具有多孔式中心管的合成反应系统的制作方法

本实用新型涉及一种具有多孔式中心管的合成反应系统，属于甲醇生产领域。

背景技术：

甲醇是一种燃烧性能良好的清洁燃料，可直接用作汽车燃料，也可与汽油掺合使用，同时甲醇也是一种重要的有机化工原料，是碳一化工的重要产品。目前在甲醇生产系统中，系统生产负荷保持在105％运行，由于合成塔内压差的限制，使得系统生产负荷难以继续提高。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，提供一种具有多孔式中心管的合成反应系统，能够改善合成反应装置的压差，提高系统生产负荷，提高甲醇生产量。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下的技术方案：一种具有多孔式中心管的合成反应系统，包括合成反应装置、热交换装置、水冷装置、甲醇分离装置、循环加压装置和油分离装置，合成反应装置与热交换装置连接，热交换装置与水冷装置连接，水冷装置与甲醇分离装置连接，甲醇分离装置与循环加压装置连接，循环加压装置与油分离装置连接，油分离装置与合成反应装置连接；经净化的合成气进入合成反应装置，在合成反应装置的反应器壳体内进行甲醇合成反应，甲醇合成反应产生的高温反应气进入热交换装置，高温反应气在热交换装置中与低温混合气进行换热，与低温混合气换热后的气体进入水冷装置，在水冷装置中进行冷却降温以冷凝出甲醇，冷凝出甲醇和水的气液混合物进入甲醇分离装置分离出粗甲醇，然后将粗甲醇输送至精馏系统制取精甲醇。在甲醇分离装置中分离出粗甲醇和水的未反应气体，一部分进入循环加压装置后通过油分离装置再次进入合成反应装置，以循环利用，一部分作为驰放气通过设置在甲醇分离装置和循环加压装置之间的排气管排出。

合成反应装置包括反应器壳体，反应器壳体内设置有中心管和合成套管，中心管与合成套管同轴设置，中心管的管壁上设置有多个直径相同的微孔，合成套管的管壁上设置有多个小孔，小孔的直径大于所述微孔的直径，合成套管与反应器壳体之间设置有间隙。在合成套管的管壁上设置有小孔的目的是将通过中心管壁厚通道、瓷球床层的甲醇合成净化气扩散进入催化剂床层发生化学反应并放热；设置有小孔的合成套管可以作为不锈钢丝网，用于固定中心管外壁与合成催化剂之间的惰性磁球，即将惰性磁球固定在中心管与列管束之间的催化单元区。微孔的尺寸比小孔更小一些，微孔是控制阻力降的关键所在，小孔能够保证惰性磁球受气流冲刷不能穿过套管与催化剂混合影响反应效果即可，不过也有隔热保护中心管微孔烧结堵塞的作用。

前述的一种具有多孔式中心管的合成反应系统中，还包括气液分离器、压缩装置、净化预热器、锅炉水增加泵和合成气净化槽；所述气液分离器与压缩装置连接，压缩装置与净化预热器连接，净化预热器与合成气净化槽连接，所述锅炉水增加泵设置在净化预热器与合成气净化槽之间的分支管路上；合成气进入气液分离器进行气液分离，经气液分离的合成气进入压缩装置压缩增压至7.91mpag，合成气净化预热器用于加热经压缩增压后的合成气,在合成气进入合成气净化槽之前通过锅炉水增压泵向加热后的合成气中加入锅炉水，以分解加热后的合成气中残余的微量有机硫，然后再将去除有机硫的合成气通入合成气净化槽中，利用合成气净化槽中装填的含有矾土的氧化锌催化剂来脱除去除了有机硫的合成气中微量的无机硫，使净化后合成气中的硫含量小于50ppb。

前述的一种具有多孔式中心管的合成反应系统中，所述合成套管和中心管之间设置有催化单元区。

前述的一种具有多孔式中心管的合成反应系统中，所述反应器壳体的底部设置有进气口，反应器壳体的顶部设置有蒸汽出口，反应器壳体的侧壁上设置有第一出口和第二出口。蒸汽出口用于排出反应热蒸汽。

前述的一种具有多孔式中心管的合成反应系统中，所述中心管管壁上的微孔直径为1.8mm～2.4mm。

前述的一种具有多孔式中心管的合成反应系统中，所述中心管管壁上相邻两个微孔之间的间距为10mm～14mm。

前述的一种具有多孔式中心管的合成反应系统中，所述中心管的管壁上设置有180000～220000个圆形微孔。为了控制中心管的阻力降在30kpa之内，微孔数量最多可以设置为220000个。

