CN201288156Y - 新型两段内换热式二甲醚反应器 - Google Patents
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Abstract
用于甲醇气相催化脱水制二甲醚工艺的新型两段内换热式二甲醚反应器。所属领域涉及装填催化剂的反应器。本实用新型提供的新型两段内换热式二甲醚反应器，能及时移走反应热，避免出现局部超温或出床层的反应气温度过高，使反应器操作温度平稳，达到控制并减少副反应的目的；本实用新型提供的新型两段内换热式二甲醚反应器，可降低进入反应器的原料甲醇温度，使反应系统的热能利用更加合理；本实用新型提供的新型两段内换热式二甲醚反应器，其中的一段采用了径向床结构，可大大降低阻力并更适用于装置大型化。
Description
所属技术领域
本实用新型涉及装填催化剂的反应器。具体涉及用于甲醇气相催化脱水制二甲醚工艺的新型两段内换热式二甲醚反应器。
背景技术
二甲醚(Dimethyl Ether，缩写DME)在常温常压状态下是一种无色、无毒气体，可经压缩为液体。是重要的有机化工原料和化学中间体，可用于气雾剂、制冷剂、烷基化剂、制药、化妆品、染料等行业。二甲醚对大气臭氧层无损害，在大气对流层极易降解，是氟氯烃的良好替代品。
二甲醚为含氧化合物，燃烧充分、不析炭、几乎无残留物及废气污染，是仅次于氢气的洁净燃料。作为车用燃料(尤其是柴油)和民用液化气燃料的替代品，面临良好的市场前景，“有洁净环保燃料”之称。
目前国内外生产二甲醚的主要方法是甲醇蒸汽在装填γ-Al2O3等催化剂的二甲醚反应器中进行脱水反应生成二甲醚。二甲醚反应器的结构形式有：多段冷激式反应器；列管换热式均温反应器等。
采用多段冷激式反应器生产二甲醚的生产工艺是甲醇蒸汽分段进入多段冷激式反应器中，利用多段进入的原料冷甲醇蒸汽吸收上一段反应热使反应器内温度不致大幅升高，同时利用控制进入每段催化剂床层的原料甲醇的量来控制每一段的反应强度，使反应能得以控制，温度可以稳定在一定范围。但是多段冷激式反应器有不可避免的缺陷：在多段冷激式反应器内，催化剂床层温度呈锯齿形波动，在每段催化剂床层的下部温度较高，不可避免发生超温现象，恰恰正是这种每段催化剂下层温度较高的超温现象，不仅导致超温区域催化剂受损使催化剂性能下降而寿命变短，而且还导致较高温度及超温区域的付反应增强。导致付产物增多的付反应主要就发生在每段催化剂下层的超温区域。由于付反应的原因，增大了原料消耗，而且增加了后续的分离过程的难度。
鉴于多段冷激式反应器存在的缺陷，列管换热式均温反应器等相继出现。但这些反应器仍存在造价高、床层阻力大等不足。
发明内容
本实用新型提供了一种用于甲醇气相催化脱水制二甲醚工艺的新型两段内换热式二甲醚反应器。甲醇脱水生成二甲醚是较强的放热反应，本实用新型提供的新型两段内换热式二甲醚反应器，能保证反应过程温度基本恒定，不使其发生局部超温而控制并减少付反应；能适时地移出反应热并合理利用，做到不需要额外提供把气相甲醇加热到进料温度(约250℃)的外加热源(中压饱和蒸汽或导热油炉)；能保证稳定生产、减少甲醇消耗、节省动力消耗、简化流程；并且特别适用于装置大型化。
本实用新型解决上述问题所采取的技术方案如下：
1，本实用新型所述的新型两段内换热式二甲醚反应器为一立式承压壳体，壳体内设有两段催化剂床层：上床层中央为列管换热器，下床层内设盘管冷却器，原料甲醇气体经两次换热后，温度升至约250℃后，从上床层进口径向分布器穿过催化剂床并进入换热器壳程，经换热冷却后进入下段催化剂床，下床反应的热量由床层内盘管移走，并使出床层气体温度小于310℃。
