一種換熱催化反應設備的製作方法
2023-12-03 12:36:26
專利名稱：：一種換熱催化反應設備的製作方法
技術領域：
：本發明是一種換熱催化反應設備，用於流體催化反應和傳熱過程，屬化學工程領域，特別適用於甲醇、烴類等合成反應過程，也可用於甲烷、甲醚等合成過程。
背景技術：
：對於由加壓下甲醇合成、甲醚、烴類等合成這類放熱催化反應，隨著反應過程的進行，不斷放出的反應熱使催化劑層溫度提高。為了提高反應器的效率，需要把反應熱移出以降低反應溫度。在工業反應器中曾廣為使用的一種如西德Liirgi公司的用於甲醇合成的列管式反應器，原料氣從上部進氣口進入分布到各管中，在管內裝觸媒層中合成甲醇，管間側面進水。反應熱被管外沸騰水連續移熱，產生蒸汽由側面管出，反應氣由底部出氣管出塔，該塔溫差小，但觸媒裝填係數小，投資大，大型化難度大。本發明的任務是依據催化放熱可逆反應的特點，克服現有技術的缺點，提供一種用流體作冷卻介質移去反應熱，生產能力大、觸媒活性高、結構簡單可靠、操作性能好的反應器。下面說明中冷卻介質以水為代表，但不限於水，可以為導熱油或熔鹽。
發明內容本發明提供一種換熱催化反應設備，由帶有頂部進氣管口1，裝催化劑人孔2，氣體多孔分布板10，底部出氣口3和卸催化劑孔4的受壓殼體5與支承於殼體底部支承架6上的水冷換熱管組7，進水管14和出水管18，支承於底部多孔集氣板8或下隔板22的催化劑9或裝於殼體5和換熱管組7間的漿態床催化劑9組成，其特徵是換熱管組7由分水管11和集水管12與連結分水管和集水管之間的多排換熱水管13連結組成，分水管11與下部連通管15連結，連通管15與底部進水管14連結，集水管12與上部連通管17連結，連通管17與集水總管16連結，集水總管16與出水管18連結，出水管18通過殼體上端填料函19活動密封，底部進水管14與殼體底部填料函20活動密封，殼體5的筒體51與上封頭52用大法蘭53間唇形焊密封，或上封頭52與筒體51直接連接。本發明反應器連組換熱水管13的分水管11和集水管12是環管或直管排管。本發明反應器床層中由上而下成軸向流動。本發明反應器床層中由內到外或由外到內成徑向流動。本發明反應器床層中由左右向從一側向另一側橫向流動。本發明反應器換熱水管是圓管或扁平管或換熱板片。下面結合附圖具體說明。圖1是分水管和集水管為環管的水冷反應器示意圖。圖2是分水管和集水管為直管排管的水冷反應器示意圖。圖3是圖2所示水冷反應器換熱管區的俯視圖示意圖。圖4是管內水冷徑向流反應器示意圖。具體實施例方式下面結合附圖對本發明的技術方案進行詳細地說明。圖1是分水管和集水管為環管的水冷反應器。圖中受壓殼體5的上部封頭52和筒體51間用大法蘭53緊固，並用唇形焊密封，拆開法蘭吹去唇形焊時可吊出內件。上封頭52頂部有進氣口1和催化劑裝入孔2，氣體多孔分布板10，殼體底部有出氣口3，催化劑卸出口4,殼體內焊有支承板6支承的換熱水管內件，多排換熱管13下端與同心套裝的圓環形分水管ll連通，上端與同心套裝的圓環形集水管12連接，下部連通管15連接分水管11和進水管14，進水管14與殼體底部間用填料函20活動密封，上部連通管17連接集水管12和集水總管16，連結集水總管16的出水管18通過填料函19與封頭52密封，換熱管13外和殼體5內裝有催化劑9支承在底部多孔集氣板8上。