一种高效甲醇合成气冷塔的制作方法

本实用新型涉及到化工设备，尤其涉及一种高效甲醇合成气冷塔。

背景技术：

甲醇是一种重要的化工基础产品和有机化工原料，甲醇合成是一个体积缩小的可逆的放热反应过程。对于铜基甲醇合成催化剂来说，反应温度需要维持在220℃～280℃之间，如果温度过低则催化剂没有活性无法反应，温度过高则影响催化剂的寿命和产品品质。因此，合成气在进入甲醇合成反应器之前需要预热到催化剂的起活反应温度，经过甲醇合成反应后的反应气需要及时移出反应热，为再次进入甲醇合成反应器创造适宜的温度条件。

公告号为CN206986062U的中国专利申请公开了《一种甲醇合成的装置》，该甲醇合成装置的第一气气换热器、第二气气换热器和第二反应器均独立设置，设备之间通过管道进行连接，反应器和换热器需要布置在不同的结构基础或框架上，增加了该单元的占地和土建结构投资；同时用于连接设备的管道均是高温高压管道，在将设备实现连接的同时管道需要具有适当的柔性，以满足热膨胀的要求，否则管道运行时热胀冷缩产生的推力会损坏设备管口，为了满足管道的刚度和柔性双重要求，实际需要的管道长度远远超过两台设备管口之间的直线距离，管道长度的增加，导致工程投资和热量损失双双增大。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种高效甲醇合成气冷塔，在实现甲醇合成前的原料混合气的升温及反应后的反应气降温要求下，有效降低装置占地面积和土建投资，大幅减少管道长度和热量损耗，从而满足甲醇合成装置的大型化和节能化发展要求。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：该高效甲醇合成气冷塔，包括封闭的壳体，其特征在于所述壳体内自上至下依次间隔设有第一隔板、第二隔板、第三隔板和第四隔板将所述壳体的内腔分隔为相互独立的第一区、第二区、第三区、第四区和第五区；

所述第一区内设有相互独立的第一通道和第二通道；

所述第二区内设有第一分隔板将所述第二区分隔为相互独立的第二区的腔室和第五通道；

所述第一通道的两端口分别连通第二区的腔室和第一反应气输送管道；所述第二通道的两端口分别连通第五通道的出口和混合气输出管道；

所述第二隔板、第三隔板与所对应的壳体部分围合而成所述的第三区，第三区内间隔设有多根气管；所述第二隔板内设有第一空腔，各所述气管的出口均连通所述第一空腔；所述第二隔板上还间隔设有多个连通所述第二区的腔室和所述第三区且独立于所述第一空腔的第一通孔；所述第三隔板内设有第二空腔，各所述气管的入口均连通所述第二空腔；所述第三隔板上还间隔设有多个第二通孔；

所述第四区内设有第二分隔板将所述第四区分隔为相互独立的第四区的腔室和混气室；所述混气室的出口连通所述第二空腔；

所述第二通孔的两端口分别连通所述第三区和所述第四区的腔室；

所述第五区内设有相互独立的第三通道和第四通道；所述第三通道的两端口分别连通所述第四区的腔室和第二反应气输送管道，所述第四通道的两端口分别连通用于输送界外循环气的循环气输送管道和所述混气室的入口；

界外原料气输送管道的出口连通所述混气室。

所述第一通道由两块间隔设置的第一板和第二板同步卷绕而成，第一板和第二板的下端缘固定在所述第一隔板上，第一板和第二板的上端缘固定在上管板上；所述上管板的周缘密封连接所述壳体的侧壁；

第一板的始端通过第一连接板与壳体的侧壁密封连接；第一板和第二板的内端缘通过第一中心隔板密封连接；第一板和第二板的外端缘分别密封连接各自对应的壳体侧壁；

所述第一板和所述第二板之间的空腔形成螺旋布置的所述的第二通道，所述第一区内的其它空间形成螺旋布置的所述的第一通道。螺旋管道的结构设计，使得混合气与第一反应气之间的换热更充分，进一步改善了节能降耗的效果。

