專利名稱：甲醇合成系統的制作方法
技術領域：
甲醇合成系統技術領域[0001]本實用新型涉及化工合成技術領域，具體而言，涉及一種甲醇合成系統。
背景技術：
[0002]在化工生產過程中，常常因為合成反應器催化劑床層溫度不均、反應溫度過高、或過反應溫度過低等反應器催化劑床層溫度不易控制的因素導致副產物過多。[0003]對于由加壓下甲胺、甲醚、甲醇合成、氨合成和CO變換這類氣固相放熱催化反應， 隨著反應的進行，不斷放出的反應熱使催化劑床層溫度提高。為了減少副產物和提高反應器的效率，需要把反應熱移出以使反應溫度處于一個合理的范圍。在工業反應器中曾廣為使用的一種是多段絕熱反應，二段之間用原料氣激冷來降低反應氣溫度，這種反應器因原料氣激冷時在降低反應氣溫度的同時也降低了反應物濃度，影響了合成效率。另一種用于甲醇合成的Lurgi公司的列管式反應器，在殼體中有上下管板間的多根圓管，管中裝有催化劑，原料氣從上部進氣口進入分布到各管中，在管內裝觸媒層中合成甲醇，管間側面進水。反應管被管外沸騰水連續移出熱量，產生蒸汽由側面管出，反應氣由底部出氣管出塔， 該塔溫差小，但觸媒裝填系數小。[0004]另一種DAVY公司開發的甲醇合成技術，其合成反應器結構示意圖如圖I所示，催化劑裝填在反應器100’的殼側，換熱管130’內產生中壓蒸汽。新鮮的合成氣從反應器100’ 底部的中心管120’進入，中心管120’管壁上有分配孔以保證氣體的分布均勻。氣體沿徑向從內到外通過反應器100’的催化劑床層110’。從汽包來的鍋爐水進入反應器100’的底部然后向上流動并部分汽化帶走甲醇合成反應所產生的反應熱。反應溫度通過換熱管130’ 內蒸汽的壓力來調節。該技術能將反應溫度控制在一定范圍內，且反應器100’生產能力的擴大可以通過加長反應器長度來實現，在甲醇合成設備大型化方面有其技術優勢，目前逐漸被甲醇合成廠家廣泛采用，但是本身還存在著一些不足。[0005]現有DAVY技術合成流程示意圖，如圖I和圖2所示，其中，反應系統包括反應器 100’、汽包200’、第一合成回路中間換熱器601’、第二合成回路中間換熱器602’、水冷器 300’、400’、合成氣壓縮機501’、循環氣壓縮機502’、第一甲醇分離器603’、第二甲醇分離器604’、甲醇閃蒸槽605’等，新鮮的合成氣從反應器100’底部的中心管120’進入，中心管120’管壁上有分配孔以保證氣體的分布均勻。氣體沿徑向從內到外通過反應器100’的催化劑床層110’。因為新鮮的合成氣從反應器100’底部的中心管120’進入，所以較大比例合成氣首先由反應器100’中下部中心管120’管壁上的分配孔沿徑向從內到外進入到反應器100’中下部催化劑床層110’進行反應；沿著中心管120’越往上，合成氣就越稀薄，也就是反應器100’下部催化劑床層110’相對于反應器100’上部催化劑床層110’而言就會有更多合成氣參與反應，這樣反應器100’下部催化劑的活性相對于反應器100’上部催化劑的活性將會下降得更快。這樣，到了催化劑使用壽命的中后期時，進入反應器100’下部中心管120’管壁上分配孔的合成氣中的大部分沿徑向從內到外進入到反應器100’下部催化劑床層110’后往往還沒有來得及進行化學反應就離開了催化劑床層110’，又因為在反應器100’下部進行反應的合成氣比例比中上部的都大，即使合成氣在反應器100’上部的活性較高的催化劑處的轉化率還保持較高水平，但因為反應器100’上部的合成氣量相對較小，使得總體上合成氣反應生成甲醇的單程轉化率將急速下降，使得甲醇產量也會隨之下降；如果要保持甲醇產量，就需要加大未反應的合成氣的循環量和循環次數，這無疑又增加了能耗。在催化劑使用壽命的中后期時，如果采用大幅提高催化劑床層110’溫度的方法來提高催化劑的活性，一方面會使催化劑使用壽命更快下降，另一方面會產生更多的蠟(尤其在床層溫度高于280°c以上時)。這樣，往往本來能使用較長或更長時間的床層催化劑更換的時間大為提前，而在反應器100’上部還保持較高活性的催化劑也同反應器100’下部幾乎無法使用的催化劑一同更換(一般使用過的甲醇合成催化劑更換時，整體反應器100’ 的催化劑都和空氣接觸，一旦在空氣氛圍內，尚有活性的催化劑也必將因快速中毒損壞而無法使用)，在經濟上造成了浪費。[0006]現有DAVY技術中，甲醇合成塔為徑向流反應器，在合成反應器的上部，熱氣體需向下折流后才能流出塔外，在塔內滯留時間較長，造成移出反應熱的速率較催化劑床層其他位置的反應熱移出速率要慢，使得反應器催化劑床層常常出現局部超溫，尤其當床層溫度高于280°C時，往往會產生大量的蠟，同時使得催化劑活性加快衰減，間接地造成催化劑的浪費。[0007]現有DAVY技術中，汽包內的鍋爐給水均從反應器的底部進入換熱管，吸收反應熱后變成蒸汽循環回汽包，這樣，溫度較低的鍋爐給水在反應器中下部時大量吸收反應熱汽化形成高溫蒸汽，這些高溫蒸汽和接近催化劑床層溫度的高溫鍋爐給水吸收熱量的能力遠低于溫度較低的鍋爐給水，使得反應器上部產生的反應熱不能及時被帶走，往往導致反應器催化劑床層上部的溫度大大高出反應器催化劑床層中下部的溫度。