專利名稱：帶有新型氣體分布器的等溫型低壓合成塔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于冷管型氣-固相反應(yīng)器，特別適合低壓甲醇合成，也可用于氨、二甲醚的合成反應(yīng)。
背景技術(shù)：
低壓甲醇合成，由于合成壓力低，綜合能耗較低，因此，大規(guī)模生產(chǎn)甲醇國內(nèi)外普遍采用低壓合成，合成壓力為5～10MPa。采用銅基催化劑，反應(yīng)溫度200～280℃，空速6000～10000h-1。
甲醇合成反應(yīng)放熱量大，而甲醇催化劑耐熱性差，活性溫度范圍較窄。低壓下合成甲醇轉(zhuǎn)化率又較高壓下低。催化劑裝量大。因此，低壓甲醇合成塔不僅要求催化劑床層溫差小，轉(zhuǎn)化率高，催化劑壽命長，操作方便，而且為提高設(shè)備生產(chǎn)強度盡可能提高催化劑裝填系數(shù)。
目前，低壓甲醇塔主要有英國ICI絕熱型冷激式和德國Lurgi管殼式低壓甲醇合成塔，國內(nèi)應(yīng)用的以后者為主。
ICI冷激式甲醇塔采用四段絕熱床層，層間采取三次冷激。這種型式的甲醇塔雖然結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)能力較大，但是床層軸向溫差大，而且為降溫加入冷激氣，使出口氣濃度下降，從而降低了合成效率，空時得率較低，催化劑壽命也短。
Lurgi管殼式甲醇塔采取列管式結(jié)構(gòu)，管程裝填催化劑，殼程用沸騰水移熱。結(jié)構(gòu)見圖1。在受壓外筒(1.1)中焊有上、下管板(1.3)、(1.4)，列管(1.2)上、下端分別固定在管板上。管內(nèi)裝填催化劑，管外即殼程下部進水，反應(yīng)熱被管外沸騰水移熱，產(chǎn)生的蒸汽從上部引出。該型式催化劑床層溫差較小，操作比較平穩(wěn)，轉(zhuǎn)化率也較高，還能副產(chǎn)中壓蒸汽。但由于殼程占據(jù)很大空間，催化劑裝填系數(shù)小(僅～35％)，設(shè)備投資大，同時為解決熱膨脹應(yīng)力問題必須采用二種不同膨脹系數(shù)的特殊不銹鋼材質(zhì)，且管材需進口，設(shè)備造價高。
近年來，杭州林達公司開發(fā)的U形管均溫型低壓甲醇塔，結(jié)構(gòu)見圖2(專利號00208802.9)。該塔已取得初步成效。均溫型甲醇塔在外筒(2.2)內(nèi)上部焊有隔板(2.1)，采用U形冷管膽(2.3)，其上端進氣管用填料密封在隔板(2.1)上，下部支撐在支承架(2.4)上。冷管外裝填催化劑，床層的反應(yīng)熱由冷管內(nèi)氣體移走。
盡管均溫型甲醇塔比ICI冷激塔取得了較明顯的效果，但仍存在床層溫度分布不夠理想，尤其是進氣流體分布不均的問題。
均溫型塔的專利中塔進氣未設(shè)氣體分布器，這會影響到流體的均勻分布，尤其是隨著生產(chǎn)裝置日趨大型化，放大效應(yīng)更為嚴(yán)重，這個問題更為顯得突出。雖然在后來的生產(chǎn)中均溫型塔加設(shè)了如圖3所示的氣體分布器，其中三塊開孔的平面擋板(3.2)和不開孔的底部擋板(3.3)，由若干筋板(3.1)焊接固定在塔進口管下，但此種結(jié)構(gòu)布氣顯然也是不夠合理的。另外，在均溫型甲醇合成塔中無催化劑自卸裝置。

發(fā)明內(nèi)容為了克服已有技術(shù)中的甲醇合成塔進氣流體分布不均、合成效率較低的不足，本實用新型提供一種進氣流體均勻分布、合成效率高的帶有新型氣體分布器的等溫型低壓合成塔。
