一种组合反应设备制造技术

一种组合反应设备，主要由带封头的圆筒形壳体１，壳体１上的反应气进口２和反应气出口３，催化剂层４、多孔气体分布器７和多孔集气板８，催化剂层４中冷却介质移热的换热管５组成的反应设备９，装有蒸汽压力调节阀４１、４２的汽包６１、６２，使反应中换热按反应热移出的大小需要设计，用于合成甲醇、二甲醚、甲烷化、Ｆ－Ｔ反应、Ｈ２Ｓ氧化等强放热反应过程，具有缩小温差，提高反应效率，提高产量，节能降耗，实现大型化目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种催化反应设备，用于流体催化反应和传热过程，属化学工程领域，特 别适用于合成甲醇、二甲醚、甲烷化、F-T反应、H2S氧化等强放热反应过程。
技术介绍
对于如甲醇合成、合成气制二甲醚、甲烷化、F-T反应、H^氧化等一些强放热反应， 为了提高反应效率，需要在反应同时移出反应热，例如Lurgi管壳式甲醇塔用壳程水移走 反应管中的反应热，若以Q^表示反应热，QE表示向冷却剂传出热，当QK = QE时即可等温反 应，传出热大小可表示为QE = KF A T，式中K是传热系数，F是传热面积，A T是反应气和冷 却剂之间的传热温差。现有的催化反应器设计理论(见朱炳辰编，催化反应工程，中国石化 出版社，2000年2月，8218 8219)提出"载热体与催化床的温差宜小，但又必须移走反应 过程中释放的大量热量，这就要求有大的传热面积和大的传热系数"，"管外冷却剂如为加压水气化或熔盐，则可不计入冷却剂的温度变化"，即在管壳式反应器设计中，在催化剂全 床层换热中冷却剂温度不变。但用增加传热面积F受到结构的限制，管壳式比冷面即一立 方米催化剂换热面积已高达120多平方米，难以再提高。因此采用提高进塔气量和气体线 速度，以便及时把反应热带出塔外防止"超温"和"飞温"，为此需采用高达5 10倍多于原 料气的循环气(即循环比)来降低进合成塔气体中有效气，否则快速反应速度产生的强反 应热会使催化剂过热失活，但高的循环比需要增加相应的甲醇合成圈的设备和管道投资， 并增加动力和能耗。计算表明用煤为原料使用Shell粉煤气化或Texaco水煤浆气化制得 的合成气，采用低循环比时出合成塔的甲醇含量可达50%多，而现有典型的甲醇合成出塔 甲醇含量只有5%左右，仅为上述的十分之一，文献表明"如采用Lurgi法循环比为5，出塔 甲醇含量5 6%;采用ICI法循环比为10，出塔甲醇含量3 4%"(宋维端等编著，甲醇 工学，化学工业出版社，1991. 1,8178)，高循环比增加了工业装置大型化的难度和投资。 本专利技术的任务是克服上述现有技术的缺点，提供实现低循环比，在高浓度原料气、 高反应速度下高效节能反应设备。以下说明中从反应器的进口到出口气体反应过程前后中 统称为反应气。
技术实现思路
由于催化反应在催化剂上并不按前后相等速度进行，一般反应器前部离平衡远， 反应速度快，放出反应热也多，后部随反应接近平衡，反应速度减慢，放出反应热也少，而如 前所述现有的管壳式水冷反应器，冷却剂的温度前后一样，这样如果降低冷却剂温度，加大 传热温差△ T，达到上部或前部高反应速度和强反应热QK的移热要求，则反应器下部或后部 反应热QK减小，QE > QK造成反应温度下降，使反应速度进一步减慢直到催化剂活性以下就 停止反应，因此难以做到前后部反应都在最佳反应温度下进行的两全其美的办法。本专利技术 针对这一根本矛盾，突破现有用同一温度的冷却剂，而采用反应器不同区段采用不同温度 冷却剂来解决，使反应中换热按反应热移出的大小需要设计，具体可按反应气在催化剂层中流动方向顺序划分为前后多个块区，由冷却剂通过换热管来间接换热，对于像甲醇合成 反应，反应温度在18(TC 30(TC范围内，可采用加压热水作载热体，在反应器内液体汽化 吸热远高于冷却介质温升吸收的显热，对于更高反应温度则需用挥发性低的矿物油、导热 油或熔盐作冷却剂，把热量通过冷却循环回路带到汽包中产生蒸气回收热量。用水作冷却 剂时载热体移去甲醇合成反应热同时直接副产蒸汽时，甲醇催化剂可以装在换热管内即如 同Lurgi管壳式反应器，这时换热管为反应管，反应管外壳程为锅炉水，催化剂也可装在换 热管外，这时换热管为水管即水管式反应器，水管可以是列管式、螺旋式，也可以横向水管 即卧式水冷甲醇塔。 