[0008]目前，DAVY技術合成甲醇流程，可以根據圖2所示的流程進行，合成新鮮氣進入合成氣壓縮機501’進行壓縮，經過合成氣壓縮機501’增壓后大部分新鮮氣與第二甲醇分離器604’來的循環氣混合形成混合氣；然后混合氣先在第一合成回路中間換熱器601’中預熱后進入第一合成反應器100’，在第一合成反應器100’內，甲醇合成反應在高活性的銅基催化劑作用下進行，該反應為放熱反應，反應熱副產低壓蒸汽；反應生成氣離開第一合成反應器100’后經過第一合成回路中間換熱器601’對欲入塔的混合氣進行預熱，然后進入冷卻器300’進行冷卻；反應生成氣中的循環氣和粗甲醇進入第一甲醇分離器603’進行分離。 在第一甲醇分離器603’中分離出的循環氣和另外部分經合成氣壓縮機501’增壓后的新鮮合成氣混合后進入循環氣壓縮機502’被壓縮后再進入第二合成回路中間換熱器602’中預熱，然后進入第二合成反應器，第二合成反應器同樣副產低壓蒸汽，離開第二合成反應器的反應生成氣經過第二合成回路中間換熱器602’預熱預進入第二合成反應器的入塔氣后，進入第二冷卻器400’，在第二冷卻器400中反應生成氣中的循環氣和粗甲醇進入第二甲醇分離器604’，在第一甲醇分離器603’和第二甲醇分離器604’中分離出的粗甲醇經過濾器后去甲醇閃蒸槽605’。在第二甲醇分離器604’中分離出的循環氣的大部分與合成新鮮氣混合后進入合成氣壓縮機501’。同時,需放出一部分弛放氣以維持循環氣中的甲燒和氮氣等惰性氣體在一定的濃度范圍之內。[0009]在甲醇生產過程中，常常因為反應氣中甲醇含量過高導致副產物過多，影響到正常生產。5[0010]現有DAVY技術中，部分新鮮合成氣與來自其中一個粗甲醇分離罐的循環氣混合后進入循環氣壓縮機加壓后，經過合成回路中間換熱器加熱后，進入甲醇合成反應器100’ 進行甲醇合成反應；因為循環氣中殘留有部分甲醇，甲醇含量過高會導致合成過程中蠟質的生成量增加，而甲醇產量也會隨之下降；如果要保持甲醇產量，就需要加大未反應的合成氣的循環量和循環次數，這無疑又增加了能耗。實用新型內容[0011]本實用新型旨在提供一種甲醇合成系統，以解決現有技術甲醇合成系統中循環氣甲醇含量過高的技術問題。[0012]為了實現上述目的，根據本實用新型的一個方面，提供了一種甲醇合成系統。該甲醇合成系統，包括氣固相催化反應器，設置有反應氣入口和反應生成氣出口，鍋爐給水入口和副產蒸汽出口，分離器，側壁上設置有反應生成氣入口，底部設置有液相輸出管，頂部設置有循環氣出口，反應生成氣入口與氣固相催化反應器的反應生成氣出口相通；分離器的循環氣出口與冷凝器相連，冷凝器的循環氣排出口與氣固相催化反應器的反應氣入口相通。[0013]進一步地，分離器的循環氣出口與冷凝器之間還設置有氣體壓縮機。[0014]進一步地，分離器連接有冷卻空氣管線，冷凝器設置有氣體冷凝介質入口管和氣體冷凝介質出口管，甲醇合成系統進一步包括[0015]進一步地，通過動力裝置分別與分離器的冷卻空氣管線和冷凝器的氣體冷凝介質入口管相連通。[0016]進一步地，空氣過濾器分別連接有室內空氣管線和環境空氣管線，室內空氣管線和環境空氣管線上分別設置有氣體流量控制閥。[0017]進一步地，包括并聯設置的兩個氣固相催化反應器和分離器。[0018]進一步地，氣固相催化反應器包括反應器殼體，其側壁上形成有沿側壁切線方向延伸的氣體入口管線；催化劑床層，設置在反應器殼體內，與反應器殼體之間形成環狀的旋流腔，催化劑床層為中空圓柱體，催化劑床層的側壁上設置有使旋流腔與催化劑床層內部相通的通孔；以及換熱裝置，設置在催化劑床層內。[0019]進一步地，換熱裝置包括多條均勻地設置在催化劑床層內的換熱管，其中，部分換熱管內介質的流動方向與剩余部分的換熱管內介質的流動方向相反；甲醇合成系統還包括與換熱管相通的汽包，汽包內的水自下而上進入的部分換熱管的進水管線上設置有調節閥；催化劑床層內在換熱管附近設置有熱電偶，調節閥與熱電偶形成控制換熱管內水的流量的控制回路。[0020]進一步地，汽包內的水自上而下進入的部分換熱管的進水管線上設置有用于調節水壓的變頻泵，該部分換熱管的出口端及變頻泵的出口端分別設置有壓差計，壓差計與變頻泵形成抑制蒸汽倒流的控制回路。[0021]進一步地，分離器包括凝液回收罐，立式冷卻器，與除沫器罐并排設置在凝液回收罐的頂部,并均與凝液回收罐相連通。[0022]進一步地，冷凝器包括初級立式冷凝器，包括初級立式冷凝器殼程和設置在初級立式冷凝器殼程內的初級立式冷凝器管程；次級立式冷凝器，包括次級立式冷凝器殼程和設置在次級立式冷凝器殼程內的次級立式冷凝器管程，次級立式冷凝器設置在初級立式冷凝器的頂部，且初級立式冷凝器管程和次級立式冷凝器管程相連通，初級立式冷凝器頂部設置有用于將初級立式冷凝器殼程和次級立式冷凝器殼程分割開的間隔件；以及冷凝器凝液罐，設置在初級立式冷凝器的底部，與初級立式冷凝器管程相通。[0023]進一步地，氣體壓縮機包括合成氣壓縮機和循環氣壓縮機，合成氣壓縮機設置有新鮮合成氣入口及新鮮合成氣出口，合成氣壓縮機通過合成氣出口依次與合成氣凈化預熱器、合成氣凈化槽、合成回路中間換熱器、氣固相催化反應器相連通；氣固相催化反應器的反應生成氣出口依次與合成回路中間換熱器、粗甲醇空冷器、分離器相連通；分離器的循環氣出口依次與循環氣壓縮機、冷凝器、循環氣預熱器、合成回路中間換熱器、氣固相催化反應器相連通。[0024]應用本實用新型的技術方案，分離器與冷凝器相連通，即離開分離器的循環氣并沒有像現有技術那樣與合成氣混合，而是進入冷凝器進行降溫，分離出部分甲醇，從而有利于減少在合成甲醇過程中蠟質的形成，同時也有利于保持甲醇產量的穩定。在同等進氣量、 相同組成、催化劑同等裝填條件和同期使用時間條件下，由于將反應器中更多的粗甲醇產品在冷凝器中去除，因此，產生的蠟質更少，產生的甲烷更少，甲醇產量更大。
