一種新型的甲醇合成塔的製作方法
2023-09-22 12:10:50
專利名稱：一種新型的甲醇合成塔的製作方法
技術領域：
本發明屬於化工設備，尤其涉及一種甲醇合成設備。
背景技術：
甲醇是一種具有多種用途的基本有機化工產品，除了在化工方面的多種應用外，它還可以作為清潔燃料在汽車中代替汽油或汽油混摻使用，以甲醇為燃料的燃料電池也即將問世，此外，甲醇是較好的人工合成蛋白的原料，由於世界石油供應不穩定等因素的影響以及世界能源危機與交通運輸業蓬勃發展形成了極度尖銳的矛盾，利用甲醇、二甲醚等清潔燃料部分替代汽油、茶油、液化石油氣，其燃燒熱值高、揮發性好且燃燒氣體毒物排放量低，在工業上和民用上具有較大的應用潛力。甲醇合成塔是甲醇生產的心臟設備，在結構、材料、操作等方面都有嚴格的要求， 而甲醇合成塔設計的關鍵技術之一是要高效移走和利用甲醇合成反應放出的熱量。目前，國內外應用較廣的為管殼式反應器，(即甲醇合成氣走反應器管程，在反應管內的催化劑床層上進行反應，反應管束一般固定在上下管板上。上下管板分別焊接在殼體上。在生產過程中，由於反應管束和管板、殼體製造材料不同以及溫度不同形成膨脹差，使管板和殼體以及反應管束和管板的連接處產生較大的溫差應力，容易造成反應管束破裂，造成反應氣體洩露，減少設備使用壽命，產生生產事故)，管內裝催化劑，管外充滿中壓沸騰水進行換熱。合成反應幾乎是在等溫條件下進行的，反應器能除去有效的熱量，可允許較高的CO含量氣體，採用低循環氣流並限制最高反應溫度，使反應等溫進行，單程轉化率高，雜質生成少等優點，單這種類型的反應器結構複雜，上下管板處連接點和焊點多，製作困難，為了防止殼體和管板、反應管之間焊接熱應力，對材料及製造方面的要求較高，投資高，且裝卸催化劑不方便，塔徑大，運輸困難。此外，還有套管式反應器、絕熱等溫混和反應器、螺旋管反應器等均存在結構複雜，要求的材質等級高，造價大，製造安裝困難等缺點，不利於推廣應用。
發明內容
本發明的目的在於提出一種新型的甲醇合成塔，既可以解決反應管束劈裂的問題，又可以充分利用甲醇合成反應放出的熱量，且結構簡單、製造成本低、對反應器材質要求相對於目前通用的甲醇反應器材質要求低、觸媒裝卸容易、製造安裝簡單。本發明目的通過下述技術方案來實現
一種新型的甲醇合成塔，包括反應器殼體、連通所述反應器殼體內外的原料氣進氣氣體均布系統和反應氣出氣氣體均布系統、堆放於所述反應器殼體內並置於所述原料氣進氣氣體均布系統和反應氣出氣氣體均布系統之間的催化劑床層，以及連通所述反應器殼體內外並置於所述催化劑床層內的換熱器，所述換熱器內通有換熱介質。本發明裝置採用了合成氣通過氣體均布系統，在催化劑床層上進行反應，同時又在催化劑床層內的換熱器內產生中低壓蒸汽迅速有效地帶走反應熱的結構方式，既可以解決反應管束劈裂的問題，又同時高效移走甲醇合成反應放出的熱量，使得其內反應可以充分有效地進行，另外該方式還可以進一步利用甲醇合成反應放出的熱量，該裝置反應充分、效率高、能量利用率高。作為優選方式，所述原料氣進氣氣體均布系統和/或反應氣出氣氣體均布系統包括相連通的氣體均布管路和多孔氣體分布裝置，所述氣體均布管路連通所述反應器殼體內夕卜，所述多孔氣體分布裝置置於所述反應器殼體內。上述氣體均布管路和多孔氣體分布裝置的兩級設置，可以更有效地實現原料氣的有效分散和均勻分布，反應氣的充分、有效回收，使得催化床層的反應可以更充分、高效地進行。