前述的一种具有多孔式中心管的合成反应系统中，所述中心管上的开孔面积为550000mm²～680000mm²。为了控制中心管的阻力降在30kpa之内，将开孔面积限制在550000mm²～680000mm²之内。

前述的一种具有多孔式中心管的合成反应系统中，所述合成反应装置的反应温度为180℃～330℃、反应压力为5.0mpa～12.0mpa。

本实用新型中心管的开孔数量和开孔面积更加合理，能够有效降低合成反应装置的阻力降，提高合成反应装置合成甲醇的能力，提高甲醇合成的产量。

与现有技术相比，本实用新型合成反应装置甲醇生产能力高，通过合成反应装置内置的中心管使合成气通过开设的微孔径向向心流动，中心管壁厚为10mm～15mm，开设微孔形成的流道较短，压降减少，增加了空速，提高了甲醇产量，催化剂单元区使用小颗粒催化剂，提高了催化剂内表面的利用率，节省了能耗；

本实用新型中心管上的开孔数和开孔面积更加合理，中心管的压差可稳定控制在30～40kpa之间，使合成反应装置的阻力降达到了最理想范围，本实用新型系统的精甲醇瞬时产量可达到275t/h；通过增加中心管的开孔数量、增大开孔面积，使本实用新型合成反应装置的进气口和蒸汽出口之间的压差可降至30kpa左右；合成反应装置催化单元区的床层温度分布相对均匀(由于阻力降下降，可以看作通过单位体积催化剂的气量在一定程度上适当增加，催化剂床层死点减少，床层温度分布会相对均匀)，局部高温热点得到有效控制；本实用新型系统生产负荷可达116％。本实用新型合成反应系统整体压降下降了0.1mpa，从而压缩装置能耗也同步降低。

附图说明

图1是本实用新型的合成反应装置的结构示意图；

图2是本实用新型的系统的工作流程图。

附图标记：1-第一出口，101-气液分离器，102-压缩装置，103-净化预热器，104-锅炉水增加泵，105-合成气净化槽，106-分支管路，2-第二出口，201-合成反应装置，202-热交换装置，203-水冷装置，204-甲醇分离装置，205-循环加压装置，206-油分离装置，3-蒸汽出口，4-反应器壳体，401-中心管，402-合成套管，403-催化单元区，404-间隙，405-进气口。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。

具体实施方式

本实用新型的实施例1：一种具有多孔式中心管的合成反应系统，包括合成反应装置201、热交换装置202、水冷装置203、甲醇分离装置204、循环加压装置205和油分离装置206，合成反应装置201与热交换装置202连接，热交换装置202与水冷装置203连接，水冷装置203与甲醇分离装置204连接，甲醇分离装置204与循环加压装置205连接，循环加压装置205与油分离装置206连接，油分离装置206与合成反应装置201连接；其中，合成反应装置201包括反应器壳体4，反应器壳体4内设置有中心管401和合成套管402，中心管401与合成套管402同轴设置，为了净化处理后的合成气径向流向催化单元区403，中心管401的管壁上设置有多个直径相同的微孔4011，合成套管402的管壁上设置有多个小孔4021(如图1所示)，小孔4021的直径大于微孔4011的直径，合成套管402与反应器壳体4之间设置有间隙404。合成套管402和中心管401之间设置有催化单元区403。气中心管401管壁上的微孔4011直径为1.8mm。中心管401管壁上相邻两个微孔之间的间距为10mm。为了降低中心管的压差，在中心管401的管壁上开设有180000个圆形微孔，中心管401上的开孔面积为550000mm²。合成反应装置201的反应温度为180℃、反应压力为5.0mpa。

本实用新型的实施例2：一种具有多孔式中心管的合成反应系统，包括合成反应装置201、热交换装置202、水冷装置203、甲醇分离装置204、循环加压装置205和油分离装置206，合成反应装置201与热交换装置202连接，热交换装置202与水冷装置203连接，水冷装置203与甲醇分离装置204连接，甲醇分离装置204与循环加压装置205连接，循环加压装置205与油分离装置206连接，油分离装置206与合成反应装置201连接；其中，合成反应装置201包括反应器壳体4，反应器壳体4内设置有中心管401和合成套管402，中心管401与合成套管402同轴设置，中心管401的管壁上设置有多个直径相同的微孔4011，合成套管402的管壁上设置有多个小孔4021，小孔4021的直径大于微孔4011的直径，合成套管402与反应器壳体4之间设置有间隙404。中心管401管壁上的微孔4011直径为2mm。中心管401管壁上相邻两个微孔之间的间距为12mm。中心管401的管壁上设置有200000个圆形微孔。中心管401上的开孔面积为0000mm²。

