一种二氧化碳加氢气制备甲醇的反应装置的制作方法

1.本实用新型属于甲醇制备技术领域，具体涉及一种二氧化碳加氢气制备甲醇的反应装置。


背景技术：

2.在甲醇制备中，需要将原料气体通入至制备反应器中进行制备；中国专利cn206935327u公开了一种甲醇合成反应器，该现有技术通过合成气体从中心分布管底端的开口进入中心分布管后进入催化剂区域，合成气在催化剂作用下发生反应生成甲醇；由于该催化剂区域环绕中心分布管侧壁外侧，合成气直接与催化剂区域全面接触后流入至出口收集器中；
3.二氧化碳加氢气制备甲醇的反应条件需要高温启动，现有技术中通常直接将二氧化碳与氢气的混合气体直接加热至反应温度后再送入催化剂床进行反应。而二氧化碳加氢气反应得到甲醇的过程本身为放热反应，因此将反应产生的热量利用起来能实现一定程度的节能，进一步降低碳排放。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种，用于解决现有技术中需要将原料气体始终保持加热至反应温度后进行甲醇合成反应，导致浪费能源的问题。
5.为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
6.本实用新型提供一种二氧化碳加氢气制备甲醇的反应装置，包括：筒体及安装在所述筒体内侧的第一气体分布器和气体收集器，所述气体收集器位于所述第一气体分布器靠近所述筒体出气口侧，所述第一气体分布器的进气端与所述筒体的进气口连接，所述第一气体分布器的出气端均安装有进气通道，所述筒体内安装有换热管，所述换热管与所述进气通道错开设置，所述换热管内填充有催化剂，制备甲醇的原料气体从进气通道自下而上进入后从进入换热管内自上而下进行甲醇合成反应，所述进气通道内安装有用于减缓气体流速的第一扰流机构，所述筒体内侧顶部安装有温度感应器和与所述温度感应器电连接的加热器。
7.进一步，所述第一扰流机构包括：多个扰流片，多个所述扰流片错位安装在所述进气通道内。
8.进一步，所述扰流片的轴向与所述进气通道轴向呈倾斜设置，倾斜角度为0-60
°
9.进一步，所述第一扰流机构包括：螺旋板，所述螺旋板安装在所述进气通道内，所述换热管贯穿所述螺旋板设置。
10.进一步，所述筒体内侧顶部安装有折流机构，所述折流机构位于所述进气通道上方，所述折流机构用于使由进气通道流出的原料气体折返至换热管内。
11.进一步，所述折流机构包括第二气体分布器，所述第二气体分布器的进气端与所述进气通道的出气端连接，所述第二气体分布器的出气端朝向所述换热管设置。
12.进一步，所述进气通道顶端延伸至所述换热管上方。
13.进一步，所述换热管的顶端和底端均安装有滤网。
14.本实用新型的有益效果在于：通过设置第一扰流机构，减缓了原料气体在进气通道内的流速，从而使催化过程中放出的热量能够充分对进气通道内的气体加热，增强了热传导，起到充分热交换的作用；且通过较小的筒体尺寸即可实现原料气体和催化剂的完全反应，节约了设备占用场地，提高了甲醇合成率。
15.本实用新型的其他优点、目标和特征将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上对本领域技术人员而言是显而易见的，或者本领域技术人员可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
16.为了使本实用新型的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本实用新型提供如下附图进行说明：
17.图1为本实用新型实施例的截面示意图；
18.图2为本实用新型实施例的筒体内部结构示意图。
19.附图中标记如下：1、筒体；2、第一气体分布器；3、进气通道；4、换热管；5、第一扰流机构；7、第二气体分布器；8、限位管。
具体实施方式
20.请参阅图1至图2，本实用新型提供一种二氧化碳加氢气制备甲醇的反应装置，包括：筒体1，筒体1内侧安装有第一气体分布器2和气体收集器，所述气体收集器位于所述第一气体分布器2靠近所述筒体1出气口侧，所述第一气体分布器2的进气端与所述筒体1的进气口连接，所述第一气体分布器2的出气端均安装有进气通道3，所述筒体1内安装有换热管4，所述换热管4与所述进气通道3错开设置，所述换热管4内填充有催化剂，所述换热管4为薄壁管，所述进气通道3内安装有用于减缓气体流速的第一扰流机构5，所述筒体1 内侧顶部安装有温度感应器和与所述温度感应器电连接的加热器。
21.上述技术方案的工作原理：如图1，启动加热器，通过温度感应器感应到筒体1内侧顶部的温度达到催化剂预设的反应温度时，关闭加热器；当制备甲醇的原料气体经过预热后从筒体1的进气口进入筒体1内后，经过第一气体分布器2的多个出气端均匀分散到相应的进气通道3内，进气通道3竖直设置，原料气体通过进气通道3自下而上流入至筒体1内侧顶部，经过加热器加热后达到催化剂预设的反应温度，经过筒体1内侧顶部回流后进入换热管 4与催化剂反应生成甲醇，合成气体经过气体收集器收集后从筒体1的出气口排出，在催化过程中，会进行放热，放出的热量对进气通道3内的原料气体进行加热，当温度感应器感应到从进气通道3流出的气体达到预设温度后，关闭加热器；在原料气体进入进气通道3的过程中，通过第一扰流机构5减缓气体的流速。
