用于煤制甲醇含氨尾气生产碳酸氢铵的碳化塔论文和设计-张建国

全文摘要

本实用新型公开了一种用于煤制甲醇含氨尾气生产碳酸氢铵的碳化塔，其包括设置于碳化塔中部或中下部的进气管、与进气管通过法兰相连接的气体分布器、以及平行排列的多个冷却器；所述多个冷却器设置为能够降低碳化塔内气体的温度；所述多个冷却器分别与所述气体分布器平行排列；所述进气管向外延伸的端部为进气口；所述进气口设置为能够向碳化塔供给煤制甲醇含氨尾气；所述气体分布器设置为使煤制甲醇含氨尾气在碳化塔内均匀分布。本实用新型的碳化塔易于降低塔内温度、大大提高碳酸氢铵产量，同时大大减少母液量的产生。

主设计要求

1.一种用于煤制甲醇含氨尾气生产碳酸氢铵的碳化塔，其特征在于，包括设置于碳化塔中部或中下部的进气管、与进气管通过法兰相连接的气体分布器、以及平行排列的多个冷却器；所述多个冷却器设置为能够降低碳化塔内气体的温度；所述多个冷却器分别与所述气体分布器平行排列；所述进气管向外延伸的端部为进气口；所述进气口设置为能够向碳化塔供给煤制甲醇含氨尾气；所述气体分布器设置为使煤制甲醇含氨尾气在碳化塔内均匀分布。

设计方案

1.一种用于煤制甲醇含氨尾气生产碳酸氢铵的碳化塔，其特征在于，包括设置于碳化塔中部或中下部的进气管、与进气管通过法兰相连接的气体分布器、以及平行排列的多个冷却器；

所述多个冷却器设置为能够降低碳化塔内气体的温度；所述多个冷却器分别与所述气体分布器平行排列；

所述进气管向外延伸的端部为进气口；所述进气口设置为能够向碳化塔供给煤制甲醇含氨尾气；

所述气体分布器设置为使煤制甲醇含氨尾气在碳化塔内均匀分布。

2.根据权利要求1所述的碳化塔，其特征在于，所述气体分布器包括一体成型的分气主管和分气支管；

所述分气主管的结构为中空的圆柱体；所述分气主管的侧壁设置有多个出气孔；位于分气主管的圆柱体的中心线所在水平面附近的侧壁上的相邻出气孔之间的夹角α为9～15°；朝向碳化塔顶部的分气主管的侧壁上的相邻出气孔之间的夹角β为20～25°。

3.根据权利要求2所述的碳化塔，其特征在于，所述碳化塔还包括紧固装置和支撑梁；所述分气主管通过紧固装置固定在支撑梁上；所述支撑梁的长度方向与所述分气主管的侧壁的长度方向相互垂直。

4.根据权利要求3所述的碳化塔，其特征在于，所述紧固装置包括U型螺栓和螺母；

所述U型螺栓的封闭端与所述分气主管的侧壁的上端部相接触，所述U型螺栓的开口端的两个支脚分别贯穿所述支撑梁上的两个通孔并分别被所述螺母紧固。

5.根据权利要求4所述的碳化塔，其特征在于，所述分气支管为管状结构，其与分气主管连通；所述分气支管的上端朝向碳化塔顶部，下端固定在所述分气主管的圆柱体的侧壁的中部并与所述分气主管相垂直。

6.根据权利要求5所述的碳化塔，其特征在于，所述分气支管的上端的端面为圆形，其上设置有多个出气孔；所述分气支管的侧壁设置有多个出气孔。

7.根据权利要求1所述的碳化塔，其特征在于，所述多个冷却器中，一部分为单循环冷却器，另一部分为3个冷却器串联形成的冷却器组。

8.根据权利要求1所述的碳化塔，其特征在于，所述多个冷却器中，一部分为单循环冷却器，另一部分为2个冷却器串联形成的冷却器组。

9.根据权利要求7或8所述的碳化塔，其特征在于，所述冷却器组的数量为1～20组。

10.根据权利要求7或8所述的碳化塔，其特征在于，所述单循环冷却器包括由下至上依次设置的第一冷却器、第二冷却器和第三冷却器；所述进气口设置于第二冷却器与第三冷却器之间。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种碳化塔，尤其是一种用于煤制甲醇含氨尾气生产碳酸氢铵的碳化塔。

