專利名稱：一種換熱反應(yīng)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種催化反應(yīng)設(shè)備，用于流體催化反應(yīng)和傳熱過程，屬化學(xué)工程領(lǐng)域，特別適用于甲醇、甲胺、氨、甲烷、甲醚、烴類等合成反應(yīng)過程，也可用于一氧化碳變換環(huán)氧乙烷等化學(xué)反應(yīng)過程。
發(fā)明的背景對(duì)于由加壓下甲醇合成、甲胺、甲醚、氨、烴類等合成這類放熱催化反應(yīng)，隨著反應(yīng)過程的進(jìn)行，不斷放出的反應(yīng)熱使催化劑層溫度提高。為了提高反應(yīng)器的效率，需要把反應(yīng)熱移出以降低反應(yīng)溫度。
在現(xiàn)有工業(yè)反應(yīng)器例如甲醇、氨合成等，因裝置的大型化可顯著降低投資、減少產(chǎn)品成本而向大型化方向發(fā)展，例如甲醇合成從日產(chǎn)2000噸到日產(chǎn)5000噸和日產(chǎn)10000噸發(fā)展，但裝置的大型化給設(shè)備加工制造運(yùn)輸帶來困難，例如Lurgi管殼甲醇合成塔日產(chǎn)1000噸甲醇，若用一臺(tái)外徑就要超過4米，因此需用2臺(tái)，因此增加了投資。
本發(fā)明的任務(wù)，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)器大型化的需要，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，采用化整為零、化大為小的方法，即采用將殼體中的內(nèi)件由現(xiàn)有的一個(gè)整體內(nèi)件變成多個(gè)子內(nèi)件，提供一種生產(chǎn)能力大、結(jié)構(gòu)可靠、制造加工、運(yùn)輸容易、滿足大型化需要反應(yīng)器。
發(fā)明的概述本發(fā)明提供一種換熱反應(yīng)設(shè)備，主要由帶有受壓殼體A、置于殼體A中的換熱內(nèi)件I和催化劑層K組成，殼體A是一受壓容器，頂部封頭有管口1，底部封頭有管口2，底部支架T支承換熱內(nèi)件I，主要是換熱內(nèi)件I是多個(gè)子內(nèi)件I1、I2……Ii并行排列組合而成，每一個(gè)子內(nèi)件Ii各由導(dǎo)氣管C或F、分流管D或E1、多排換熱管B組成，分流管D或E1與導(dǎo)氣管C或F和換熱管B連接，原料氣由管口1或2進(jìn)入分流室M或L，并行進(jìn)入各個(gè)子內(nèi)件Ii的導(dǎo)氣管C或F、分流管D或E1、換熱管B，再經(jīng)換熱管外催化劑層K反應(yīng)，并與管B內(nèi)氣體換熱，再由管口2或1出氣。
在本發(fā)明的一個(gè)較好實(shí)例中，換熱反應(yīng)設(shè)備的殼體A頂部封頭有隔板U把受壓容器分為分流室M和反應(yīng)室N，底部有多孔板V支承催化劑層K，組成換熱內(nèi)件I的各個(gè)子內(nèi)件Ii的導(dǎo)氣管C上端開口通過殼體A頂部隔板U上的填料函H活動(dòng)密封，多排換熱管B一端與分流管D相連，另一端與下部的集氣管E相連，集氣管E與多排上端開口的上行管Bu相連，氣體由導(dǎo)氣管C、分流管D到換熱管B，再由集氣管E到上行管Bu出口進(jìn)管外催化劑層K反應(yīng)，或者一端與分流管D相連的換熱管B為U形管，U形管另一上端開口，氣體由導(dǎo)氣管C、分流管D到U形換熱管B一端進(jìn)口向下流動(dòng)，再由U形管另一端向上流動(dòng)出U形管后進(jìn)入管外催化劑層K反應(yīng)。
在本發(fā)明的另一個(gè)較好實(shí)例中，換熱反應(yīng)設(shè)備的殼體A底部隔板W將受壓容器分為上部反應(yīng)室N和下部分流室L，組成換熱內(nèi)件I的子內(nèi)件Ii的導(dǎo)氣管F下端開口與經(jīng)殼體A底部有隔板W的填料函G連通底部分流室L，導(dǎo)氣管F上部與分流管E1相連，分流管E1與多排上部開口的換熱冷管B連結(jié)，原料氣由底部管口2進(jìn)氣后平行進(jìn)入各導(dǎo)氣管F、分流管E1到各換熱管B由頂部出口到管外催化劑層K自上到下進(jìn)行反應(yīng)，并與換熱管B內(nèi)氣體逆流換熱。
