CN219441616U - 一种二氧化碳加氢制甲醇一体化合成塔 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种二氧化碳加氢制甲醇一体化合成塔，包括塔体，在塔体内从上至下设有预热气缓冲区、反应介质分散区、反应区、产物输出区以及原料气分散区；在反应区设有若干组竖直设置的夹套式的列管，列管包括两端均敞口的内管和外管，内管套设于外管内，内管与外管之间的间隙构成环隙，在环隙内填装有催化剂。本实用新型通过采用套管式列管结构，环隙装填催化剂，实现各列管催化剂床层温度均匀分布的同时，通过原料气在内管中实现一级预热耦合一次预热气进入下反应区的壳程实现二级预热，充分利用反应热实现原料气的预热，省去了额外的换热器，操作更简便。

Description

一种二氧化碳加氢制甲醇一体化合成塔

技术领域：

本实用新型涉及甲醇制备领域，尤其涉及一种二氧化碳加氢制甲醇一体化合成塔。

背景技术：

甲醇可作为原料、燃料还可作为一种储能介质，未来市场应用前景巨大。将高碳排行业产生的CO₂作为碳资源通过化学转化得到甲醇，在实现减排CO₂的同时，创造可观的经济效益。

二氧化碳加氢制甲醇技术核心设备为合成塔，合成气制甲醇工艺采用的合成塔设计及结构已发展成熟，技术供应方主要包括德国鲁奇(Lurgi)、英国ICI/Davy、瑞士卡萨利(Casale)等，主要采用管壳式或板换式反应器结构，但用于纯二氧化碳加氢制备甲醇的合成塔未见公开。二氧化碳加氢制甲醇合成塔相比合成气制甲醇合成塔，反应物二氧化碳活性差、更惰性，反应慢、放热量小，现有合成气制甲醇合成塔不能满足要求。

另外，现有甲醇合成塔需要设置额外的原料气预热单元对先原料气进行预热后再通入合成塔，通常设置气气换热器或电加热器等形式，设备多、操作复杂。

实用新型内容：

为了解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种二氧化碳加氢制甲醇一体化合成塔。

本实用新型由如下技术方案实施：

一种二氧化碳加氢制甲醇一体化合成塔，包括塔体，在所述塔体内从上至下设有预热气缓冲区、反应介质分散区、反应区、产物输出区以及原料气分散区；

所述预热气缓冲区与所述反应介质分散区通过固定设于所述塔体内的第一隔板分隔，所述反应介质分散区与所述反应区通过固定设于所述塔体内的上管板分隔，所述反应区与所述产物输出区通过固定设于所述塔体内的下管板分隔，所述产物输出区与所述原料气分散区通过固定设于所述塔体内的第二隔板分隔；

在所述预热气缓冲区顶部的塔体上开设有一次预热气出口；在所述反应介质分散区上部的塔体侧壁上开设有预热原料气进口；在所述反应区上部的塔体侧壁上开设有预热原料气出口，在所述反应区下部的塔体侧壁上开设有一次预热气进口；在所述产物输出区下部的塔体侧壁上开设有产品气出口；在所述原料气分散区底部的塔体上开设有原料气进口；

在所述反应区设有若干组竖直设置的夹套式的列管，所述列管包括两端均敞口的内管和外管，所述内管套设于所述外管内，所述内管与所述外管之间的间隙构成环隙，在所述环隙内填装有催化剂；

所述内管的顶端延伸至所述预热气缓冲区内，并与所述第一隔板固定连接；所述内管的底端延伸至所述原料气分散区内，并与所述第二隔板固定连接；

所述外管的顶端延伸至所述反应介质分散区内，并与所述上管板固定连接；所述外管的底端延伸至所述产物输出区内，并与所述下管板固定连接；

所述一次预热气出口通过管线与所述一次预热气进口连通，所述预热原料气出口通过管线与所述预热原料气进口连通。

进一步的，在所述反应介质分散区的底部设有第一氧化铝瓷球层。

进一步的，所述第一氧化铝瓷球层的高度不超过所述反应介质分散区总高度的1/3。

进一步的，所述产物输出区内设有第二氧化铝瓷球层。

进一步的，所述第二氧化铝瓷球层的高度与所述产物输出区的高度一致。

进一步的，所述反应区由固定设于所述塔体内的分隔板分隔为上部的上反应区和下部的下反应区；所述预热原料气出口设于所述下反应区上部的塔体侧壁上。

进一步的，在所述反应介质分散区的顶部水平设有原料气分布器，所述原料气分布器为一端封闭、一端敞口的盲管结构，所述原料气分布器与所述塔体内壁固定连接，且所述原料气分布器的敞口端与所述预热原料气进口连通，在所述原料气分布器的下部均匀开设有若干分散孔。

