管的数量，在设备外壳直径一定的条件下，必然会挤占壳侧冷却水的空间，导致冷却水量不足，导致此类反应器的移热能力不够。另外，传统的甲醇合成反应器与汽包间水和蒸汽的循环目前常用的均为自然循环，移热能力也有限。

另外，目前常用的甲醇合成工艺流程中通常仅设置一个甲醇分离器，往往因分离效率低，分离不净引起产量低，能耗高，且有副反应发生。

实用新型内容

本实用新型主要目的在于，提供一种甲醇合成反应塔及甲醇合成系统，以解决现有的甲醇合成装置移热能力有限的问题。

本实用新型是通过如下技术方案实现的：

一种甲醇合成反应塔，其顶部开设有原料气进口，底部开设有合成气出口，下部开设有冷激气进口和水和蒸汽进口，上部开设有水和蒸汽出口，内部内填充有催化剂床层并安装有所述催化剂床层的冷却装置，所述冷却装置包括由内向外间隔设置的多层螺旋盘管，所述催化剂床层填充在各层螺旋盘管间的空隙中，每层螺旋盘管均包括第一螺旋盘管和第二螺旋盘管，所述第一螺旋盘管的进口与所述水和蒸汽进口连通，所述第一螺旋盘管的出口与所述水和蒸汽出口连通，所述第二螺旋盘管的进口与所述冷激气进口连通，所述第二螺旋盘管上从所述第二螺旋盘管的进口向所述第二螺旋盘管的尾部间隔开设有若干出气孔。

进一步地，所述螺旋盘管至少为3层。

进一步地，各层螺旋盘管均为圆筒形状，且轴心重合。

一种甲醇合成系统，包括如上所述的甲醇合成反应塔，还包括热交换器、原料气冷却器和原料气分离器，所述热交换器与所述原料气进口连通，所述原料气冷却器与所述原料气分离器连通，所述原料气分离器与所述冷激气进口连通。

进一步地，所述甲醇合成系统还包括汽包，所述汽包上开设有循环进水口和循环出水口，所述循环出水口通过循环泵与所述水和蒸汽进口连通，所述循环进水口与所述水和蒸汽出口连通。

进一步地，所述循环泵与所述水和蒸汽进口之间的管路上安装有蒸汽阀。

进一步地，所述甲醇合成系统还包括顺次连通的一级甲醇水冷器、二级甲醇水冷器、一级甲醇分离器、二级甲醇分离器和粗甲醇储槽，所述合成气出口与所述热交换器连通，所述热交换器与所述一级甲醇水冷器连通，所述一级甲醇分离器与所述粗甲醇储槽连通。

进一步地，所述汽包上开设有补水口，所述甲醇合成系统还包括锅炉，所述锅炉的出水口通过所述一级甲醇水冷器与所述补水口连通。

进一步地，所述一级甲醇分离器为带滤网的机械分离器，所述二级甲醇分离器为膜法分离器。

进一步地，所述二级甲醇分离器，其底部开设有粗甲醇出口，下部开设有合成气进气口，顶部开设有合成气出气口，内部安装有：

气体分布器，与所述合成气进气口连通；

除沫器，位于所述合成气进气口上方；

初滤膜，位于所述除沫器上方；

超滤膜，位于所述初滤膜上方。

与现有技术相比，本实用新型提供的甲醇合成反应塔及甲醇合成系统，在甲醇合成反应塔内部安装有多层螺旋盘管，将催化剂床层填充在各层螺旋盘管间的空隙中，可有效提高单位体积内催化剂的装填量，提高反应效率。同时，每层螺旋盘管均包括用于对催化剂床层进行水冷的第一螺旋盘管和用于对催化剂床层进行冷激气辅助冷却的第二螺旋盘管，通过水冷与气冷相结合以控制催化剂床层中的反应温度，可提高甲醇合成反应塔的控温能力，有效避免催化剂床层因超温导致老化。再次，利用螺旋盘管式冷却装置代替传统直管式冷却装置，取消了传统的换热器管板，避免了管板间的焊接，可降低甲醇合成反应塔的制造成本，同时提高甲醇合成反应塔的安全系数。

