本发明专利技术公开了一种均温、高效、低压降的大型反应器，包括壳体、换热内件、进口管箱和出口管箱，所述的换热内件采用换热绕管，所述的进口管箱和/或出口管箱的数量各为2或2的倍数，分别设于下封头和上封头上，或者筒体下部和上部，所述的大型反应器为轴径向反应器或径轴向反应器。本发明专利技术公开的大型反应器具有易大型化、节能降耗、投资低、结构安全可靠、优化设计易大型化等优点。本发明专利技术还公开了采用上述大型反应器的甲醇合成工艺。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及石油和煤化工领域，特别是流体固定床催化反应和传热过程，尤其适用大型石化煤化工中甲醇、甲醚、烃类等强放热和吸热化学反应过程。
技术介绍
目前我国煤化工广受国内外关注，一是发展迅速、投资大；二是规模大型化，国家发改委对新上煤化工设定规模要求，例如甲醇合成为年产100万吨，乙二醇为年产20万吨，一些知名国外公司如Lurgi、DAVY等均已成功开发日产5000吨大甲醇，并在我国神华宁煤、包头等煤化工装置投运；三是煤化工项目中大型反应器都采用国外技术；四是大型煤化工项目中采用多台反应器组合，单台能力尚不大。目前国际跨国公司以其巨大的实力和知名度成功开发了多种型式的反应器，在应用最多的固定床反应器中就有绝热式、冷激式、水冷或气冷换热、管式或板式换热、轴向和径向、立式或卧式反应器。其中DAVY径向塔阻力低，而移热能力不足，投运后热点高达300℃多高温，影响催化剂寿命，Lurgi大甲醇水冷和气冷塔串联均为轴向塔，合成塔压降和合成回路阻力大，总阻力高达0.7MPa多，增加了电耗。美国Exxon-mobil化学专利公司的大型甲醇合成反应系统专利WO2007021393、CN101243027由一台管壳反应器和一台气冷管，和一台水冷管外催化剂反应器串联组成，直径5.8米，总床高22米，CO单程转化率35.3％，同样存在反应器大、合成阻力大的问题。总之，至今为止国内外均还没有工艺性能好、温度均匀、转化率高、容积利用率大、能效高、单台达到年产100万吨的大型甲醇塔。
技术实现思路
本专利技术针对现有大型工艺反应技术和反应器的不足提出均温、高效、低压降的大型反应工艺技术和反应器的解决方案。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种大型反应器，包括壳体、换热内件、进口管箱和出口管箱，所述的换热内件包括换热绕管，所述的壳体包括上封头、筒体、下封头，所述的上封头和下封头上分别设有进气口和出气口，所述的进口管箱和/或出口管箱的数量各为2或2的倍数，分别设于下封头和上封头上，或者筒体下部和上部，所述的进口管箱和出口管箱分别连接换热绕管的两端，所述的换热绕管由定位条分隔定位缠绕成层层管组，所述的换热绕管间装填催化剂形成催化剂层。作为一种优选，所述的上封头上方设有兼做出口管箱的汽包，所述的汽包与上封头之间的管板上连接偶数个扇形布管区的绕管组。作为一种优选，所述的大型反应器是径轴向反应器，所述的筒体内壁的中下部设有多孔集气筒，筒体中心设有中心分气筒，所述的中心分气筒的中下部开孔，所述的中心分气筒和多孔集气筒上靠催化剂一侧铺有不锈钢丝网，所述的中心分气筒和多孔集气筒之间为换热绕管外的催化剂层，所述的出气口位于上封头上，所述的进气口位于中心分气筒顶端，所述的中心分气筒为底端密封的中空芯轴。该结构形式的反应器为先径向后轴向的轴径向绕管反应器，气体从中心分气筒顶端的进气口进入，经中心分气筒中下部的分气孔均匀分布进入催化剂层，大部分气体径向穿过催化剂层进入多孔集气筒，在多孔集气筒内轴向向上流动，出多孔集气筒后的反应气继续轴向向上流动，从出气口出反应器。作为一种优选，所述的大型反应器是轴径向反应器，所述的筒体内壁三分之二高度的中下部设有多孔分气筒，筒体中心设有中心集气筒，所述的中心集气筒的中下部开孔，所述的中心集气筒和多孔分气筒上靠催化剂层一侧铺有不锈钢丝网，所述的中心集气筒用定位圈固定于筒体中心，所述的中心集气筒和多孔分气筒之间为换热绕管外的催化剂层，所述的进气口位于上封头顶部，所述的出气口位于中心集气筒底端，所述的中心集气筒为顶端密封的中空芯轴。该结构形式的反应器为先轴向后径向的轴径向绕管反应器，气体从上封头顶部的进气口进入，轴向向下流动进入多孔分气筒，从多孔分气筒上的分气孔均匀分布进入催化剂层，径向流动穿过催化剂层，从中心集气筒上的集气孔进入，再沿中心集气筒向下从底部的出气口出反应器。作为一种优选，所述的换热绕管为小管径螺旋换热管，管内径10～25mm。作为一种优选，位于催化剂床层自上而下10～50％高度部分的换热绕管轴向上下相邻二管的管壁间距为正常均匀间距的10～90％。由于气体在催化剂床层中的反应速度和放出的反应热是变化的，在反应的前部高而后面低，在采用管壳式反应器时，因换热面积都是一样的，因此在前部形成一个床层反应温度的峰值，为此本专利技术可采用在催化反应的前部用减小上下圈换热管管壁距的方式，例如在气体进床层10％到50％部分管壁距减小10-90％，增加换热面积，加大移热速度，就可解决催化剂层热点温度过高、超温失活的问题，延长催化剂使用寿命。