2，本实用新型所述的新型两段内换热式二甲醚反应器，其特征在于：上床层中央的列管换热器是一个自由伸缩的列管换热器，管程为原料甲醇气体，壳程是经催化剂上床层反应后的反应气。
3，本实用新型所述的新型两段内换热式二甲醚反应器，其特征在于：下床催化剂床层内设有盘管冷却器，目的是及时移走反应热，盘管冷却器可以是一层或多层。
4，本实用新型所述的新型两段内换热式二甲醚反应器，其特征在于：不论上床或下床，均可根据需要设计为径向床或轴向床；流体流向既可以从外层向中央流动，也可以从中央向外层流动。
5，本实用新型所述的新型两段内换热式二甲醚反应器，其特征在于：催化剂床层数目根据化工工艺计算和方案比较后灵活设置，可以是一个床层、两个床层或更多，也可以是同为上床结构或同为下床结构。
6，本实用新型所述的新型两段内换热式二甲醚反应器，在底部填充两种不同规格的耐火球，以较好支承催化剂，不需要支承栅板，并有利于催化剂的卸出。
本实用新型采用这样的结构形式使该反应器具有如下的优点：
——催化剂上床层采用径向反应床，加大了反应气体的流通面积，能使反应床温度梯度变化平稳、床层不易超温，减少了付反应；能使床层阻力降大幅降低，节省能耗。
——催化剂下床层采用轴向反应床，内置一层或多层盘管换热器，能及时将反应热传递给盘管内的原料甲醇气体，维持床层温度变化不大，不易超温，减少了付反应。
——由于强化该反应器内部换热效果，反应热利用合理，不需要额外提供把气相甲醇加热到进料温度(约250℃)的外加热源(中压饱和蒸汽或导热油炉)，能使流程简化、节省公用工程投资、大幅减少能耗。
——催化剂床层数目根据化工工艺计算和方案比较后灵活设置，即：可以是一个床层、两个床层或更多，也可以是同为上床结构或同为下床结构。
——特别适用于装置大型化。
附图说明
附图为用于甲醇气相催化脱水制二甲醚工艺的新型内置换热器的二甲醚反应器。
1，件号说明
件号1：中央列管换热器
件号2：催化剂上床层
件号3：催化剂下床层
件号4：气体出口收集器
件号5：筒体
2，管口说明
N1：原料气态甲醇进口
N2：反应气体出口
N3：催化剂卸料口
N4：人孔
N5：人孔
具体实施方式
实施例1：用于甲醇气相催化脱水制二甲醚装置(60万吨/年)的新型两段内换热式二甲醚反应器
反应器直径Φ3400，总高H＝14400。内置列管换热器直径Φ1100，总高H＝4400。装填催化剂60M3。
反应压力1.0—1.2MPa。
原料气态甲醇进口温度80—150℃，经催化剂下床的盘管换热器和催化剂上床的列管换热器管程后，温度达到约250℃，依次进入催化剂上床层、列管换热器壳程、催化剂下床层，直到反应器气体出口，此时温度约310℃。
原料甲醇的单程转化率大于80％，选择性99％以上。
Claims (3)
1，一种用于甲醇气相催化脱水制二甲醚工艺的新型两段内换热式二甲醚反应器，其特征是：该新型两段内换热式二甲醚反应器为一立式承压壳体，壳体内设有两段催化剂床层，上床层中央为列管换热器，下床层内设盘管冷却器，原料甲醇气体经两次换热，温度升至约250℃后，从上床层进口径向分布器穿过催化剂床并进入换热器壳程，经换热冷却后进入下段催化剂床，下床反应的热量由床层内盘管移走，并使出床层气体温度小于310℃。
2，根据权利要求1所述的新型两段内换热式二甲醚反应器，其特征在于：上床层中央的列管换热器是一个自由伸缩的列管换热器，管程为原料甲醇气体，壳程是经催化剂上床层反应后的反应气。
3，根据权利要求1所述的新型两段内换热式二甲醚反应器，其特征在于：下床催化剂床层内设有盘管冷却器，盘管冷却器可以是一层或多层。
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