附图说明

图1是本实用新型实施例甲醇合成反应塔的结构示意图；

图2是本实用新型实施例甲醇合成反应塔内部俯视示意图；

图3是本实用新型实施例甲醇合成系统结构示意图；

图4是本实用新型实施例二级甲醇分离器的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步详细说明。

本实用新型实施例首先提供了一种甲醇合成反应塔21，其顶部开设有原料气进口6，底部开设有合成气出口16，下部开设有冷激气进口17和水和蒸汽进口18，上部开设有水和蒸汽出口5，内部内填充有催化剂床层25并安装有催化剂床层25的冷却装置。合成甲醇的原料气从原料气进口6进入甲醇合成反应塔21，并在催化剂床层25发生合成反应，得到包含甲醇的合成气，合成气从合成气出口16排出甲醇合成反应塔21。冷却装置包括由内向外间隔设置的多层螺旋盘管22，各层螺旋盘管22间可通过支撑件保证彼此间的间距，催化剂床层25填充在各层螺旋盘管22间的空隙中，可有效提高单位体积内催化剂的装填量，提高反应效率。每层螺旋盘管22均包括第一螺旋盘管23和第二螺旋盘管24。第一螺旋盘管23的进口与水和蒸汽进口18连通，第一螺旋盘管23的出口与水和蒸汽出口5连通，水和蒸汽混合物通过水和蒸汽进口18进入第一螺旋盘管23，并从第一螺旋盘管23的出口排出。第一螺旋盘管23通过水和蒸汽混合物的流通可对催化剂床层25起到水冷降温的作用。第二螺旋盘管24的进口与冷激气进口17连通，第二螺旋盘管24上从第二螺旋盘管24的进口向第二螺旋盘管24的尾部间隔开设有若干出气孔，冷激气从冷激气进口17进入第二螺旋盘管24，并从各出气孔排入催化剂床层25。第二螺旋盘管24通过冷激气可对催化剂床层25起到气冷降温的作用。通过水冷与气冷相结合以控制催化剂床层25中的反应温度，可提高甲醇合成反应塔21的控温能力，有效避免催化剂床层25因超温导致老化。同时，利用螺旋盘管式冷却装置代替传统直管式冷却装置，取消了传统的换热器管板，避免了管板间的焊接，可降低甲醇合成反应塔21的制造成本，同时提高甲醇合成反应塔21的安全系数。

各层螺旋盘管22中，相邻两层螺旋盘管22间的空隙宽度为5至10厘米。第一螺旋盘管23与第二螺旋盘管24直径相等，均为15至40毫米，采用钢管螺旋盘绕制成。第二螺旋盘管24上各出气孔等间距开设，间距为5至10厘米，各出气孔的直径为1至3毫米，确保对催化剂床层25充分、均匀地进行气冷辅助降温。

为确保对催化剂床层25各部位均匀降温，螺旋盘管22至少为3层，同时，各层螺旋盘管22均为圆筒形状，且轴心重合。

本实用新型实施例还提供了一种甲醇合成系统，包括如上的甲醇合成反应塔21，还包括热交换器4、原料气冷却器2和原料气分离器3，热交换器4与原料气进口6连通，原料气冷却器2与原料气分离器3连通，原料气分离器3与冷激气进口17连通。来自上游工段的原料气被分为两路，一路经热交换器4加热到合成反应所需的温度后从原料气进口6进入甲醇合成反应塔21参与甲醇合成反应，另一路经原料气冷却器2冷却后再经原料气分离器3分离掉液体组分后作为冷激气从冷激气进口17进入甲醇合成反应塔21对催化剂床层25进行辅助冷却，在对催化剂床层25进行辅助冷却的同时，作为冷激气的原料气被加热达到合成反应所需的温度后与从原料气进口6进入甲醇合成反应塔21的原料气一起参与甲醇合成反应，得到包含甲醇的合成气，合成气从合成气出口16排出甲醇合成反应塔21。

甲醇合成系统还包括汽包8，汽包8上开设有循环进水口35和循环出水口7，循环出水口7通过循环泵20与水和蒸汽进口18连通，可通过下降管33连接循环泵20与水和蒸汽进口18，循环进水口35与水和蒸汽出口5连通，可通过上升管34连接循环进水口35与水和蒸汽出口5。甲醇合成反应塔21中的反应热量通过水和蒸汽的强制循环移走，相比传统的自然循环移热方式，提高了移热能力，催化剂床层25的温度由汽包8的压力控制。汽包8上开设有补水口10，甲醇合成系统还包括锅炉，锅炉的出水口通过一级甲醇水冷器15与补水口10连通，锅炉的出水口排出的水经一级甲醇水冷器15加热后从补水口10进入汽包8。锅炉给水经一级甲醇水冷器15进行预热，由汽包8通过强制循环由循环泵20补充给甲醇合成反应塔21。汽包8中产生的中压饱和蒸汽，除部分用于下游装置外，其余经减压送至0.9MPag低压蒸汽管网。汽包8底部设置有排污口9。循环泵20与水和蒸汽进口18之间的管路上安装有蒸汽阀19，该蒸汽阀19仅在甲醇合成反应塔21和汽包8开工时使用，正常运行后此处阀门关闭。