用於甲醇合成反應器時壓力512Mpa,含氫、一氧化碳、二氧化碳的原料氣溫度21(TC左右，由頂部進氣口1經氣體分布器10均勻分布進入銅基甲醇合成催化劑9在200300'C下進行甲醇合成反應，反應氣經多孔集氣板8後由出氣口3出反應器，高於IOO'C例如200'C左右鍋爐水由進水管14進入，經下部連通管15分流到各分水管11，再進入各組換熱管13內吸收管外催化劑層9的反應熱，水吸熱升溫在2-8Mpa壓力下汽化，使管外催化劑層溫度均勻溫差小，換熱管13內汽水混合物到集水管12，再經上部連通管17到集水總管16後，再由出水管18出反應器，出水管18與上封頭52用填料函19活動密封，使換熱水管受熱膨脹時可以向上自由伸縮。圖2是分水管和集水管為直管排管，床層中由左右向從一側向另一側橫向流動的水冷反應器示意圖。圖中受壓殼體5的上封頭有進氣口l和催化劑裝入孔2，下封頭有出氣口3和催化劑卸出口4，圖中封頭與殼體直接焊接，但也可採用圖l用法蘭連接。在底部支承板6上有多組連接分水管箱11和集水管箱12的換熱水管組71、72、73、74、75、76。在上部集水管箱12處有右邊開通氣口的上隔板21，下部分水管箱11處有左邊開通氣口的下隔板22,上下隔板21和22間有氣體多孔分布板10和多孔集氣板8，在上隔板21、下隔板22、氣體多孔分布板10和多孔集氣板8間的換熱管13外裝有催化劑層9。用於二甲醚合成反應器時壓力512Mpa，含氫、一氧化碳、二氧化碳和甲醇的原料氣溫度200'C300'C左右，經頂部進氣口1由上隔板21右邊通氣口進入殼體5右側和氣體多孔分布板10的弓形通道，經氣體多孔分布板10均勻分布進入催化劑層9在20038(TC下進行二甲醚合成反應，反應氣經多孔集氣板8和殼體5左側的弓形通道由下隔板22左邊通氣口進入後由出氣口3出反應器，高於100'C例如200'C左右鍋爐水由進水管14進入，經下部連通管15分流到各分水直管排管11，再進入各組換熱管13內吸收管外催化劑層9的反應熱，水吸熱升溫在2~12Mpa壓力下汽化，使管外催化劑層溫度均勻溫差小，換熱管13內汽水混合物到集水管12，再經上部連通管17到集水總管16後，再由出水管18出反應器，出水管18與上封頭52用填料函19活動密封，使換熱水管受熱膨脹時可以向上自由伸縮。進水管14與殼體底部封頭用填料函20密封。圖3是圖2換熱管區俯視圖示意圖。圖3中在氣體多孔分布板10和多孔集氣板8間的六組矩形換熱管組71、72……76，與圖2中連接分水管箱11和集水管箱12的六組換熱管組對應，圖中每組換熱管組為三排換熱管7，但實際使用中不止三排。圖4是管內水冷徑向流反應器，圖4結構上與圖1不同的是在殼體5內有圓筒體的多孔氣體分布器23，中心有頂部封閉的多孔集氣筒24連結底部多孔集氣板8，其餘與圖1相同。原料氣體由進氣口i進反應器，經多孔氣體分布器23徑向流過催化劑層9反應到多^^集氣筒24，反應氣經多孔集氣板8後到出氣口3出反應器，水等冷卻介質在換熱管13內向上流動的情況和圖l相同。本發明反應器結構還可用於漿態床和三相床，主要結構如圖l，這時原料氣由底部管口3進氣，反應在冷管膽外進行，反應產物由上部管口1出塔。冷卻介質水等同樣由底部孔14經下連通管15、分水環管11到換熱管13逆流向上，吸收管外反應熱，產生蒸汽等經集水管12、上部連通管17、集水總管16和出水管18由頂部管口18出塔。實施例用圖1水冷反應器內徑3.6米，裝銅基甲醇催化劑80M3。在合成壓力9Mpa下，合成氣溫度220'C，從進氣口l進反應器，反應熱被換熱管內水吸收產生蒸汽，出反應器氣體溫度250'C，甲醇產量2000噸/日。