进一步的，在所述产物输出区的底部水平设有产品气收集管，所述产品气收集管为一端封闭、一端敞口的盲管结构，所述产品气收集管与所述塔体内壁固定连接，且所述产品气收集管的敞口端与所述产品气出口连通，在所述产品气收集管的上部均匀开设有若干收集孔。

本实用新型的优点：

本实用新型通过采用套管式列管结构，环隙装填催化剂，实现各列管催化剂床层温度均匀分布的同时，通过原料气在内管中实现一级预热耦合一次预热气进入下反应区的壳程实现二级预热，充分利用反应热实现原料气的预热，省去了额外的换热器，操作更简便。

本实用新型可将煤炭使用过程中排放的二氧化碳作为一种碳资源使用，在实现减排CO₂的同时，可替代传统的煤制甲醇，减少煤炭等化石能源的消耗、保障能源安全，减少水资源的消耗和污染排放，同时还可以创造可观的经济效益。

附图说明：

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实施例的整体结构示意图；

图2为本实施中列管的结构示意图。

图中：塔体1、预热气缓冲区2、反应介质分散区3、反应区4、上反应区41、下反应区42、产物输出区5、原料气分散区6、第一隔板7、上管板8、下管板9、第二隔板10、原料气分布器11、分散孔12、第一氧化铝瓷球层13、分隔板14、产品气收集管15、收集孔16、第二氧化铝瓷球层17、列管18、内管181、外管182、一次预热气出口19、预热原料气进口20、预热原料气出口21、一次预热气进口22、产品气出口23、原料气进口24。

具体实施方式：

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1：

如图1、图2所示的一种二氧化碳加氢制甲醇一体化合成塔，包括塔体1，在塔体1内从上至下设有预热气缓冲区2、反应介质分散区3、反应区4、产物输出区5以及原料气分散区6；

预热气缓冲区2与反应介质分散区3通过固定设于塔体1内的第一隔板7分隔，反应介质分散区3与反应区4通过固定设于塔体1内的上管板8分隔，反应区4与产物输出区5通过固定设于塔体1内的下管板9分隔，产物输出区5与原料气分散区6通过固定设于塔体1内的第二隔板10分隔；

在预热气缓冲区2顶部的塔体1上开设有一次预热气出口19。

在反应介质分散区3上部的塔体1侧壁上开设有预热原料气进口20，在反应介质分散区3的顶部水平设有原料气分布器11，原料气分布器11为一端封闭、一端敞口的盲管结构，原料气分布器11与塔体1内壁固定连接，且原料气分布器11的敞口端与预热原料气进口20连通，在原料气分布器11的下部均匀开设有若干分散孔12。在反应介质分散区3的底部设有第一氧化铝瓷球层13，第一氧化铝瓷球层13的高度不超过反应介质分散区3总高度的1/3。

反应区4由固定设于塔体1内的分隔板14分隔为上部的上反应区41和下部的下反应区42；在下反应区42上部的塔体1侧壁上开设有预热原料气出口21，在下反应区42下部的塔体1侧壁上开设有一次预热气进口22。

在产物输出区5下部的塔体1侧壁上开设有产品气出口23，在产物输出区5的底部水平设有产品气收集管15，产品气收集管15为一端封闭、一端敞口的盲管结构，产品气收集管15与塔体1内壁固定连接，且产品气收集管15的敞口端与产品气出口23连通，在产品气收集管15的上部均匀开设有若干收集孔16。产物输出区5内设有第二氧化铝瓷球层17，第二氧化铝瓷球层17的高度与产物输出区5的高度一致。

在原料气分散区6底部的塔体1上开设有原料气进口24；

在反应区4设有若干组竖直设置的夹套式的列管18，列管18包括两端均敞口的内管181和外管182，内管181套设于外管182内，内管181与外管182之间的间隙构成环隙，在环隙内填装有催化剂；

内管181的顶端延伸至预热气缓冲区2内，并与第一隔板7固定连接；内管181的底端延伸至原料气分散区6内，并与第二隔板10固定连接；

外管182的顶端延伸至反应介质分散区3内，并与上管板8固定连接；外管182的底端延伸至产物输出区5内，并与下管板9固定连接；

一次预热气出口19通过管线与一次预热气进口22连通，预热原料气出口21通过管线与预热原料气进口20连通。

工作说明：

在使用本实施例时，将纯二氧化碳和氢气按比例混合后作为原料气，由原料气进口24进入原料气分散区6内分散后，进入若干内管181中，在反应区4，与环隙内高温的催化剂进行换热后，实现一次预热，由内管181的顶端排出进入预热气缓冲区2，之后由一次预热气进口22进入下反应区424的壳程，再次与环隙内高温的催化剂进行换热，实现二次升温预热，得到预热原料气，由预热原料气进口20进入原料气分布器11，经若干分散孔12分散后均匀进入反应介质分散区3，再进入环隙内与催化剂接触，进行甲醇合成反应，生成甲醇，并放出热量。经环隙下行的含甲醇气体进入产物输出区5，经第二氧化铝瓷球层17降温分散后，经若干收集孔16进入产品气收集管15后排出塔体1，至下游进行冷却、甲醇分离、粗甲醇提纯等得到产品甲醇。

