專利名稱：一種甲醇合成反應器結(jié)構(gòu)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及到化工設備領域，具體指一種甲醇合成反應器結(jié)構(gòu)。
背景技術：
甲醇是重要的有機化工原料和清潔液體燃料，同時也是碳ー化學的基礎。由甲醇制烯烴技術，開辟了一條非石油原料制取低碳烯烴的生產(chǎn)路線，這ー技術的エ業(yè)化，可以減少對石油資源的過度依賴，對均衡合理利用我國資源具有重要意義。甲醇合成反應器是甲醇生產(chǎn)的心臟設備。近年來，國內(nèi)已建或在建的大型甲醇裝置基本采用國外技術和關鍵設備，如Lurgi甲醇合成反應器、Davy徑向流動甲醇合成反應 器及ICI多段冷激型甲醇合成反應器等。隨著甲醇裝置規(guī)模的日趨擴大，甲醇合成反應器的單系列規(guī)模也趨于大型化。目前，國外單臺規(guī)模已達150萬噸/年，如魯奇公司135萬噸/年，Davy公司150萬噸/年等。目前國內(nèi)甲醇合成反應器單臺規(guī)模僅達到50萬噸/年，與國外相比差距甚大，因此，非常有必要開發(fā)大型甲醇合成反應器技木。Lurgi采用管殼型反應器和氣冷反應器。第一反應器即管殼型反應器為水冷反應器，結(jié)構(gòu)類似于ー個固定管板列管式換熱器，操作壓カ5 6MPa，殼體和管板、反應管之間采用焊接結(jié)構(gòu)。第二反應器為氣冷反應器，反應放出的熱量傳給冷管內(nèi)的原料氣。出第一反應器的反應氣進入第二反應器。在大型化上，水冷反應器受到了管板和殼體成一整體的制約，如提高反應器的高徑比，則催化劑易被壓碎；如提高合成壓カ，則使反應管內(nèi)外和管板上下壓差增加，増加了制造加工技術難度；必須采用多臺管殼式反應器組合的方式，而這將帶來增加設備投資等問題。氣冷式反應器的管板是開漸開線槽的結(jié)構(gòu)件，是設計和制造的關鍵所在。氣冷式反應器的結(jié)構(gòu)只能用于氣氣交換，不能用于氣液交換。目前采用2臺管殼型反應器并聯(lián)再和I臺氣冷反應器組合，生產(chǎn)能力可達135萬噸/年。Davy徑向流動甲醇合成反應器，氣體徑向流動、副產(chǎn)蒸汽、能量利用合理。但換熱管需要特殊彎制、換熱管支撐件結(jié)構(gòu)復雜。目前單臺生產(chǎn)能力可達150萬噸/年。ICI多段冷激型甲醇合成反應器，采用四段絕熱床層，層間采取三次冷激。在大型化上結(jié)構(gòu)簡單、易于安裝維修、催化劑裝卸方便，但出口的甲醇濃度低、催化劑時空率不高、能量利用不合理，設備比較重，大規(guī)模的反應器會帶來運輸問題。在大型化上，増大反應器內(nèi)徑以擴大生產(chǎn)能力，目前單臺生產(chǎn)能力可達165萬噸/年。Topsoe徑向流動甲醇合成反應器，氣體在床層內(nèi)向心流動，床層內(nèi)裝有催化劑。但很難實現(xiàn)反應氣體的均布、對加工制造要求較高、不能高位能回收反應熱、床層各部分催化劑利用程度不同。在大型化上，在直徑不變的情況下，増加反應器的高度，有利于單系列大型化生產(chǎn)。目前，采用3臺徑向流動絕熱反應器串聯(lián)，生產(chǎn)能力可達150萬噸/年。國內(nèi)杭州林達公司的JJD低壓均溫型反應器，反應熱通過雙U型管移走，熱補償較其它結(jié)構(gòu)好。但難以大型化。目前已投產(chǎn)的最大生產(chǎn)能力為20萬噸/年。林達臥式管殼水冷甲醇合成反應器采用臥式結(jié)構(gòu)，避免了反應器大型化時直徑過大的問題，易于大型化。由于采用管殼式結(jié)構(gòu)，催化劑裝填在管外，當反應器為臥式時，催化劑的裝填麻煩，催化劑還原收縮后，氣體的均布存在問題。目前已投產(chǎn)的最大生產(chǎn)能力為50萬噸/年。