在本發(fā)明的另一個(gè)較好實(shí)例中，換熱反應(yīng)設(shè)備的殼體A頂部隔板U將受壓容器分為上部集流室M和反應(yīng)室N，底部隔板W分為底部分流室L和反應(yīng)室N，組成換熱內(nèi)件I的子內(nèi)件Ii的多排換熱管B下端與分流管E1連結(jié)，分流管E1與穿過殼體A底部隔板W、填料函G的導(dǎo)氣管F連結(jié)，換熱管B上端與集氣管D1連結(jié)，集氣管D1與通過上部隔板U的填料函H的導(dǎo)氣管C相接，原料氣或鍋爐水等冷卻介質(zhì)由底部進(jìn)口管2進(jìn)入，均勻分布到各子內(nèi)件Ii的各導(dǎo)氣管F、分流管E1、換熱管B與管外催化劑層氣體逆流換熱，再到集氣管D1、導(dǎo)流管C到頂部出口1出塔。
在本發(fā)明的另一個(gè)較好實(shí)例中，組成內(nèi)件I的多個(gè)子內(nèi)件I1、I2……Ii中的分流管E或分流管D和集流管E是圓形直管，每根分流直管E與多排冷管B連接，每個(gè)子內(nèi)件的冷管分布排列的橫截面為矩形，子內(nèi)件Ii按長方格子排列組成內(nèi)件。
在本發(fā)明的另一個(gè)較好實(shí)例中，組成內(nèi)件I的多個(gè)子內(nèi)件I1、I2……Ii中的分流管E1或分流管D和集流管E或D1是圓形環(huán)管，每根環(huán)管與多排冷管B連接，各個(gè)子內(nèi)件Ii按同心圓或六角形并行排列組合。
在本發(fā)明的另一個(gè)較好實(shí)例中，組成換熱內(nèi)件I的子內(nèi)件I1、I2……Ii中與分流管E和集氣管D相連的換熱管B是螺旋形管，連結(jié)分流管的進(jìn)氣管和連結(jié)集氣管的出氣管可與殼體A上隔板H和殼體底部隔板W焊接固定。
在本發(fā)明的另一個(gè)較好實(shí)例中，換熱反應(yīng)設(shè)備的殼體A中由圓筒形多孔氣體分布器X和多孔集氣器Y，氣體在分氣器X和集氣器Y間的催化劑層徑向流動(dòng)，與分氣器X和集氣器Y之間的成同心圓式六角形并行排列的子內(nèi)件Ii中的冷氣換熱。
下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。
圖1是組合式折流氣冷反應(yīng)器。
圖2是管內(nèi)氣冷逆流組合式換熱反應(yīng)器。
圖3是管內(nèi)水冷蒸汽上升式組合式換熱反應(yīng)器。
圖4是管內(nèi)氣冷徑向流組合式換熱反應(yīng)器。
圖5是組合換熱反應(yīng)器中子內(nèi)件成矩形排列圖。
下面結(jié)合


具體實(shí)施應(yīng)用。
圖1是冷管是折流式氣冷組合型換熱反應(yīng)器，主要由帶有受壓殼體A、置于殼體A中的換熱內(nèi)件I和催化劑層K組成，殼體A是一受壓容器，頂部封頭有管口1，底部封頭有管口2，底部支架T支承換熱內(nèi)件I，主要是換熱內(nèi)件I是7個(gè)子內(nèi)件I1、I2……I7成六角形并行排列組合而成。換熱反應(yīng)設(shè)備的殼體A頂部封頭有隔板U把受壓容器分為分流室M和反應(yīng)室N，底部有多孔板V支承催化劑層K，組成換熱內(nèi)件I的各個(gè)子內(nèi)件Ii的導(dǎo)氣管C上端開口通過殼體A頂部隔板U上的填料函H活動(dòng)密封，隔板U與圖中上下法蘭用螺栓J緊固，多排換熱管B一端與分流管D相連，另一端與下部的集氣管E相連，集氣管E與多排上端開口的上行管Bu相連，氣體由頂部管口1進(jìn)入分氣室M，再由導(dǎo)氣管C、分流管D到換熱管B，再由集氣管E到上行管Bu出口進(jìn)管外催化劑層K反應(yīng)，并與管B內(nèi)冷氣換熱，反應(yīng)氣由底部孔2出塔。圖中上述換熱管B也可以是U形管，這時(shí)U形管一端與分流管D相連，U形管另一上端開口，氣體由導(dǎo)氣管C、分流管D到U形換熱管B一端進(jìn)口向下流動(dòng)，再由U形管另一端向上流動(dòng)出U形管后進(jìn)入管外催化劑層K反應(yīng)。
