一種用於甲烷液相氧化反應的鼓泡塔的製作方法
2023-12-01 01:10:31 1
專利名稱：一種用於甲烷液相氧化反應的鼓泡塔的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用於甲烷液相氧化反應的鼓泡塔，具體涉及一種用於甲烷液相連續 氧化制甲醇工藝的鼓泡塔氧化反應裝置。
背景技術：
甲烷和天然氣是重要的化工原料，但由於甲烷的化學結構異常穩定，傳統的甲烷制甲醇 的工藝需將甲烷與水蒸氣在高溫高壓下進行熱解，或將甲烷與純氧在高溫高壓條件下進行部 分氧化，製成合成氣(C0+2H2)，然後再在高壓和高溫條件下合成甲醇。這種工藝雖然成熟 ，但投資龐大，能耗也很高。因此，許多科學家一直在探索甲烷直接氧化製備甲醇的新工藝 。其中專利ZL01124019.9採用發煙硫酸為溶劑、碘作催化劑，在高壓釜內將甲烷氧化成硫酸 氫甲酯。但這項研究採用間歇反應，反應壓力由通入高壓釜的甲烷初始壓力和反應溫度確定 ，不僅壓力高，而且無法調整，反應速率也隨時間變化，其實驗結果主要放在反應機理的研 究方面，距工業應用和設計尚有一定的距離。通過對現有的甲烷液相間歇氧化反應機理的深 入研究，並通過對甲烷液相氧化過程所進行的化學工程基礎研究，可將這種間歇工藝開發為 連續過程，即甲烷液相連續氧化制甲醇的工藝，以解決甲烷液相氧化間歇反應工藝的缺點， 克服天然氣製備甲醇傳統工藝存在的流程長、能耗高等缺陷。
甲烷液相連續氧化制甲醇工藝的核心裝置是氧化反應器。用於該工藝的反應器的設計至 少需要滿足氣液相間的動量與質量傳遞，相界面與液相內部的反應過程，反應氣體在反應器 內的停留時間，反應介質的熱交換等四個方面的要求。由於該項工藝系首次提出，國內外還 沒有這類反應器的設計先例。根據反應物料的種類和反應過程來劃分，該反應器屬於氣液反 應裝置，雖然氣液反應器的類型很多，但根據反應過程的要求和通過大量的實驗研究，並通 過反應工程的基本理論計算，開發出與該工藝配套的專用氧化反應裝置。
實用新型內容
本實用新型提供了一種結構簡單，造價和運行費用低廉的新型鼓泡塔。為解決上述技術問題，本實用新型採用以下技術方案 一種新型鼓泡塔，包括塔本體， 所述塔本體從上至下分為氣體處理段、自由空間段和氣液反應段三部分，所述塔本體下端設 有排淨口，上端設有出氣口，其特徵在於所述氣液反應段的下部設有氣體進口和液相進料 口，所述的液相進料口在氣體進口的上方；所述氣液反應段的中上部設有冷卻區；所述氣液 反應段和自由空間段的交界處設有溢流口；所述氣體處理段設有除沫器，除沫器可根據需要 設在氣體處理段的上部、中部或下部。
所述的氣體處理段佔鼓泡塔總高度的10% 20%，所述的自由空間段的佔鼓泡塔總高度的 5% 20%，所述的氣液反應段佔鼓泡塔總高度的60% 85%。
所述的氣液反應段的高度和直徑之比為10 20。
所述的塔本體的下部設有氣體分布器。
所述的氣體分布器上的噴氣孔全部向上。
按照權利要求l所述的用於甲烷液相氧化反應的鼓泡塔，其特徵在於所述冷卻區包括 冷卻盤管(4)和多孔隔板(5)，所述多孔隔板(5)位於冷卻盤管(4)的下方。
所述冷卻盤管為1一4個，所述的多孔隔板為l-4個。冷卻盤跟多孔隔板相對應，有一個 冷卻管就對應有一個多孔隔板。
本實用新型的鼓泡塔用於甲烷液相連續氧化制甲醇，該反應的原理是以甲烷或天然氣為 原料，以碘為催化劑、以發煙硫酸為溶劑和氧化劑進行催化氧化生成甲醇的反應。 一般鼓泡 塔，其上部有一擴大段以分離液滴和泡沫，本實用新型鼓泡塔由於在高溫和高壓下工作，反 應介質又有一定的強腐蝕性，為了減少設備製作的困難，故不設置擴大段。另一方面，由於 在氣液反應段的上部設置了冷卻盤管和多孔隔板形成的冷卻區，其作用是讓液相反應產物在 流出反應器前降低溫度，使反應器內存在一低溫區，當反應氣體通過這一低溫區時，氣體中 所含的S03和l2蒸汽能被液相吸收，以減少反應尾氣後處理的負荷。另外，由於反應段的液 位由溢流口的位置確定，在操作時可保證液位與氣體處理段之間保留有一定的自由空間。氣 液反應段的高度和直徑之比根據反應所要求的空塔氣速、氣液傳質係數、氣泡直徑、氣含率 、S03濃度分布等參數確定，經過綜合考慮和實驗驗證，本實用新型鼓泡塔反應段適用的高 度和直徑之比為10 20。本實用新型鼓泡塔採用在塔內設置多孔隔板來改善氣泡的運動，促 進傳質過程。因此，本實用新型結構簡單，造價和運行費用低廉。
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步描述
附圖l是本實用新型鼓泡塔的結構示意圖。
具體實施方式
