专利名称：一种催化反应设备的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种反应设备，用于流体催化反应和传热过程，属化学工程领域，特 别适用于甲醇、低碳混合醇、二甲醚、甲烷及烃类等合成反应过程，以及用于甲醇制烃类、硫 化氢氧化制硫磺、一氧化碳变换、乙二醇和环氧乙烷等反应过程和前述放热反应化工生产 及IGCC电力联产过程，也可用于吸热反应过程。
背景技术：
对于由加压下甲醇合成、甲醚、烃类等合成这类放热催化反应，随着反应过程的进 行，不断放出的反应热使催化剂层温度提高。为了提高反应器的效率，需要把反应热移出以 降低反应温度。在工业反应器中曾广为使用的如德国Lurgi公司的用于甲醇合成的列管式 反应器，原料气从上部进气口进入分布到各管中，在管内装催化剂层中合成甲醇，管间侧面 进水。反应热被管外沸腾水连续移热，产生蒸汽由侧面管出，反应气由底部出气管出塔，该 塔温差小，但上下管板与换热管固定焊接，为解决热应力需用双相不锈钢且仍易损坏。本实用新型的任务是依据催化放热可逆反应的特点，克服现有技术的缺点，提供 一个结构可靠、生产能力大、触媒活性高、操作性能好的反应器。发明的内容本实用新型提供一种催化反应设备，包括壳体1，上封头2，下封头3，壳体1与上封 头2、下封头3连接，内装催化剂18的换热管10连接上管板11和下管板12，主要是上封头 2有换热介质出口管5和接管4，上封头2内有上内封头23，上内封头23与上管板11连接 构成上部内腔24，上内封头23有进气管20与上封头2的接管4通过密封填料26活动连 结，或者进气管20和接管4通过挠性管或膨胀节22连接，下管板12与下封头3连接，下封 头3底部有出气管7，壳体1下端有换热介质进口管8经壳体1与换热管10外空间9与换 热介质出口管5连通，或者下封头3内有下内封头19，下管板12与下内封头19连接构成下 部内腔17，下内封头19上有出气管7，下封头3有换热介质进口管8，经壳体1与换热管10 外空间9与换热介质出口管5连通。本实用新型提供一种催化反应设备，主要是上封头2有换热介质出口管5，下管板 12与壳体1连结，壳体1下端有换热介质进口管8，下封头3有出气管7和人孔6，出气管7 上部有多孔顶盖13或有联管15的多孔顶盖13。本实用新型提供一种催化反应设备，主要是下封头3内有下内封头19与下管板12 连接构成下部内腔17，下封头3底部有出气管7，下内封头19上部支承陶瓷球和催化剂的 多孔顶盖13的联管15用填料14与下封头3的出气管7活动密封，由上下内封头、换热管、 催化剂构成的内件40，通过下内封头19底部支承16支承在下封头3上。本实用新型提供一种催化反应设备，主要是上封头2与壳体1直接焊接或者通过 上封头2和壳体1上的法兰30和螺栓31螺母32连结并用唇形焊密封。本实用新型提供一种催化反应设备，主要是上管板11上面装有上部绝热催化剂 层41或者下管板12下部有绝热催化剂层42。[0010]本实用新型提供一种催化反应设备，主要是该反应设备100的出气管7和管内水 冷反应器200的壳体1顶部的进气管4连通，反应器200的壳体1底部有反应气出口 7，壳 体1内有换热管组件34，壳体1和换热管组件34间有催化剂层18，换热管组件34下部有 换热介质进口管8穿过壳体1底封头，上部有换热介质出口管5通过膨胀节或填料密封26 穿过壳体1顶部封头，反应器200的壳体1上部封头有人孔16供装催化剂用，底部封头有 人孔6供卸催化剂用，反应设备100的换热介质进口管8和出口管5与反应器200的换热 介质进口管8和出口管5与各自的汽包相连结。本实用新型提供一种催化反应设备，主要是该反应设备100的出气管7和管内气 冷反应器300的壳体1顶部的进气口 4连通，反应器300的壳体1底部有反应气出口 7，壳 体1内有换热管组件34，壳体1和换热管组件34间有催化剂层18，换热管组件34下部有 合成气进口管8穿过壳体1底封头，上部有合成热气出口管5通过膨胀节或填料密封26穿 过壳体1顶部封头，壳体1上部封头有人孔16供装催化剂用，底部封头有人孔6供卸催化 剂用，反应器300出口管5和反应设备100进口管20连结。