一种气固相催化反应换热装置及反应换热工艺制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种气固相催化反应换热装置及反应换热工艺。它包括装填有催化剂的反应器，反应器外连接一换热器。原料气进入反应器后在催化剂的作用下发生反应，反应后物料出反应器，换热介质与反应物换热，换热后的蒸汽或冷凝液出反应器；出反应器的蒸汽或冷凝液进入换热器，与换热器另一侧通入的冷却水或水蒸汽进行换热，换热后的冷凝液或蒸汽出换热器后入反应器；冷却水或蒸汽被加热成水蒸汽或冷凝为冷凝水后出换热器。由于在反应装置外装设了废热回收器或再沸器，因而在催化反应中可及时移走反应热或为吸热催化反应加热的同时，可使反应器双侧运行压差大大降低，降低反应器的设计、制造难度，反应设备运行更加可靠安全，同时大大降低了设备制作成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及反应换热装置及反应换热工艺，尤其涉及冷却或加热气固相催 化反应换热装置反应换热工艺。
技术介绍
现有气固相催化反应的冷却或加热工艺过程如下反应器采用管壳式，未 反应的原料气进入反应器装有催化剂的反应侧，在催化剂的作用下发生放热或 吸热反应，换热介质水或蒸汽进入反应器的换热侧，通过水的沸腾产生蒸汽很 快移走反应热，或采用蒸汽为反应提供热量使反应持续进行。由于沸腾的水或 加热的蒸汽在与反应温度相适应时，反应器两侧的压力往往相差较大，因而使 得反应器的运行压差较大，制造费用较高，并且反应器运行的安全性、稳定性 较差。图1为现有低压法副产蒸汽的甲醇反应器结构及换热工艺示意图，甲醇 反应器采用管壳式合成塔，未反应的原料气1进入甲醇反应器C装有催化剂的 管内，在催化剂的作用下发生放热反应，操作压力5.0 6.0MPa，反应温度220 280°C，反应后的含甲醇的物料2出反应器C，冷却水10进入甲醇反应器C的 管间，反应热通过管外沸腾的水产生蒸汽很快移走，副产温度为200 26(TC， 压力1.5 4.8MPa的水蒸汽进入汽包D进行汽水分离后，蒸汽6出汽包，补充 水5补入汽包，20万吨/年的甲醇合成反应器，设备直径需4.8米，管板9a、 9 b厚度320毫米，其设计制造显然有很大的难度。
技术实现思路
本专利技术提供一种气固相催化放热或吸热反应换热工艺，以降低气固相催化 反应器制造难度和制造费用，并使反应器的运行更加可靠、安全、稳定。本专利技术目的是这样实现的这种气固相催化换热反应装置包括装填有催化3剂的反应器，其特征在于所述反应器外连接一换热器，所述换热器换热介质依 次经反应器入口、催化床换热后出反应器出口，出反应器出口的换热介质入换 热器入口，出换热器的换热介质重新进入反应器入口循环使用。 所述换热器为废热回收器或再沸器。上述换热介质可以是一种单质，也可以是混合物，在不同催化剂活性操作 温度下，可调整换热介质的成分，以满足反应器两侧的压力差较接近的要求， 从而减小反应器两侧的运行压差。所述气固相催化反应换热装置的反应换热工艺包括以下步骤a. 原料气进入反应器后在催化剂的作用下发生反应，反应后的物料经底部 出反应器；b. 换热介质进入反应器与反应物进行换热，换热后换热介质的蒸汽或冷凝液出反应器；c. 出反应器换热介质的蒸汽或冷凝液进入换热器内，与换热器另一侧通入的冷却水或水蒸汽进行换热，换热后换热介质的冷凝液或蒸汽出换热器后进入反应器，如此循环；d. 冷却水被加热成水蒸汽或水蒸汽冷凝为冷凝水后出换热器。本专利技术取得的技术进步由于在气固相催化反应装置中设置换热器即废热 回收器或再沸器及采用换热介质，在催化反应移走反应热或为吸热催化反应加 热的同时，可使反应器双侧运行压差大大降低，因此降低了反应器的设计、制 造难度，使反应设备运行更加可靠、安全、稳定。例如前述现有副产蒸汽的低 压甲醇反应器换热工艺，换热介质采用甲醇水溶液，可使得反应器两侧的压力相等，考虑操作的波动因素，可取设计压差l.OMPa，反应器直径4.8米时，管 板的厚度可降低到150毫米，不但提高了反应器的运行安全性，同时大大降低 了设备制作成本。 附图说明图1为现有副产蒸汽的低压法甲醇反应器结构及换热工艺示意图。图2为本专利技术副产蒸汽的气固相催化反应放热装置及反应换热工艺示意图。 图3为本专利技术采用蒸汽加热的气固相催化反应吸热装置结构及反应换热工艺示意图。