專利名稱：：一種組合反應(yīng)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實(shí)用新型是一種催化反應(yīng)設(shè)備，用于流體催化反應(yīng),熱過程，屬化學(xué)工程領(lǐng)域，特別適用于合成甲醇、二甲醚、甲烷化、F-T反應(yīng)、BbS氣化等強(qiáng)放熱反應(yīng)過程。背錄技術(shù)對(duì)于如甲醇合成、合成氣制二甲醚、甲烷化、F-T反應(yīng)、H2S氧化等一些強(qiáng)放熱反應(yīng)，為了提高反應(yīng)效率，需要在反應(yīng)同時(shí)移出反應(yīng)熱，例如Lurgi管殼式甲醇塔用殼程水移走反應(yīng)管中的反應(yīng)熱，若以Qa表示反應(yīng)熱，QE表示向冷卻劑傳出熱，當(dāng)Qk-Qe吋即可等溫反應(yīng)，傳出熱大小可表示為QE=KFAT，式中K是傳熱系數(shù)，F(xiàn)是傳熱面積，AT是反應(yīng)氣和冷卻劑之間的傳熱溫差?，F(xiàn)有的催化反應(yīng)器設(shè)計(jì)理論(見朱炳辰編，催化反應(yīng)工程，中國(guó)石化出版社，2000年2月，8218~8219)提出"載熱體與催化床的溫差宜小，但又必須移走反應(yīng)過程中釋放的大量熱量，這就要求有大的傳熱面積和大的傳熱系數(shù)"，"管外冷卻劑如為加壓水氣化或熔鹽，則可不計(jì)入冷卻劑的溫度變化"，即在管殼式反應(yīng)器設(shè)計(jì)中，在催化劑全床層換熱中冷卻劑溫度不變。但用增加傳熱面積F受到結(jié)構(gòu)的限制，管殼式比冷面即一立方米催化劑換熱面積已離達(dá)120多平方米，難以再提高。因此采用提髙進(jìn)塔氣量和氣體線速度，以便及時(shí)把反應(yīng)熱帶出塔外防止"超溫"和"飛溫"，為此需采用高達(dá)510倍多于原料氣的循環(huán)氣(即循環(huán)比)來降低進(jìn)合成塔氣體中有效氣，否則快速反應(yīng)速度產(chǎn)生的強(qiáng)反應(yīng)熱會(huì)使催化劑過熱失活，伹高的循環(huán)比需要增加相應(yīng)的甲醇合成圏的設(shè)備和管道投資，并增加動(dòng)力和能耗。計(jì)算表明用煤為原料使用Shell粉煤氣化或Tex狄o水煤漿氣化制得的合成氣，采用低循環(huán)比時(shí)出合成塔的甲醇含量可達(dá)50%多，而現(xiàn)有典型的甲醇合成出塔甲醇含量只有5%左右，僅為上述的十分之一，文獻(xiàn)表明"如采用Lurgi法循環(huán)比為5，出塔甲醇含量5~6%;采用ICI法循環(huán)比為10,出塔甲醇含量3~4%"(宋維端等編著，甲醇工學(xué)，化學(xué)工業(yè)出版社，1991.1,8178)，髙循環(huán)比增加了工業(yè)裝置大型化的難度和投資。本實(shí)用新型的任務(wù)是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供實(shí)現(xiàn)低循環(huán)比，.在高濃度原料氣、高反應(yīng)速度下高效節(jié)能反應(yīng)設(shè)備。以下說明中從反應(yīng)器的進(jìn)口到出口氣體反應(yīng)過程前后中統(tǒng)稱為反應(yīng)氣。
發(fā)明內(nèi)容由于催化反應(yīng)在催化劑上并不按前后相等速度進(jìn)行，一般反應(yīng)器前部離平衡遠(yuǎn)，反應(yīng)速度快，放出反應(yīng)熱也多，后部隨反應(yīng)接近平衡，反應(yīng)速度減慢，放出反應(yīng)熱也少，而如前所述現(xiàn)有的管殼式水冷反應(yīng)器，冷卻劑的溫度前后一樣，這樣如果降低冷卻劑溫度，加大傳熱溫差A(yù)T,達(dá)到上部或前部高反應(yīng)速度和強(qiáng)反應(yīng)熱QR的移熱要求，則反應(yīng)器下部或后部反應(yīng)熟Qk減小，QeX^造成反皮溫度下降，使反應(yīng)速度進(jìn)一步減慢直到催化劑活性以下就停止反應(yīng)，因此難以做到前后部反應(yīng)都在最佳反應(yīng)溫度下進(jìn)行的兩全其美的辦法。本發(fā)明針對(duì)這一根本矛盾，突破現(xiàn)有用同一溫度的冷卻劑，而采用反應(yīng)器不同區(qū)段采用不同溫度冷卻劑來解決，使反應(yīng)中換熱按反應(yīng)熱移出的大小需要設(shè)計(jì)，具體可按反應(yīng)氣在催化劑層中流動(dòng)方向順序劃分為前后多個(gè)塊區(qū)，由冷卻劑通過換熱管來間接換熱，對(duì)于像甲醇合成反應(yīng)，反應(yīng)溫度在180'C300"C范圍內(nèi)，可采用加壓熱水作載熱體，在反應(yīng)器內(nèi)液體汽化吸熱遠(yuǎn)髙于冷卻介質(zhì)溫升吸收的顯熱，對(duì)于更高反應(yīng)溫度則需用揮發(fā)性低的礦物油、導(dǎo)熱油或熔鹽作冷卻劑，把熱量通過冷卻循環(huán)回路帶到汽包中產(chǎn)生蒸氣回收熱量。