國內(nèi)傳統(tǒng)的徑向流動甲醇合成反應器，換熱管經(jīng)特殊彎制后與上下兩環(huán)管連接，換熱管與環(huán)管的連接焊接難度大，質(zhì)量不易保證；換熱管需特殊彎制，エ序繁多；環(huán)管上換熱管管孔加工難度大、精度不易保證；且不便設置管束支撐件，影響催化劑的使用壽命和出ロ甲醇的濃度；接頭處發(fā)生泄漏，很難檢修等。只適用于小型甲醇反應器，不易大型化。因此，現(xiàn)有的單臺甲醇合成反應器比較適用于小型甲醇反應器，不易大型化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是針對現(xiàn)有技術的現(xiàn)狀提供ー種加工制造方便且易于大型化的甲醇合成反應器結(jié)構(gòu)。本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案為該甲醇合成反應器結(jié)構(gòu)，包括筒 體、連接在筒體兩端的上封頭和下封頭，所述筒體的內(nèi)腔內(nèi)設有供冷卻介質(zhì)流通的多根換熱管組成的管束，各所述換熱管之間填充有催化劑，管束的兩端分別連接進水管和出水管；所述進水管穿過所述的下封頭連接外界的冷卻介質(zhì)系統(tǒng)，所述的出水管穿過所述的上封頭連接外界的冷卻介質(zhì)系統(tǒng)；并且所述的進水管和所述出水管相對于各自對應的下封頭和上封頭而定位；所述上封頭的頂部設有進料ロ，所述下封頭的底部設有氣體入ロ，所述筒體的側(cè)壁上設有供合成氣排出的氣體出ロ ；其特征在于所述筒體的內(nèi)腔內(nèi)還設有與所述筒體內(nèi)壁間隔有間隙的進水箱和出水箱；所述進水管穿過進水箱的底面連通進水箱的內(nèi)腔，所述出水管穿過所述出水箱的頂面連通出水箱的內(nèi)腔；所述進水箱的頂面和所述出水箱的底面上對應于各所述換熱管設有多個管孔；各所述換熱管呈直線型結(jié)構(gòu)，并且各換熱管的兩端分別插設在對應的出水箱和進水箱上的管孔內(nèi)從而連通所述的出水箱和所述的進水箱。所述進水箱和所述出水箱的結(jié)構(gòu)可以有多種，例如立方體、長方體，或者立方體、長方體與弧形結(jié)構(gòu)的結(jié)合等等，較好的，為了進一歩方便加工，所述進水箱和所述出水箱可以為環(huán)形結(jié)構(gòu)，并且，所述進水箱和所述出水箱的上、下底面為平板結(jié)構(gòu)且相互平行；所述筒體內(nèi)腔的中部設有氣體分布器；所述氣體分布器的下端連接所述的氣體入口，所述氣體分布器的上端位于所述出水箱的中間環(huán)孔內(nèi)；氣體分布器的側(cè)壁上均勻設有多個出氣孔。將進、出水箱的上下底面設計為平板結(jié)構(gòu)，不僅方便了加工，而且增加了合成器內(nèi)的操作空間，方便檢修和維護?，F(xiàn)有技術中，催化劑的裝填只能從設置在上封頭上的專用的進料孔內(nèi)自下而上的裝填，裝填過程是ー個盲操作過程，不能保證催化劑在管束之間的均勻分布。而催化劑的分布對反應的均勻性有著至關重要的作用。為了保證催化劑能夠均勻地裝填在管束之間，本申請將氣體分布器設計為可拆卸結(jié)構(gòu)，具體使用的技術方案為所述的氣體分布器包括有多段，各段的端部具有向內(nèi)或向外凸出的折邊，相鄰各段的折邊可拆卸聯(lián)接從而將各段連接在一起；所述上封頭上設有人孔。操作人員通過人孔進入筒體內(nèi)，裝填好一段催化劑后再安裝上上一段的氣體分布器，然后再裝填上一段氣體分布器所對應的管束間的催化劑，不僅充分保證了催化劑的均勻裝填，而操作非常方便，同時也降低了氣體分布器的加工難度。上述可拆卸式氣體分布器的結(jié)構(gòu)還可以采用其它的方式，例如相鄰段使用螺栓連接等。同時，如果改變進料和出料的途徑，該氣體分布器還可以作為氣體收集器使用。
