專利名稱：氣體分布器及包括其的漿態床反應器、粗甲醇合成系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及甲醇合成領域，具體而言，涉及一種氣體分布器及包括其的漿態床反應器、粗甲醇合成系統。
背景技術：
在甲醇生產過程中，常常因為合成反應器內的催化劑床層溫度不均、或反應溫度過高、或過反應溫度過低、或反應氣中甲醇含量過高，導致副產物過多，如甲烷和蠟質等。一方面蠟質會降低甲醇水冷器的換熱效果、降低甲醇分離器的分離效果，從而使循環氣中夾帶甲醇，進而降低了合成塔的單程轉化率；另一方面蠟質粘在管道和塔板上，會減小流通面積，甚至造成堵塞；而且，到下游裝置后，一旦溫度降低，粗甲醇中的蠟就會冷凝出來，影響到下游裝置的正常生產。
對于由加壓下甲胺、甲醚、甲醇合成、氨合成和CO變換這類氣固相放熱催化反應，隨著反應的進行，不斷放出的反應熱使催化劑床層溫度提高。為了減少副產物和提高反應器的效率，需要把反應熱移出以使反應溫度處于一個合理的范圍。在工業反應器中，曾廣為使用的一種是多段絕熱反應器，兩段之間用原料氣激冷來降低反應氣溫度，這種反應器因原料氣激冷時在降低反應氣溫度的同時也降低了反應物濃度，影響了合成效率。另一種是用于甲醇合成的Lurgi公司的列管式反應器，在殼體中有上下管板以及位于管板之間的多根圓管，管中裝有催化劑，原料氣從上部進氣口進入分布到各管中，在管內裝設的觸媒層中合成甲醇，管間側面進水，圓管內的熱量使管間水沸騰從而連續移出熱量，水沸騰產生的蒸汽由側面管出，反應氣由底部出氣管出塔。該塔溫差小，但觸媒裝填系數小，反應效率低。目前，應用較為廣泛的是DAVY公司開發的甲醇合成技術。如圖I所示，催化劑裝填在反應器的殼側，管內產生中壓蒸汽；新鮮的反應氣從反應器底部的中心管I’進入，中心管I’管壁上具有分配孔以保證氣體的分布均勻；氣體沿徑向從內到外通過反應器的催化劑床層；從汽包來的鍋爐水由換熱管2’進入反應器的底部然后向上流動并部分汽化帶走甲醇合成反應所產生的反應熱；反應溫度通過控制管內蒸汽的壓力來調節。該技術能將反應溫度控制在一定范圍內，且反應器生產能力的擴大可以通過加長反應器長度來實現，在甲醇合成大型化方面有其技術優勢，目前逐漸被甲醇合成廠家廣泛采用，但是本身還存在這一些不足I)因為新鮮的反應氣從反應器底部的中心管進入，所以較大比例反應氣首先由反應器中下部中心管I’管壁上的分配孔沿徑向從內到外進入到反應器中下部催化劑床層進行反應，沿著中心管I’越往上，反應氣就越稀薄，也就是反應器下部催化劑床層相對于反應器上部催化劑床層而言就會有更多反應氣參與反應，這樣反應器下部催化劑的活性相對于反應器上部催化劑的活性將會下降得更快；2)到了催化劑使用壽命的中后期時，進入反應器下部中心管I’管壁上分配孔的反應氣中的大部分沿徑向從內到外進入到反應器下部催化劑床層后往往還沒有來得及進行化學反應就離開了催化劑床層，又因為在反應器下部進行反應的反應氣比例比中上部的都大，即使反應氣在反應器上部的活性較高的催化劑處的轉化率還保持較高水平，但因為反應器上部的反應氣量相對較小，使得總體上反應氣反應生成甲醇的單程轉化率將急速下降，使得甲醇產量也會隨之下降；如果要保持甲醇產量，就需要加大未反應的反應氣的循環量和循環次數，這無疑又增加了能耗；3)在催化劑使用壽命的中后期，如果采用大幅提高催化劑床層溫度的方法來提高催化劑的活性，一方面會使催化劑使用壽命更快下降，另一方面會產生更多的蠟(尤其在床層溫度高于280°C以上時)，這樣，往往本來能使用較長或更長時間的床層催化劑更換的時間大為提前；由于在更換催化劑時，整體反應器的催化劑都和空氣接觸，一旦在空氣氛圍內，尚有活性的催化劑也必將因快速中毒損壞而無法使用，因此在反應器上部還保持較高活性的催化劑也同反應器下部幾乎無法使用的催化劑一同更換，在經濟上造成了浪費。4)甲醇合成反應器為徑向流反應器，在合成反應器的上部，熱氣體需向下折流后 才能流出塔外，在塔內滯留時間較長，造成移出反應熱的速率較催化劑床層其他位置的反應熱移出速率要慢，使得反應器催化劑床層常常出現局部超溫，尤其當床層溫度高于280°C時，往往會產生大量的蠟，同時使得催化劑活性加快衰減，間接地造成催化劑的浪費。由此可見，現有技術中的甲醇合成反應器內由于反應氣在甲醇合成反應器中分布不均勻，造成其與催化劑不均勻接觸進而引起甲醇產率低、催化劑浪費嚴重的問題。