进一步的，该系统还包括气液分离器101、压缩装置102、净化预热器103、锅炉水增加泵104和合成气净化槽105；气液分离器101与压缩装置102连接，压缩装置102与净化预热器103连接，净化预热器103与合成气净化槽105连接，锅炉水增加泵104设置在净化预热器103与合成气净化槽105之间的分支管路106上。合成套管402和中心管401之间设置有催化单元区403。合成反应装置201的反应温度为250℃、反应压力为10mpa。

本实用新型的实施例3：一种具有多孔式中心管的合成反应系统，包括合成反应装置201、热交换装置202、水冷装置203、甲醇分离装置204、循环加压装置205和油分离装置206，合成反应装置201与热交换装置202连接，热交换装置202与水冷装置203连接，水冷装置203与甲醇分离装置204连接，甲醇分离装置204与循环加压装置205连接，循环加压装置205与油分离装置206连接，油分离装置206与合成反应装置201连接；其中，合成反应装置201包括反应器壳体4，反应器壳体4内设置有中心管401和合成套管402，中心管401与合成套管402同轴设置，中心管401的管壁上设置有多个直径相同的微孔4011，合成套管402的管壁上设置有多个小孔4021，小孔4021的直径大于微孔4011的直径，合成套管402与反应器壳体4之间设置有间隙404。反应器壳体4的底部设置有进气口405，反应器壳体4的顶部设置有蒸汽出口3，反应器壳体4的侧壁上设置有第一出口1和第二出口2。

进一步的，该系统还包括气液分离器101、压缩装置102、净化预热器103、锅炉水增加泵104和合成气净化槽105；气液分离器101与压缩装置102连接，压缩装置102与净化预热器103连接，净化预热器103与合成气净化槽105连接，锅炉水增加泵104设置在净化预热器103与合成气净化槽105之间的分支管路106上。合成套管402和中心管401之间设置有催化单元区403。中心管401管壁上的微孔4011直径为2.4mm。中心管401管壁上相邻两个微孔之间的间距为14mm。中心管401的管壁上设置有220000个圆形微孔。中心管401上的开孔面积为680000mm²。合成反应装置201的反应温度为330℃、反应压力为12.0mpa。

本实用新型的工作原理：合成气(合成气是来自低温甲醇洗单元的新鲜合成气与膜回收单元的渗透侧富氢气的混合气)进入气液分离器101进行气液分离，经气液分离的合成气进入压缩装置102压缩增压至7.91mpag，然后通过合成器净化预热器103将增压后的合成气加热至150℃,通过锅炉水增压泵向增压加热后的合成气中喷淋流量为2.08t/h的锅炉水，以分解增压加热后的合成气中所残余的微量有机硫，然后再将去除有机硫的合成气通入合成气净化槽105中，利用合成气净化槽105中装填的含有矾土的氧化锌催化剂来脱除去除了有机硫的合成气中微量的无机硫，使净化后合成气中的硫含量小于50ppb。

经上述净化处理的合成气(净化后合成气包括一氧化碳、二氧化碳和氢气)一部分进入合成反应装置201，在合成反应装置201内进行甲醇合成反应，甲醇合成反应产生的高温反应气进入热交换装置202，高温反应气在热交换装置202中与低温混合气进行换热，与低温混合气换热后的气体进入水冷装置203，在水冷装置203中进行冷却降温以冷凝出甲醇，冷凝出甲醇和水的气液混合物进入甲醇分离装置204分离出粗甲醇，然后将粗甲醇输送至精馏系统制取精甲醇。在甲醇分离装置204中分离出粗甲醇和水的未反应气体，一部分进入循环加压装置205后通过油分离装置206再次进入合成反应装置201，以循环利用，另一部分作为驰放气通过设置在甲醇分离装置204和循环加压装置205之间的排气管排出。

其中，经净化处理的合成气从合成反应装置201底部的进气口405进入中心管401，从中心管401的管壁四周上所均匀分布的微孔进入催化单元区403，发生甲醇合成反应。