進ー步改進，可以在所述氣體分布器的外周環(huán)套有格柵結(jié)構(gòu)的夾套，該夾套與所述氣體分布器的外周壁之間填充有顆粒狀瓷球。夾套和瓷球的設計，可使反應氣體再分布，使氣體分布的更均勻，同時也有隔熱作用，保護內(nèi)層分布器。上述各方案中，對于大規(guī)模反應器，換熱管較長，在反應器的運輸過程中，換熱管會彎曲變形；同時在反應器的運行過程中，換熱管可能會產(chǎn)生振動而損壞換熱管。為了方便運輸和反應器的運行，所述筒體內(nèi)還可以設有多個相互平行設置的用于支撐各所述換熱管的管束支撐柵，各所述的換熱管穿設在各管束支撐柵上對應的管孔內(nèi)。通過管束支撐柵來加強支撐各換熱管，結(jié)構(gòu)簡単，使用可靠。為了有效解決使甲醇反應器運行過程中管束所產(chǎn)生的熱膨脹，所述的出水管可以為高壓膨脹節(jié)。較好的，所述的高壓膨脹節(jié)可以為多層多波紋結(jié)構(gòu)。通過調(diào)整膨脹節(jié)層數(shù)和波數(shù)，可適配不同規(guī)模的反應器。與現(xiàn)有技術相比較，本發(fā)明將進、出水裝置設置為箱體結(jié)構(gòu)，并且其與換熱管相連接的端面表面采用平板結(jié)構(gòu)，換熱管端部不需要彎制即可方便地焊接到環(huán)形管板上，降低了反應器的制作加工難度；同時由于環(huán)形管板上換熱管管孔是平面加工，且管孔間距相等，便于畫線與鉆孔，加工精度高。同時，出水箱采用浮動式結(jié)構(gòu)，不受固定式管板結(jié)構(gòu)的制約，不僅可以用于小規(guī)模的甲醇反應器上，也可用于百萬噸級以上的甲醇反應器上。而在上封頭上開設的人孔，不僅便于人員進出反應器進行檢維修工作，而且便于催化劑的裝填。


圖I為本發(fā)明實施例裝配結(jié)構(gòu)的剖視示意圖；圖2為圖I的俯視圖；圖3為本發(fā)明實施例中B部分的局部放大圖；圖4為本發(fā)明實施例中出水箱部分的局部剖視放大圖；圖5為圖4的俯視圖；圖6為沿圖I中A-A線的剖視圖；圖7為本發(fā)明實施例中氣體分布器和夾套裝配結(jié)構(gòu)的局部示意圖(不含瓷球)；圖8為圖7的俯視圖；圖9為圖7的局部放大圖；圖10為本發(fā)明實施例中換熱管與支撐柵裝配結(jié)構(gòu)的橫向剖視圖；圖11為圖7的C向視圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進ー步詳細描述。如圖I至圖7所示，該甲醇合成反應器結(jié)構(gòu)包括筒體1，為甲醇合成反應的主要場所；筒體I的兩端分別連接上封頭11和下封頭12 ;筒體的側(cè)壁上設有供合成氣出入的出氣孔18。上封頭11上設有人孔13和出水孔。本實施例中的人孔13也兼作為進料孔。出水管17的下端焊接在下述出水箱3上，出水管14的上端套設在多層多波紋高壓膨脹節(jié)14內(nèi)，兩者焊接在一起。焊接后的出水管14和高壓膨脹節(jié)14穿過出水孔外露于上封頭11外。下封頭12上設有進氣孔15和供進水管穿過的進水孔，進水管16穿過下封頭連接下述的進水箱2。進水箱2和出水箱3，為環(huán)形結(jié)構(gòu)，進水箱2和出水箱3的頂面和底面水平設置。進水管16的出口穿過進水箱2的底面從而連通進水箱2的內(nèi)腔；出水管17的出水ロ穿過出水箱3的頂面從而連通出水箱3的內(nèi)腔。 進水箱2和出水箱3的頂面和底面為環(huán)形管板23，管板上均勻設有供換熱管插設焊接的管孔。出水箱的頂部設有供出水管插設焊接的出水孔21和供操作人員進入水箱內(nèi)進行檢修維護的人孔22，以便換熱管的檢修以及與管板的焊接。