等溫合成反應裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于等溫合成反應裝置技術領域，具體涉及一種可以對甲烷、甲醇和氨進行合成反應，能夠使熱量能充分回收，節能降耗和降低生產成本的等溫合成反應裝置。
【背景技術】
[0002]合成反應裝置在甲烷、甲醇、氨等的制備中屬關鍵設備，甲烷、甲醇、氨等的合成過程為強放熱反應，如在甲烷化反應是絕熱反應的條件下，其絕熱升溫為:氣體中每轉化1%的CO的絕熱溫升72°C，每轉化I %的CO2的絕熱溫升65°C。甲烷化前合成氣中C0+C0 2含量為24-25%，反應體系溫度升高值很大，因此反應熱的移出很重要。反應熱平衡問題處理不好不但影響催化劑的催化效率，而且影響熱量的回收利用，且如果氣體在反應器中分布不理想導致流動阻力大，將會使能耗增加。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型的目的在于克服現有技術中的缺陷，而提供一種設計合理、結構簡單，可以對甲烷、甲醇和氨進行合成反應，能夠使熱量能充分回收，節能降耗和降低生產成本的等溫合成反應裝置。
[0004]本實用新型的目的是這樣實現的:包括未反應氣體通道，所述未反應氣體管道通過進料換熱器的未反應氣體進口與進料換熱器的殼程相連，進料換熱器的殼程通過進料換熱器的未反應氣體出口與反應殼體頂部的進氣口相連，所述反應殼體的中部設有催化劑框，催化劑框下部外圓周表面與反應殼體的內表面之間設有密封圈，所述催化劑框的底部為換熱槽，所述催化劑框內部中心位置上設有頂部封閉的中心管，所述中心管穿過催化劑框，換熱槽和反應殼體的底部，所述中心管的底部開設有反應后氣體出氣口，中心管分為催化劑框內中心管部分和換熱槽內中心管部分，所述催化劑框內中心管部分的圓周外表面上開設有若干個中心管進氣孔，所述催化劑框的外圓周表面開設有催化劑框氣孔，所述催化劑框內設有催化劑層，所述催化劑層內設有若干根熱超導管，熱超導管的底部設置在換熱槽內；所述反應后氣體出氣口通過管道與進料換熱器的管程進口相連，進料換熱器的管程通過進料換熱器的管程出口與甲烷冷卻器相連；所述換熱槽的一側由上至下依次設有出汽口和進液口，所述進液口通加壓泵與汽包的底部液體口相連，底部液體口通過汽包進液口與換熱液儲槽相連，所述出汽口通過蒸汽壓力調節閥與汽包的蒸汽進口相連，蒸汽進口通過汽包蒸汽出口與蒸汽使用裝置相連。所述汽包內的中間位置上設有絲網除沫器。所述熱超導管在催化劑層的內高度為催化劑層高度的70% -90% ;所述熱超導管在換熱槽內的高度為換熱槽高度的70% -90%。
[0005]本實用新型為化工通用型等溫合成反應裝置，可用于合成甲烷、甲醇、氨等多種化工產品，具有設計合理、結構簡單，能夠使熱量能充分回收，節能降耗和降低生產成本的優點。
【附圖說明】
[0006]圖1為本實用新型的示意圖。
【具體實施方式】
[0007]如圖1所示，本實用新型包括未反應氣體通道，所述未反應氣體管道通過進料換熱器17的未反應氣體進口 20與進料換熱器17的殼程相連，進料換熱器17的殼程通過進料換熱器17的未反應氣體出口 21與反應殼體22頂部的進氣口 I相連，所述反應殼體22的中部設有催化劑框3，催化劑框3下部外圓周表面與反應殼體22的內表面之間設有密封圈26，所述催化劑框3的底部為換熱槽8，所述催化劑框3內部中心位置上設有頂部封閉的中心管5，所述中心管5穿過催化劑框3，換熱槽8和反應殼體22的底部，所述中心管5的底部開設有反應后氣體出氣口 9，中心管5分為催化劑框內中心管部分和換熱槽內中心管部分，所述催化劑框內中心管部分的圓周外表面上開設有若干個中心管進氣孔7，所述催化劑框3的外圓周表面開設有催化劑框氣孔6，所述催化劑框3內設有催化劑層2，所述催化劑層2內設有若干根熱超導管4，熱超導管4的底部設置在換熱槽8內；所述反應后氣體出氣口 