背景技术

煤制甲醇技术是采用水煤浆加压气化技术，粗煤气中有大量水蒸汽，蒸汽冷凝液溶解一氧化碳、二氧化碳、氨等物质，经变换汽提塔汽提后液相返回制水煤浆，尾气含有二氧化碳、氨、氢气、水蒸气等气体，若将尾气进行焚烧处理，焚烧时需消耗大量天然气，同时将二氧化碳、氨等资源浪费。若将碳酸氢铵生产技术应用到煤制甲醇含氨尾气的处理，可以实现资源有效利用，减少资源浪费。

传统碳酸氢铵生产技术是采用浓氨水吸收原料气中的二氧化碳，变换气冷却到常温进入碳化塔，一般由碳化塔底部进入。碳化塔是碳酸氢铵生产所需的主要设备。传统碳化塔的进气口设置在碳化塔的底部。若将传统碳化塔用于煤制甲醇含氨尾气生产碳酸氢铵工艺，由于煤制甲醇尾气中含有二氧化碳、氨、氢气、水蒸气等混合气体，且温度较高为115～125℃，煤制甲醇尾气由碳化塔底部进入，不仅造成碳化塔内的气体分布不均匀，而且容易造成碳化塔底部温度较高，使形成的碳酸氢铵结晶溶解，晶粒变小，严重影响碳酸氢铵产量，同时产生大量母液，出现氨水过剩，母液需定时外排等问题。

CN203715293U公开了一种用于碳酸氢铵生产过程中的碳化塔气体分布器，其包括设置于碳化塔内依次连通的进气总管、进气管和集气管，所述集气管四周连通有均匀设置的多个上层分气支管和多个下层分气支管，上层分气支管所在平面位于下层分气支管所在平面之上，上层分气支管和下层分气支管交叉分布，在同一垂直面上不重叠；进气管、上层分气支管和下层分气支管上设置有喷气嘴；集气管底部设置有集气管封液槽，上层分气支管底部设置有上层分气支管封液槽，下层分气支管底部设置有下层分气支管封液槽；该碳化塔气体分布器使碳化塔底部二氧化碳气体均匀分布。上述专利文献从碳化塔的底部进原料，不适用于煤制甲醇含氨尾气生产碳酸氢铵。

CN208050466U公开了一种碳酸氢铵碳化塔塔内结晶物清除装置，其包括：喷淋装置，所述喷淋装置设置在碳化塔顶壁与位于碳化塔内顶部的挡流板之间，所述喷淋装置与氨水管线连通，所述喷淋装置呈环形管状结构，所述环形管状结构上设置有三排喷淋孔，其中第一排喷淋孔位于所述环形管状结构的顶端，为垂直喷淋孔；第二排喷淋孔位于所述环形管状结构的外端部，为水平喷淋孔；第三排喷淋孔位于所述第一排喷淋孔与所述第二排喷淋孔之间，为45°喷淋孔；该碳酸氢铵碳化塔可以360°无死角地溶解清除挡流板上方、塔壁及水箱上附着的铵盐。CN202415182U公开了一种碳酸氢铵碳化塔塔顶铵盐清理装置，包括：喷淋装置，所述喷淋装置设置在碳化塔顶壁与位于碳化塔内顶部的挡流板之间，所述喷淋装置与氨水管线连通；该喷淋装置包括两个对接的半环形管状结构，所述半环形管状结构上设有若干喷淋孔；该碳酸氢铵碳化塔塔顶铵盐清理装置，可以及时地清理堆积在塔顶与挡流板之间的铵盐。上述专利文献均公开了从碳化塔的顶部进氨水，不适用于煤制甲醇含氨尾气生产碳酸氢铵。

因此，目前亟需开发一种用于煤制甲醇含氨尾气生产碳酸氢铵的碳化塔，其易于降低塔内温度、大大提高碳酸氢铵产量，同时大大减少母液量的产生。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于煤制甲醇含氨尾气生产碳酸氢铵的碳化塔，其易于降低塔内温度、大大提高碳酸氢铵产量，同时大大减少母液量的产生。

本实用新型采用如下技术方案实现上述目的。

本实用新型提供一种用于煤制甲醇含氨尾气生产碳酸氢铵的碳化塔，其包括设置于碳化塔中部或中下部的进气管、与进气管通过法兰相连接的气体分布器、以及平行排列的多个冷却器；所述多个冷却器设置为能够降低碳化塔内气体的温度；所述多个冷却器分别与所述气体分布器平行排列；所述进气管向外延伸的端部为进气口；所述进气口设置为能够向碳化塔供给煤制甲醇含氨尾气；所述气体分布器设置为使煤制甲醇含氨尾气在碳化塔内均匀分布。