圖2是組合型逆流換熱反應(yīng)設(shè)備，殼體A底部隔板W將受壓容器分為上部反應(yīng)室N和下部分流室L，組成換熱內(nèi)件I的7個(gè)子內(nèi)件Ii的導(dǎo)氣管F下端開口與經(jīng)殼體A底部有隔板W的填料函G連通底部分流室L，導(dǎo)氣管F上部與分流管E1相連，分流管E1與多排上部開口的換熱冷管B連結(jié)，原料氣由底部管口2進(jìn)氣后平行進(jìn)入各導(dǎo)氣管F、分流管E1到各換熱管B由頂部出口到管外催化劑層K自上到下進(jìn)行反應(yīng)，并與換熱管B內(nèi)氣體逆流換熱，反應(yīng)器由管口3出塔，蓋板O與殼體A用法蘭J連接，在安裝內(nèi)件I和催化劑K時(shí)需打開蓋板O。
圖3是組合型管內(nèi)水冷或氣冷的換熱反應(yīng)設(shè)備，殼體A頂部隔板U將受壓容器分為上部集流室M和反應(yīng)室N，底部隔板W分為底部分流室L和反應(yīng)室N，組成換熱內(nèi)件I的7個(gè)子內(nèi)件Ii的多排換熱管B下端與分流管E1連結(jié)，分流管E1與穿過殼體A底部隔板W、填料函G的導(dǎo)氣管F連結(jié)，換熱管B上端與集氣管D1連結(jié)，集氣管E與通過上部隔板U的填料函H、導(dǎo)氣管C相接，原料氣或鍋爐水等冷卻介質(zhì)由底部進(jìn)口管2進(jìn)入分氣室L，均勻分布到各子內(nèi)件Ii的各導(dǎo)氣管F、分流管E1、換熱管B與管外催化劑層氣體逆流換熱，再到集氣管D1、導(dǎo)流管C到頂部集氣室M由出口1出塔。圖中頂部R為小筒體，底部3為卸催化劑口，附圖3為畫有7個(gè)子內(nèi)件I1、I2……I7在殼體A中成六角形布置排列的示意圖，雖然圖中是7個(gè)子內(nèi)件，但不限于7個(gè)子內(nèi)件。當(dāng)子內(nèi)件I1內(nèi)為冷氣時(shí)，則為逆流氣冷式，可用于水冷-氣冷組成的聯(lián)合反應(yīng)器。
在圖3中組成換熱內(nèi)件I的子內(nèi)件I1、I2……Ii中與分流管E1和集氣管D1相連的換熱管B也可以是螺旋形管，這時(shí)連結(jié)分流管的進(jìn)氣管F和連結(jié)集氣管的出氣管C可與殼體A上隔板U和殼體底部隔板W焊接固定。
圖3中下面一張圖是位于殼體A中7個(gè)子內(nèi)件的平面位置圖，圖中表示組成內(nèi)件I的多個(gè)子內(nèi)件I1、I2……Ii中的分流管E或分流管D和集流管E是圓形環(huán)管，每根環(huán)管與多排冷管B連接，各個(gè)子內(nèi)件Ii六角形并行排列組合。在這個(gè)圖中各子內(nèi)件Ii由一根圓形環(huán)管分流管D和集流管E組成，但不限于一根環(huán)管，可以由二根或多根圓形環(huán)管同心套裝組成。
在上述圖2、圖3各換熱反應(yīng)器中，除各換熱內(nèi)件Ii管外有催化劑K，可在各內(nèi)件下部位置裝有絕熱催化劑床層，也可在下部只裝耐火陶瓷球。
圖4是氣體在催化劑床中為徑向流動(dòng)的組合式換熱反應(yīng)器，與圖1不同的是，換熱反應(yīng)設(shè)備的殼體A中由圓筒形多孔氣體分布器X和多孔集氣器Y，X和Y之間有支撐催化劑的封板S，氣體由管口1進(jìn)入經(jīng)各換熱子內(nèi)件Ii出冷管后，在分氣器X和集氣器Y間的催化劑層徑向流動(dòng)，與分氣器X和集氣器Y之間的成同心圓或六角形并行排列的子內(nèi)件中的冷氣換熱，由底部管口2出塔。由于中心集氣器Y占位，故少了一個(gè)中心的子內(nèi)件。
圖5表示組成內(nèi)件I的多個(gè)子內(nèi)件I1、I2……Ii中的分流管E是圓形直管，每根分流直管E與多排冷管B連接，每個(gè)子內(nèi)件的冷管分布排列的橫截面為矩形，子內(nèi)件Ii按長方格子排列組成內(nèi)件。在圖中各子內(nèi)件Ii分流直管是單根圓管，但不限于一根圓管，而可以是二根或多根直管并排連接組成。
