[发明专利]一种管壳式合成塔

说明书

技术领域

本发明属于化工工艺中催化反应器领域，具体涉及一种用于甲醇合成/费托合成/一氧化碳变换/乙二醇合成反应的管壳式合成塔。

背景技术

合成塔是煤、石油与化学工业中最常见的一种反应压力容器，尤其在合成氨和甲醇以及一氧化碳变换等工业过程中应用更为广泛。合成塔的结构型式种类很多，按换热形式分类，可分为冷激式、内冷式和外冷式三种类型。现有的外冷式合成塔其主要结构形式为：包括壳体、上管板、下管板、反应管，上管板和下管板分别与壳体固定连接，并由此形成一个密闭空间，反应管的两端则分别焊接在上管板和下管板上并与上管板上部的壳体空间、下管板下部的壳体空间导通。反应气体进入管内，在催化剂作用下进行合成反应。合成反应一般是一个放热的过程，其合成过程都是在高温、高压环境下进行的；而在上述环境中，反应管会因受热产生膨胀，反应管与壳体温度不同，材质不同，受热产生的膨胀量不同，从而导致反应管与上管板和下管板之间的焊接结构出现屈服，或者会导致上管板、下管板与外壳筒体之间的焊接结构出现松动，最后出现间隙导致整个合成塔不能正常工作。目前减小反应管的膨胀系数成为改变上述缺陷的重要研究方向，国外进口的同类合成塔中的反应管现都采用双金属复合材料制成，其热膨胀系数在3.0以下，故进口的合成塔的使用年限一般在10年左右，但合成塔一般都在百吨以上，耗材庞大，故进口设备的价格非常昂贵，基本都在四千万以上；现国内也有很多同样结构的合成塔生产，但由于使用材料的膨胀系数偏大而使用年限一般为1-3年，浪费大量的人力物力。  

发明内容

为克服上述缺陷，本发明提供一种结构合理、使用寿命长的管壳式合成塔，有效解决了现有技术中因热胀冷缩而出现的结构破坏问题。

为实现上述目的，一种管壳式合成塔，包括：

壳体，其包括筒体和上、下两个外球形封头；

内球形封头，容置于壳体上端的外球形封头内并与外球形封头之间留有轴向间隙，所述内球形封头下端开口且所述开口端与上管板外缘密封连接；

上管板，设置在所述壳体内的上部与内球形封头密封连接，且与壳体之间留有间隙；

下管板，设置在所述壳体内的下部并与壳体密封连接；

反应管，每根反应管竖直穿插在所述上管板和下管板之间并分别与上管板和下管板密封连接，所述反应管管内填充有催化剂；

进气管，其下端与内球形封头导通并密封相连；上端穿过上部的外球形封头并与外球形封头动密封连接；

所述下管板以上的壳体上设有进水口和出水口；所述每根反应管的两端分别与上部的内球形封头、下部的外球形封头导通。

作为本发明的进一步改进：所述外球形封头的顶端设有密封短接管，所述密封短接管套接在进气管上并与进气管动密封连接。

作为本发明的优选实施例：所述密封短接管与之进气管间的动密封为填料密封，其中进气管与密封短接管之间组成一个填料腔，在填料腔开口端设置法兰盘通过螺钉实现压紧密封连接，制作简单，装填方便，动密封效果好。

本发明的另一优选实施例为：所述密封短接管与进气管之间的动密封为波形补偿器，利用其工作主体波纹管的有效伸缩变形来吸收合成塔的壳体与反应管之间由于热胀冷缩等原因产生的尺寸变化。

本发明突破了原有合成塔中上管板、下管板分别与壳体固定并形成密封空间的结构；其将上管板释放，增加内球形封头，使上、下管板之间和内、外球形封头之间组成一个新的密封体；而当反应管受热膨胀时，由于反应管下端固定，则反应管会向上撑起上管板一起运动，由于内、外球形封头之间留有的轴向间隙保证了上管板的上移距离，从而真正从结构上解决了由于膨胀系数和膨胀量的差异损坏合成塔的问题，大大延长了合成塔的使用寿命。同理采用上述结构后，改变了原制造过程中对材料的依赖性，使用普通不锈钢即可生产，大幅度的降低了制造成本。

附图说明

图1为本发明的装配结构示意图；

图2为图1中A部分放大图；

图3为图1中B部分放大图；

图4为图1中C部分放大图；

图5为实施例2中动密封结构示意图。

图中：1为壳体；1-1为上外球形封头；1-2为筒体；1-3为下外球形封头；2为上管板；3为下管板；4为反应管；5为内球形封头；6为进气管； 7为进水口；8为出水口；9为密封短接管；10为填料腔；11为法兰盘；12为波形补偿器；13出口管。

具体实施方式

    下面通过附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的详细描述。