專利名稱：前置式軸徑向合成塔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種冷管-冷激型氣固相催化反應(yīng)器，主要用于甲醇合成的放熱反應(yīng)，尤其適用于中壓聯(lián)醇生產(chǎn)的場(chǎng)合，也可用于二甲醚、氨的合成反應(yīng)。
背景技術(shù)：
一般的冷管型合成塔內(nèi)件除觸媒筐外下部均設(shè)置換熱器，這是為了保證入床層的氣體達(dá)到催化劑的活性溫度，其中一部分熱量取自換熱器回收出床層高溫氣體，但這勢(shì)必降低了出塔氣的溫度，減少了出塔氣可回收的熱量，還降低了回收熱量的品位。另外，傳統(tǒng)的合成塔內(nèi)件由于下部設(shè)置換熱器也使催化劑自卸更為困難。
之外，國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的合成塔大多數(shù)采取軸向塔，因此塔的阻力較大，有的甚至達(dá)到1.8MPa，這勢(shì)必增加了循環(huán)機(jī)的動(dòng)力消耗。

發(fā)明內(nèi)容為了克服已有技術(shù)中合成塔的阻力較大、循環(huán)機(jī)動(dòng)力消耗大且反應(yīng)熱不回收的不足，本發(fā)明提供一種減少合成塔阻力、能顯著降低循環(huán)機(jī)的動(dòng)力消耗、且高回收反應(yīng)熱的前置式軸徑向合成塔。
本發(fā)明的技術(shù)方案是采取一軸兩徑等溫型冷管-冷激型前置式副產(chǎn)蒸汽的節(jié)能型合成塔，具體方案是一種前置式軸徑向合成塔，包括外筒、內(nèi)筒，所述的內(nèi)筒包括集氣盒、蓋板、內(nèi)筒體、中心管、冷管膽、井字架、支承圈、徑向觸媒筐，內(nèi)筒體內(nèi)自上而下依次安裝集氣盒、蓋板、冷管膽、井字架、支承圈，所述的集氣盒與冷管膽之間設(shè)有蓋板，冷管膽的引氣管連通集氣盒與冷膽管，冷管膽通過(guò)井字架、支承圈固定安裝在內(nèi)筒壁上，冷管段的出口氣通向徑向觸媒筐，觸媒筐內(nèi)裝填催化劑，所述的外筒設(shè)有循環(huán)氣一次入口、一次出口，一次出口連通塔外換熱器，換熱器的冷氣出口連通外筒的二次入口，二次入口連通中心管，徑向觸媒筐的出氣口連通二次出口，所述的徑向觸媒筐包括徑向I段床層、徑向II段床層，徑向I段床層通過(guò)分布器與徑向II段床層連接；所述的徑向I段床層包括徑向外筒I、徑向內(nèi)筒I，所述的徑向外筒I安裝于冷管膽下方的內(nèi)筒壁上，所述的徑向內(nèi)筒I安裝于中心管外壁上；所述的徑向II段床層包括徑向外筒II、徑向內(nèi)筒II，所述的徑向外筒II安裝于內(nèi)筒壁上，所述的徑向內(nèi)筒II安裝于中心管外壁上；所述的徑向內(nèi)筒I與徑向內(nèi)筒II之間通過(guò)所述的分布器上、下連接，冷激環(huán)管安裝在分布器內(nèi)，所述的冷激環(huán)管連接冷激管引至塔頂；所述的徑向外筒I、徑向內(nèi)筒I、分布器、徑向內(nèi)筒II、徑向外筒II上均開(kāi)有小孔，依次形成氣流通道。
進(jìn)一步，所述的冷管膽為單管折流式等溫型冷管膽，包括引氣管、上環(huán)管、下行冷管、上行冷管、下環(huán)管，所述的上環(huán)管與引氣管連通，所述的下環(huán)管位于井字架上，所述的引氣管、上環(huán)管、下行冷管、下環(huán)管、上行冷管依次形成氣流通道，該冷管段床層為軸向段。
再進(jìn)一步，所述的內(nèi)筒還包括錐形花板、下封頭支座、觸媒卸出管、悶頭，所述的錐形花板、下封頭支座上方均與內(nèi)筒體焊接，下封頭支座將整個(gè)內(nèi)筒支承在外筒底部，所述的徑向II段的出氣口、錐形花板、二次出口形成氣流通道；觸媒出口管上端與錐形花板連接，下端帶有悶頭。
更進(jìn)一步，所述的分布器為菱形分布器。