本实用新型提供一种催化反应设备，主要是与该反应设备100的出气管7和管内 水冷横向流反应器400底部进气管4连接，反应器400的壳体1内装有底部有换热介质进 口管8，顶部有换热介质出口管5的换热管组件34，下部有与壳体1 一边连接的下隔板37 和上部与壳体1另一边连接的上隔板38，上隔板38和下隔板37分别与左边的多孔气体分 布器39和右边的多孔气体集气器40与壳体1连接，在上隔板38和下隔板37以及左气体 分布器39和右气体集气器40和换热管10间装满催化剂18。本实用新型提供一种催化反应设备，主要是该反应设备100的出气管7与径向管 内水冷径向反应器500的进气管4连结，反应器500壳体1内有换热管组件34，换热管组件 34中心有连接支承催化剂的多孔板13的多孔气体分布器22，壳体1和换热管组件34间有 与上端开口底部与壳体1连结的多孔气体收集器23。本实用新型提供一种催化反应设备，主要是二台或者多于二台该催化反应设备 101、102的各进气管51、52与进气总管50连通，各出气管71、72与出气总管70连通，构成 多台并联组合。
以下结合附图具体说明。
图1是有一个内封头的催化反应设备示意图。图2是有一个内封头的另一种催化反应设备示意图。图3是有上下内封头的催化反应设备示意图。图4是是有上下绝热层且外壳有法兰的催化反应设备示意图。图5是上述
图1至图4之一的反应设备100和轴向水管反应设备200组合示意图。图6是上述
图1至图4之一的反应设备100和轴向气冷反应设备300组合示意图。图7是上述
图1至图4之一的反应设备100和横向水冷管反应设备400组合示意 图。图8是上述
图1至图4之一的反应设备100和管内水冷径向反应设备500组合示意图。[0024]图9是上述
图1至图4反应设备之一种的二台催化反应设备101和102并联组合
示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的技术方案进行详细地说明。
图1是有一个内封头的催化反应设备示意图。
图1中壳体1与上封头2、下封头3 连接构成受压外壳，上封头2有接管4和换热介质出口管5，换热介质可以是锅炉软水吸收 反应热后产生的蒸汽，也可以是高温载热体。下封头3有人孔6和出气管7。壳体1下端有 换热介质如水的进口管8，内装催化剂的多根换热管10连接上管板11和下管板12构成换 热管组40，上封头2内有上内封头23，上内封头23与上管板11连接构成上部内腔24，上 内封头23有进气管20与上封头2的接管4通过密封填料26活动连结，下管板12与下封 头3连接构成下部内腔17，出气管7内有支承陶瓷球和催化剂的多孔顶盖13的联管15与 出气管7活动装配，上管板11和下管板12间有换热管10连接，换热管10内装催化剂18， 换热管10与上部内腔24和下部内腔17相通。图中上管板11上部有绝热催化剂层41，图 中有人孔6供卸催化剂和底部陶瓷球用，如不设人孔6可取下底部出气管7内的联管15卸 出，图中换热介质进口管8在壳体1下端和出口管5与去外部汽包连结，换热介质例如用水 流经多根换热管10间吸收反应热汽化成蒸汽，催化剂可由顶部进气管20装入，由底部人孔 6卸出。原料气例如合成甲醇的H2、CO、CO2等加压到5 12MPa，温度210°C上下，由顶部 接管4进入上内封头23的上部内腔24的上管板11上的上绝热催化剂层41开始反应，再 进入换热管组40换热管10的铜基甲醇催化剂层18催化反应，反应热被换热管10外的水 吸收，反应气温度220 280°C，CH3OH含量8 26%，经底部多孔顶盖13的联管15由出气 管7出反应器，由进口管8进入的水经壳体1内的换热管10外空间9，在换热管10外吸收 反应热，副产2 5MPa蒸汽，经顶部上封头2和上内封头23之间，由出口管5引出。图2与
图1 一样也是上部有一个内封头的催化反应设备，与
