上浮头管壳式甲醇反应器及工艺流程设计说明

上浮头式管壳式甲醇反应器及系统工艺设计说明

王庆新刘芳赵勇孙宏帅

（南京敦先化工科技有限公司邮编：210044）

1、南京敦先化工科技有限公司公司简介

南京敦先化工科技有限公司是以王庆新为首创办的高科技股份制企业。公司主要从事合成氨、甲醇、二甲醚、甲醛、甲缩醛、合成氨原料气体净化以及甲醇下游产品的技术研发和推广工作，目前拥有近二十项专利技术，部分专利技术已经成功转化为工业装置。公司与部分院校有着紧密的合作关系。公司下设计研究所、技术经营部、机械设备加工厂，设备加工厂具有10.0MPa以下制造资质，厂房建筑面积10000m2。自公司成立以来已经为湖北鄂西、河南宝马、河南宝发能源、四川汇丰能源集团、安阳贞元集团等单位提供了合成氨、甲醇、二甲醚等技术和专利产品，部分技术已经超越国内同类技术，节能降耗、环保等方面处于国内领先地位。公司近两年来主要业绩如下：

（1）湖北鄂西化工有限公司8万吨/年反应器内件设计及制造；

（2）河南宝马化肥厂15万吨/年低压甲醇反应器设计及制造；

（3）河南宝发能源有限公司15万吨/年二甲醚系统软件包及反应器的设计和制造；（4）河南宝马化肥厂科技有限公司25万吨/年低压甲醇反应器设计及制造；

（5）四川汇丰能源有限公司30万吨/年低压甲醇软件包及反应器的设计及制造；（6）安阳贞元集团20万吨/年二甲醚装置的软件包、工程、反应器及部分非标设备的设计和制造。

公司主要的业务范围：

（1）11.O～22.0MPa的成套氨合成技术、反应器及分离设备内件的设计和制作；（2）22.0～31.4MPa的成套氨合成技术、反应器及净化设备内件的设计与制作；（3）4.5～6.0MPa 的低压联醇、单醇成套合成技术。并提供低压联醇、单醇反应器及分离设备的设计与制作；

（4）12.0MPa中压联醇系统的成套技术、反应器及分离设备内件的设计与制作；（5）合成氨原料气精制的成套技术设计，并提供反应器、附属净化设备反应器及分离设备内件的设计与制作；

（6）甲醇脱水合成二甲醚技术，并提供甲醇气相脱水合成二甲醚反应器及塔器的设计与制作，或对工程进行总包；

（7）提供甲醛、甲醛醛全套工艺软件包、工程设计及非标设备的设计和制造，或工程总包。

2、上浮头式管壳式甲醇反应器说明

南京敦先化工科技有限公司在日本三菱超转化反应器（SPC ）基础上开发出一种 “上浮头式管壳是甲醇反应器”也称“一种多组空心圆柱床层集合体的反应器,专利号为:ZL 2009 2 0048465.9。

2.1日本三菱甲醇合成超转化率塔（SPC ）简要说明

日本三菱气体化学公司研制在Lurgi 管壳式甲醇反应器基础上进行改进改进，其结构为：上、下管板仍采用筒体焊接方式，下部增设

一个气体隔开冷热气体的内封头冷气体引入内部气管采用软管联

接。单个催化剂床层为双套管结构，催化剂床层外管为φ85×5、内管为φ19×2，催化剂床层厚度为

28mm ，催化剂装在内外套管间，冷气通过冷气管与管外催化剂层逆流换热，降低催化剂层底部温度，提高甲醇合成率，管间为沸腾水，副产蒸汽（见上图）。

据报道：日产520吨的甲醇合成塔，内径2.4米，内有长15米的双套管462根，外管为

85mm ×5mm ，内管为

19mm ×1.5mm ，换热面积2123m 2，总重180吨，

内外套管间装催化剂28 m 3，操作压力11Mpa ，进塔气先预热到150℃，入塔后分布到各双套管的内管中，吸收管外套管间的反应热，预热至反应温度220℃后进入套管间的催化剂层反应，热点温度250℃左右，反应热同时被内管中冷气和外管外壳程间的沸腾水移走，出催化剂层温度为213℃左右，在11.2MPa ，空速11000Nm 3/h 下。出塔气中甲醇含量8.6%。三菱公司认为SPC 有着比Lurgi 等温合成塔低的循环比和比Lurgi 合成塔更高的单程转化率，如果采用两种寿命长、活性高和耐热性好的铜基催化剂，合成塔出口甲醇可高达12%以上。SPC 双套管内径75mm 比Lurgi 列管合成塔34或

40大

得多，管数少得多，故装卸催化剂容易，SPC 外管受压壁厚，比列管式机械强度好，内

管、软管和隔板为不受压部件。

SPC 由于上下管板仍然采用与筒体焊接方式，催化剂床层与壳体之间的热应力没有消除，随着塔高度的增加同样会出现壳体材料疲劳现象、造价较高等缺陷。

2.2上浮头式管壳式反应器结构说明 2.2.1改进部分说明

南京敦先化工科技有限公司针对SPC 存在的缺陷进行以下优化设计：

气

水

日本三菱化学公司超级合成塔

气

蒸汽和水

温度℃

甲醇浓度 m o l %

（1）上部设置一个内封头，内封头与上关板连接，上管板与外部壳体之间留有一定环隙，使内封头、上管、催化剂床层受热后上下自由活动，很好得消除应力；

（2）上部设置一个DN650的催化剂装填口，在内封头上设置一个φ650×δ催化剂装填管，并在个φ650×δ催化剂装填管内部设置一个盲板，在催化剂装填好后采取焊接密封，确保水与气之间密封安全可靠；

（3）在催化剂床层外管下部设一短节，内部φ19气体管道通过一个900弯头焊接在在下部短节上，很巧妙得解决了冷气体导入φ19×2管内的问题。

2.2.2结构说明

上浮头管壳式反应器由上外封头、上内封头、上管板、催化剂床层外管、催化剂床层内管、下管板、下内封头、下外封头、筒体等部件组成。下管板与筒体、催化剂床层外管及下部外封头连接在一起，设备整体、水和催化剂的重量全部支撑在下管板及外下封头上。内部上封头与上管板、催化剂床层外管相连接，但与外筒、上部外封头不连接，催化剂床层外管受热后连同上管板、内部上封头一起向上膨胀延伸。催化剂床层内部设有导气管，导气管与催化剂床层外管之间形成空心圆柱形催化剂床层。催化剂外管与筒体之间形成水腔体，水腔体内装满移热的水。下封头设有气体进口a1～2、反应后气体出口b、催化剂自卸口e1～2，筒体下部设有软水进口c1～8、筒体上部及外部上封头设有蒸汽出口d1～810。上封头的上部设有直径为650mm的直筒体及可以移动的封头，催化剂装填由上部装入。上浮头式甲醇反应器结构示意图及部分部件结构示意图如：