[0025]說明書附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，構成本實用新型的一部分，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構成對本實用新型的不當限定。在附圖中圖I示出了現有davy技術合成反應器的結構示意圖；圖2示出了現有davy技術合成的流程示意圖；圖3示出了根據本實用新型實施例的甲醇合成系統結構及流程示意圖；圖4示出了根據本實用新型實施例的氣固相催化反應器豎直剖面結構示意圖；圖5示出了根據圖4的A-A截面俯視結構示意圖；圖6示出了根據本實用新型實施例的換熱管在氣固相催化反應器內的排布結構圖7示出了根據本實用新型實施例的氣固相催化反應器結構示意圖；圖8示出了根據圖7的B-B截面氣體入口管線在氣固相催化反應器上的仰視結構圖9示出了根據圖7的C-C截面氣體入口管線在氣固相催化反應器上的俯視結構[0026][0027][0028][0029][0030][0031]示意圖[0032][0033]示意圖[0034]示意圖；[0035]圖10示出了根據本實用新型實施例的調節閥與熱電偶形成控制換熱管內水的流量的自動控制回路的結構示意圖；[0036]圖11示出了根據本實用新型實施例的分離器的剖視結構示意圖；[0037]圖12示出了根據本實用新型實施例的分離器的俯視結構示意圖；[0038]圖13示出了根據本實用新型實施例的冷凝器的結構示意圖；以及[0039]圖14示出了根據本實用新型另一實施例的甲醇合成系統結構及流程示意圖。
具體實施方式
[0040]需要說明的是，在不沖突的情況下，本實用新型中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本實用新型。[0041]本實用新型的甲醇合成系統特別適合于甲醇合成反應過程，也可用于甲醚、甲胺、 甲醚、氨合成和CO變換等化學過程。[0042]根據本實用新型一種典型的實施方式，甲醇合成系統如圖3所示包括氣固相催化反應器100、分離器600和冷凝器400，其中，氣固相催化反應器100設置有反應氣入口和應生成氣出口，鍋爐給水入口和副產蒸汽出口，分離器600側壁上設置有反應生成氣入口， 底部設置有液相輸出管，頂部設置有循環氣出口，反應生成氣入口與氣固相催化反應器100 的反應生成氣出口相通；分離器600的循環氣出口與冷凝器400相連，冷凝器400的循環氣排出口與氣固相催化反應器100的反應氣入口相通。應用本實用新型的技術方案，分離器600與冷凝器相連通，即離開分離器600的循環氣并沒有像現有技術那樣馬上就與新鮮合成氣混合，而是先進入冷凝器進行降溫，再次分離出部分甲醇，從而有利于減少在合成甲醇過程中蠟質的形成，同時也有利于保持甲醇產量的穩定。在同等進氣量、相同組成、催化劑同等裝填條件和同期使用時間條件下，由于將反應器中更多的粗甲醇產品在冷凝器中去除，因此，產生的蠟質更少，產生的甲烷更少，甲醇產量更大。優選地，分離器600的循環氣出口與冷凝器400之間還設置有氣體壓縮機500，該氣體壓縮機500包括合成氣壓縮機501 和循環氣壓縮機502。[0043]優選地，分離器600內設置有冷卻空氣管線，冷凝器400設置有氣體冷凝介質入口管和氣體冷凝介質出口管，甲醇合成系統進一步包括空氣過濾器700，空氣過濾器700通過動力裝置701分別與分離器600的冷卻空氣管線和冷凝器400的氣體冷凝介質入口管相連通。這樣可以將空氣中的塵埃和部分水過濾除去，有利于設備長周期運行。優選地，空氣過濾器分別連接有室內空氣管線702和環境空氣管線，室內空氣管線702和環境空氣管線703 上分別設置有氣體流量控制閥，便于并與調節兩者的流量從而調節冷卻空氣的溫度。其中， 動力裝置701可以是鼓風機。其中，環境空氣為室外空氣。室內空氣和環境空氣即室外空氣先經過空氣過濾器過濾去塵埃和部分水，然后由鼓風機為各以上用戶(分離器立式冷卻器和冷凝器)輸送冷卻用空氣；室內空氣和環境空氣各自管線上有調節閥，可通過調節兩者的流量來調整冷卻用空氣溫度。此外，由鼓風機輸送的冷卻用空氣亦可為粗甲醇脫除不凝氣、殘留溶解氣及低沸物系統冷卻相關物流。[0044]根據本實用新型的實施例，如圖3所示，氣固相催化反應器100反應生成氣出口與合成回路中間換熱器801反應生成氣入口相連通，合成回路中間換熱器801反應生成氣出口與粗甲醇空冷器300反應生成氣入口相連通。