發明內容
本發明旨在提供一種氣體分布器及包括其的漿態床反應器、粗甲醇合成系統，以實現均勻分布氣體的目的。為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種氣體分布器，氣體分布器包括中心導氣管；氣體分布管組，以中心導氣管為中心地設置在中心導氣管的周圍，具有與外界相通的通氣孔；連接管，連接中心導氣管和氣體分布管組；中心導氣管包括進氣主管，一端與連接管連通；用于噴出周向回旋氣流的多個旋流噴管，一端與進氣主管的周壁相通，另一端為氣體出口。進一步地，上述氣體分布管組包括至少兩個同心設置的環形氣體分布管，通氣孔分布在各環形氣體分布管的管壁上，并且孔口朝向下方設置；連接管沿氣體分布管組的徑向設置且連通各環形氣體分布管；中心導氣管的進氣主管的下端為進氣開口，上端與連接管連通；中心導氣管的各旋流噴管沿進氣主管的周向均勻排布，且各旋流噴管的氣體出口沿偏離進氣主管的中心軸線的斜下方延伸。進一步地，上述旋流噴管包括水平部分，沿進氣主管的徑向延伸而連接到進氣主管的側壁上；垂直部分，與水平部分遠離進氣主管的一端連通并豎直向下延伸；傾斜部分，與垂直部分遠離水平部分的一端連通，且傾斜向下延伸，傾斜部分在水平面上的投影沿垂直于水平部分的方向延伸。進一步地，上述通氣孔包括斜切孔，斜切孔的側壁沿氣體分布管組的徑向由內向外均向逆時針方向或均向順時針方向傾斜延伸。進一步地，上述通氣孔還包括第一直孔，第一直孔的側壁沿豎直方向延伸，第一直孔與斜切孔在各環形氣體分布管上間隔排布。
進一步地，上述氣體分布器還包括偶數個與連接管連通的側導氣管，側導氣管相對于中心導氣管兩兩對稱地設置在兩個環形氣體分布管之間的連接管上，且與中心導氣管同方向延伸。進一步地，上述連接管包括第一連接管，沿最外側的環形氣體分布管的內徑延伸，穿過氣體分布管的中心將各環形氣體分布管連通，中心導氣管與第一連接管的中心連通；第二連接管，與第一連接管垂直，并設置在最外側的環形氣體分布管道與最內側的環形氣體分布管道之間，將各環形氣體分布管連通，側導氣管與第二連接管連通。進一步地，上述第一連接管位于最內側的環形氣體分布管道內的管徑大于第一連接管其余部分的管徑，第一連接管的管徑小于第二連接管的管徑。進一步地，上述側導氣管為兩個且相對于氣體分布管組的軸線對稱地設置在靠近軸線的第二連接管上，第二連接管上未設置側導氣管的部分具有以中心導氣管為中心并沿其周向排布的第二直孔，第一連接管上沿第一連接管的長度方向均勻排布有第三直孔。 進一步地，上述各環形氣體分布管的橫截面為圓環形，且位于最內側的環形氣體分布管道和位于最外側的環形氣體分布管道的內徑大于位于中間的環形氣體分布管道的內徑。根據本發明的另一方面，還提供了一種漿態床反應器，包括上下設置的浴池和氣體緩沖器室，浴池內設置有上述的氣體分布器，氣體分布器的氣體分布管組固定在浴池的側壁上，氣體分布器的中心導氣管延伸至浴池的底壁。進一步地，上述漿態床反應器還包括支撐件，支撐件的第一端與氣體分布管組相連，第二端與漿態床反應器的側壁相連。進一步地，上述浴池的底壁為中間錐頂朝向下方的錐形底壁。進一步地，上述氣體緩沖器室內具有反應氣進管，反應氣進管貫穿氣體緩沖器室的側壁，且其出氣口朝向氣體緩沖器室的底壁。根據本發明的又一方面，還提供了一種粗甲醇合成系統，粗甲醇合成系統包括上述的漿態床反應器，在漿態床反應器中反應氣在催化劑作用下產生生成氣；惰性溶劑回收系統，與漿態床反應器之間具有生成氣輸送管線和惰性溶劑回流管線；粗甲醇回收系統，與惰性溶劑回收系統相連通處理來自惰性溶劑回收系統的生成氣得到分離的粗甲醇和循環氣，且粗甲醇回收系統與漿態床反應器之間具有供部分循環氣進入漿態床反應器的管線；氫氣回收系統，與粗甲醇回收系統相連通回收粗甲醇回收系統的循環氣中的氫氣；反應氣凈化系統，一端與新鮮反應氣源和氫氣回收系統相連通形成進氣管線，另一端與漿態床反應器之間具有供凈化后的新鮮反應氣和氫氣進入漿態床反應器的供氣管線。