一種大型反應(yīng)器及其裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及石油和煤化工領(lǐng)域，特別是流體固定床催化反應(yīng)和傳熱過(guò)程，尤 其適用大型石化煤化工中甲醇、甲醚、烴類(lèi)等強(qiáng)放熱和吸熱化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前我國(guó)煤化工廣受?chē)?guó)內(nèi)外關(guān)注，一是發(fā)展迅速、投資大；二是規(guī)模大型化，國(guó)家 發(fā)改委對(duì)新上煤化工設(shè)定規(guī)模要求，例如甲醇合成為年產(chǎn)100萬(wàn)噸，乙二醇為年產(chǎn)20萬(wàn)噸， 一些知名國(guó)外公司如Lurgi、DAVY等均已成功開(kāi)發(fā)日產(chǎn)5000噸大甲醇，并在我國(guó)神華寧煤、 包頭等煤化工裝置投運(yùn)；三是煤化工項(xiàng)目中大型反應(yīng)器都采用國(guó)外技術(shù)；四是大型煤化工 項(xiàng)目中采用多臺(tái)反應(yīng)器組合，單臺(tái)能力尚不大。
[0003] 目前國(guó)際跨國(guó)公司以其巨大的實(shí)力和知名度成功開(kāi)發(fā)了多種型式的反應(yīng)器，在 應(yīng)用最多的固定床反應(yīng)器中就有絕熱式、冷激式、水冷或氣冷換熱、管式或板式換熱、軸向 和徑向、立式或臥式反應(yīng)器。其中DAVY徑向塔阻力低，而移熱能力不足，投運(yùn)后熱點(diǎn)高達(dá) 300°C多高溫，影響催化劑壽命，Lurgi大甲醇水冷和氣冷塔串聯(lián)均為軸向塔，合成塔壓降和 合成回路阻力大，總阻力高達(dá)〇· 7MPa多，增加了電耗。
[0004] 美國(guó)Exxon-mobil化學(xué)專(zhuān)利公司的大型甲醇合成反應(yīng)系統(tǒng)專(zhuān)利W02007021393、 CNlO 1243027由一臺(tái)管殼反應(yīng)器和一臺(tái)氣冷管，和一臺(tái)水冷管外催化劑反應(yīng)器串聯(lián)組成，直 徑5. 8米，總床高22米，CO單程轉(zhuǎn)化率35. 3%，同樣存在反應(yīng)器大、合成阻力大的問(wèn)題。
[0005] 總之，至今為止國(guó)內(nèi)外均還沒(méi)有工藝性能好、溫度均勻、轉(zhuǎn)化率高、容積利用率大、 能效高、單臺(tái)達(dá)到年產(chǎn)100萬(wàn)噸的大型甲醇塔。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006] 本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有大型工藝反應(yīng)技術(shù)和反應(yīng)器的不足提出均溫、高效、低壓降 的大型反應(yīng)工藝技術(shù)和反應(yīng)器的解決方案。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取以下技術(shù)方案：
[0008] 一種大型反應(yīng)器，包括殼體、換熱內(nèi)件、進(jìn)口管箱和出口管箱，所述的換熱內(nèi)件包 括換熱繞管，所述的殼體包括上封頭、筒體、下封頭，所述的上封頭和下封頭上分別設(shè)有進(jìn) 氣口和出氣口，所述的進(jìn)口管箱和/或出口管箱的數(shù)量各為2或2的倍數(shù)，分別設(shè)于下封 頭和上封頭上，或者筒體下部和上部并按圓周對(duì)稱(chēng)布置，所述的進(jìn)口管箱和出口管箱分別 連接換熱繞管的兩端，所述的換熱繞管由定位條分隔定位纏繞成層層管組，所述的換熱繞 管間裝填催化劑形成催化劑層。
[0009] 作為一種優(yōu)選，所述的上封頭上方設(shè)有兼做出口管箱的汽包，所述的汽包與上封 頭之間的管板上連接偶數(shù)個(gè)扇形布管區(qū)的繞管組。
