CN2477267Y - 等温高效自卸式甲醇合成塔内件 - Google Patents

Abstract

一种等温高效自卸式甲醇合成塔内件,触媒筐采用气体先并流后逆流分配、汇集、受力均匀的上、下双双环管结构冷管胆,基本无绝热层;换热器采用流速低、阻力小、循环气量大、生产强度高的多通道螺旋板式结构;触媒筐盖板与卸料管底部采用可卸结构便于催化剂装入和自卸。该内件具有催化剂床层温度等温性好,传热效率高,合成率高,阻力小,生产能力大,催化剂装填量大、使用寿命长、装卸方便,操作方便,结构简单安全可靠等优点。

Description

等温高效自卸式甲醇合成塔内件

本实用新型属于冷管型气固相催化反应器，主要用于甲醇合成反应和氨合成反应，尤其适用于联醇或单醇生产的场合。

本实用新型作出之前，一般合成氨厂使用的传统冷管型合成塔内件主要有双套管、并流三套管、单管逆流、单管并流及U型管式等，且以单管双环管并流式内件为多。合成塔内件由触媒筐和换热器二大部件构成。触媒筐内设置冷管，冷管外填装催化剂。各种冷管型合成塔的差异主要在于冷管型式的不同。底部换热器利用出触媒筐床层的高温气体预热入塔气体，床层内气体反应放出的热量依靠冷管的连续换热移出。不同型式及数量的冷管都是围绕着床层温度最佳分布而进行设置的。

不少传统甲醇合成塔内件是沿用氨合成塔内件。由于甲醇与氨合成反应的特点及使用的催化剂性能有着较大的差异：甲醇合成反应热大，床层顶、底部的反应速度甲醇不如氨合成相差悬殊，甲醇催化剂对热尤其敏感，过热极易失活而且加剧副反应。因此氨合成塔设计要求床层温度尽可能接近最适宜温度曲线分布，以获得最大的氨净值，而甲醇合成塔则要求床层轴向温差尽可能小，即等温性要求更高。对于单管逆流式冷管下部冷管移热能力过强，而单管并流式冷管则相反，上部冷管移热能力过强，都与甲醇合成反应不相适应，因而床层轴向温差都较大(一般为40℃～60℃，最高可达100℃)，不利于反应，催化剂的寿命也短。双环管结构冷管的焊缝容易拉裂。双套管和U型管式实际使用情况也不理想。现有不少合成塔内件采用双通道螺旋板换热器，由于通道小、流速高、阻力大易出现堵塞、压瘪问题。

德国Lurgi公司的等温型甲醇合成塔采用管壳式结构，管内填装催化剂，进行气固相反应，管间用水移热。该塔床层温差小，但触媒装卸麻烦，装填量又少，造价也高。

此外，甲醇催化剂除易过热衰老外，还极易被微量硫化物中毒，受气质条件限制一般厂家催化剂的寿命仅3至4个月，更换比较频繁。而传统的甲醇合成塔由于触媒筐和换热器采取焊接固定，催化剂只能待内件吊出后用气割打开筐盖后从顶部倒出，费工费时且劳动强度大。

本实用新型的目的是克服现有技术的弊端，提供一种床层温度分布更为理想、反应效率高、催化剂寿命长、结构更加可靠、装卸更为方便的等温型自卸高效的甲醇合成塔内件。

图1为等温高效自卸式甲醇合成塔内件结构示意图：

其中1—内环管、2—催化剂床层、3—中心管、4—触媒筐筒体、5—并流冷管、6—触媒筐保温套、7—逆流冷管、8—外环管、9—测温套管、10—冷副管、11—集气盒、12—引气管、13—密封垫圈、14—触媒筐盖板、15—锥形花板、16—螺旋板换热器、17—卸料管。

本实用新型由触媒筐和换热器二大部件组成。触媒筐包含：1—内环管、2—催化剂床层、3—中心管、4—触媒筐筒体、5—并流冷管、6—触媒筐保温套、7—逆流冷管、8—外环管、9—测温套管、10—冷副管、11—集气盒、12—引气管、13—密封垫圈、14—触媒筐盖板、15—锥形花板、17—卸料管等。由引气管—12、逆流冷管—7、并流冷管—5及内环管—1、外环管—8组焊而成冷管胆，且逆流冷管和并流冷管间隔排列。引气管—12、中心管—3上端采用填料函结构在触媒筐盖板—14上进行密封，又可允许伸缩。4—触媒筐筒体与14—触媒筐盖板、11—集气盒之间通过凹凸法兰连接，螺栓紧固，采用膨胀石墨垫圈密封。换热器采用高效的螺旋板式。为降低螺旋板的阻力，本实用新型采用6～12通道(冷、热通道各半)，3～8m/s低流速操作，高湍流传热。触媒筐设置在螺旋板换热器的上方。部件之间采取焊接。内件材料为1Cr18Ni9Ti或0Cr18Ni10Ti不锈钢。

