專利名稱：一種多段氣固化學(xué)反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于氨或甲醇合成的多段氣固化學(xué)反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
在氨或甲醇合成生產(chǎn)中采用的已有氣固化學(xué)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)不盡合理，由于出塔溫度較低，只能產(chǎn)生1.2-2.5Mpa飽和蒸汽，且反應(yīng)氣流阻力較大、循環(huán)耗電較多、有待改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提出一種多段氣固化學(xué)反應(yīng)器，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、所產(chǎn)氨凈值高，可產(chǎn)較高溫度和壓力的過(guò)熱蒸汽而能源利用率高、循環(huán)電耗小、節(jié)能效果顯著。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，所述多段氣固化學(xué)反應(yīng)器有受壓外筒和受熱內(nèi)筒且二者之間有環(huán)隙，受壓外筒底部有與該環(huán)隙連通的冷態(tài)未反應(yīng)氣進(jìn)口而頂部有頂蓋，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，所述受壓內(nèi)筒的內(nèi)腔由上至下分為三層，第一、二層之間由第一鍋形集氣器分隔，第二、三層之間由第二鍋形集氣器分隔，第二層和第三層中分別裝有換熱器，位于所述第一和第二鍋形集氣器之間的集氣套管的上端口經(jīng)第一鍋形集氣器上分布的通氣孔同第一層連通，該集氣套管管壁分布有通氣孔，第二層徑向框側(cè)壁分布有通氣孔與其側(cè)部環(huán)隙連通；該側(cè)部環(huán)隙經(jīng)第二鍋形集氣器底部間隙與第三層中的換熱器頂部進(jìn)氣口連通，該換熱器外圈筒體側(cè)壁分布有通氣孔，第三層徑向框側(cè)壁分布有通氣孔與其側(cè)部環(huán)隙連通二該側(cè)部環(huán)隙與受壓外筒底部的反應(yīng)后氣體出口連通；第三層中的換熱器底部有與受壓外筒底部的預(yù)熱未反應(yīng)氣進(jìn)口連通的進(jìn)氣管，該進(jìn)氣管同冷管束下端連通而所述冷管束上端同中心管下端連通，所述中心管的上端口位于受壓外筒頂部的零米區(qū)內(nèi)；所述受壓外筒和受熱內(nèi)筒之間的環(huán)隙頂部依次經(jīng)受壓外筒頂側(cè)的出口、帶調(diào)節(jié)閥的連通管、受壓外筒頂側(cè)進(jìn)口、連通管同下降管的上端連接，所述下降管的下端同第二層中換熱器的冷管束一端連通，所述冷管束的另一端同上端口位于所述零米區(qū)內(nèi)的上升管的下端連接。
以下做出進(jìn)一步說(shuō)明。
參見(jiàn)圖1，本發(fā)明的多段氣固化學(xué)反應(yīng)器有受壓外筒14和受熱內(nèi)筒9且二者之間有環(huán)隙26，受壓外筒14底部有與該環(huán)隙26連通的冷態(tài)未反應(yīng)氣進(jìn)口27而頂部有頂蓋，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，所述受壓內(nèi)筒9的內(nèi)腔由上至下分為三層，第一、二層之間由第一鍋形集氣器6分隔，第二、三層之間由第二鍋形集氣器10分隔，第二層裝有換熱器7而第三層中裝有換熱器11，位于所述第一鍋形集氣器6和第二鍋形集氣器10之間的集氣套管22的上端口經(jīng)