[实用新型]一种固定床组合反应设备

说明书

技术领域

本实用新型是一种催化反应设备，用于流体催化反应和传热过程，属化学工程领域，特别适用于合成甲醇、合成二甲醚、费托反应制液态烃和甲烷、邻二甲苯氧化制邻苯二甲酸酐等强效反应过程。

背景技术

对于如甲醇合成、合成气制二甲醚、费托反应制液态烃和甲烷、邻二甲苯氧化制邻苯二甲酸酐等一些强放热反应，为了提高反应效率，需要在反应同时移出反应热，例如Lurgi管壳式甲醇塔用壳程水移走反应管中的反应热，在管壳式反应器设计中，在催化剂全床层换热中冷却剂温度不变。当需强化移热时采用增加传热面积受到结构的限制，管壳式比冷面即一立方米催化剂换热面积已高达120多平方米，难以再提高。因此采用提高进塔气量和气体线速度，以便及时把反应热带出塔外防止“超温”和“飞温”，为此需采用高达5～10倍多于原料气的循环气(即循环比)来降低进合成塔气体中有效气，否则快速反应速度产生的强反应热会使催化剂过热失活，但高的循环比需要增加相应的甲醇合成圈的设备和管道投资，并增加动力和能耗。计算表明用煤为原料使用Shell粉煤气化或Texaco水煤浆气化制得的合成气，采用低循环比时出合成塔的甲醇含量可达50％多，而现有典型的甲醇合成出塔甲醇含量只有5％左右，仅为上述的十分之一，文献表明“如采用Lurgi法循环比为5，出塔甲醇含量5～6％；采用ICI法循环比为10，出塔甲醇含量3～4％”(宋维端等编著，甲醇工学，化学工业出版社，1991.1，8178)，高循环比增加了工业装置大型化的难度和投资。

本实用新型的任务是克服上述现有技术的缺点，提供实现低循环比，在高浓度原料气、高反应速度下高效节能反应设备。以下说明中从反应器的进口到出口气体反应过程前后中统称为反应气。

发明内容

由于催化反应在催化剂上并不按前后相等速度进行，一般反应器前部离平衡远，反应速度快，放出反应热也多，后部随反应接近平衡，反应速度减慢，放出反应热也少，而如前所述现有的管壳式水冷反应器，冷却剂的温度前后一样，这样如果降低冷却剂温度，加大传热温差和移热，达到上部或前部高反应速度和强反应热的移热要求，则反应器下部或后部反应热减小，移热大于反应热造成反应温度下降，使反应速度进一步减慢直到催化剂活性以下就停止反应，因此难以做到前后部反应都在最佳反应温度下进行的两全其美的办法。本实用新型针对这一根本矛盾，突破现有用同一温度的冷却剂，而采用反应器不同区段采用不同温度冷却剂来解决，使反应中换热按反应热移出的大小需要设计，具体可按反应气在催化剂层中流动方向顺序划分为前后多个块区，由冷却剂通过换热管来间接换热，对于像甲醇合成反应，反应温度在180℃～300℃范围内，可采用加压热水作载热体，在反应器内液体汽化吸热远高于冷却介质温升吸收的显热，对于更高反应温度则需用挥发性低的矿物油、导热油或熔盐作冷却剂，把热量通过冷却循环回路带到汽包中，通过汽包内换热管将热量传给水产生蒸气回收热量。用水作冷却剂时载热体移去甲醇合成反应热同时直接副产蒸汽时，甲醇催化剂可以装在换热管内即如同Lurgi管壳式反应器，这时换热管为反应管，反应管外壳程为锅炉水，催化剂也可装在换热管外，这时换热管为水管即水管式反应器，水管可以是列管式、螺旋式，也可以横向水管即卧式水冷甲醇塔。一是前后不同催化剂块区采用分组换热管，每组换热管可根据需要与不同汽化压力、汽化温度的一个汽包连通，例如反应前期位于反应前部换热管中低压低温下汽化，增加传热温差强化传热，解决反应前部反应速度快、反应热特大的问题；位于反应后部催化反应速度和反应热减少，换热水管汽化压力和温度相应提高，减小传热温差，避免因后部反应热减小，移热过多，反应温度过低。二是汽包压力可以调节高低，随着催化剂使用时间的增加，催化反应向后部推进，后部反应热增加时，也可将后部催化剂中换热水管汽化压力降低或与低压汽包连结，使后期水管在低温低压下气化加大传热温差和传热速度。上述换热管组和调压汽包汽化压力可根据需要在0.2～13MPa之间选取，不同催化反应块区31、32中，换热块区21、22与其相连的调压汽包51、52压差可在0.2～7MPa。