一種可控制溫度的絕熱反應(yīng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及化工技術(shù)設(shè)備領(lǐng)域，具體為一種可控制溫度的絕熱反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著化學(xué)工業(yè)的不斷發(fā)展，絕熱反應(yīng)器得到更廣泛的應(yīng)用。絕熱反應(yīng)器有催化劑 裝填量大，設(shè)備結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、設(shè)備重量相對(duì)較小等多種優(yōu)點(diǎn)，但絕熱反應(yīng)器的安全隱患始 終沒(méi)有得到很好的解決，在合成氣合成甲醇、氣相催化加氫等領(lǐng)域曾因催化劑床層超溫造 成催化劑失活、燒結(jié)的嚴(yán)重問(wèn)題，同時(shí)催化劑床層的超溫也容易引起設(shè)備的安全隱患。
[0003] 常見的絕熱反應(yīng)器多用在氣相加氫、氣相脫水、氫氣和一氧化碳甲烷化反應(yīng)、合成 氣合成甲醇等工藝，這種工藝的共同特點(diǎn)是氣相放熱反應(yīng)。傳統(tǒng)工藝中通常依靠原料冷激 實(shí)現(xiàn)對(duì)催化劑床層溫度的控制，然而原料的加入又可以推動(dòng)化學(xué)方應(yīng)的進(jìn)一步推進(jìn)，使得 絕熱反應(yīng)器內(nèi)的溫度進(jìn)一步升高，一直達(dá)到反應(yīng)平衡。因此，目前的絕熱反應(yīng)器存在催化劑 超溫失活及反應(yīng)器設(shè)備本身超溫超壓的安全風(fēng)險(xiǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本實(shí)用新型的發(fā)明目的在于針對(duì)以上技術(shù)及安全問(wèn)題，提供一種適合氣相加氫、 氣相脫水、氫氣和一氧化碳甲烷化反應(yīng)、合成氣合成甲醇的，可控溫度的絕熱反應(yīng)器。根據(jù) 不同的工藝選用不同的冷激氣體，通過(guò)對(duì)催化劑床層熱點(diǎn)的連鎖控制，達(dá)到精確控制催化 劑床層溫度的目的，從而保證了催化劑的正常使用，消除了因超溫、超壓造成的設(shè)備爆炸風(fēng) 險(xiǎn)。同時(shí)這種可控溫度的絕熱反應(yīng)器具有催化劑容量大、正反應(yīng)轉(zhuǎn)化率高及安全可靠的優(yōu) 點(diǎn)。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實(shí)用新型采用下述技術(shù)方案：
[0006] 一種可控制溫度的絕熱反應(yīng)器，包括反應(yīng)器本體、冷激氣體分布器和測(cè)溫及冷激 氣體調(diào)節(jié)裝置，其冷激氣體分布器設(shè)置在反應(yīng)器本體的中心位置，測(cè)溫及冷激氣體調(diào)節(jié)裝 置，冷激氣體分布器安裝在催化劑床層的中心位置，冷激氣體分布器與測(cè)溫及冷激氣體調(diào) 節(jié)裝置連接。測(cè)溫及冷激氣體調(diào)節(jié)裝置由與冷激氣體溫度關(guān)聯(lián)的氣體調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)。
[0007] 所述的測(cè)溫及冷激氣體調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)冷激氣體的流量，達(dá)到控制催化劑床層熱點(diǎn) 溫度的效果。
[0008] 所述的冷激氣體分布器的結(jié)構(gòu)為蛇管型或直管型，安裝在催化劑床層的中心位 置，冷激氣體分布器上開設(shè)小孔，使冷激氣體按照反應(yīng)要求徑向或切向分布在反應(yīng)器的反 應(yīng)區(qū)內(nèi)；冷激氣體分布器通過(guò)開孔分布的不同使冷激氣體通入反應(yīng)器中。
[0009] 在所述的反應(yīng)器本體中間位置設(shè)置催化床層，冷激氣體分布器安裝在催化劑床層 的中心位置。測(cè)溫點(diǎn)安裝在催化床層熱點(diǎn)位置處。
[0010] 冷激氣體為冷態(tài)的原料氣或冷態(tài)惰性氣體、該反應(yīng)產(chǎn)品為氣態(tài)的冷態(tài)產(chǎn)品中的一 種或多種；
[0011] 可控制溫度的絕熱反應(yīng)器尤其適合氣相加氫、氣相脫水、氫氣和一氧化碳甲烷化 反應(yīng)、合成氣合成甲醇等。
[0012] 本實(shí)用新型的積極效果體現(xiàn)在：
[0013](一）、可控制溫度的絕熱反應(yīng)器應(yīng)用于氣相催化放熱反應(yīng)過(guò)程，包括氣相加氫、 氣相脫水、氫氣和一氧化碳甲烷化反應(yīng)、合成氣合成甲醇等；
[0014](二）、可控制溫度的絕熱反應(yīng)器具有安全可靠、催化劑容量大、正反應(yīng)轉(zhuǎn)化率高、 熱平衡效果好的特點(diǎn)。
[0015](三）、可解決在氣相催化劇烈放熱反應(yīng)中由于反應(yīng)器殼體既要承受較高壓力又 要承受反應(yīng)所帶來(lái)的急劇升溫而造成的對(duì)反應(yīng)器的制造、運(yùn)行中的安全、生產(chǎn)成本等問(wèn)題。