從氣固相催化反應器100出來的反應生成氣與新鮮合成氣、循環氣通過合成回路中間換熱器801換熱，反應生成氣溫度下降，新鮮合成氣和循環氣溫度上升到適合的反應溫度(反應需要在本領域常規的合適的反應溫度范圍內進行，若新鮮合成氣和循環氣進入反應器的溫度過低，使得反應溫度較低也會導致副反應副產物的增多；同樣反應溫度過高也會導致副反應副產物的增多)，粗甲醇空冷器300 反應生成氣出口與分離器600反應生成氣入口相連通，分離器600循環氣(離開分離器600 后的反應生成氣因為分離粗甲醇后還將用于循環再反應故在此均稱為循環氣)出口與循環氣壓縮機502進氣口相連通，循環氣壓縮機502出氣口和冷凝器400循環氣入口相連通，冷凝器400循環氣出口與循環氣預熱器803循環氣入口相連通，循環氣預熱器803循環氣出口與合成氣凈化槽出口相連通并與合成回路中間換熱器801循環氣入口相連通。在進入合成回路中間換熱器801前，循環氣離開循環氣預熱器803后與從合成氣凈化槽出來的新鮮合成氣匯合成一股氣。從氣固相催化反應器100出來的反應生成氣與新鮮合成氣、循環氣通過合成回路中間換熱器801換熱，反應生成氣溫度下降，新鮮合成氣和循環氣溫度上升，合成回路中間換熱器801循環氣出口與氣固相催化反應器100入口相連通。[0045]現有技術中，通常采用的是反應器串并聯的方式，只要其中一塔停車，因循環無法進行，反應快速失衡，常常導致另外一塔必須停車，引起其他上下游裝置的聯鎖停車或上游的合成氣放空，造成極大地損失和浪費。根據本實用新型一種典型的實施方式，甲醇合成系統包括并聯設置的兩個氣固相催化反應器100和分離器600。這樣有利于減少設備投資，有利于檢修，維持其他裝置生產的連續性，避免因停車造成的損失。當然，本實用新型的甲醇合成系統也可以是兩個反應器公用一套分離器、粗甲醇空冷器300及合成回路中間換熱器 801。根據本實用新型另一典型的實施例，如圖14所示，并聯設置的兩個氣固相催化反應器 100可公用一套分離器600、粗甲醇空冷器300及合成回路中間換熱器801。[0046]根據本實用新型一典型實施例，如圖4所示，氣固相催化反應器100包括反應器殼體101、催化劑床層110和換熱裝置，其中，反應器殼體101的側壁上形成有沿側壁切線方向延伸的氣體入口管線150 ;催化劑床層110設置在反應器殼體101內，與反應器殼體101之間形成環狀的旋流腔140，催化劑床層110為中空圓柱體，催化劑床層110的側壁上設置有與催化劑床層110內部相通的通孔111，換熱裝置設置在催化劑床層110內。[0047]本實用新型的氣固相催化反應器100，具有由套設在催化劑床層110的殼體外周的反應器殼體101及催化劑床層110的殼體形成的旋流腔140，旋流腔140通過催化劑床層 110殼體上設置的通孔111與催化劑床層110內部相通，且旋流腔140的氣體入口管線150 沿反應器殼體101的側壁切線方向設置，使得反應氣由氣體入口管線150沿旋流腔140切向方向進入旋流腔140。反應氣切向進入后將緊貼反應器殼體內壁做圓周旋流運動，然后反應氣在圓周旋流的過程中向上下兩個方向擴散旋流，反應氣切向進氣在旋流腔內旋流的方式相對于直接徑向進氣的方式將獲得更長的停留時間，將有更長的時間在旋流腔內均勻旋流擴散后再由通孔進入催化劑床層在催化劑的作用下進行反應，使得反應氣在反應器整個催化劑床層軸向空間內更為均勻分布。本實用新型的氣固相催化反應器特別適合于甲醇合成反應過程，也可用于甲醚、甲胺、甲醚、氨合成和CO變換等化學過程。[0048]根據本實用新型一典型實施例，如圖4所示，催化劑床層110的中軸線上設置有中心管120，中心管120的管壁上均勻地設置有中心管集氣孔121，中心管120上下兩端開口形成反應生成氣出口 122。反應氣進入旋流腔140沿著軸向空間均勻分布后，通過催化劑床層110殼體上設置的通孔111進入催化劑床層110，反應氣沿徑向從內到外通過催化劑床層110。反應氣在催化劑的作用下部分反應后形成反應生成氣(含未進行反應的反應氣) 沿徑向通過中心管集氣孔121進入到中心管120內，然后反應生成氣從上下兩端的反應生成氣出口 122離開反應器。根據本實用新型一典型的實施例，從上下兩端的反應生成氣出口 122離開反應器的兩股合成氣匯合后，進入合成回路中間換熱器801預熱即將進入反應器的反應氣。[0049]優選地，如圖5、6所示，反應器的氣體入口管線150包括多條，各氣體入口管線150的高度位置相同或者不同，并且各氣體入口管線150在俯視方向的投影均勻地圍繞在反應器殼體101的外周，使得反應氣在旋流腔140內更為均勻分布。[0050]優選地，如圖7-10所示，反應器的氣體入口管線150包括第一氣體入口管線151、 第二氣體入口管線152、第三氣體入口管線153、及第四氣體入口管線154，其中，第一氣體入口管線151和第二氣體入口管線152中心對稱地設置在催化劑床層110的1/3高度處， 第三氣體入口管線153和第四氣體入口管線154中心對稱地設置在催化劑床層110的2/3 高度處，使得反應氣在旋流腔140內更為均勻分布，而不會出現在現有技術中進入反應器下部催化劑床層的合成氣大大多于進入反應器上部催化劑床層的合成氣這種合成氣分布不均的情況。