一种固定床组合反应设备制造技术

一种固定床组合反应设备，主要由带封头的圆筒形壳体，壳体上的反应气进口和反应气出口，多孔气体分布器和多孔集气板，催化剂层和冷却介质移热的换热管组成的反应设备，装有蒸汽压力调节阀的汽包，构成至少有一个换热反应块区中的催化剂装在管内的冷却介质循环回路，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、合成二甲醚、甲烷化、Ｆ－Ｔ反应、邻二甲苯氧化制邻苯二甲酸酐等强效反应过程，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、合成二甲醚、费托反应制液态烃和甲垸、邻二甲苯氧化制邻苯二甲酸酐等强效反应过程。
技术介绍
对于如甲醇合成、合成气制二甲醚、费托反应制液态烃和甲垸、邻二甲苯氧化制邻苯二甲酸酐等一些强放热反应，为了提高反应效率，需要在反应同时移出反应热，例如Lnrgi管壳式甲醇塔用壳程水移走反应管中的反应热，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。当需强化移热时采用增加传热面积受到结构的限制，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Lnrgi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，加大传热温差和移热，达到上部或前部高反应速度和强反应热的移热要求，则反应器下部或后部反应热减小，移热大于反应热造成反应温度下降，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180'C 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，通过汽包内换热管将热量传给水产生蒸气回收热量。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，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。上述换热管组和调压汽包汽化压力可根据需要在0.2~131\1 2之间选取，不同催化反应区块31、 32中，换热块区21、 22与其相连的调压汽包51、 52压差可在0.2~7MPa。本专利技术提供一种固定床组合反应设备，主要由带封头的圆筒形壳体l，壳体l上的反应气进口 2和反应气出口 3，多孔气体分布器4和多孔集气板5，催化剂层6和冷却介质7移热的换热管8组成的反应设备，装有蒸汽压力调节阀61、 62的汽包51、 52，其特征是催化剂层6依反应气流动方向顺序划分为前后多个催化反应块区31、 32……，其中至少有二个块区中由换热管8和换热介质7构成换热块区21、 22,其中至少一个催化反应块区中的催化剂6装在换热管内，各换热块区由反应设备冷却介质7的进口管202、 204和出口管201、 203与各自可独立调节汽化压力的汽包51或52连结，构成至少二个有不同汽化压力和温度的冷却介质循环回路，反应气依次在催化反应块区以不同的换热速度反应。本专利技术提供一种固定床组合反应设备，在先后二个不同换热温度的换热反应区块可以装相同的催化剂6，也可分别装不同催化剂6A、 6B，供反应气jfe后在催化剂6A上进行A反应，再在催化剂6B上进行B反应，例如合成气先在250'C温度下在甲醇合成催化剂上进行甲醇合成反应，再在300'C下在甲醇脱水催化剂上进行甲醇脱水反应。附图说明图1是有二个换热块区各带汽包的管壳式组合反应设备示意图。图2是有三个换热块区各带汽包的管壳式组合反应设备示意图。图3是管壳一水管复合型组合反应设备示意图。图4是顶部有绝热层，上下壳体用法兰连结的管壳一水冷组合反应设备示意图。图5是二台管壳式反应器串联组合示意图。图6是管壳型和水管型反应器串联组合反应设备示意图。图7是有二个换热块区各带汽包且汽包中有换热管的管壳式组合反应设备示意图。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是有隔板分成二个换热块区的管壳式反应设备示意图，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，多孔气体分布器4和多孔集气板5，催化剂层6和冷却介质7移热的换热管8组成的反应设备，装有蒸汽压力调节阀61、 62的汽包51、 52，汽包上还有加水管71、 72连结。管内装催化剂，壳体l内有三块管板ll、 12、 13将壳程换热介质7分隔成二个换热块区21、 22与块区换热管内的催化反应块区31、 32换热，各换热块区21、 22有换热介质的进口管202、 204和出口管201、 203分别与各自可独立调节汽化压力的汽包51、 52连结，构成不同汽化压力、汽化温度的换热介质循环回路，反应气由进口2进入各反应换热管8的催化剂层6，依次在催化反应块区以不同的换热速度反应。图2是有三个换热块区各带汽包的管壳式组合反应设备示意图，壳体1内有四块管板11、 12、 13、 14将壳程换热介质7分隔成三个换热块区21、 22、 23与各块区换热管内的催化反应块区31、 32、 33换热，换热块区21的进口管202和换热块区22的出口管203之间有带阀门的连通管41连结，进口管202由带阓门的管302与连结汽包51的循环泵81连结，出口管203由带阀门的管303与汽包52连结，换热块区22的进口管204和换热块区23的出口管205之间有带阀门的连通管42连结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固定床组合反应设备，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），多孔气体分布器（４）和多孔集气板（５），催化剂层（６）和冷却介质（７）移热的换热管（８）组成的反应设备，装有蒸汽压力调节阀（６１）、（６２）的汽包（５１）、（５２），其特征是催化剂层（６）依反应气流动方向顺序划分为前后多个催化反应块区（３１）、（３２）……，其中至少有二个块区中由换热管（８）和换热介质（７）构成换热块区（２１）、（２２），其中至少一个换热反应区块中的催化剂（６）装在换热管内，各换热块区由反应设备冷却介质（７）的进口管（２０２）、（２０４）和出口管（２０１）、（２０３）与各自可独立调节汽化压力的汽包（５１）或（５２）连结，构成至少二个有不同汽化压力和温度的冷却介质循环回路，反应气依次在催化反应块区（３１）、（３２）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]