专利名称：一种管壳式合成塔的制作方法
技术领域：
本实用新型属于化工工艺中催化反应器领域，具体涉及一种用于甲醇合成/费托合成/一氧化碳变换/乙二醇合成反应的管壳式合成塔。
背景技术：
合成塔是煤、石油与化学工业中最常见的一种反应压力容器，尤其在合成氨和甲醇以及一氧化碳变换等工业过程中应用更为广泛。合成塔的结构型式种类很多，按换热形式分类，可分为冷激式、内冷式和外冷式三种类型。现有的外冷式合成塔其主要结构形式为包括壳体、上管板、下管板、反应管，上管板和下管板分别与壳体固定连接，并由此形成一个密闭空间，反应管的两端则分别焊接在上管板和下管板上并与上管板上部的壳体空间、下管板下部的壳体空间导通。反应气体进入管内，在催化剂作用下进行合成反应。合成反应一般是一个放热的过程，其合成过程都是在高温、高压环境下进行的；而在上述环境中，反应管会因受热产生膨胀，反应管与壳体温度不同，材质不同，受热产生的膨胀量不同， 从而导致反应管与上管板和下管板之间的焊接结构出现屈服，或者会导致上管板、下管板与外壳筒体之间的焊接结构出现松动，最后出现间隙导致整个合成塔不能正常工作。目前减小反应管的膨胀系数成为改变上述缺陷的重要研究方向，国外进口的同类合成塔中的反应管现都采用双金属复合材料制成，其热膨胀系数在3.0以下，故进口的合成塔的使用年限一般在10年左右，但合成塔一般都在百吨以上，耗材庞大，故进口设备的价格非常昂贵， 基本都在四千万以上；现国内也有很多同样结构的合成塔生产，但由于使用材料的膨胀系数偏大而使用年限一般为1-3年，浪费大量的人力物力。
发明内容为克服上述缺陷，本实用新型提供一种结构合理、使用寿命长的管壳式合成塔，有效解决了现有技术中因热胀冷缩而出现的结构破坏问题。为实现上述目的，一种管壳式合成塔，包括壳体，其包括筒体和上、下两个外球形封头；内球形封头，容置于壳体上端的外球形封头内并与外球形封头之间留有轴向间隙，所述内球形封头下端开口且所述开口端与上管板外缘密封连接；上管板，设置在所述壳体内的上部与内球形封头密封连接，且与壳体之间留有间隙；下管板，设置在所述壳体内的下部并与壳体密封连接；反应管，每根反应管竖直穿插在所述上管板和下管板之间并分别与上管板和下管板密封连接，所述反应管管内填充有催化剂；进气管，其下端与内球形封头导通并密封相连；上端穿过上部的外球形封头并与外球形封头动密封连接；所述下管板以上的壳体上设有进水口和出水口 ；所述每根反应管的两端分别与上部的内球形封头、下部的外球形封头导通。作为本实用新型的进一步改进所述外球形封头的顶端设有密封短接管，所述密封短接管套接在进气管上并与进气管动密封连接。作为本实用新型的优选实施例所述密封短接管与之进气管间的动密封为填料密封，其中进气管与密封短接管之间组成一个填料腔，在填料腔开口端设置法兰盘通过螺钉实现压紧密封连接，制作简单，装填方便，动密封效果好。本实用新型的另一优选实施例为所述密封短接管与进气管之间的动密封为波形补偿器，利用其工作主体波纹管的有效伸缩变形来吸收合成塔的壳体与反应管之间由于热胀冷缩等原因产生的尺寸变化。本实用新型突破了原有合成塔中上管板、下管板分别与壳体固定并形成密封空间的结构；其将上管板释放，增加内球形封头，使上、下管板之间和内、外球形封头之间组成一个新的密封体；而当反应管受热膨胀时，由于反应管下端固定，则反应管会向上撑起上管板一起运动，由于内、外球形封头之间留有的轴向间隙保证了上管板的上移距离，从而真正从结构上解决了由于膨胀系数和膨胀量的差异损坏合成塔的问题，大大延长了合成塔的使用寿命。同理采用上述结构后，改变了原制造过程中对材料的依赖性，使用普通不锈钢即可生产，大幅度的降低了制造成本。
图1为本实用新型的装配结构示意图；图2为图1中A部分放大图；图3为图1中B部分放大图；图4为图1中C部分放大图；图5为实施例2中动密封结构示意图。图中1为壳体；1-1为上外球形封头；1-2为筒体；1-3为下外球形封头；2为上管板；3为下管板；4为反应管；5为内球形封头；6为进气管；7为进水口 ；8为出水口 ；9为密封短接管；10为填料腔；11为法兰盘；12为波形补偿器；13出口管。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。实施例，如图1、图2、图3所示，本实用新型涉及一种管壳式合成塔，包括壳体1、上管板2、反应管4、下管板3、内球形封头5、进气管6和出口管13，其中，壳体1包括筒体1_2 和上、下两个外球形封头，所述上外球形封头1-1下端开口且其开口端与筒体焊接密封；内球形封头5容置于壳体1上端的上外球形封头1-1内，其下端开口且所述开口端与上管板 2外缘焊接密封；上管板2和壳体1之间留有间隙，且上管板2上具有多个插孔；在壳体1 内的上下管板之间还具有多根反应管4，每根反应管4内填充有催化剂，每根反应管4的上端都穿过上管板2并与上管板2的一个插孔密闭连接，反应管4的上部端口与内球形封头 5导通；下管板3也具有多个插孔，反应管4的另一端都穿过下管板3并与每一个插孔密闭连接；下管板3和筒体1下部焊接密封，下外球形封头1-3开口向上且其开口端与下管板3 的外缘焊接密封；所述反应管4的下部端口与下外球形封头1-3相导通；出口管13焊接在下外球形封头1-3的底部并导通；进气管6的下端与内球形封头5导通并焊接密封，而其上端与上外球形封头1-1动密封连接。