等温合成反应装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于等温合成反应装置技术领域，具体涉及一种可以对甲烷、甲醇和氨进行合成反应，能够使热量能充分回收，节能降耗和降低生产成本的等温合成反应装置。
【背景技术】
[0002]合成反应装置在甲烷、甲醇、氨等的制备中属关键设备，甲烷、甲醇、氨等的合成过程为强放热反应，如在甲烷化反应是绝热反应的条件下，其绝热升温为:气体中每转化1%的CO的绝热温升72°C，每转化I %的CO2的绝热温升65°C。甲烷化前合成气中C0+C0 2含量为24-25%，反应体系温度升高值很大，因此反应热的移出很重要。反应热平衡问题处理不好不但影响催化剂的催化效率，而且影响热量的回收利用，且如果气体在反应器中分布不理想导致流动阻力大，将会使能耗增加。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的在于克服现有技术中的缺陷，而提供一种设计合理、结构简单，可以对甲烷、甲醇和氨进行合成反应，能够使热量能充分回收，节能降耗和降低生产成本的等温合成反应装置。
[0004]本实用新型的目的是这样实现的:包括未反应气体通道，所述未反应气体管道通过进料换热器的未反应气体进口与进料换热器的壳程相连，进料换热器的壳程通过进料换热器的未反应气体出口与反应壳体顶部的进气口相连，所述反应壳体的中部设有催化剂框，催化剂框下部外圆周表面与反应壳体的内表面之间设有密封圈，所述催化剂框的底部为换热槽，所述催化剂框内部中心位置上设有顶部封闭的中心管，所述中心管穿过催化剂框，换热槽和反应壳体的底部，所述中心管的底部开设有反应后气体出气口，中心管分为催化剂框内中心管部分和换热槽内中心管部分，所述催化剂框内中心管部分的圆周外表面上开设有若干个中心管进气孔，所述催化剂框的外圆周表面开设有催化剂框气孔，所述催化剂框内设有催化剂层，所述催化剂层内设有若干根热超导管，热超导管的底部设置在换热槽内；所述反应后气体出气口通过管道与进料换热器的管程进口相连，进料换热器的管程通过进料换热器的管程出口与甲烷冷却器相连；所述换热槽的一侧由上至下依次设有出汽口和进液口，所述进液口通加压泵与汽包的底部液体口相连，底部液体口通过汽包进液口与换热液储槽相连，所述出汽口通过蒸汽压力调节阀与汽包的蒸汽进口相连，蒸汽进口通过汽包蒸汽出口与蒸汽使用装置相连。所述汽包内的中间位置上设有丝网除沫器。所述热超导管在催化剂层的内高度为催化剂层高度的70% -90% ;所述热超导管在换热槽内的高度为换热槽高度的70% -90%。
[0005]本实用新型为化工通用型等温合成反应装置，可用于合成甲烷、甲醇、氨等多种化工产品，具有设计合理、结构简单，能够使热量能充分回收，节能降耗和降低生产成本的优点。
【附图说明】
[0006]图1为本实用新型的示意图。
【具体实施方式】
[0007]如图1所示，本实用新型包括未反应气体通道，所述未反应气体管道通过进料换热器17的未反应气体进口 20与进料换热器17的壳程相连，进料换热器17的壳程通过进料换热器17的未反应气体出口 21与反应壳体22顶部的进气口 I相连，所述反应壳体22的中部设有催化剂框3，催化剂框3下部外圆周表面与反应壳体22的内表面之间设有密封圈26，所述催化剂框3的底部为换热槽8，所述催化剂框3内部中心位置上设有顶部封闭的中心管5，所述中心管5穿过催化剂框3，换热槽8和反应壳体22的底部，所述中心管5的底部开设有反应后气体出气口 9，中心管5分为催化剂框内中心管部分和换热槽内中心管部分，所述催化剂框内中心管部分的圆周外表面上开设有若干个中心管进气孔7，所述催化剂框3的外圆周表面开设有催化剂框气孔6，所述催化剂框3内设有催化剂层2，所述催化剂层2内设有若干根热超导管4，热超导管4的底部设置在换热槽8内；所述反应后气体出气口 