根据本实用新型的碳化塔，优选地，所述气体分布器包括一体成型的分气主管和分气支管；所述分气主管的结构为中空的圆柱体，分气主管的侧壁设置有多个出气孔；位于分气主管的圆柱体的中心线所在水平面附近的侧壁上的相邻出气孔之间的夹角α为9～15°；朝向碳化塔顶部的分气主管的侧壁上的相邻出气孔之间的夹角β为20～ 25°。

根据本实用新型的碳化塔，优选地，所述碳化塔还包括紧固装置和支撑梁；所述分气主管通过紧固装置固定在支撑梁上；所述支撑梁的长度方向与所述分气主管的侧壁的长度方向相互垂直。

根据本实用新型的碳化塔，优选地，所述紧固装置包括U型螺栓和螺母；所述U型螺栓的封闭端与所述分气主管的侧壁的上端部相接触，所述U型螺栓的开口端的两个支脚分别贯穿所述支撑梁上的两个通孔并分别被所述螺母紧固。

根据本实用新型的碳化塔，优选地，所述分气支管为管状结构，其与分气主管连通；所述分气支管的上端朝向碳化塔顶部，下端固定在所述分气主管的圆柱体的侧壁的中部并与所述分气主管相垂直。

根据本实用新型的碳化塔，优选地，所述分气支管的上端的端面为圆形，其上设置有多个出气孔；所述分气支管的侧壁设置有多个出气孔。

根据本实用新型的碳化塔，优选地，所述多个冷却器中一部分为单循环冷却器，另一部分为3个冷却器串联形成的冷却器组。

根据本实用新型的碳化塔，优选地，所述多个冷却器中一部分为单循环冷却器，另一部分为2个冷却器串联形成的冷却器组。

根据本实用新型的碳化塔，优选地，所述冷却器组的数量为1～ 20组。

根据本实用新型的碳化塔，优选地，所述单循环冷却器包括由下至上依次设置的第一冷却器、第二冷却器和第三冷却器；所述进气口设置于第二冷却器与第三冷却器之间。

本实用新型的用于煤制甲醇含氨尾气生产碳酸氢铵的碳化塔将进气管设置于碳化塔的中部或中下部，易于降低塔内温度、大大提高碳酸氢铵产量，同时大大减少母液量的产生。根据本实用新型优选的技术方案，气体分布器的分气主管与分气支管相互垂直且均设置有多个出气孔，使气体轴、径方向混流，使碳化塔内气体分布更加均匀。根据本实用新型优选的技术方案，进气管周围设置单循环冷却器，及时移走冷凝热，大大降低塔内温度。

附图说明

图1为本实用新型的一种用于煤制甲醇含氨尾气生产碳酸氢铵的碳化塔的结构示意图。

图2为图1的碳化塔中虚线框M内的部件的放大示意图。

图3为图2中气体分布器的俯视图。

图4为图2中分气支管的A向俯视图。

图5为图4中分气主管的B向剖视图。

附图标记说明如下：

1-气体分布器；11-分气主管；12-分气支管；13-出气孔；2-进气管；21-进气口；3-法兰；4-紧固装置；41-U型螺栓；42-螺母；5-支撑梁；6-第一冷却器；7-第二冷却器；8-第三冷却器；9-冷却器组。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步的说明，但本实用新型的保护范围并不限于此。

本实用新型的碳化塔包括设置于碳化塔中部或中下部的进气管、与进气管通过法兰相连接的气体分布器、以及平行排列的多个冷却器。本实用新型的碳化塔可以用于煤制甲醇含氨尾气生产碳酸氢铵，其易于降低塔内温度、大大提高碳酸氢铵产量，同时大大减少母液量的产生。

本实用新型中，所述多个冷却器设置为能够降低碳化塔内气体的温度。冷却器可以为水冷却器，也可以为其他冷却介质的冷却器；优选为水冷却器。所述多个冷却器分别与所述气体分布器平行排列。所述进气管向外延伸的端部为进气口。所述进气口设置为能够向碳化塔供给煤制甲醇含氨尾气。所述气体分布器设置为使煤制甲醇含氨尾气在碳化塔内均匀分布。

本实用新型中，进气管可以设置于碳化塔中部或中下部的任意位置。将进气管设置于碳化塔中部或中下部，使热反应区不在碳化液取出段，保证碳化塔内生成的碳酸氢铵结晶不被二次溶解，较好地解决碳酸氢铵产量小，母液产生量大的问题。同时，相较于进气管设置于碳化塔底部，将进气管设置于碳化塔中部或中下部，改变气流方向，减少气流对塔壁和冷却器的冲刷。

