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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