參照圖l，本實用新型的鼓泡塔是一個上下均勻的直筒形鼓泡塔，包括塔本體，塔本體 下端設有排淨口13，上端設有出氣口8，出氣口8與後續的反應尾氣處理單元相連，以使反應 尾氣進入尾氣後續處理單元進一步處理。塔本體從上至下分為氣體處理段12、自由空間段ll 和氣液反應段10三部分，所述氣體處理段12佔鼓泡塔總高度的10% 20%，所述自由空間段ll 的佔鼓泡塔總高度的5% 20%，所述氣液反應段10佔鼓泡塔總高度的60 85%。氣液反應段IO 的下部設有氣體進口2和液相進料口3，所述的液相進料口3在氣體進口2的上方；氣液反應段 10的中上部設有冷卻盤管4，冷卻盤管4與冷卻系統相連通。所述氣液反應段10和自由空間段 11的交界處設有溢流口9;所述氣體處理段12設有除沫器7，除沫器優選為金屬板波除沫器， 用於回收反應尾氣中夾帶的硫酸液滴和S03，除沫器的位置可根據需要設於氣體處理段的上 部、中部或下部。所述氣液反應段的下部設有氣體分布器l，氣體分布器1與氣體進口2相連 。所述氣液反應段中上部還設有多孔隔板5，所述的冷卻盤管4安裝在多孔隔板5的上方，所 述的多孔隔板5位於冷卻盤管4的下方，所述冷卻盤管4為1一4個，所述的多孔隔板為l-4個， 所述自由空間段11中下部設有備用口6。
本實用新型的工作原理如下溶有催化劑碘的發煙硫酸通過液相進料口3連續加入塔內 ，甲烷氣體通過液相進料口3下部的氣體分布器1鼓泡吹入塔內。塔內氣體為分散相，液體為 連續相，氣液充分接觸，在催化劑的作用下發生氧化反應，生成硫酸氫甲酯並溶在液相內。 由於甲烷氧化過程為液相化學反應控制，鼓泡塔持液量大，能夠保證液相有足夠的停留時間 充分對氣相進行氧化。同時，為保證氣相在塔內有一定的轉化率，需要氣體在塔內也具有足 夠的停留時間，入塔的甲烷速度較低，進氣空塔氣速一般小於0.05m/s，但發煙硫酸進塔後 ，S03蒸氣量一般為入塔甲烷氣體流量的l-2倍，因此S03的蒸發量很大，塔內實際氣速較大 。另外，由於S03氣體與濃硫酸處於平衡狀態，S03與甲烷形成的氣泡破裂、聚合很頻繁，這 種現象可極大的強化氣液傳質和液相混合。反應液體和反應氣體在塔內並流向上流動，反應 液體通過設在氣液反應段和自由空間段交界處的溢流口9流出反應器，進入氣液分離器後連 續排出，輸入到後續工序進一步處理。鼓泡塔內的液面高度由溢流口9的位置決定，進行連 續化反應時，塔內液面的高度與溢流口9的位置相當，根據物料平衡可知，此時進料流量等於出料流量，因此出料流量可由調整進料流量來加以控制。
權利要求1. 一種用於甲烷液相氧化反應的鼓泡塔，包括塔本體，所述塔本體 從上至下分為氣體處理段(12)、自由空間段(11)和氣液反應段(10)三部分，所述塔本 體下端設有排淨口 (13)，上端設有出氣口 (8)，其特徵在於所述氣液反應段(10)的 下部設有氣體進口 (2)和液相進料口 (3)，所述的液相進料口 (3)在氣體進口 (2)的上 方；所述氣液反應段(10)的中上部設有冷卻區；所述氣液反應段(10)和自由空間段( 11)的交界處設有溢流口 (9);所述氣體處理段(12)設有除沫器(7)。
2.按照權利要求l所述的用於甲烷液相氧化反應的鼓泡塔，其特徵在 於所述的氣體處理段佔鼓泡塔總高度的10% 20%，所述的自由空間段的佔鼓泡塔總高度的 5% 20%，所述的氣液反應段佔鼓泡塔總高度的60% 85%。
3.按照權利要求l所述的用於甲烷液相氧化反應的鼓泡塔，其特徵在 於所述的氣液反應段的高度和直徑之比為10 20。
4.按照權利要求l所述的用於甲烷液相氧化反應的鼓泡塔，其特徵在 於所述的塔本體的下部設有氣體分布器(1)。
5.按照權利要求4所述的用於甲烷液相氧化反應的鼓泡塔，其特徵在 於所述的氣體分布器(1)上的噴氣孔全部向上。
6.按照權利要求l所述的用於甲烷液相氧化反應的鼓泡塔，其特徵在 於所述冷卻區包括冷卻盤管(4)和多孔隔板(5)，所述多孔隔板(5)位於冷卻盤管( 4)的下方。
7.按照權利要求6所述的用於甲烷液相氧化反應的鼓泡塔，其特徵在 於所述冷卻盤管(4)為1一4個，所述的多孔隔板為l-4個。
專利摘要本實用新型公開了一種用於甲烷液相氧化反應的鼓泡塔，包括塔本體，所述塔本體從上至下分為氣體處理段、自由空間段和氣液反應段三部分，所述塔本體下端設有排淨口，上端設有出氣口，其特徵在於所述氣液反應段的下部設有氣體進口和液相進料口，所述的液相進料口在氣體進口的上方；所述氣液反應段的中上部設有冷卻盤管；所述氣液反應段和自由空間段的交界處設有溢流口；所述氣體處理段設有除沫器。本實用新型具有結構簡單，造價和運行費用低廉的優點，可適用於甲烷液相連續氧化制甲醇工藝的氧化反應。
文檔編號B01J10/00GK201154945SQ20072020133
公開日2008年11月26日 申請日期2007年11月13日 優先權日2007年11月13日
發明者侯曉峰, 波 李, 李鋒偉, 鋼 肖 申請人:漢能科技有限公司