本实施例中，将反应区4由分隔板14分隔为上反应区41和下反应区42两个独立的空间。上反应区41的环隙，由于预热原料气刚进入环隙，温度相对低，因此，环隙内的反应是从上到下逐步发生、温度逐步提高至所需反应温度的，所以，上反应区41保持绝热操作即可，壳程内无需通入气体进行换热；下反应区42则通过通入一次预热气与环隙内的反应介质进行换热，对环隙内的反应热进行移除，来维持等温操作，保持环隙下部的催化剂床层温度均匀，并对原料气实现了二次预热。

本实施例中，反应介质分散区3底部设置的第一氧化铝瓷球层13，不仅可以隔绝下部温度、防止环隙中气体向上反串，还可以对进入环隙中的反应气进行均匀分散。

产物输出区5内部填充的第二层氧化铝瓷球，不仅可以对进入产物输出区5的含甲醇气体降温分散，还可以支撑环隙中催化剂床层稳定不下落。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种二氧化碳加氢制甲醇一体化合成塔，其特征在于，包括塔体，在所述塔体内从上至下设有预热气缓冲区、反应介质分散区、反应区、产物输出区以及原料气分散区；

所述预热气缓冲区与所述反应介质分散区通过固定设于所述塔体内的第一隔板分隔，所述反应介质分散区与所述反应区通过固定设于所述塔体内的上管板分隔，所述反应区与所述产物输出区通过固定设于所述塔体内的下管板分隔，所述产物输出区与所述原料气分散区通过固定设于所述塔体内的第二隔板分隔；

在所述预热气缓冲区顶部的塔体上开设有一次预热气出口；在所述反应介质分散区上部的塔体侧壁上开设有预热原料气进口；在所述反应区上部的塔体侧壁上开设有预热原料气出口，在所述反应区下部的塔体侧壁上开设有一次预热气进口；在所述产物输出区下部的塔体侧壁上开设有产品气出口；在所述原料气分散区底部的塔体上开设有原料气进口；

在所述反应区设有若干组竖直设置的夹套式的列管，所述列管包括两端均敞口的内管和外管，所述内管套设于所述外管内，所述内管与所述外管之间的间隙构成环隙，在所述环隙内填装有催化剂；

所述内管的顶端延伸至所述预热气缓冲区内，并与所述第一隔板固定连接；所述内管的底端延伸至所述原料气分散区内，并与所述第二隔板固定连接；

所述外管的顶端延伸至所述反应介质分散区内，并与所述上管板固定连接；所述外管的底端延伸至所述产物输出区内，并与所述下管板固定连接；

所述一次预热气出口通过管线与所述一次预热气进口连通，所述预热原料气出口通过管线与所述预热原料气进口连通。

2.根据权利要求1所述一种二氧化碳加氢制甲醇一体化合成塔，其特征在于，在所述反应介质分散区的底部设有第一氧化铝瓷球层。

3.根据权利要求2所述一种二氧化碳加氢制甲醇一体化合成塔，其特征在于，所述第一氧化铝瓷球层的高度不超过所述反应介质分散区总高度的1/3。

4.根据权利要求1所述一种二氧化碳加氢制甲醇一体化合成塔，其特征在于，所述产物输出区内设有第二氧化铝瓷球层。

5.根据权利要求4所述一种二氧化碳加氢制甲醇一体化合成塔，其特征在于，所述第二氧化铝瓷球层的高度与所述产物输出区的高度一致。

6.根据权利要求1所述一种二氧化碳加氢制甲醇一体化合成塔，其特征在于，所述反应区由固定设于所述塔体内的分隔板分隔为上部的上反应区和下部的下反应区；所述预热原料气出口设于所述下反应区上部的塔体侧壁上。

7.根据权利要求1所述一种二氧化碳加氢制甲醇一体化合成塔，其特征在于，在所述反应介质分散区的顶部水平设有原料气分布器，所述原料气分布器为一端封闭、一端敞口的盲管结构，所述原料气分布器与所述塔体内壁固定连接，且所述原料气分布器的敞口端与所述预热原料气进口连通，在所述原料气分布器的下部均匀开设有若干分散孔。

8.根据权利要求1所述一种二氧化碳加氢制甲醇一体化合成塔，其特征在于，在所述产物输出区的底部水平设有产品气收集管，所述产品气收集管为一端封闭、一端敞口的盲管结构，所述产品气收集管与所述塔体内壁固定连接，且所述产品气收集管的敞口端与所述产品气出口连通，在所述产品气收集管的上部均匀开设有若干收集孔。