作為優選方式，所述多孔氣體分布裝置為在反應器殼體中對稱布置的呈半圓形弧面的多孔板件。作為優選方式，所述多孔板件由燒結金屬多孔材料製成。 上述對稱布置的呈半圓形弧面的多孔板件的設置，使得原料氣和反應氣，進出催化劑床層更充分和均勻，有利於反應更充分、高效地進行。作為優選方式，所述原料氣進氣氣體均布系統的氣體均布管路包括原料氣進氣管、與原料氣進氣管連通並向其側邊橫向延伸的原料氣集氣管、原料氣集氣管上連通的若干原料氣豎支管，以及每一原料氣豎支管上連通的若干原料氣橫支管，所述原料氣橫支管連通所述反應器殼體內外並與所述多孔氣體分布裝置連通。作為優選方式，所述反應氣出氣氣體均布系統的氣體均布管路包括反應氣出氣管、與反應氣出氣管連通並向其側邊橫向延伸的反應氣集氣管、反應氣集氣管上連通的若干反應氣豎支管，以及每一反應氣豎支管上連通的若干反應氣橫支管，所述反應氣橫支管連通所述反應器殼體內外並與所述多孔氣體分布裝置連通。上述多級分散/收縮、漸擴/漸縮的氣體均布管路可以充分實現原料氣的有效分散和均勻分布，反應氣的充分、有效回收，使得催化床層的反應可以更充分、高效地進行。作為優選方式，所述換熱器為蛇形換熱管。上述置於催化劑床層的蛇形換熱管，可以使得其能更高效移走和利用甲醇合成反應放出的熱量，使得其內反應可以更充分有效地進行，反應更充分、效率更高、能量利用率更高。工作流程為來自合成氣淨化單元的新鮮甲醇原料氣通過原料氣進氣管進入原料氣集氣管中，再通過若干原料氣豎支管、原料氣橫支管以及多孔氣體分布裝置的分散均布作用，使氣體均勻分布後進入設備內部催化劑床層，完成甲醇合成反應。反應後反應氣通過設備內部的多孔氣體分布裝置後，通過反應氣橫支管、反應氣豎支管、反應氣集氣管全面匯集後，通過反應氣出氣管離開設備。同時，換熱介質進入設備，通過設備內部按照一定規則排列的蛇形換熱管吸收甲醇合成反應放出的熱量，成為中低壓蒸汽，最後從設備排出成飽和蒸汽。本發明的有益效果既可以解決反應管束劈裂的問題，同時該裝置反應充分、效率高、能量利用率高；總體結構簡單、製造成本低、對反應器材質要求相對於目前通用的甲醇反應器材質要求低、觸媒裝卸容易、製造安裝簡單。
圖I是本發明甲醇合成塔的甲醇合成工藝流程 圖2是本發明實施例的工作原理示意 圖3是圖2的俯視不意 圖4是本發明實施例的主視結構示意 圖5是本發明實施例的俯視結構示意 其中I為鍋爐水進水管、2為原料氣進氣氣體均布系統的氣體均布管路、3為原料氣進氣側半圓形燒結金屬板、4為燒結金屬板連接件、5為中低壓飽和蒸汽出口、6為反應器殼體、7為催化劑支撐板、8為蛇形換熱管、9為催化劑床層壓板、10為反應氣出氣側半圓形燒結金屬板、11為蒸汽進口匯集管、12為蒸汽出口匯集管、13為反應氣出氣氣體均布系統的氣體均布管路、14為蛇形換熱管支撐板、21為原料氣進氣管、22為原料氣集氣管、23為原料 氣豎直支管、24為原料氣水平支管、25為反應氣水平支管、26為反應氣豎直支管、27為反應氣集氣管、28為反應氣出氣管、29為蒸汽汽包。
