專利名稱：等溫高效自卸式甲醇合成塔內(nèi)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于冷管型氣固相催化反應(yīng)器，主要用于甲醇合成反應(yīng)和氨合成反應(yīng)，尤其適用于聯(lián)醇或單醇生產(chǎn)的場合。
本實用新型作出之前，一般合成氨廠使用的傳統(tǒng)冷管型合成塔內(nèi)件主要有雙套管、并流三套管、單管逆流、單管并流及U型管式等，且以單管雙環(huán)管并流式內(nèi)件為多。合成塔內(nèi)件由觸媒筐和換熱器二大部件構(gòu)成。觸媒筐內(nèi)設(shè)置冷管，冷管外填裝催化劑。各種冷管型合成塔的差異主要在于冷管型式的不同。底部換熱器利用出觸媒筐床層的高溫氣體預(yù)熱入塔氣體，床層內(nèi)氣體反應(yīng)放出的熱量依靠冷管的連續(xù)換熱移出。不同型式及數(shù)量的冷管都是圍繞著床層溫度最佳分布而進行設(shè)置的。
不少傳統(tǒng)甲醇合成塔內(nèi)件是沿用氨合成塔內(nèi)件。由于甲醇與氨合成反應(yīng)的特點及使用的催化劑性能有著較大的差異甲醇合成反應(yīng)熱大，床層頂、底部的反應(yīng)速度甲醇不如氨合成相差懸殊，甲醇催化劑對熱尤其敏感，過熱極易失活而且加劇副反應(yīng)。因此氨合成塔設(shè)計要求床層溫度盡可能接近最適宜溫度曲線分布，以獲得最大的氨凈值，而甲醇合成塔則要求床層軸向溫差盡可能小，即等溫性要求更高。對于單管逆流式冷管下部冷管移熱能力過強，而單管并流式冷管則相反，上部冷管移熱能力過強，都與甲醇合成反應(yīng)不相適應(yīng)，因而床層軸向溫差都較大(一般為40℃～60℃，最高可達100℃)，不利于反應(yīng)，催化劑的壽命也短。雙環(huán)管結(jié)構(gòu)冷管的焊縫容易拉裂。雙套管和U型管式實際使用情況也不理想?，F(xiàn)有不少合成塔內(nèi)件采用雙通道螺旋板換熱器，由于通道小、流速高、阻力大易出現(xiàn)堵塞、壓癟問題。
德國Lurgi公司的等溫型甲醇合成塔采用管殼式結(jié)構(gòu)，管內(nèi)填裝催化劑，進行氣固相反應(yīng)，管間用水移熱。該塔床層溫差小，但觸媒裝卸麻煩，裝填量又少，造價也高。
此外，甲醇催化劑除易過熱衰老外，還極易被微量硫化物中毒，受氣質(zhì)條件限制一般廠家催化劑的壽命僅3至4個月，更換比較頻繁。而傳統(tǒng)的甲醇合成塔由于觸媒筐和換熱器采取焊接固定，催化劑只能待內(nèi)件吊出后用氣割打開筐蓋后從頂部倒出，費工費時且勞動強度大。
本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的弊端，提供一種床層溫度分布更為理想、反應(yīng)效率高、催化劑壽命長、結(jié)構(gòu)更加可靠、裝卸更為方便的等溫型自卸高效的甲醇合成塔內(nèi)件。


圖1為等溫高效自卸式甲醇合成塔內(nèi)件結(jié)構(gòu)示意圖其中1—內(nèi)環(huán)管、2—催化劑床層、3—中心管、4—觸媒筐筒體、5—并流冷管、6—觸媒筐保溫套、7—逆流冷管、8—外環(huán)管、9—測溫套管、10—冷副管、11—集氣盒、12—引氣管、13—密封墊圈、14—觸媒筐蓋板、15—錐形花板、16—螺旋板換熱器、17—卸料管。
