[實用新型]一種低溫差放熱氣－固相催化反應器

無效

• 申請號: 00208802.9
• 申請日: 2000-04-24
• 公開（公告）號: CN2423018Y
• 公開（公告）日: 2001-03-14
• 發明（設計）人: 樓壽林;樓韌
• 申請（專利權）人: 杭州林達化工技術工程有限公司
• 主分類號: B01J8/02
• 分類號: B01J8/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本實用新型是一種氣固相催化反應裝置，用于流體催化反應和傳熱過程，屬化學工程領域，特別適用于甲醇合成反應過程，也可用于氨、甲烷、甲醚合成過程。

對于由加壓下甲醇合成、氨合成這類氣固相放熱催化反應，隨著反應過程的進行，不斷放出的反應熱使催化劑層溫度提高。為了提高反應器的效率，需要把反應熱移出以降低反應氣溫度。在工業反應器中曾廣為使用的一種是多段原料氣冷激來降低反應氣溫度，這種反應器因原料氣冷激時在降低反應氣溫度的同時也降低了反應物濃度，影響了合成率。另一種如西德Lurgi公司的用于甲醇合成的列管式反應器，見附圖1，在受壓外殼P中有上下管板H₁、H₂間的多根圓管b，管中裝有催化劑K，原料氣從上部進氣口1進入分布到各管中，在管內裝觸媒層中合成甲醇，管間側面進水。反應熱被管外沸騰水連續移熱，產生蒸汽由側面管出，反應氣由底部出氣管出塔，該塔溫差小，但觸媒裝填系數小，投資大。

本實用新型的任務是依據氣-固相催化放熱可逆反應的特點，克服現有技術的特點，提供一個觸媒層溫差小、觸媒活性高、結構簡單可靠、操作性能好的反應器。

下面結合附圖，作進一步說明。

一種低溫差放熱氣-固相催化反應器，主要由外殼P、隔板H、冷管膽Cb、支架S、多孔板R組成，外殼P是一受壓容器，頂部封頭有進氣口1，底部封頭有出氣口2，隔板H把受壓容器分隔為上部分氣室和下部反應室，反應室底部支架S支撐冷管膽Cb，底部多孔板R支承反應室中冷管膽外的觸媒層K，主要是冷管膽Cb包含有進氣管a、環管c、冷管b，環管c連結進氣管a和冷管b，冷管b是U形管，環管c連結進氣管a和U形冷管b的一端，冷管這一端成為下行冷管，U形冷管的另一端上端開口成為上行冷管，進氣管a穿過隔板并用填料函活動密封，冷管膽Cb中的U形冷管與環管c成為同軸心的不同圈徑多排冷管，每排中全部U形冷管右端上口與環管c相連成為下行冷管，或者全部U形冷管左端上口與環管c相連成為下行冷管。合成原料氣由外殼P頂部進氣口進入上部分氣室，經進氣管a到環管c分布到各下行冷管b，原料氣在下行冷管b中先由上到下流動與冷管b管外的反應氣并流換熱，然后經U形彎頭在上行冷管中由下到上與管外反應氣逆流換熱到頂部出上行冷管，到管外進入觸媒層由上到下一邊反應一邊與U形冷管中的原料氣向并流換熱，反應氣到底部經多孔板由底部出氣管出反應器。

圖2是低壓甲醇合成塔示意圖，圖3是冷管和環管c連結圖，圖2中外殼P為受內壓殼體，內壓為4～9MPa，外殼P為一個帶有上下封頭的圓筒形容器，上封頭有原料氣進口1，下封頭有反應氣出口2，容器上部有圓形隔板H，隔板支承在筒壁上并用焊接或活動密封，把容器分為上下二部分，隔板H上裝有多個填料函，用作隔板和冷管膽Cb進氣管a間密封。原料氣主要為H₂、CO、CO₂、N₂混合氣由進口1進塔，經上部分氣室分流到各冷管膽的進氣管a，再經各環管c分流到每一冷管膽的各個U型冷管b1、b2……中，原料氣在U形管下行管段由上到下流動到底部U形彎頭后改變方向，在上行管段為由下到上流動出冷管，氣體在冷管內被管外反應氣加熱到250℃左右，熱氣進入管外觸媒層中由上到下流動一邊反應一邊與管內原料氣換熱直到底部，再經多孔板R由出氣口2出塔。因氣體在觸媒層反應被U形冷管移熱，因此觸媒層溫差很小。圖3為冷管和環管c連結圖，表示冷管膽c中每排U形冷管按二根U形管一組，二根U形管分大小二個不同彎頭，小彎頭U形管套在大彎頭U形管里面，由大彎頭U形管左側為下行冷管與環管c相連，小彎頭U形管右側管為下行冷管與環管c相連，冷管管徑可為16～38mm。

本實用新型中外殼P的上封頭和筒體也可分開為二件用法蘭連結，以便拆下隔板裝觸媒和檢修設備。

本實用新型因觸媒裝在冷管間，故增加了觸媒裝填系數，達到75％，而西德Lurgi管殼式的甲醇反應器催化劑裝在管內，裝填系數只達30％，且因氣體流通截面減少增加了反應器壓差。Lurgi塔上下管板與數千條管子固定焊結易泄漏。本實用新型因上行冷管和下行冷管用一支長管彎成U形彎頭不用下環管連結，避免用下環管時環管與冷管接頭漏氣，增加了結構可靠性。

實施例：圖2的低壓甲醇合成塔直徑2米，高8.5米，裝NC306或C302銅基甲醇，觸媒裝填量20M³，冷管面積300M²,合成壓力5.0MPa，進塔氣成份：H₂?76.4％,CO?10.53％,CO₂3.16％,H₂O?0.02％,N₂?4.99％,CH₄?4.35％，進塔氣量150000NM³/h，觸媒層熱點溫差250℃，溫差＜10℃，甲醇產量330噸/日。而用圖1的西德Lurgi管殼式塔在同樣產量下合成塔需直徑3米，高10米，投資增加一倍以上。