換熱管4，有多根，呈直線狀相互平行設置在出水箱3和進水箱2之間。由于設備的大型化，換熱管較長，在反應器的運輸過程中，換熱管會彎曲變形；而在反應器的運行過程中，換熱管可能會產(chǎn)生振動而損壞換熱管。因此，本實施例在出水箱和進水箱之間還設置了管束支撐柵5以加強支撐各換熱管4。管束支撐柵5有多個，垂直于換熱管4設置，各所述換熱管4穿插在這些管束支撐柵5上對應的管孔內(nèi)。用支撐柵加強后的各換熱管的兩端分別插設在出水箱和進水箱上對應的管孔內(nèi)焊接固定好，從而連通所述的出水箱和所述的進水箱。管束支撐柵可以是平板上開孔結(jié)構(gòu)，也可以采用格柵夾持結(jié)構(gòu)。氣體分布器6，對應于各所述的換熱管設置在所述筒體的內(nèi)腔的中部，用于輸送進入反應器內(nèi)的氣體并使其均勻分布。氣體分布器的進氣ロ連接下封頭上進氣孔15，其余部分位于進、出水箱中部的環(huán)孔內(nèi)。氣體分布器的側(cè)壁上均勻設有多個出氣孔61。本實施例中的氣體分布器包括橫向分隔的多段，各段的端緣具有內(nèi)凸的凸起62，相鄰段上的凸起通過螺栓可拆卸連接在一起；同時各段又縱向分隔為多塊，各塊的側(cè)緣上具有內(nèi)凸的折邊63，相鄰折邊通過螺栓可拆卸連接在一起。夾套7，為格柵結(jié)構(gòu)，夾套的內(nèi)周壁上設有金屬網(wǎng)8。本實施例中的夾套7也是有多塊組裝而成，其包括縱向分隔的多段，相鄰各段之間設有相對應的內(nèi)凸的凸緣72，相鄰凸緣72通過螺栓連接在一起，從而將各段連接成為夾套7。夾套的內(nèi)周壁上還設有與氣體分布器內(nèi)周壁上的連結(jié)塊64相對應的內(nèi)凸的連結(jié)塊71，相對應的連結(jié)塊64、71通過螺栓連接在一起從而將夾套7和金屬網(wǎng)8限位。該甲醇合成反應器的工作原理如下使用前，氣體分布器只有與進氣孔15相連接的最下段已經(jīng)安裝好。操作人員從人孔13內(nèi)進入反應器內(nèi)，先在下部各換熱管之間裝填上催化劑。當對應于最下段氣體分布器部分的催化劑裝填好后，用螺栓將最下段和第二段氣體分布器連接起來，然后再裝填上與第二段氣體分布器區(qū)段相對應的催化劑。依次類推，將反應器內(nèi)的催化劑裝填完畢。人工進入反應器內(nèi)裝填催化劑便利，催化劑裝填均勻。催化劑裝填完畢后，從進料孔14和進氣孔15送入反應物料。原料氣在催化劑床層內(nèi)徑向流動，氣體經(jīng)氣體分布器的出氣孔61在整個反應器內(nèi)均勻流出到瓷球之間，經(jīng)瓷球的進ー步均勻分布，進入催化劑之間，發(fā)生反應。反應所產(chǎn)生的反應熱由換熱管內(nèi)的冷卻介質(zhì)帶走。
權利要求
1.一種甲醇合成反應器結(jié)構(gòu)，包括筒體、連接在筒體兩端的上封頭和下封頭，所述筒體的內(nèi)腔內(nèi)設有供冷卻介質(zhì)流通的多根換熱管組成的管束，各所述換熱管之間填充有催化齊U，管束的兩端分別連接進水管和出水管；所述進水管穿過所述的下封頭連接外界的冷卻介質(zhì)系統(tǒng)，所述的出水管穿過所述的上封頭連接外界的冷卻介質(zhì)系統(tǒng)；并且所述的進水管和所述出水管相對于各自對應的下封頭和上封頭而定位；所述上封頭的頂部設有進料ロ，所述下封頭的底部設有氣體入ロ，所述筒體的側(cè)壁上設有供合成氣排出的氣體出ロ ；其特征在于所述筒體的內(nèi)腔內(nèi)還設有與所述筒體內(nèi)壁間隔有間隙的進水箱和出水箱；所述進水管穿過進水箱的底面連通進水箱的內(nèi)腔，所述出水管穿過所述出水箱的頂面連通出水箱的內(nèi)腔；所述進水箱的頂面和所述出水箱的底面上對應于各所述換熱管設有多個管孔；各所述換熱管呈直線型結(jié)構(gòu)，并且各換熱管的兩端分別插設在對應的出水箱和進水箱上的管孔內(nèi)從而連通所述的出水箱和所述的進水箱。
