專(zhuān)利名稱(chēng)：一種低阻力固定床反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種催化反應(yīng)設(shè)備及應(yīng)用方法，用于流體催化反應(yīng)和傳熱過(guò)程，屬化學(xué)
工程領(lǐng)域，特別適用于高壓甲烷化精制合成氨原料氣等反應(yīng)過(guò)程。
背景技術(shù)：
對(duì)于如氨合成、甲醇合成、甲烷化等反應(yīng)均是放熱反應(yīng)，常用的固定床反應(yīng)器有軸向反應(yīng)器和徑向反應(yīng)器，徑向塔阻力低但因設(shè)內(nèi)外氣體分布筒，使容積利用率小，催化劑效率低，軸向塔有容積率高和催化劑效率高的優(yōu)點(diǎn)，但阻力較大。 發(fā)明人在授權(quán)專(zhuān)利ZL98240557 —種熱平衡高壓節(jié)能反應(yīng)器和專(zhuān)利ZL93105920. 8
等高壓型甲醇和氨的聯(lián)合生產(chǎn)裝置中對(duì)此均作了詳細(xì)說(shuō)明，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，阻力較大。 本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)缺點(diǎn)，提供一種低阻力，催化劑裝量大、效果好的低阻
力固定床反應(yīng)器。

發(fā)明內(nèi)容
對(duì)于像用高壓甲醇甲烷化技術(shù)凈化合成氨原料氣時(shí)，進(jìn)甲烷化塔CO+(A含量一般< 0. 1%，比常規(guī)O. 5 0. 7%要低，故反應(yīng)熱少，為維持反應(yīng)溫度不能自熱而需用外熱，專(zhuān)利ZL98240557 —種熱平衡高壓節(jié)能反應(yīng)器中對(duì)此作了詳細(xì)說(shuō)明，即不能靠高壓甲烷化塔塔內(nèi)換熱器或甲烷化出塔氣來(lái)加熱進(jìn)甲烷化原料氣達(dá)到反應(yīng)溫度，在發(fā)明人的發(fā)明專(zhuān)利ZL93105920. 8等高壓型甲醇和氨的聯(lián)合生產(chǎn)裝置中，甲烷化壓力可以高達(dá)30MPa，甲烷化反應(yīng)溫度又可高達(dá)300 45(TC，故采用受壓殼體，用低溫冷氣保護(hù)，低溫原料氣經(jīng)受壓外殼和催化劑層間冷氣通道到塔外，然后先后用甲烷化塔出塔熱氣升溫加熱再進(jìn)甲烷化塔，或者再進(jìn)一步用外熱換熱器加熱，或者在甲烷化塔中用電加熱器進(jìn)一步加熱，同時(shí)由于甲烷化反應(yīng)熱少，故可采用絕熱反應(yīng)，將高壓催化劑分為上下二層，將原料氣一分為二成二股，分別向上和向下反應(yīng)反向流動(dòng)或?qū)ο蛄鲃?dòng)流經(jīng)催化劑層反應(yīng)，由于氣體流經(jīng)催化劑層高度降為1/2，且氣量一分為二，流速降低1/2，故經(jīng)催化劑床層阻力降低為原來(lái)的1/8，實(shí)際可達(dá)到1/5 1/7。 對(duì)于進(jìn)塔氣中參與反應(yīng)的原料氣濃度較高，反應(yīng)熱大的催化反應(yīng)，可在上下催化劑層中設(shè)置換熱管，用水等換熱介質(zhì)移出反應(yīng)熱，當(dāng)合成壓力不高時(shí)，例如低于10MPa的甲醇合成則可將催化劑層直接裝在殼體內(nèi)。 本發(fā)明提供一種低阻力固定床反應(yīng)器，由帶有氣體進(jìn)口 14和氣體出口 15的催化劑筐3組成，其中催化劑筐3中的催化劑層是由中部有氣體分布器或集氣器8的上部催化劑層41和下部催化劑層42組成，頂部管6連接上部催化劑層與催化劑筐頂部封頭4之間的空間31和頂部氣體進(jìn)出口 155，下部管9連接催化劑支承板12和催化劑筐下封頭間的空間32和氣體進(jìn)口 14，接管7連接集氣器8和氣體出口 15，未反應(yīng)原料氣由中部氣體分布器8分為二股，分別經(jīng)上部催化劑層41向上流動(dòng)氣51，經(jīng)下部催化劑層42反應(yīng)向下流動(dòng)氣52反向流動(dòng)反應(yīng)后出塔，或者未反應(yīng)原料氣分為二股分別經(jīng)上部催化劑層41向下流動(dòng)
