一種雙封頭可控水移熱反應(yīng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種固定床催化劑，氣相狀態(tài)下的變換、合成、加氫反應(yīng)器，尤其涉及的是一種雙封頭可控水移熱反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]CO變換反應(yīng)后器作為化工行業(yè)的一種廣泛應(yīng)用反應(yīng)器，其間，人們對變換反應(yīng)器進行了多次的改進，由原來全軸向改為全徑向，在催化劑床層阻力方面取得很好效果，但催化劑床層仍為絕熱反應(yīng)，催化劑床層分為若干床層，每床層之間采取間接換熱或用水冷激。這種間接換熱回收變換系統(tǒng)熱能品位低，回收顯熱和潛熱效率低、催化劑易超溫、同時變換還拌有甲烷化等副反應(yīng)等缺陷。
[0003]煤制乙二醇的羰基化合成反應(yīng)器，目前采用Φ25Χ2的管內(nèi)裝填催化劑，管外用水移熱，一臺列管反應(yīng)器由數(shù)千個全軸向Φ21圓柱形催化劑床層組成，氣體分布不均勻、副反應(yīng)物多、催化劑床層阻力大、熱應(yīng)力大、設(shè)備泄漏、一套20萬噸/年的乙二醇裝置的羰基化合成反應(yīng)器需要6臺管殼反應(yīng)器并聯(lián)運行，工程投資大等缺陷。
[0004]煤制乙二醇的酯化加氫反應(yīng)器，目前采用Φ38Χ2的管內(nèi)裝填催化劑，管外用水移熱，一臺列管反應(yīng)器由數(shù)千個全軸向Φ34圓柱形催化劑床層組成，氣體分布不均勻、副反應(yīng)物多、催化劑床層阻力大、熱應(yīng)力大、設(shè)備泄漏、工程投資大等缺陷。
[0005]目前，煤制天然氣的反應(yīng)采用:n個絕熱床層+η個廢過熱鍋爐的移熱方式，而且需要增加反應(yīng)物水蒸氣來抑制第一、第二絕熱床層反應(yīng)，同時配置循環(huán)氣，否則出現(xiàn)第一、第二絕熱床層飛溫現(xiàn)象，運行能耗高、裝置投資大、系統(tǒng)阻力大等缺陷。
[0006]目前，煤制油、煤制石蠟的費托合成反應(yīng)還沒有在運行的大型化裝置，部分在運行的小型費托合成裝置反應(yīng)器也為列管式反應(yīng)器，F(xiàn)e (或Co)系催化劑裝填在Φ 76X4管內(nèi)，仍然存在氣體分布不均勻、超溫、積碳、長碳鏈烷烴收率低、阻力大、設(shè)備泄漏、難以大型化等缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種雙封頭可控水移熱反應(yīng)器，利用換熱管內(nèi)水轉(zhuǎn)化為蒸汽發(fā)生相變吸熱原理及時移走催化劑床層內(nèi)反應(yīng)熱量，并副產(chǎn)不同壓力下的飽和蒸汽。
[0008]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括連為一體的催化劑裝填管、進水管、上外封頭、隔板、出水管、至少一個導(dǎo)水管、至少一個換熱管、上內(nèi)封頭、上法蘭、氣體分布筒、集氣筒、下內(nèi)封頭和催化劑自卸管，連為一體的下法蘭、主筒體、下外封頭、催化劑自卸口、進氣口和出氣口 ；所述進水管開設(shè)于上外封頭的頂部，隔板設(shè)置于上外封頭和上內(nèi)封頭之間，所述出水管設(shè)置于隔板和上內(nèi)封頭之間，所述上外封頭的底部、上內(nèi)封頭的底部和氣體分布筒的頂部分別連接在上法蘭上，所述氣體分布筒的底部連接在下內(nèi)封頭上，所述氣體分布筒套設(shè)在主筒體內(nèi)，所述主筒體的頂部連接下法蘭，主筒體的底部連接下外封頭，上法蘭和下法蘭相連；所述催化劑裝填管的一端連接在上內(nèi)封頭和氣體分布筒之間，另一端依次穿過隔板和上外封頭，所述導(dǎo)水管一端連通于隔板和上外封頭之間，另一端套設(shè)在換熱管內(nèi)，所述換熱管的管體位于氣體分布筒內(nèi)，換熱管的出口位于隔板和上內(nèi)封頭之間，所述集氣筒的筒體位于氣體分布筒內(nèi)，集氣筒的出口連接出氣口，所述催化劑自卸口、進氣口和出氣口分別設(shè)置于下外封頭上，所述催化劑自卸管一端連接于下內(nèi)封頭上，另一端連接于催化劑自卸口上。