本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種帶有新型氣體分布器的等溫型低壓合成塔，包括外筒、內(nèi)件，該外筒包括上封頭、筒體、下封頭，該內(nèi)件包括隔板、冷管膽、支承圈，所述的上封頭設(shè)有進氣管，所述的下封頭設(shè)有出氣管；所述的冷管膽設(shè)有引氣管，所述的引氣管用填料函密封在隔板上，通常推薦采用膨脹石墨填料圈密封，該冷管膽外可裝催化劑，該冷膽管位于支承圈上，該支承圈與外筒筒壁固接，所述的外筒還包括氣體分布器，所述的氣體分布器位于上封頭內(nèi)，所述的氣體分布器與進氣管連接，所述的隔板與筒體、上封頭之間可拆卸地連接。
進一步，所述的隔板與筒體、上封頭之間采用榫槽式法蘭連接，不銹鋼纏繞墊片螺栓緊固密封。
進一步，所述的氣體分布器包括不少于兩塊多孔板，所述的各個多孔板上下串接。
再進一步，所述的氣體分布器的多孔板為球形，上部的球形多孔板的面積大于相鄰下部球形多孔板的面積。
更進一步，所述的冷管膽為單管折流式等溫型冷管膽，還包括上環(huán)管、并流冷管、逆流冷管、下環(huán)管，所述的上環(huán)管與引氣管連通，所述的下環(huán)管位于支承圈上，所述的引氣管、上環(huán)管、并流冷管、下環(huán)管、逆流冷管依次形成氣流通道。
所述的下封頭還設(shè)有卸料管，下封頭內(nèi)裝有氧化鋁球，與冷管膽內(nèi)的催化劑成連續(xù)相。
所述的逆流冷管的數(shù)量少于并流冷管，其占總數(shù)的34～47％，冷管比傳熱面積20～46m2/m3。
冷管膽采用上、下、內(nèi)、外多重環(huán)管結(jié)構(gòu)，環(huán)管數(shù)≥6。
氣體分布器由三塊球形多孔板組成，上擋板、中擋板中間開有大進氣孔，其余布滿小孔，開孔率為10～22％；下?lián)醢彘_有小孔，開孔率比上擋板小，擋板周邊夾角為60°＜α＜120°。
所述的下封頭內(nèi)設(shè)有圓筒形多孔擋板，該多孔擋板位于出氣管的上方。
本實用新型的有益效果主要表現(xiàn)在(1)、具有流體均勻分布以減少氣體的返混與死角，以充分利用反應(yīng)器的空間；(2)、床層溫差小，基本無平面溫差，軸向溫差較小，溫度分布理想，容積利用系數(shù)及生產(chǎn)強度較高；(3)、冷管能自由伸縮，結(jié)構(gòu)簡單可靠；(4)、操作穩(wěn)定，易于調(diào)節(jié)，觸媒壽命長，冷管膽又可單獨吊出，催化劑能自卸，裝卸非常方便；(5)、與管殼型低壓甲醇塔相比，冷管比傳熱面小，又不需特殊的不銹鋼冷管，筒體的材質(zhì)要求也相應(yīng)降低，投資將近節(jié)省一半。


圖1是背景技術(shù)中的Lurgi管殼式甲醇塔示意圖。
圖2是背景技術(shù)中的U形管均溫型低壓甲醇塔示意圖。
圖3是背景技術(shù)中的U形管均溫型低壓甲醇塔的氣體分布器示意圖。
圖4是本實用新型的帶有新型氣體分布器的等溫型低壓合成塔示意圖。
圖5是本實用新型的氣體分布器結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步描述。