9通過管道與進料換熱器17的管程進口 18相連，進料換熱器17的管程通過進料換熱器17的管程出口 19與甲烷冷卻器24相連；所述換熱槽8的一側由上至下依次設有出汽口和進液口，所述進液口通加壓泵12與汽包10的底部液體口 14相連，底部液體口 14通過汽包進液口 16與換熱液儲槽13相連，所述出汽口通過蒸汽壓力調節閥23與汽包的蒸汽進口 25相連，蒸汽進口 25通過汽包蒸汽出口 15與蒸汽使用裝置相連。所述汽包10內的中間位置上設有絲網除沫器11。所述熱超導管4在催化劑層2的內高度為催化劑層2高度的70% -90% ;所述熱超導管4在換熱槽8內的高度為換熱槽8高度的70% -90%。所述換熱槽8內的換熱介質可以為脫氧水，甲醇或乙醇等冷卻介質。
[0008]本實用新型的主要技術原理是:催化劑層2內設有若干根熱超導管4，熱超導管4在合成甲烷、甲醇、氨等的反應熱的激發下，傳熱效率極高、熱損為零，熱超導管4軸向溫差趨于零，自一端加熱，數秒鐘就可將熱量傳遞到另一端。導熱速度快，強度大，效率高；熱超導管4外部裝有催化劑，當管外氣體發生甲烷、甲醇、氨等反應時放出熱量，熱量通過熱超導管4導熱到底部換熱槽8中，當換熱槽8內的冷卻介質為脫氧水時，可使換熱槽8中的液態水發生相變，變成蒸汽從汽包蒸汽出口 15排出。控制蒸汽壓力調節閥23使汽包10內蒸汽壓力恒定，即水沸騰汽化溫度恒定，則催化劑反應溫度也能保持略高于管內水沸騰溫度的恒溫。其中，熱超導管4的傳熱原理為:熱超導管的傳熱介質為多種無機元素組合而成，在外熱的激發下，利用微粒子的高頻振動傳遞熱量，無相變，熱損為零，使得導熱效率極高。甲烷、甲醇、氨等催化反應放出的熱量及時被熱超導管傳遞至底部換熱槽被換熱槽中水吸收汽化為蒸汽維持床層溫度穩定。其特點是熱超導管導熱效率極高，水汽化熱很大，所有反應熱都能隨即被傳遞吸收，保證床層溫度恒定。本實用新型的反應器利用液體的相變和熱超導管導熱率高、無熱損的特點將大量的反應熱帶走，在吸熱的同時副產蒸汽，反應熱得以充分利用。在本實用新型中產生蒸汽的壓力和溫度視甲烷、甲醇、氨等合成的壓力和溫度而定。甲烷合成的壓力應該視煤氣化技術的壓力而定:在用Lurgi煤氣化技術時，甲烷化的壓力在2.5Mpa左右，而采用水煤漿氣化時，可以在3.5?7.5Mpa下進行，在采用粉煤氣化時，可以在3.5Mpa下進行。本實用新型的壓力范圍為2.5?8.0Mpa之間。甲烷、甲醇、氨等合成溫度應在催化劑活性范圍內，控制管內蒸汽壓力恒定，且管外催化劑反應溫度保持略高于該壓力下水沸騰溫度或過熱溫度的恒溫。本實用新型可用于合成甲烷、甲醇、氨等多種化工廣品。
[0009]本實用新型以發生甲烷化反應為例，具體包括以下步驟:
[0010]一、從進料換熱器17的未反應氣體出口 21來的壓力為2.5?8.0Mpa、溫度為260?270°C的未反應氣從殼體2上部的進口 I 一部分軸向進入到催化劑筐3中的催化劑層2，另一部分進入反應殼體22與催化劑框3之間的環隙內，環隙內的未反應氣體通過催化劑框氣孔6進入催化劑層2中；
[0011]二、步驟一所述的未反應氣分別從上部至上而下進入到催化劑層形成軸向流和從環隙進入經過催化劑框氣孔6進入到催化劑層2內形成徑向流；所述氣體軸徑向通過徑向筐3中的催化劑層進行反應，催化劑層溫度維持在380?460°C ;
[0012]三、所述步驟二中甲烷化反應后380?460°C的氣體經中心管進氣孔7進入到中心管5內，至上而下從出氣口 9出來進入進料換熱器17的管程中與230?240°C的未反應氣進行換熱；
