專利名稱：一種用于甲烷液相氧化反應(yīng)的鼓泡塔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于甲烷液相氧化反應(yīng)的鼓泡塔，具體涉及一種用于甲烷液相連續(xù) 氧化制甲醇工藝的鼓泡塔氧化反應(yīng)裝置。
背景技術(shù)：
甲烷和天然氣是重要的化工原料，但由于甲烷的化學(xué)結(jié)構(gòu)異常穩(wěn)定，傳統(tǒng)的甲烷制甲醇 的工藝需將甲烷與水蒸氣在高溫高壓下進行熱解，或?qū)⒓淄榕c純氧在高溫高壓條件下進行部 分氧化，制成合成氣(C0+2H2)，然后再在高壓和高溫條件下合成甲醇。這種工藝雖然成熟 ，但投資龐大，能耗也很高。因此，許多科學(xué)家一直在探索甲烷直接氧化制備甲醇的新工藝 。其中專利ZL01124019.9采用發(fā)煙硫酸為溶劑、碘作催化劑，在高壓釜內(nèi)將甲烷氧化成硫酸 氫甲酯。但這項研究采用間歇反應(yīng)，反應(yīng)壓力由通入高壓釜的甲烷初始壓力和反應(yīng)溫度確定 ，不僅壓力高，而且無法調(diào)整，反應(yīng)速率也隨時間變化，其實驗結(jié)果主要放在反應(yīng)機理的研 究方面，距工業(yè)應(yīng)用和設(shè)計尚有一定的距離。通過對現(xiàn)有的甲烷液相間歇氧化反應(yīng)機理的深 入研究，并通過對甲烷液相氧化過程所進行的化學(xué)工程基礎(chǔ)研究，可將這種間歇工藝開發(fā)為 連續(xù)過程，即甲烷液相連續(xù)氧化制甲醇的工藝，以解決甲烷液相氧化間歇反應(yīng)工藝的缺點， 克服天然氣制備甲醇傳統(tǒng)工藝存在的流程長、能耗高等缺陷。
甲烷液相連續(xù)氧化制甲醇工藝的核心裝置是氧化反應(yīng)器。用于該工藝的反應(yīng)器的設(shè)計至 少需要滿足氣液相間的動量與質(zhì)量傳遞，相界面與液相內(nèi)部的反應(yīng)過程，反應(yīng)氣體在反應(yīng)器 內(nèi)的停留時間，反應(yīng)介質(zhì)的熱交換等四個方面的要求。由于該項工藝系首次提出，國內(nèi)外還 沒有這類反應(yīng)器的設(shè)計先例。根據(jù)反應(yīng)物料的種類和反應(yīng)過程來劃分，該反應(yīng)器屬于氣液反 應(yīng)裝置，雖然氣液反應(yīng)器的類型很多，但根據(jù)反應(yīng)過程的要求和通過大量的實驗研究，并通 過反應(yīng)工程的基本理論計算，開發(fā)出與該工藝配套的專用氧化反應(yīng)裝置。

實用新型內(nèi)容
本實用新型提供了一種結(jié)構(gòu)簡單，造價和運行費用低廉的新型鼓泡塔。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用以下技術(shù)方案 一種新型鼓泡塔，包括塔本體， 所述塔本體從上至下分為氣體處理段、自由空間段和氣液反應(yīng)段三部分，所述塔本體下端設(shè) 有排凈口，上端設(shè)有出氣口，其特征在于所述氣液反應(yīng)段的下部設(shè)有氣體進口和液相進料 口，所述的液相進料口在氣體進口的上方；所述氣液反應(yīng)段的中上部設(shè)有冷卻區(qū)；所述氣液 反應(yīng)段和自由空間段的交界處設(shè)有溢流口；所述氣體處理段設(shè)有除沫器，除沫器可根據(jù)需要 設(shè)在氣體處理段的上部、中部或下部。
所述的氣體處理段占鼓泡塔總高度的10% 20%，所述的自由空間段的占鼓泡塔總高度的 5% 20%，所述的氣液反應(yīng)段占鼓泡塔總高度的60% 85%。
所述的氣液反應(yīng)段的高度和直徑之比為10 20。
所述的塔本體的下部設(shè)有氣體分布器。
所述的氣體分布器上的噴氣孔全部向上。
按照權(quán)利要求l所述的用于甲烷液相氧化反應(yīng)的鼓泡塔，其特征在于所述冷卻區(qū)包括 冷卻盤管(4)和多孔隔板(5)，所述多孔隔板(5)位于冷卻盤管(4)的下方。