第一鍋形集氣器6上分布的若干通氣孔同所述第一層連通，該集氣套管22管壁上分布有通氣孔，第二層徑向框8側(cè)壁分布有若干通氣孔與其側(cè)部環(huán)隙28連通；該側(cè)部環(huán)隙28經(jīng)第二鍋形集氣器10底部間隙與第三層中的換熱器11頂部進(jìn)氣口連通，該換熱器11的外圈筒體12側(cè)壁分布有通氣孔，第三層徑向框13側(cè)壁分布有若干通氣孔與其側(cè)部環(huán)隙29連通而該側(cè)部環(huán)隙29與受壓外筒14底部的反應(yīng)后氣體出口18連通；第三層中的換熱器11底部有與受壓外筒14底部的預(yù)熱未反應(yīng)氣進(jìn)口17連通的進(jìn)氣管，該進(jìn)氣管同冷管束下端連通而所述冷管束上端同中心管5下端連通，所述中心管5的上端口位于受壓外筒14頂部的零米區(qū)30內(nèi)；所述受壓外筒14和受熱內(nèi)筒9之間的環(huán)隙26頂部依次經(jīng)受壓外筒頂側(cè)的出口31、(如圖2所示)帶調(diào)節(jié)閥32的連通管34(熱付線)、受壓外筒14頂側(cè)進(jìn)口33、連通管25同下降管23的上端連接，所述下降管23的下端同第二層中換熱器7的冷管束一端連通，所述冷管束的另一端同上端口位于所述零米區(qū)30內(nèi)的上升管24的下端連接。
參見(jiàn)圖1，結(jié)合一個(gè)實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明所述裝置的工作原理是，受熱內(nèi)筒9中裝填固體催化劑，未反應(yīng)氣體分成二股進(jìn)入反應(yīng)器，一股是30％-50％未反應(yīng)氣，溫度為40℃，從底部的冷態(tài)未反應(yīng)氣進(jìn)口27進(jìn)入環(huán)隙26中，由下而上經(jīng)環(huán)隙26被加熱后，經(jīng)出口31、連通管34、進(jìn)口33、連通管25進(jìn)入換熱器7的冷管束，在冷管束內(nèi)被管外反應(yīng)熱氣體加熱至360℃-400℃，經(jīng)2-6根上升管24上升至催化床的零米區(qū)30中；另一股約50％-70％的經(jīng)預(yù)熱至220℃-240℃未反應(yīng)氣，從受壓外筒14底部的預(yù)熱未反應(yīng)器進(jìn)口17由下而上進(jìn)入換熱器11的冷管束內(nèi)，被管外反應(yīng)熱氣加熱至360℃-400℃，從中心管5上端口出來(lái)，至零米區(qū)30內(nèi)；該兩股未反應(yīng)氣在零米區(qū)30內(nèi)混合后，溫度為360℃-400℃，軸向往下，經(jīng)過(guò)第一段(第一層)絕熱反應(yīng)，溫度升高，氨含量增加后，集中于第一鍋形集氣器6，往下到集氣套管22中，穿過(guò)該集氣套管22管壁均勻分布的若干通氣小孔，徑向第二段即冷管段反應(yīng)，反應(yīng)放出的熱量被冷管束內(nèi)的冷氣冷卻，繼續(xù)徑向流動(dòng)，到第三段絕熱反應(yīng)，溫度升高，氨含量繼續(xù)增加反應(yīng)后，通過(guò)徑向框8的若干通氣孔，往下集中于第二鍋形集氣器10，再往下進(jìn)入換熱器11管間，折向往下流動(dòng)，被管內(nèi)的未反應(yīng)氣冷卻后，通過(guò)換熱器11的外圈筒體12側(cè)壁上分布的若通氣小孔，徑向往外流過(guò)第四段絕熱反應(yīng)；反應(yīng)后，溫度達(dá)到380℃以上，氨含量16％-18％，通過(guò)徑向框13上的若干通氣小孔與環(huán)隙29，往下流動(dòng)，折向流向底部的中心管后經(jīng)反應(yīng)后氣體氣口18，出塔；利用其高溫氣體，產(chǎn)生3.0MPa-5.5MPa蒸汽.