[0051]優選地，換熱管130與汽包200相通，從汽包來的鍋爐給水進入反應器的換熱管 130并部分汽化帶走合成反應所產生的反應熱，反應溫度可通過換熱管130內蒸汽的壓力和鍋爐給水的流量來調節。根據本實用新型一典型實施例，換熱裝置包括多條均勻地設置在催化劑床層110內的換熱管130，其中，部分換熱管130內介質的流動方向與剩余部分的換熱管130內介質的流動方向相反。優選地，汽包200內的水自上而下進入的部分換熱管 130的管線上設置有用于調節水壓的多相泵，優選為變頻泵201，該部分換熱管130的出口端及多相泵的出口端分別設置有壓差計，壓差計與多相泵形成抑制蒸汽倒串的自動控制回路。如圖5、6所示，水自下而上進入的換熱管131用白色圓圈表示，水自上而下進入的換熱管132用黑色圓圈表示。這樣，既有自下而上的汽包200給水吸收反應器下半部產生的反應熱，又有自上而下的汽包200給水取走反應器上半部產生的反應熱。根據本實用新型一種典型的實施例，如圖5、6所示，從汽包底部引出兩條鍋爐給水總管，第一條鍋爐給水總管分為兩路，一路給第一圓周換熱管組，該路汽包200給水自下而上進入第一圓周換熱管組換熱管，另一路給第三圓周換熱管組，該路汽包200給水自下而上進入第三圓周換熱管組換熱管，部分汽化或全部汽化后，離開第一、三圓周換熱管組后匯成一路返回汽包進行汽液分離；第二條鍋爐給水總管中的鍋爐給水先經由多相泵加壓后為兩路，一路給第二圓周換熱管組，該路汽包200給水自上而下進入第二圓周換熱管組換熱管，另一路給第四圓周換熱管組，該路汽包200給水自上而下進入第四圓周換熱管組換熱管，部分汽化或全部汽化后，離開第二、四圓周換熱管組后匯成一路返回汽包進行汽液分離，該返回汽包的管線和多相泵出口安裝有壓差計，壓差計的壓差和多相泵轉速形成自動控制回路，多相泵轉速根據壓差計壓差調整轉速，時刻保持多相泵出口壓力高出第二、四圓周換熱管組出口壓力一定范圍，從而避免蒸汽倒竄。當然，根據本實用新型的實施例，換熱管不限于四圓周換熱管組， 可以是更多組。[0052]優選地，如圖5、6所示，換熱裝置包括多組以催化劑床層110的中軸線為中心，呈圓形排布的換熱管組，介質的流動方向不同的各換熱管組間隔排列，即各換熱管組按其內介質的流動方向間隔排列。冷卻介質相對流動的換熱管徑向間隔圓周均布排列，使得催化劑床層軸向徑向的溫度變化均趨于平緩。[0053]優選地，如圖6所示，換熱裝置包括多組以催化劑床層110的中軸線為中心，呈圓形排布的換熱管組，換熱管組內介質的流動方向不同的換熱管之間間隔排列。冷卻介質相對流動的換熱管不是徑向間隔排列，而是在同一圓周上間隔均布排列，這種實施方式也可使得催化劑床層軸向徑向的溫度更為均勻。[0054]優選地，汽包200水進入換熱管130的管線上設置有調節閥160，催化劑床層110 內在換熱管130附近設置有熱電偶，調節閥160與熱電偶形成控制換熱管130內水的流量的自動控制回路。進一步優選地，汽包200與換熱管130形成循環通路，汽包200水可循環使用，汽包設置有排污管線和鍋爐給水補水管線，可定期排污和及時補入鍋爐給水，從而保持汽包內鍋爐給水水質良好。[0055]綜上，采用本實用新型優選實施例的氣固相催化反應器具有以下優點[0056]I.本實用新型氣固相催化反應器相對于現有技術中的反應器結構更容易實現整個反應器內催化劑床層溫度的均勻分布，從而避免了現有技術中因合成反應器催化劑床層溫度不均、或反應溫度過高、或過反應溫度過低等導致副產物過多的現象；[0057]2.本實用新型氣固相催化反應器的催化劑床層溫度更易調節和控制；[0058]3.本實用新型氣固相催化反應器的反應器生產能力的擴大即可通過加大反應器直徑也可以通過加長反應器長度和加寬中心管的方法來實現，更加靈活。[0059]根據本實用新型典型的實施例，如圖11、12所示，分離器600包括凝液回收罐610、 立式冷卻器620和除沫器罐630，其中，立式冷卻器620與除沫器罐630并排設置在凝液回收罐610的頂部，且凝液回收罐610分別與立式冷卻器620及除沫器罐630相連通。工作時，反應生成氣623自上而下進入立式冷卻器620管程與殼程中的冷卻介質換熱冷卻，反應生成氣冷卻產生的凝液落入凝液回收罐610內，不凝氣則進入凝液回收罐610上部，再向上折流通過除沫器罐630上部出口離開分離器600。其中，冷卻器采用立式結構，高壓高速的反應生成氣可將冷凝下來的蠟質吹落到凝液回收罐610中，減少蠟冷凝后附著在立式冷卻器620管程管壁上，從而大大地減輕蠟質對換熱效果的影響；對于立式冷卻器620與除沫器罐630并排設置在凝液回收罐610的頂部結構形式，不凝氣向上折流通過除沫器罐630上部出口離開分離器600時，絕大多數凝液因重力而落入凝液回收罐610內，大部分凝液獲得有效分離；而對于現有技術中立式冷卻器與凝液回收罐采用上下組合的結構形式，氣相出口設置在立式冷卻器下方凝液回收罐上部側壁上，這種構形式，部分凝液和蠟質往往還來不及落下就被氣相吹出凝液回收罐了，氣相攜帶液滴嚴重，不凝氣和液滴不能有效分離。除沫器罐630用于去除反應生成氣中攜帶的液滴。采用該分離器600可以將反應生成氣中的蠟質分離出去，避免了傳統除蠟方法中使蠟質到下游裝置后，一旦溫度降低，粗甲醇中的蠟就會冷凝出來，影響到下游裝置的正常生產。