所述冷卻盤管為1一4個，所述的多孔隔板為l-4個。冷卻盤跟多孔隔板相對應(yīng)，有一個 冷卻管就對應(yīng)有一個多孔隔板。
本實用新型的鼓泡塔用于甲烷液相連續(xù)氧化制甲醇，該反應(yīng)的原理是以甲烷或天然氣為 原料，以碘為催化劑、以發(fā)煙硫酸為溶劑和氧化劑進行催化氧化生成甲醇的反應(yīng)。 一般鼓泡 塔，其上部有一擴大段以分離液滴和泡沫，本實用新型鼓泡塔由于在高溫和高壓下工作，反 應(yīng)介質(zhì)又有一定的強腐蝕性，為了減少設(shè)備制作的困難，故不設(shè)置擴大段。另一方面，由于 在氣液反應(yīng)段的上部設(shè)置了冷卻盤管和多孔隔板形成的冷卻區(qū)，其作用是讓液相反應(yīng)產(chǎn)物在 流出反應(yīng)器前降低溫度，使反應(yīng)器內(nèi)存在一低溫區(qū)，當(dāng)反應(yīng)氣體通過這一低溫區(qū)時，氣體中 所含的S03和l2蒸汽能被液相吸收，以減少反應(yīng)尾氣后處理的負荷。另外，由于反應(yīng)段的液 位由溢流口的位置確定，在操作時可保證液位與氣體處理段之間保留有一定的自由空間。氣 液反應(yīng)段的高度和直徑之比根據(jù)反應(yīng)所要求的空塔氣速、氣液傳質(zhì)系數(shù)、氣泡直徑、氣含率 、S03濃度分布等參數(shù)確定，經(jīng)過綜合考慮和實驗驗證，本實用新型鼓泡塔反應(yīng)段適用的高 度和直徑之比為10 20。本實用新型鼓泡塔采用在塔內(nèi)設(shè)置多孔隔板來改善氣泡的運動，促 進傳質(zhì)過程。因此，本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，造價和運行費用低廉。


以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步描述
附圖l是本實用新型鼓泡塔的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
參照圖l，本實用新型的鼓泡塔是一個上下均勻的直筒形鼓泡塔，包括塔本體，塔本體 下端設(shè)有排凈口13，上端設(shè)有出氣口8，出氣口8與后續(xù)的反應(yīng)尾氣處理單元相連，以使反應(yīng) 尾氣進入尾氣后續(xù)處理單元進一步處理。塔本體從上至下分為氣體處理段12、自由空間段ll 和氣液反應(yīng)段10三部分，所述氣體處理段12占鼓泡塔總高度的10% 20%，所述自由空間段ll 的占鼓泡塔總高度的5% 20%，所述氣液反應(yīng)段10占鼓泡塔總高度的60 85%。氣液反應(yīng)段IO 的下部設(shè)有氣體進口2和液相進料口3，所述的液相進料口3在氣體進口2的上方；氣液反應(yīng)段 10的中上部設(shè)有冷卻盤管4，冷卻盤管4與冷卻系統(tǒng)相連通。所述氣液反應(yīng)段10和自由空間段 11的交界處設(shè)有溢流口9;所述氣體處理段12設(shè)有除沫器7，除沫器優(yōu)選為金屬板波除沫器， 用于回收反應(yīng)尾氣中夾帶的硫酸液滴和S03，除沫器的位置可根據(jù)需要設(shè)于氣體處理段的上 部、中部或下部。所述氣液反應(yīng)段的下部設(shè)有氣體分布器l，氣體分布器1與氣體進口2相連 。所述氣液反應(yīng)段中上部還設(shè)有多孔隔板5，所述的冷卻盤管4安裝在多孔隔板5的上方，所 述的多孔隔板5位于冷卻盤管4的下方，所述冷卻盤管4為1一4個，所述的多孔隔板為l-4個， 所述自由空間段11中下部設(shè)有備用口6。