本發(fā)明中，進(jìn)入環(huán)隙26的未反應(yīng)冷氣體，占全體反應(yīng)氣體的30％-50％，以保護(hù)受壓外筒14塔壁部超溫。
最終反應(yīng)段出來(lái)的高溫?zé)釟?，不是在反?yīng)器(塔)內(nèi)熱交冷卻，而是出塔后，經(jīng)過(guò)蒸汽過(guò)熱器、蒸汽發(fā)生器降溫，利用其熱量產(chǎn)生高品位(中高壓力)蒸汽。
在反應(yīng)器底部相應(yīng)部位加入密封填料15、19，可有效防止出來(lái)的反應(yīng)氣與進(jìn)入的為反應(yīng)氣之間相串。
本發(fā)明上述過(guò)程表明，催化床反應(yīng)分三層四段，由上至下，第一層為第一段，為絕熱反應(yīng)段；第二層包括兩個(gè)反應(yīng)段，中間為內(nèi)冷反應(yīng)段，外圈為絕熱反應(yīng)段(第二、第三段)(或外圈為內(nèi)冷反應(yīng)段，內(nèi)圈為絕熱反應(yīng)段)；第三層即為第四段，為間冷絕熱反應(yīng)段。所述四個(gè)反應(yīng)段中，只有第一段反應(yīng)氣體流.向?yàn)檩S向，第二、三、四段反應(yīng)氣體流向均為徑向。
本發(fā)明中反應(yīng)熱氣由第一層進(jìn)入第二層時(shí)，中間可設(shè)置間接列管式換熱器，熱氣走管間，冷氣走管內(nèi)。
由以上可知，本發(fā)明為一種多段氣固化學(xué)反應(yīng)氣，其優(yōu)點(diǎn)有1、反應(yīng)器只有一個(gè)冷卻管束(或列管式換熱器)和中間換熱器，四段反應(yīng)器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
2、本發(fā)明的四段反應(yīng)器，沒(méi)有設(shè)置冷激，即沒(méi)有氨含量很低的未反應(yīng)氣與反應(yīng)后有一定氨量的熱氣混合，氨濃度沒(méi)有降低，同時(shí)又有四段反應(yīng)，下面為中間換熱，反應(yīng)溫度趨近于最佳溫度(即反應(yīng)速度最快的溫度)曲線，因此氨凈值高達(dá)14％～16％。
3、本發(fā)明的出塔氣體溫度高達(dá)380℃以上，可利用其熱量產(chǎn)生4.0MPa～5.2MPa 360℃以上的過(guò)熱蒸汽，而其它反應(yīng)器，出塔溫度280℃～310℃，只能產(chǎn)生1.2MPa～2.5MPa飽和蒸汽。
4、本發(fā)明的四段反應(yīng)中，有三段為徑向，且三個(gè)徑向催化床高度(軸向高度)占總催化床(四個(gè)段)高的85％以上，即軸向段在15％以下，因此阻力小，循環(huán)電耗小。
5、本發(fā)明的換熱器可采用細(xì)長(zhǎng)型，可以是列管式，也可以是螺旋板式，使熱系數(shù)比光管要大30％，換熱面積小，占空間，裝催化劑多，生產(chǎn)能力大。過(guò)熱飽和蒸汽，用于發(fā)電，有很好節(jié)能效果。
6、本發(fā)明的多段氣固化學(xué)反應(yīng)器因?yàn)樗酱?＞2000mm)，蓋體重量重，故大蓋由三個(gè)組合蓋組成，反應(yīng)器內(nèi)易損件，冷管束、換熱器與內(nèi)筒本為支承架支承，沒(méi)有焊接，新裝置第一次內(nèi)外筒組合時(shí)，三個(gè)蓋打開，將內(nèi)筒整體吊入組裝，以后裝催化劑或檢查內(nèi)筒部件時(shí)，將冷管束或換熱器吊出檢查，只打開第二個(gè)蓋(中圈)，而不要打開外圈蓋，組裝電爐只要開中間小蓋。減少了勞動(dòng)強(qiáng)度和節(jié)約了組裝時(shí)間。
如果反應(yīng)器的塔徑≤2000mm，所述大蓋可采用整塊式。
7、本發(fā)明多相氣固相反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)是間冷多段反應(yīng)，催化劑裝填量多，空速小(5000～8000h-1)，反應(yīng)生成物凈含量(凈值)高，如合成氨反應(yīng)，氨凈值為15％～16％，出塔溫度高達(dá)400℃～430℃，有利產(chǎn)生3.0MPa～5.5MPa高品位蒸汽；反應(yīng)器徑向段高度占85％以上，反應(yīng)氣流阻力小，0.2MPa～0.3MPa。