本發(fā)明有效地解決大型化反應(yīng)器的制造、運(yùn)輸、安裝的難題，例如對(duì)內(nèi)徑達(dá)5～6米反應(yīng)器采用現(xiàn)有技術(shù)制造運(yùn)輸難度大，我國公路限寬4米，采用本發(fā)明將內(nèi)件化整為零，外殼也可分段運(yùn)輸?shù)焦S現(xiàn)場(chǎng)組焊，各子內(nèi)件到現(xiàn)場(chǎng)組裝，妥善解決了這一難題。
實(shí)施例日產(chǎn)3000噸低壓甲醇合成塔，合成壓力6MPa，采用138m3NC306甲醇合成催化劑，合成塔殼體A內(nèi)徑5米，采用圖3的管內(nèi)蒸汽上升型組合內(nèi)件，共62個(gè)，分4層呈同心圓排列，每個(gè)子內(nèi)件Ii外徑小于1米，可以由圖3打開上部法蘭J，拆下小封頭R和隔板U，逐個(gè)吊進(jìn)子內(nèi)件Ii成同心圓或六角形安裝好，裝好催化劑K再裝隔板U、導(dǎo)流管C、填料函H、法蘭J和小封頭R，安裝完畢即可投入使用。
在閱讀了本發(fā)明的詳細(xì)描述以后，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能容易地對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種變化和改進(jìn)。本發(fā)明包括在所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的各種變化和改進(jìn)。本發(fā)明不僅可廣泛用于各種大型換熱反應(yīng)器，還可用于各種大型換熱器，即采用一個(gè)殼體內(nèi)多個(gè)并列換熱管膽，此即一殼多膽換熱反應(yīng)器或一殼多膽換熱器。
權(quán)利要求
1.一種換熱反應(yīng)設(shè)備，主要由帶有受壓殼體(A)、置于殼體(A)中的換熱內(nèi)件(I)和催化劑層(K)組成，殼體(A)是一受壓容器，頂部封頭有管口(1)，底部封頭有管口(2)，底部支架(T)支承換熱內(nèi)件(I)，其特征是換熱內(nèi)件(I)是多個(gè)子內(nèi)件(I1)、(I2)……(Ii)并行排列組合而成，每一個(gè)子內(nèi)件(Ii)各由導(dǎo)氣管(C)或(F)、分流管(D)或(E1)、多排換熱管(B)組成，分流管(D)或(E1)與導(dǎo)氣管(C)或(F)和換熱管(B)連接，原料氣由管口(1)或(2)進(jìn)入分流室(M)或(L)，并行進(jìn)入各個(gè)子內(nèi)件(Ii)的導(dǎo)氣管(C)或(F)、分流管(D)或(E1)、換熱管(B)，再經(jīng)換熱管外催化劑層(K)反應(yīng)，并與管(B)內(nèi)氣體換熱，再由管口(2)或(1)出氣。
2.如權(quán)利要求1所述的換熱反應(yīng)設(shè)備，其特征是殼體(A)頂部封頭有隔板(U)把受壓容器分為分流室(M)和反應(yīng)室(N)，底部有多孔板(V)支承催化劑層(K)，組成換熱內(nèi)件(I)的各個(gè)子內(nèi)件(Ii)的導(dǎo)氣管(C)上端開口通過殼體(A)頂部隔板(U)上的填料函(H)活動(dòng)密封，多排換熱管(B)一端與分流管(D)相連，另一端與下部的集氣管(E)相連，集氣管(E)與多排上端開口的上行管(Bu)相連，氣體由導(dǎo)氣管(C)、分流管(D)到換熱管(B)，再由集氣管(E)到上行管(Bu)出口進(jìn)管外催化劑層(K)反應(yīng)，或者一端與分流管(D)相連的換熱管(B)為U形管，U形管另一上端開口，氣體由導(dǎo)氣管(C)、分流管(D)到U形換熱管(B)一端進(jìn)口向下流動(dòng)，再由U形管另一端向上流動(dòng)出U形管后進(jìn)入管外催化劑層(K)反應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱反應(yīng)設(shè)備，其特征是殼體(A)底部隔板(W)將受壓容器分為上部反應(yīng)室(N)和下部分流室(L)，組成換熱內(nèi)件(I)的子內(nèi)件(Ii)的導(dǎo)氣管(F)下端開口與經(jīng)殼體(A)底部有隔板(W)的填料函(G)連通底部分流室(L)，導(dǎo)氣管(F)上部與分流管(E1)相連，分流管(E1)與多排上部開口的換熱冷管(B)連結(jié)，原料氣由底部管口(2)進(jìn)氣后平行進(jìn)入各導(dǎo)氣管(F)、分流管(E1)到各換熱管(B)由頂部出口到管外催化劑層(K)自上到下進(jìn)行反應(yīng)，并與換熱管(B)內(nèi)氣體逆流換熱。