在壓力24MPa下，鍋爐水加熱到220'C進入反應器底部進水管吸收反應熱，每噸甲醇付產蒸汽1.3噸。相關數據見附表l。附表ltableseeoriginaldocumentpage6有益效果本發明與現有技術比較，一是採用內部換熱管膽與殼體間活動密封裝配，底部進水管14和頂部出水管18均通過填料函與殼體活動裝配，使內件在熱應力引起的熱膨脹可自由伸縮。採用封頭52和筒體51間法蘭連結密封，打開法蘭和封頭方便內件安裝或吊裝出塔，當分水管和集水管用多組直管管箱時，更便於化整為零一組組安裝，避免了管殼式反應器反應管與兩端管板固定焊接，提高結構可靠性；二是催化劑裝冷管外提高催化劑容積裝填率，大幅減小反應器尺寸。此外本發明反應器既可以合理利用反應器副產中壓蒸汽，又可提高生產能力，尤其適當大型化裝置，如上面所舉年產60萬噸大型反應器。以上只是以甲醇合成為例，但不限於甲醇合成，.還可用於二甲醚、甲胺、甲醇制丙烯、氨合成等。以上說明中冷卻介質以水為代表，但不限於水，在需較高反應溫度時可以是導熱油或熔鹽。權利要求1.一種換熱催化反應設備，主要由帶有頂部進氣管口(1)，裝催化劑人孔(2)，氣體多孔分布板10，底部出氣口(3)和卸催化劑孔(4)的受壓殼體(5)與支承於殼體底部支承板(6)上的水冷換熱管組(7)，進水管(14)和出水管(18)，支承於底部多孔集氣板(8)或下隔板(22)的催化劑(9)或裝於殼體(5)和換熱管組(7)間的漿態床催化劑(9)組成，其特徵是換熱管組(7)由分水管(11)和集水管(12)與連結分水管和集水管之間的多排換熱水管(13)連結組成，分水管(11)與下部連通管(15)連結，連通管(15)與底部進水管(14)連結，集水管(12)與上部連通管(17)連結，連通管(17)與集水總管(16)連結，集水總管(16)與出水管(18)連結，出水管(18)通過殼體上端填料函(19)活動密封，底部進水管(14)與殼體底部填料函(20)活動密封，殼體(5)的筒體(51)與上封頭(52)用大法蘭(53)間唇形焊密封，或上封頭(52)直接與筒體(51)直接連接。2.根據權利要求1所述的一種催化換熱反應設備，其特徵是連組換熱水管(13)的分水管(11)和集水管(12)是環管。3.根據權利要求1所述的一種催化換熱反應設備，其特徵是連組換熱水管(13)的分水管(11)和集水管(12)是直管排管。4.根據權利要求1所述的一種催化換熱反應設備，其特徵是床層中由上而下成軸向流動。5.根據權利要求l所述的一種催化換熱反應設備，其特徵是床層中由內到外或由外到內成徑向流動。6.根據權利要求1所述的一種催化換熱反應設備，其特徵是床層中由左右向從一側向另一側橫向流動。7.根據權利要求1所述的一種催化換熱反應設備，其特徵是換熱水管是管內為^C的扁平管或換熱板片。全文摘要一種換熱催化反應設備，主要由帶有頂部進氣管口1，裝催化劑入孔2，氣體多孔分布板10，底部出氣口3和卸催化劑孔4的受壓殼體5與支承於殼體底部支承架6上的換熱管組7，進水管14和出水管18，支承於底部多孔集氣板8的催化劑9或裝於殼體5和換熱管組7間的漿態床催化劑9組成，採用流體作冷卻介質移去反應熱用於合成甲醇、二甲醚、甲胺、烴類等反應，具有投資少、產量高、節能降耗、易於大型化的有益效果。文檔編號B01J8/02GK101491751SQ20081000443公開日2009年7月29日申請日期2008年1月23日優先權日2008年1月23日發明者韌樓,樓壽林申請人:杭州林達化工技術工程有限公司