圖1是本發(fā)明一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1所示設(shè)備采用兩組出口31與進(jìn)口33的結(jié)構(gòu)示意圖。
在圖中1-小蓋， 2-密封填料，3-中蓋，4-大蓋， 5-中心管， 6-第-鍋形集氣器，7-換熱器，8-徑向框， 9-受熱內(nèi)筒，
10-第二鍋形集氣器，11-換熱器， 12-外圈筒體，13-徑向框，14-受壓外筒，15-密封填料，16-上部短節(jié)， 17-預(yù)熱未反應(yīng)氣進(jìn)口，18-反應(yīng)后氣體出口，19-密封填料， 20-下短節(jié)， 21-清污口，22-集氣套管， 23-下降管， 24-上升管，25-連通管，26-環(huán)隙，27-冷態(tài)未反應(yīng)氣進(jìn)口，28-環(huán)隙， 29-環(huán)隙，30-零米區(qū)，31-出口， 32-調(diào)節(jié)閥， 33-進(jìn)口，34-連通管，35-出氣付閥。
具體實(shí)施例方式
按照附圖和上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明裝置，受壓外筒14頂部的頂蓋如圖1所示設(shè)備由自下至上依次疊加的大蓋4、中蓋3、小蓋1組成，大蓋4開蓋次數(shù)很少，只在第一次組裝內(nèi)筒時(shí)開啟(包括大、中、小)，以后只開啟中、小蓋，裝填催化劑或檢查維修內(nèi)件。
反應(yīng)器底部有三通，由兩節(jié)受壓中空短節(jié)組成，上部短節(jié)16焊在受壓外筒14體底部，下短節(jié)20用法蘭與上短節(jié)連接，下部可用法蘭，也可直接焊接連接在管道或蒸汽發(fā)生器上。
上部短節(jié)16與插入的未反應(yīng)氣進(jìn)氣管的環(huán)隙間，加入填料密封15，下短節(jié)與插入的反應(yīng)熱氣出氣管間環(huán)隙，加入密封填料19。
參見(jiàn)圖2，反應(yīng)氣受壓外筒14筒體泛濫的兩個(gè)出口31，通過(guò)連通管34，又從筒體14法蘭上的兩個(gè)進(jìn)口33，進(jìn)入與之相應(yīng)的兩根連通管(軟管)25，進(jìn)入到冷管束的兩個(gè)下降管23關(guān)口。
在連通管34安有調(diào)節(jié)閥32(對(duì)應(yīng)兩個(gè))，以便調(diào)節(jié)進(jìn)冷管氣體溫度，平衡進(jìn)入兩下降管23的氣量。
在連通管34安有一根出氣付閥35，當(dāng)冷管部需加入氣體時(shí)，從環(huán)隙上來(lái).的氣體可由此排至水冷前管線內(nèi)。
上升管24和下降管23分別設(shè)置為6根和2根。
權(quán)利要求
1.一種多段氣固化學(xué)反應(yīng)器，有受壓外筒(14)和受熱內(nèi)筒(9)且二者之間有環(huán)隙(26)，受壓外筒(14)底部有與該環(huán)隙(26)連通的冷態(tài)未反應(yīng)氣進(jìn)口(27)而頂部有頂蓋，其特征是，所述受壓內(nèi)筒(9)的內(nèi)腔由上至下分為三層，第一、二層之間由第一鍋形集氣器(6)分隔，第二、三層之間由第二鍋形集氣器(10)分隔，第二層裝有換熱器(7)而第三層中裝有換熱器(11)，位于所述第一鍋形集氣器(6)和第二鍋形集氣器(10)之間的集氣套管(22)的上端口經(jīng)第一鍋形集氣器(6)上分布的若干通氣孔同所述第一層連通，該集氣套管(22)管壁上分布有通氣孔，第二層徑向框(8)側(cè)壁分布有若干通氣孔與其側(cè)部環(huán)隙(28)連通；該側(cè)部環(huán)隙(28)經(jīng)第二鍋形集氣器(10)底部間隙與第三層中的換熱器(11)頂部進(jìn)氣口連通，該換熱器(11)的外圈筒體(12)側(cè)壁分布有通氣孔，第三層徑向框(13)側(cè)壁分布有若干通氣孔與其側(cè)部環(huán)隙(29)連通而該側(cè)部環(huán)隙(29)與受壓外筒(14)底部的反應(yīng)后氣體出口(18)連通；第三層中的換熱器(11)底部有與受壓外筒(14)底部的預(yù)熱未反應(yīng)氣進(jìn)