用水作冷卻劑時(shí)載熱體移去甲醇合成反應(yīng)熱同時(shí)直接副產(chǎn)蒸汽時(shí)，甲醇催化劑可以裝在換熱管內(nèi)即如同Lurgi管殼式反應(yīng)器，這時(shí)換熱管為反應(yīng)管，反應(yīng)管外殼程為鍋爐水，催化劑也可裝在換熱管外，這時(shí)換熱管為水管即水管式反應(yīng)器，水管可以是列管式、螺旋式，也可以橫向水管即臥式水冷甲醇塔。一是前后不同催化劑塊區(qū)采用分組換熱管，每組換熱管可根據(jù)需要與不同汽化壓力、汽化溫度的一個(gè)汽包連通，例如反應(yīng)前期位于反應(yīng)前部換熱管中低壓低溫下汽化，增加傳熱溫差A(yù)T強(qiáng)化傳熱，解決反應(yīng)前部反應(yīng)速度快、反應(yīng)熱特大的問題；位于反應(yīng)后部催化反應(yīng)速度和反應(yīng)熱減少，換熱水管汽化壓力和溫度相應(yīng)提高，減小傳熱溫差A(yù)T,避免因后部反應(yīng)熱減小，移熱過多，反應(yīng)溫度過低。二是汽包壓力可以調(diào)節(jié)髙低，隨著催化劑使用時(shí)間的增加，催化反應(yīng)向后部推進(jìn)，后部反應(yīng)熱增加時(shí)，也可將后部催化劑中換熱水管汽化壓力降低或與低壓汽包連結(jié)，使后期水管在低溫低壓下氣化加大傳熱溫差和傳熱速度。上述換熱管組和調(diào)壓汽包壓力可根據(jù)需要在0.115MPa之間選取，不同催化反應(yīng)區(qū)塊401、402中，換熱管組501、502與其相連的調(diào)壓汽包61、62壓差可在0.2~8MPa。本實(shí)用新型提供一種組合反應(yīng)設(shè)備，主要由帶封頭的圓筒形殼體l，殼體l上的反應(yīng)氣進(jìn)口2和反應(yīng)氣出口3，催化劑層4、多孔氣體分布器7和多孔集氣板8，催化劑層4中冷卻介質(zhì)移熱的換熱管5組成的反應(yīng)設(shè)備9，裝有蒸汽壓力調(diào)節(jié)閥41、42的汽包61、62，其特征是催化劑層4依反應(yīng)氣流動(dòng)方向順序劃分為前后若干個(gè)催化反應(yīng)塊區(qū)，其中至少有二個(gè)塊區(qū)401、402中分別由換熱管組501、502構(gòu)成換熱反應(yīng)塊區(qū)，各換熱管組由反應(yīng)設(shè)備冷卻介質(zhì)的進(jìn)口管302和出口管301與可獨(dú)立調(diào)節(jié)汽化壓力的汽包62連結(jié)，或進(jìn)口管304和出口管303與可獨(dú)立調(diào)節(jié)汽化壓力的汽包61連結(jié)，構(gòu)成不同汽化壓力和溫度冷卻介質(zhì)循環(huán)回路，反應(yīng)氣依次在催化反應(yīng)塊區(qū)以不同的換熱速度反應(yīng)。在本實(shí)用新型的一個(gè)較好實(shí)例中，所述設(shè)備的汽包61經(jīng)水管71和水泵81，以及帶閥門的水管102、104、106分別與反應(yīng)設(shè)備9內(nèi)換熱管組501、502、503的進(jìn)口管302、304、306連結(jié),換熱管組鄰l、502、503的出口管301、303、305經(jīng)帶閥門的汽水管101、103、105與進(jìn)汽包61的汽水管91連通，連結(jié)汽包61管線上每對(duì)帶閥門的管線101和102、管線103和104、管線105和106上的開關(guān)可控制進(jìn)組合反應(yīng)設(shè)備各組水管流量大小或停流；汽包62經(jīng)水管72和水泵82，以及帶閥門的水管202、水管204、水管206分別與反應(yīng)設(shè)備9內(nèi)換熱管組501、502、503的進(jìn)口管302、304、306連結(jié)，換熱管組501、502、503的出口管301、303、305經(jīng)帶閥門的汽水管201、汽水管203、205與汽包62的汽水管92連通，連結(jié)汽包62管線上每對(duì)帶閥門的管線201和202、管線203和204、管線205和206上的開關(guān)可控制進(jìn)組合反應(yīng)設(shè)備各組水管流量大小或停流，每組換熱管最多只與一只汽包連結(jié)的一對(duì)進(jìn)出口管的閥門開通。上述型式組合反應(yīng)設(shè)備，主要可應(yīng)用于合成甲醇，低碳餛合醇，合成二甲醚，費(fèi)托反應(yīng)制液態(tài)烴和甲烷，乙烯氧化制環(huán)氧乙烷，丙烯氨氧化制丙烯腈，乙烯氣相氧乙?；铣纱姿嵋蚁?，芳烴鄰二甲苯氧化制鄰苯二甲酸酑，H2S氧化制硫磺等強(qiáng)放熱反應(yīng)過程。關(guān)翻圖1是配有二個(gè)汽包的換熱管為U形管的臥式水冷反應(yīng)裝置示意圖。圖2是配有二個(gè)汽包的臥式水冷反應(yīng)裝置示意圖。圖3是配有調(diào)節(jié)閩和二個(gè)汽包的臥式水冷反應(yīng)裝置示意圖。