CN217549768U - 甲醇轴径向合成反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及煤化工和石油天然气化工领域，公开了一种甲醇轴径向合成反应器，该甲醇轴径向合成反应器包括：反应器壳体，反应器壳体的上端设置有合成气入口，反应器壳体内设置有侧面透气的中心集气管，中心集气管的底部设置有合成气出口，中心集气管的外围设置有侧面透气的夹套内筒体，夹套内筒体与反应器壳体的内壁之间形成有导流通道，夹套内筒体与中心集气管之间设置有催化剂床层，催化剂床层中纵向贯穿设置有换热单元。该甲醇轴径向合成反应器应用在甲醇合成生产的工艺流程中，确保甲醇合成反应器安稳长满优运行。

Description

甲醇轴径向合成反应器

技术领域

本实用新型涉及煤化工和石油天然气化工领域，具体地涉及一种甲醇轴径向合成反应器。

背景技术

甲醇合成反应的工艺流程，目前年产百万吨规模以上甲醇合成塔采用的反应器主要有俩种类型，一种是管壳式轴向反应合成器，壳程副产蒸汽，管程装催化剂，管内工艺气轴向流动，管外蒸汽轴向上升。另一种是气体由中心内筒向四周外环径向流动的蒸汽上升式径向合成反应器，管程水冷产汽，壳程装催化剂，管外工艺气径向流动，管内蒸汽轴向上升。

管壳式轴向反应合成器优点是：1、催化剂反应床层温差小；2、副产蒸汽压力较高；3、操作上容易控制。缺点是：1、管内装催化剂，容积率低，同等生产能力设备体积相对较大；2、因为壳程为锅炉水产蒸汽移热，壳程压力决定汽化压力，在采用提高甲醇合成压力提高生产能力时，管内外压差和管板上下压差增加，换热管和管板厚度设计裕量相应要增加，增加了设备投资；3、换热管、管板、壳体采用焊接固定结构，没有温差应力缓冲设置，从而使用中易因温差应力而损坏，对设计、材料、加工制造要求高，可靠性差，换热管发生泄漏故障，只能停车卸空塔内催化剂后，才能检修，费时费力；4、合成塔直径大，管板厚，管子数量多，换热管通常选用双相钢，设备造价高。

气体由中心内筒向四周外环径向流动的蒸汽上升式径向合成反应器优点是：1、催化剂装填量大，同等生产能力合成塔直径比管壳式轴向反应合成塔小，其换热管束和换热面积也减小；2、操作上容易控制；3、气体径向流动，阻力小。缺点是：1、气体收集器夹套收集排气部分，由于结构的原因，气体流动距离不相同，从而催化剂床层工艺气偏流，工艺气流在催化剂床层不同的部位流速不均匀，气体在催化剂床层反应亦不均匀，导致催化剂床层反应温度相差比较大；2、中心管的排气孔容易堵塞，在高速气流的作用下，合成塔进气部分的杂物及其它会对中心管的排气孔造成影响，造成合成塔催化剂床层压差超标，影响甲醇合成生产的稳定运行。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有管壳式轴向反应合成器及气体由中心内筒向四周外环径向流动的蒸汽上升式径向合成反应器存在的缺点，提供一种甲醇轴径向合成反应器，该甲醇轴径向合成反应器应用在甲醇合成生产的工艺流程中，确保甲醇合成反应器安稳长满优运行。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种甲醇轴径向合成反应器，该甲醇轴径向合成反应器包括：反应器壳体，所述反应器壳体的上端设置有合成气入口，所述反应器壳体内设置有侧面透气的中心集气管，所述中心集气管的底部设置有合成气出口，所述中心集气管的外围设置有侧面透气的夹套内筒体，所述夹套内筒体与所述反应器壳体的内壁之间形成有导流通道，所述夹套内筒体与所述中心集气管之间设置有催化剂床层，所述催化剂床层中纵向贯穿设置有换热单元。