參照圖4、圖5，本實用新型合成塔由外筒和內(nèi)件二大部件組成，外筒包含氣體分布器(1)、上封頭(2)、筒體(6)、下封頭(13)；內(nèi)件包含隔板(4)、冷管膽(7)、支承圈(12)，其中冷管膽(7)由引氣管(3)、上環(huán)管(5)、并流冷管(8)、逆流冷管(9)、下環(huán)管(11)組焊而成，通過支承圈(12)支撐在外筒壁上，冷管外裝填催化劑(10)。上封頭(2)頂部焊有進氣管a，下封頭(13)底部焊有出氣管b，在其上方焊有擋板(14)，在下封頭擋板外圍還焊接卸料管c。上封頭(2)與隔板(4)、筒體(6)與隔板(4)間通過榫槽式法蘭連接，采用不銹鋼纏繞墊片螺栓緊固密封，下封頭(13)與筒體(6)間焊接。引氣管(3)與隔板(4)間采取膨脹石墨圈填料函密封。氣體分布器(1)包括三塊球形多孔板，所述的各個球形多孔板上下串接，上部的球形多孔板的面積大于相鄰下部球形多孔板的面積，上擋板(15)、中擋板(16)中間開有大進氣孔，其余布滿小孔，開孔率為10～22％，下?lián)醢?17)不開大孔，小孔開孔率比上者略小。
在裝填催化劑前先打開外筒頂蓋即上封頭(2)，取出隔板(4)。再在冷管膽(7)下方填滿氧化鋁球，然后裝填催化劑(10)至近逆流冷管(9)口，蓋上隔板(4)，在其填料函處安裝填料。最后吊裝上封頭(2)，安裝密封填料，用螺栓緊固。更換催化劑，只要打開卸料口c，催化劑即隨氧化鋁球同時卸出。
正常生產(chǎn)時，經(jīng)預(yù)熱至一定溫度后的原料氣從進氣口a入塔，氣體通過引氣管(3)、上環(huán)管(5)，經(jīng)并流冷管(8)預(yù)熱至下環(huán)管(11)混合后分布到逆流冷管(9)進一步預(yù)熱，氣體上升到催化劑層(10)反應(yīng)，自上而下流動，邊反應(yīng)邊移熱，直至冷管膽(7)底部出床層，通過氧化鋁球從出氣口b出塔。床層溫度控制在～240℃。
本實用新型采用單管折流式的等溫型冷管膽結(jié)構(gòu)，且逆流冷管少于并流冷管，其占總數(shù)的34～47％，冷管比傳熱面積20～36m2/m3。合成塔內(nèi)無絕熱床層。冷管膽(7)采用上、下、內(nèi)、外多重環(huán)管結(jié)構(gòu)，環(huán)管數(shù)≥6。合成塔內(nèi)不設(shè)熱交換器，入塔氣需預(yù)熱后才能進入。冷管膽(7)下方裝填氧化鋁球與其上的催化劑(10)成連續(xù)相，可從卸料管c自動卸出。
圖5為新型氣體分布器結(jié)構(gòu)圖，它由球形上擋板(2)、中擋板(3)、下?lián)醢?4)組成，用8塊筋板(1)焊接固定在甲醇塔球形封頭進氣管下面。上、中擋板中間開有大進氣孔(小于合成塔進氣孔)，其余布滿小孔，根據(jù)流體力學(xué)計算，開孔率宜為10～22％，下?lián)醢宀婚_大孔，小孔開孔率比上者略小。封頭與上擋板及三塊擋板之間的距離比為6∶7∶8。擋板周邊夾角為70°。
DN2800等溫冷管型低壓甲醇合成塔裝填XNC-98型銅催化劑37.6m3，冷管面積850m2，進塔氣量300000Nm3/h，入塔氣CO12.0％，CO23.2％，H266.8％，N26.8％，CH44.7％，CH3OH0.5％，壓力5.0MPa，反應(yīng)溫度240℃(前期)～270℃(后期)，床層徑向溫差＜5℃，軸向溫差≤10℃，年產(chǎn)甲醇20萬噸。該塔產(chǎn)量可與DN4000管殼式低壓甲醇塔相當(dāng)，容積利用系數(shù)提高近一倍。
權(quán)利要求1.一種帶有新型氣體分布器的等溫型低壓合成塔，包括外筒、內(nèi)件，該外筒包括上封頭、筒體、下封頭，該內(nèi)件包括隔板、冷管膽、支承圈，所述的上封頭設(shè)有進氣管，所述的下封頭設(shè)有出氣管；所述的隔板上密封分布有冷管膽的引氣管，所述冷管膽外可裝催化劑，該冷膽管位于支承圈上，該支承圈與外筒筒壁固接，其特征在于所述的外筒還包括氣體分布器、所述的氣體分布器位于上封頭內(nèi)，所述的氣體分布器與進氣管連接，所述的隔板與筒體、上封頭之間可拆卸地連接。