一是前后不同催化剂块区采用分组换热管，每组换热管可根据需要与 不同汽化压力、汽化温度的一个汽包连通，例如反应前期位于反应前部换热管中低压低温 下汽化，增加传热温差AT强化传热，解决反应前部反应速度快、反应热特大的问题；位于 反应后部催化反应速度和反应热减少，换热水管汽化压力和温度相应提高，减小传热温差 AT，避免因后部反应热减小，移热过多，反应温度过低。二是汽包压力可以调节高低，随着 催化剂使用时间的增加，催化反应向后部推进，后部反应热增加时，也可将后部催化剂中换 热水管汽化压力降低或与低压汽包连结，使后期水管在低温低压下气化加大传热温差和传 热速度。 本专利技术提供一种组合反应设备，主要由带封头的圆筒形壳体l，壳体1上的反应气 进口 2和反应气出口 3，催化剂层4、多孔气体分布器7和多孔集气板8，催化剂层4中冷却 介质移热的换热管5组成的反应设备9，装有蒸汽压力调节阀41、42的汽包61、62，其特征 是催化剂层4依反应气流动方向顺序划分为前后多个催化反应块区401、402……，其中至 少有二个块区中由换热管组501、502构成换热反应块区，各换热管组由反应设备冷却介质 的进出口管301、302……与各自可独立调节汽化压力的汽包61或62连结，构成不同汽化压 力和温度冷却介质循环回路，反应气依次在催化反应块区以不同的换热速度反应。上述换 热管组和调压汽包汽化压力可根据需要在0. 1 15MPa之间选取，二个不同催化反应区块 401 、402中，换热管组501 、502与其相连的调压汽包61 、62压差可在0. 2 8MPa。 在本专利技术的一个较好实例中，所述设备的汽包61经水管71和水泵81，以及带阀 门的水管102、104、106分别与反应设备9内换热管组501、502、503的进口管302、304、306 连结，换热管组501 、502、503的出口管301 、303、305经带阀门的汽水管101 、103、 105与进 汽包61的汽水管91连通，连结汽包61管线上每对带阀门的管线101和102、 103和104、 105和106上的开关可控制进组合反应设备各组水管流量大小或停流，汽包62经水管72 和水泵82，以及带阀门的水管202、204、206分别与反应设备9内换热管组501、502、503的 进口管302、304、306连结，换热管组501、502、503的出口管301、303、305经带阀门的汽水 管201、203、205与汽包62的汽水管92连通，连结汽包62管线上每对带阀门的管线201和 202、203和204、205和206上的开关可控制进组合反应设备各组水管流量大小或停流，每组 换热管最多只与一只汽包连结的一对进出口管的阀门开通。附图说明 图1是配有二个汽包的换热管为U形管的卧式水冷反应装置示意图。 图2是配有二个汽包的卧式水冷反应装置示意图。 图3是配有调节阀和二个汽包的卧式水冷反应装置示意图。 图4是配有调节阀和二个汽包的立式水冷反应装置示意图。 图5是并联多组换热水管的径向塔反应器示意图。 图6是并联多组换热水管的轴向反应器示意图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术的技术方案进行详细地说明。 图1是有二个汽包的U形管卧式水冷组合反应设备示意图。图中由带封头的圆筒 形壳体1，壳体1上的反应气进口 2和反应气出口 3，催化剂层4、多孔气体分布器7和多孔 集气板8，催化剂层4中冷却介本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组合反应设备，主要由带封头的圆筒形壳体（１），壳体（１）上的反应气进口（２）和反应气出口（３），催化剂层（４），多孔气体分布器（７）和多孔集气板（８），催化剂层（４）中冷却介质移热的换热管（５）组成的反应设备（９），装有蒸汽压力调节阀（４１）、（４２）的汽包（６１）、（６２），其特征是催化剂层（４）依反应气流动方向顺序划分为前后多个催化反应块区（４０１）、（４０２）……，其中至少有二个块区中由换热管组（５０１）、（５０２）构成换热反应块区，各换热管组由反应设备冷却介质的进出口管（３０１）、（３０２）……与各自可独立调节汽化压力的汽包（６１）或（６２）连结，构成不同汽化压力和温度冷却介质循环回路，反应气依次在催化反应块区以不同的换热速度反应。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：楼韧，楼寿林，
申请(专利权)人：杭州林达化工技术工程有限公司，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]