所述的軸向冷管膽段占總床高的1/4～1/2。
所述的引氣管、中心管和蓋板之間采用填料函密封。
所述的集氣盒、蓋板和內(nèi)筒體之間通過(guò)榫槽面法蘭連接、用不銹鋼纏繞墊片螺栓緊固密封。
由于整個(gè)床層催化劑成連續(xù)相，觸媒出口管上端與錐形花板連接，下端帶有悶頭，卸觸媒時(shí)只要打開(kāi)悶頭，床層的催化劑即可連續(xù)自動(dòng)卸出。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1、大幅度降低了合成塔阻力；與軸向塔相比，塔阻可降低50％以上，顯著減少循環(huán)機(jī)動(dòng)力消耗；2、操作靈活，裝卸觸媒方便，觸媒筐蓋板采取填料密封，便于打開(kāi)筐蓋，裝入催化劑；下部只需打開(kāi)悶頭，催化劑即可通過(guò)觸媒卸出管自動(dòng)卸出；3、提高了合成塔的生產(chǎn)能力，由于采用單管折流式觸媒筐，床層溫度分布更為理想。之外在合成塔內(nèi)容積一定的條件下，塔內(nèi)不設(shè)換熱器，觸媒筐容積擴(kuò)大，增加了催化劑裝量，能夠提高產(chǎn)量；4、床層溫差小，等溫性能好，有利于合成反應(yīng)，能延長(zhǎng)催化劑壽命；5、反應(yīng)熱回收率高，回收熱量品位高。采用本發(fā)明可以使出塔氣溫度提高100℃以上，對(duì)于中壓聯(lián)醇生產(chǎn)通過(guò)廢鍋可回收反應(yīng)熱副產(chǎn)0.5MPa蒸汽～500kg/t醇。


圖1是本發(fā)明前置式軸徑向合成塔結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
實(shí)施例一參見(jiàn)圖1由外筒(1)、集氣盒(2)、蓋板(3)、墊片(4)、內(nèi)筒體(5)、引氣管(6)、上環(huán)管(7)、下行冷管(8)、上行冷管(9)、下環(huán)管(10)、中心管(11)、井字架(12)、支承圈(13)、徑向外筒I(14)、徑向內(nèi)筒I(15)、冷激管(16)、菱形分布器(17)、徑向內(nèi)筒II(18)、徑向外筒II(19)、錐形花板(20)、下封頭支座(21)、觸媒卸出管(22)、悶頭(23)構(gòu)成本合成塔，其中件(2)～(23)組成內(nèi)筒，件(6)～(10)焊接成單管折流式冷管膽，所述的集氣盒(2)與冷管膽之間設(shè)有蓋板(3)，冷管膽的引氣管(6)連通集氣盒(2)與冷管膽，冷管膽通過(guò)井字架(12)及焊于內(nèi)筒壁的支承圈(13)支撐在內(nèi)筒壁上。(5)～(19)形成觸媒筐，其中，(14)～(19)為徑向觸媒筐，徑向外筒I(14)、徑向內(nèi)筒I(15)形成徑向I段床層，徑向外筒II(18)、徑向內(nèi)筒II(19)形成徑向II段床層。
所述的冷管膽為單管折流式等溫型冷管膽，它包括引氣管(6)、上環(huán)管(7)、下行冷管(8)、上行冷管(9)、下環(huán)管(10)，所述的上環(huán)管(7)與引氣管(6)連通，所述的下環(huán)管(10)于井字架(12)上。該冷管膽床層為軸向段。所述的徑向觸媒筐包括徑向外筒I(14)、徑向內(nèi)筒I(15)、冷激管(16)、菱形分布器(17)、徑向內(nèi)筒II(18)、徑向外筒II(19)，其中在冷激環(huán)管(16)上方為徑向I段，冷激環(huán)管(16)下方為徑向II段。所述的集氣盒(2)、蓋板(3)和內(nèi)筒體(5)之間通過(guò)榫槽面法蘭連接，用不銹鋼纏繞墊片(4)螺栓緊固密封。所述的引氣管(6)、上環(huán)管(7)、下行冷管(8)、下環(huán)管(10)、上行冷管(9)依次形成氣流通道。