本實用新型由觸媒筐和換熱器二大部件組成。觸媒筐包含1—內(nèi)環(huán)管、2—催化劑床層、3—中心管、4—觸媒筐筒體、5—并流冷管、6—觸媒筐保溫套、7—逆流冷管、8—外環(huán)管、9—測溫套管、10—冷副管、11—集氣盒、12—引氣管、13—密封墊圈、14—觸媒筐蓋板、15—錐形花板、17—卸料管等。由引氣管—12、逆流冷管—7、并流冷管—5及內(nèi)環(huán)管—1、外環(huán)管—8組焊而成冷管膽，且逆流冷管和并流冷管間隔排列。引氣管—12、中心管—3上端采用填料函結(jié)構(gòu)在觸媒筐蓋板—14上進行密封，又可允許伸縮。4—觸媒筐筒體與14—觸媒筐蓋板、11—集氣盒之間通過凹凸法蘭連接，螺栓緊固，采用膨脹石墨墊圈密封。換熱器采用高效的螺旋板式。為降低螺旋板的阻力，本實用新型采用6～12通道(冷、熱通道各半)，3～8m/s低流速操作，高湍流傳熱。觸媒筐設(shè)置在螺旋板換熱器的上方。部件之間采取焊接。內(nèi)件材料為1Cr18Ni9Ti或0Cr18Ni10Ti不銹鋼。
主線氣體經(jīng)甲醇合成塔外筒與甲醇合成塔內(nèi)件的環(huán)隙進入螺旋板換熱器-16的冷通道預(yù)熱，然后從中心管—3上升至集氣盒—11，再折流進入引氣管—12，經(jīng)上環(huán)管—1、8將氣體分布至各并流冷管—5，管內(nèi)氣體被管外反應(yīng)氣進一步預(yù)熱，同時移走床層的反應(yīng)熱。氣體在管內(nèi)自上而下流動匯集于下環(huán)管—1、8后又折流至各逆流冷管—7，氣體在管內(nèi)自下而上流動再次被管外反應(yīng)氣預(yù)熱，同時又移走床層的反應(yīng)熱。出逆流冷管—7的氣體從頂部進入催化劑床層，氣體中的碳氧化物和氫不斷合成為甲醇。反應(yīng)氣自上而下流動，從錐形花板—15離開觸媒筐進入螺旋板換熱器—16的熱通道，將熱量傳給冷通道內(nèi)的主線氣體，冷卻后的反應(yīng)氣從甲醇合成塔外筒的底部出合成塔。副線氣體從觸媒筐頂部的冷副管—10進入集氣盒—11，與從中心管—3上升而耒的在螺旋板換熱器冷通道內(nèi)初步預(yù)熱過的主線氣體合并進入引氣管—12，用于調(diào)節(jié)床層的溫度。
床層氣體反應(yīng)放出的熱量是被并流冷管和逆流冷管內(nèi)耒自螺旋板換熱器—16冷通道內(nèi)經(jīng)初步預(yù)熱的冷氣體先并流后逆流換熱后適當(dāng)?shù)匾谱?。獨特的冷管結(jié)構(gòu)和合理的設(shè)計參數(shù)從而保證催化劑床層的等溫性。為增強泠管焊縫結(jié)構(gòu)的可靠性，本實用新型采用雙雙環(huán)結(jié)構(gòu)(即二個外環(huán)管、二個內(nèi)環(huán)管)。打開觸媒筐蓋板，催化劑即可從觸媒筐頂部裝入筐內(nèi)，更換催化劑時，只需把卸料管底部的密封件打開催化劑即可自行卸出。
本實用新型觸媒筐冷管比傳熱面積為18～25米2/米3催化劑，其中逆流冷管占30～45％，而且無上絕熱層，下絕熱層占總床層高度＜5％。螺旋板換熱器比傳熱面積為8～20米2/米3催化劑。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比有以下顯著優(yōu)點1、冷管結(jié)構(gòu)及參數(shù)合理，床層等溫性好，有利于甲醇合成反應(yīng)，轉(zhuǎn)化率高，副反應(yīng)少，又有利于延長內(nèi)件及催化劑壽命。
2、采用高效螺旋板換熱器，催化劑裝填量大，傳熱效率高，生產(chǎn)能力大。