現有技術中，立式冷卻器與凝液回收罐采用上下組合的結構形式，這種構形式，部分凝液和蠟質往往還來不及落下就被氣相吹出凝液回收罐了，氣相依然攜帶較多液滴；本實用新型的這種立式冷卻器620與除沫器罐630并排設置在凝液回收罐610的頂部的結構形式，使得氣相攜帶凝液及蠟質進入下游設備的量大大減少，氣流通過除沫器罐630除沫器，攜帶的液滴被除沫器進一步去除，氣相攜帶凝液量進一步減少。[0060]優選地，立式冷卻器620為列管式冷卻器，立式冷卻器620的殼程入口和出口分別接有循環水管線和冷卻空氣管線，立式冷卻器620的上端設置有反應生成氣入口 623。立式冷卻器620殼程通入冷卻介質，冷卻介質為冷卻空氣管線的空氣或循環水管線的循環水。 如圖I所示，冷卻空氣進氣口 615和循環水進水口 616即殼程入口設置在所述立式冷卻器 620的下部位置，冷卻空氣出氣口 617和循環水出水口 618即殼程出口設置在所述立式冷卻器620的上部位置。反應生成氣入口 623與立式冷卻器620的管程連通，管程內可通入反應生成氣。當環境溫度較低時，采用空氣冷卻的方式冷卻，當環境溫度較高冷卻空氣無法滿足冷卻要求時，可關閉冷卻空氣進氣管線閥門，調整循環水入水管線閥門開度采用循環水冷卻反應生成氣。[0061]優選地,如圖11所不，凝液回收罐610的下部設置有液相輸出管611,液相輸出管 611伸入凝液回收罐610內的內端口朝下設置，且端口呈喇叭狀，液相輸出管611的外端口位于凝液罐610外。喇叭狀端口延伸至液面614以下，這種喇叭狀的取液口可避免因附著在取液口附近的蠟質和落下的蠟質積累而導致取液口堵塞的問題。[0062]優選地，凝液回收罐610的底部設置有排蠟口 613。凝液回收罐底部設置有排蠟口，可通過排蠟口定期排蠟。[0063]優選地，凝液回收罐610的外壁下方設置有加熱器612。當重質蠟凝固堵塞排蠟口無法排蠟時，可接通加熱器612的電源給凝液回收罐內物料稍微加熱，待蠟質融化后可繼續排蠟。優選地，加熱器612呈環狀設置在凝液回收罐610的外壁下方，便于均勻的加熱。 進一步優選地，加熱器612為電磁加熱器，電磁加熱器可根據不同的工況選擇加熱功率，利用電磁波穿透性強覆蓋范圍廣的特點，可在極短的時間內融化沉積在凝液回收罐底部的全部蠟質，相對于傳統的內置蒸汽加熱的方式，無需考慮排凝和保暖防凍等問題，且操作簡單高效節能，檢修使用非常方便，可極大地提高工作效率。[0064]優選地，除沫器罐630包括罐體及設置在罐體頂部的除沫器氣流通過除沫器罐 630的除沫器,攜帶的液滴被除沫器進一步去除,氣相攜帶凝液量進一步減少。[0065]根據本實用新型典型的實施例，如圖13所示，冷凝器包括初級立式冷凝器410、次級立式冷凝器420和冷凝器凝液罐430，其中，初級立式冷凝器410包括初級立式冷凝器殼程和設置在初級立式冷凝器殼程內的初級立式冷凝器管程；次級立式冷凝器420包括次級立式冷凝器殼程和設置在次級立式冷凝器殼程內的次級立式冷凝器管程，次級立式冷凝器 420設置在初級立式冷凝器的頂部，且初級立式冷凝器管程和次級立式冷凝器管程相連通， 初級立式冷凝器頂部設置有用于將初級立式冷凝器殼程和次級立式冷凝器殼程分割開的間隔件；冷凝器凝液罐430設置在初級立式冷凝器的底部，與初級立式冷凝器管程相通。應用本實用新型的技術方案，由于設置有初級和次級兩級冷凝器，且兩級冷凝器的管程相通， 冷凝器冷凝液收集罐設置在初級冷凝器的底部，由于經過兩級冷凝，因此可以從反應生成氣中分離出更多的粗甲醇產品。而且，初級立式冷凝器殼程和次級立式冷凝器殼程通過間隔件間隔開來，可以使用不同的冷卻介質，在水資源匱乏的地區，可以只部分使用水作為冷凝介質，節約用水。[0066]優選地，初級立式冷凝器管程豎直、平行設置在初級立式冷凝器殼程內，并且初級立式冷凝器管程向下延伸至次級立式冷凝器殼程內形成次級立式冷凝器管程；初級立式冷凝器殼程和次級立式冷凝器殼程上均設置有冷凝介質入口管和冷凝介質出口管。這樣通過管程的物質可以均勻地經過兩級殼程內的介質進行換熱。[0067]優選地，冷凝介質入口管和冷凝介質出口管分別設置有流量控制閥，方便冷凝介質流量控制。[0068]根據本實用新型典型的實施例，如圖13所示，初級立式冷凝器410上設置有與初級立式冷凝器殼程相通的第一冷凝介質入口管411和第一冷凝介質出口管412。次級立式冷凝器420上設置有與次級立式冷凝器殼程相通的第二冷凝介質入口管421、第二冷凝介質出口管422。其中，初級立式冷凝器410的冷凝介質可以是冷卻空氣或循環水。根據本實用新型一典型的實施例，第二冷凝介質入口管421遠離次級立式冷凝器420的一端與氣體冷凝介質入口管423和液體冷凝介質入口管425相連通；第二冷凝介質出口管422遠離次級立式冷凝器420的一端設置有氣體冷凝介質出口管424和液體冷凝介質出口管426，即級立式冷凝器420的冷卻介質可選擇的是冷卻空氣或循環水，氣體冷凝介質出口管424又與第一冷凝介質出口管412在調節閥后相連通；第一冷凝介質入口管411和第一冷凝介質出口管412以初級立式冷凝器410幾何中心點對稱，第二冷凝介質入口管421和第二冷凝介質出口管422以次級立式冷凝器420幾何中心點對稱。