圖4是配有調(diào)節(jié)閥和二個(gè)汽包的立式水冷反應(yīng)裝置示意圖。圖5是并聯(lián)多組換熱水管的徑向塔反應(yīng)器示意圖。圖6是并聯(lián)多組換熱水管的軸向反應(yīng)器示意圖。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)地說明。圖1是有二個(gè)汽包的u形管臥式水冷組合反應(yīng)設(shè)備示意圖。圖中由帶封頭的圓筒形殼體l，殼體1上的反應(yīng)氣進(jìn)口2和反應(yīng)氣出口3，催化劑層4、多孔氣體分布器7和多孔集氣板8，催化劑層4中冷卻介質(zhì)移熱的U形換熱管5，換熱管5兩端有隔板10和U組成反應(yīng)設(shè)備9,裝有蒸汽壓力調(diào)節(jié)閥41、42的汽包61、62，圖中催化劑層4依反應(yīng)氣流動(dòng)方向順序劃分為上下二個(gè)催化反應(yīng)塊區(qū)401、402，二個(gè)塊區(qū)中由換熱管組501、502構(gòu)成換熱反應(yīng)塊區(qū)，換熱管組由U形管組成，U形管開口兩端與聯(lián)箱601、602、603、604、605、606連通。換熱管組501聯(lián)箱602的進(jìn)口管302與汽包62的水管72連結(jié)，換熱管組501聯(lián)箱601的出口管301與汽包62的汽水管92連結(jié)，構(gòu)成第一個(gè)循環(huán)回路；換熱管組502由圖中聯(lián)箱604和605用連通管抑0連通串連(也可以用二個(gè)以上串連)成一個(gè)換熱反應(yīng)塊區(qū)402,換熱管組502聯(lián)箱606的進(jìn)口管304與汽包61的水管71連結(jié)，聯(lián)箱603出口管303與汽包61的汽水管91連結(jié)，構(gòu)成不同汽化溫度冷卻介質(zhì)第二個(gè)循環(huán)回路。反應(yīng)氣由進(jìn)口2進(jìn)入，經(jīng)多孔分布器7進(jìn)入隔板10、ll和反應(yīng)設(shè)備殼體l內(nèi)，依次在催化反應(yīng)塊區(qū)以不同的換熱速度反應(yīng)，圖中當(dāng)用水作換熱介質(zhì)直接副產(chǎn)蒸汽時(shí)汽包61、62為調(diào)壓汽包，當(dāng)反應(yīng)溫度和換熱介質(zhì)溫度要求高時(shí)如300X:以上，也可以用礦物油、導(dǎo)熱油或熔鹽作換熱介質(zhì)，此時(shí)汽包61、62是換熱蒸發(fā)器，換熱介質(zhì)將反應(yīng)熱帶入汽包61、62，再間接換熱傳給蒸發(fā)器管外水產(chǎn)生蒸汽。上述反應(yīng)器中反應(yīng)氣的進(jìn)口2和出口3也可開在簡(jiǎn)體二側(cè)封頭，圖中水管71、72上還連有加水管51、52，換熱管5和底部多孔集氣板8均有支承板支承圖中不再畫出。圖2結(jié)構(gòu)及標(biāo)注和圖1有很多相同，不再具體說明，與圖1不同的一是汽包61、62與組合反應(yīng)設(shè)備換熱管組SOl、502進(jìn)口管302、304線路上各有水泵81、82構(gòu)成二個(gè)汽包和換熱管組間的強(qiáng)制循環(huán)回路，采用水泵提高循環(huán)冷卻介質(zhì)流量，可提高傳熱效果；二是換熱管組是兩端都有聯(lián)箱的直管，圖中有6個(gè)管束，每組管束左右兩端各有一個(gè)聯(lián)箱，左端聯(lián)箱與圖l中一樣分別與進(jìn)出口管連結(jié)，右端相鄰聯(lián)箱701與702用連通管801相連結(jié)，由二個(gè)管束構(gòu)成換熱管組501與汽包62、泵82和管線構(gòu)成第一個(gè)循環(huán)回路，右端相鄰聯(lián)箱703與704、705與706之間分別用連通管802、803連結(jié)，連同左端聯(lián)箱604、605用連通管抑0連結(jié)，由四個(gè)管束構(gòu)成換熱管組502與汽包61、泵81和管線構(gòu)成第二個(gè)循環(huán)回路。上述換熱管組501、502均可根據(jù)需要增加2、4、6……個(gè)管束，上下相鄰聯(lián)箱間用連通管804、805……連結(jié)。8,3是帶有二個(gè)調(diào)壓汽包的臥式反應(yīng)器組合反應(yīng)設(shè)備圖，由臥式反應(yīng)器9和汽包61、62連結(jié)組成，汽包61、62上分別有加水管51、52和帶蒸汽調(diào)節(jié)閥門的出汽管41、42。反應(yīng)器9有殼體1，殼體l上的反應(yīng)氣進(jìn)口2和反應(yīng)氣出口3，殼體1頂部的多孔氣體分布器7和底部的多孔集氣板8，殼體1內(nèi)兩側(cè)隔板10、11間裝有催化劑層4，催化劑層4外多排橫向放置的換熱管組501、502、503組成。