3、采取6～12多通道螺旋板換熱器，流速低，阻力小，循環(huán)氣量大，生產(chǎn)強度高。
4、采取上、下雙雙環(huán)管結(jié)構(gòu)，氣體的分配、匯集及受力均勻，增加了使用的安全性和可靠性。
5、采取觸媒筐蓋板膨脹石墨墊圈密封及卸料管底部的自卸結(jié)構(gòu)，利于催化劑的裝卸。
權(quán)利要求1.一種等溫型自卸式甲醇合成塔內(nèi)件，其特征在于由觸媒筐和換熱器二大部件組成；觸媒筐包含1—內(nèi)環(huán)管、2—催化劑床層、3—中心管、4—觸媒筐筒體、5—并流冷管、6—觸媒筐保溫套、7—逆流冷管、8—外環(huán)管、9—測溫套管、10—冷副管、11—集氣盒、12—引氣管、13—密封墊圈、14—觸媒筐蓋板、15—錐形花板、17—卸料管等；由引氣管—12、逆流冷管—7、并流冷管—5及內(nèi)環(huán)管—1、外環(huán)管—8組焊而成冷管膽，且逆流冷管和并流冷管間隔排列；引氣管—12、中心管—3上端采用填料函結(jié)構(gòu)在觸媒筐蓋板—14上進行密封；觸媒筐設(shè)置在螺旋板換熱器—16的上方；催化劑填裝在觸媒筐內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的甲醇合成塔內(nèi)件，其特征在于螺旋板換熱器為6～12通道螺旋板(冷、熱通道各半)，采用低流速3～8m/s，比傳熱面積為8～20米2/米3催化劑。
3.如權(quán)利要求1所述的甲醇合成塔內(nèi)件，其特征在于冷管換熱氣體流向采用折流(先并流后逆流)；冷管總比傳熱面積為18～25米2/米3催化劑，其中逆流冷管占30～45％。
4.如權(quán)利要求1所述的甲醇合成塔內(nèi)件，其特征在于觸媒筐內(nèi)無上絕熱層，下絕熱層占總床層高度＜5％。
5.如權(quán)利要求1所述的甲醇合成塔內(nèi)件，其特征在于觸媒筐內(nèi)的環(huán)管采用上下雙雙環(huán)管結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求1所述的甲醇合成塔內(nèi)件，其特征在于觸媒筐筒體—4與觸媒筐蓋板—14、集氣盒—11之間通過凹凸法蘭連接，螺栓緊固，采用膨脹石墨墊圈密封結(jié)構(gòu)以及底部有可卸密封件結(jié)構(gòu)的卸料管—17。
7.如權(quán)利要求1所述的甲醇合成塔內(nèi)件，其特征在于甲醇合成塔內(nèi)件材料為1Cr18Ni9Ti或0Cr18Ni10Ti不銹鋼。
專利摘要一種等溫高效自卸式甲醇合成塔內(nèi)件,觸媒筐采用氣體先并流后逆流分配、匯集、受力均勻的上、下雙雙環(huán)管結(jié)構(gòu)冷管膽,基本無絕熱層;換熱器采用流速低、阻力小、循環(huán)氣量大、生產(chǎn)強度高的多通道螺旋板式結(jié)構(gòu);觸媒筐蓋板與卸料管底部采用可卸結(jié)構(gòu)便于催化劑裝入和自卸。該內(nèi)件具有催化劑床層溫度等溫性好,傳熱效率高,合成率高,阻力小,生產(chǎn)能力大,催化劑裝填量大、使用壽命長、裝卸方便,操作方便,結(jié)構(gòu)簡單安全可靠等優(yōu)點。
文檔編號B01J8/04GK2477267SQ0026287
公開日2002年2月20日 申請日期2000年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月25日
發(fā)明者陳運根, 周乃石, 劉華彥, 談志人, 周俊 申請人:陳運根, 周乃石