9通过管道与进料换热器17的管程进口 18相连，进料换热器17的管程通过进料换热器17的管程出口 19与甲烷冷却器24相连；所述换热槽8的一侧由上至下依次设有出汽口和进液口，所述进液口通加压泵12与汽包10的底部液体口 14相连，底部液体口 14通过汽包进液口 16与换热液储槽13相连，所述出汽口通过蒸汽压力调节阀23与汽包的蒸汽进口 25相连，蒸汽进口 25通过汽包蒸汽出口 15与蒸汽使用装置相连。所述汽包10内的中间位置上设有丝网除沫器11。所述热超导管4在催化剂层2的内高度为催化剂层2高度的70% -90% ;所述热超导管4在换热槽8内的高度为换热槽8高度的70% -90%。所述换热槽8内的换热介质可以为脱氧水，甲醇或乙醇等冷却介质。
[0008]本实用新型的主要技术原理是:催化剂层2内设有若干根热超导管4，热超导管4在合成甲烷、甲醇、氨等的反应热的激发下，传热效率极高、热损为零，热超导管4轴向温差趋于零，自一端加热，数秒钟就可将热量传递到另一端。导热速度快，强度大，效率高；热超导管4外部装有催化剂，当管外气体发生甲烷、甲醇、氨等反应时放出热量，热量通过热超导管4导热到底部换热槽8中，当换热槽8内的冷却介质为脱氧水时，可使换热槽8中的液态水发生相变，变成蒸汽从汽包蒸汽出口 15排出。控制蒸汽压力调节阀23使汽包10内蒸汽压力恒定，即水沸腾汽化温度恒定，则催化剂反应温度也能保持略高于管内水沸腾温度的恒温。其中，热超导管4的传热原理为:热超导管的传热介质为多种无机元素组合而成，在外热的激发下，利用微粒子的高频振动传递热量，无相变，热损为零，使得导热效率极高。甲烷、甲醇、氨等催化反应放出的热量及时被热超导管传递至底部换热槽被换热槽中水吸收汽化为蒸汽维持床层温度稳定。其特点是热超导管导热效率极高，水汽化热很大，所有反应热都能随即被传递吸收，保证床层温度恒定。本实用新型的反应器利用液体的相变和热超导管导热率高、无热损的特点将大量的反应热带走，在吸热的同时副产蒸汽，反应热得以充分利用。在本实用新型中产生蒸汽的压力和温度视甲烷、甲醇、氨等合成的压力和温度而定。甲烷合成的压力应该视煤气化技术的压力而定:在用Lurgi煤气化技术时，甲烷化的压力在2.5Mpa左右，而采用水煤浆气化时，可以在3.5?7.5Mpa下进行，在采用粉煤气化时，可以在3.5Mpa下进行。本实用新型的压力范围为2.5?8.0Mpa之间。甲烷、甲醇、氨等合成温度应在催化剂活性范围内，控制管内蒸汽压力恒定，且管外催化剂反应温度保持略高于该压力下水沸腾温度或过热温度的恒温。本实用新型可用于合成甲烷、甲醇、氨等多种化工广品。
[0009]本实用新型以发生甲烷化反应为例，具体包括以下步骤:
[0010]一、从进料换热器17的未反应气体出口 21来的压力为2.5?8.0Mpa、温度为260?270°C的未反应气从壳体2上部的进口 I 一部分轴向进入到催化剂筐3中的催化剂层2，另一部分进入反应壳体22与催化剂框3之间的环隙内，环隙内的未反应气体通过催化剂框气孔6进入催化剂层2中；
[0011]二、步骤一所述的未反应气分别从上部至上而下进入到催化剂层形成轴向流和从环隙进入经过催化剂框气孔6进入到催化剂层2内形成径向流；所述气体轴径向通过径向筐3中的催化剂层进行反应，催化剂层温度维持在380?460°C ;
[0012]三、所述步骤二中甲烷化反应后380?460°C的气体经中心管进气孔7进入到中心管5内，至上而下从出气口 9出来进入进料换热器17的管程中与230?240°C的未反应气进行换热；