本实用新型中，气体分布器包括一体成型的分气主管和分气支管。分气主管的形状不做限制，可以为方形、柱形、棱形或其他不规则形状。分气支管的形状不做限制，可以为方形、柱形、棱形或其他不规则形状。分气支管的数量不做限制，可以为1个，也可以为多个。

分气主管的结构优选为中空的圆柱体。分气主管的侧壁设置有多个出气孔。在某些实施方案中，分气主管的底壁不设置孔隙。分气主管通过紧固装置固定在支撑梁上。支撑梁的长度方向与所述分气主管的侧壁的长度方向相互垂直。位于分气主管的圆柱体的中心线所在水平面附近的侧壁上的相邻出气孔之间的夹角α为9～15°，优选为 10～13°。朝向碳化塔顶部的分气主管的侧壁上的相邻出气孔之间的夹角β为20～25°，优选为22～23°。这样有利于改善含氨尾气的均匀分布。根据本实用新型的一个具体实施方式，位于分气主管的圆柱体的中心线所在水平面附近的侧壁的出气孔密度大于朝向碳化塔顶部的侧壁的出气孔密度。

紧固装置包括U型螺栓和螺母。U型螺栓的数量不做限制，优选为2～4个。每个U型螺栓可以与两个螺母相匹配。每个U型螺栓的封闭端与分气主管的侧壁的上端部相接触。每个U型螺栓的开口端的两个支脚分别贯穿所述支撑梁上的两个通孔并分别被螺母紧固。

分气支管与分气主管相连通其可以为管状结构，其上端朝向碳化塔顶部，下端固定在所述分气主管的圆柱体侧壁的中部并与所述分气主管相垂直。分气支管的上端的端面为圆形，其上设置有多个出气孔。分气支管的侧壁可以设置有多个出气孔，也可以不设置出气孔；优选地，分气支管的侧壁均匀分布有多个出气孔。分气支管的数量优选为1～6个。分气支管的直径可以为分气主管的直径的0.2～1倍，优选为0.3～1倍。根据本实用新型的一个具体实施方式，分气支管的数量为1个。分气支管的直径与分气主管的直径相同。

本实用新型中，上述气体分布器的结构设计，有利于使煤制甲醇含氨尾气在碳化塔内均匀分布。出气孔的设置有利于增加气体分布器的气流开孔面积，降低气体进入结晶器的速度，减少气流夹带晶体，减轻对冷却器的冲刷。

本实用新型中，所述多个冷却器可以为多个单循环冷却器，也可以为多组冷却器组，还可以为多个单循环冷却器和多组冷却器组的组合。

根据本实用新型的碳化塔，优选地，所述多个冷却器为多个单循环冷却器和多组冷却器组的组合。单循环冷却器为自成循环系统的单个冷却器。单循环冷却器的数量可以为1～10个，优选为2～6个，更优选为2～4个。冷却器组是指2个以上冷却器串联形成的冷却器组。冷却器组的数量可以为1～100组，优选为1～20组，更优选为 2～8组。根据本实用新型的一个实施方式，冷却器组为2个冷却器串联形成的冷却器组。根据本实用新型的又一个实施方式，冷却器组为3个冷却器串联形成的冷却器组。根据本实用新型的再一个实施方式，冷却器组中一部分为2个冷却器串联形成的冷却器组，另一部分为3个冷却器串联形成的冷却器组。

根据本实用新型的碳化塔，优选地，单循环冷却器包括由下至上依次设置的第一冷却器、第二冷却器和第三冷却器。其中，第一冷却器靠近碳化塔底部。单循环冷却器循环时间短，有利于加快循环速度，加快降低碳化塔内的气体温度，进一步有利于提高碳酸氢铵产量，同时大大减少母液量的产生。

根据本实用新型的碳化塔，进气管优选为设置于以下位置之一：

(1)进气管设置于第二冷却器与第三冷却器之间；

(2)进气管设置于第一冷却器与第二冷却器之间；

(3)进气管设置于第三冷却器与冷却器组之间。

根据本实用新型的一个实施方式，进气管设置于第二冷却器与第三冷却器之间。进气管周围设置单循环冷却器，及时移走冷凝热，大大降低塔内温度，进一步有利于提高碳酸氢铵产量，同时大大减少母液量的产生。

根据本实用新型的又一个实施方式，进气管设置于第一冷却器与第二冷却器之间。进气管周围设置单循环冷却器，及时移走冷凝热，明显降低塔内温度，进一步有利于提高碳酸氢铵产量，同时明显减少母液量的产生。