所述混合气输出管道位于所述壳体内的部分在侧壁上间隔设有多个第一气孔，以平衡混合气输出管道的内外压差。

所述第五区内在所述第四隔板的下方设有下管板，所述下管板的周缘密封连接所述壳体的内侧壁；

所述第三通道由两块间隔设置的第三板和第四板同步卷绕而成，第三板和第四板的下端缘固定在所述下管板上，第三板和第四板的上端缘固定在第四隔板上；

所述第三板和第四板的内端缘通过第二中心隔板密封连接；第三板和第四板的外端缘分别密封连接各自对应的壳体侧壁；

第三板和第四板之间的空腔形成螺旋布置的所述的第四通道，所述第五区内的其它空间形成螺旋布置的所述的第三通道。螺旋管道的结构设计，使得第二反应气与循环气之间的换热更充分，进一步改善了节能降耗的效果。

所述循环气输送管道位于所述壳体内的部分的侧壁上间隔设有多个第二气孔，以平衡循环气输送管道的内外压差。

所述第三隔板的下方还设有用于盛放瓷球的网兜，所述壳体的侧壁上设有卸料管，所述卸料管的两端口分别连通所述网兜与所述第三隔板之间的空间和界外。

与现有技术相比，本实用新型所提供的高效甲醇合成气冷塔在同一个壳体中分隔出多个区域从而将合成反应和换热集成在一台设备中，避免了反应器外长管道连接，减少了设备数量，降低了设备占地面积，同时将第五通道及混气室集成在反应器内部，极大程度地减少了长管道连接所导致的热损失大的问题，节能降耗效果显著；同时将第一通道和第二通道涉及为螺旋布置的结构，混合气换热更充分；并且该反应器的结构设计，能够使设备的热胀冷缩与设备内、外所连接管道的热胀冷缩实现同步，容易满足管道在刚度和柔性两方面的苛刻要求，管道运行时热胀冷缩产生的推力对设备管口的损坏风险降到了最低，利于装置大型化，也有利于大型甲醇合成装置的安全稳定运行。取消合成反应区中央的中心筒，取而代之是换热管和催化剂，有效增加了催化反应空间，可进一步缩小反应器直径，利于装置大型化。

附图说明

图1为本实用新型实施例的纵向剖视图；

图2为沿图1中A-A线的剖视图；

图3为图1中D部分的局部放大图；

图4为沿图1中C-C线的剖视图；

图5为沿图1中B-B线的剖视图；

图6为图5中E部分的局部放大图；

图7为图1中F部分的局部放大图；

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

如图1至图7所示，该高效甲醇合成气冷塔包括：

壳体5，封闭结构，其内腔通过多根管道连接界外。本实施例中的壳体5为立式结构。壳体5内自上至下依次间隔设有第一隔板1、第二隔板2、第三隔板3和第四隔板4将所述壳体5的内腔分隔为相互独立的第一区51、第二区52、第三区53、第四区54和第五区55；在第一隔板1的上方还设有上管板66，在第四隔板4的下方还设有下管板86，下管板86的周缘密封连接所述壳体的内侧壁。

所述第一区51内设有相互独立的第一通道51a和第二通道51b。所述第一通道51a由两块间隔设置的第一板81和第二板82同步卷绕而成，第一板81和第二板82的下端缘固定在所述第一隔板1上，第一板81和第二板82的上端缘固定在上管板66上；所述上管板66的周缘密封连接所述壳体的侧壁；

第一板81的外端通过第一连接板63与壳体的侧壁密封连接；第二板82的外端通过第二连接板64与壳体的侧壁密封连接；第一板81和第二板82的内端缘通过第一中心隔板65密封连接；第一板81和第二板82的外端缘分别密封连接各自对应的壳体侧壁；

所述第一板81和所述第二板82之间的空腔形成螺旋布置的所述的第二通道51b，所述第一区51内的其它空间形成螺旋布置的所述的第一通道51a。为便于区别，在图2中第二通道51b中填充了阴影图案。第一通道51a的入口通过第一反应气输送管道25连接界外，第一通道51a的出口与第二区的腔室52a连通。第二通道51b的出口穿过上封头12与混合气输出管道26连接。所述混合气输出管道26位于所述壳体1内的部分在侧壁上间隔设有多个第一气孔14，用于平衡上封头内的压差。

第一分隔板56，设置在第二区52内，其上、下两端缘分别连接第一隔板1和第二隔板2，所述第一分隔板56与第一隔板1、第二隔板2和所对应的壳体捕围合形成第二区的腔室52a，为进入其内的第一反应气的缓冲区。第一分隔板56与所述的另部分壳体之间的间隙形成独立于第二区的腔室52a的第五通道52b。第五通道52b用于输送预热过的混合气，所述的第五通道52b的入口和出口分别连接第二隔板上的出气口23和第二通道51b。

