[发明专利]复合式换热径向甲醇反应器及甲醇合成工艺

说明书

本发明公开了一种复合式换热径向甲醇反应器，在外壳内设置有内件，在内件与外壳之间形成布气腔；在内件内设置有收气筒，在收气筒与内件之间形成反应区，在反应区内设置有列管，在列管的周围装填有催化剂；在收气筒内安装有管壳式换热器，该换热器具有壳体和安装壳体内的换热管，换热器沿外壳的轴线方向延伸，换热器的壳体与收气筒之间形成收气腔；在换热器的上端部设置有连通换热器的壳程与收气腔的进气口；在换热器的下端设置有连通换热器的壳程与合成气出口管的出气口。本申请还公开了采用上述反应器的甲醇合成工艺。该反应器能够在保证反应正常进行的情况下，降低工业装置的总设备量，由此减少设备投资，以及降低工艺控制点和管理难度。

技术领域

本发明具体涉及一种复合式换热径向甲醇反应器以及采用该甲醇反应器的甲醇合成工艺。

技术背景

甲醇合成是一种具有强放热的化学反应，为了提高反应效率，在反应的同时需要及时将多余的反应热移出，虽然现在的甲醇反应器一般均设置有换热器，用于将反应热移出，目前一般是在反应器内安装列管，在列管周围装填催化剂，在列管内通入冷却水将反应热带走，完成反应的气体排出反应器进入到下道工序，由于甲醇合成需要在一定的温度下才能比较稳定的进行，因此从反应器中排出的反应混合气体的温度仍较高，需要进一步降温后才能进入后道工序。对于从反应器中排出的反应混合气体的降温，在目前一般是设置专门的换热器对其进行降温，其中的冷源为冷却水或原料气，无论采用哪种冷源，均需要设置单独的换热器这增大了整个工业装置的投资，同时由于设备的增多，也增加了工艺控制点以及管理成本和难度。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，在保证反应正常进行的情况下，降低工业装置的总设备量，由此减少设备投资，以及降低工艺控制点和管理难度。

为此，本申请首先提出了一种复合式换热径向甲醇反应器，其包括外壳，在外壳的下端设置有合成气进口管、合成气出口管和冷媒进口管，在外壳的上端设置有冷媒出口管；在外壳内设置有内件，在内件与外壳之间形成布气腔；在内件内设置有沿外壳的轴线方向延伸的收气筒，在收气筒与内件之间形成反应区，在反应区内设置有列管，在列管的周围装填有催化剂；

在收气筒内安装有管壳式换热器，该换热器具有壳体和安装壳体内的换热管，换热器沿外壳的轴线方向延伸，换热器的壳体与收气筒之间形成收气腔；

在换热器的上端部设置有进气口，该进气口连通换热器的壳程与收气腔；在换热器的下端设置有出气口，该出气口连通换热器的壳程与合成气出口管；

换热器的换热管的上端连通布气腔，所述换热管的下端连通合成气进口管；

所述列管的上端连通冷媒出口管，列管的下端连通冷媒进口管；

在内件上设置有连通布气腔反应区之间的第一通孔，在收气筒上设置有连通反应区与收气腔之间的第二通孔；

当该甲醇反应器使用时，原料气经合成气进口管进入到换热器的管程，再进入到布气腔，经布气腔沿径向进入反应区内进行反应形成混合气，混合气经收气筒进入到收气腔，再经进气口进入换热器的壳程，经换热管与管程内的原料气换热后经合成气出口管流出。优选地，所述进气口设置在换热器的壳体的上端部。

在该甲醇反应器中，设置了换热器，该换热器用于将反应后的混合气与原料气进行换热，在降低混合气温度的同时，可以提高原料气的温度。根据需要，可以将原料气的温度提升到略低于其最佳反应温度，使进入到反应区的原料气立刻可以进行反应，最大限度地缩短了采用低温原料气时，初始进入到反应区的原料气的反应效率较低的问题，可有效地提高甲醇的合成效率。另外相对于目前采用的对原料气在反应器外进行加热的方式，减少一个换热设备，有利于减少整个甲醇合成系统的建造费用，由于减少了换热设备，可以减少相应的管理费用以及工艺控制点。

另外，设置换热器后，由于降低了反应后的混合气的温度，可以有效地降低混合气的温度，从而降低反应器的内部压力，提高了反应器的安全性能。