圖中換熱管組501、502、503左端分別有聯(lián)箱601、602、603、604、605、606,右端分別有聯(lián)箱701、702、703、704、705、706，右端聯(lián)箱701與702間、聯(lián)箱703與704間、聯(lián)箱705與706間分別用連通管801、802、803連結(jié)，組成三組換熱管組501、502、503。左端聯(lián)箱602、604、606分別連結(jié)進(jìn)口管302、304、306，聯(lián)箱601、603、605分別連結(jié)出口管301、303、305，分別來自汽包61、62的水管71、72經(jīng)水泵81、82，以及帶閥門的水管102、104、106和水管202、204、206，分別與換熱管組501、502、503的進(jìn)口管302、304、306連結(jié)，換熱管組501、502、503的出口管301、303、305分別與帶閥門的汽水管IOI、103、105和水管201、203、205連結(jié)，分別經(jīng)汽水管91或92連結(jié)汽包61或62。圖3中換熱管組501、鄰2、503間還可串聯(lián)，例如換熱管組502的出口管303和換熱管組501的進(jìn)口管302之間用帶閥門的連通管21連結(jié)，開通連通管21、水管104或204、汽水管101或201上的閥門，關(guān)閉汽水管103或203、水管102或202上的閥門，構(gòu)成二組換熱管組501、502串連并與汽包61或62構(gòu)成循環(huán)回路，換熱管組鄰3的出口管305和換熱管組502的進(jìn)口管304之間用帶閥門的連通管22連結(jié)，開通連通管22、水管106或206、汽水管103或203上的閥門，關(guān)閉汽水管105或205、水管104或204上的閥門，構(gòu)成二組換熱管組502、503串連并與汽包61或62構(gòu)成循環(huán)回路。用圖中連通管21、22的閥門，連結(jié)汽包61的水管106和汽水管IOI上的閥門，或者連結(jié)汽包62的水管206和汽水管201上的閥門，還可將三組換熱管組串聯(lián)，如果將圖中連結(jié)換熱管組501、502、503進(jìn)出口管的連通管21、22的閥門均打開，而將連結(jié)進(jìn)出口管與汽包61、62的水管102、104、202、204和汽水管103、105、203、205上的閥門關(guān)閉，就成為三個(gè)換熱管組串連循環(huán)回路，當(dāng)催化劑層前后部溫差不大時(shí)可用此串聯(lián)。在上述由二組或三組串連的換熱管組，或二組同時(shí)聯(lián)通到一個(gè)汽包的換熱管組，除靠近進(jìn)水管口部分外，換熱管中冷卻介質(zhì)汽化溫度基本相同，同串連段高流速，有利提高傳熱系數(shù)。圖4是配有二個(gè)汽包的立式水冷反應(yīng)裝置示意圖,因圖3結(jié)構(gòu)及標(biāo)注和圖2有很多相同,不再具體說明，唯一不同的是圖2是臥式塔，圖3是立式塔，圖中反應(yīng)器殼體l和多組換熱管組5M、502、S03是豎向放置，換熱介質(zhì)在管內(nèi)上下流動(dòng)，換熱管組外催化劑層4上下分別裝有隔板10和隔板11,由殼體l、催化劑層4上下二塊隔板10和隔板11、催化劑層4一端多孔氣體分布器7和另一端多孔集氣板8組成反應(yīng)氣的換熱反應(yīng)區(qū)，氣體在催化劑層401、402、403中橫向流動(dòng)進(jìn)行反應(yīng)，并與多組換熱管組SOl、502、503內(nèi)垂直流動(dòng)的換熱介質(zhì)進(jìn)行換熱，圖3中換熱管組底部用支承板支承在殼體底部封頭上不再畫出，底部封頭和換熱管組之間可用裝填陶球。上述圖1至圖4中換熱管組SOl、502、503的管排數(shù)可根據(jù)需要增加，增加管排上下相鄰管箱用連管804、805……連結(jié)。圖5是并聯(lián)多組換熱水管的徑向塔反應(yīng)器示意圖，圖中反應(yīng)器殼體1和換熱管5是立式放置的水管式徑向塔，外層換熱管組504和內(nèi)層換熱管組505分別由同心套裝的連接下部分流環(huán)管611、612和上部集流環(huán)管711、712間的多組換熱管組成，在殼體l內(nèi)的多孔集氣板8和中間的多孔氣體分布器7間的換熱管組鄰4、505外裝滿催化劑層411、412，由水管72連結(jié)外層換熱管組S04的下部分流管611和汽包62，汽水管92連結(jié)外層換熱管組504的上部集流管711和汽包62,構(gòu)成外層換熱管組504的循環(huán)回路，由水管71連結(jié)內(nèi)層換熱管組505的下部分流管612和汽包61,汽水管91連結(jié)內(nèi)層換熱管組505的上部集流管712和汽包61,構(gòu)成內(nèi)層換熱管組鄰5的循環(huán)回路，氣體從反應(yīng)器9的進(jìn)氣口2進(jìn)入后，經(jīng)多孔氣體分布器7，在換熱管組504、505外的催化劑層411、412中由內(nèi)向外方向流動(dòng)反應(yīng)和換熱，再經(jīng)多孔集氣板8由出氣口3出反應(yīng)器，或?qū)⒊鰵饪?