具體實施例方式下列非限制性實施例用於說明本發明。一種新型的甲醇合成塔，如圖4、5所示，包括反應器殼體6、連通反應器殼體6內外的原料氣進氣氣體均布系統和反應氣出氣氣體均布系統、堆放於反應器殼體6內並置於原料氣進氣氣體均布系統和反應氣出氣氣體均布系統之間的催化劑床層，以及連通反應器殼體6內外並置於催化劑床層內的換熱器，換熱器為蛇形換熱管8，蛇形換熱管8內通有換熱介質，如水、蒸汽等。原料氣進氣氣體均布系統和反應氣出氣氣體均布系統包括相連通的氣體均布管路和多孔氣體分布裝置，氣體均布管路連通反應器殼體6內外，多孔氣體分布裝置置於反應器殼體6內。原料氣進氣氣體均布系統的氣體均布管路2包括原料氣進氣管21、與原料氣進氣管21連通並向其側邊橫向延伸的半圓形原料氣集氣管22、原料氣集氣管22上連通的若干原料氣豎直支管23，以及每一原料氣豎直支管23上連通的若干原料氣水平支管24，原料氣水平支管24連通反應器殼體6內外並與多孔氣體分布裝置連通。反應氣出氣氣體均布系統的氣體均布管路13包括反應氣出氣管28、與反應氣出氣管28連通並向其側邊橫向延伸的半圓形反應氣集氣管27、反應氣集氣管27上連通的若干反應氣豎直支管26，以及每一反應氣豎直支管26上連通的若干反應氣水平支管25，反應氣水平支管25連通反應器殼體6內外並與多孔氣體分布裝置連通。多孔氣體分布裝置為在反應器殼體6中對稱布置的呈半圓形弧面的多孔板件，多孔板件由燒結金屬多孔材料等多孔材料製成，包括原料氣進氣側半圓柱形燒結金屬板3和反應氣出氣側半圓形燒結金屬板10。本發明合成塔工作過程，如圖2、3所示，圖中箭頭為氣體流動方向。來自合成氣淨化單元的新鮮甲醇合成氣(以下簡稱原料氣)壓力約為3. 2MPa，溫度約為20°C，通過原料氣進氣管21進入半圓形原料氣集氣管22中，在原料氣集氣管22上根據氣量大小均布著若干個原料氣豎直支管23，在每隻原料氣豎直支管23上根據氣量及氣體流速的要求均布著若干只原料氣水平支管24，再通過原料氣進氣側半圓柱形燒結金屬板3使氣體均勻分布後進入設備內部催化劑床層，完成甲醇合成反應。反應後反應氣通過反應氣出氣側半圓形燒結金屬板10後，再通過反應氣水平支管25、反應氣豎直支管26、反應氣集氣管27匯集，通過反應氣出氣管28離開設備，出口壓力約為7. 55Mpa，溫度約為243°C。鍋爐水自鍋爐水進水管I進入反應器殼體6,反應器殼體6內部有一組蛇形換熱管8,置於催化劑床層的內部,原料氣在催化劑床層上發生甲醇合成反應，放出大量的熱量，置於催化劑床層內部的蛇形換熱管8吸收甲醇合成反應放出的熱量，其內換熱介質水成為中低壓蒸汽，從中低壓飽和蒸汽出口 5中出壓カ約為2. 8^3. 9Mpa的飽和蒸汽。應用本發明甲醇合成塔的エ藝流程如圖I所示，來自合成氣壓縮機的合成氣，壓カ為5. 9Mpa，溫度為80°C，經過換熱器I的殼程，被來自甲醇合成塔的產品氣體預熱到1600C，然後進入換熱器II的殼程，進入換熱器II的管程，經由蒸汽汽包29底部出的高溫鍋爐水再次加熱到200°C，從反應器殼體6的側面進，通過反應器殼體6中原料氣進氣側半圓柱形燒結金屬板3 (所謂「燒結金屬」即為燒結金屬多孔材料，燒結金屬多孔材料是20世紀初出現，第二次世界大戰後發展較快的ー類具有特殊性能的功能材料，其特點是內部含有大量連通或半連通的孔隙，廣泛適用於エ業生產過程中的過濾和分離)的孔隙均勻分布，進入塔體殼程，殼程中堆放C3O7銅基催化劑，氣體在催化劑的作用下發生甲醇合成反應，即
CO +2H2=CH30H +Q CO2 +3H2=CH30H +Q
反應生成甲醇和水以及少量的雜質，放出大量的熱，在設備內部催化劑床層中埋有蛇形換熱管8，蛇形換熱管8中的鍋爐水吸收甲醇合成反應放出的熱量，發生相變成為3. 9Mpa，溫度為 250°C的中低壓蒸汽，進入蒸汽汽包29，過濾後送入蒸汽管網，蒸汽汽包29中氣液分離後的鍋爐水經注水泵加壓後回甲醇合成系統循環使用，脫鹽水經注水泵加壓後送入甲醇合成系統，補充由於相變造成的水量減少，是蒸汽不斷源源產生。