[0009]作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述上外封頭和上法蘭之間設(shè)置短接接筒，所述出水管設(shè)置于短接接筒上，短接接筒的一端連接上外封頭，另一端固定在上法蘭上，隔板位于短接接筒和上外封頭之間。
[0010]作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述換熱管為一端封閉一端開口的結(jié)構(gòu)，換熱管的管體和封閉端位于氣體分布筒內(nèi)，換熱管的開口端設(shè)置于隔板和上內(nèi)封頭之間，所述導(dǎo)水管套設(shè)在換熱管內(nèi)。
[0011]作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述上內(nèi)封頭為撓性管板或標(biāo)準(zhǔn)封頭，所述標(biāo)準(zhǔn)封頭選自球形封頭、橢圓封頭、錐形封頭、蝶形封頭、球冠型封頭中的一種。作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述上內(nèi)封頭和短接接筒分別焊接在上法蘭上。
[0012]作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述上法蘭為異形法蘭，所述異形法蘭為標(biāo)準(zhǔn)法蘭或非標(biāo)準(zhǔn)法蘭。
[0013]作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述上法蘭和下法蘭通過緊固件連接，上法蘭和下法蘭之間設(shè)有密封墊片。
[0014]作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述密封墊片為Ω密封墊片。
[0015]作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述氣體分布筒上設(shè)有多個進氣孔。
[0016]作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述集氣筒的筒體上設(shè)有多個集氣孔。
[0017]本發(fā)明針對CO變換反應(yīng)反應(yīng)器存在問題和不足，以及現(xiàn)在高水/氣、高CO水煤氣變換的需求，開發(fā)出雙封頭可控水移熱變換反應(yīng)器，將采用換熱管埋在變換催化劑床層內(nèi)，利用換熱管內(nèi)水轉(zhuǎn)化為蒸汽發(fā)生相變吸熱原理將CCHH2O — H2+C02+Qk變換反應(yīng)放出熱量，并及時移出催化劑床層，確保催化劑床層溫度< 380°C，并副產(chǎn)0.8?9.0MPa的飽和蒸汽，利于催化劑自卸和便于換熱管部分的維修。有效解決了現(xiàn)有變換反應(yīng)器回收熱能品位低、回收熱能效率低、催化劑易超溫、甲烷化副反應(yīng)、催化劑難自卸及工程投資大缺陷。
[0018]本發(fā)明針對裝填PdAI2O3系催化劑、乙二醇的羰基化列管式合成反應(yīng)器存在問題和不足，開發(fā)出雙封頭可控水移熱羰基化合反應(yīng)器，將采用將采用換熱管埋在變換催化劑床層內(nèi)，利用換熱管內(nèi)水轉(zhuǎn)化為蒸汽發(fā)生相變吸熱原理將CO+CH3ONO — (COOCH3) 2+no+qk反應(yīng)放出熱量及時移出催化劑床層，確保催化劑床層溫度< 140°C，并副產(chǎn)0.2?0.3MPa的飽和蒸汽，催化劑床層采用全徑向結(jié)構(gòu)。有效解決了現(xiàn)有羰基化合成反應(yīng)器催化劑易超溫、副反應(yīng)大、床層阻力大、難以大型化、催化劑難自卸及工程投資大缺陷。