优选地，所述合成气入口位于所述反应器壳体内的端部设置有进气分布器，所述进气分布器用于将合成气朝下及朝向四周分布。

优选地，所述反应器壳体内位于所述合成气入口与所述中心集气管之间设置有篦子板，所述篦子板与所述催化剂床层之间填充有顶部磁球。

优选地，所述催化剂床层的上端向上延伸并覆盖所述中心集气管的上端。

优选地，所述夹套内筒体上设置有多个用于流通合成气的第一通孔，所述中心集气管的侧壁上设置有多个用于流通合成气的第二通孔。

优选地，所述夹套内筒体的侧壁上围绕其周向方向设置有多个轴向延伸的导流叶片。

优选地，所述夹套内筒体的底端与所述反应器壳体的内壁之间设置有挡环，所述应器壳体的下端位于所述挡环的下方区域填充有底部磁球。

优选地，所述甲醇合成反应器还包括温度测量系统，所述温度测量系统包括多个纵向伸入所述催化剂床层的温度计。

优选地，所述换热单元包括：多个列管换热冷却器，所述列管换热冷却器的下端连接锅炉给水循环系统，所述换热管束的上端连接汽包。

优选地，所述列管换热冷却器的换热管束上沿纵向方向上套设有多个管束支撑环。

通过上述技术方案，该甲醇轴径向合成反应器应用在甲醇合成生产的工艺流程中，能够克服现有管壳式轴向反应合成器及气体由中心内筒向四周外环径向流动的蒸汽上升式径向合成反应器存在的缺点，确保甲醇合成反应器安稳长满优运行。

附图说明

图1是甲醇轴径向合成反应器的一种优选实施方式的内部结构示意图；

图2是甲醇轴径向合成反应器的入口位置的局部结构示意图；

图3是甲醇轴径向合成反应器的出口位置的局部结构示意图；

图4是温度计的装配结构示意图；

图5是合成器的流向示意图；

图6是图1的D-D剖面结构示意图；

图7是图1的C-C剖面结构示意图；

图8是管束支撑环结构示意图；

图9是图1的A-A剖面结构示意图；

图10是图1的B-B剖面结构示意图。

附图标记说明

1-进气分布器；2-篦子板；3-导流叶片；4-夹套内筒体；5-催化剂床层； 6-顶部磁球；7-中心集气管；8-换热管束；9-列管换热冷却器；10-锅炉给水循环系统；11-管束支撑环；12-反应器壳体；13-伸缩节；14-第一通孔； 15-第二通孔；16-底部磁球；17-间断排污口；18-锅炉给水进口管道；19-汽水混合液出口管道；20-人孔；21-第一测温点；22-第二测温点；23-导流通道；24-支撑外环；25-支撑杆；26-连接筋；27-合成气入口；28-合成气出口；29-催化剂装料口；30-催化剂卸料口；31-氮气入口；32-开工加热蒸汽入口； a-顶部磁球填装区域；b-催化剂填装区域；c-夹套内筒体环向进气区域；d- 管束支撑环安装区域；e-底部磁球填装区域；f-来自汽包的锅炉给水循环系统入口；g-锅炉汽水混合液出口；h-去汽包的汽水混合液出口。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，“上下左右、前后内外”等包含在术语中的方位词仅代表该术语在常规使用状态下的方位，或为本领域技术人员理解的俗称，而不应视为对该术语的限制，如在附图1中甲醇轴径向合成反应器的左端在实际使用时为朝上设置，右端在实际使用时为朝下设置。

参见图1-10所示的甲醇轴径向合成反应器，该甲醇轴径向合成反应器包括：反应器壳体12，所述反应器壳体12的上端设置有合成气入口27，所述反应器壳体12内设置有侧面透气的中心集气管7，所述中心集气管7的底部设置有合成气出口28，所述中心集气管7的外围设置有侧面透气的夹套内筒体4，所述夹套内筒体4与所述反应器壳体12的内壁之间形成有导流通道 23，所述夹套内筒体4与所述中心集气管7之间设置有催化剂床层5，所述催化剂床层5中纵向贯穿设置有换热单元。

通过上述技术方案的实施，使得该甲醇轴径向合成反应器应用在甲醇合成生产的工艺流程中，能够克服现有管壳式轴向反应合成器及气体由中心内筒向四周外环径向流动的蒸汽上升式径向合成反应器存在的缺点，确保甲醇合成反应器安稳长满优运行。