主线气体经甲醇合成塔外筒与甲醇合成塔内件的环隙进入螺旋板换热器-16的冷通道预热，然后从中心管—3上升至集气盒—11，再折流进入引气管—12，经上环管—1、8将气体分布至各并流冷管—5，管内气体被管外反应气进一步预热，同时移走床层的反应热。气体在管内自上而下流动汇集于下环管—1、8后又折流至各逆流冷管—7，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。出逆流冷管—7的气体从顶部进入催化剂床层，气体中的碳氧化物和氢不断合成为甲醇。反应气自上而下流动，从锥形花板—15离开触媒筐进入螺旋板换热器—16的热通道，将热量传给冷通道内的主线气体，冷却后的反应气从甲醇合成塔外筒的底部出合成塔。副线气体从触媒筐顶部的冷副管—10进入集气盒—11，与从中心管—3上升而耒的在螺旋板换热器冷通道内初步预热过的主线气体合并进入引气管—12，用于调节床层的温度。

床层气体反应放出的热量是被并流冷管和逆流冷管内耒自螺旋板换热器—16冷通道内经初步预热的冷气体先并流后逆流换热后适当地移走。独特的冷管结构和合理的设计参数从而保证催化剂床层的等温性。为增强泠管焊缝结构的可靠性，本实用新型采用双双环结构(即二个外环管、二个内环管)。打开触媒筐盖板，催化剂即可从触媒筐顶部装入筐内，更换催化剂时，只需把卸料管底部的密封件打开催化剂即可自行卸出。

本实用新型触媒筐冷管比传热面积为18～25米²/米³催化剂，其中逆流冷管占30～45％，而且无上绝热层，下绝热层占总床层高度＜5％。螺旋板换热器比传热面积为8～20米²/米³催化剂。

本实用新型与现有技术相比有以下显著优点：

1、冷管结构及参数合理，床层等温性好，有利于甲醇合成反应，转化率高，副反应少，又有利于延长内件及催化剂寿命。

2、采用高效螺旋板换热器，催化剂装填量大，传热效率高，生产能力大。

3、采取6～12多通道螺旋板换热器，流速低，阻力小，循环气量大，生产强度高。

4、采取上、下双双环管结构，气体的分配、汇集及受力均匀，增加了使用的安全性和可靠性。

5、采取触媒筐盖板膨胀石墨垫圈密封及卸料管底部的自卸结构，利于催化剂的装卸。

Claims (7)

1、一种等温型自卸式甲醇合成塔内件，其特征在于：由触媒筐和换热器二大部件组成；触媒筐包含：1—内环管、2—催化剂床层、3—中心管、4—触媒筐筒体、5—并流冷管、6—触媒筐保温套、7—逆流冷管、8—外环管、9—测温套管、10—冷副管、11—集气盒、12—引气管、13—密封垫圈、14—触媒筐盖板、15—锥形花板、17—卸料管等；由引气管—12、逆流冷管—7、并流冷管—5及内环管—1、外环管—8组焊而成冷管胆，且逆流冷管和并流冷管间隔排列；引气管—12、中心管—3上端采用填料函结构在触媒筐盖板—14上进行密封；触媒筐设置在螺旋板换热器—16的上方；催化剂填装在触媒筐内。

2、如权利要求1所述的甲醇合成塔内件，其特征在于：螺旋板换热器为6～12通道螺旋板(冷、热通道各半)，采用低流速3～8m/s，比传热面积为8～20米²/米³催化剂。

3、如权利要求1所述的甲醇合成塔内件，其特征在于：冷管换热气体流向采用折流(先并流后逆流)；冷管总比传热面积为18～25米²/米³催化剂，其中逆流冷管占30～45％。

4、如权利要求1所述的甲醇合成塔内件，其特征在于：触媒筐内无上绝热层，下绝热层占总床层高度＜5％。

5、如权利要求1所述的甲醇合成塔内件，其特征在于：触媒筐内的环管采用上下双双环管结构。

6、如权利要求1所述的甲醇合成塔内件，其特征在于：触媒筐筒体—4与触媒筐盖板—14、集气盒—11之间通过凹凸法兰连接，螺栓紧固，采用膨胀石墨垫圈密封结构以及底部有可卸密封件结构的卸料管—17。

7、如权利要求1所述的甲醇合成塔内件，其特征在于：甲醇合成塔内件材料为1Cr18Ni9Ti或0Cr18Ni10Ti不锈钢。