專利名稱：帶有新型氣體分布器的等溫型低壓合成塔的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于冷管型氣-固相反應器，特別適合低壓甲醇合成，也可用于氨、二甲醚的合成反應。
背景技術：
低壓甲醇合成，由于合成壓力低，綜合能耗較低，因此，大規模生產甲醇國內外普遍采用低壓合成，合成壓力為5～10MPa。采用銅基催化劑，反應溫度200～280℃，空速6000～10000h-1。
甲醇合成反應放熱量大，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，轉化率高，催化劑壽命長，操作方便，而且為提高設備生產強度盡可能提高催化劑裝填系數。
目前，低壓甲醇塔主要有英國ICI絕熱型冷激式和德國Lurgi管殼式低壓甲醇合成塔，國內應用的以后者為主。
ICI冷激式甲醇塔采用四段絕熱床層，層間采取三次冷激。這種型式的甲醇塔雖然結構簡單，生產能力較大，但是床層軸向溫差大，而且為降溫加入冷激氣，使出口氣濃度下降，從而降低了合成效率，空時得率較低，催化劑壽命也短。
Lurgi管殼式甲醇塔采取列管式結構，管程裝填催化劑，殼程用沸騰水移熱。結構見圖1。在受壓外筒(1.1)中焊有上、下管板(1.3)、(1.4)，列管(1.2)上、下端分別固定在管板上。管內裝填催化劑，管外即殼程下部進水，反應熱被管外沸騰水移熱，產生的蒸汽從上部引出。該型式催化劑床層溫差較小，操作比較平穩，轉化率也較高，還能副產中壓蒸汽。但由于殼程占據很大空間，催化劑裝填系數小(僅～35％)，設備投資大，同時為解決熱膨脹應力問題必須采用二種不同膨脹系數的特殊不銹鋼材質，且管材需進口，設備造價高。
近年來，杭州林達公司開發的U形管均溫型低壓甲醇塔，結構見圖2(專利號00208802.9)。該塔已取得初步成效。均溫型甲醇塔在外筒(2.2)內上部焊有隔板(2.1)，采用U形冷管膽(2.3)，其上端進氣管用填料密封在隔板(2.1)上，下部支撐在支承架(2.4)上。冷管外裝填催化劑，床層的反應熱由冷管內氣體移走。
盡管均溫型甲醇塔比ICI冷激塔取得了較明顯的效果，但仍存在床層溫度分布不夠理想，尤其是進氣流體分布不均的問題。
均溫型塔的專利中塔進氣未設氣體分布器，這會影響到流體的均勻分布，尤其是隨著生產裝置日趨大型化，放大效應更為嚴重，這個問題更為顯得突出。雖然在后來的生產中均溫型塔加設了如圖3所示的氣體分布器，其中三塊開孔的平面擋板(3.2)和不開孔的底部擋板(3.3)，由若干筋板(3.1)焊接固定在塔進口管下，但此種結構布氣顯然也是不夠合理的。另外，在均溫型甲醇合成塔中無催化劑自卸裝置。
發明內容為了克服已有技術中的甲醇合成塔進氣流體分布不均、合成效率較低的不足，本實用新型提供一種進氣流體均勻分布、合成效率高的帶有新型氣體分布器的等溫型低壓合成塔。
本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是一種帶有新型氣體分布器的等溫型低壓合成塔，包括外筒、內件，該外筒包括上封頭、筒體、下封頭，該內件包括隔板、冷管膽、支承圈，所述的上封頭設有進氣管，所述的下封頭設有出氣管；所述的冷管膽設有引氣管，所述的引氣管用填料函密封在隔板上，通常推薦采用膨脹石墨填料圈密封，該冷管膽外可裝催化劑，該冷膽管位于支承圈上，該支承圈與外筒筒壁固接，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，所述的氣體分布器與進氣管連接，所述的隔板與筒體、上封頭之間可拆卸地連接。
進一步，所述的隔板與筒體、上封頭之間采用榫槽式法蘭連接，不銹鋼纏繞墊片螺栓緊固密封。
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。
再進一步，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。
更進一步，所述的冷管膽為單管折流式等溫型冷管膽，還包括上環管、并流冷管、逆流冷管、下環管，所述的上環管與引氣管連通，所述的下環管位于支承圈上，所述的引氣管、上環管、并流冷管、下環管、逆流冷管依次形成氣流通道。
所述的下封頭還設有卸料管，下封頭內裝有氧化鋁球，與冷管膽內的催化劑成連續相。
所述的逆流冷管的數量少于并流冷管，其占總數的34～47％，冷管比傳熱面積20～46m2/m3。
冷管膽采用上、下、內、外多重環管結構，環管數≥6。
氣體分布器由三塊球形多孔板組成，上擋板、中擋板中間開有大進氣孔，其余布滿小孔，開孔率為10～22％；下擋板開有小孔，開孔率比上擋板小，擋板周邊夾角為60°＜α＜120°。
所述的下封頭內設有圓筒形多孔擋板，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，容積利用系數及生產強度較高；(3)、冷管能自由伸縮，結構簡單可靠；(4)、操作穩定，易于調節，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，筒體的材質要求也相應降低，投資將近節省一半。
圖1是背景技術中的Lurgi管殼式甲醇塔示意圖。
圖2是背景技術中的U形管均溫型低壓甲醇塔示意圖。
圖3是背景技術中的U形管均溫型低壓甲醇塔的氣體分布器示意圖。
圖4是本實用新型的帶有新型氣體分布器的等溫型低壓合成塔示意圖。
圖5是本實用新型的氣體分布器結構圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步描述。