2.如權(quán)利要求1所述的帶有新型氣體分布器的等溫型低壓合成塔，其特征在于所述的隔板與筒體、上封頭之間采用榫槽式法蘭連接，不銹鋼纏繞墊片螺栓緊固密封。
3.如權(quán)利要求1所述的帶有新型氣體分布器的等溫型低壓合成塔，其特征在于所述的氣體分布器包括不少于兩塊多孔板，所述的各個多孔板上下串接。
4.如權(quán)利要求3所述的帶有新型氣體分布器的等溫型低壓合成塔，其特征在于所述的氣體分布器的多孔板為球形，上部的球形多孔板的面積大于相鄰下部球形多孔板的面積。
5.如權(quán)利要求1～4之一所述的帶有新型氣體分布器的等溫型低壓合成塔，其特征在于所述的冷管膽為單管折流式等溫型冷管膽，還包括上環(huán)管、并流冷管、逆流冷管、下環(huán)管，所述的上環(huán)管與引氣管連通，所述的下環(huán)管位于支承圈上，所述的引氣管、上環(huán)管、并流冷管、下環(huán)管、逆流冷管依次形成氣流通道。
6.如權(quán)利要求1～4之一所述的帶有新型氣體分布器的等溫型低壓合成塔，其特征在于所述的下封頭還設(shè)有卸料管，下封頭內(nèi)裝有氧化鋁球，與冷管膽內(nèi)的催化劑成連續(xù)相。
7.如權(quán)利要求5所述的帶有新型氣體分布器的等溫型低壓合成塔，其特征在于所述的逆流冷管的數(shù)量少于并流冷管，其占總數(shù)的34～47％，冷管比傳熱面積20～46m2/m3。
8.如權(quán)利要求5所述的帶有新型氣體分布器的等溫型低壓合成塔，其特征在于冷管膽采用上、下、內(nèi)、外多重環(huán)管結(jié)構(gòu)，環(huán)管數(shù)≥6。
9.如權(quán)利要求4所述的帶有新型氣體分布器的等溫型低壓合成塔，其特征在于氣體分布器由三塊球形多孔板組成，上擋板、中擋板中間開有大進氣孔，其余布滿小孔，開孔率為10～22％；下?lián)醢彘_有小孔，開孔率比上擋板小，封頭與上擋板及三塊擋板之間的距離比為6∶7∶8，擋板周邊夾角為60°＜α＜120°。
10.如權(quán)利要求1所述的帶有新型氣體分布器的等溫型低壓合成塔，其特征在于所述的下封頭內(nèi)設(shè)有圓筒形多孔擋板，該多孔擋板位于出氣管的上方。
專利摘要一種帶有新型氣體分布器的等溫型低壓合成塔，包括外筒、內(nèi)件，該外筒包括上封頭、筒體、下封頭，該內(nèi)件包括隔板、冷管膽、支承圈，所述的上封頭設(shè)有進氣管，所述的下封頭設(shè)有出氣管；所述的冷管膽的引氣管用填料函密封在隔板上，該冷管膽外可裝催化劑，該冷膽管為多重環(huán)管的單管折流式，位于支承圈上，該支承圈與外筒筒壁固接，所述的外筒還包括新型氣體分布器、所述的氣體分布器位于上封頭內(nèi)，所述的氣體分布器與進氣管連接。本實用新型提供一種進氣流體均勻分布、合成效率高的帶有新型氣體分布器的等溫型低壓合成塔。
文檔編號B01J8/02GK2740281SQ200420110699
公開日2005年11月16日 申請日期2004年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月25日
發(fā)明者陳運根, 劉華彥, 董誼仁, 談志人, 周友明 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)