[0010] 作為一種優(yōu)選，所述的大型反應(yīng)器是徑軸向反應(yīng)器，所述的筒體內(nèi)壁的中下部設(shè) 有多孔集氣筒，筒體中心設(shè)有中心分氣筒，所述的中心分氣筒的中下部開(kāi)孔，所述的中心分 氣筒和多孔集氣筒上靠催化劑一側(cè)鋪有不銹鋼絲網(wǎng)，所述的中心分氣筒和多孔集氣筒之間 為換熱繞管外的催化劑層，所述的出氣口位于上封頭上，所述的進(jìn)氣口位于中心分氣筒頂 端，所述的中心分氣筒為底端密封的中空芯軸。該結(jié)構(gòu)形式的反應(yīng)器為先徑向后軸向的軸 徑向繞管反應(yīng)器，氣體從中心分氣筒頂端的進(jìn)氣口進(jìn)入，經(jīng)中心分氣筒中下部的分氣孔均 勻分布進(jìn)入催化劑層，大部分氣體徑向穿過(guò)催化劑層進(jìn)入多孔集氣筒，在多孔集氣筒內(nèi)軸 向向上流動(dòng)，出多孔集氣筒后的反應(yīng)氣繼續(xù)軸向向上流動(dòng)，從出氣口出反應(yīng)器。
[0011] 作為一種優(yōu)選，所述的大型反應(yīng)器是軸徑向反應(yīng)器，所述的筒體內(nèi)壁三分之二高 度的中下部設(shè)有多孔分氣筒，筒體中心設(shè)有中心集氣筒，所述的中心集氣筒的中下部開(kāi)孔， 所述的中心集氣筒和多孔分氣筒上靠催化劑層一側(cè)鋪有不銹鋼絲網(wǎng)，所述的中心集氣筒用 定位圈固定于筒體中心，所述的中心集氣筒和多孔分氣筒之間為換熱繞管外的催化劑層， 所述的進(jìn)氣口位于上封頭頂部，所述的出氣口位于中心集氣筒底端，所述的中心集氣筒為 頂端密封的中空芯軸。該結(jié)構(gòu)形式的反應(yīng)器為先軸向后徑向的軸徑向繞管反應(yīng)器，氣體從 上封頭頂部的進(jìn)氣口進(jìn)入，軸向向下流動(dòng)進(jìn)入多孔分氣筒，從多孔分氣筒上的分氣孔均勻 分布進(jìn)入催化劑層，徑向流動(dòng)穿過(guò)催化劑層，從中心集氣筒上的集氣孔進(jìn)入，再沿中心集氣 筒向下從底部的出氣口出反應(yīng)器。
[0012] 作為一種優(yōu)選，所述的換熱繞管為小管徑螺旋換熱管，管內(nèi)徑10~25mm。
[0013] 作為一種優(yōu)選，位于催化劑床層自上而下10~50%高度部分的換熱繞管軸向上 下相鄰二管的管壁間距為正常均勻間距的10~90%。
[0014] 由于氣體在催化劑床層中的反應(yīng)速度和放出的反應(yīng)熱是變化的，在反應(yīng)的前部高 而后面低，在采用管殼式反應(yīng)器時(shí)，因換熱面積都是一樣的，因此在前部形成一個(gè)床層反應(yīng) 溫度的峰值，為此本實(shí)用新型可采用在催化反應(yīng)的前部用減小上下圈換熱管管壁距的方 式，例如在氣體進(jìn)床層10 %到50 %部分管壁距減小10-90%，增加換熱面積，加大移熱速 度，就可解決催化劑層熱點(diǎn)溫度過(guò)高、超溫失活的問(wèn)題，延長(zhǎng)催化劑使用壽命。
[0015] 作為一種優(yōu)選，位于催化劑床層自下而上20%高度部分的換熱繞管軸向上下相鄰 二管的管壁間距為正常均勻間距的10~90%。在催化反應(yīng)床層底部，因反應(yīng)氣中產(chǎn)物含量 高，對(duì)放熱反應(yīng)距離產(chǎn)物平衡溫度近，為了進(jìn)一步提高產(chǎn)物含量，也可采用縮小上下層管壁 距，例如在床層深度80 %以上部分管壁距減小10-90 %，增加移熱量、降低反應(yīng)溫度，有利 于進(jìn)一步提商廣物含量。
[0016] 作為一種優(yōu)選，所述的大型反應(yīng)裝置包括單臺(tái)水冷繞管大型反應(yīng)器，或水冷繞管 大型反應(yīng)器串氣冷大型反應(yīng)器。
[0017] 如上所述的大型反應(yīng)器，可用于費(fèi)托反應(yīng)合成油、甲烷化、環(huán)氧乙烷、乙二醇生產(chǎn) 等放熱反應(yīng)或吸熱反應(yīng)。
[0018] 一種采用如權(quán)利要求1所述的大型反應(yīng)器的大型甲醇合成工藝，其特征在于包括 以下步驟：
[0019] 1)新鮮原料氣和合成馳放氣回收氫氣混合成混合氣，