工作原理如下：合成气从合成气入口27进入塔内，气流朝向四周以及下方扩散，其中，小股部分合成气从催化剂床层5上部轴向流动经过催化剂床层5，同时伴随着发生甲醇合成反应，汇集到中心集气管7外壁四周，穿过中心集气管7的外壁后汇集到中心集气管7内；主流股大部分合成气流入夹套内筒体4外的导流通道23，通过导流叶片3导引均匀向下流动，夹套外侧的气体向下流动，夹套内侧的气体径向向内流动进入催化剂床层5，气体径向流动穿过催化剂床层5，同时伴随着发生甲醇合成反应，汇集到中心集气管7外壁，穿过集气管的外壁最后汇聚到中心集气管7内；上述俩部分的气体在中心集气管7内汇集后向下流动，从反应器底部的合成气出口28送出到冷却分离单元，经过分离后的工艺气，再与新鲜气汇流后，气流经过压缩机增压后，继续进入合成反应器发生合成反应，循环往复；在反应过程中，换热单元通过热交换，将反应产生的热量移走。

在该实施方式中，为了进一步提升合成气的扩散性能，以提高合成气扩散的均匀性，增加反应效果，所述合成气入口27位于所述反应器壳体12内的端部设置有进气分布器1，所述进气分布器1用于将合成气朝下及朝向四周分布。

在该实施方式中，所述反应器壳体12内位于所述合成气入口27与所述中心集气管7之间设置有篦子板2，所述篦子板2与所述催化剂床层5之间填充有顶部磁球6。通过填充顶部磁球6避免催化剂与篦子板2直接接触造成堵塞，所填充的顶部磁球6之间具有透气的缝隙，便于合成气的进入，合成气经过气体进气分布器1扩散后，穿过顶部磁球6层后轴向流动经过催化剂床层5，另外，篦子板2在阻挡顶部磁球6溢出的同时，对合成气具有良好的通过性能和分散性能，篦子板2的周缘向外延伸并盖合在导流通道23 的顶端，可以避免较大颗粒进入导流通道23造成堵塞，同时可以对气流进行均匀分布。

在该实施方式中，如图2所示，为了进一步提高反应性的充分性，所述催化剂床层5的上端向上延伸并覆盖所述中心集气管7的上端。位于中间的轴向气流流经至中心集气管7的上端位置时，向四周扩散后向下流动至中心集气管7的外壁位置，可以增加反应的时间。

在该实施方式中，所述夹套内筒体4上设置有多个用于流通合成气的第一通孔14，所述中心集气管7的侧壁上设置有多个用于流通合成气的第二通孔15。第一通孔14和第二通孔15的设置均用于对合成气的径向导流，其中，第一通孔14可以设置为在夹套内筒体4的外壁上均布，第二通孔15可以设置为在中心集气管7的侧壁上均布，当然，为了使得合成气径向流动更加稳定，位于最高位置的第一通孔14的高度应当不高于位于最高位置的第二通孔15的高度，这样的设置可以避免合成气径向进入中心集气管7的侧壁位置时无法直接穿过的中心集气管7的情况。在实际应用时，可以根据需要调整第一通孔14和第二通孔15的密度。

在该实施方式中，所述夹套内筒体4的侧壁上围绕其周向方向设置有多个轴向延伸的导流叶片3。通过导流叶片3的设置可以将气流在导流通道23 内进行进一步均布，导流叶片3可以沿夹套内筒体4的周向方向上均布，数量可以根据实际需要选择，通过导流叶片3导引均匀向下流动。

在该实施方式中，所述夹套内筒体4的底端与所述反应器壳体12的内壁之间设置有挡环，所述应器壳体的下端位于所述挡环的下方区域填充有底部磁球16。通过挡环的设置可以限制合成气进一步向下移动至应器壳体的内底部，同时，通过挡环的下方区域填充有底部磁球16可以起到支撑催化剂床层5的作用，催化剂床层5与所填充的底部磁球16区域为连通设置，也便于催化剂的卸料。

