[发明专利]一种甲醇合成水冷反应器

说明书

本发明涉及一种甲醇合成水冷反应器，包括炉体和设置在炉体内的催化剂框、原料气分配管和换热管，其特征在于所述换热管包括由多根第一换热管组成的第一换热管组以及由多根第二换热管组成的第二换热管组；各所述换热管螺旋盘绕形成多个换热管层，相邻换热管层之间具有间隙；所述进水管道包括第一进水管道和第二进水管道；各所述第一换热管的入口均连通所述第一进水管道，各所述第二换热管的入口均连通所述第二进水管道，所述第二进水管道上设有开关阀，并且各所述第二换热管的换热面积之和为总换热面积的15～40％；各所述第一换热管的出口和各所述第二换热管的出口均连通蒸汽管道。

技术领域

本发明涉及到化工设备，尤其涉及一种甲醇合成水冷反应器。

背景技术

甲醇是重要的化工基础原料和清洁液体燃料，广泛应用于有机合成、染料、农药、医药等工业中。甲醇合成是可逆放热反应，反应温度决定着反应体系的平衡和反应速率。反应温度升高，反应速率增大，但反应的平衡常数减少。对于特定催化剂和操作环境，都有最佳甲醇合成反应温度区间。实现最佳反应温度的方法，工业上常采用连续换热、多段冷激式、水移热式等方法，使催化剂床层的温度尽可能沿最佳温度分布。

为了防止甲醇反应催化剂迅速老化，在催化剂使用初期，反应温度宜维持较低的数值，随着使用时间的增加，逐步提高反应温度。例如铜基催化剂使用前期，床层温度一般控制在240～260℃；后期，床层温度一般控制在260～280℃。

为了控制甲醇合成反应能在设计温度下稳定进行，对于水移式反应器，通常采用在反应器内设置换热管，通过向换热管内通冷却水移走甲醇合成反应产生的热量，通过控制水所产中压蒸汽压力来控制反应温度。在催化剂使用中后期，催化剂活性有所降低，导致催化剂的活性温度升高，由初期的240℃左右升高至280℃左右，相对应换热管内蒸汽的温度从225℃缓慢升至265℃，锅炉水产生的蒸汽压力从2.7MPa(G)逐渐升至5.2MPa(G)。

甲醇合成初末期反应温度的波动会传导到反应床层内用于移热的换热管，进而引起换热管内所产蒸汽温度和压力的波动，尤其随着甲醇合成装置的大型化和多系列化，富产的蒸汽量也越来越多，但等温甲醇合成反应器始终无法解决蒸汽压力的波动及相关设备和管道工程投资增加问题，主要体现如下：

(1)从设计压力考虑，由于换热管内所产蒸汽的压力在2.7MPa(G)～5.2MPa(G)之间波动，因此与其相关联的设备及管道均需要考虑较高的设计压力，否则无法满足催化剂后期5.2MPa(G)的蒸汽压力要求，同时设备及管道壁厚的增加推高了工程投资；

(2)从富产蒸汽考虑，催化剂后期虽然可以富产5.2MPa(G)的高品质蒸汽，但全厂蒸汽管网平衡却由催化剂初期的2.7MPa(G)蒸汽决定，在工程设计时只能将5.2MPa(G)的高品质蒸汽减压降级使用，不但需要增加与减压相关的管道阀件及自控仪表元件，而且还对全厂蒸汽管网造成一定冲击。

简而言之，甲醇合成反应器内的锅炉水系统管道及设备均需要按照苛刻温度和压力来设计，同时催化剂后期所产出的中压蒸汽却在降级使用，从投资和全厂蒸汽管网平衡两方面考虑均不够合理。

公布号为CN102698659A的中国专利公开了《一种甲醇合成反应器结构》，该甲醇合成反应器在反应床层内埋设换热管，甲醇合成在催化剂床层中进行，放出的反应热通过换热管内锅炉水移走。但存在催化剂后期富产蒸汽压力升高，与其相关联的设备及管道不得不按照后期蒸汽压力及温度进行设计，增加了工程投资；同时工艺系统在进行全厂蒸汽管网平衡设计时，只能按照催化剂初期较低的蒸汽压力及蒸汽品质进行设计，但在催化剂后期又对全厂蒸汽管网造成一定冲击。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种甲醇合成水冷反应器，在满足甲醇合成反应催化剂初末期反应温度区间的同时，能够避免锅炉水气化温度和压力波动，进而可以实现工程投资的降低和全厂蒸汽管网系统的优化之目标，满足甲醇合成装置的大型化和节能化发展要求。