改為進(jìn)氣口，進(jìn)氣口2改為出氣口，氣體在換熱管組504、505外催化劑層411、412中由外向內(nèi)流動(dòng)反應(yīng)和換熱，換熱管組同樣用支承板支承在殼體底部封頭上不再畫出。換熱管組504、505可以分別有同一連結(jié)到汽包進(jìn)出水管的由多個(gè)帶分流環(huán)管、集流環(huán)管的換熱管組同心—裝組成。圖6是并聯(lián)多組換熱水管的軸向反應(yīng)器示意圖，—中反應(yīng)器殼體l為立式軸向塔，殼體l立式放置，殼體1內(nèi)催化劑層4由上到下劃分為多個(gè)催化反應(yīng)塊區(qū)401、402,其中至少有二個(gè)塊區(qū)中各有管內(nèi)有換熱介質(zhì)的由列管或蠊旋管組成的換熱管組501、502，各組換熱管組501、502各自有進(jìn)水管和汽水管與有不同汽化壓力的汽包61或62相連。實(shí)施例l:本實(shí)用新型組合反應(yīng)設(shè)備用于甲醇合成反應(yīng)，用水作冷卻介質(zhì)，采用圖3所示反應(yīng)設(shè)備9和汽包61、62連結(jié)。圖3中以實(shí)心閥門表示閥門關(guān)，空心閥門表示閥門開。汽包62連通換熱管組501可在0.5~3MPa低壓下汽化，汽包61連通換熱管組502、503可在l一MPa壓力下汽化。反應(yīng)氣在催化劑層4中自上而下反應(yīng)，上部反應(yīng)速度大、反應(yīng)熱大，可在23(K280'C上下反應(yīng)，換熱管組501內(nèi)外有數(shù)十度傳熱溫差，換熱管組502、鄰3外催化劑層反應(yīng)熱小，可在220~270'(:上下反應(yīng)，換熱管組502、503內(nèi)外傳熱溫差僅有幾度?？梢姄Q熱管組501內(nèi)外傳熱溫差為換熱管組502、鄰3內(nèi)外傳熱溫差的數(shù)倍，換熱管組鄰l達(dá)到髙反應(yīng)熱區(qū)與強(qiáng)移熱QE相配，換熱管組502、503則是低反應(yīng)熱與少移熱QK相配，達(dá)到等溫反應(yīng)或按所需最佳反應(yīng)溫度分布進(jìn)行。反應(yīng)器直徑3.6米，裝NC307甲醇催化劑80M3,用Shdl法煤制合成氣與循環(huán)氣匯合，壓力S.OMPa,經(jīng)加熱到220X:進(jìn)甲醇合成塔，先在上部合成催化劑層401催化作用下260'C上下合成甲醇，該催化劑層401的溫度可以通過換熱管組501連通汽包62汽化壓力來調(diào)節(jié)控制。同樣調(diào)節(jié)換熱管組鄰2、503連通汽包61汽化壓力，可以使甲醇催化劑層402、403在250"C左右溫度下進(jìn)行甲醇合成反應(yīng)，在循環(huán)氣與新鮮氣比值為0.5時(shí)，出塔甲醇含量為33.37%,甲醇日產(chǎn)2566噸/日，年產(chǎn)85.5萬(wàn)噸，數(shù)據(jù)見附表l。附表l<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>當(dāng)循環(huán)氣與新鮮氣比值降低到0.3，合成壓力提高到10MPa,下部催化劑層403在200~210'C合成甲醇時(shí)，出塔甲醉濃度提高到50%，反應(yīng)氣中甲醇含量超過在合成壓力和溫度下的氣液平衡甲醇含量，超過的甲醇從氣相冷凝為液相，降低了氣相中甲醇含量，促使進(jìn)一步合成甲醇即在甲醇冷凝條件下進(jìn)行合成甲醇，提高出塔氣中甲醇總含量。實(shí)施例2:用合成氣制二甲醚，甲醇合成塔采用圖1臥式水冷塔，直徑4.0米，內(nèi)裝NC307甲醇催化劑120M3，甲醉脫水塔制二甲醚，直徑3.0米內(nèi)裝Y-氧化鋁甲醇脫水催化劑50M3，經(jīng)壓縮到9MPa的合成氣與循環(huán)氣匯合，經(jīng)加熱到230'C進(jìn)甲醇合成塔，在250匸左右溫度下，在甲醇催化劑層上進(jìn)行甲醇合成反應(yīng)。反應(yīng)熱被合成塔內(nèi)橫向水管中的水吸收而副產(chǎn)蒸汽，出甲醇合成塔氣體中CH30H含量21"/。，與產(chǎn)品二甲醚精餾后回收甲醇匯合進(jìn)入甲醇脫水反應(yīng)器脫水生成二甲醚。由原料氣量340000Nm3/h合成得到二甲醚2500噸/時(shí)，年產(chǎn)83萬(wàn)噸二甲醚，數(shù)據(jù)見附表2。附表2名稱原料氣循環(huán)氣出甲醇塔氣進(jìn)甲醚塔氣出甲醚塔氣氣量30Nm3/h3400003400004抑3卯500652鄰065267.5675.3858,6756.30S6.30CO29.1410.668.358.018.01成co22.152.922.662.552.55分N2+CH31.1410.548.237.97.9%H2000.091.00.9611.08CH3OH00.421.0924.284.04(CH3)20000010.12有翁效果本實(shí)用新型與已有技術(shù)相比有顯著的優(yōu)點(diǎn)，一是對(duì)反應(yīng)器不同部分催化劑層換熱管組采用換熱介質(zhì)的不同汽化壓力和氣化溫度，特別對(duì)反應(yīng)速度快、反應(yīng)熱大的前面部分，采用低壓低溫汽化加大傳熱溫差充分移去反應(yīng)熱，使催化劑不超溫，而反應(yīng)速度和反應(yīng)熱較小部分則采用較髙汽化壓力和溫度，避免移熱過多，使溫度過低，從而使循環(huán)比比現(xiàn)有技術(shù)降低一倍多，使甲醇合成回路氣量降低一半，從而大幅度減少了合成裝置的設(shè)備尺寸，既大幅節(jié)省了投資，又為大型化創(chuàng)造了有利條件。