在该实施方式中，所述甲醇合成反应器还包括温度测量系统，所述温度测量系统包括多个纵向伸入所述催化剂床层5的温度计。如图4和图9所示，温度计设置有六个，分别为T1、T2、T3、T4、T5、T6，其中，T5、T6温度计的测点位于催化剂床层5的上端位置的第一测温点21，T1、T2、T3、 T4温度计的测点位于催化剂床层5的下端位置的第二测温点22，当然，如图9所示，T5、T6温度计可以分别设置在催化剂床层5靠近中心的位置和靠近边缘的位置，如图9所示，T1、T2、T3、T4温度计可以分别设置在催化剂床层5靠近中心的位置和靠近边缘的位置。

在该实施方式中，所述换热单元包括：多个列管换热冷却器9，所述列管换热冷却器9的下端连接锅炉给水循环系统10，所述换热管束8的上端连接汽包。如图6-10所示的，在本实用新型中的一种实施方式中，列管换热冷却器9设置有四组，列管换热冷却器9在催化剂床层5的部分整体呈扇形分布，四组构成圆环结构，并且形成中间能够容纳中心集气管7的通道。

使用时，锅炉水通过锅炉给水循环系统10，靠重力从汽包自流到列管换热冷却器9的锅炉给水入口，通过四组列管换热冷却器9的换热集束管线分别沿每支换热管束8内壁轴向上升流动，换热管束8全部浸没在合成反应的催化剂床层5里，通过热交换，反应产生的热量由管内上升的锅炉水和蒸汽混合液移走，水汽混合液向上进入汽包，分离后的蒸汽送出汽包，水继续靠重力下降自流入反应器底部的锅炉给水循环系统10，循环往复。

在该实施方式中，所述列管换热冷却器9的换热管束8上沿纵向方向上套设有多个管束支撑环11。通过多个管束支撑环11的设置使得换热管束8 更加稳固，如图8所示的一种管束支撑环11结构，包括：支撑外环24、支撑杆25和连接筋26，多个支撑杆25沿支撑外环24的径向方向排列设置，且多个支撑杆25相平行，相邻两个支撑杆25之间形成的间隙用于穿过换热管束8，并且换热管束8的侧面与支撑杆25相靠紧，其中位于中心集气管7 位置的支撑杆25应当设置为两段，用于避让开中心集气管7，且端部可以焊接在中心集气管7上。另外，连接筋26设置有多个，且分布在支撑外环24 的外围，用于与夹套内筒体4连接。

本实用新型中的甲醇轴径向合成反应器相比管壳式轴向合成反应器有如下优点：1、壳内装催化剂，容积率高，同等生产能力设备体积相对较小，合成塔直径小，设备投资少；2、换热管、管板、壳体采用焊接固定结构，管束的结构具有吸纳缓冲温差热应力，降低了管束与壳体因温差产生的应力，可靠性高，管束的材质要求低，降低设备投资；3、万一换热管发生泄漏故障，可以只停车而不卸塔内催化剂进行检修，相对简易省力。

本实用新型中的甲醇轴径向合成反应器相比气体由中心向四周外环内筒的径向流动的蒸汽上升式径向合成反应器有如下优点：

1、原气体由中心向四周外环内筒的径向流动的蒸汽上升式径向合成反应器的中心管外侧的瓷球装填区域改为催化剂装填区域，使得合成反应器有效容积率提高，同等生产规模的合成反应器直径相对减小，换热管数量基本没有变化，反应后的合成气收集器的结构简化，设备投资明显降低；

2、工艺气气流方向由内向外的径向流动改变为由外向内的轴径向流动，采用简单宜行的进气结构，彻底消除了蒸汽上升式径向合成反应器中心管进气孔容易堵塞的缺陷，此类结构反应器运行过程中容易出现的催化剂床层5 压差升高问题得到避免；

3、气体由中心内筒向四周外环径向流动模式的合成反应器气体收集器，因反应器气体收集器只能在外壁几个点的位置收集汇聚气体，此结构导致气体在反应器催化剂床层5的不同部位气体流动差异比较大，不均匀度高，从而导致催化剂床层5工艺气偏流，气体在催化剂床层5反应亦不均匀，造成催化剂床层5反应温度相差比较大。

而气体由反应器的四周外环向中心内筒的径向流动的结构型式，气体在穿透催化剂床层5的全程中，气体径向流动均匀，流速逐渐增加，空速亦逐渐增加，反应更加稳定均匀，合成反应相比工艺气体由反应器的中心内筒向四周外环的径向流动的模式更加合理，催化剂反应床层各点温度相差比较小。