[0016](四）、使用本反應(yīng)器可解決設(shè)備整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，提高生產(chǎn)能力，提高生產(chǎn)設(shè)備運(yùn) 行經(jīng)濟(jì)性。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1為測(cè)溫及冷激氣體調(diào)解系統(tǒng)簡(jiǎn)圖；
[0018]圖2為可控制溫度的絕熱反應(yīng)器的縱向剖視結(jié)構(gòu)圖。
[0019]圖3為傳統(tǒng)甲烷化工藝流程示意圖；
[0020]其中，1一一反應(yīng)器本體、2-一冷激氣體分布器、3-一測(cè)溫及冷激氣體調(diào)解裝置； 4一一催化劑、5-一支筋。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。但不應(yīng)將此理解為本 實(shí)用新型上述主題的范圍僅限于下述實(shí)施例，凡基于本【實(shí)用新型內(nèi)容】所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于 本實(shí)用新型的范圍。
[0022] 如圖一和圖二所示，冷激氣體分布器位于催化劑床層的中心位置，即反應(yīng)器本體 的中心位置，且上開有小孔使冷激氣體按照反應(yīng)要求徑向或切向分布反應(yīng)器反應(yīng)區(qū)內(nèi)；冷 激氣體分布器通過(guò)開孔分布的不同使冷激氣體通入反應(yīng)器本體中。
[0023]冷激氣體分布器與測(cè)溫及冷激氣體調(diào)節(jié)裝置相連，通過(guò)測(cè)溫及冷激氣體調(diào)節(jié)裝置 可使反應(yīng)器本體整體、均勻的降溫；
[0024]測(cè)溫及冷激氣體調(diào)節(jié)裝置包括冷激氣體調(diào)節(jié)閥和測(cè)溫系統(tǒng)組成，并形成調(diào)節(jié)回 路。
[0025]惰性氣體調(diào)節(jié)閥、原料氣調(diào)節(jié)閥、回收產(chǎn)品氣調(diào)節(jié)閥和測(cè)溫裝置及與溫度關(guān)聯(lián)的 氣體調(diào)節(jié)閥組成了測(cè)溫及冷激氣體調(diào)節(jié)裝置。通過(guò)測(cè)溫及冷激氣體調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)，控制 通入冷激氣體的量達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的作用。在測(cè)溫及冷激氣體調(diào)節(jié)裝置中，惰性氣體調(diào)節(jié)閥 可以調(diào)節(jié)惰性氣體的輸入量，由于本系統(tǒng)中原料氣、產(chǎn)品氣為易燃易爆氣體，所以惰性氣體 可在本系統(tǒng)中起到保護(hù)氣體、稀釋原料氣和降溫的作用；在測(cè)溫及冷激氣體調(diào)節(jié)裝置中，原 料氣調(diào)節(jié)閥可以調(diào)節(jié)原料氣的輸出量，通入控制冷原料氣的輸出量可不改變?cè)蠚獾慕M成 而起到降溫作用，一般在溫度微超下使用；在測(cè)溫及冷激氣體調(diào)節(jié)裝置中回收產(chǎn)品氣調(diào)節(jié) 閥可以調(diào)節(jié)回收產(chǎn)品氣的輸出量，通入控制回收產(chǎn)品氣的輸出量，可在一定程度上起到降 溫、抑制原料氣正反應(yīng)的作用，一般在超出溫度較高下使用，同時(shí)應(yīng)輸進(jìn)惰性氣體；回收產(chǎn) 品氣可以是產(chǎn)品氣的一種或多種。
[0026] 實(shí)施例1 :以合成氣甲烷化反應(yīng)過(guò)程為例說(shuō)明，
[0027] 煤經(jīng)過(guò)氣化、變化、凈化得到的合成氣中一般含有H2、C0、CH4、H20、C2H6和惰性氣體， 具體的氣體組成與煤的品種和所采用的氣化工藝有關(guān)。合成氣中的惰性氣體一般是隊(duì)和 Ar。合成氣甲烷化反應(yīng)為多個(gè)反應(yīng)，包括主反應(yīng)和副反應(yīng)。通過(guò)熱力學(xué)計(jì)算得出隨反應(yīng)溫 度的升高，各反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)熱力學(xué)平衡常數(shù)都是逐件降低的。
[0028] 因此，對(duì)于C0甲烷化制天然氣反應(yīng)來(lái)說(shuō)應(yīng)該盡量避免反應(yīng)溫度超過(guò)800K，最好控 制在700K以下。甲烷化反應(yīng)在600K左右有利于甲烷化反應(yīng)的進(jìn)行。
[0029] 新舊工藝對(duì)比（效果）