當環境溫度較低時，采用空氣冷卻的方式冷卻，當環境溫度較高冷卻空氣無法滿足冷卻要求時，可關閉次級立式冷凝器420 的冷卻空氣進氣管線閥門，調整循環水入水管線閥門開度采用循環水冷卻反應生成氣。[0069]優選地，次級立式冷凝器420頂部設置有與次級立式冷凝器管程相通的循環氣進入管427，冷凝器凝液罐430的側壁上設置有循環氣排出管432，便于走管程的物質與殼程內的介質充分換熱。優選地，粗甲醇出口 433設置在冷凝器凝液罐430的底部，方便粗甲醇的引出。間隔件是能夠起到間隔作用的部件即可，優選地，間隔件為隔板421，成本低，使用方便。[0070]根據本實用新型典型的實施例，次級立式冷凝器420內部水平設置有多個用于將次級立式冷凝器殼程分割成獨立空間的間隔件，多個獨立空間的殼程上均設置有冷凝介質入口管和冷凝介質出口管。其中，每個獨立空間的空間中可以通入不同的冷凝介質，根據實際需要，增加冷凝程度和介質的可選性。[0071]在甲醇合成系統中，由于本實用新型的冷凝器采用立式結構，冷凝下來的粗甲醇落入冷凝器凝液罐430中，減少循環氣攜帶過多甲醇進入合成反應器，避免過多蠟質的生成(反應氣中甲醇含量過高會導致合成過程中蠟質的生成量增加，而甲醇產量也會隨之下降；如果要保持甲醇產量，就需要加大未反應的合成氣的循環量和循環次數，這無疑又增加了能耗)，而冷凝下來的粗甲醇則被送入粗甲醇脫除不凝氣、殘留溶解氣及低沸物系統脫除不凝氣、殘留溶解氣及低沸物。總之，將本實用新型的冷凝器應用于合成甲醇工藝及方法中，在同等進氣量、相同組成、催化劑同等裝填條件和同期使用時間條件下，由于將反應器中更多的粗甲醇產品在冷凝器中去除，因此，產生的蠟質更少，產生的甲烷更少，甲醇產量更大。[0072]根據本實用新型一典型的實施例，甲醇合成系統包括上述冷凝器。根據本實用新型的實施例，新鮮合成氣經合成氣壓縮機501、合成氣凈化預熱器802進入合成氣凈化槽 900，從合成氣凈化槽900出來的新鮮合成氣和從循環氣預熱器803出來的循環氣匯成一股氣后流經合成回路中間換熱器801與從氣固相催化反應器100出來的反應生成氣換熱后進入氣固相催化反應器100。從氣固相催化反應器100出來的反應氣生成氣經合成回路中間換熱器801、粗甲醇空冷器300進入分離器600。分離器600出來的循環氣經循環氣壓縮機 502后進入冷凝器400，冷凝器400出來的循環氣流和從合成氣凈化槽900出來的新鮮合成氣匯成一股氣后經合成回路中間換熱器801進入氣固相催化反應器100。從冷凝器400、分離器600分理處的粗甲醇匯合后進入粗甲醇脫除不凝氣、殘留溶解氣及低沸點物系統進行處理。從分離器600底部排臘口 613排出的臘可送入催化裂化系統。從分離器600出來的少量循環氣作為馳放氣進入氫氣回收系統，回收后得到的高純氫氣并入新鮮合成氣。[0073]本實用新型的甲醇合成系統、反應器、冷凝器、冷凝器特別適合于甲醇合成反應過程，也可用于甲醚、甲胺、甲醚、氨合成和CO變換等化學過程。[0074]綜上，本實用新型流程本身至少有如下優點[0075]I、現有技術中通常是采用雙塔串并聯的方式，若其中一塔停車，就會造成因循環無法進行，反應快速失衡，導致另外一塔必須停車，進而導致其他上下游裝置的聯鎖停車或上游的合成氣放空，造成極大地損失和浪費。而本實用新型的雙塔并聯工藝流程及系統，不但有利于減少設備投資(例如根據本實用新型的一典型實施例，如圖14所示，雙反應器可公用一套粗甲醇分離器、粗甲醇空冷器及合成回路中間換熱器，相對于原DAVY，可節省一套粗甲醇分離器、粗甲醇空冷器及合成回路中間換熱器的投資)，有利于檢修，在一塔停車的情況下能夠維持其他裝置生產的連續性，避免了現有技術中因一塔停車造成的巨大損失。 2、采用本實用新型的甲醇合成系統，在同等進氣量、相同組成、催化劑同等裝填條件和同期使用時間條件下，產生的蠟質更少，產生的甲烷更少，甲醇產量更大。[0076]3、采用本實用新型的甲醇合成系統，由于本實用新型的分離器的使用，蠟質可從粗甲醇產品中分離出來，避免了現有技術中蠟質到下游裝置后，一旦溫度降低，粗甲醇中的蠟就會冷凝出來，影響到下游裝置的正常生產。[0077]4、采用本實用新型的甲醇合成系統，除蠟方法簡單操作更為方便。[0078]5、采用本實用新型的甲醇合成系統，可以從反應生成氣中分離出更多的粗甲醇產品·[0079]6、可有效節約用水。[0080]以上所述僅為本實用新型的優選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1.一種甲醇合成系統，包括 氣固相催化反應器(100)，設置有反應氣入口和反應生成氣出口，鍋爐給水入口和副產蒸汽出口， 分離器(600)，側壁上設置有反應生成氣入口，底部設置有液相輸出管，頂部設置有循環氣出口，所述反應生成氣入口與所述氣固相催化反應器(100)的反應生成氣出口相通； 其特征在于，所述分離器￠00)的循環氣出口與冷凝器(400)相連，所述冷凝器(400)的循環氣排出口與所述氣固相催化反應器(100)的反應氣入口相通。
2.根據權利要求I所述的甲醇合成系統，其特征在于，所述分離器(600)的循環氣出口與所述冷凝器(400)之間還設置有氣體壓縮機(500)。
