氣冷管、氣冷系統(tǒng)及徑向氣冷反應(yīng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及化工技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種應(yīng)用于氨合成、甲醇合成生產(chǎn)中的氣冷管、氣冷系統(tǒng)及徑向氣冷反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]甲醇合成反應(yīng)為強(qiáng)放熱可逆反應(yīng)，主要反應(yīng)式
[0003]C0+2H2 = CH 30Η+ Δ Hr1
[0004]C02+3H2 = CH 30Η+Η20+ Δ HR2
[0005]ΔΗΚ1= -76519.5-49.2909T----------P132
[0006]Δ HR2= -37858.2-22.666T-------P132
[0007]反應(yīng)是在裝有催化劑的反應(yīng)器中進(jìn)行的，現(xiàn)代甲醇催化劑為低壓低溫銅鋅鋁系，其壓力為4.0MPa?8.5MPa，210°C?280°C。由上可知，未反應(yīng)氣必需先預(yù)熱至210°C，反應(yīng)過(guò)程中放熱量大，溫度上升大，例如每反應(yīng)1 % C0溫升32 °C，溫升不能過(guò)高，應(yīng)控制在280 °C以內(nèi)。
[0008]甲醇合成工藝技術(shù)的核心是甲醇合成反應(yīng)器的設(shè)計(jì)。C0與H2生成甲醇的反應(yīng)是強(qiáng)放熱反應(yīng)，與H2、隊(duì)氣體合成氨比較，生成lmol甲醇比生成lmol氨放出的熱量幾乎要多一倍，而合成甲醇的銅系催化劑的使用溫度范圍只有50°C左右，合成氨的鐵系催化劑使用溫度范圍有120°C?150°C，因此如何將甲醇反應(yīng)熱快速移走，使其溫度控制在允許的范圍內(nèi)是甲醇合成反應(yīng)器設(shè)計(jì)的重要問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]基于此，有必要提供一種可將溫度控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)的氣冷管、氣冷系統(tǒng)及徑向氣冷反應(yīng)器。
[0010]—種用于徑向氣冷反應(yīng)器的氣冷管，所述氣冷管為回形結(jié)構(gòu)，且所述氣冷管包括進(jìn)口和出口，所述進(jìn)口和出口均位于所述氣冷管的中部，且相互間隔設(shè)置。
[0011]利用上述氣冷管，氣體可從氣冷管的中部的進(jìn)口向兩端流動(dòng)，再向中部流動(dòng)到出口，使熱交換更為均勻，可以把溫度控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。
[0012]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述氣冷管包括上管和下管，所述上管和所述下管分別包括進(jìn)口和出口，所述上管的進(jìn)口和所述下管的進(jìn)口連通，所述上管的出口和所述下管的出口連通。
[0013]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述上管和所述下管均為U形管，所述上管和所述下管對(duì)接形成所述回形結(jié)構(gòu)。
[0014]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述上管和所述下管為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，所述上管和所述下管的所述進(jìn)口和所述出口均位于所述氣冷管的中點(diǎn)處。
[0015]一種用于徑向氣冷反應(yīng)器的氣冷系統(tǒng)，包括上述氣冷管。
[0016]利用上述氣冷管的氣冷系統(tǒng)，氣體可從氣冷管的中部的進(jìn)口向兩端流動(dòng)，再向中部流動(dòng)到出口，使熱交換更為均勻，可以把溫度控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，同時(shí)降低氣體流動(dòng)阻力，為合成系統(tǒng)節(jié)約循環(huán)功耗，同時(shí)降低氣體流動(dòng)阻力，為合成系統(tǒng)節(jié)約循環(huán)功耗。
[0017]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述氣冷系統(tǒng)還包括進(jìn)氣管和集氣管，所述進(jìn)氣管與所述氣冷管的所述進(jìn)口連通，所述集氣管與所述氣冷管的所述出口連通。
[0018]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述氣冷系統(tǒng)包括依次連通的所述進(jìn)氣管、分氣管、第一連通管、氣冷管、第二連通管和所述集氣管。
[0019]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述分氣管為多個(gè)，多個(gè)所述分氣管分別與所述進(jìn)氣管連通。
[0020]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述氣冷系統(tǒng)還包括連通于所述分氣管和所述第一連通管之間的分氣環(huán)。