3反應(yīng)氣53和經(jīng)下部催化劑層42向上流動(dòng)反應(yīng)氣54對(duì)向流動(dòng)反應(yīng)，然后二股反應(yīng)氣于催化劑層中部的集氣器8匯合經(jīng)氣體出口 15出塔。 在本發(fā)明的一個(gè)較好實(shí)例中，所述設(shè)備的催化劑筐3設(shè)有用于加熱進(jìn)塔原料氣的電爐60的中心管5，中心管5下部與原料氣進(jìn)口 14連結(jié)，上部與上部催化劑層41面上催化劑筐上封頭4間的空間31連通，連通管11與上部空間31和催化劑多孔支承板12與催化劑筐下封頭間空間32連通，反應(yīng)氣出口管7連結(jié)催化劑筐中部集氣室8和下部反應(yīng)氣出口15。 在本發(fā)明的一個(gè)較好實(shí)例中，所述設(shè)備的受壓殼體1和催化劑筐二者間有與催化劑層不直接連通的冷氣通道22連結(jié)外殼冷氣進(jìn)口 21和下部冷氣出口 23，冷氣出口 23連結(jié)塔外自熱換熱器61的進(jìn)口 24，換熱器61的出口 25連結(jié)外熱換熱器62進(jìn)口 26，換熱器62的出口 27連結(jié)催化劑筐氣體進(jìn)口 14，反應(yīng)器熱氣出口 15與自換熱器熱氣進(jìn)口 28連結(jié)。
在本發(fā)明的一個(gè)較好實(shí)例中，所述設(shè)備的催化劑直接裝在受壓的催化劑筐3內(nèi)，催化劑層由中部氣體分布器8分為上層催化劑層41和下層催化劑層42，上下兩層催化劑層中設(shè)有換熱管組71和換熱管組72，用導(dǎo)熱介質(zhì)例如水移去催化劑床層反應(yīng)熱。


下面結(jié)合附圖具體說(shuō)明。
圖1是氣體分為二股上下反向流動(dòng)的低阻力固定床反應(yīng)器示意圖。
圖2是氣體分為二股上下對(duì)向流動(dòng)的低阻力固定床反應(yīng)器示意圖。
圖3是內(nèi)置加熱電爐的低阻力固定床反應(yīng)器示意圖。
圖4是有換熱管組的低阻力固定床反應(yīng)器示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)地說(shuō)明。 圖1是氣體分為二股上下反向流動(dòng)的低阻力固定床反應(yīng)器示意圖。圖中低阻力反應(yīng)器頂部有蓋板2和有冷氣進(jìn)口 21和出口 23的殼體1，蓋板2和殼體1用高壓螺栓連結(jié)，殼體內(nèi)有催化劑筐3與頂部封頭4用螺栓螺母連結(jié)，上接管6連結(jié)封頭4和熱氣進(jìn)出口 155，接管7連接下封頭10熱氣進(jìn)出口 15 ;催化劑筐3下部有催化劑多孔支承板12，催化劑筐筒體3內(nèi)有氣體分布器8連結(jié)熱氣進(jìn)出口接管7，催化劑筐3由底部支承架支承在外殼1下封頭IO內(nèi)，圖中17為催化劑下料管，18為測(cè)溫管，當(dāng)用于高壓甲烷化塔時(shí)，來(lái)自高壓甲醇塔分配甲醇后的醇后氣CO+C02 < 0. 1%，壓力11 32MPa，溫度3(TC上下，由冷氣進(jìn)口 21進(jìn)入甲烷化塔外殼1和催化劑筐3間冷氣通道22，以使外殼壁保持低溫，由下部冷氣出口 23出塔，出塔氣經(jīng)外部換熱，溫度升到如230 450°C，由下部熱氣進(jìn)口 14經(jīng)管7到氣體分布器8，分為向上反應(yīng)氣51經(jīng)上部催化劑層41，在230 35(TC下反應(yīng)到催化劑上面頂部封頭4間的空間31經(jīng)上接管6頂部出口 155出塔，向下反應(yīng)氣52經(jīng)下部催化劑層42在230 35(TC下反應(yīng)，經(jīng)連接支承板12和底部封頭10間的空間32的接管9由底部出口 15出塔，二股出塔氣匯合后去換熱器回收反應(yīng)熱。 圖2結(jié)構(gòu)及標(biāo)注和圖1有很多相同，不再具體說(shuō)明，與圖1不同的是圖2中的氣體分為二股上下對(duì)向流動(dòng)，經(jīng)加熱到23(TC以上原料氣二部分分別由頂部熱氣進(jìn)口 155進(jìn)塔在上部催化劑層41由上向下流動(dòng)反應(yīng)，另一部分由底部進(jìn)口 14經(jīng)管9到多孔支承板12在下部催化劑層42中由下向上流動(dòng)氣52，上下二股反應(yīng)氣在中部集氣器8中匯合經(jīng)管7和底部出口 15出塔。 