2.根據(jù)權利要求I所述的甲醇合成反應器結(jié)構(gòu)，其特征在于所述進水箱和所述出水箱為環(huán)形結(jié)構(gòu)，并且，所述進水箱和所述出水箱的上、下底面為平板結(jié)構(gòu)且相互平行，進水箱的頂板上設有檢修入口 ；所述筒體內(nèi)腔的中部設有氣體分布器；所述氣體分布器的下端連接所述的氣體入口，所述氣體分布器的上端位于所述出水箱的中間環(huán)孔內(nèi)；氣體分布器的側(cè)壁上均勻設有多個出氣孔。
3.根據(jù)權利要求2所述的甲醇合成反應器結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的氣體分布器的外周環(huán)套有格柵結(jié)構(gòu)的夾套，所述夾套的內(nèi)壁上設有網(wǎng)狀內(nèi)村，該內(nèi)襯與所述氣體分布器的外周壁之間填充有顆粒狀瓷球。
4.根據(jù)權利要求3所述的甲醇合成反應器結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的氣體分布器和所述的夾套、所述的內(nèi)襯均包括有橫向分隔的多段，各段的端部具有向內(nèi)或向外凸出的折邊，相鄰各段的折邊可拆卸連接從而將各段連接在一起；所述上封頭上設有人孔。
5.根據(jù)權利要求4所述的甲醇合成反應器結(jié)構(gòu)，其特征在于各段所述的氣體分布器、所述的夾套以及所述的內(nèi)襯還縱向分隔為多個部分，并且各部分之間為可拆卸連接。
6.根據(jù)權利要求I至5任ー權利要求所述的甲醇合成反應器結(jié)構(gòu)，其特征在于所述筒體內(nèi)還設有多個相互平行設置的用于支撐各所述換熱管的管束支撐柵，各所述的換熱管穿設在各管束支撐柵上對應的管孔內(nèi)。
7.根據(jù)權利要求6所述的甲醇合成反應器結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的出水管為高壓膨脹節(jié)。
8.根據(jù)權利要求7所述的甲醇合成反應器結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的高壓膨脹節(jié)為多層多波紋結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及到一種甲醇合成反應器結(jié)構(gòu)，包括筒體、上封頭和下封頭；其特征在于所述筒體的內(nèi)腔內(nèi)還設有與所述筒體內(nèi)壁間隔有間隙的進水箱和出水箱；進水管穿過進水箱的底面連通進水箱的內(nèi)腔，出水管穿過所述出水箱的頂面連通出水箱的內(nèi)腔；所述進水箱的頂面和所述出水箱的底面上對應于各所述換熱管設有多個管孔；各所述換熱管呈直線型結(jié)構(gòu)，并且各換熱管的兩端分別插設在對應的出水箱和進水箱上的管孔內(nèi)從而連通所述的出水箱和所述的進水箱。與現(xiàn)有技術相比較，本發(fā)明將進、出水裝置設置為箱體結(jié)構(gòu)，并且其與換熱管相連接的端面表面采用平板結(jié)構(gòu)，換熱管端部不需要彎制即可方便地焊接到環(huán)形管板上，降低了反應器的制作加工難度；加工精度高。
文檔編號B01J8/06GK102698659SQ20121008646
公開日2012年10月3日 申請日期2012年3月28日 優(yōu)先權日2012年3月28日
發(fā)明者劉玉英, 周水鈞, 應衛(wèi)勇, 肖珍平, 費名儉, 趙斌義, 陸亞東 申請人:中國石化集團寧波工程有限公司, 中國石化集團寧波技術研究院, 中國石油化工股份有限公司