所述的內(nèi)筒還包括錐形花板(20)、下封頭支座(21)、觸媒卸出管(22)、悶頭(23)，所述的錐形花板(20)、下封頭上方均與內(nèi)筒體(5)焊接，下封頭連支座(21)將整個(gè)內(nèi)筒支承在外筒底部，出徑向II段氣體通過(guò)錐形花板(20)離開(kāi)床層出塔。由于整個(gè)床層催化劑成連續(xù)相，觸媒卸出管(22)上端與錐形花板(20)連接，下端帶有悶頭(23)，卸觸媒時(shí)只要打開(kāi)悶頭，床層的催化劑即可連續(xù)自動(dòng)卸出。所述的外筒(1)上部設(shè)有一次入口a，所述的外筒下部設(shè)有一次出口b，與塔外換熱器的冷氣進(jìn)口連通；換熱器預(yù)熱到一定溫度后從塔二次入口c二次入塔，二次入口c連通中心管(11)，所述外筒的二次出口d與外置的廢熱鍋爐的進(jìn)口連接。
由循環(huán)機(jī)出口冷的循環(huán)氣從合成塔外筒一次入口a處入塔，經(jīng)內(nèi)外筒環(huán)隙自上而下移熱初步升溫后從一次出口b處出塔，去塔外換熱器預(yù)熱到一定溫度后從塔二次入口c二次入塔。二入氣進(jìn)入中心管(11)后，自下而上出管口，在集氣盒(2)內(nèi)將氣體由引氣管(6)引入上環(huán)管(7)，再將氣體分配到各下行冷管(8)。管內(nèi)氣體自上而下流動(dòng)被管外氣體進(jìn)一步預(yù)熱，同時(shí)移走床層的反應(yīng)熱。管內(nèi)氣體匯集于下環(huán)管(10)后又折流至上行冷管(9)，氣體在管內(nèi)自下而上流動(dòng)，再次被管外反應(yīng)氣預(yù)熱，同時(shí)又移走床層的反應(yīng)熱。出上行冷管(9)的氣體從頂部先進(jìn)入軸向冷管膽段催化劑床層，原料氣不斷地合成為甲醇(或二甲醚、氨)。反應(yīng)氣自上而下流動(dòng)，離開(kāi)冷管段床層的氣體先進(jìn)入徑向外筒I(14)集氣，然后徑向自外而內(nèi)通過(guò)催化劑床層連續(xù)進(jìn)行絕熱反應(yīng)。反應(yīng)后氣體溫度升高，再經(jīng)過(guò)徑向內(nèi)筒I(15)集氣，并自上而下進(jìn)入菱形分布器(17)。從塔頂引入的冷激氣，經(jīng)過(guò)冷激管(16)進(jìn)入菱形分布器(17)內(nèi)，與徑向I段出口氣混合后達(dá)到降溫調(diào)節(jié)。降溫后的徑向I段氣體進(jìn)入徑向內(nèi)筒II(18)，將氣體徑向自內(nèi)而外流過(guò)催化劑床層再次進(jìn)行絕熱反應(yīng)。反應(yīng)后氣體溫度升高，最后進(jìn)入徑向外筒II(19)集氣，并自上而下進(jìn)入尾部催化劑床層，通過(guò)底部錐形花板(20)，離開(kāi)床層后氣體從二次出口d處出塔去廢熱鍋爐。
實(shí)施例二DN1200聯(lián)醇合成塔，裝填C207型催化劑11.5m3，冷管面積140m2。入塔壓力12.0MPa，進(jìn)塔氣量115000Nm3/h，其中冷激氣量～25000Nm3/h。入塔氣組成H270.1％，CO4.2％，CO20.5％，N224.1％，CH41.1％。入床層溫度230℃，出塔氣240℃，，出塔氣壓力11.6MPa。產(chǎn)精醇4.5t/h，副產(chǎn)～0.5MPa蒸汽2.4t/h。
本實(shí)施例其余的結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)方式與實(shí)施例一相同。
權(quán)利要求
