專利名稱：一種新型u形管式等溫型低壓甲醇合成塔的制作方法
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)。
國外低壓甲醇塔主要有英國ICI絕熱型冷激式和德國Lurgi管殼式，最近也有采用單管逆流式冷管甲醇塔與前者串聯(lián)使用的。
目前國內(nèi)在用的低壓甲醇塔型式主要是管殼式，此外有單管折流式或U形管的冷管式，其中U形管式低壓甲醇塔在哈爾濱氣化廠用得不錯，生產(chǎn)能力可比冷激塔提高50％。
但是該塔的冷管膽是支撐在底部支架上，支架又焊于外筒壁。因此，對于U形冷管中的下行冷管二端固定，存在一定的熱應(yīng)力，容易造成冷管與環(huán)管焊縫處拉裂，嚴重影響生產(chǎn)。
之外，目前隨著生產(chǎn)能力擴大，合成塔直徑增大到2～4m，塔進口處不加氣體分布器也影響到氣流的均布，從而影響反應(yīng)。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的弊病，改變冷管膽支撐方式，使冷管伸縮自由，盡可能減小熱應(yīng)力，從而提高冷管膽的可靠性，避免生產(chǎn)事故的發(fā)生。之外，增加氣流均布裝置，改善傳熱、傳質(zhì)狀況，提高合成效率。本實用新型提供一種新型U型管式等溫型低壓甲醇合成塔。
本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的關(guān)鍵技術(shù)，一是采用帶雙環(huán)管U形冷管膽；二是冷管膽采取懸掛式支撐；三是合成塔進口管下增設(shè)新型氣體分布器。
具體的技術(shù)方案是一種新型U型管式等溫型低壓甲醇合成塔，包括外筒、內(nèi)件，該外筒包括上封頭、筒體、定位環(huán)、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，所述的下封頭底部設(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，采用膨脹石墨填料圈密封。該冷管膽外裝催化劑，該冷管膽用支承圈支撐在焊于外筒內(nèi)壁的定位環(huán)上，定位環(huán)位于冷管膽環(huán)管的下方，以懸掛支撐冷管膽。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。
進一步，所述的隔板與筒體、上封頭之間采用榫槽面法蘭連接，不銹鋼纏繞墊片螺栓緊固密封。
進一步，所述的冷管膽為U形管式冷管膽，它包括引氣管、環(huán)管和冷管，冷管為“U”字形，即與環(huán)管連通的一段稱下行管，經(jīng)過彎頭往上通向床層頂部的一段稱上行冷管。所述的環(huán)管與引氣管連通，引氣管、環(huán)管、下行冷管、上行冷管依次形成氣流通道。
再進一步，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。
更進一步，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。
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。
所述的冷管比傳熱面積20～46m2/m3。
冷管膽采用內(nèi)、外多重環(huán)管結(jié)構(gòu)，環(huán)管數(shù)≥3。
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)更加簡單可靠；(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是本實用新型的新型U形管式等溫型低壓甲醇合成塔示意圖。
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1，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)、定位環(huán)(9)、下封頭(13)；內(nèi)件包含隔板(4)、冷管膽(7)、支承圈(8)，其中冷管膽(7)由引氣管(3)、環(huán)管(5)、下行冷管(10)、上行冷管(11)組焊而成，通過支承圈(8)支撐在焊于外筒內(nèi)壁的定位環(huán)(9)上，冷管外裝填催化劑(12)。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)間均通過凹凸面法蘭連接，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。
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(12)至近上行冷管(11)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)、環(huán)管(5)，經(jīng)下行冷管(10)預(yù)熱至下部彎頭處再折流到上行冷管(11)進一步預(yù)熱，氣體上升到催化劑層(12)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U形管式等溫型冷管膽結(jié)構(gòu)，且下行冷管等于上行冷管，冷管比傳熱面積20～46m2/m3。合成塔內(nèi)無絕熱床層。冷管膽(7)采用內(nèi)、外多重環(huán)管結(jié)構(gòu)，環(huán)管數(shù)≥3。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(12)成連續(xù)相，可從卸料管c自動卸出。
DN2800新型U形管式等溫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，容積利用系數(shù)提高近一倍。
權(quán)利要求1.一種新型U形管式等溫型低壓甲醇合成塔，包括外筒、內(nèi)件，該外筒包括上封頭、筒體、定位環(huán)、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，所述的下封頭底部設(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，冷管膽外裝催化劑，該冷膽管用支承圈支撐在焊于外筒內(nèi)壁的定位環(huán)上，定位環(huán)位于冷管膽環(huán)管的下方，以懸掛支撐冷管膽，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)，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所述的新型U形管式等溫型低壓甲醇合成塔，其特征在于所述的隔板與筒體、上封頭之間采用榫槽面法蘭連接，不銹鋼纏繞墊片螺栓緊固密封。
3.如權(quán)利要求1所述的新型U形管式等溫型低壓甲醇合成塔，其特征在于所述的冷管膽為U形管式等溫型冷管膽，還包括引氣管、環(huán)管、下行冷管、上行冷管，所述的環(huán)管與引氣管連通，所述的引氣管、環(huán)管、下行冷管、上行冷管依次形成氣流通道。
4.如權(quán)利要求1所述的新型U形管式等溫型低壓甲醇合成塔，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。
5.如權(quán)利要求4所述的新型U形管式等溫型低壓甲醇合成塔，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。
6.如權(quán)利要求1～4所述的新型U形管式等溫型低壓甲醇合成塔，其特征在于所述的冷管膽的引氣管用填料函密封在隔板上，采用膨脹石墨填料圈密封。
7.如權(quán)利要求1～4之一所述的新型U形管式等溫型低壓甲醇合成塔，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。
8.如權(quán)利要求3所述的新型U形管式等溫型低壓甲醇合成塔，其特征在于所述的下行冷管的數(shù)量等于上行冷管，冷管比傳熱面積20～46m2/m3。
9.如權(quán)利要求3所述的新型U形管式等溫型低壓甲醇合成塔，其特征在于冷管膽采用內(nèi)、外多重環(huán)管結(jié)構(gòu)，環(huán)管數(shù)≥3。
10.如權(quán)利要求1所述的新型U形管式等溫型低壓甲醇合成塔，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。
專利摘要一種新型U形管式等溫型低壓甲醇合成塔，包括外筒、內(nèi)件，該外筒包括上封頭、筒體、定位環(huán)、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，所述的下封頭底部設(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，該冷管膽外裝催化劑，該冷膽管為多重環(huán)管的U形管式，用支承圈支撐在焊于外筒內(nèi)壁的定位環(huán)上，以懸掛支撐冷管膽。所述的外筒內(nèi)還包含新型氣體分布器，所述的氣體分布器位于上封頭內(nèi)，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、結(jié)構(gòu)簡單可靠、制造成本低的新型U形管式等溫型低壓甲醇合成塔，適用于大型化甲醇合成裝置。
文檔編號B01J8/02GK2770772SQ20052010064
公開日2006年4月12日 申請日期2005年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月22日
發(fā)明者劉華彥, 陳運根 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)