[0030]目前國(guó)內(nèi)外煤制天然氣工藝甲烷化過(guò)程大都采用高溫多級(jí)固定床反應(yīng)器串聯(lián)的 反應(yīng)工藝。（如圖1)傳統(tǒng)工藝中原料氣通過(guò)預(yù)熱器預(yù)熱后進(jìn)入第一甲烷化反應(yīng)器，原料 氣在第一甲烷化反應(yīng)器中催化放熱反應(yīng)，通過(guò)進(jìn)出料量（即控制產(chǎn)品氣的轉(zhuǎn)化率）控制反 應(yīng)釜溫度，產(chǎn)品氣采出后通過(guò)熱交換器降低反應(yīng)氣溫度，然后進(jìn)入下一反應(yīng)器，重復(fù)以上過(guò) 程；反應(yīng)器由于受反應(yīng)溫度的限制，原料氣在反應(yīng)器內(nèi)不能完全反應(yīng)，只能通過(guò)多級(jí)反應(yīng)器 串聯(lián)使用實(shí)現(xiàn)目標(biāo)產(chǎn)物。
[0031] 本實(shí)用新型通過(guò)冷激氣體分布器向反應(yīng)器內(nèi)通入冷激氣體使反應(yīng)器內(nèi)溫度得到 有效控制，保證反應(yīng)氣在反應(yīng)器內(nèi)更完全反應(yīng)。本實(shí)用新型通入冷激氣體為冷態(tài)的產(chǎn)品氣。 在冷激氣體調(diào)節(jié)系統(tǒng)中調(diào)節(jié)加壓后的冷態(tài)產(chǎn)品氣流量，從而減少參與反應(yīng)的氫氣和一氧化 碳的濃度，達(dá)到降低反應(yīng)速率的目標(biāo)，從而有效控制了反應(yīng)溫度。
[0032] 實(shí)施例效果：
[0033] 以下實(shí)施例中反應(yīng)均在甲烷化反應(yīng)工藝中的第一段反應(yīng)器中進(jìn)行，第一段甲烷化 反應(yīng)器以全容積5m3為例。反應(yīng)對(duì)比數(shù)據(jù)見如下表格。
[0034] 1.表1傳統(tǒng)甲烷化反應(yīng)器反應(yīng)主要參數(shù)
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種可控制溫度的絕熱反應(yīng)器，包括反應(yīng)器本體（1)、冷激氣體分布器（2)和測(cè)溫及 冷激氣體調(diào)節(jié)裝置（3)，其特征在于：冷激氣體分布器（2)設(shè)置在反應(yīng)器本體（1)的中心位 置，冷激氣體分布器（2)安裝在催化劑床層的中心位置，冷激氣體分布器（2)與冷激氣體調(diào) 節(jié)裝置（3)連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控制溫度的絕熱反應(yīng)器，其特征在于：所述的測(cè)溫及冷激 氣體調(diào)節(jié)裝置（3)包括冷激氣體調(diào)節(jié)閥、測(cè)溫裝置，其中測(cè)溫裝置與冷激氣體調(diào)節(jié)閥連接并 形成調(diào)節(jié)回路。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控制溫度的絕熱反應(yīng)器，其特征在于：所述的冷激氣體分 布器（2)的結(jié)構(gòu)為蛇管型或直管型。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控制溫度的絕熱反應(yīng)器，其特征在于：在所述的反應(yīng)器本 體（1)中間位置設(shè)置催化劑床層，冷激氣體分布器（2 )安裝在催化劑床層的中心位置。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及化工技術(shù)設(shè)備領(lǐng)域，具體為一種可控制溫度的絕熱反應(yīng)器。該絕熱反應(yīng)器包括反應(yīng)器本體（1）冷激氣體分布器（2）和測(cè)溫及冷激氣體調(diào)節(jié)裝置（3），其特征在于：冷激氣體分布器（2）設(shè)置在反應(yīng)器本體（1）的中心位置，冷激氣體分布器（2）安裝在催化劑床層的中心位置，冷激氣體分布器（2）與測(cè)溫及冷激氣體調(diào)節(jié)裝置（3）連接。該絕熱反應(yīng)器可解決在氣相催化劇烈放熱反應(yīng)中由于反應(yīng)器殼體既要承受較高壓力又要承受反應(yīng)所帶來(lái)的急劇溫升造成的對(duì)反應(yīng)器的制造、運(yùn)行中的安全及生產(chǎn)成本等問(wèn)題。使用本實(shí)用新型可解決設(shè)備整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，提高生產(chǎn)能力，提高生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。
【IPC分類】C07C9-04, B01J8-02, C07C29-152, C07C1-06, C07C1-04, C10L3-08, C07C31-04
【公開號(hào)】CN204564098
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520154401
【發(fā)明人】王超, 溫春輝, 陳霖, 王臻, 梅勇, 程金貴, 張曉陽(yáng)
【申請(qǐng)人】昊華(成都)科技有限公司
【公開日】2015年8月19日
【申請(qǐng)日】2015年3月18日