1.一種前置式軸徑向合成塔，包括外筒、內(nèi)筒，所述的內(nèi)筒包括集氣盒、蓋板、內(nèi)筒體、中心管、冷管膽、井字架、支承圈、徑向觸媒筐，內(nèi)筒體內(nèi)自上而下依次安裝集氣盒、蓋板、冷管膽、井字架、支承圈，所述的集氣盒與冷管膽之間設(shè)有蓋板，冷管膽的引氣管連通集氣盒與冷管膽，冷管膽通過(guò)井字架、支承圈固定安裝在內(nèi)筒壁上，冷管段的出口氣通向徑向觸媒筐，所述的外筒設(shè)有循環(huán)氣一次入口、一次出口，一次出口連通塔外換熱器，換熱器的冷氣出口連通外筒的二次入口，二次入口連通中心管，徑向觸媒筐的出氣口連通二次出口，其特征在于所述的徑向觸媒筐包括徑向I段床層、徑向II段床層，徑向I段床層通過(guò)分布器與徑向II段床層連接；所述的徑向I段床層包括徑向外筒I、徑向內(nèi)筒I，所述的徑向外筒I安裝于冷管膽下方的內(nèi)筒壁上，所述的徑向內(nèi)筒I安裝于中心管外壁上；所述的徑向II段床層包括徑向外筒II、徑向內(nèi)筒II，所述的徑向外筒II安裝于內(nèi)筒壁上，所述的徑向內(nèi)筒II安裝于中心管外壁上；所述的徑向內(nèi)筒I與徑向內(nèi)筒II之間通過(guò)所述的分布器上、下連接，冷激環(huán)管安裝在分布器內(nèi)，所述的冷激環(huán)管連接冷激管引至塔頂；所述的徑向外筒I、徑向內(nèi)筒I、分布器、徑向內(nèi)筒II、徑向外筒II均開(kāi)有小孔，依次形成氣流通道。
2.如權(quán)利要求1所述的前置式軸徑向合成塔，其特征在于所述的冷管膽為單管折流式等溫型冷管膽，包括引氣管、上環(huán)管、下行冷管、上行冷管、下環(huán)管，所述的上環(huán)管與引氣管連通，所述的下環(huán)管位于井字架上，所述的引氣管、上環(huán)管、下行冷管、下環(huán)管、上行冷管依次形成氣流通道。
3.如權(quán)利要求1、2所述的前置式軸徑向合成塔，其特征在于所述的內(nèi)筒還包括錐形花板、下封頭支座、觸媒卸出管、悶頭，所述的錐形花板、下封頭支座上方均與內(nèi)筒體焊接，下封頭支座將整個(gè)內(nèi)筒支承在外筒底部，所述的徑向II段的出氣口、錐形花板、二次出口形成氣流通道；觸媒出口管上端與錐形花板連接，下端帶有悶頭。
4.如權(quán)利要求1、3所述的前置式軸徑向合成塔，其特征在于所述的分布器為菱形分布器。
5.如權(quán)利要求1、2所述的前置式軸徑向合成塔，其特征在于所述的軸向冷管膽段占總床高的1/4～1/2。
6.如權(quán)利要求2所述的前置式軸徑向合成塔，其特征在于所述的引氣管、中心管和蓋板之間采用填料函密封。
7.如權(quán)利要求1或2所述的前置式軸徑向合成塔，其特征在于集氣盒、蓋板和內(nèi)筒體之間通過(guò)榫槽面法蘭連接、用不銹鋼纏繞墊片螺栓緊固密封。
8.如權(quán)利要求5所述的前置式軸徑向合成塔，其特征在于整個(gè)床層催化劑成連續(xù)相。
全文摘要
一種前置式軸徑向合成塔，包括外筒、內(nèi)筒，內(nèi)筒包括集氣盒、蓋板、墊片、內(nèi)筒體、冷管膽、中心管、井字架、支承圈、徑向外筒I、徑向內(nèi)筒I、冷激管、分布器、徑向內(nèi)筒II、徑向外筒II、錐形花板、下封頭支座、觸媒卸出管、悶頭，為一軸兩徑等溫型冷管－冷激型前置式副產(chǎn)蒸汽的合成塔軸向段觸媒筐采用先并流后逆流的單管折流式冷管膽，軸向段下部設(shè)兩徑向段，徑向段之間采取冷激移熱。該反應(yīng)器具有催化劑床層溫度分布理想，生產(chǎn)能力大，可副產(chǎn)蒸汽，反應(yīng)熱利用率高，合成塔阻力小，溫度調(diào)節(jié)靈活，且裝卸觸媒方便等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B01J8/02GK1876223SQ200510049979
公開(kāi)日2006年12月13日 申請(qǐng)日期2005年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月7日
發(fā)明者陳運(yùn)根, 喻旭春, 劉華彥, 楊祖望, 任賢朋, 談志人 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)