甲醇合成反應(yīng)系統(tǒng)及甲醇合成反應(yīng)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)用于甲醇合成生產(chǎn)中的甲醇合成反應(yīng)系統(tǒng)及甲醇合成反應(yīng)方法。
【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，溫升不能過高，應(yīng)控制在280 °C以內(nèi)。
[0008]目前，大型化甲醇規(guī)模效應(yīng)明顯，越來越受到市場(chǎng)的追捧，但是以高C0煤氣為原料的大型甲醇裝置在工業(yè)化過程中還有一些問題，比如系統(tǒng)及反應(yīng)器的配置不協(xié)調(diào)等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]基于此，有必要提供一種可實(shí)現(xiàn)大型化生產(chǎn)的甲醇合成反應(yīng)系統(tǒng)及甲醇合成反應(yīng)方法。
[0010]一種甲醇合成反應(yīng)系統(tǒng)，包括氣冷反應(yīng)器和水冷反應(yīng)器，所述氣冷反應(yīng)器包括氣冷系統(tǒng)和第一集氣管，所述氣冷系統(tǒng)包括進(jìn)氣管和第二集氣管，所述氣冷反應(yīng)器包括第一氣口、所述水冷反應(yīng)器包括第二氣口和第三氣口，所述氣冷反應(yīng)器的所述進(jìn)氣管、所述第二集氣管、所述水冷反應(yīng)器的所述第二氣口、所述水冷反應(yīng)器的所述第三氣口、所述氣冷反應(yīng)器的所述第一氣口和所述第一集氣管之一，以及所述氣冷反應(yīng)器的所述第一氣口和所述第一集氣管之另一依次連通，以使氣體可依次在所述水冷反應(yīng)器和所述氣冷反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)。
[0011]本甲醇合成反應(yīng)系統(tǒng)中，由于氣冷反應(yīng)器和水冷反應(yīng)器的合理配置，可以取得較高的醇凈值，并且降低循環(huán)比，大大降低循環(huán)氣的壓縮功耗，從而實(shí)現(xiàn)低阻力高醇凈值的甲醇的大型化生產(chǎn)。
[0012]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述氣冷反應(yīng)器還包括外筒和徑向反應(yīng)筐，所述氣冷反應(yīng)器的所述徑向反應(yīng)筐設(shè)于所述外筒內(nèi)，并于所述外筒和所述徑向反應(yīng)筐之間形成間隙；所述氣冷系統(tǒng)還包括氣冷管，所述進(jìn)氣管和所述第二集氣管穿過所述氣冷反應(yīng)器的所述外筒和所述徑向反應(yīng)筐，所述氣冷管位于所述氣冷反應(yīng)器的所述徑向反應(yīng)筐內(nèi)并連通于所述進(jìn)氣管和所述第二集氣管之間，所述第一集氣管部分設(shè)置于所述氣冷反應(yīng)器的所述徑向反應(yīng)筐內(nèi)，且一端伸出所述氣冷反應(yīng)器的所述徑向反應(yīng)筐和所述外筒外，所述氣冷反應(yīng)器的所述外筒上開設(shè)有所述第一氣口，且所述氣冷反應(yīng)器的所述徑向反應(yīng)筐和所述第一集氣管側(cè)壁上均開設(shè)有通氣孔。
[0013]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述水冷反應(yīng)器還均包括外筒、徑向反應(yīng)筐、水冷系統(tǒng)、進(jìn)水口和水汽出口，所述水冷反應(yīng)器的徑向反應(yīng)筐位于所述水冷反應(yīng)器的外筒內(nèi)，且所述水冷反應(yīng)器的所述徑向反應(yīng)筐和所述外筒之間形成間隙，所述水冷系統(tǒng)包括設(shè)于所述徑向反應(yīng)筐內(nèi)的水冷管，所述水冷反應(yīng)器的所述進(jìn)水口與所述水冷管相連，所述水冷反應(yīng)器的所述第二氣口分別連通所述水冷反應(yīng)器的所述間隙與所述外筒外，所述水汽出口開設(shè)于所述外筒，以將蒸汽導(dǎo)出所述外筒，所述氣冷反應(yīng)器的所述第二集氣管與所述水冷反應(yīng)器的所述第二氣口連通，所述氣冷反應(yīng)器的所述第一氣口與所述水冷反應(yīng)器的所述第三氣口連通。
[0014]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述氣冷系統(tǒng)包括連接于所述進(jìn)氣管和所述第二集氣管之間的氣冷管，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。
[0015]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。
[0016]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)。
[0017]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。
[0018]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述氣冷系統(tǒng)還包括分氣管、第一連通管、第二連通管，所述分氣管位于所述進(jìn)氣管和所述第一連通管之間，所述第一連通位于所述分氣管和所述氣冷管之間，所述第二連通管位于所述氣冷管和所述第二集氣管之間；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)管和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一環(huán)管，多個(gè)所述氣冷管連接所述第二環(huán)管。