图1不同在于一是顶 部进气管20通过膨胀节22与上封头2的接管4连结；二是底部出气管7上部由多孔顶盖 13支承催化剂；三是下管板12下面有下绝热催化剂层42，催化剂和陶瓷惰性球可由人孔6 卸出。换热管组40还设有多块折流档板，用于固定换热管10，并使管间冷却介质折流流动， 折流档板在所有附图中省略，不再画出。图3是有上下内封头的催化反应设备示意图。图3与
图1结构不同之处在于一是 下部有内封头19，下管板12与下内封头19连接构成下部内腔17，由上下内封头、换热管和 催化剂构成的内件40通过下内封头19底部支承16支承在下封头3上，下内封头19上有 支承陶瓷球和催化剂的多孔顶盖13的联管15通过填料14与出气管7活动装配，下封头3 底部有换热介质例如水的进口管8通过换热管10管外的空间9连通上封头2的换热介质 出口管5 ；二是壳体1与上封头2间通过法兰30和螺栓31螺母32并用唇形焊连接壳体1 构成受压外壳，这样打开法兰30，由上下封头、管板和换热管构成的内件40可以吊出外壳， 以便检修；三是下管板12下部设有下绝热催化剂层42，上管板11上部也有上绝热催化剂 层41。图4与图3—样也是有上下内封头的催化反应设备，反应设备的换热介质进口管8和出口管5分别在上封头2和下封头3上，并通过换热管外空间9连通，这样可避免Lurgi 管壳式反应器进出水管开在壳体1侧面而减小设备尺寸，与图3不同在于一是壳体1与上 封头2直接焊接不用法兰；二是下内封头19有专供卸催化剂或检修的接管28与下封头3 接管29用填料30密封。图5是上述
图1至图4之一的反应设备100和轴向水管反应设备200组合示意图。 图5中反应设备100顶部膨胀节22装在上内封头23的进口管20上，进口管20再与上封 头2的接管4连接。轴向水管反应器200的壳体1底部有反应气出口 7，壳体1内有换热管 组件34，壳体1和换热管组件34间有催化剂层18，换热管组件34下部有换热介质进口管 8穿过壳体1底封头，上部有换热介质出口管5通过膨胀节或填料密封26穿过壳体1顶部 封头，反应器200的壳体1上部封头有人孔16供装催化剂用，底部封头有人孔6供卸催化 剂用，反应设备100的换热介质进口管8和出口管5与反应器200的换热介质进口管8和 出口管5与各自的汽包相连结，这样可通过各自调节冷却介质和催化剂温度，反应设备100 的出气管7和管内水冷反应器200的壳体1顶部的进气口 4连通。当用于生产甲醇时，含 H2, CO、CO2等的合成气可先在反应设备100反应合成达到甲醇含量15%左右，再进轴向水 管反应器200进一步合成到甲醇25%左右。图6是上述
图1至图4之一的反应设备100和轴向气冷反应设备300组合示意 图。轴向气冷反应器300的壳体1底部有反应气出口 7，壳体1内有换热管组件34，壳体1 和换热管组件34间有催化剂层18，换热管组件34下部有合成气进口管8穿过壳体1底封 头，上部有合成热气出口管5通过膨胀节或填料密封26穿过壳体1顶部封头，壳体1上部 封头有人孔16供装催化剂用，底部封头有人孔6供卸催化剂用，反应器300出口管5和反 应器100进口管4连结，反应设备100的出气管7和气冷反应器300的壳体1顶部的进气 口 4连通。当用于合成甲醇时例如压力在8MPa上下，含H2、CO的合成气温度约60°C，由反 应器300底部进口管8进入换热管组34管内吸收换热管10外催化剂18的反应热到210°C 上下，由轴向气冷反应器300顶部出口管7进入反应设备100顶部进口管20进入反应设备 100在管内催化剂在260°C上下进行反应，再从反应设备100底部出口管7到轴向气冷反应 器300顶部进口管4进轴向气冷反应器300的管外催化剂层在200 250°C下反应，例如达 到甲醇含量15%上下出塔。图7是上述
图1至图4之一的反应设备100和横向水冷管反应设备400组合示意 图。管内水冷横向流反应器400壳体1内装有底部进水的进口管8，顶部有出水的出口管 5的换热管组件34下部有与壳体1 一边连接的下隔板37和上部与壳体1另一边连接的上 隔板38，上隔板38和下隔板37分别与左边的多孔气体分布板39和右边的多孔气体分布 板40与壳体1连接，在上隔板38和下隔板37以及左气体分布板39和右气体分布板40和 换热管10间装满催化剂18。反应器100底部出口管7和横向流反应器400底部进口 4连 接，当合成气制二甲醚时，C0、H2、C02先在反应设备100中在管内铜基甲醇催化剂合成20% 的甲醇，反应气再由反应设备100出气口 7送到反应器400进口 4进入塔在换热管组34外 的Y-氧化铝等催化剂下脱水生成二甲醚。图8是上述