進一步地，上述粗甲醇合成系統還包括旋風分離器，設置在惰性溶劑回收系統與漿態床反應器之間的生成氣輸送管線上，具有生成氣進口，與生成氣輸送管線連通；氣體出口，與生成氣輸送管線連通；固體出口，與漿態床反應器之間具有固體回流管線。本發明的氣體分布器在工作時，氣體由中心導氣管進入該氣體分布器的氣體分布管組內，并通過氣體分布管組上的通氣孔向下擴散，從而實現了氣體在設置有氣體分布器的空間內均勻分布的效果。而且，在中心導氣管的進氣主管上設置的旋流噴管使氣體在經過進氣主管時一部分通過該旋流噴管噴出，利用氣體噴出的氣壓使氣流上升，進一步優化了氣體分布的效果。
構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中圖I示出了現有技術中DAVY公司的甲醇合成反應器的結構示意圖；圖2根據本發明的氣體分布器的剖視圖，圖中示出了漿態床反應器以及漿態反應器在運行時的最聞液位線；圖3示出了圖2所示的氣體分布器的Q1-Q1向視圖； 圖4示出了圖2所示的氣體分布器的Q2-Q2向視圖；圖5示出了圖2所示的氣體分布器的Q4-Q4向視圖；以及圖6示出了根據本發明一種優選的實施例的粗甲醇合成系統的示意圖。
具體實施例方式需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發明。如圖3至5所不,在本發明一種典型的實施方式中,提供了一種氣體分布器,該氣體分布器包括中心導氣管280、氣體分布管組620和連接管630,氣體分布管組620以中心導氣管280為中心地設置在中心導氣管280的周圍，具有與外界相通的通氣孔650 ;連接管630，連接中心導氣管280和氣體分布管組620 ;中心導氣管280包括進氣主管281和用于噴出周向回旋氣流的多個旋流噴管282，進氣主管281的一端與連接管630連通；旋流噴管282的一端與進氣主管281的周壁相通，另一端為氣體出口。具有上述結構的氣體分布器，氣體由中心導氣管280進入該氣體分布器的氣體分布管組620內，并通過通氣孔650向下擴散，從而實現了氣體在設置有氣體分布器的空間內均勻分布的效果。當將其應用到某一工作裝置中時，所有氣體從通氣孔650向下擴散噴出，當氣體向下當擴散噴出至具有氣體分布器的工作裝置中阻止氣流進一步下沉的組件時，氣體減速至零反向上升或氣體受到組件的阻擋作用而上升，氣體的這種往返流動以及在流動過程中的相互作用使氣體在工作裝置得到均勻分散；而且，在中心導氣管280的進氣主管281上設置的旋流噴管282使氣體在經過進氣主管281時一部分通過該旋流噴管282噴出，利用氣體噴出的氣壓使氣流上升，進一步優化了氣體分布的效果。旋流噴管282可以設置在進氣主管281的同一截面上周向排布，也可以以螺旋狀周向排布在進氣主管281上。在本發明一種優選的實施例中，上述氣體分布管組620包括至少兩個同心設置的環形氣體分布管622，623，624，通氣孔650分布在各環形氣體分布管622，623，624的管壁上，并且孔口朝向下方設置；連接管630沿氣體分布管組620徑向設置且連通各環形氣體分布管622，623，624 ;中心導氣管280的進氣主管281的下端為進氣開口，上端為封閉端；中心導氣管280的各旋流噴管282沿進氣主管281的周向均勻排布，且各旋流噴管282的氣體出口沿偏離進氣主管281的中心軸線的斜下方延伸。由中心導氣管280進入的氣體通過連接管630分散到各環形氣體分布管622，623，624中，然后再由各環形氣體分布管622,623,624上的通氣孔650分散到環形氣體分布管622，623，624的周圍，實現將氣體分布到氣體分布器的周圍的各個部位。
