专利名称：一种热平衡高压节能反应器的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种气-固相催化反应装置，用于流体催化反应和传热过程，属化学工程领域，特别适用于低反应气成份下的甲烷化过程，也可用于其他低反应热的合成过程。
众所周知，氢、氮气合成氨或氢、一氧化碳等气体加压下合成甲醇、甲醚和甲烷化反应都是强放热反应。一般工艺条件下，这类反应器设计所要着重解决的问题是及时移去反应热以防止触媒过热失活。这类反应可以利用出触媒筐高温反应气来加热进反应器的低温气体以维持反应自热进行。但反应热的多少与反应气中参与反应的有效成份有关。例如在合成氨生产中用甲烷化来精制合成氨原料气，原料气中每1％(体积比)一氧化碳与氢反应生成甲烷和水产生的反应热，在绝热下温升69℃，目前氨厂一般控制甲烷化进口气中一氧化碳气在0.6％左右，可以满足反应的自热进行。在近年来出现的中压甲醇甲烷化工艺中，甲烷化进口一氧化碳为0.3～0.6％，采用预热进塔气等方法尚能达到高压自热甲烷化反应。但在更低一氧化碳含量下就难以自热进行，需常开电加热器来维持运行，因而导致耗电耗能。
本实用新型的任务是依据气-固相催化反应的热效应和传热规律解决现有技术存在的问题，寻找一种低反应热下能达到热平衡连续反应的节能反应器。
一种用于加压下气-固相催化反应的节能型反应器，具有反应器承压外筒P，触媒筐R和换热器E组成的内件，触媒筐R有盖板H，筒体S，底部花板J和内装的触媒K，调温装置C和Cb，塔内换热器有管式或板式换热器E1，或E1和E2，主要是反应器设有管b2和b3联通低温换热器和高温换热器的未反应气通道或高温戴热气通道，进外筒P的未反应气1经塔内换热器E1换热升温为未反应气2后再经高温换热器E2与外来高温戴热气进一步换热升温为未反应气3，再进触媒筐R进行反应。上述高温换热器E2可设在外筒P内，这时高温戴热气6由管b2进入换热器E2，在低温换热器E1换热升温后的未反应气2经高温换热器E2与外来戴热气6进一步换热升温为未反应气3再进触媒筐R进行反应。高温换热器也可设在外筒P外，这时进外筒P经低温换热器E1换热升温的未反应气2由管b2引到塔外经高温换热器E2与戴热气进一步换热升温为未反应气3再进触媒筐R进行反应。反应器的工作压力为3.0～32MPa，戴热气压力为0.5～32MPa。戴热气的工作压力可低于反应器的工作压力，也可以相等，戴热气可为氨合成出塔热气。戴热气也可为变换热气。
以下结合附图，作进一步说明。
图1是高温换热器设在外筒外的由外筒P触媒筐R和低温换热器E1组成的反应器示意图。
在
图1中，在受压外筒P中，上部触媒筐R由盖板H、简体S、底部花板J和内装触媒K。触媒层中有换热管胆Cb，盖板上有集气室D，下部换热器E1为列管式，未反应气1进入外筒在下部列管换热器E1的管间被来自触媒筐R的反应热气4加热升温为气体2，然后经管b2出塔去塔外换热器被高温戴热气加热升温为气体3，再由
图1中管b3进塔到触媒层反应，出触媒层气体4在塔内换热器E1管内传热给管外气2，而冷却到温度例如100℃的气体5出塔。
图2中即为这种反应器换热器的传热关系示意图。在塔内低温换热器E1中未反应气被反应气加热，温度由T1升高到T2，反应气温度由T4降低到T5，然后未反应气在高温换热器中被高温戴热气例如氨合成塔出塔气或高温变换气加热由T2升温至T3，戴热气由T6降温到T7，未反应气进触媒筐，完成反应为反应气。由于反应热小和存在散热，反应气温T4低于未反应气温T3。因此不可能用反应气来加热未反应气使由T2升温到T3，必须用另外的高温戴热气来加热。
