CN100420511C - 前置式轴径向合成塔 - Google Patents
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Abstract
一种前置式轴径向合成塔，包括外筒、内筒，内筒包括集气盒、盖板、垫片、内筒体、冷管胆、中心管、井字架、支承圈、径向外筒I、径向内筒I、冷激管、分布器、径向内筒II、径向外筒II、锥形花板、下封头支座、触媒卸出管、闷头，为一轴两径等温型冷管-冷激型前置式副产蒸汽的合成塔：轴向段触媒筐采用先并流后逆流的单管折流式冷管胆，轴向段下部设两径向段，径向段之间采取冷激移热。该反应器具有催化剂床层温度分布理想，生产能力大，可副产蒸汽，反应热利用率高，合成塔阻力小，温度调节灵活，且装卸触媒方便等优点。
Description
(一)技术领域
本发明涉及一种冷管-冷激型气固相催化反应器，主要用于甲醇合成的放热反应，尤其适用于中压联醇生产的场合，也可用于二甲醚、氨的合成反应。
(二)背景技术
一般的冷管型合成塔内件除触媒筐外下部均设置换热器，这是为了保证入床层的气体达到催化剂的活性温度，其中一部分热量取自换热器回收出床层高温气体，但这势必降低了出塔气的温度，减少了出塔气可回收的热量，还降低了回收热量的品位。另外，传统的合成塔内件由于下部设置换热器也使催化剂自卸更为困难。
之外，国内传统的合成塔大多数采取轴向塔，因此塔的阻力较大，有的甚至达到1.8MPa，这势必增加了循环机的动力消耗。
(三)发明内容
为了克服已有技术中合成塔的阻力较大、循环机动力消耗大且反应热不回收的不足，本发明提供一种减少合成塔阻力、能显著降低循环机的动力消耗、且高回收反应热的前置式轴径向合成塔。
本发明的技术方案是采取一轴两径等温型冷管-冷激型前置式副产蒸汽的节能型合成塔，具体方案是：
一种前置式轴径向合成塔，包括外筒、内筒，所述的内筒包括集气盒、盖板、内筒体、中心管、冷管胆、井字架、支承圈、径向触媒筐，内筒体内自上而下依次安装集气盒、盖板、冷管胆、井字架、支承圈，所述的集气盒与冷管胆之间设有盖板，冷管胆的引气管连通集气盒与冷胆管，冷管胆通过井字架、支承圈固定安装在内筒壁上，冷管段的出口气通向径向触媒筐，触媒筐内装填催化剂，所述的外筒设有循环气一次入口、一次出口，一次出口连通塔外换热器，换热器的冷气出口连通外筒的二次入口，二次入口连通中心管，径向触媒筐的出气口连通二次出口，所述的径向触媒筐包括径向I段床层、径向II段床层，径向I段床层通过分布器与径向II段床层连接；所述的径向I段床层包括径向外筒I、径向内筒I，所述的径向外筒I安装于冷管胆下方的内筒壁上，所述的径向内筒I安装于中心管外壁上；所述的径向II段床层包括径向外筒II、径向内筒II，所述的径向外筒II安装于内筒壁上，所述的径向内筒II安装于中心管外壁上；所述的径向内筒I与径向内筒II之间通过所述的分布器上、下连接，冷激环管安装在分布器内，所述的冷激环管连接冷激管引至塔顶；所述的径向外筒I、径向内筒I、分布器、径向内筒II、径向外筒II上均开有小孔，依次形成气流通道。
进一步，所述的冷管胆为单管折流式等温型冷管胆，包括引气管、上环管、下行冷管、上行冷管、下环管，所述的上环管与引气管连通，所述的下环管位于井字架上，所述的引气管、上环管、下行冷管、下环管、上行冷管依次形成气流通道，该冷管段床层为轴向段。
再进一步，所述的内筒还包括锥形花板、下封头支座、触媒卸出管、闷头，所述的锥形花板、下封头支座上方均与内筒体焊接，下封头支座将整个内筒支承在外筒底部，所述的径向II段的出气口、锥形花板、二次出口形成气流通道；触媒出口管上端与锥形花板连接，下端带有闷头。
更进一步，所述的分布器为菱形分布器。
所述的轴向冷管胆段占总床高的1/4～1/2。
所述的引气管、中心管和盖板之间采用填料函密封。
所述的集气盒、盖板和内筒体之间通过榫槽面法兰连接、用不锈钢缠绕垫片螺栓紧固密封。
由于整个床层催化剂成连续相，触媒出口管上端与锥形花板连接，下端带有闷头，卸触媒时只要打开闷头，床层的催化剂即可连续自动卸出。