如圖5所示，上述氣體分布器的中心導氣管280的旋流噴管282包括水平部分、垂直部分和傾斜部分，水平部分沿進氣主管281的徑向延伸而連接到進氣主管281的側壁上；垂直部分與水平部分遠離進氣主管281的一端連通并豎直向下延伸；傾斜部分與垂直部分遠離水平部分的一端連通，且傾斜向下延伸，傾斜部分在水平面上的投影沿垂直于水平部分的方向延伸。具有上述結構的旋流噴管282結構簡單，易于安裝，且具有將氣體導向旋流噴管282斜下方的效果。本發明優選出的一種氣體分布器的結構中，如圖4所示，通氣孔650包括斜切孔652，斜切孔652的側壁沿氣體分布管組620的徑向由內向外均向逆時針方向或均向順時針方向傾斜延伸。當氣體通過切向孔652時，氣體可以向氣體分布管組620未覆蓋的區域進行擴散與回流，從而改善了氣體在整個工作裝置的各個部位的分布。為了進一步優化氣體分布效果，如圖4所示，優選通氣孔650還包括第一直孔651，第一直孔651的側壁沿豎直方向延伸，第一直孔651和斜切孔652在各環形氣體分布管622,623,624上間隔排布。當氣體通過第一直孔651時,沿與氣體分布器的軸線平行的方向在氣體分布管組620覆蓋的區域進行擴散與回流。第一直孔651與斜切孔652間隔排布在 環形氣體分布管622，623，624上，可以將環形氣體分布管622，623，624上中的氣體分散到其能夠覆蓋的區域以及管間未能覆蓋的區域，進一步改善了氣體的分布。如圖2和圖3所示，本發明優選出的另一種氣體分布器還包括偶數個與連接管630連通的側導氣管380，側導氣管380相對于中心導氣管280對稱地設置在兩個環形氣體分布管622，623，624之間的連接管630上，且與中心導氣管280同方向延伸。采用中心導氣管280和側導氣管380同時向氣體分布器進氣,使氣體以更均勻的方式進入氣體分布管組620內，從而使各環形氣體分布管接受均勻的進氣方式從而提供均勻的氣體分布方式。如圖3和圖4所示，上述氣體分布器的連接管630包括第一連接管631和第二連接管632，第一連接管631沿最外側的環形氣體分布管623的內徑延伸，穿過氣體分布管622，623，624的中心將各環形氣體分布管622，623，624連通，中心導氣管280與第一連接管631的中心連通；第二連接管632與第一連接管631垂直，并設置在最外側的環形氣體分布管道623與最內側的環形氣體分布管道622之間，且將各環形氣體分布管622，623，624連通，側導氣管380與第二連接管632連通。在氣體分布器內設置相互垂直的第一連接管631和第二連接管632，使得氣體分布管組620中的氣體在各個環形氣體分布管622，623，624之間的流動更順暢；而且，在第一連接管631上設置與其連通的中心導氣管280，在第二連接管632上設置與其連接的側導氣管632,從不同的導氣管道向氣體分布管組620同時供氣,使得氣體充分均勻地分布在整個氣體分布管組620的各個部位，為進一步從通氣孔650擴散提供良好的氣體分布基礎。由于中心導氣管280設置在第一連接管631上，側導氣管380設置在第二連接管632上,為了便于氣體進入氣體分布器，優選第一連接管631位于最內側的環形氣體分布管道622內的管徑大于第一連接管631其余部分的管徑，第一連接管631的管徑小于第二連接管632的管徑。從向氣體分布器供氣以及氣體在氣體分布管組620內更好地分布考慮,側導氣管380的數目越多越好；但本發明優選采用盡可能簡單的結構、盡可能低的成本形成的氣體分布器具有能夠優化的氣體分布效果，因此，本發明優選側導氣管380為兩個且相對于氣體分布管組620的軸線對稱地設置在靠近軸線的第二連接管632上，第二連接管632上未設置側導氣管380的部分具有以中心導氣管280為中心并沿其周向排布的第二直孔653，第一連接管631上沿第一連接管631的長度方向均勻排布有第三直孔654。如圖3和圖4所示，各環形氣體分布管622，623，624的橫截面為圓環形，且位于最內側的環形氣體分布管道622和位于最外側的環形氣體分布管道623的內徑大于位于中間的環形氣體分布管道624的內徑。最內側的環形氣體分布管622的內徑較大時，為由中心導氣管280進入的氣體快速擴散到其余的環形氣體分布管中提供足夠大的通道；同時，由于最外側的環形氣體分布管道623的管徑是最大的，其所覆蓋的區域以及臨近其的區域面 積都較大，為了給上述區域提供足夠的氣體，優選將最外側的環形氣體分布管道623適當的擴大。本發明從氣體分布器的實際應用尺寸考慮，優選第一直孔651在氣體分布管組620所在平面上的投影為直徑為5 80mm的圓，斜切孔652在氣體分布管組620所在平面上的投影為邊長為5 80mm平行四邊形。