[0021]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述分氣環(huán)分別連通多個(gè)分氣管和多個(gè)第一連通管。
[0022]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述氣冷系統(tǒng)還包括連通于所述第一連通管和所述氣冷管的所述進(jìn)口之間的第一環(huán)管，多個(gè)所述氣冷管連接所述第一環(huán)管。
[0023]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述氣冷系統(tǒng)還包括連通于所述第二連通管和所述氣冷管的所述出口之間的第二環(huán)管，多個(gè)所述氣冷管連接所述第二環(huán)管。
[0024]—種徑向氣冷反應(yīng)器，包括氣冷系統(tǒng)，所述氣冷系統(tǒng)包括上述氣冷管。
[0025]利用上述氣冷管的徑向氣冷反應(yīng)器，氣體可從氣冷管的中部的進(jìn)口向兩端流動(dòng)，再向中部流動(dòng)到出口，使熱交換更為均勻，可以把溫度控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。
[0026]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述氣冷系統(tǒng)包括所述氣冷管、進(jìn)氣管和集氣管，所述進(jìn)氣管與所述氣冷管的所述進(jìn)口連通，所述集氣管與所述氣冷管的所述出口連通。
【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1為一實(shí)施方式的氣冷反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2為圖1所示氣冷反應(yīng)器的氣冷系統(tǒng)的氣冷管的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖3為圖1所不氣冷反應(yīng)器的外筒和徑向反應(yīng)筐的局部結(jié)構(gòu)不意圖；
[0030]圖4為圖1所示氣冷反應(yīng)器的第一集氣管和徑向反應(yīng)筐的局部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖5為另一實(shí)施例的第一集氣管的第一通氣孔的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關(guān)附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳的實(shí)施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)，并不限于本文所描述的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)施例的目的是使對(duì)本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容的理解更加透徹全面。
[0033]需要說(shuō)明的是，當(dāng)元件被稱為“固定于”另一個(gè)元件，它可以直接在另一個(gè)元件上或者也可以存在居中的元件。當(dāng)一個(gè)元件被認(rèn)為是“連接”另一個(gè)元件，它可以是直接連接到另一個(gè)元件或者可能同時(shí)存在居中元件。本文所使用的術(shù)語(yǔ)“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及類似的表述只是為了說(shuō)明的目的。
[0034]請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明一實(shí)施例的氣冷反應(yīng)器包括外筒10、氣冷系統(tǒng)50、徑向反應(yīng)筐70和第一集氣管80。
[0035]在本具體實(shí)施例中，外筒10為中空筒狀，其包括頂部101和底部103。更具體地，外筒10中部為圓筒狀，頂部101和底部103均為半球狀或橢圓狀。外筒10的頂部101設(shè)有裝料孔，外筒10的底部103設(shè)有卸料孔。外筒10上還開(kāi)設(shè)有氣口 104，以將已預(yù)熱的待反應(yīng)氣輸入外筒10。
[0036]氣冷系統(tǒng)50包括進(jìn)氣管51、分氣管52、分氣環(huán)53、第一連通管54、第一環(huán)管55、第二環(huán)管56、氣冷管57、第二連通管58和第二集氣管59。
[0037]進(jìn)氣管51設(shè)于外筒10的底部103，并穿過(guò)外筒10和徑向反應(yīng)筐70內(nèi)，通過(guò)進(jìn)氣管51與其他設(shè)備連通以輸入未反應(yīng)冷氣。
[0038]分氣管52位于徑向反應(yīng)筐70內(nèi)，且連通于進(jìn)氣管51和分氣環(huán)53之間，以將從進(jìn)氣管51輸入的未反應(yīng)冷氣輸入分氣環(huán)53。具體地，分氣管52可為多個(gè)，多個(gè)分氣管52分別與進(jìn)氣管51連通以將未反應(yīng)冷氣均勻分散。