4.如權(quán)利要求1所述的換熱反應(yīng)設(shè)備，其特征是殼體(A)頂部隔板(U)將受壓容器分為上部集流室(M)和反應(yīng)室(N)，底部隔板(W)分為底部分流室(L)和反應(yīng)室(N)，組成換熱內(nèi)件(I)的子內(nèi)件(Ii)的多排換熱管(B)下端與分流管(E1)連結(jié)，分流管(E1)與穿過殼體(A)底部隔板(W)、填料函(G)的導(dǎo)氣管(F)連結(jié)，換熱管(B)上端與集氣管(D1)連結(jié)，集氣管(D1)與通過上部隔板(U)的填料函(H)的導(dǎo)氣管(C)相接，原料氣或鍋爐水等冷卻介質(zhì)由底部進(jìn)口管(2)進(jìn)入，均勻分布到各子內(nèi)件(Ii)的各導(dǎo)氣管(F)、分流管(E1)、換熱管(B)與管外催化劑層氣體逆流換熱，再到集氣管(D1)、導(dǎo)流管(C)到頂部出口(1)出塔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的換熱反應(yīng)設(shè)備，其特征是組成內(nèi)件(I)的多個(gè)子內(nèi)件(I1)、(I2)……(Ii)中的分流管(E)或分流管(D)和集流管(E)是圓形直管，每根分流直管(E)與多排冷管(B)連接，每個(gè)子內(nèi)件的冷管分布排列的橫截面為矩形，子內(nèi)件(Ii)按長方格子排列組成內(nèi)件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的換熱反應(yīng)設(shè)備，其特征是組成內(nèi)件(I)的多個(gè)子內(nèi)件(I1)、(I2)……(Ii)中的分流管(E1)或分流管(D)和集流管(E)是圓形環(huán)管，每根環(huán)管與多排冷管(B)連接，各個(gè)子內(nèi)件(Ii)按同心圓或六角形并行排列組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的換熱反應(yīng)設(shè)備，其特征是組成換熱內(nèi)件(I)的子內(nèi)件(I1)、(I2)……(Ii)中與分流管(E1)和集氣管(D)相連的換熱管(B)是螺旋形管，連結(jié)分流管的進(jìn)氣管和連結(jié)集氣管的出氣管可與殼體(A)上隔板(H)和殼體底部隔板(W)焊接固定。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的換熱反應(yīng)設(shè)備，其特征是殼體(A)中由圓筒形多孔氣體分布器(X)和多孔集氣器(Y)，氣體在分氣器(X)和集氣器(Y)間的催化劑層徑向流動(dòng)，與分氣器(X)和集氣器(Y)之間的成同心圓或六角形并行排列的子內(nèi)件(Ii)中的冷氣換熱。
全文摘要
一種換熱催化反應(yīng)器，主要由帶有頂部開口管(1)、底部出口管(2)的受壓殼體(P)和支承于殼體底部支承架上的內(nèi)部換熱內(nèi)件(I)，內(nèi)件(I)由多個(gè)子內(nèi)件組成，支承于底部催化劑多孔支承板(R)的管外催化劑(K)，采用氣冷和水冷換熱用于制造大塔徑實(shí)現(xiàn)大型化目的。
文檔編號(hào)B01J8/02GK1857766SQ200510070519
公開日2006年11月8日 申請(qǐng)日期2005年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月30日
發(fā)明者樓韌, 樓壽林 申請(qǐng)人:杭州林達(dá)化工技術(shù)工程有限公司