22.上述技术方案的有益效果：通过设置第一扰流机构5，减缓了原料气体在进气通道3内的流速，从而使催化过程中放出的热量能够充分对进气通道3内的气体加热，增强了热传导，起到充分热交换的作用；节约了能源，减少了加热过程的碳排放；且通过较小的筒体1尺寸即可实现原料气体和催化剂的完全反应，节约了设备占用场地，提高了甲醇合成率。
23.在本实用新型的一个实施例中，所述第一扰流机构5包括：多个扰流片，多个所述扰流片错位安装在所述进气通道3内。
24.上述技术方案的工作原理：如图1，多个扰流片以进气通道3内壁环绕错位设置。
25.上述技术方案的有益效果：通过环绕设置扰流片，减缓了气体在进气通道3内的流速，保证了催化反应的热传导。
26.在本实用新型的一个实施例中，所述扰流片的轴向与所述进气通道3轴向呈倾斜设置，倾斜角度为0-60
°
。
27.上述技术方案的工作原理和有益效果：如图1，扰流片管壁的角度可以根据气体组成和装置规模进行优化设计，扰流片与薄壁管道呈倾斜设置，使气体流动平缓。
28.在本实用新型的一个实施例中，所述第一扰流机构5包括：螺旋板，所述螺旋板安装在所述进气通道3内，所述换热管4贯穿所述螺旋板设置。
29.上述技术方案的工作原理：如图2，原料气体经过螺旋板自下而上上升后进入换热管4 自上而下与催化剂结合进行甲醇合成反应。
30.上述技术方案的有益效果：通过设置螺旋板，有效增加了原料气体的上升时间，使换热管4内进行催化反应时对原料气体有充分的时间进行加热，保证了热交换效率，且通过较小的筒体1尺寸即可实现原料气体和催化剂的完全反应，节约了设备占用场地，提高了甲醇合成率。
31.在本实用新型的一个实施例中，所述筒体1内侧顶部安装有折流机构，所述折流机构位于所述进气通道3上方，所述折流机构用于使由进气通道3流出的原料气体折返至换热管4 内。
32.上述技术方案的工作原理：当制备甲醇的原料气体从进气通道3流出后，经过筒体1内侧顶部的折流机构折返流入换热管4内的催化剂上进行合成反应。
33.上述技术方案的有益效果：通过设置折流机构，筒体1内侧顶部可以作为折流机构，提高了流出进气通道3后的原料气体的折返速率。
34.在本实用新型的一个实施例中，所述折流机构包括第二气体分布器7，所述第二气体分布器7的进气端与所述进气通道3的出气端连接，所述第二气体分布器7的出气端朝向所述换热管4设置。
35.上述技术方案的工作原理：如图1，当制备甲醇的原料气体从进气通道3流出后经过第二气体分布器7均匀分布至与进气通道3错开的换热管4内，并与换热管4内的催化剂均匀接触进行甲醇合成反应。
36.上述技术方案的有益效果：通过设置第二气体分布器7，使经进气通道3流出的原料气体能够均匀散布在催化剂上，避免气体的自由流动不能与催化剂均匀接触，导致部分催化剂的使用不均匀而影响甲醇合成效果。
37.在本实用新型的一个实施例中，所述筒体1内固定连接有限位管8，所述换热管4安装在所述限位管8内，所述限位管8用于限位所述换热管4，限位管8贯穿所述螺旋板设置。
38.上述技术方案的工作原理和有益效果：通过限位管8实现换热管4的导向和固定，实现换热管的上下自由膨胀伸缩以及避免横向摆动，保证了气体流入的稳定性。
39.在本实用新型的一个实施例中，所述进气通道3顶端延伸至所述换热管4上方。
40.上述技术方案的工作原理：如图1，催化剂装填满换热管4后，催化剂的装填高度低
于进气通道3的上管口。
41.上述技术方案的有益效果：保证了原料气体从进气通道3的上管口流出至催化剂上时能够与催化剂充分接触，使催化剂的使用率平均，避免造成局部的催化剂消耗过多而影响催化效率和甲醇合成率。
42.在本实用新型的一个实施例中，所述催化剂由铜基催化剂制成。
43.上述技术方案的工作原理：催化剂采用铜基催化剂。
44.上述技术方案的有益效果：铜基催化剂为低压催化剂，相比传统催化剂合成温度较低，有利于甲醇合成反应平衡。
45.在本实用新型的一个实施例中，所述换热管4的顶端和底端均安装有滤网。
46.上述技术方案的工作原理和有益效果：通过设置滤网，使催化剂填充在换热管4内后，保证了催化剂填充后的换热管4的顶端和底端的平整度，且易于原料气体进入换热管4与催化剂反应和反应后的气体易于排出。
47.在本实用新型的一个实施例中，所述第一气体分布器2、第二气体分布器7、换热管4均采用薄壁管。
48.上述技术方案的工作原理和有益效果：第一气体分布器2、第二气体分布器7、换热管4 均采用薄壁管，两侧承压采用压差型设计，即管壁厚度无需考虑管内外两侧介质的压力。
49.最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本实用新型进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本实用新型权利要求书所限定的范围。