图1至图4之一的反应设备100和管内水冷径向反应设备500组合示 意图。管内水冷径向反应器500壳体1内有换热管组件34，换热管组件34中心有连接支承 催化剂的多孔板13的多孔气体分布管22，壳体1和换热管组件34间有与上端开口底部与壳体1连结的多孔气体收集筒23，反应设备100的出气管7与管内水冷径向反应器500的 底部进气口 4连结。当用于合成气制汽油时，合成气先在反应设备100的管内甲醇催化剂 中合成甲醇30%上下，再由反应设备100出口管7进入径向水冷反应器500底部进口 4，由 中心气体分布管22到水冷管组34外分子筛甲醇脱水催化剂18中径向流动脱水反应生成 汽油等，反应气再到外层壳体1和气体多孔集气板23之间向上流动到出口管7出塔，反应 热由换热管胆34的冷却介质例如水吸收回收热量产生蒸汽。图9是由上述
图1至图4的二个催化反应设备101、102并联组合示意图。合成气 进气总管50分别与反应设备101、102的进气管51、52连接，合成气在二台反应设备中催化 反应，反应气经各自出口管71、72到连结的出口总管70汇总。实施例本实用新型催化反应设备用于合成气制甲醇，用水作冷却介质，采用图7本实用 新型催化反应设备100和横向水冷管反应器400组合反应设备，前者反应设备100直径3. 9 米，在Φ 42 X 2管内装C306铜基甲醇催化剂50Μ3，后者反应器400直径4米，换热管间装国 产C307催化剂135Μ3 ；用附表中序号1组成和气量的合成气与序号4的循环气汇合，在合 成压力8. SMPa下，进塔气经加热到约220°C进甲醇合成塔100，在反应设备100换热管10 内合成催化反应块区催化作用下约260°C下合成甲醇，该催化反应的温度可以通过连通汽 包汽化压力来调节控制，然后由反应设备100底部出口管7出塔，由反应器400底部进口 4 进入，在反应器400中的多孔气体分布板39进入换热管间催化剂层横向流经催化剂层，在 210 250°C下进一步合成甲醇，催化合成反应温度同样可由连通汽包压力调节的换热管 水汽化温度控制。在循环气与新鲜气比值为1.2时，出塔甲醇含量为20.8%，甲醇日产5000 吨/日，数据见附表1。
权利要求一种催化反应设备，包括壳体(1)，上封头(2)，下封头(3)，壳体(1)与上封头(2)、下封头(3)连接，内装催化剂(18)的换热管(10)连接上管板(11)和下管板(12)，其特征是上封头(2)有换热介质出口管(5)和接管(4)，上封头(2)内有上内封头(23)，上内封头(23)与上管板(11)连接构成上部内腔(24)，上内封头(23)有进气管(20)与上封头(2)的接管(4)通过密封填料(26)活动连结，或者进气管(20)和接管(4)通过挠性管或膨胀节(22)连接，下管板(12)与下封头(3)连接，下封头(3)底部有出气管(7)，壳体(1)下端有换热介质进口管(8)经壳体(1)与换热管(10)外空间(9)与换热介质出口管(5)连通，或者下封头(3)内有下内封头(19)，下管板(12)与下内封头(19)连接构成下部内腔(17)，下内封头(19)上有出气管(7)，下封头(3)有换热介质进口管(8)，经壳体(1)与换热管(10)外空间(9)与换热介质出口管(5)连通。
2.根据权利要求1所述的一种催化反应设备，其特征是上封头(2)有换热介质出口管 (5)，下管板(12)与壳体(1)连结，壳体(1)下端有换热介质进口管(8)，下封头(3)有出气 管(7)和人孔(6)，出气管(7)上部有多孔顶盖(13)或有联管(15)的多孔顶盖(13)。
3.根据权利要求1所述的一种催化反应设备，其特征是下封头(3)内有下内封头(19) 与下管板(12)连接构成下部内腔(17)，下封头(3)底部有出气管(7)，下内封头(19)上 部支承陶瓷球和催化剂的多孔顶盖(13)的联管(15)用填料(14)与下封头(3)的出气管 (7)活动密封，由上下内封头、换热管、催化剂构成的内件(40)，通过下内封头(19)底部支 承(16)支承在下封头(3)上。