圖3是內(nèi)置加熱電爐的低阻力固定床反應(yīng)器示意圖。圖中反應(yīng)器內(nèi)帶有電加熱對(duì)向流反應(yīng)器，與圖l不同的一是催化劑筐中有中心管5內(nèi)裝有電加熱器60，供開(kāi)車(chē)升溫還原催化劑時(shí)或正常生產(chǎn)時(shí)供熱；二是設(shè)有連通頂部上封頭內(nèi)空間31和下部?jī)?nèi)封頭空間32的連通管11 ;三是有塔外換熱器，甲烷化進(jìn)出塔氣換熱器61和外熱換熱器62，冷氣出口 23與換熱器61的進(jìn)口 24相接，換熱器61出口和外熱換熱器62進(jìn)口 26連接，換熱器62出口27與熱氣進(jìn)口 14連接，用于高壓甲烷化反應(yīng)時(shí)，溫度35t:上下冷氣由冷氣進(jìn)口 21經(jīng)殼體和催化劑筐通道22約4(TC上下溫度由出口 23出塔，與甲烷化出口 15來(lái)的30(TC上下反應(yīng)氣換熱升溫到例如27(TC上下，再經(jīng)外熱換熱器溫度35(TC左右換熱升溫到30(TC內(nèi)反應(yīng)器底部熱氣進(jìn)口14進(jìn)中心管，到頂部上封頭4內(nèi)的空間31，原料氣分為二部分，一部分由上即下經(jīng)上部催化劑層41反應(yīng)，另一部分連通管11到下部封頭32內(nèi)空間折流向上經(jīng)多孔支承板12向上流經(jīng)下部催化劑層42向上流動(dòng)反應(yīng)，達(dá)到CO+C02《10卯m， 二股反應(yīng)氣體在中部集氣室8匯合經(jīng)管7到熱氣出口 15出塔到自動(dòng)換熱器61加熱反應(yīng)前冷氣降到< 7(TC，再去水冷卻器或進(jìn)一步經(jīng)氨冷卻器冷卻，分離水份作氨合成原料氣。 圖4是有換熱管組的低阻力固定床反應(yīng)器示意圖。主要用于反應(yīng)熱較大、反應(yīng)壓力較低的情況，例如甲醇合成反應(yīng)器。圖4是催化劑直接裝在受壓的催化劑筐3內(nèi)，催化劑層由中部氣體分布器8分為上層催化劑層41和下層催化劑層42，上下兩層催化劑層中設(shè)有換熱管組71和換熱管組72，用導(dǎo)熱介質(zhì)例如水移去催化劑床層反應(yīng)熱。
實(shí)施例1 :年產(chǎn)30萬(wàn)噸即1000噸/日氨廠用與氨合成等壓即20MPa進(jìn)行高壓甲醇甲烷化，用內(nèi)徑4 1600甲烷化塔，催化劑層總高15米用J105型甲烷化催化劑，在25(TC上下溫度下進(jìn)行甲烷化反應(yīng)，粗高壓甲醇進(jìn)甲烷化塔氣量成分和結(jié)果見(jiàn)表1 。采用本發(fā)明采用圖1對(duì)向流甲烷化塔，算得塔壓差為7KPa，儀為序號(hào)2中單軸向塔壓差56KPa的1/8。
附表1
序號(hào)名稱(chēng)氣量kmol/h成分％床高；壓差H2、'2! CH4 i COC02 1 H20mKPa
1進(jìn)塔氣282971.6224.124.03 0.0120細(xì)0.0397.57
出塔氣282971.6124.124.040扁0.0000.0392進(jìn)塔氣564271.6224.124.030.0120.0040.0391556
出塔氣564271.6124.124.040.0010.0000.039
有益效果 本發(fā)明與已有技術(shù)相比有顯著優(yōu)點(diǎn)，一是可設(shè)計(jì)成高徑比較大軸向反應(yīng)器，在同樣催化劑和生產(chǎn)能力下降低設(shè)備投資；二是氣體分為二股分別在上下二層催化劑層中流動(dòng)反應(yīng)，于氣體經(jīng)催化劑的流速和路程都減少一半，故阻力僅為全部氣體全床層流動(dòng)的1/8，
5大幅降低阻力和能耗；三是催化劑容積率和生產(chǎn)強(qiáng)度比徑向塔提高；四是可采用氣體在上下催化劑床層上前后不同時(shí)期分別采用對(duì)向流或反向流，充分利用床層不同部位催化劑流程提高催化劑使用壽命。 通過(guò)上述圖例和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明主題作了充分描述，根據(jù)本發(fā)明的構(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。本發(fā)明中下柵板12可以設(shè)計(jì)成下封頭一樣橢圓形便于卸催化劑，上部可設(shè)定位柵位支承中心管和連通管，中部氣體集氣或分氣器可設(shè)計(jì)成菱形、環(huán)形等形狀，外層可罩有不銹鋼絲網(wǎng)的多孔柵板或魚(yú)鱗板，內(nèi)有連通進(jìn)出氣管并開(kāi)有小孔管壁。
