[实用新型]提高气体催化反应的装置

说明书

本实用新型提供了一种提高气体催化反应的装置，包括装有催化剂的反应器、换热器、产品气冷却冷凝器、分离器、贮槽容器和循环气压缩机，前后连接组成单条气体反应换热冷却分离循环管线，多组并联的反应换热单元组成多个反应换热单元并联连接在单条气体冷却分离、循环的化工回路中。采用本发明技术可使吨产品消耗电耗、汽耗、能耗低，副产蒸汽高能量回收好，合成流速无需高空速。

技术领域

本实用新型涉及化学工程领域，特别是由原料气催化反应生成氨、醇类烃类及含氧产品等产物的方法和生产装置。

背景技术

作为基本的化工生产，例如由H₂、N₂合成NH₃：3H₂+N₂＝2NH₃ 92KJ/mol，和H₂、CO、CO₂生产CH₃OH：2H₂+CO＝CH₃OH 90.8KJ/mol，3H₂+CO₂＝CH₃OH +H₂O 49.5KJ/mol。都由经净化除去对催化剂有毒物的一定比例组成的原料气在不同压力温度和催化剂的反应器内反应成产物。例如氨合成为10-30MPa、 350-500℃的铁系或钌系催化剂。甲醇合成为5-15MPa、200-300℃ Cu-Zn-Al催化剂上反应。由于这类反应都是强放热反应，随着反应进行催化反应温度升高，逐渐接近反应平衡温度和平衡转化率，反应速率逐渐变慢。单个反应器难以提高反应转化率和产率，目前工业上多采用多个反应器或多个反应系统前后串联的方法。其中大型甲醇合成最成功、应用最多的具有代表性的有德国鲁奇公司的水冷-气冷反应器串联工艺(Megamethanol，以下简称L工艺)和英国庄信万丰戴维公司的采用水冷径向反应器的双系统串联工艺(DTPSRC工艺，以下简称D工艺)。氨合成有布朗三塔串联合成工艺，伍德和托普索二塔串联工艺。鲁奇甲醇合成采用(US5827901)的工艺，用二台管壳式水冷反应器并联作第一反应器，与一台未反应气逆流冷却换热反应器串联作第二反应器，建成多套5000吨/天甲醇装置。其中2台水冷反应器催化剂量略少于串联在后面的一台气冷反应器。但从专利文献和实际运行数据均显示前面催化剂少装的水冷反应器的转化率和产率大于后面气冷反应器2倍。后来鲁奇公司还发现在上述方法中设置在前的第一合成反应器CO浓度高、反应热大，容易温度过高使催化剂活性衰退快。故又申请了专利CN102770401，改为第一阶段反应器使用低活性的第一催化剂，而在合成气最后反应阶段采用高活性第二催化剂，但按专利第一阶段用低活性催化剂就影响了该工艺生产能力的提高。最后反应段因反应靠近平衡浓度，即使用高活性催化剂合成效果也有限.

另外英国戴维公司成功开发了年产180万吨甲醇技术(见化工设计通讯 2011年8月第37卷第4期 69-72 李雪冰)，装置生产能力大，但存在反应器移热能力不足、催化剂易超温、循环量大、醇净值低的问题。

实用新型内容

目前中国单系列不管是德国鲁奇5000吨/日水冷串气冷工艺和英国戴维径向水冷双塔180万吨/年装置都是串联合成工艺，甲醇生产装置最大的能力为年产180万吨，单系列氨合成能力为50万吨。

针对现有技术的不足，本实用新型提出下述提高气体催化反应的方法和装置。

一种提高气体催化反应的方法，经净化符合反应消耗组成比的原料，经压缩到反应压力的70～95％原料气量和循环气混合后进第一化工回路，在循环比≤2.5的低循环比下消耗原料气生产成主产品，本申请中循环比、气量和气体含量均为气体体积比和体积含量，其余气体在第一化工回路的循环机出口气混合分流排放到后面的第二化工回路，以循环比＞2.5的高循环比下再生产主产品；或者全部原料气在第一化工回路生产主产品少量弛放气循环机进口前直接排放，弛放气分离回收用于生产主产品或其他产品，或者所述的第一化工回路内原料气与循环气均匀混合同时均匀进入多套并联反应器单系列产品生产装置。