口(17)連通的進(jìn)氣管，該進(jìn)氣管同冷管束下端連通而所述冷管束上端同中心管(5)下端連通，所述中心管(5)的上端口位于受壓外筒(14)頂部的零米區(qū)(30)內(nèi)；所述受壓外筒(14)和受熱內(nèi)筒(9)之間的環(huán)隙(26)頂部依次經(jīng)受壓外筒頂側(cè)的出口(31)、帶調(diào)節(jié)閥(32)的連通管(34)、受壓外筒(14)頂側(cè)進(jìn)口(33)、連通管(25)同下降管(23)的上端連接，所述下降管(23)的下端同第二層中換熱器(7)的冷管束一端連通，所述冷管束的另一端同上端口位于所述零米區(qū)(30)內(nèi)的上升管(24)的下端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多段氣固化學(xué)反應(yīng)器，其特征是，所述頂蓋由自下至上依次疊加的大蓋(4)、中蓋(3)、小蓋(1)組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多段氣固反應(yīng)器，其特征是催化床為三層四段，第一層為軸向反應(yīng)段，第二層、第三層為徑向反應(yīng)段，第二層包括兩個(gè)反應(yīng)段。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多段氣固反應(yīng)器，其特征是第二層的換熱器(7)為冷管束內(nèi)冷式或列管間冷式換熱器。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多段氣固反應(yīng)器，其特征是第二層的換熱器(7)為冷管束內(nèi)冷式或列管間冷式換熱器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、3、4、5中任一權(quán)利要求所述的多段氣固反應(yīng)器，其特征是第三層換熱器(11)為細(xì)長(zhǎng)型列管式或螺旋板式。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、3、4、5中任一權(quán)利要求所述的多段氣固反應(yīng)器，其特征是未反應(yīng)氣分成兩股，一股由下至上經(jīng)第三層中間換熱器被第二層的反應(yīng)熱氣加熱至反應(yīng)溫度后，經(jīng)中心管上端出來(lái)，進(jìn)入第一層反應(yīng)，另一股由下至上經(jīng)內(nèi)外筒環(huán)隙預(yù)熱進(jìn)第二層換熱器被第一層的反應(yīng)熱氣加熱至反應(yīng)溫度，經(jīng)上升管到第一層進(jìn)行反應(yīng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多段氣固反應(yīng)器，其特征是未反應(yīng)氣分成兩股，一股由下至上經(jīng)第三層中間換熱器被第二層的反應(yīng)熱氣加熱至反應(yīng)溫度后，經(jīng)中心管上端出來(lái)，進(jìn)入第一層反應(yīng)，另一股由下至上經(jīng)內(nèi)外筒環(huán)隙預(yù)熱進(jìn)第二層換熱器被第一層的反應(yīng)熱氣加熱至反應(yīng)溫度，經(jīng)上升管到第一層進(jìn)行反應(yīng)。
全文摘要
一種用于氨或甲醇合成的多段氣固化學(xué)反應(yīng)器，它由受壓外筒14和受熱內(nèi)筒9組成，內(nèi)筒9由上至下分三層，第一、二層之間由一個(gè)鍋形集氣器6分開，第二、三層由鍋形集氣器10分開，第二層中心裝有換熱器7，第三層中心裝有換熱器11。本發(fā)明反應(yīng)生成物凈含量高、出塔溫度高、可產(chǎn)生高品位蒸汽，且反應(yīng)器結(jié)構(gòu)合理、氣流阻力小，節(jié)能效果顯著。
文檔編號(hào)B01J8/04GK1785494SQ200510032358
公開日2006年6月14日 申請(qǐng)日期2005年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月9日
發(fā)明者謝定中, 李彬 申請(qǐng)人:湖南安淳高新技術(shù)有限公司