上述氣體分布器的環形氣體分布管622,623,624的形狀有多種樣式,其外殼為圓環形或橢圓環形或方環形，其內部管道的形狀也可以為圓環形或橢圓環形或方環形，優選各環形氣體分布管622，623，624的橫截面為圓環形，圓環形的內徑為30 300mm。優選從內向外分布的環形氣體分布管道的內徑增大，從而克服了氣體在氣體分布器邊緣處容易分布不均的弊端。如圖5所示，在本發明另一種典型的實施方式中，還提供了一種漿態床反應器，包括上下設置的浴池100和氣體緩沖器室200，浴池100內設置有上述的氣體分布器，氣體分布器的氣體分布管組620固定在浴池100的側壁102上,氣體分布器的中心導氣管280延伸至浴池100的底壁103。當設置有側導氣管380時，側導氣管380也要延伸至浴池100的底壁103。采用上述漿態床反應器合成甲醇時，反應氣進入漿態床反應器底部的氣體緩沖室200，然后由中心導氣管280和側導氣管380進入氣體分布器，對氣體進行初步分配；中心導氣管280的旋流噴管282將通過中心導氣管280內的部分反應氣由旋流噴管282噴出，將沉積在漿態床反應器底部的催化劑顆粒驅離，既能防止由于催化劑沉積導致漿態床反應器底部溫度異常升高出現熱點，又能促進催化劑顆粒在整個反應器浴池內旋流運動。為了更好地進一步說明本發明的漿態床反應器所能實現的效果，優選以氣體分布器的氣體分布管組620具有至少兩個同心設置的環形氣體分布管622,623,624為例，反應氣通過氣體分布器的通氣孔580進入漿態床反應器的浴池100，從第一直孔651出來的反應氣圍繞環形的氣體分布器上升，反應氣通過斜切孔652向兩個環形氣體分布管622，623，624之間或漿態床反應器內壁處朝外噴出彌補在兩個環形氣體分布管622，623，624之間或漿態床反應器內壁離第一直孔581較遠的位置上升的反應氣少的弊端，達到使反應氣在漿態床反應器內更加均勻分布的目的；均勻分布的反應氣與漿態床反應器內浴池100的含催化劑顆粒的惰性溶劑就有更大的接觸面積，從而通過惰性溶劑的流動達到反應熱的最佳移出效果，即這些密集均布的第一直孔581和斜切孔582令原本大股成團反應氣在浴池100中分成很多均布的細股反應氣，增加了反應器與惰性溶劑的接觸面積，提高了浴池100熱交換的效率；同時經壓縮后的高壓反應氣經斜切孔582傾斜噴出，將會推動浴池100的含催化劑顆粒的惰性溶劑做螺旋運動，而運動中的含催化劑顆粒的惰性溶劑反過來推動反應氣旋流，促進反應氣更均勻分布，且由于反應氣路徑的加長，使得催化劑顆粒和反應氣的接觸時間更長，也使得更多的惰性溶劑能夠與反應氣進行傳熱，從而在浴池100內獲得更好的換熱效果。由此可見，在漿態床反應器中在反應氣與惰性溶劑強烈對流，整個漿態床反應器溫度以及氣體分布非常均勻，使得反應速率更快，經測試上述漿態床反應器的單程轉化率較固定床反應器的單程轉化率能提高15 70%左右。當將本發明的氣體分布器安裝在漿態床反應器中時，優選采用以下方式通過將氣體分布管組623固定在漿態床反應器中，即漿態床反應器還包括支撐件680，支撐件680的第一端與氣體分布管組620相連,第二端與衆態床反應器的側壁102相連。通過支撐件680既能實現將氣體分布器穩定在漿態床反應器中又不會影響各自的獨立作用以及協同作用。如圖2所示，當氣體分布器的氣體分布管組620具有至少兩個同心設置的環形氣體分布管622,623,624時,支撐件680的第一端與最外側的環形氣體分布管道623相連。
如圖5所示，本發明為了進一步改善反應氣與沉積在浴池100底壁103上的催化劑的相互作用，有效地將催化劑從底壁103上驅離，優選浴池100的底壁103為中間錐頂朝向下方的錐形底壁。在本發明一種優選的實施例中，上述漿態床反應器的氣體緩沖器室200內具有反應氣進管206，反應氣進管206貫穿氣體緩沖器室200的側壁202，且其出氣口朝向氣體緩沖器室200的底壁203。