具体实施例方式实施例1:如图2所示，反应器A外连接一废热回收器B，废热回收器B 内换热介质依次经反应器A下部入口 3、催化床换热后出反应器A顶部出口， 出反应器A顶部出U的换热介质4入废热冋收器B入口 ，出废热lH]收器B的换 热介质重新进入反应器A下部入口 3循环使用，冷却水5被加热成水蒸汽6后 出废热回收器B。以合成甲醇为例，未反应的原料气1进入甲醇合成反应器A 内装有催化剂反应侧，原料气1含有C011.2。/。、 C024.7%、 H248.5%，其压力 为5.5MPa，温度22(TC，在催化剂的作用下发生反应，部分气体合成甲醇，反 应温度为245"C，反应后的含有5.6%甲醇的气体2出反应器A。换热介质即重 暈含量约90%的甲醇水溶液经入口 3进入甲醇合成反应器A的换热侧，与反应 侧的反应物换热蒸发，其蒸发温度22(TC、压力为5.5MPa，换热后的换热介质4 经顶部出口出甲醇合成反应器A。出甲醇合成反应器A的换热介质4进入废热 回收器B的管内，与管外的冷却水换热，换热冷凝的换热介质出废热回收器B 后经入口 3进入反应器A，如此循环。温度为8(TC的冷却水5进入废热回收器 B管间，被换热介质4加热产生压力1.9MPa的蒸汽6出废热回收器B。实施例2:如图3所示，本实施例与实施例1不同之处是，反应器A外连 接一再沸器B1，再沸器B1内换热介质依次经反应器A顶部入口、催化床间接 换热后出反应器A下部出口，出反应器A下部出U的换热介质41入再沸器B1 入口，出再沸器B1的换热介质31重新进入反应器A顶部入口循环使用，水蒸 汽51冷凝为冷凝水61启出再沸器B1。以甲醇转化制氢气为例，其压力为 1.5MPa，温度22(TC的甲醇和水的原料汽1进入甲醇转化反应器A的管外，管5外装有用于甲醇转化制氢的催化剂，在催化剂的作用下，甲醇和H20发生反应 生成Hy反应温度为23(TC，反应后含有H2的气体2出甲醇转化反应器A底部 出口。转化反应器A的管内装有作为换热介质的异戊醇31，其温度为240'C， 压力为1.57MPa，该换热介质的蒸气进入转化反应器A的管内，为管外的甲醇 转化反应提供热量后冷凝，冷凝后的换热介质41出转化反应器A进入再沸器 Bl的管内，与管外压力4.45MPa的水蒸汽换热蒸发为异戊醇气体出再沸器Bl， 然后由上部进入转化反应器A的管内循环使用。权利要求1.一种气固相催化反应换热装置，它包括装填有催化剂的反应器，其特征在于所述反应器外连接一换热器，所述换热器换热介质依次经反应器入口、催化床换热后出反应器出口，出反应器出口的换热介质入换热器入口，出换热器的换热介质重新进入反应器入口循环使用。2. 根据权利要求1所述的气固相催化反应换热装置，其特征在于所述换热 器为废热回收器或再沸器。3. —种如权利要求1所述的气固相催化反应换热装置的反应换热工艺，其特征在于它包括以下步骤a. 原料气进入反应器后在催化剂的作用下发生反应，反应后的物料经底部 出反应器；b. 换热介质进入反应器与反应物进行换热，换热后的换热介质的蒸汽或冷 凝液出反应器；c. 出反应器换热介质的蒸汽或冷凝液进入换热器内，与换热器另一侧通入 的冷却水或水蒸汽进行换热，换热后换热介质的冷凝液或蒸汽出换热器后进入 反应器，如此循环；d. 冷却水被加热成水蒸汽或水蒸汽冷凝为冷凝水后出换热器。4. 根据权利要求1、2或3所述的气固相催化反应换热装置的反应换热工艺， 其特征在于所述换热器为废热回收器或再沸器。全文摘要本专利技术涉及一种气固相催化反应换热装置及反应换热工艺。它包括装填有催化剂的反应器，反应器外连接一换热器。原料气进入反应器后在催化剂的作用下发生反应，反应后物料出反应器，换热介质与反应物换热，换热后的蒸汽或冷凝液出反应器；出反应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气固相催化反应换热装置，它包括装填有催化剂的反应器，其特征在于所述反应器外连接一换热器，所述换热器换热介质依次经反应器入口、催化床换热后出反应器出口，出反应器出口的换热介质入换热器入口，出换热器的换热介质重新进入反应器入口循环使用。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘金成，钱进华，
申请(专利权)人：石家庄正元塔器设备有限公司，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]