甲醇合成反應後的粗甲醇氣經過反應器內部和反應氣出氣側半圓形燒結金屬板10的孔隙匯聚後離開甲醇合成塔，出ロ溫度約為243°C，在換熱器I經與合成氣換熱，溫度降至95°C左右，此時有少部分甲醇冷凝下來，然後再進入水冷器，進ー步冷卻至40°C左右，此時大部分甲醇被冷凝下來，冷至40°C的的氣體混合物經甲醇分離器分離出粗液體，送入後續甲醇精製単元，得到產品甲醇。甲醇分離器分離出的氣體，壓カ約為7. 5Mpa，溫度約為40°C，大部分返回循環氣壓縮機的ニ段和一段來的新鮮氣一起被壓縮至8. OMpa，送回甲醇合成反應器循環使用。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種新型的甲醇合成塔，其特徵在於包括反應器殼體、連通所述反應器殼體內外的原料氣進氣氣體均布系統和反應氣出氣氣體均布系統、堆放於所述反應器殼體內並置於所述原料氣進氣氣體均布系統和反應氣出氣氣體均布系統之間的催化劑床層，以及連通所述反應器殼體內外並置於所述催化劑床層內的換熱器，所述換熱器內通有換熱介質。
2.如權利要求I所述的新型的甲醇合成塔，其特徵在於所述原料氣進氣氣體均布系統和/或反應氣出氣氣體均布系統包括相連通的氣體均布管路和多孔氣體分布裝置，所述氣體均布管路連通所述反應器殼體內外，所述多孔氣體分布裝置置於所述反應器殼體內。
3.如權利要求2所述的新型的甲醇合成塔，其特徵在於所述多孔氣體分布裝置為在反應器殼體中對稱布置的呈半圓形弧面的多孔板件。
4.如權利要求3所述的新型的甲醇合成塔，其特徵在於所述多孔板件由燒結金屬多孔材料製成。
5.如權利要求2、3或4所述的新型的甲醇合成塔，其特徵在於所述原料氣進氣氣體均布系統的氣體均布管路包括原料氣進氣管、與原料氣進氣管連通並向其側邊橫向延伸的原料氣集氣管、原料氣集氣管上連通的若干原料氣豎支管，以及每一原料氣豎支管上連通的若干原料氣橫支管，所述原料氣橫支管連通所述反應器殼體內外並與所述多孔氣體分布裝置連通。
6.如權利要求2、3或4所述的新型的甲醇合成塔，其特徵在於所述反應氣出氣氣體均布系統的氣體均布管路包括反應氣出氣管、與反應氣出氣管連通並向其側邊橫向延伸的反應氣集氣管、反應氣集氣管上連通的若干反應氣豎支管，以及每一反應氣豎支管上連通的若干反應氣橫支管，所述反應氣橫支管連通所述反應器殼體內外並與所述多孔氣體分布裝置連通。
7.如權利要求I所述的新型的甲醇合成塔，其特徵在於所述換熱器為蛇形換熱管。
全文摘要
本發明公開了一種新型的甲醇合成塔，屬於化工設備，包括反應器殼體、連通所述反應器殼體內外的原料氣進氣氣體均布系統和反應氣出氣氣體均布系統、堆放於所述反應器殼體內並置於所述原料氣進氣氣體均布系統和反應氣出氣氣體均布系統之間的催化劑床層，以及連通所述反應器殼體內外並置於所述催化劑床層內的換熱器，所述換熱器內通有換熱介質。本發明既可以解決反應管束劈裂的問題，又可以充分利用甲醇合成反應放出的熱量，且結構簡單、製造成本低、對反應器材質要求相對於目前通用的甲醇反應器材質要求低、觸媒裝卸容易、製造安裝簡單。
文檔編號C07C31/04GK102744016SQ20121020682
公開日2012年10月24日 申請日期2012年6月21日 優先權日2012年6月21日
發明者李豔, 李靖明, 王業勤 申請人:四川亞聯高科技股份有限公司