本发明的优点是：1、大幅度降低了合成塔阻力；与轴向塔相比，塔阻可降低50％以上，显著减少循环机动力消耗；2、操作灵活，装卸触媒方便，触媒筐盖板采取填料密封，便于打开筐盖，装入催化剂；下部只需打开闷头，催化剂即可通过触媒卸出管自动卸出；3、提高了合成塔的生产能力，由于采用单管折流式触媒筐，床层温度分布更为理想。之外在合成塔内容积一定的条件下，塔内不设换热器，触媒筐容积扩大，增加了催化剂装量，能够提高产量；4、床层温差小，等温性能好，有利于合成反应，能延长催化剂寿命；5、反应热回收率高，回收热量品位高。采用本发明可以使出塔气温度提高100℃以上，对于中压联醇生产通过废锅可回收反应热副产0.5MPa蒸汽～500kg/t醇。
(四)附图说明
图1是本发明前置式轴径向合成塔结构示意图。
(五)具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
实施例一
参见图1：由外筒(1)、集气盒(2)、盖板(3)、垫片(4)、内筒体(5)、引气管(6)、上环管(7)、下行冷管(8)、上行冷管(9)、下环管(10)、中心管(11)、井字架(12)、支承圈(13)、径向外筒I(14)、径向内筒I(15)、冷激管(16)、菱形分布器(17)、径向内筒II(18)、径向外筒II(19)、锥形花板(20)、下封头支座(21)、触媒卸出管(22)、闷头(23)构成本合成塔，其中件(2)～(23)组成内筒，件(6)～(10)焊接成单管折流式冷管胆，所述的集气盒(2)与冷管胆之间设有盖板(3)，冷管胆的引气管(6)连通集气盒(2)与冷管胆，冷管胆通过井字架(12)及焊于内筒壁的支承圈(13)支撑在内筒壁上。(5)～(19)形成触媒筐，其中，(14)～(19)为径向触媒筐，径向外筒I(14)、径向内筒I(15)形成径向I段床层，径向外筒II(18)、径向内筒II(19)形成径向II段床层。
所述的冷管胆为单管折流式等温型冷管胆，它包括引气管(6)、上环管(7)、下行冷管(8)、上行冷管(9)、下环管(10)，所述的上环管(7)与引气管(6)连通，所述的下环管(10)于井字架(12)上。该冷管胆床层为轴向段。所述的径向触媒筐包括径向外筒I(14)、径向内筒I(15)、冷激管(16)、菱形分布器(17)、径向内筒II(18)、径向外筒II(19)，其中在冷激环管(16)上方为径向I段，冷激环管(16)下方为径向II段。所述的集气盒(2)、盖板(3)和内筒体(5)之间通过榫槽面法兰连接，用不锈钢缠绕垫片(4)螺栓紧固密封。所述的引气管(6)、上环管(7)、下行冷管(8)、下环管(10)、上行冷管(9)依次形成气流通道。所述的内筒还包括锥形花板(20)、下封头支座(21)、触媒卸出管(22)、闷头(23)，所述的锥形花板(20)、下封头上方均与内筒体(5)焊接，下封头连支座(21)将整个内筒支承在外筒底部，出径向II段气体通过锥形花板(20)离开床层出塔。由于整个床层催化剂成连续相，触媒卸出管(22)上端与锥形花板(20)连接，下端带有闷头(23)，卸触媒时只要打开闷头，床层的催化剂即可连续自动卸出。所述的外筒(1)上部设有一次入口a，所述的外筒下部设有一次出口b，与塔外换热器的冷气进口连通；换热器预热到一定温度后从塔二次入口c二次入塔，二次入口c连通中心管(11)，所述外筒的二次出口d与外置的废热锅炉的进口连接。