甲醇合成系统还包括顺次连通的一级甲醇水冷器15、二级甲醇水冷器14、一级甲醇分离器13、二级甲醇分离器12和粗甲醇储槽11，合成气出口16与热交换器4连通，热交换器4与一级甲醇水冷器15连通，一级甲醇分离器13与粗甲醇储槽11连通。合成气从合成气出口16排出甲醇合成反应塔21后，顺次经热交换器4、一级甲醇水冷器15和二级甲醇水冷器14冷却，再顺次经一级甲醇分离器13和二级甲醇分离器12分离得到粗甲醇，粗甲醇进入粗甲醇储槽11，剩余合成气通过循环压缩机1汇入原料气。合成气在热交换器4冷却时，对通过热交换器4的原料气起到加热作用，在一级甲醇水冷器15冷却时，对锅炉的出水口排出的水起到加热作用，再经二级甲醇水冷器14冷却后，大部分甲醇被液化，得到甲醇液体和剩余合成气，甲醇液体和剩余合成气从一级甲醇分离器13下部的合成气进气口38进入一级甲醇分离器13进行分离，得到粗甲醇和剩余合成气，得到的粗甲醇从一级甲醇分离器13底部的粗甲醇出口37排出并进入粗甲醇储槽11储存，从一级甲醇分离器13下部的合成气出气口36排出的剩余合成气从二级甲醇分离器12下部的合成气进气口31进入二级甲醇分离器12进行再次分离，得到粗甲醇和剩余合成气，得到的粗甲醇从二级甲醇分离器12底部的粗甲醇出口32排出并进入粗甲醇储槽11储存，剩余合成气从二级甲醇分离器12顶部的合成气出气口26排出后分成两部分，大部分进入循环压缩机1，通过循环压缩机1汇入原料气，再进入甲醇合成反应塔21参与合成反应，另一小部分气体作为弛放气送到下游装置使用。通过设置两级甲醇分离器，有效提高了甲醇分离效果，进而提高了甲醇产出率。

一级甲醇分离器13为带滤网的机械分离器，二级甲醇分离器12为膜法分离器。二级甲醇分离器12，其底部开设有粗甲醇出口32，下部开设有合成气进气口31，顶部开设有合成气出气口26，内部安装有气体分布器30、除沫器29、初滤膜28和超滤膜27，气体分布器30与合成气进气口31连通，除沫器29位于合成气进气口31上方，初滤膜28位于除沫器29上方，超滤膜27位于初滤膜28上方。初滤膜28为烧结不锈钢丝毡，超滤膜27为三维超细硅硼纤维。初滤膜28可捕捉4至50μm的液滴，超滤膜27可捕捉小于1μm的液滴。其分离流程为合成气由二级甲醇分离器12的合成气进气口31进入后经气体分布器30在设备空间内均匀分布，再经过除沫器29、初滤膜28和超滤膜27分离掉微小液滴，最后离开二级甲醇分离器12，进入下游装置。

上述实施例仅为优选实施例，并不用以限制本实用新型的保护范围，在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种甲醇合成反应塔，其顶部开设有原料气进口，底部开设有合成气出口，下部开设有冷激气进口和水和蒸汽进口，上部开设有水和蒸汽出口，内部内填充有催化剂床层并安装有所述催化剂床层的冷却装置，其特征在于，所述冷却装置包括由内向外间隔设置的多层螺旋盘管，所述催化剂床层填充在各层螺旋盘管间的空隙中，每层螺旋盘管均包括第一螺旋盘管和第二螺旋盘管，所述第一螺旋盘管的进口与所述水和蒸汽进口连通，所述第一螺旋盘管的出口与所述水和蒸汽出口连通，所述第二螺旋盘管的进口与所述冷激气进口连通，所述第二螺旋盘管上从所述第二螺旋盘管的进口向所述第二螺旋盘管的尾部间隔开设有若干出气孔。

2.如权利要求1所述的甲醇合成反应塔，其特征在于，所述螺旋盘管至少为3层。

3.如权利要求2所述的甲醇合成反应塔，其特征在于，各层螺旋盘管均为圆筒形状，且轴心重合。

4.一种甲醇合成系统，其特征在于，包括如权利要求1至3中任一所述的甲醇合成反应塔，还包括热交换器、原料气冷却器和原料气分离器，所述热交换器与所述原料气进口连通，所述原料气冷却器与所述原料气分离器连通，所述原料气分离器与所述冷激气进口连通。

5.如权利要求4所述的甲醇合成系统，其特征在于，还包括汽包，所述汽包上开设有循环进水口和循环出水口，所述循环出水口通过循环泵与所述水和蒸汽进口连通，所述循环进水口与所述水和蒸汽出口连通。

6.如权利要求5所述的甲醇合成系统，其特征在于，所述循环泵与所述水和蒸汽进口之间的管路上安装有蒸汽阀。

7.如权利要求4所述的甲醇合成系统，其特征在于，还包括顺次连通的一级甲醇水冷器、二级甲醇水冷器、一级甲醇分离器、二级甲醇分离器和粗甲醇储槽，所述合成气出口与所述热交换器连通，所述热交换器与所述一级甲醇水冷器连通，所述一级甲醇分离器与所述粗甲醇储槽连通。

8.如权利要求7所述的甲醇合成系统，其特征在于，所述汽包上开设有补水口，所述甲醇合成系统还包括锅炉，所述锅炉的出水口通过所述一级甲醇水冷器与所述补水口连通。

9.如权利要求7所述的甲醇合成系统，其特征在于，所述一级甲醇分离器为带滤网的机械分离器，所述二级甲醇分离器为膜法分离器。

10.如权利要求8所述的甲醇合成系统，其特征在于，所述二级甲醇分离器，其底部开设有粗甲醇出口，下部开设有合成气进气口，顶部开设有合成气出气口，内部安装有：

气体分布器，与所述合成气进气口连通；

除沫器，位于所述合成气进气口上方；

初滤膜，位于所述除沫器上方；

超滤膜，位于所述初滤膜上方。