上浮頭管殼式甲醇反應(yīng)器及工藝流程設(shè)計(jì)說明

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1、上浮頭式管殼式甲醇反應(yīng)器及系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)說明王慶新劉芳趙勇孫宏帥（南京敦先化工科技有限公司郵編：210044）1、南京敦先化工科技有限公司公司簡(jiǎn)介南京敦先化工科技有限公司是以王慶新為首創(chuàng)辦的高科技股份制企業(yè)。公司主要從事合成氨、甲醇、二甲醚、甲醛、甲縮醛、合成氨原料氣體凈化以及甲醇下游產(chǎn)品的技術(shù)研發(fā)和推廣工作，目前擁有近二十項(xiàng)專利技術(shù)，部分專利技術(shù)已經(jīng)成功轉(zhuǎn)化為工業(yè)裝置。公司與部分院校有著緊密的合作關(guān)系。公司下設(shè)計(jì)研究所、技術(shù)經(jīng)營部、機(jī)械設(shè)備加工廠，設(shè)備加工廠具有10.0MPa以下制造資質(zhì)，廠房建筑面積10000m2。自公司成立以來已經(jīng)為湖北鄂西、河南寶馬、河南寶發(fā)能

2、源、四川匯豐能源集團(tuán)、安陽貞元集團(tuán)等單位提供了合成氨、甲醇、二甲醚等技術(shù)和專利產(chǎn)品，部分技術(shù)已經(jīng)超越國內(nèi)同類技術(shù)，節(jié)能降耗、環(huán)保等方面處于國內(nèi)領(lǐng)先地位。公司近兩年來主要業(yè)績?nèi)缦拢海?）湖北鄂西化工有限公司8萬噸/年反應(yīng)器內(nèi)件設(shè)計(jì)及制造；（2）河南寶馬化肥廠15萬噸/年低壓甲醇反應(yīng)器設(shè)計(jì)及制造；（3）河南寶發(fā)能源有限公司15萬噸/年二甲醚系統(tǒng)軟件包及反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和制造；（4）河南寶馬化肥廠科技有限公司25萬噸/年低壓甲醇反應(yīng)器設(shè)計(jì)及制造；（5）四川匯豐能源有限公司30萬噸/年低壓甲醇軟件包及反應(yīng)器的設(shè)計(jì)及制造；（6）安陽貞元集團(tuán)20萬噸/年二甲醚裝置的軟件包、工程、反

3、應(yīng)器及部分非標(biāo)設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造。公司主要的業(yè)務(wù)范圍：（1）11.O～22.0MPa的成套氨合成技術(shù)、反應(yīng)器及分離設(shè)備內(nèi)件的設(shè)計(jì)和制作；（2）22.0～31.4MPa的成套氨合成技術(shù)、反應(yīng)器及凈化設(shè)備內(nèi)件的設(shè)計(jì)與制作；（3）4.5～6.0MPa的低壓聯(lián)醇、單醇成套合成技術(shù)。并提供低壓聯(lián)醇、單醇反應(yīng)器及分離設(shè)備的設(shè)計(jì)與制作；（4）12.0MPa中壓聯(lián)醇系統(tǒng)的成套技術(shù)、反應(yīng)器及分離設(shè)備內(nèi)件的設(shè)計(jì)與制作；（5）合成氨原料氣精制的成套技術(shù)設(shè)計(jì)，并提供反應(yīng)器、附屬凈化設(shè)備反應(yīng)器及分離設(shè)備內(nèi)件的設(shè)計(jì)與制作；（6）甲醇脫水合成二甲醚技術(shù)，并提供甲醇?xì)庀嗝撍铣啥酌逊磻?yīng)器及塔器的設(shè)