3.根據權利要求I所述的甲醇合成系統，其特征在于，所述分離器(600)連接有冷卻空氣管線，所述冷凝器(400)設置有氣體冷凝介質入口管和氣體冷凝介質出口管，所述甲醇合成系統進一步包括 空氣過濾器(700)，通過動力裝置(701)分別與所述分離器(600)的冷卻空氣管線和所述冷凝器(400)的氣體冷凝介質入口管相連通。
4.根據權利要求3所述的甲醇合成系統，其特征在于，所述空氣過濾器分別連接有室內空氣管線(702)和環境空氣管線(703)，所述室內空氣管線(702)和所述環境空氣管線(703)上分別設置有氣體流量控制閥。
5.根據權利要求I所述的甲醇合成系統，其特征在于，包括并聯設置的兩個所述氣固相催化反應器(100)和所述分離器(600)。
6.根據權利要求I所述的甲醇合成系統，其特征在于，所述氣固相催化反應器(100)包括 反應器殼體(101)，其側壁上形成有沿側壁切線方向延伸的氣體入口管線(150)； 催化劑床層(110)，設置在所述反應器殼體(101)內，與所述反應器殼體(101)之間形成環狀的旋流腔(140)，所述催化劑床層(110)為中空圓柱體，所述催化劑床層(110)的側壁上設置有使所述旋流腔(140)與所述催化劑床層(110)內部相通的通孔(111);以及 換熱裝置，設置在所述催化劑床層(110)內。
7.根據權利要求6所述的甲醇合成系統，其特征在于， 所述換熱裝置包括多條均勻地設置在所述催化劑床層(110)內的換熱管(130)，其中，部分所述換熱管(130)內介質的流動方向與剩余部分的所述換熱管(130)內介質的流動方向相反； 所述甲醇合成系統還包括與所述換熱管(130)相通的汽包(200)，所述汽包(200)內的水自下而上進入的部分所述換熱管(130)的進水管線上設置有調節閥(160)； 所述催化劑床層(110)內在所述換熱管(130)附近設置有熱電偶，所述調節閥(160)與所述熱電偶形成控制所述換熱管(130)內水的流量的控制回路。
8.根據權利要求7所述的甲醇合成系統，其特征在于，所述汽包(200)內的水自上而下進入的部分所述換熱管(130)的進水管線上設置有用于調節水壓的變頻泵(201)，該部分所述換熱管(130)的出口端及所述變頻泵(201)的出口端分別設置有壓差計，所述壓差計與所述變頻泵(201)形成抑制蒸汽倒流的控制回路。
9.根據權利要求I所述的甲醇合成系統，其特征在于，所述分離器(600)包括凝液回收罐(610)， 立式冷卻器￠20)，與除沫器罐(630)并排設置在所述凝液回收罐￠10)的頂部，并均與所述凝液回收罐(610)相連通。
10.根據權利要求I所述的甲醇合成系統，其特征在于，所述冷凝器(400)包括 初級立式冷凝器(410)，包括初級立式冷凝器殼程和設置在所述初級立式冷凝器殼程內的初級立式冷凝器管程； 次級立式冷凝器(420)，包括次級立式冷凝器殼程和設置在所述次級立式冷凝器殼程內的次級立式冷凝器管程，所述次級立式冷凝器(420)設置在所述初級立式冷凝器的頂部，且所述初級立式冷凝器管程和所述次級立式冷凝器管程相連通，所述初級立式冷凝器頂部設置有用于將所述初級立式冷凝器殼程和所述次級立式冷凝器殼程分割開的間隔件；以及 冷凝器凝液罐(430)，設置在所述初級立式冷凝器的底部，與所述初級立式冷凝器管程相通。
11.根據權利要求2所述的甲醇合成系統，其特征在于，所述氣體壓縮機(500)包括合成氣壓縮機(501)和循環氣壓縮機(502)，所述合成氣壓縮機(501)設置有新鮮合成氣入口及新鮮合成氣出口，所述合成氣壓縮機(501)通過合成氣出口依次與合成氣凈化預熱器(802)、合成氣凈化槽(900)、合成回路中間換熱器(801)、所述氣固相催化反應器(100)相連通；所述氣固相催化反應器(100)的反應生成氣出口依次與所述合成回路中間換熱器(801)、粗甲醇空冷器(300)、所述分離器(600)相連通；所述分離器(600)的循環氣出口依次與所述循環氣壓縮機(502)、所述冷凝器(400)、循環氣預熱器(803)、所述合成回路中間換熱器(801)、所述氣固相催化反應器(100)相連通。
專利摘要本實用新型公開一種甲醇合成系統。其中，該甲醇合成系統，包括氣固相催化反應器，設置有反應氣入口和反應生成氣出口，鍋爐給水入口和副產蒸汽出口，分離器，側壁上設置有反應生成氣入口，底部設置有液相輸出管，頂部設置有循環氣出口，反應生成氣入口與氣固相催化反應器的反應生成氣出口相通；分離器的循環氣出口與冷凝器相連，冷凝器的循環氣排出口與氣固相催化反應器的反應氣入口相通。應用本實用新型的技術方案，分離器與冷凝器相連通，即離開分離器的循環氣并沒有像現有技術那樣與合成氣混合，而是進入冷凝器進行降溫，分離出部分甲醇，從而有利于減少在合成甲醇過程中蠟質的形成，同時也有利于保持甲醇產量的穩定。
文檔編號C07C29/152GK202808648SQ20122050560
公開日2013年3月20日 申請日期2012年9月28日 優先權日2012年9月28日
發明者唐煜 申請人:神華集團有限責任公司, 中國神華煤制油化工有限公司, 中國神華煤制油化工有限公司包頭煤化工分公司