專利名稱：一種低溫差放熱氣－固相催化反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種氣固相催化反應(yīng)裝置，用于流體催化反應(yīng)和傳熱過程，屬化學(xué)工程領(lǐng)域，特別適用于甲醇合成反應(yīng)過程，也可用于氨、甲烷、甲醚合成過程。
對(duì)于由加壓下甲醇合成、氨合成這類氣固相放熱催化反應(yīng)，隨著反應(yīng)過程的進(jìn)行，不斷放出的反應(yīng)熱使催化劑層溫度提高。為了提高反應(yīng)器的效率，需要把反應(yīng)熱移出以降低反應(yīng)氣溫度。在工業(yè)反應(yīng)器中曾廣為使用的一種是多段原料氣冷激來降低反應(yīng)氣溫度，這種反應(yīng)器因原料氣冷激時(shí)在降低反應(yīng)氣溫度的同時(shí)也降低了反應(yīng)物濃度，影響了合成率。另一種如西德Lurgi公司的用于甲醇合成的列管式反應(yīng)器，見附

圖1，在受壓外殼P中有上下管板H1、H2間的多根圓管b，管中裝有催化劑K，原料氣從上部進(jìn)氣口1進(jìn)入分布到各管中，在管內(nèi)裝觸媒層中合成甲醇，管間側(cè)面進(jìn)水。反應(yīng)熱被管外沸騰水連續(xù)移熱，產(chǎn)生蒸汽由側(cè)面管出，反應(yīng)氣由底部出氣管出塔，該塔溫差小，但觸媒裝填系數(shù)小，投資大。
本發(fā)明的任務(wù)是依據(jù)氣一固相催化放熱可逆反應(yīng)的特點(diǎn)，克服現(xiàn)有技術(shù)的特點(diǎn)，提供一個(gè)觸媒層溫差小、觸媒活性高、結(jié)構(gòu)簡單可靠、操作性能好的反應(yīng)器。
下面結(jié)合附圖，作進(jìn)一步說明。
一種低溫差放熱氣一固相催化反應(yīng)器，主要由外殼P、隔板H、冷管膽Cb、支架S、多孔板R組成，外殼P是一受壓容器，頂部封頭有進(jìn)氣口1，底部封頭有出氣口2，隔板H把受壓容器分隔為上部分氣室和下部反應(yīng)室，反應(yīng)室底部支架S支撐冷管膽Cb，底部多孔板R支承反應(yīng)室中冷管膽外的觸媒層K，主要是冷管膽Cb包含有進(jìn)氣管a、環(huán)管c、冷管b，環(huán)管c連結(jié)進(jìn)氣管a和冷管b，冷管b是U形管，環(huán)管c連結(jié)進(jìn)氣管a和U形冷管b的一端，冷管這一端成為下行冷管，U形冷管的另一端上端開口成為上行冷管，進(jìn)氣管a穿過隔板并用填料函活動(dòng)密封，冷管膽Cb中的U形冷管與環(huán)管c成為同軸心的不同圈徑多排冷管，每排中全部U形冷管右端上口與環(huán)管c相連成為下行冷管，或者全部U形冷管左端上口與環(huán)管c相連成為下行冷管。合成原料氣由外殼P頂部進(jìn)氣口進(jìn)入上部分氣室，經(jīng)進(jìn)氣管a到環(huán)管c分布到各下行冷管b，原料氣在下行冷管b中先由上到下流動(dòng)與冷管b管外的反應(yīng)氣并流換熱，然后經(jīng)U形彎頭在上行冷管中由下到上與管外反應(yīng)氣逆流換熱到頂部出上行冷管，到管外進(jìn)入觸媒層由上到下一邊反應(yīng)一邊與U形冷管中的原料氣向并流換熱，反應(yīng)氣到底部經(jīng)多孔板由底部出氣管出反應(yīng)器。
圖2是低壓甲醇合成塔示意圖，圖3是冷管和環(huán)管c連結(jié)圖，圖2中外殼P為受內(nèi)壓殼體，內(nèi)壓為4～9MPa，外殼P為一個(gè)帶有上下封頭的圓筒形容器，上封頭有原料氣進(jìn)口1，下封頭有反應(yīng)氣出口2，容器上部有圓形隔板H，隔板支承在筒壁上并用焊接或活動(dòng)密封，把容器分為上下二部分，隔板H上裝有多個(gè)填料函，用作隔板和冷管膽Cb進(jìn)氣管a間密封。原料氣主要為H2、CO、CO2、N2混合氣由進(jìn)氣口1進(jìn)塔，經(jīng)上部分氣室分流到各冷管膽的進(jìn)氣管a，再經(jīng)各環(huán)管c分流到每一冷管膽的各個(gè)U型冷管b1、b2……中，原料氣在U形管下行管段由上到下流動(dòng)到底部U形彎頭后改變方向，在上行管段為由下到上流動(dòng)出冷管，氣體在冷管內(nèi)被管外反應(yīng)氣加熱到250℃左右，熱氣進(jìn)入管外觸媒層中由上到下流動(dòng)一邊反應(yīng)一邊與管內(nèi)原料氣換熱直到底部，再經(jīng)多孔板R由出氣口2出塔。因氣體在觸媒層反應(yīng)被U形冷管移熱，因此觸媒層溫差很小。圖3為冷管和環(huán)管c連結(jié)圖，表示冷管膽c中每排U形冷管按二根U形管一組，二根U形管分大小二個(gè)不同彎頭，小彎頭U形管套在大彎頭U形管里面，由大彎頭U形管左側(cè)為下行冷管與環(huán)管c相連，小彎頭U形管右側(cè)管為下行冷管與環(huán)管c相連，冷管管徑可為16～38mm。