根据本实用新型的再一个实施方式，进气管设置于第三冷却器与冷却器组之间。进气管周围设置单循环冷却器与冷却器组，及时移走冷凝热，明显降低塔内温度，进一步有利于提高碳酸氢铵产量，同时明显减少母液量的产生。

本实用新型的碳化塔也可以作为其他方法生产碳酸氢铵的碳化塔，例如采用浓氨水与二氧化碳生产碳酸氢铵的碳化塔。

实施例1<\/u>

图1为本实用新型的一种用于煤制甲醇含氨尾气生产碳酸氢铵的碳化塔的结构示意图。图2为图1的碳化塔中虚线框M的放大示意图。图3为气体分布器的俯视图。图4为分气支管的A向俯视图。图 5为分气主管的B向剖视图。如图1～5所示，用于煤制甲醇含氨尾气生产碳酸氢铵的碳化塔包括设置于碳化塔中部或中下部的进气管 2、与进气管2通过法兰3相连接的气体分布器1、以及平行排列的多个冷却器。多个冷却器分别与气体分布器1平行排列。进气管2向外延伸的端部为进气口21，进气口21为能够向碳化塔供给煤制甲醇含氨尾气。多个冷却器均为水冷却器，其能够降低碳化塔内气体的温度。

气体分布器1包括一体成型的分气主管11和分气支管12。分气主管11的结构为中空的圆柱体。分气主管11的侧壁设置有多个出气孔13。位于分气主管11的圆柱体的中心线所在水平面附近的侧壁的出气孔密度大于朝向碳化塔顶部的侧壁的出气孔密度；位于分气主管 11的圆柱体的中心线所在水平面附近的侧壁的相邻出气孔之间的夹角α为11.25°；朝向碳化塔顶部的侧壁的相邻出气孔之间的夹角β为 22.5°。分气主管11通过紧固装置4固定在支撑梁5上。支撑梁5的长度方向与所述分气主管11的侧壁的长度方向相互垂直。紧固装置 4为U型螺栓41和螺母42。U型螺栓41为2个。每个U型螺栓41 的封闭端与分气主管11的侧壁的上端部相接触，每个U型螺栓41的开口端的两个支脚分别贯穿支撑梁5上的2个通孔并分别被螺母42 紧固。分气支管12为管状结构，与分气主管11相连通。分气支管 12的上端朝向碳化塔顶部，下端固定在分气主管11的圆柱体的侧壁的中部并与分气主管11相垂直。分气支管12的上端的端面为圆形，其上均匀分布有多个出气孔13。分气支管12的侧壁也均匀分布有多个出气孔13。分气支管12的直径与分气主管11的直径相同。

多个冷却器中一部分为单循环冷却器，另一部分为3个冷却器串联形成的冷却器组9。冷却器组的数量为3组。单循环冷却器包括由下至上依次设置的第一冷却器6、第二冷却器7和第三冷却器8。其中，第一冷却器6靠近碳化塔底部。

进气管2设置于第二冷却器7与第三冷却器8之间。将进气管2 设置于碳化塔中下部，使热反应区不在碳化液取出段，保证碳化塔内生成的碳酸氢铵结晶不被二次溶解，较好地解决碳酸氢铵产量小，母液产生量大的问题。同时，相较于进气管设置于碳化塔底部，将进气管设置于碳化塔中下部，改变气流方向，减少气流对塔壁和冷却器的冲刷。

实施例2<\/u>

除了以下设置之外，其余部件和连接关系与实施例1相同：进气管2设置于第一冷却器6与第二冷却器7之间。

实施例3<\/u>

除了以下设置之外，其余部件和连接关系与实施例1相同：进气管2设置于第三冷却器8与冷却器组9之间。

实施例4<\/u>

除了以下设置之外，其余部件和连接关系与实施例1相同：多个冷却器中一部分为单循环冷却器，另一部分为2个冷却器串联形成的冷却器组。

实施例5<\/u>

除了以下设置之外，其余部件和连接关系与实施例1相同：多个冷却器中一部分为单循环冷却器，一部分为2个冷却器串联形成的冷却器组，还有一部分为3个冷却器串联形成的冷却器组。

实施例6<\/u>

除了以下设置之外，其余部件和连接关系与实施例1相同：冷却器组的数量为8组。

实施例7<\/u>

除了以下设置之外，其余部件和连接关系与实施例1相同：分气支管12的数量为3个。

本实用新型并不限于上述实施方式，在不背离本实用新型的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本实用新型的范围。

设计图