[实用新型]一种气固相催化反应换热装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及反应换热装置，尤其涉及冷却或加热气固相催化反应换热装置。

背景技术

现有气固相催化反应的冷却或加热工艺过程如下：反应器采用管壳式，未反应的原料气进入反应器装有催化剂的反应侧，在催化剂的作用下发生放热或吸热反应，换热介质水或蒸汽进入反应器的换热侧，通过水的沸腾产生蒸汽很快移走反应热，或采用蒸汽为反应提供热量使反应持续进行。由于沸腾的水或加热的蒸汽在与反应温度相适应时，反应器两侧的压力往往相差较大，因而使得反应器的运行压差较大，制造费用较高，并且反应器运行的安全性、稳定性较差。图1为现有低压法副产蒸汽的甲醇反应器结构及换热工艺示意图，甲醇反应器采用管壳式合成塔，未反应的原料气1进入甲醇反应器C装有催化剂的管内，在催化剂的作用下发生放热反应，操作压力5.0～6.0MPa，反应温度220～280℃，反应后的含甲醇的物料2出反应器C，冷却水10进入甲醇反应器C的管问，反应热通过管外沸腾的水产生蒸汽很快移走，副产温度为200～260℃，压力1.5～4.8Mpa的蒸汽进入汽包D进行汽水分离后，蒸汽6出汽包，补充水5补入汽包，20万吨/年的甲醇合成反应器，设备直径需4.8米，管板9a、9b厚度320毫米，其设计制造显然有很大的难度。

发明内容

为降低气固相催化反应器制造难度和制造费用，并使反应器的运行更加可靠、安全、稳定，本实用新型提供一种气固相催化反应换热装置。

本实用新型目的是这样实现的：这种气固相催化反应换热装置包括装填有催化剂的反应器，其特征在于所述反应器外连接一换热器，所述换热器换热介质依次经反应器入口、与催化床换热后出反应器出口，出反应器出口的换热介质入换热器入口，出换热器的换热介质重新进入反应器入口循环使用。

所述换热器为废热回收器或再沸器。

上述换热介质可以是一种单质，也可以是混合物，在不同催化剂活性操作温度下，可调整换热介质的成分，以满足反应器两侧的压力差较接近的要求，从而减小反应器两侧的运行压差。

本实用新型取得的技术进步：由于在气固相催化反应装置中废热回收器或再沸器的设置和换热介质的采用，在催化反应移走反应热或为吸热催化反应加热的同时，可使反应器双侧运行压差大大降低，因此降低了反应器的设计、制造难度和制作费用，并且使反应设备运行更加可靠、安全、稳定，例如现前述副产蒸汽的低压甲醇反应器换热工艺采用本实用新型，换热介质采用甲醇水溶液，可使得反应器两侧的压力相等，考虑操作的波动因素，可取设计压差1.0Mpa，反应器直径4.8米时，管板的厚度可降低到150毫米，不但提高了反应器的运行安全性，同时大大降低了设备制作成本。

附图说明

图1为现有副产蒸汽的低压法甲醇反应器结构及换热工艺示意图。

图2为本实用新型副产蒸汽的放热气固相催化反应换热装置结构示意图。

图3为本实用新型采用蒸汽加热的吸热气固相催化反应换热装置结构示意图。

具体实施方式

实施例1：如图2所示，所述反应器A外连接一废热回收器B，所述废热回收器B换热介质依次经反应器下部入口3、催化床换热后出反应器A顶部出口，出反应器A顶部出口的换热介质4入废热回收器B入口，出废热回收器B的换热介质重新进入反应器A下部入口3循环使用。以副产蒸汽的低压法甲醇生产装置为例，未反应的原料气1进入甲醇合成反应器A内装有催化剂反应侧，原料气1含有CO11.2％、CO₂4.7％、H₂48.5％，其压力为5.5MPa，温度220℃，在催化剂的作用下发生反应，部分气体合成甲醇，反应温度为245℃，反应后的含有5.6％甲醇的气体2出反应器A。换热介质即重量含量约90％的甲醇水溶液经入口3进入甲醇合成反应器A的换热侧，与反应侧的反应物换热蒸发，其蒸发温度220℃、压力为5.5MPa，换热后的换热介质4经顶部出口出甲醇合成反应器A。出甲醇合成反应器A的换热介质4进入废热回收器B的管内，与管外的水换热，换热冷凝的换热介质出废热回收器B后经入口3进入反应器A，如此循环。温度为80℃的水5进入废热回收器B管间，被换热介质4加热产生压力1.9MPa的蒸汽6出废热回收器B。

实施例2：如图3所示，本实施例与实施例1不同之处是，反应器A外连接一再沸器B1，出再沸器B1内换热介质依次经反应器A顶部入口、催化床间接换热后出反应器A下部出口，出反应器A下部出口的换热介质41入再沸器B1入口，出再沸器B1的换热介质31重新进入反应器A顶部入口循环使用，水蒸汽51冷凝为冷凝水61后出再沸器B1。以甲醇转化制氢气为例，其压力为1.5MPa，温度220℃的甲醇和水的原料汽1进入甲醇转化反应器A的管外，管外装有用于甲醇转化制氢的催化剂，在催化剂的作用下，甲醇和H₂O发生反应生成H₂，反应温度为230℃，反应后含有H₂的气体2出甲醇转化反应器A底部出口。转化反应器A的管内装有作为换热介质的异戊醇31，其温度为240℃，压力为1.57MPa，该换热介质的蒸气进入转化反应器A的管内，为管外的甲醇转化反应提供热量后冷凝，冷凝后的换热介质41出转化反应器A进入再沸器B1的管内，与管外压力4.45Mpa的水蒸汽换热蒸发为异戊醇气体出再沸器B1，然后由上部进入转化反应器A的管内循环使用。