本發(fā)明中外殼P的上封頭和簡體也可分開為二件用法蘭連結(jié)，以便拆下隔板裝觸媒和檢修設(shè)備。本發(fā)明因觸媒裝在冷管間，故增加了觸媒裝填系數(shù)，達(dá)到75％，而西德Lurgi管殼式的甲醇反應(yīng)器催化劑裝在管內(nèi)，裝填系數(shù)只達(dá)30％，且因氣體流通截面減少增加了反應(yīng)器壓差。Lurgi塔上下管板與數(shù)千條管子固定焊結(jié)易泄漏。本發(fā)明因上行冷管和下行冷管用一支長管彎成U形彎頭不用下環(huán)管連結(jié)，避免用下環(huán)管時(shí)環(huán)管與冷管接頭漏氣，增加了結(jié)構(gòu)可靠性。
實(shí)施例圖2的低壓甲醇合成塔直徑2米，高8.5米，裝NC306或C302銅基甲醇，觸媒裝填量20M3，冷管面積300M2，合成壓力5.0MPa，進(jìn)塔氣成份H276.4％,CO10.53％,CO23.16％,H2O0.02％,N24.99％,CH44.35％，進(jìn)塔氣量150000NM3/h，觸媒層熱點(diǎn)溫差250，溫差＜10℃，甲醇產(chǎn)量330噸/日。而用圖1的西德Lurgi管殼式塔在同樣產(chǎn)量下合成塔需直徑3米，高10米，投資增加一倍以上。
權(quán)利要求
1．一種低溫差放熱氣一固相催化反應(yīng)器，主要由外殼P、隔板H、冷管膽Cb、支架S、多孔板R組成，外殼P是一受壓容器，頂部封頭有進(jìn)氣口1，底部封頭有出氣口2，隔板H把受壓容器分隔為上部分氣室和下部反應(yīng)室，反應(yīng)室中裝有觸媒層K，反應(yīng)室底部支架S支撐冷管膽Cb，底部多孔板R支承反應(yīng)室中冷管膽外的觸媒層K，其特征是冷管膽Cb包含有進(jìn)氣管a、環(huán)管c、冷管b，冷管b是U形管，環(huán)管c連結(jié)進(jìn)氣管a和U形冷管b的一端，冷管這一端成為下行冷管，U形冷管的另一端上端開口成為上行冷管，進(jìn)氣管a穿過隔板H并用填料函活動(dòng)密封，合成原料氣由外殼P頂部進(jìn)氣口進(jìn)入上部分氣室，經(jīng)進(jìn)氣管a到環(huán)管c分布到各冷管b，原料氣在下行冷管中先由上到下流動(dòng)與冷管b管外的反應(yīng)氣并流換熱，然后經(jīng)U形彎頭在上行冷管中由下到上與管外反應(yīng)氣逆流換熱到頂部出上行冷管，到管外進(jìn)入觸媒層由上到下一邊反應(yīng)一邊與U形冷管中的原料氣向并流換熱，反應(yīng)氣到底部經(jīng)多孔板由底部出氣管2出反應(yīng)器。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征是冷管膽Cb中的U形冷管b成同軸心的不同圈徑多排冷管，每排中全部U形冷管右端上口與環(huán)管c相連成為下行冷管，或者全部U形冷管左端上口與環(huán)管c相連成為下行冷管。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征是冷管膽Cb中的U形冷管b成同軸心的不同圈徑多排冷管，每排U形冷管按二根U形管一組，二根U形管分大小二個(gè)不同彎頭，小彎頭U形管套在大彎頭U形管里面，由大彎頭U形管左側(cè)上端與環(huán)管c相連，小彎頭U形管右側(cè)上端與環(huán)管c相連，或大彎頭U形管右側(cè)為下行冷管與環(huán)管c相連，小彎頭U形管左側(cè)管為下行冷管與環(huán)管c相連，構(gòu)成相鄰二根管子中氣體上下流動(dòng)方向均不相同。
全文摘要
一種低溫差放熱氣－固相催化反應(yīng)器,用冷管向并流換熱,具有觸媒層溫差小、觸媒活性高、結(jié)構(gòu)簡單可靠、操作性能好、投資省的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B01J8/02GK1320478SQ0010526
公開日2001年11月7日 申請(qǐng)日期2000年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月24日
發(fā)明者樓壽林, 樓韌 申請(qǐng)人:杭州林達(dá)化工技術(shù)工程有限公司