如圖5所示，外界高壓反應氣通過反應氣進氣管206進入漿態床反應器的氣體緩沖室2后再通過壓力作用向上運動通過中心導氣管280和側導氣管380進入氣體分布器，以完成后續的氣體分布作用，本發明在利用外界高壓反應氣本身的高壓作用上升的同時使高壓反應氣與氣體緩沖室200的底壁之間形成沖擊，從而進一步利用氣體緩沖室200的底壁對高壓反應氣產生的反沖力更加快速地上升至中心導氣管280和側導氣管380，而且，高壓反應氣與氣體緩沖室200的底壁沖擊的同時使反應氣沿沖擊點擴散至較大的范圍，從而使反應氣以更均勻的狀態由中心導氣管280和側導氣管380進入氣體分布器，優化了氣體分布器對反應器的分布效果。如圖6所示，在本發明另一種典型的實施方式中，還提供了一種粗甲醇合成系統，粗甲醇合成系統包括上述的漿態床反應器I、惰性溶劑回收系統、粗甲醇回收系統、反應氣凈化系統和氫氣回收系統，反應氣在漿態床反應器I中在催化劑作用下產生生成氣；惰性溶劑回收系統與漿態床反應器I之間具有生成氣輸送管線和惰性溶劑回流管線；粗甲醇回收系統與惰性溶劑回收系統相連通處理來自惰性溶劑回收系統的生成氣得到分離的粗甲醇和循環氣，且粗甲醇回收系統與漿態床反應器I之間具有供部分循環氣進入漿態床反應器I的管線；氫氣回收系統與粗甲醇回收系統相連通回收粗甲醇回收系統的循環氣中的氫氣；反應氣凈化系統一端與新鮮反應氣源和氫氣回收系統相連通形成進氣管線，另一端與漿態床反應器I之間具有供凈化后的新鮮反應氣和氫氣進入漿態床反應器I的供氣管線。由于本發明的衆態床反應器I的氣體分布器將反應氣均勻分布，同時在衆態床反應器I內部反應氣與惰性溶劑強烈對流，使得整個漿態床反應器I的各個位置的反應溫度比較均勻，在同樣的反應條件下，反應速率加快，單程轉化率較高。來自漿態床反應器I的生成氣經惰性溶劑系統處理后，惰性溶劑從生成氣中分離出來后返回漿態床反應器以便于重復利用；分離出惰性溶劑的生成氣進入粗甲醇回收系統進行粗甲醇的回收；在粗甲醇合成過程中為了避免催化劑中毒，對進入漿態床反應器I的反應器進行凈化處理去除使催化劑中毒的雜質；而且，反應氣在漿態床反應器I中的反應很難完全進行，因此部分未反應的氫氣隨生成氣進入粗甲醇回收系統，為了增加反應氣的利用率并節約成本，采用氫氣回收系統回收粗甲醇回收系統的循環氣中的氫氣。如圖6所示，在本發明一種優選的實施例中，上述的粗甲醇合成系統惰性溶劑回收系統包括惰性溶劑冷凝器2和汽包鍋爐3，惰性溶劑冷凝器2設置在漿態床反應器I與旋風分離器10之間的生成氣輸送管線的延伸管線上，并與旋風分離器10的氣體出口相連通；汽包鍋爐3與惰性溶劑冷凝器2之間具有循環管線。采用惰性溶劑回收系統將經旋風分離器10處理過的生成氣冷卻至100 140°C，使反應氣中夾帶的惰性溶劑凝結并返回漿態床反應氣器1，實現了惰性溶劑的重復利用，節約了粗甲醇合成成本；在將反應氣冷卻的過程中采用來自汽包鍋爐3的液體與反應氣進行熱交換，來自汽包鍋爐3的液體吸熱變成蒸汽返回汽包鍋爐3并進行冷卻或重復利用。如圖6所示，上述優選的實施例中的粗甲醇回收系統包括空冷器4、甲醇分離器5、 第一壓縮機6、冷凝器7和粗甲醇回收裝置，惰性溶劑冷凝器2、空冷器4、甲醇分離器5與粗甲醇回收裝置依次連通用于回收粗甲醇；甲醇分離器5、第一壓縮機6、冷凝器7與粗甲醇回收裝置依次連通用于回收粗甲醇；甲醇分離器5的氣體出口與氫氣回收系統相連通；粗甲醇回收系統的反應氣凈化系統包括第二壓縮機8和反應氣凈化槽9，第二壓縮機8通過氣體進口與氫氣回收系統和新鮮反應氣源相連通；反應氣凈化槽9 一端與第二壓縮機8的氣體出口相連通，另一端與漿態床反應器I相連通。漿態床反應器產生的生成氣經惰性溶劑冷凝器2中的惰性溶劑冷凝后進入空冷器4冷卻至60 70°C，再進入甲醇分離器5進一步冷卻至45°C左右，在甲醇分離器5中得到粗甲醇凝液和氣相的循環氣，粗甲醇凝液進入粗甲醇回收裝置進行進一步處理并回收或直接回收，氣相粗循環氣在甲醇分離器5出口處的壓力約為7. IMPa，然后由第一壓縮機6加壓至約8MPa、66°C，加壓后的粗循環氣進入冷凝器7的殼體內，與冷凝器7的換熱管內的冷卻空氣和循環水進行熱交換后溫度降低至45°C，粗循環氣中的粗甲醇被冷凝下來后進入粗甲醇回收系統，其余的氣態物質經熱交換器與來自汽包鍋爐的熱的汽包蒸汽進行熱交換，熱交換后產生的冷凝液可回收，得到的循環氣被反應氣凈化系統輸送至漿態床反應器I中。