[0039]分氣環(huán)53位于徑向反應(yīng)筐70內(nèi)，且連通于分氣管52和第一連通管54之間，且分氣環(huán)53為環(huán)狀，這樣，即使分氣管52的數(shù)量為一個(gè)，由于分氣環(huán)53為環(huán)狀，分氣環(huán)53可與多個(gè)第一連通管54連通，將未反應(yīng)冷氣輸送至多個(gè)第一連通管54?？梢岳斫?，分氣環(huán)53也可省略，使分氣管52和第一連通管54直接連通。
[0040]第一連通管54位于徑向反應(yīng)筐70內(nèi)，且連通于分氣環(huán)53或分氣管52與氣冷管57之間，以將未反應(yīng)冷氣輸送至氣冷管57，未反應(yīng)冷氣在氣冷管57內(nèi)被氣冷管57外部的氣體加熱。
[0041 ] 在其中一實(shí)施例中，第一連通管54還可通過(guò)第一環(huán)管55與氣冷管57連通，這樣，未反應(yīng)冷氣進(jìn)入第一環(huán)管55后再進(jìn)入氣冷管57。具體地，氣冷管57包括進(jìn)口和出口，多個(gè)氣冷管57的進(jìn)口連通第一環(huán)管55，這樣可以減少第一連通管54的數(shù)量，通過(guò)第一環(huán)管55將未反應(yīng)冷氣輸送至多個(gè)氣冷管，使熱傳遞更均勻。具體地，也可以多個(gè)第一連通管54連通一個(gè)第一環(huán)管55。在本具體實(shí)施例中，第一環(huán)管55為圓環(huán)形。
[0042]第二連通管58位于徑向反應(yīng)筐70內(nèi)，且連通于氣冷管57的出口與第二集氣管59之間，將經(jīng)過(guò)加熱的氣體從第二集氣管59導(dǎo)出徑向反應(yīng)筐70和外筒10。
[0043]在其中一實(shí)施例中，第二連通管58還可通過(guò)第二環(huán)管56與氣冷管57連通，這樣，經(jīng)過(guò)加熱的氣體進(jìn)入第二環(huán)管56后再進(jìn)入第二連通管58。具體地，多個(gè)氣冷管57的出口可連通第二環(huán)管56，這樣可以減少第二連通管58的數(shù)量。在本具體實(shí)施例中，第二環(huán)管56為圓環(huán)形。
[0044]氣冷管57設(shè)置于徑向反應(yīng)筐70內(nèi)，從其進(jìn)口通入未反應(yīng)冷氣，在氣冷管57外熱氣的加熱下，氣體被加熱后從其出口輸出氣冷管57，最后輸出徑向反應(yīng)筐70。請(qǐng)參閱圖2，具體地，氣冷管57為回形結(jié)構(gòu)，且其進(jìn)口和出口分別位于氣冷管57的中部，也就是說(shuō)，氣冷管57的進(jìn)口和出口不位于氣冷管57的兩端。由于氣冷管57的進(jìn)口和出口分別位于氣冷管57的中部，因此氣體可從氣冷管57的中部的進(jìn)口向兩端流動(dòng)，再向中部流動(dòng)到出口，使熱交換更為均勻，可以把溫度控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，同時(shí)降低氣體流動(dòng)阻力，為合成系統(tǒng)節(jié)約循環(huán)功耗。這里所說(shuō)的回形結(jié)構(gòu)不限于“回”字形結(jié)構(gòu)，只要是首尾相接即可。
[0045]更具體地，氣冷管57可包括上管571和下管573，上管571的進(jìn)口、下管573的進(jìn)口和第一連通管54的一端相互連通，上管571的出口、下管573的出口和第二連通管58的一端相互連通，這樣氣體可從第一連通管54同時(shí)進(jìn)入上管571和下管573，并從上管571和下管573同時(shí)出來(lái)進(jìn)入第二連通管58，可使氣體的熱交換更加均勻，徑向反應(yīng)筐70內(nèi)的溫度也更均勻?？梢岳斫?，上管571和下管573也可為一整體，在氣冷管57上開(kāi)設(shè)進(jìn)口和出口即可。
[0046]具體地，上管571和下管573均可為U形管，上管571和下管573對(duì)接可形成回形結(jié)構(gòu)。可以理解，上管571和下管573也為其他形狀的管，只要?dú)饫涔?7能形成回形結(jié)構(gòu)即可。
[0047]具體地，上管571和下管573可為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，上管571和下管573的進(jìn)口和出口均位于氣冷管57的中點(diǎn)處，這樣每根氣冷管57的上管571與下管573的對(duì)應(yīng)位置的溫度相同，使氣體的熱交換更加均勻，徑向反應(yīng)筐70內(nèi)的溫度也更均勻。
[0048]第二集氣管59連通多個(gè)第二連通管58，且第二集氣管59穿過(guò)徑向反應(yīng)筐70和外筒10，且一端伸出外筒10，以將經(jīng)過(guò)加熱的氣體導(dǎo)出。
[0049]徑向反應(yīng)筐70設(shè)于外筒10內(nèi)，其用于容納催化劑，且徑向反應(yīng)筐70與外筒10之間留有間隙105。徑向反應(yīng)筐70側(cè)壁開(kāi)設(shè)有通氣孔，以使從外筒10的氣口 104進(jìn)入到間隙105的待反應(yīng)氣從該通氣孔由徑向進(jìn)入徑向反應(yīng)筐70，在催化劑的作用下進(jìn)行反應(yīng)。
[0050]具體地，徑向反應(yīng)筐70中部設(shè)置有容納腔71，以容納前述的第一環(huán)管55和第二環(huán)管56，多個(gè)第一環(huán)管55和第二環(huán)管56同心設(shè)置于容納腔71內(nèi)。
[0051]請(qǐng)參閱圖3，在其中一實(shí)施例中，徑向