[0013]四、所述步驟二中甲烷化反應放出的熱量被若干根熱超導管4導入到底部換熱槽8中，換熱介質吸熱后變為220?250°C的蒸汽。反應過程中通過控制換熱槽8產生的蒸汽壓力來保證甲烷化反應為等溫過程；通過設置控制蒸汽壓力調節閥23來控制蒸汽壓力；
[0014]五、所述步驟四中吸收反應熱產生的220?250°C的蒸汽進入汽包10中，經絲網除沫器11進行氣液分離后從汽包蒸汽出口 15送往后工段；
[0015]六、外界來的90?110°C脫氧水汽包進液口 16進入汽包內，為保證脫氧水順利進入到底部換熱槽8中，設置加壓泵12，經過加壓泵12加壓后進入底部換熱槽8中進行補水，實現水與水蒸氣的循環。
【主權項】
1.一種等溫合成反應裝置，包括未反應氣體通道，其特征在于:所述未反應氣體管道通過進料換熱器(17)的未反應氣體進口(20)與進料換熱器(17)的殼程相連，進料換熱器(17)的殼程通過進料換熱器(17)的未反應氣體出口(21)與反應殼體(22)頂部的進氣口(I)相連，所述反應殼體(22)的中部設有催化劑框(3)，催化劑框(3)下部外圓周表面與反應殼體(22)的內表面之間設有密封圈(26)，所述催化劑框(3)的底部為換熱槽(8)，所述催化劑框(3)內部中心位置上設有頂部封閉的中心管(5)，所述中心管(5)穿過催化劑框(3)，換熱槽(8)和反應殼體(22)的底部，所述中心管(5)的底部開設有反應后氣體出氣口(9)，中心管(5)分為催化劑框內中心管部分和換熱槽內中心管部分，所述催化劑框內中心管部分的圓周外表面上開設有若干個中心管進氣孔(7)，所述催化劑框(3)的外圓周表面開設有催化劑框氣孔￠)，所述催化劑框(3)內設有催化劑層(2)，所述催化劑層(2)內設有若干根熱超導管(4)，熱超導管(4)的底部設置在換熱槽(8)內；所述反應后氣體出氣口(9)通過管道與進料換熱器(17)的管程進口(18)相連，進料換熱器(17)的管程通過進料換熱器(17)的管程出口(19)與甲烷冷卻器(24)相連；所述換熱槽(8)的一側由上至下依次設有出汽口和進液口，所述進液口通加壓泵(12)與汽包(10)的底部液體口(14)相連，底部液體口(14)通過汽包進液口(16)與換熱液儲槽(13)相連，所述出汽口通過蒸汽壓力調節閥(23)與汽包的蒸汽進口(25)相連，蒸汽進口(25)通過汽包蒸汽出口(15)與蒸汽使用裝置相連。
2.根據權利要求1所述的等溫合成反應裝置，其特征在于:所述汽包(10)內的中間位置上設有絲網除沫器(11)。
3.根據權利要求1所述的等溫合成反應裝置，其特征在于:所述熱超導管(4)在催化劑層(2)的內高度為催化劑層(2)高度的70% -90% ;所述熱超導管(4)在換熱槽(8)內的高度為換熱槽(8)高度的70% -90%。
【專利摘要】本實用新型屬于一種等溫合成反應裝置；包括未反應氣體通道，所述未反應氣體管道通過進料換熱器的未反應氣體進口與進料換熱器的殼程相連，進料換熱器的殼程通過進料換熱器的未反應氣體出口與反應殼體頂部的進氣口相連，所述反應殼體的中部設有催化劑框，催化劑框下部外圓周表面與反應殼體的內表面之間設有密封圈，所述催化劑框的底部為換熱槽，所述催化劑框內部中心位置上設有頂部封閉的中心管，所述中心管穿過催化劑框，換熱槽和反應殼體的底部，所述催化劑層內設有若干根熱超導管，熱超導管的底部設置在換熱槽內；具有設計合理、結構簡單，能夠使熱量能充分回收，節能降耗和降低生產成本的優點。
【IPC分類】B01J8-02
【公開號】CN204275941
【申請號】CN201420673197
【發明人】劉飛, 顧朝暉, 曹真真, 崔增濤, 楊國洞, 賈凱
【申請人】河南心連心化肥有限公司
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年11月13日