作为一种优选，位于催化剂床层自下而上20％高度部分的换热绕管轴向上下相邻二管的管壁间距为正常均匀间距的10～90％。在催化反应床层底部，因反应气中产物含量高，对放热反应距离产物平衡温度近，为了进一步提高产物含量，也可采用缩小上下层管壁距，例如在床层深度80％以上部分管壁距减小10-90％，增加移热量、降低反应温度，有利于进一步提高产物含量。作为一种优选，所述的大型反应装置包括单台水冷绕管大型反应器，或水冷绕管大型反应器串气冷大型反应器。如上所述的大型反应器，可用于费托反应合成油、甲烷化、环氧乙烷、乙二醇生产等放热反应或吸热反应。一种采用如权利要求1所述的大型反应器的大型甲醇合成工艺，其特征在于包括以下步骤：1)新鲜原料气和合成驰放气回收氢气混合成混合气，上下，经深度净化后与循环气混合，达到出口反应气中甲醇摩尔分率＞10％，进大型反应器合成甲醇；2)混合气经换热器换热升温到高于210℃，合成甲醇的反应热加热换热绕管内的水副产中压蒸汽，达到吨醇高于1吨蒸汽；3)出大型反应器后，高甲醇含量的热气经换热器换热冷却，加热锅炉水降温或用空气冷却器降温后再经水冷冷却到40℃上下，去醇分离器分离甲醇；4)分离产物后的反应气经循环机返回再去反应的循环气和新鲜原料气之比即循环比小于3，另一部分驰放气用膜分离、变压吸附等方法回收利用有效氢气，再返回合成甲醇，或者进入下一个小反应回路进一步反应。本专利技术与现有技术相比具有明显的优势，具体比较见下表：日产5000吨大甲醇主要技术设备经济比较由上可见主要优势是：1.易大型化：由于均温，显著提高催化剂活性，加之催化剂装填系数比管壳式增加一倍，易实现大型化，例如一台甲醇塔可替代目前国外Lurgi和DAVY等大甲醇技术的多台合成塔。2.节能降耗，合成转化率高，原料气耗低，副产蒸汽高，热回收好，循环比小，电耗低，运用成本低。3.投资低：设备管道小、占地少，投资低，合成塔催化剂装填系数高和单位催化剂活性高、效率高、产量高，高效利用反应热，反应器副产蒸汽量多、热回收率高、循环比低，产物净值高；阻力小，电耗能耗低。4.结构安全可靠：内件无焊接点，螺旋换热管弹性结构无温差应力，从根本上保证合成塔结构安全可靠，无泄漏；管板管子焊接点在壳体管箱，检修不影响催化剂活性；成功解决大塔制造安装、维修、运输难题，安全可靠。5.优化设计易大型化：掌本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种大型反应器，包括壳体、换热内件、进口管箱和出口管箱，所述的换热内件包括换热绕管，所述的壳体包括上封头、筒体、下封头，所述的上封头和下封头上分别设有进气口和出气口，其特征在于：所述的进口管箱和/或出口管箱的数量各为2或2的倍数，分别设于下封头和上封头上，或者筒体下部和上部并按圆周对称布置，所述的进口管箱和出口管箱分别连接换热绕管的两端，所述的换热绕管由内到外由定位条分隔定位缠绕成层层管组，所述的换热绕管间装填催化剂形成催化剂层。
【技术特征摘要】
1.一种大型反应器，包括壳体、换热内件、进口管箱和出口管箱，所述的换热内件包括换
热绕管，所述的壳体包括上封头、筒体、下封头，所述的上封头和下封头上分别设有进气口
和出气口，其特征在于：所述的进口管箱和/或出口管箱的数量各为2或2的倍数，分别设于
下封头和上封头上，或者筒体下部和上部并按圆周对称布置，所述的进口管箱和出口管箱分
别连接换热绕管的两端，所述的换热绕管由内到外由定位条分隔定位缠绕成层层管组，所述
的换热绕管间装填催化剂形成催化剂层。
2.如权利要求1所述的大型反应器，其特征在于：所述的上封头上部设有兼做出口管箱的
汽包，所述的汽包与上封头之间的管板上连接偶数个扇形布管区的绕管组。
3.如权利要求1所述的大型反应器，其特征在于：所述的大型反应器是径轴向反应器，所
述的筒体内壁的中下部设有多孔集气筒，筒体中心设有中心分气筒，所述的中心分气筒中下
部开孔，所述的中心分气筒和多孔集气筒上靠催化剂层一侧铺有不锈钢丝网，所述的中心分
气筒和多孔集气筒之间为换热绕管外的催化剂层，所述的出气口位于上封头上，所述的进气
口位于中心分气筒顶端，所述的中心分气筒为底端密封的中空芯轴。
4.如权利要求1所述的大型反应器，其特征在于：所述的大型反应器是轴径向反应器，所
述的筒体内壁中下部设有多孔分气筒，筒体中心设有中心集气筒，所述的中心集气筒的中下
部开孔，所述的中心集气筒和多孔分气筒上靠催化剂层一侧铺有不锈钢丝网，所述的中心集
气筒用定位圈固定于筒体中心，所述的中心集气筒和多孔分气筒之间为换热绕管外的催化剂
层，所述的进气口位于上封头顶部，所述的出气口位于中心集气筒底端，所述的中心集气筒
【专利技术属性】
技术研发人员：楼韧，楼寿林，
申请(专利权)人：楼韧，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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