[0019]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述甲醇合成反應(yīng)系統(tǒng)還包括第一熱交換器、第二熱交換器、供水裝置、冷卻裝置、氣液分離器、儲(chǔ)液裝置和氣源，所述氣源、所述第一熱交換器和所述氣冷反應(yīng)器的所述進(jìn)氣管依次連通，所述第一熱交換器還連接所述氣冷反應(yīng)器的所述第一集氣管；所述第二熱交換器連接于所述氣冷反應(yīng)器的所述第二集氣管和所述水冷反應(yīng)器的所述第二氣口之間以及所述水冷反應(yīng)器的所述第三氣口和所述氣冷反應(yīng)器的所述第一氣口之間；所述供水裝置連接于所述水冷反應(yīng)器的所述進(jìn)水口，所述氣冷反應(yīng)器的所述第一集氣管、所述第一熱交換器、所述冷卻裝置、所述氣液分離器和所述儲(chǔ)液裝置依次連接。
[0020]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述甲醇合成反應(yīng)系統(tǒng)還包括脫鹽水加熱器，所述脫鹽水加熱器連接于所述第一熱交換器和所述第二熱交換器之間，所述脫鹽水加熱器還連接于所述供水裝置和所述第一集氣管，以將經(jīng)過脫鹽水處理過程的水回收至所述供水裝置加以利用。
[0021]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述水冷反應(yīng)器的所述水汽出口連通于所述供水裝置，且所述供水裝置還連通于一蒸汽回收裝置以回收蒸汽。
[0022]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述冷卻裝置包括風(fēng)冷器和水冷器，所述風(fēng)冷器和所述風(fēng)冷器依次連接于所述第一熱交換器和所述氣液分離器之間。
[0023]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述甲醇合成反應(yīng)系統(tǒng)還包括壓縮機(jī)，所述壓縮機(jī)連接于所述氣源和所述第一熱交換器之間；該甲醇合成反應(yīng)系統(tǒng)還包括加壓機(jī)，所述加壓機(jī)連接于所述氣液分離器和所述第一熱交換器之間。
[0024]—種利用上述甲醇合成反應(yīng)系統(tǒng)的甲醇合成反應(yīng)方法，包括步驟:
[0025]未反應(yīng)冷氣輸入所述氣冷反應(yīng)器的所述進(jìn)氣管；
[0026]未反應(yīng)冷氣在所述氣冷反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行熱交換，未反應(yīng)冷氣被加熱，然后進(jìn)入所述第二集氣管輸出所述氣冷反應(yīng)器；
[0027]被加熱的氣體從所述第二集氣管進(jìn)入所述水冷反應(yīng)器的所述第二氣口，并在所述水冷反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)后的氣體經(jīng)過所述水冷反應(yīng)器的所述第三氣口輸出所述水冷反應(yīng)器；
[0028]反應(yīng)后的氣體從所述水冷反應(yīng)器的所述第三氣口進(jìn)入所述氣冷反應(yīng)器的所述第一氣口和所述第一集氣管之一，并在所述氣冷反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，同時(shí)所述氣冷系統(tǒng)內(nèi)的未反應(yīng)冷氣與反應(yīng)產(chǎn)生的熱量進(jìn)行熱交換降溫，反應(yīng)后的氣體進(jìn)入所述第一氣口和第一集氣管之另一后輸出所述氣冷反應(yīng)器。
[0029]在其中一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)所述甲醇合成反應(yīng)系統(tǒng)還包括第一熱交換器、脫鹽水加熱器、第二熱交換器、供水裝置、冷卻裝置、氣液分離器、儲(chǔ)液裝置和氣源時(shí)，未反應(yīng)冷氣從所述氣源輸出經(jīng)過所述第一熱交換器加熱后進(jìn)入所述氣冷反應(yīng)器的所述進(jìn)氣管；氣體從所述第二集氣管輸出經(jīng)過所述第二熱交換器加熱后進(jìn)入所述水冷反應(yīng)器的第二氣口 ；氣體從所述水冷反應(yīng)器的所述第三氣口輸出經(jīng)過所述第二熱交換器加熱后進(jìn)入所述氣冷反應(yīng)器的所述第一氣口，氣體從所述第一集氣管輸出經(jīng)過所述脫鹽水加熱器、所述第一熱交換器、所述冷卻裝置后進(jìn)入所述氣液分離器進(jìn)行氣液分離，分離出的液體為粗甲醇，輸出到所述儲(chǔ)液裝置，分離出的氣體與所述氣源輸出的氣體一起進(jìn)入所述氣冷反應(yīng)器的所述進(jìn)氣管。
[0030]在其中一個(gè)實(shí)施例中，從所述氣源進(jìn)入所述第一熱交換器的氣體溫度為30°?70，經(jīng)所述第一熱交換器加熱后氣體溫度為120°?160°，從所述第二集氣管輸出的氣體溫度為180°?220°，從所述水冷反應(yīng)器的所述第三氣口輸出的氣體含有約6.5%?9.5%的CH30H，從所述氣冷反應(yīng)器的所述第一氣口或所述第一集氣管輸出的氣體含有約10%?13.5%的甲醇，氣體溫度為約220°?230°，且經(jīng)過所述脫鹽水加熱器、所述第一熱交換器、所述冷卻裝置后氣體溫度為約30?60°。
【附圖說明】
[0031]圖1為一實(shí)施方式的甲醇合成反應(yīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2為一實(shí)施方式的氣冷反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖3為圖2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；
[0034]圖4為圖2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；
[0035]圖5為圖2所示氣冷反應(yīng)器的第一集氣管的局部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖6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】
[0037]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。