具体来说，具有两个优点，一是，从外部的夹套气体分布器向内部的中心集气管7，气体在穿透催化剂床层5的全程中，气体径向流动运动趋势相同，气体流速逐渐增加，空速亦逐渐增加，反应更加稳定均匀；二是反应器内夹套气体分布器，气体随流动方向阻力逐渐增大压力逐渐减小，导致沿反应器轴向方向进气压力呈递减趋势，而中心集气管7沿轴向方向排气压力亦呈递减趋势，此趋势恰好成就了沿反应器轴向方向的气体在催化剂床层5截面的压差基本相同，这样反应气在催化剂床层5不同方向的径向和轴向截面气体流动速度的趋势和大小基本相同，发生合成反应的趋势基本相同，相比工艺气体由反应器的中心内筒向四周外环的径向流动的模式更加合理，催化剂反应床层各点温度相差比较小，合成反应更加稳定可控。

此外，本实用新型中的锅炉给水进口管道18的底部还设置有间断排污口17和开工加热蒸汽入口32，在反应器壳体12的底部设置有人孔20和催化剂卸料口30，在催化剂卸料口30的一侧设置有氮气入口31，在反应器壳体12的顶部设置有催化剂装料口29，汽水混合液出口管道19的顶部设置为伸缩节13，以便进行伸缩调节。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。

Claims (10)

1.一种甲醇轴径向合成反应器，其特征在于，所述甲醇轴径向合成反应器包括：反应器壳体(12)，所述反应器壳体(12)的上端设置有合成气入口(27)，所述反应器壳体(12)内设置有侧面透气的中心集气管(7)，所述中心集气管(7)的底部设置有合成气出口(28)，所述中心集气管(7)的外围设置有侧面透气的夹套内筒体(4)，所述夹套内筒体(4)与所述反应器壳体(12)的内壁之间形成有导流通道(23)，所述夹套内筒体(4)与所述中心集气管(7)之间设置有催化剂床层(5)，所述催化剂床层(5)中纵向贯穿设置有换热单元。

2.根据权利要求1所述的甲醇轴径向合成反应器，其特征在于，所述合成气入口(27)位于所述反应器壳体(12)内的端部设置有进气分布器(1)，所述进气分布器(1)用于将合成气朝下及朝向四周分布。

3.根据权利要求1所述的甲醇轴径向合成反应器，其特征在于，所述反应器壳体(12)内位于所述合成气入口(27)与所述中心集气管(7)之间设置有篦子板(2)，所述篦子板(2)与所述催化剂床层(5)之间填充有顶部磁球(6)。

4.根据权利要求3所述的甲醇轴径向合成反应器，其特征在于，所述催化剂床层(5)的上端向上延伸并覆盖所述中心集气管(7)的上端。

5.根据权利要求1所述的甲醇轴径向合成反应器，其特征在于，所述夹套内筒体(4)上设置有多个用于流通合成气的第一通孔(14)，所述中心集气管(7)的侧壁上设置有多个用于流通合成气的第二通孔(15)。

6.根据权利要求1所述的甲醇轴径向合成反应器，其特征在于，所述夹套内筒体(4)的侧壁上围绕其周向方向设置有多个轴向延伸的导流叶片(3)。

7.根据权利要求1所述的甲醇轴径向合成反应器，其特征在于，所述夹套内筒体(4)的底端与所述反应器壳体(12)的内壁之间设置有挡环，所述应器壳体的下端位于所述挡环的下方区域填充有底部磁球(16)。

8.根据权利要求1所述的甲醇轴径向合成反应器，其特征在于，所述甲醇合成反应器还包括温度测量系统，所述温度测量系统包括多个纵向伸入所述催化剂床层(5)的温度计。

9.根据权利要求1-8中的任意一项所述的甲醇轴径向合成反应器，其特征在于，所述换热单元包括：多个列管换热冷却器(9)，所述列管换热冷却器(9)的下端连接锅炉给水循环系统(10)，所述列管换热冷却器(9)的上端连接汽包。

10.根据权利要求9所述的甲醇轴径向合成反应器，其特征在于，所述列管换热冷却器(9)的换热管束(8)上沿纵向方向上套设有多个管束支撑环(11)。

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