本實用新型的工作原理如下溶有催化劑碘的發(fā)煙硫酸通過液相進料口3連續(xù)加入塔內(nèi) ，甲烷氣體通過液相進料口3下部的氣體分布器1鼓泡吹入塔內(nèi)。塔內(nèi)氣體為分散相，液體為 連續(xù)相，氣液充分接觸，在催化劑的作用下發(fā)生氧化反應(yīng)，生成硫酸氫甲酯并溶在液相內(nèi)。 由于甲烷氧化過程為液相化學(xué)反應(yīng)控制，鼓泡塔持液量大，能夠保證液相有足夠的停留時間 充分對氣相進行氧化。同時，為保證氣相在塔內(nèi)有一定的轉(zhuǎn)化率，需要氣體在塔內(nèi)也具有足 夠的停留時間，入塔的甲烷速度較低，進氣空塔氣速一般小于0.05m/s，但發(fā)煙硫酸進塔后 ，S03蒸氣量一般為入塔甲烷氣體流量的l-2倍，因此S03的蒸發(fā)量很大，塔內(nèi)實際氣速較大 。另外，由于S03氣體與濃硫酸處于平衡狀態(tài)，S03與甲烷形成的氣泡破裂、聚合很頻繁，這 種現(xiàn)象可極大的強化氣液傳質(zhì)和液相混合。反應(yīng)液體和反應(yīng)氣體在塔內(nèi)并流向上流動，反應(yīng) 液體通過設(shè)在氣液反應(yīng)段和自由空間段交界處的溢流口9流出反應(yīng)器，進入氣液分離器后連 續(xù)排出，輸入到后續(xù)工序進一步處理。鼓泡塔內(nèi)的液面高度由溢流口9的位置決定，進行連 續(xù)化反應(yīng)時，塔內(nèi)液面的高度與溢流口9的位置相當(dāng)，根據(jù)物料平衡可知，此時進料流量等于出料流量，因此出料流量可由調(diào)整進料流量來加以控制。
權(quán)利要求1. 一種用于甲烷液相氧化反應(yīng)的鼓泡塔，包括塔本體，所述塔本體 從上至下分為氣體處理段(12)、自由空間段(11)和氣液反應(yīng)段(10)三部分，所述塔本 體下端設(shè)有排凈口 (13)，上端設(shè)有出氣口 (8)，其特征在于所述氣液反應(yīng)段(10)的 下部設(shè)有氣體進口 (2)和液相進料口 (3)，所述的液相進料口 (3)在氣體進口 (2)的上 方；所述氣液反應(yīng)段(10)的中上部設(shè)有冷卻區(qū)；所述氣液反應(yīng)段(10)和自由空間段( 11)的交界處設(shè)有溢流口 (9);所述氣體處理段(12)設(shè)有除沫器(7)。
2.按照權(quán)利要求l所述的用于甲烷液相氧化反應(yīng)的鼓泡塔，其特征在 于所述的氣體處理段占鼓泡塔總高度的10% 20%，所述的自由空間段的占鼓泡塔總高度的 5% 20%，所述的氣液反應(yīng)段占鼓泡塔總高度的60% 85%。
3.按照權(quán)利要求l所述的用于甲烷液相氧化反應(yīng)的鼓泡塔，其特征在 于所述的氣液反應(yīng)段的高度和直徑之比為10 20。
4.按照權(quán)利要求l所述的用于甲烷液相氧化反應(yīng)的鼓泡塔，其特征在 于所述的塔本體的下部設(shè)有氣體分布器(1)。
5.按照權(quán)利要求4所述的用于甲烷液相氧化反應(yīng)的鼓泡塔，其特征在 于所述的氣體分布器(1)上的噴氣孔全部向上。
6.按照權(quán)利要求l所述的用于甲烷液相氧化反應(yīng)的鼓泡塔，其特征在 于所述冷卻區(qū)包括冷卻盤管(4)和多孔隔板(5)，所述多孔隔板(5)位于冷卻盤管( 4)的下方。
7.按照權(quán)利要求6所述的用于甲烷液相氧化反應(yīng)的鼓泡塔，其特征在 于所述冷卻盤管(4)為1一4個，所述的多孔隔板為l-4個。
專利摘要本實用新型公開了一種用于甲烷液相氧化反應(yīng)的鼓泡塔，包括塔本體，所述塔本體從上至下分為氣體處理段、自由空間段和氣液反應(yīng)段三部分，所述塔本體下端設(shè)有排凈口，上端設(shè)有出氣口，其特征在于所述氣液反應(yīng)段的下部設(shè)有氣體進口和液相進料口，所述的液相進料口在氣體進口的上方；所述氣液反應(yīng)段的中上部設(shè)有冷卻盤管；所述氣液反應(yīng)段和自由空間段的交界處設(shè)有溢流口；所述氣體處理段設(shè)有除沫器。本實用新型具有結(jié)構(gòu)簡單，造價和運行費用低廉的優(yōu)點，可適用于甲烷液相連續(xù)氧化制甲醇工藝的氧化反應(yīng)。
文檔編號B01J10/00GK201154945SQ20072020133
公開日2008年11月26日 申請日期2007年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月13日
發(fā)明者侯曉峰, 波 李, 李鋒偉, 鋼 肖 申請人:漢能科技有限公司