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種大型反應(yīng)器，包括殼體、換熱內(nèi)件、進(jìn)口管箱和出口管箱，所述的換熱內(nèi)件包括 換熱繞管，所述的殼體包括上封頭、筒體、下封頭，所述的上封頭和下封頭上分別設(shè)有進(jìn)氣 口和出氣口，其特征在于：所述的進(jìn)口管箱和/或出口管箱的數(shù)量各為2或2的倍數(shù)，分別 設(shè)于下封頭和上封頭上，或者筒體下部和上部并按圓周對(duì)稱(chēng)布置，所述的進(jìn)口管箱和出口 管箱分別連接換熱繞管的兩端，所述的換熱繞管由內(nèi)到外由定位條分隔定位纏繞成層層管 組，所述的換熱繞管間裝填催化劑形成催化劑層。
2. 如權(quán)利要求1所述的大型反應(yīng)器，其特征在于；所述的上封頭上部設(shè)有兼做出口管 箱的汽包，所述的汽包與上封頭之間的管板上連接偶數(shù)個(gè)扇形布管區(qū)的繞管組。
3. 如權(quán)利要求1所述的大型反應(yīng)器，其特征在于：所述的大型反應(yīng)器是徑軸向反應(yīng)器， 所述的筒體內(nèi)壁的中下部設(shè)有多孔集氣筒，筒體中也設(shè)有中也分氣筒，所述的中也分氣筒 中下部開(kāi)孔，所述的中也分氣筒和多孔集氣筒上靠催化劑層一側(cè)鋪有不鎊鋼絲網(wǎng)，所述的 中也分氣筒和多孔集氣筒之間為換熱繞管外的催化劑層，所述的出氣口位于上封頭上，所 述的進(jìn)氣口位于中也分氣筒頂端，所述的中也分氣筒為底端密封的中空芯軸。
4. 如權(quán)利要求1所述的大型反應(yīng)器，其特征在于：所述的大型反應(yīng)器是軸徑向反應(yīng)器， 所述的筒體內(nèi)壁中下部設(shè)有多孔分氣筒，筒體中也設(shè)有中也集氣筒，所述的中也集氣筒的 中下部開(kāi)孔，所述的中也集氣筒和多孔分氣筒上靠催化劑層一側(cè)鋪有不鎊鋼絲網(wǎng)，所述的 中也集氣筒用定位圈固定于筒體中也，所述的中也集氣筒和多孔分氣筒之間為換熱繞管外 的催化劑層，所述的進(jìn)氣口位于上封頭頂部，所述的出氣口位于中也集氣筒底端，所述的中 也集氣筒為頂端密封的中空芯軸。
5. 如權(quán)利要求1所述的大型反應(yīng)器，其特征在于；所述的換熱繞管為小管徑螺旋換熱 管，管內(nèi)徑10~25mm。
6. 如權(quán)利要求1所述的大型反應(yīng)器，其特征在于：位于催化劑床層自上而下10~50% 高度部分的換熱繞管軸向上下相鄰二管的管壁間距為正常均勻間距的10~90%。
7. 如權(quán)利要求1所述的大型反應(yīng)器，其特征在于：位于催化劑床層自下而上20%高度 部分的換熱繞管軸向上下相鄰二管的管壁間距為正常均勻間距的10~90%。
8. -種大型反應(yīng)裝置，其特征在于：所述的大型反應(yīng)裝置使用如權(quán)利要求1所述的大 型反應(yīng)器，所述的大型反應(yīng)裝置包括單臺(tái)水冷繞管大型反應(yīng)器，或水冷繞管大型反應(yīng)器串 氣冷大型反應(yīng)器。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種均溫、高效、低壓降的大型反應(yīng)器及其裝置，包括殼體、換熱內(nèi)件、進(jìn)口管箱和出口管箱，所述的換熱內(nèi)件采用換熱繞管，所述的進(jìn)口管箱和/或出口管箱的數(shù)量各為2或2的倍數(shù)，分別設(shè)于下封頭和上封頭上，或者筒體下部和上部，所述的大型反應(yīng)器為軸徑向反應(yīng)器或徑軸向反應(yīng)器。本實(shí)用新型公開(kāi)的大型反應(yīng)器具有易大型化、節(jié)能降耗、投資低、結(jié)構(gòu)安全可靠、優(yōu)化設(shè)計(jì)易大型化等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類(lèi)】B01J8-02
【公開(kāi)號(hào)】CN204365252
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420555429
【發(fā)明人】樓韌, 樓壽林
【申請(qǐng)人】樓韌
【公開(kāi)日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2014年9月24日