图3是高温换热器E2设在高压外筒P内(由外筒P、触媒筐R和高低温换热器E1、E2组成的)反应器示意图。图中上部触媒筐R由盖板H、筒体S、底部花板J和内装触媒K，触媒层中有冷气分布器C，用冷气9来调节触媒层温度，图中下部低温换热器E1和高温换热器E2均为螺旋板式换热器。未反应气1进入外筒P后进低温换热器E1的冷气通道被出触媒筐R的热反应气4加热升温为气体2，然后在高温换热器E2的冷气通道中被由管b3引入的高温戴热气6进一步加热，升温到气体3去触媒筐反应，戴热气降温为气体7由管b2出塔，出触媒筐R的反应气4在低温换热器E1热气通道传热给未反应气后降温为气体5后经管b1出塔，下端b4中气体8为调节反应器触媒温度用。
实施例，年产10万吨合成氨装置采用等高压甲醇甲烷化装置。精炼合成氨原料气代替铜洗法除微量CO，高压甲烷化塔采用图3型式，直径用φ1000，内装镍基甲烷化触媒5M3，入塔气量40000 NM3/h，进甲烷化塔CO 0.05％,CO20.001％,CH40.5％,H274.589％,N224.86％，气温80℃，进甲烷化塔低温换热器E1后升温到270℃，再在高温换热器E2中与经管b3引入，由合成氨出塔热气6气温360℃戴热气换热，后者降温到300℃的气体7经管b2出塔，未反应气升温到330℃进触媒筐反应，出触媒筐气温310℃，与在E1中与入塔气换热后降温到120℃出塔。
本实用新型合理地利用工厂富有的工艺气余热实现反应器的热平衡运行，不需要常用电加热器来补偿热量维持生产运行，达到了省电节能的经济效果。
权利要求1．一种用于加压下气-固相催化反应的节能型反应器，具有反应器承压外筒P，触媒筐R和换热器E组成的内件，触媒筐R有盖板H，筒体S，底部花板J和内装的触媒K，调温装置C和Cb，塔内换热器有管式或板式换热器E1，或E1和E2，其特征是反应器设有管b2和b3联通低温换热器和高温换热器的未反应气通道或高温戴热气通道，进外筒P的未反应气1经塔内低温换热器E1换热升温为未反应气2后再经高温换热器E2与外来高温戴热气进一步换热升温为未反应气3，再进触媒筐R进行反应。
2．根据权利要求1所述的节能型反应器，其特征是高温换热器E2设在外筒P内，高温戴热气6由管b2进入换热器E2，在低温换热器E1换热升温后的未反应气2经高温换热器E2与外来戴热气6进一步换热升温为未反应气3再进触媒筐R进行反应。
3．根据权利要求1所述的节能型反应器，其特征是高温换热器设在塔外，进外筒P经低温换热器E1换热升温的未反应气2由管b2引到塔外经高温换热器E2与戴热气进一步换热升温为未反应气3再由管b3进触媒筐R进行反应。
4．根据权利要求1所述的节能型反应器，其特征是反应器的工作压力为3.0～32MPa。
5．根据权利要求1所述的节能型反应器，其特征是戴热气压力为0.5～32MPa。
6．根据权利要求1所述的节能型反应器，其特征是戴热气为氨合成出塔热气。
7．根据权利要求1所述的节能型反应器，其特征是戴热气为变换热气。
8．根据权利要求1所述的节能型反应器，其特征是戴热气的压力低于反应器的工作压力。
专利摘要一种用于加压下气－固相催化反应的节能型反应器,未反应气在反应器塔内换热器中与反应气换热升温后再经外来戴热气进一步加热升温后再去触媒层反应,适用于反应热不足以维持反应自热进行的情况,如低浓度碳氢化物含量的甲烷化反应器,可合理利用工厂流体余热,实现反应器的热平衡运行,不需要用常开电加热器来补偿热量维持生产运行,达到省电节能的经济效果。
文档编号B01J15/00GK2350120SQ9824055
公开日1999年11月24日 申请日期1998年9月14日 优先权日1998年9月14日
发明者楼寿林, 楼韧 申请人:杭州林达工业技术设计研究所