二是降低循環(huán)比同時(shí)出甲醇塔甲醇含量達(dá)10~50%,比現(xiàn)有技術(shù)(即34%)提高數(shù)倍，從而達(dá)到循環(huán)機(jī)電耗隨循環(huán)比的降低而成倍降低，噸醇回收反應(yīng)熱及副產(chǎn)蒸汽量大幅提髙，而用于冷卻反應(yīng)氣用的水冷器冷卻水耗量大幅降低，因此大幅度降低能耗，達(dá)到節(jié)能降耗的顯著效果。三是催化劑不同部位，溫度可根據(jù)反應(yīng)的要求獨(dú)立自由調(diào)節(jié)，例如實(shí)現(xiàn)達(dá)到合成氨等反應(yīng)速度最大的最佳溫度線，又如根據(jù)反應(yīng)前后不同時(shí)期催化劑活性衰退而反應(yīng)熱點(diǎn)后移的情況，調(diào)整上下部催化劑層換熱管汽化壓力、氣化溫度，使催化劑發(fā)揮最佳效果。四是反應(yīng)氣中高的甲醇含量，為生產(chǎn)二甲醚采用固定床反應(yīng)器合成氣一步法創(chuàng)造了條件，比現(xiàn)有技術(shù)髙數(shù)倍甲醇含量的反應(yīng)氣，經(jīng)甲醇脫水催化劑脫水生成的二甲醚含量高達(dá)10%以上，有利于二甲醚的分離，與上述實(shí)施例2同樣年產(chǎn)83萬(wàn)噸二甲醚，采用國(guó)外漿態(tài)床二甲醚反應(yīng)器，需用直徑7,8米、高30米反應(yīng)器。以上通過眾多圖例和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的主題作了充分描述，根據(jù)本實(shí)用新型的構(gòu)思精神，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能容易地進(jìn)行各種變化并應(yīng)用到甲醇合成二甲醚中。本實(shí)用新12型組合反應(yīng)設(shè)備，可以分別與二個(gè)汽包相連但不限于二個(gè)，也可以是三個(gè)以上。組合反應(yīng)器汽包61來的水管71可以連通水泵81強(qiáng)制循環(huán)進(jìn)水，也可以不用水泵，用自然循環(huán)進(jìn)水，進(jìn)出水管可以由閥門調(diào)節(jié)，也可以沒有閥門的一組換熱管對(duì)一個(gè)汽包。換熱管可以是圓管也可以是扁平管或換熱板，換熱介質(zhì)可以是水，也可以是礦物油、導(dǎo)熱油或熔鹽。在反應(yīng)氣進(jìn)入催化劑開始反應(yīng)時(shí)，一般溫度較低，故在換熱管組前也可設(shè)置絕熱段，但此絕熱段催化劑量在還原收縮后應(yīng)不超過總量的十分之一，在催化劑后部在換熱反應(yīng)段后也可以設(shè)置絕熱段。權(quán)利要求1.一種組合反應(yīng)設(shè)備，主要由帶封頭的圓筒形殼體(1)，殼體(1)上的反應(yīng)氣進(jìn)口(2)和反應(yīng)氣出口(3)，催化劑層(4)，多孔氣體分布器(7)和多孔集氣板(8)，催化劑層(4)中冷卻介質(zhì)移熱的換熱管(5)組成的反應(yīng)設(shè)備(9)，裝有蒸汽壓力調(diào)節(jié)閥(41)、(42)的汽包(61)、(62)，其特征是催化劑層(4)依反應(yīng)氣流動(dòng)方向順序劃分為前后若干個(gè)催化反應(yīng)塊區(qū)，其中至少有二個(gè)塊區(qū)(401)、(402)中分別由換熱管組(501)、(502)構(gòu)成換熱反應(yīng)塊區(qū)，各換熱管組由反應(yīng)設(shè)備冷卻介質(zhì)的進(jìn)口管(302)和出口管(301)與可獨(dú)立調(diào)節(jié)汽化壓力的汽包(62)連結(jié)，或進(jìn)口管(304)和出口管(303)與可獨(dú)立調(diào)節(jié)汽化壓力的汽包(61)連結(jié)，構(gòu)成不同汽化壓力和溫度冷卻介質(zhì)循環(huán)回路，反應(yīng)氣依次在催化反應(yīng)塊區(qū)以不同的換熱速度反應(yīng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合反應(yīng)設(shè)備，其特征是汽包(61)經(jīng)水管(71)和水泵(81)，以及帶閥門的水管(102)、(104)、(106)分別與反應(yīng)設(shè)備(9)內(nèi)換熱管組(501)、(502)、(S03)的進(jìn)口管(302