第二壓縮機8將來自新鮮反應氣源的新鮮反應氣和來自氫氣回收系統的氫氣壓縮并輸送至反應氣凈化槽9，反應器凈化槽9中裝填有凈化催化劑脫除對甲醇催化劑由毒害作用的微量組分，凈化后的新鮮反應氣和氫氣被輸送至漿態床反應器I進行反應。如圖6所示，上述粗甲醇合成系統還包括旋風分離器10，設置在惰性溶劑回收系統與漿態床反應器I之間的生成氣輸送管線上，具有生成氣進口、氣體出口和固體出口，生成氣進口與生成氣輸送管線連通；氣體出口與生成氣輸送管線連通；固體出口與漿態床反應器I之間具有固體回流管線。避免了小顆粒的催化劑隨生成氣進入惰性溶劑冷凝器2以及后續的裝置對裝置及管路造成堵塞。以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種氣體分布器，所述氣體分布器包括 中心導氣管(280)； 氣體分布管組(620)，以所述中心導氣管(280)為中心地設置在所述中心導氣管(280)的周圍，具有與外界相通的通氣孔(650)； 連接管￠30)，連接所述中心導氣管(280)和氣體分布管組￠20)； 其特征在于，所述中心導氣管(280)包括 進氣主管(281)，一端與所述連接管(630)連通； 用于噴出周向回旋氣流的多個旋流噴管(282)，一端與所述進氣主管(281)的周壁相通，另一端為氣體出口。
2.根據權利要求I所述的氣體分布器，其特征在于， 所述氣體分布管組(620)包括至少兩個同心設置的環形氣體分布管出22，623，624)，所述通氣孔(650)分布在各所述環形氣體分布管出22，623，624)的管壁上，并且孔口朝向下方設置； 所述連接管(630)沿所述氣體分布管組(620)的徑向設置且連通各所述環形氣體分布管(622，623，624)； 所述中心導氣管(280)的進氣主管(281)的下端為進氣開口，上端與所述連接管(630)連通； 所述中心導氣管(280)的各所述旋流噴管(282)沿所述進氣主管(281)的周向均勻排布，且各所述旋流噴管(282)的氣體出口沿偏離所述進氣主管(281)的中心軸線的斜下方延伸。
3.根據權利要求2所述的氣體分布器，其特征在于，所述旋流噴管(282)包括 水平部分，沿所述進氣主管(281)的徑向延伸而連接到所述進氣主管(281)的側壁上； 垂直部分，與所述水平部分遠離所述進氣主管(281)的一端連通并豎直向下延伸； 傾斜部分，與所述垂直部分遠離所述水平部分的一端連通，且傾斜向下延伸，所述傾斜部分在水平面上的投影沿垂直于所述水平部分的方向延伸。
4.根據權利要求2所述的氣體分布器，其特征在于，所述通氣孔(650)包括斜切孔(652)，所述斜切孔￠52)的側壁沿徑向由內向外均向逆時針方向或均向順時針方向傾斜延伸。
5.根據權利要求4所述的氣體分布器,其特征在于,所述通氣孔(650)還包括第一直孔(651)，所述第一直孔￠51)的側壁沿豎直方向延伸，所述第一直孔￠51)與所述斜切孔(652)在各所述環形氣體分布管(622，623，624)上間隔排布。
6.根據權利要求2所述的氣體分布器，其特征在于，所述氣體分布器還包括偶數個與所述連接管(630)連通的側導氣管(380)，所述側導氣管(380)相對于所述中心導氣管(280)兩兩對稱地設置在兩個所述環形氣體分布管(622，623，624)之間的所述連接管(630)上,且與所述中心導氣管(280)同方向延伸。
7.根據權利要求6所述的氣體分布器，其特征在于，所述連接管(630)包括 第一連接管￠31)，沿最外側的環形氣體分布管￠23)的內徑延伸，穿過所述氣體分布管(622，623，624)的中心將各所述環形氣體分布管(622，623，624)連通，所述中心導氣管(280)與所述第一連接管(631)的中心連通； 第二連接管￠32)，與所述第一連接管￠31)垂直，并設置在最外側的環形氣體分布管道(623)與最內側的環形氣體分布管道(622)之間，將各所述環形氣體分布管出22，623，624)連通，所述側導氣管(380)與所述第二連接管(632)連通。
8.根據權利要求7所述的氣體分布器，其特征在于，所述第一連接管(631)位于所述最內側的環形氣體分布管道￠22)內的管徑大于所述第一連接管￠31)其余部分的管徑，所述第一連接管￠31)的管徑小于所述第二連接管￠32)的管徑。