所述第一通道51a的两端口分别连通第二区的腔室52a和第一反应气输送管道25；所述第二通道52b的两端口分别连通第五通道52b的出口和混合气输出管道26。

第三区53，为反应区，其内设有多根气管6，各气管在第三区53内并列布置；各气管6的两端部分别固定在第二隔板2和第三隔板3上。

围合成第三区的第二隔板2和第三隔板3均为空心板。其中所述第二隔板2内具有第一空腔21，各所述气管6的出口均连通所述第一空腔21；对应于第五通道52b在第二隔板2上表面的一侧设有连通第一空腔21的出气口23，所述第二隔板2上还间隔设有多个纵向贯通且独立于所述第一空腔21的第一通孔22，第一通孔22的两端口分别连通所述第二区的腔室52a和所述第三区53。

所述第三隔板3内设有第二空腔31，各所述气管6的入口均连接所述第二空腔31；对应于混气室54b的出口在第三隔板3下表面上设有连通第二空腔31的进气口33；所述第三隔板3上还间隔设有多个纵向贯通第三隔板3且独立于第二空腔31的第二通孔32，各所述第二通孔32的两端口分别连通所述第三区53和所述第四区的腔室54a。

第四区54，为空腔，其内设有第二分隔板57将所述第四区54分隔为相互独立的用于缓冲第二反应气的第四区的腔室54a和混气室54b。混气室54b的出口连通进气口33；用于输送界外原料气的原料气输送管道27的出口连通所述混气室54b。所述混气室54b的入口连通第四通道55b。

第五区55，内设有相互独立的第三通道55a和第四通道55b；所述第三通道55a的两端口分别连通所述第四区的腔室54a和第二反应气输送管道29，所述第四通道55b的两端口分别连通用于输送界外循环气的循环气输送管道28和所述混气室54b的入口。

所述第五区55内在所述第四隔板4的下方设有下管板86；所述第三通道55a由两块间隔设置的第三板83和第四板84同步卷绕而成，第三板83和第四板84的下端缘固定在所述下管板86上，第三板83和第四板84的上端缘固定在第四隔板4上；

所述第三板83和第四板84的内端缘通过第二中心隔板75密封连接；第三板83和第四板84的外端缘分别密封连接各自对应的壳体侧壁；

第三板83和第四板84之间的空腔形成螺旋布置的所述的第四通道55b，所述第五区55内的其它空间形成螺旋布置的所述的第三通道55a。为便于区别，在图4中将第四通道55b填充了阴影。第三通道55a的出口通过第二反应气输送管道29连接界外，第三通道55a的入口与第四区的腔室54a连通。第四通道55b的入口穿过下封头13与循环气输送管道28连接。所述循环气输送管道28位于所述壳体内的部分的侧壁上间隔设有多个第二气孔15，用于平衡下封头内的压差。

原料气输送管道27，用于输送新鲜的原料气，其出口连接做壳体5上并连通所述混气室54b。

循环气输送管道28，用于输送循环气并入到新鲜的原料气中形成混合气；循环气输送管道28经由第五区内的所述第四通道55b连通所述混气室54b；第五区内的所述第三通道55a的两端口分别连通所述第四区的腔室54a和第二反应气输送管道29。

网兜91，用于兜住瓷球，设置在第三隔板3的下方。

卸料管92，设置在壳体5的侧壁上，为填充在第三区内的催化剂和瓷球的卸料通道；所述卸料管92的两端口分别连通所述网兜91与所述第三隔板3之间的空间和壳体界外。

该高效甲醇合成气冷塔的工作原理描述如下：

进入原料气输送管道内的新鲜原料气与来自第四通道的循环气在混气室内混合形成混合气，经由混气室出口进入到第三隔板的第二空腔内，然后均匀进入各气管，在气管内与第三区内催化剂床层反应所产生的反应热换热后，进入第二隔板上的第一空腔内，经由出气口进入第五通道，然后进入第一区的第二通道内，与第一区第一通道内所送来的界外第一反应气换热后，经由混合气输出管道送出界外。

界外送来的第一反应气经由第一反应气输送管道进入第一区第一通道，经换热后道进入到第二区的腔室，从第二隔板上各第一通孔进入到第三区内，在第三区内所填充催化剂的作用下进行反应，生成第二反应气。

第二反应气经由第三隔板上的各第二通孔进入到第四区的腔室，进而进入到第五区第三通道中，与第五区第四通道内界外送来的循环气换热后从第二反应气输送管道送出界外；而循环气换热后进入混气室形成混合气。