催化剂通过进气管6装入。所述壳体的筒体1-2上设有进水口和出水口，合成塔工作时，由汽包下降管来的饱和水由下端的进水口进入由上管板2、下管板3与筒体1-2，内球形封头5与上外球形封头1-1之间的间隙组成的密封腔体内，受热后的汽水混合物从上部出水口通过管道与外部汽包连接。如图4所示进气管6与上外球形封头1-1动密封连接具体为在外球形封头1-1 的顶端设有密封短接管9，所述密封短接管9套接在进气管6的外侧并与进气管6之间组成一个填料腔10，填料腔10内放有多根弹性密封条，在填料腔开口端设有法兰盘11，所述法兰盘11通过螺钉与密封短接管9连接，并压紧腔体内的填料实现填料密封连接。实施例2 在图1的基础上，用另一种结构方式实现进气管6与上外球形封头1-1 动密封连接，如图5所示在外球形封头1-1的顶端设有密封短接管9，所述密封短接管9套接在进气管6的外侧，所述密封短接管9为波形补偿器，波形补偿器9的上端与进气管6焊接相连。利用波形补偿器的工作主体波纹管的有效伸缩变形来吸收壳体与反应管之间的膨胀差，大大延长合成塔的整体使用寿命。本实用新型的合成塔工作时，来自入塔气预热器的气温约200摄氏度左右的原料气从合成塔顶部的进气管进入该合成塔内的反应管中，自上而下轴向流过反应管中的催化剂床层，发生催化放热反应，反应后的气体则通过下外球形封头底部的出口管流出进入下一个设备，进水口和出水口用于饱和水的流通带走部分反应热。本实用新型是一种高效，节能型合成塔，通过将反应管束浸在饱和水中，使得可以有效地调节催化剂床层的温度均勻，催化剂的时空产率高、使用寿命长。本实用新型通过在壳体内形成一块可上下浮动的上管板结构，且反应管可带动上管板一起上下浮动；有效的补偿了由于热胀冷缩所引起的反应管长度伸缩量的变化以及与壳体之间的膨胀差，克服了原有结构中反应管与管板、管板与壳体之间焊接易屈服的缺陷，一方面降低了对材料的要求，可采用普通不锈钢等材料制造，大大降低了制造成本，另一方面可以大大提高合成塔的使用寿命，经实验分析，本合成塔的使用年限在15年以上。以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其进行限制，而本领域的普通技术人员在理解的基础上对实用新型的技术方案进行修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本实用新型方案的精神和保护范围。
权利要求1.一种管壳式合成塔，其特征在于包括壳体，其包括筒体和上、下两个外球形封头；内球形封头，容置于壳体上端的外球形封头内并与外球形封头之间留有轴向间隙，所述内球形封头下端开口且所述开口端与上管板外缘密封连接；上管板，设置在所述壳体内的上部与内球形封头密封连接，且与壳体之间留有间隙；下管板，设置在所述壳体内的下部并与壳体密封连接；反应管，每根反应管竖直穿插在所述上管板和下管板之间并分别与上管板和下管板密封连接，所述反应管管内填充有催化剂；进气管，其下端与内球形封头导通并密封相连；上端穿过上部的外球形封头并与外球形封头动密封连接；所述下管板以上的壳体上设有进水口和出水口 ；所述每根反应管的两端分别与上部的内球形封头、下部的外球形封头导通。
2.根据权利要求1所述的管壳式合成塔，其特征在于所述外球形封头的顶端设有密封短接管，所述密封短接管套接在进气管上并与进气管动密封连接。
3.根据权利要求2所述的管壳式合成塔，其特征在于所述密封短接管与进气管之间为填料密封，其中密封短接管与进气管之间组成一个填料腔，在填料腔开口端设置法兰盘通过螺钉实现压紧密封连接。
4.根据权利要求2所述的管壳式合成塔，其特征在于所述密封短接管与进气管之间为波形补偿器密封连接。
专利摘要本实用新型涉及一种管壳式合成塔，包括壳体，容置于壳体上端的外球形封头内的内球形封头；上管板；下管板，反应管；进气管；所述下管板以上的壳体上设有进水口和出水口；所述每根反应管的两端分别与上部的内球形封头、下部的外球形封头导通。本实用新型结构合理、使用寿命长，有效解决了现有技术中因热胀冷缩而出现的结构破坏问题。
文档编号B01J8/06GK202212182SQ20112023217
公开日2012年5月9日 申请日期2011年7月4日 优先权日2011年7月4日
发明者邵金山, 闫常群 申请人:常州市金州化工科技有限公司