9.根據權利要求8所述的氣體分布器，其特征在于，所述側導氣管(380)為兩個且相對于所述氣體分布管組￠20)的軸線對稱地設置在靠近所述軸線的第二連接管(632)上，所述第二連接管(632)上未設置所述側導氣管(380)的部分具有以所述中心導氣管(280)為中心并沿其周向排布的第二直孔￠53)，所述第一連接管(631)上沿所述第一連接管(631)的長度方向均勻排布有第三直孔￠54)。
10.根據權利要求2至8中任一項所述的氣體分布器，其特征在于，各所述環形氣體分布管(622,623,624)的橫截面為圓環形,且位于最內側的所述環形氣體分布管道(622)和位于最外側的所述環形氣體分布管道￠23)的內徑大于位于中間的所述環形氣體分布管道(624)的內徑。
11.一種漿態床反應器，其特征在于，包括上下設置的浴池(100)和氣體緩沖器室(200)，所述浴池(100)內設置有權利要求I至10中任一項所述的氣體分布器，所述氣體分布器的氣體分布管組(620)固定在所述浴池(100)的側壁(102)上,所述氣體分布器的中心導氣管(280)延伸至所述浴池(100)的底壁(103)。
12.根據權利要求11所述的漿態床反應器，其特征在于，所述漿態床反應器還包括支撐件￠80)，所述支撐件￠80)的第一端與所述氣體分布管組(620)相連，第二端與所述漿態床反應器的側壁(102)相連。
13.根據權利要求11所述的漿態床反應器，其特征在于，所述浴池(100)的底壁(103)為中間錐頂朝向下方的錐形底壁。
14.根據權利要求11至13中任一項所述的漿態床反應器，其特征在于，所述氣體緩沖器室(200)內具有反應氣進管(206)，所述反應氣進管(206)貫穿所述氣體緩沖器室(200)的側壁(202)，且其出氣口朝向所述氣體緩沖器室(200)的底壁(203)。
15.一種粗甲醇合成系統，其特征在于，所述粗甲醇合成系統包括 權利要求11至14中任一項所述的漿態床反應器(I)，在所述漿態床反應器(I)中反應氣在催化劑作用下產生生成氣； 惰性溶劑回收系統，與所述漿態床反應器(I)之間具有生成氣輸送管線和惰性溶劑回流管線； 粗甲醇回收系統，與所述惰性溶劑回收系統相連通處理來自所述惰性溶劑回收系統的生成氣得到分離的粗甲醇和循環氣，且所述粗甲醇回收系統與所述漿態床反應器(I)之間具有供部分所述循環氣進入所述漿態床反應器(I)的管線； 氫氣回收系統，與所述粗甲醇回收系統相連通回收所述粗甲醇回收系統的循環氣中的氫氣; 反應氣凈化系統，一端與新鮮反應氣源和所述氫氣回收系統相連通形成進氣管線，另一端與所述漿態床反應器(I)之間具有供凈化后的新鮮反應氣和氫氣進入所述漿態床反應器(I)的供氣管線。
16.根據權利要求15所述的粗甲醇合成系統，其特征在于，所述粗甲醇合成系統還包括旋風分離器(10)，設置在所述惰性溶劑回收系統與所述漿態床反應器(I)之間的生成氣輸送管線上，具有 生成氣進口，與所述生成氣輸送管線連通； 氣體出口，與所述生成氣輸送管線連通； 固體出口，與所述漿態床反應器(I)之間具有固體回流管線。
全文摘要
本發明提供了一種氣體分布器及包括其的漿態床反應器、粗甲醇合成系統。該氣體分布器包括中心導氣管；氣體分布管組，以中心導氣管為中心地設置在中心導氣管的周圍，具有與外界相通的通氣孔；連接管，連接中心導氣管和氣體分布管組；中心導氣管包括進氣主管，一端與連接管連通；用于噴出周向回旋氣流的多個旋流噴管，一端與進氣主管的周壁相通，另一端為氣體出口。本發明的氣體分布器在工作時，氣體由中心導氣管進入氣體分布管組內，并通過氣體分布管組的通氣孔實現了氣體均勻分布的效果，在中心導氣管的進氣主管上設置的旋流噴管使氣體在經過進氣主管時一部分通過該旋流噴管噴出，利用氣體噴出的氣壓使氣流上升，進一步優化了氣體分布的效果。
文檔編號C07C31/04GK102872769SQ20121037177
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月28日 優先權日2012年9月28日
發明者唐煜 申請人:神華集團有限責任公司, 中國神華煤制油化工有限公司, 中國神華煤制油化工有限公司包頭煤化工分公司