由循环机出口冷的循环气从合成塔外筒一次入口a处入塔，经内外筒环隙自上而下移热初步升温后从一次出口b处出塔，去塔外换热器预热到一定温度后从塔二次入口c二次入塔。二入气进入中心管(11)后，自下而上出管口，在集气盒(2)内将气体由引气管(6)引入上环管(7)，再将气体分配到各下行冷管(8)。管内气体自上而下流动被管外气体进一步预热，同时移走床层的反应热。管内气体汇集于下环管(10)后又折流至上行冷管(9)，气体在管内自下而上流动，再次被管外反应气预热，同时又移走床层的反应热。出上行冷管(9)的气体从顶部先进入轴向冷管胆段催化剂床层，原料气不断地合成为甲醇(或二甲醚、氨)。反应气自上而下流动，离开冷管段床层的气体先进入径向外筒I(14)集气，然后径向自外而内通过催化剂床层连续进行绝热反应。反应后气体温度升高，再经过径向内筒I(15)集气，并自上而下进入菱形分布器(17)。从塔顶引入的冷激气，经过冷激管(16)进入菱形分布器(17)内，与径向I段出口气混合后达到降温调节。降温后的径向I段气体进入径向内筒II(18)，将气体径向自内而外流过催化剂床层再次进行绝热反应。反应后气体温度升高，最后进入径向外筒II(19)集气，并自上而下进入尾部催化剂床层，通过底部锥形花板(20)，离开床层后气体从二次出口d处出塔去废热锅炉。
实施例二
DN1200联醇合成塔，装填C207型催化剂11.5m3，冷管面积140m2。入塔压力12.0MPa，进塔气量115000Nm3/h，其中冷激气量～25000Nm3/h。入塔气组成：H2：70.1％，CO：4.2％，CO2：0.5％，N2：24.1％，CH4：1.1％。入床层温度230℃，出塔气240℃，，出塔气压力11.6MPa。产精醇4.5t/h，副产～0.5MPa蒸汽2.4t/h。
本实施例其余的结构和实现方式与实施例一相同。
Claims (8)
1. 一种前置式轴径向合成塔，包括外筒、内筒，所述的内筒包括集气盒、盖板、内筒体、中心管、冷管胆、井字架、支承圈、径向触媒筐，内筒体内自上而下依次安装集气盒、盖板、冷管胆、井字架、支承圈，所述的集气盒与冷管胆之间设有盖板，冷管胆的引气管连通集气盒与冷管胆，冷管胆通过井字架、支承圈固定安装在内筒壁上，冷管段的出口气通向径向触媒筐，所述的外筒设有循环气一次入口、一次出口，一次出口连通塔外换热器，换热器的冷气出口连通外筒的二次入口，二次入口连通中心管，径向触媒筐的出气口连通二次出口，其特征在于：所述的径向触媒筐包括径向I段床层、径向II段床层，径向I段床层通过分布器与径向II段床层连接；
所述的径向I段床层包括径向外筒I、径向内筒I，所述的径向外筒I安装于冷管胆下方的内筒壁上，所述的径向内筒I安装于中心管外壁上；
所述的径向II段床层包括径向外筒II、径向内筒II，所述的径向外筒II安装于内筒壁上，所述的径向内筒II安装于中心管外壁上；
所述的径向内筒I与径向内筒II之间通过所述的分布器上、下连接，冷激环管安装在分布器内，所述的冷激环管连接冷激管引至塔顶；
所述的径向外筒I、径向内筒I、分布器、径向内筒II、径向外筒II均开有小孔，依次形成气流通道。
2. 如权利要求1所述的前置式轴径向合成塔，其特征在于：所述的冷管胆为单管折流式等温型冷管胆，包括引气管、上环管、下行冷管、上行冷管、下环管，所述的上环管与引气管连通，所述的下环管位于井字架上，所述的引气管、上环管、下行冷管、下环管、上行冷管依次形成气流通道。
3. 如权利要求1或2所述的前置式轴径向合成塔，其特征在于：所述的内筒还包括锥形花板、下封头支座、触媒卸出管、闷头，所述的锥形花板、下封头支座上方均与内筒体焊接，下封头支座将整个内筒支承在外筒底部，所述的径向II段的出气口、锥形花板、二次出口形成气流通道；触媒出口管上端与锥形花板连接，下端带有闷头。
4. 如权利要求1所述的前置式轴径向合成塔，其特征在于：所述的分布器为菱形分布器。
5. 如权利要求1或2所述的前置式轴径向合成塔，其特征在于：所述的轴向冷管胆段占总床高的1/4～1/2。
6. 如权利要求2所述的前置式轴径向合成塔，其特征在于：所述的引气管、中心管和盖板之间采用填料函密封。
7. 如权利要求1或2所述的前置式轴径向合成塔，其特征在于：集气盒、盖板和内筒体之间通过榫槽面法兰连接、用不锈钢缠绕垫片螺栓紧固密封。
8. 如权利要求5所述的前置式轴径向合成塔，其特征在于：整个床层催化剂成连续相。
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