)、(304)、(306)連結(jié)，換熱管組(501)、(502)、(鄰3)的出口管(301)、(303)、(305)經(jīng)帶閥門的汽水管(101)、(103)、(105)與進(jìn)汽包(61)的汽水管(91)連通，連結(jié)汽包(61)管線上每對(duì)帶閥門的管線(101)和(102)、管線(103)和(104)、管線(105)和(106)上的開關(guān)可控制進(jìn)組合反應(yīng)設(shè)備各組水管流量大小或停流，汽包(62)經(jīng)水管(72)和水泵(82)，以及帶閥門的水管(202)、(204)、(206)分別與反應(yīng)設(shè)備(9)內(nèi)換熱管組(501)、(502)、(503)的進(jìn)口管(302)、(304)、(306)連結(jié)，換熱管組(501)、(502)、(503)的出口管(301)、(303)、(305)經(jīng)帶閥門的汽水管(201)、(203)、(205)與汽包(62)的汽水管(92)連通，連結(jié)汽包(62)管線上每對(duì)帶閥門的管線(201)和(202)、管線(203)和(204)、管線(205)和(206)上的開關(guān)可控制進(jìn)組合反應(yīng)設(shè)備各組水管流量大小或停流，每組換熱管最多只與一只汽包連結(jié)的一對(duì)進(jìn)出口管的閥門開通。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的組合反應(yīng)設(shè)備，其特征是換熱管組(502)的出口管(303)和換熱管組(501)的進(jìn)口管(302)之間用帶閥門的連通管(21)連結(jié)，開通連通管(21)、水管(104)或(204)、汽水管(101)或(201)上的閥門，關(guān)閉汽水管(103)或(203)、水管(102)或(202)上的閥門，構(gòu)成二組換熱管組(501)、(502)串連并與汽包(61)或(62)構(gòu)成循環(huán)回路；或者換熱管組(503)的出口管(305)和換熱管組(502)的進(jìn)口管(304)之間用帶閥門的連通管(22)連結(jié)，開通連通管(22)、水管(106)或(206)、汽水管(103)或(203)上的閥門，關(guān)閉汽水管(105)或(205)、水管(104)或(204)上的閥門，構(gòu)成二組換熱管組(502)、(503)串連并與汽包(61)或(62)構(gòu)成循環(huán)回路。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的組合反應(yīng)設(shè)備，其特征是反應(yīng)器殼體(1)和多組換熱管組(501)、(502)、(503)是橫向放置，換熱介質(zhì)在管內(nèi)橫向流動(dòng)，換熱管組外催化劑層(4)二個(gè)端面分別裝有隔板(10)和隔板(11),由殼體(1)、催化劑層(4)二端隔板(10)和隔板(11)、催化劑層(4)頂部多孔氣體分布器(7)和底部多孔集氣板(8)組成反應(yīng)氣的換熱反應(yīng)區(qū)，氣體在催化劑層(401)、(402)、(403)中由上至下流動(dòng)進(jìn)行反應(yīng)，并與多組換熱管組(鄰l)、(502)、(鄰3)內(nèi)垂直流動(dòng)的換熱介質(zhì)進(jìn)行換熱。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的組合反應(yīng)設(shè)備，其特征J^換熱管組(501)、(502)、(503)的左端聯(lián)箱(601)、聯(lián)箱(603)、聯(lián)箱(605)分別連結(jié)進(jìn)口管(302)、進(jìn)口管(灘4)、進(jìn)口管(306),聯(lián)箱(602)、聯(lián)箱(604)、聯(lián)箱(606)分別連結(jié)出口管(301)、出口管(303)、出口管(305);換熱管組(501)的右端聯(lián)箱(701)和聯(lián)箱(702)間用連通管(柳l)連結(jié)，換熱管組(502)的右端聯(lián)箱(703)和聯(lián)箱(704)間用連通管(802)連結(jié)，換熱管組(503)的右端聯(lián)箱(705)和聯(lián)箱(706)間用連通管(803)連結(jié)，構(gòu)成二對(duì)以上反向流動(dòng)換熱管組。