4.根据权利要求1所述的一种催化反应设备，其特征是上封头(2)与壳体(1)直接焊 接或者通过上封头(2)和壳体(1)上的法兰(30)和螺栓(31)螺母(32)连结并用唇形焊 密封。
5.根据权利要求1所述的一种催化反应设备，其特征是上管板(11)上面装有上部绝热 催化剂层(41)或者下管板(12)下部有绝热催化剂层(42)。
6.根据权利要求1所述的一种催化反应设备，其特征是该反应设备(100)的出气管 (7)和管内水冷反应器(200)的壳体⑴顶部的进气管⑷连通，反应器(200)的壳体⑴ 底部有反应气出口(7)，壳体(1)内有换热管组件(34)，壳体(1)和换热管组件(34)间有 催化剂层(18)，换热管组件(34)下部有换热介质进口管(8)穿过壳体(1)底封头，上部有 换热介质出口管(5)通过膨胀节或填料密封(26)穿过壳体(1)顶部封头，反应器(200)的 壳体(1)上部封头有人孔(16)供装催化剂用，底部封头有人孔(6)供卸催化剂用，反应设 备(100)的换热介质进口管(8)和出口管(5)与反应器(200)的换热介质进口管(8)和出 口管(5)与各自的汽包相连结。
7.根据权利要求1所述的一种催化反应设备，其特征是该反应设备(100)的出气管 (7)和管内气冷反应器(300)的壳体⑴顶部的进气口(4)连通，反应器(300)的壳体⑴ 底部有反应气出口(7)，壳体(1)内有换热管组件(34)，壳体(1)和换热管组件(34)间有 催化剂层(18)，换热管组件(34)下部有合成气进口管(8)穿过壳体(1)底封头，上部有合 成热气出口管(5)通过膨胀节或填料密封(26)穿过壳体(1)顶部封头，壳体(1)上部封头 有人孔(16)供装催化剂用，底部封头有人孔(6)供卸催化剂用，反应器(300)出口管(5) 和反应设备(100)进口管(20)连结。
8.根据权利要求1所述的一种催化反应设备，其特征是与该反应设备(100)的出气管(7)和管内水冷横向流反应器(400)底部进气管(4)连接，反应器(400)的壳体(1)内装有 底部有换热介质进口管(8)，顶部有换热介质出口管(5)的换热管组件(34)，下部有与壳体 (1) 一边连接的下隔板(37)和上部与壳体(1)另一边连接的上隔板(38)，上隔板(38)和 下隔板(37)分别与左边的多孔气体分布器(39)和右边的多孔气体集气器(40)与壳体(1) 连接，在上隔板(38)和下隔板(37)以及左气体分布器(39)和右气体集气器(40)和换热 管(10)间装满催化剂(18)。
9.根据权利要求1所述的一种催化反应设备，其特征是该反应设备(100)的出气管 (7)与径向管内水冷径向反应器(500)的进气管(4)连结，反应器(500)壳体(1)内有换 热管组件(34)，换热管组件(34)中心有连接支承催化剂的多孔板(13)的多孔气体分布器(22)，壳体(1)和换热管组件(34)间有与上端开口底部与壳体(1)连结的多孔气体收集器(23)。
10.根据权利要求1所述的一种催化反应设备，其特征是二台或者多于二台该催化反 应设备(101)、(102)的各进气管(51)、(52)与进气总管(50)连通，各出气管(71)、(72)与 出气总管(70)连通，构成多台并联组合。
专利摘要一种催化反应设备，主要由壳体1，上封头2，下封头3，壳体1与上封头2、下封头3连接，上封头2有换热介质出口管5和接管4，下封头3有出气管7，壳体1有换热介质进口管8，内装催化剂的换热外管10连接上管板11和下管板12组成，用于甲醇、烃类等合成反应过程，也可用于甲烷、甲醚等合成过程，提供一个生产能力大、触媒活性高、结构简单可靠、操作性能好的反应器。
文档编号B01J8/06GK201701922SQ20102023468
公开日2011年1月12日 申请日期2010年6月13日 优先权日2010年2月24日
发明者楼寿林, 楼韧 申请人:杭州林达化工技术工程有限公司