[0019]本發(fā)明針對裝填Cu系催化劑、乙二醇的酯化加氫列管式合成反應(yīng)器存在問題和不足，開發(fā)出雙封頭可控水移熱加氫反應(yīng)器，將采用將采用換熱管埋在變換催化劑床層內(nèi)，利用換熱管內(nèi)水轉(zhuǎn)化為蒸汽發(fā)生相變吸熱原理將CH3ONO加H2反應(yīng)(4H2+ (COOCH3) 2— (OHCH2CH2OH) 2+2CH30H+Qk )放出熱量及時移出催化劑床層，確保催化劑床層溫度< 250°C，并副產(chǎn)1.8?3.2MPa的飽和蒸汽，催化劑床層采用全徑向結(jié)構(gòu)。有效解決了現(xiàn)有酯化加氫反應(yīng)器催化劑易超溫、副反應(yīng)大、床層阻力大、難以大型化、催化劑難自卸及工程投資大缺陷。
[0020]本發(fā)明針對國內(nèi)催化劑單位已經(jīng)開發(fā)出在320?420°C使用溫度的Ni系催化劑，開發(fā)出雙封頭可控水移熱甲烷合成反應(yīng)器，將采用將采用換熱管埋在變換催化劑床層內(nèi)，利用換熱管內(nèi)水轉(zhuǎn)化為蒸汽發(fā)生相變吸熱原理將⑶與H2的甲烷化反應(yīng)(CO+H2—CH4+H20+Qα)放出熱量及時移出催化劑床層，確保催化劑床層溫度彡4200C，并副產(chǎn)3.8?12.0MPa的飽和蒸汽，催化劑床層采用全徑向結(jié)構(gòu)。有效解決了現(xiàn)有甲烷合成反應(yīng)器催化劑易超溫、床層阻力大、運行能耗高、裝置投資大、系統(tǒng)阻力大等缺陷。
[0021]本發(fā)明針對裝填Fe (或Co)系催化劑的費托列管式合成反應(yīng)器存在問題和不足，開發(fā)出雙封頭可控水移熱費托合成反應(yīng)器，將采用將采用換熱管埋在變換催化劑床層內(nèi)，利用換熱管內(nèi)水轉(zhuǎn)化為蒸汽發(fā)生相變吸熱原理將CO與4的費托合成反應(yīng)(nCO+(2n+l)H2- C nH2n+2+nH20+QK )放出熱量及時移出催化劑床層，確保Co催化劑床層溫度< 240°C，并副產(chǎn)1.8?2.8MPa的飽和蒸汽；Fe催化劑床層溫度彡260°C，并副產(chǎn)1.6?3.8MPa的飽和蒸汽，催化劑床層采用全徑向結(jié)構(gòu)。有效解決了現(xiàn)有費托合成反應(yīng)器存在的缺陷。
[0022]本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點:本發(fā)明進水分布、集水、催化反應(yīng)三位一體可以單獨起吊的組合體與外筒體分離，便于檢修、催化劑自卸、催化劑裝填；
[0023]將換熱管埋在催化劑床層內(nèi)部能夠?qū)⒋呋瘎┐矊觾?nèi)部反應(yīng)熱及時移走，避免原有變換、合成及加氫催化劑被燒結(jié)現(xiàn)象發(fā)生，有效解決了現(xiàn)有變換、合成及加氫等催化劑使用壽命短、易超溫、副反應(yīng)物多、床層溫不易控制、開車時間長、難以大型化、運行能耗高、工程投資大等缺陷；
[0024]催化劑床層的溫度通過副產(chǎn)蒸汽壓力來調(diào)節(jié)，確保調(diào)節(jié)方面靈活、易控制；同時也確保開車時，采取向水循環(huán)系統(tǒng)添加蒸汽，迅速將一種雙封頭可控水移熱反應(yīng)器溫升起來，以縮短開車時間；
[0025]水路采取自然循環(huán)，突然停車時，本發(fā)明的反應(yīng)器內(nèi)部殘余部分的反應(yīng)物繼續(xù)反應(yīng)，水路也仍然保持循環(huán)，并將催化劑床層內(nèi)部熱量移出，確保在突然停車狀態(tài)一種雙封頭可控水移熱反應(yīng)器的床層溫度也不會超，有效保護催化劑使用壽命；
[0026]本發(fā)明的氣體分布筒及集氣筒，在反應(yīng)器的內(nèi)外之間米用雙向補償，使徑向氣體分布誤差< 5.0%，確保氣體分布均勻；反應(yīng)器床層整體阻力< 0.0lMPa ；
[0027]采用全徑向催化劑床層，易于裝置大型化，不僅解決運輸難題，同時降低工程投資。