參照圖4、圖5，本實用新型合成塔由外筒和內件二大部件組成，外筒包含氣體分布器(1)、上封頭(2)、筒體(6)、下封頭(13)；內件包含隔板(4)、冷管膽(7)、支承圈(12)，其中冷管膽(7)由引氣管(3)、上環管(5)、并流冷管(8)、逆流冷管(9)、下環管(11)組焊而成，通過支承圈(12)支撐在外筒壁上，冷管外裝填催化劑(10)。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)間通過榫槽式法蘭連接，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，上擋板(15)、中擋板(16)中間開有大進氣孔，其余布滿小孔，開孔率為10～22％，下擋板(17)不開大孔，小孔開孔率比上者略小。
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(10)至近逆流冷管(9)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。
正常生產時，經預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)、上環管(5)，經并流冷管(8)預熱至下環管(11)混合后分布到逆流冷管(9)進一步預熱，氣體上升到催化劑層(10)反應，自上而下流動，邊反應邊移熱，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℃。
本實用新型采用單管折流式的等溫型冷管膽結構，且逆流冷管少于并流冷管，其占總數的34～47％，冷管比傳熱面積20～36m2/m3。合成塔內無絕熱床層。冷管膽(7)采用上、下、內、外多重環管結構，環管數≥6。合成塔內不設熱交換器，入塔氣需預熱后才能進入。冷管膽(7)下方裝填氧化鋁球與其上的催化劑(10)成連續相，可從卸料管c自動卸出。
圖5為新型氣體分布器結構圖，它由球形上擋板(2)、中擋板(3)、下擋板(4)組成，用8塊筋板(1)焊接固定在甲醇塔球形封頭進氣管下面。上、中擋板中間開有大進氣孔(小于合成塔進氣孔)，其余布滿小孔，根據流體力學計算，開孔率宜為10～22％，下擋板不開大孔，小孔開孔率比上者略小。封頭與上擋板及三塊擋板之間的距離比為6∶7∶8。擋板周邊夾角為70°。
DN2800等溫冷管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，反應溫度240℃(前期)～270℃(后期)，床層徑向溫差＜5℃，軸向溫差≤10℃，年產甲醇20萬噸。該塔產量可與DN4000管殼式低壓甲醇塔相當，容積利用系數提高近一倍。
權利要求1.一種帶有新型氣體分布器的等溫型低壓合成塔，包括外筒、內件，該外筒包括上封頭、筒體、下封頭，該內件包括隔板、冷管膽、支承圈，所述的上封頭設有進氣管，所述的下封頭設有出氣管；所述的隔板上密封分布有冷管膽的引氣管，所述冷管膽外可裝催化劑，該冷膽管位于支承圈上，該支承圈與外筒筒壁固接，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，所述的氣體分布器與進氣管連接，所述的隔板與筒體、上封頭之間可拆卸地連接。
2.如權利要求1所述的帶有新型氣體分布器的等溫型低壓合成塔，其特征在于所述的隔板與筒體、上封頭之間采用榫槽式法蘭連接，不銹鋼纏繞墊片螺栓緊固密封。
3.如權利要求1所述的帶有新型氣體分布器的等溫型低壓合成塔，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。
4.如權利要求3所述的帶有新型氣體分布器的等溫型低壓合成塔，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。
5.如權利要求1～4之一所述的帶有新型氣體分布器的等溫型低壓合成塔，其特征在于所述的冷管膽為單管折流式等溫型冷管膽，還包括上環管、并流冷管、逆流冷管、下環管，所述的上環管與引氣管連通，所述的下環管位于支承圈上，所述的引氣管、上環管、并流冷管、下環管、逆流冷管依次形成氣流通道。
6.如權利要求1～4之一所述的帶有新型氣體分布器的等溫型低壓合成塔，其特征在于所述的下封頭還設有卸料管，下封頭內裝有氧化鋁球，與冷管膽內的催化劑成連續相。
7.如權利要求5所述的帶有新型氣體分布器的等溫型低壓合成塔，其特征在于所述的逆流冷管的數量少于并流冷管，其占總數的34～47％，冷管比傳熱面積20～46m2/m3。
8.如權利要求5所述的帶有新型氣體分布器的等溫型低壓合成塔，其特征在于冷管膽采用上、下、內、外多重環管結構，環管數≥6。
9.如權利要求4所述的帶有新型氣體分布器的等溫型低壓合成塔，其特征在于氣體分布器由三塊球形多孔板組成，上擋板、中擋板中間開有大進氣孔，其余布滿小孔，開孔率為10～22％；下擋板開有小孔，開孔率比上擋板小，封頭與上擋板及三塊擋板之間的距離比為6∶7∶8，擋板周邊夾角為60°＜α＜120°。
10.如權利要求1所述的帶有新型氣體分布器的等溫型低壓合成塔，其特征在于所述的下封頭內設有圓筒形多孔擋板，該多孔擋板位于出氣管的上方。
專利摘要一種帶有新型氣體分布器的等溫型低壓合成塔，包括外筒、內件，該外筒包括上封頭、筒體、下封頭，該內件包括隔板、冷管膽、支承圈，所述的上封頭設有進氣管，所述的下封頭設有出氣管；所述的冷管膽的引氣管用填料函密封在隔板上，該冷管膽外可裝催化劑，該冷膽管為多重環管的單管折流式，位于支承圈上，該支承圈與外筒筒壁固接，所述的外筒還包括新型氣體分布器、所述的氣體分布器位于上封頭內，所述的氣體分布器與進氣管連接。本實用新型提供一種進氣流體均勻分布、合成效率高的帶有新型氣體分布器的等溫型低壓合成塔。
文檔編號B01J8/02GK2740281SQ200420110699
公開日2005年11月16日 申請日期2004年11月25日 優先權日2004年11月25日
發明者陳運根, 劉華彥, 董誼仁, 談志人, 周友明 申請人:浙江工業大學