權(quán)利要求
一種低阻力固定床反應(yīng)器，主要由帶有氣體進(jìn)口(14)和氣體出口(15)的催化劑筐(3)組成，其特征是催化劑筐(3)中的催化劑層是由中部有氣體分布器或集氣器(8)的上部催化劑層(41)和下部催化劑層(42)組成，頂部管(6)連接上部催化劑層與催化劑筐頂部封頭(4)之間的空間(31)和頂部氣體進(jìn)出(155)，下部管(9)連接催化劑支承板(12)和催化劑筐下封頭(10)之間的空間(32)和氣體進(jìn)口(14)，接管(7)連接集氣器(8)和氣體出口(15)，未反應(yīng)原料氣由中部氣體分布器(8)分為二股，分別經(jīng)上部催化劑層(41)向上流動(dòng)氣(51)，經(jīng)下部催化劑層(42)反應(yīng)向下流動(dòng)氣(52)反向流動(dòng)反應(yīng)后出塔，或者未反應(yīng)原料氣分為二股分別經(jīng)上部催化劑層(41)向下流動(dòng)反應(yīng)氣(53)和經(jīng)下部催化劑層(42)向上流動(dòng)反應(yīng)氣(54)對(duì)向流動(dòng)反應(yīng)，然后二股反應(yīng)氣于催化劑層中部的集氣器(8)匯合經(jīng)氣體出口(15)出塔。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種低阻力固定床反應(yīng)器，其特征是催化劑筐(3)設(shè)有用于加熱進(jìn)塔原料氣的電爐(60)的中心管(5)，中心管(5)下部與原料氣進(jìn)口 (14)連結(jié)，上部與上部催化劑層(41)面上催化劑筐上封頭(4)間的空間(31)連通，連通管(11)與上部空間(31)和催化劑多孔支承板(12)與催化劑筐下封頭間的空間(32)連通，反應(yīng)氣出口管(7)連結(jié)催化劑筐中部集氣室(8)和下部反應(yīng)氣出口 (15)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種低阻力固定床反應(yīng)器，其特征是受壓殼體(1)和催化劑筐(3) 二者間有與催化劑層不直接連通的冷氣通道(22)連結(jié)外殼冷氣進(jìn)口 (21)和下部冷氣出口 (23)，冷氣出口 (23)連結(jié)塔外自熱換熱器(61)的冷氣進(jìn)口 (24)，換熱器(61)的出口 (25)連結(jié)外熱換熱器(62)進(jìn)口 (26)，換熱器(62)的出口 (27)連結(jié)催化劑筐氣體進(jìn)口(14)，反應(yīng)器熱氣出口 (15)與自換熱器熱氣進(jìn)口 (28)連結(jié)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低阻力固定床反應(yīng)器，其特征是催化劑直接裝在受壓的催化劑筐(3)內(nèi)，催化劑層由中部氣體分布器(8)分為上層催化劑層(41)和下層催化劑層(42)，上下兩層催化劑層中設(shè)有換熱管組(71)和換熱管組(72)，用導(dǎo)熱介質(zhì)例如水移去催化劑床層反應(yīng)熱。
全文摘要
一種低阻力固定床反應(yīng)器，主要由由帶有氣體進(jìn)口14和氣體出口15催化劑筐3組成，采用流體作冷卻介質(zhì)移去反應(yīng)熱用于流體催化反應(yīng)和傳熱過(guò)程，特別適用于高壓甲烷化精制合成氨原料氣等反應(yīng)過(guò)程，具有低阻力，催化劑裝量大、效果好的有益效果。
文檔編號(hào)B01J8/02GK101785981SQ20091000660
公開(kāi)日2010年7月28日 申請(qǐng)日期2009年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月24日
發(fā)明者樓壽林, 樓韌 申請(qǐng)人:杭州林達(dá)化工技術(shù)工程有限公司