[0013]四、所述步骤二中甲烷化反应放出的热量被若干根热超导管4导入到底部换热槽8中，换热介质吸热后变为220?250°C的蒸汽。反应过程中通过控制换热槽8产生的蒸汽压力来保证甲烷化反应为等温过程；通过设置控制蒸汽压力调节阀23来控制蒸汽压力；
[0014]五、所述步骤四中吸收反应热产生的220?250°C的蒸汽进入汽包10中，经丝网除沫器11进行气液分离后从汽包蒸汽出口 15送往后工段；
[0015]六、外界来的90?110°C脱氧水汽包进液口 16进入汽包内，为保证脱氧水顺利进入到底部换热槽8中，设置加压泵12，经过加压泵12加压后进入底部换热槽8中进行补水，实现水与水蒸气的循环。
【主权项】
1.一种等温合成反应装置，包括未反应气体通道，其特征在于:所述未反应气体管道通过进料换热器(17)的未反应气体进口(20)与进料换热器(17)的壳程相连，进料换热器(17)的壳程通过进料换热器(17)的未反应气体出口(21)与反应壳体(22)顶部的进气口(I)相连，所述反应壳体(22)的中部设有催化剂框(3)，催化剂框(3)下部外圆周表面与反应壳体(22)的内表面之间设有密封圈(26)，所述催化剂框(3)的底部为换热槽(8)，所述催化剂框(3)内部中心位置上设有顶部封闭的中心管(5)，所述中心管(5)穿过催化剂框(3)，换热槽(8)和反应壳体(22)的底部，所述中心管(5)的底部开设有反应后气体出气口(9)，中心管(5)分为催化剂框内中心管部分和换热槽内中心管部分，所述催化剂框内中心管部分的圆周外表面上开设有若干个中心管进气孔(7)，所述催化剂框(3)的外圆周表面开设有催化剂框气孔￠)，所述催化剂框(3)内设有催化剂层(2)，所述催化剂层(2)内设有若干根热超导管(4)，热超导管(4)的底部设置在换热槽(8)内；所述反应后气体出气口(9)通过管道与进料换热器(17)的管程进口(18)相连，进料换热器(17)的管程通过进料换热器(17)的管程出口(19)与甲烷冷却器(24)相连；所述换热槽(8)的一侧由上至下依次设有出汽口和进液口，所述进液口通加压泵(12)与汽包(10)的底部液体口(14)相连，底部液体口(14)通过汽包进液口(16)与换热液储槽(13)相连，所述出汽口通过蒸汽压力调节阀(23)与汽包的蒸汽进口(25)相连，蒸汽进口(25)通过汽包蒸汽出口(15)与蒸汽使用装置相连。
2.根据权利要求1所述的等温合成反应装置，其特征在于:所述汽包(10)内的中间位置上设有丝网除沫器(11)。
3.根据权利要求1所述的等温合成反应装置，其特征在于:所述热超导管(4)在催化剂层(2)的内高度为催化剂层(2)高度的70% -90% ;所述热超导管(4)在换热槽(8)内的高度为换热槽(8)高度的70% -90%。
【专利摘要】本实用新型属于一种等温合成反应装置；包括未反应气体通道，所述未反应气体管道通过进料换热器的未反应气体进口与进料换热器的壳程相连，进料换热器的壳程通过进料换热器的未反应气体出口与反应壳体顶部的进气口相连，所述反应壳体的中部设有催化剂框，催化剂框下部外圆周表面与反应壳体的内表面之间设有密封圈，所述催化剂框的底部为换热槽，所述催化剂框内部中心位置上设有顶部封闭的中心管，所述中心管穿过催化剂框，换热槽和反应壳体的底部，所述催化剂层内设有若干根热超导管，热超导管的底部设置在换热槽内；具有设计合理、结构简单，能够使热量能充分回收，节能降耗和降低生产成本的优点。
【IPC分类】B01J8-02
【公开号】CN204275941
【申请号】CN201420673197
【发明人】刘飞, 顾朝晖, 曹真真, 崔增涛, 杨国洞, 贾凯
【申请人】河南心连心化肥有限公司
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年11月13日