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的組合反應(yīng)設(shè)備，其特征是換熱管組(501)、(鄰2)由U形管組成，U形管開口兩端與聯(lián)箱(601)、(602)、(603)、(604)、(605)、(606)連通，聯(lián)箱(602)連結(jié)進(jìn)口管(302),聯(lián)箱(601)連結(jié)出口管(301)，構(gòu)成換熱管組(501)成一個(gè)換熱反應(yīng)塊區(qū)(401),聯(lián)箱(602)和聯(lián)箱(601)分別用進(jìn)口管(302)和出口管(301)連結(jié)汽包(62)，聯(lián)箱(604)和聯(lián)箱(605)用管(800)連通串連，聯(lián)箱(606)連結(jié)進(jìn)口管(304),聯(lián)箱(603)連結(jié)出口管(303)，構(gòu)成換熱管組(502)成一個(gè)換熱反應(yīng)塊區(qū)(402),聯(lián)箱(606)和聯(lián)箱(603)分別用進(jìn)口管(304)和出口管(303)連結(jié)汽包(61)。7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的組合反應(yīng)設(shè)備，其特征是反應(yīng)器殼體(1)和多組換熱管組(501)、(502)、(503)是豎向放置，換熱介質(zhì)在管內(nèi)上下流動(dòng)，換熱管組外催化劑層(4)上下分別裝有隔板(10)和隔板(11)，由殼體(1)、催化劑層(4)上下二塊隔板(10)和隔板(11)、催化劑層(4)一端多孔氣體分布器(7)和另一端多孔集氣板(8)組成反應(yīng)氣的換熱反應(yīng)區(qū)，氣體在催化劑層(401)、(402)、(403)中橫向流動(dòng)進(jìn)行反應(yīng)，并與多組換熱管組(501)、(502)、(503)內(nèi)垂直流動(dòng)的換熱介質(zhì)進(jìn)行換熱。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合反應(yīng)設(shè)備，其特征是反應(yīng)器殼體(1)和換熱管(5)是立式放置的水管式徑向塔，外層換熱管組(S04)和內(nèi)層換熱管組(505)分別由同心套裝的連接下部分流環(huán)管(611)、(612)和上部集流環(huán)管(711)、(712)間的多組換熱管組(504)、(505)組成，在殼體(1)內(nèi)的多孔集氣板(8)和中間的多孔氣體分布器(7)間的換熱管組(504)、(505)外裝滿催化劑層(411)、(412)，由水管(72)連結(jié)外層換熱管組(504)的下部分流管(611)和汽包(62),汽水管(92)連結(jié)外層換熱管組(504)的上部集流管(711)和汽包(62)，構(gòu)成外層換熱管組(504)的循環(huán)回路，由水管(71)連結(jié)內(nèi)層換熱管組(S05)的下部分流管(612)和汽包(61)，汽水管(91)連結(jié)內(nèi)層換熱管組(505)的上部集流管(712)和汽包(61)，構(gòu)成內(nèi)層換熱管組(505)的循環(huán)回路，氣體從反應(yīng)器(9)的進(jìn)氣口(2)進(jìn)入后，經(jīng)多孔氣體分布器(7),在換熱管組(鄰4)、(鄰5)外的催化劑層(411)、(412)中由內(nèi)向外方向流動(dòng)反應(yīng)和換熱，再經(jīng)多孔集氣板(8)由出氣口(3)出反應(yīng)器，或?qū)⒊鰵饪?3)改為進(jìn)氣口，進(jìn)氣口(2)改為出氣口，氣體在換熱管組(504)、(505)外催化劑層(411)、(412)中由外向內(nèi)流動(dòng)反應(yīng)和換熱。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合反應(yīng)設(shè)備，其特征是反應(yīng)器為立式軸向塔，殼體(1)立式放置，殼體(1)內(nèi)催化劑層(4)由上到下劃分為二個(gè)以上催化反應(yīng)塊區(qū)(401)、(402)，其中至少有二個(gè)塊區(qū)中各有管內(nèi)有換熱介質(zhì)的由列管或蠊旋管組成的換熱管組(501)、(502),各組換熱管組(鄰l)、(502)各自有進(jìn)水管(71)、(72)和汽水管(91)、(92)與汽包(61)或(62)相連，汽包(61)和(62)的汽化壓力不同。專利摘要一種組合反應(yīng)設(shè)備，主要由帶封頭的圓筒形殼體1，殼體1上的反應(yīng)氣進(jìn)口2和反應(yīng)氣出口3，催化劑層4、多孔氣體分布器7和多孔集氣板8，催化劑層4中冷卻介質(zhì)移熱的換熱管5組成的反應(yīng)設(shè)備9，裝有蒸汽壓力調(diào)節(jié)閥41、42的汽包61、62，使反應(yīng)中換熱按反應(yīng)熱移出的大小需要設(shè)計(jì)，用于合成甲醇、二甲醚、甲烷化、F-T反應(yīng)、H₂S氧化等強(qiáng)放熱反應(yīng)過程，具有縮小溫差，提高反應(yīng)效率，提高產(chǎn)量，節(jié)能降耗，實(shí)現(xiàn)大型化目的。文檔編號(hào)B01J8/02GK201168595SQ200720189959公開日2008年12月24日申請(qǐng)日期2007年10月19日優(yōu)先權(quán)日2007年10月19日發(fā)明者韌樓,樓壽林申請(qǐng)人:杭州林達(dá)化工技術(shù)工程有限公司