4、計(jì)與制作，或?qū)こ踢M(jìn)行總包；（7）提供甲醛、甲醛醛全套工藝軟件包、工程設(shè)計(jì)及非標(biāo)設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造，或工程總包。2、上浮頭式管殼式甲醇反應(yīng)器說明南京敦先化工科技有限公司在日本三菱超轉(zhuǎn)化反應(yīng)器（SPC）基礎(chǔ)上開發(fā)出一種“10上浮頭式管殼是甲醇反應(yīng)器”也稱“一種多組空心圓柱床層集合體的反應(yīng)器,專利號(hào)為:ZL200920048465.9。2.1日本三菱甲醇合成超轉(zhuǎn)化率塔（SPC）簡(jiǎn)要說明日本三菱氣體化學(xué)公司研制在Lurgi管殼式甲醇反應(yīng)器基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)改進(jìn)，其結(jié)構(gòu)為：上、下管板仍采用筒體焊接方式，下部增設(shè)一個(gè)氣體隔開冷熱氣體的內(nèi)封頭冷氣體引入內(nèi)部氣管采用軟管聯(lián)接。單個(gè)催化劑

5、床層為雙套管結(jié)構(gòu)，催化劑床層外管為φ85×5、內(nèi)管為φ19×2，催化劑床層厚度為28mm，催化劑裝在內(nèi)外套管間，冷氣通過冷氣管與管外催化劑層逆流換熱，降低催化劑層底部溫度，提高甲醇合成率，管間為沸騰水，副產(chǎn)蒸汽（見上圖）。據(jù)報(bào)道：日產(chǎn)520噸的甲醇合成塔，內(nèi)徑2.4米，內(nèi)有長15米的雙套管462根，外管為?85mm×5mm，內(nèi)管為?19mm×1.5mm，換熱面積2123m2，總重180噸，內(nèi)外套管間裝催化劑28m3，操作壓力11Mpa，進(jìn)塔氣先預(yù)熱到150℃，入塔后分布到各雙套管的內(nèi)管中，吸收管外套管間的反應(yīng)熱，預(yù)熱至反應(yīng)溫度220℃后進(jìn)入套管間的催化劑層反應(yīng)，熱點(diǎn)

6、溫度250℃左右，反應(yīng)熱同時(shí)被內(nèi)管中冷氣和外管外殼程間的沸騰水移走，出催化劑層溫度為213℃左右，在11.2MPa，空速11000Nm3/h下。出塔氣中甲醇含量8.6%。三菱公司認(rèn)為SPC有著比Lurgi等溫合成塔低的循環(huán)比和比Lurgi合成塔更高的單程轉(zhuǎn)化率，如果采用兩種壽命長、活性高和耐熱性好的銅基催化劑，合成塔出口甲醇可高達(dá)12%以上。SPC雙套管內(nèi)徑75mm比Lurgi列管合成塔?34或?40大得多，管數(shù)少得多，故裝卸催化劑容易，SPC外管受壓壁厚，比列管式機(jī)械強(qiáng)度好，內(nèi)管、軟管和隔板為不受壓部件。SPC由于上下管板仍然采用與筒體焊接方式，催化劑床層與殼體之

7、間的熱應(yīng)力沒有消除，隨著塔高度的增加同樣會(huì)出現(xiàn)殼體材料疲勞現(xiàn)象、造價(jià)較高等缺陷。2.2上浮頭式管殼式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)說明2.2.1改進(jìn)部分說明南京敦先化工科技有限公司針對(duì)SPC存在的缺陷進(jìn)行以下優(yōu)化設(shè)計(jì)：（1）上部設(shè)置一個(gè)內(nèi)封頭，內(nèi)封頭與上關(guān)板連接，上管板與外部殼體之間留有一定環(huán)隙，使內(nèi)封頭、上管、催化劑床層受熱后上下自由活動(dòng)，很好得消除應(yīng)力；（2）上部設(shè)置一個(gè)DN650的催化劑裝填口，在內(nèi)封頭上設(shè)置一個(gè)φ650×δ10催化劑裝填管，并在個(gè)φ650×δ催化劑裝填管內(nèi)部設(shè)置一個(gè)盲板，在催化劑裝填好后采取焊接密封，確保水與氣之間密封安全可靠；（3）在催化劑床層外管下部設(shè)一