CN101537327B - 一种固定床反应器 - Google Patents

Abstract

一种固定床反应器是在法兰密封面右边壳体中央设有石英反应管，其一端至法兰密封面与反应器内腔连通，另一端延伸至壳体外，并在石英反应管外套设有电加热装置；法兰密封面左边的壳体中央设有气体通管，气体通管的右端与石英反应管的左端相对接并与反应器内腔连通，另一端延伸至壳体外。本发明在壳体中填充有耐高温材料，使反应高温传到器壁面的温度降到了50℃以下，在石英反应管和气体通管在法兰密封面处对接，使得石英管在高温反应时的内外压力相等；在石英管上套接有电加热装置直接对反应气进行加热，大大地提高了传热效率，节省了能源。本发明适用于甲烷二氧化碳重整类反应的高温高压反应条件，而且结构简单，操作方便。

Description

一种固定床反应器

技术领域

本发明涉及一种固定床反应器，尤其是一种由法兰连接的筒体和封头构成的壳体中央设置有加热装置的高温高压固定床反应器。

背景技术

化工生产和研究中常常涉及到高温高压反应工艺条件，如，甲烷二氧化碳重整反应是强吸热反应，需要在高温(700～1100℃)条件下进行反应；研究加压条件下甲烷二氧化碳重整制合成气时，通常是压力高达(6Mpa～10Mpa)下进行反应，又如，煤的甲烷化通常是在温度为500～900℃，压力为3～6Mpa条件下发生反应。这类热导入(吸热)反应的苛刻的反应条件对反应设备结构和材质提出了很高的要求，迫切需要有能够同时具备高温(1100℃)和高压(10Mpa)条件的反应器。

现有高温高压反应器有釜式反应器和管式反应器，采用不锈钢材料或不锈钢反应釜内衬防腐非金属材料制成，反应器工作时是通过外部加热。存在的问题一是不锈钢材料不耐强酸或强碱的腐蚀；二是不锈钢反应釜内衬采用防腐非金属材料降低了反应器的传热效率；三是不锈钢反应釜在高温(1100℃)下不能够承受较高的压力(10Mpa)。

现有文献CN1785492A公开报道了“一种等压内冷式高温高压化学反应器”，该反应器采用双层结构，层间采用液体冷却。外部设置有压力控制器，由反应器内部的压力控制冷却液的压力，使反应器内部的压力和层间冷却液压力基本保持相同，确保反应器内层承受高温，反应器外层承受高压。整个反应器未设置有加热装置，因此，该反应器主要是用于热导出(放热反应)反应的反应过程，不适合热导入(吸热反应)反应的反应过程。

现有文献CN1446621A公开报道了“一种管式高温高压水热反应装置”，管式反应器本体设计成环形管，反应管采用普通钢管内衬防腐材料，热量由反应器本体外部加热装置提供，在反应升温升压过程中，将浆液的膨胀部分和反应器内未排完的气体经阀门排入反应器顶部安装的气液分离器中。由于该反应器在0.1～22Mpa的压力下工作，所以采用普通钢材制成的反应管不能够承受较高温度，导致该反应器的温度相对比较低。不具备同时满足高温高压条件进行的反应工艺条件。

由于高温(700～1100℃)和高压(6～10Mpa)条件的限制，现有的反应设备不能满足像甲烷二氧化碳重整反应、煤的甲烷化这类热导入(吸热)反应的温度和压力的要求。因此，为热导入(吸热)反应过程提供一种高温高压固定床反应器是化工非标设备设计中迫切需要解决的问题。

发明内容

问题的提出，甲烷二氧化碳重整反应，以及煤的甲烷化反应，这类化学反应在反应器中进行吸热反应时，需要同时在温度为800～1200℃和压力为6～12Mpa的高温高压下进行反应，迫切需要提供一种同时具备高温1200℃和高压12Mpa的固定床反应器。

为了解决上述问题，以达到上述提出的目的，本发明所采取的措施包括由法兰连接的筒体和封头构成的壳体，其特征在于法兰密封面右边的壳体中央设置有直径占反应器内径1/10的石英反应管，石英反应管一端至法兰密封面，并与反应器内腔连通，另一端延伸至壳体外；在石英反应管外套设有电加热装置，其左端位于距法兰密封面1/8处，其长度为石英反应管的2/5；法兰密封面左边的壳体中央设置有直径占反应器内径1/10的气体通管，气体通管的右端与石英反应管的左端相对接，并与反应器内腔连通，另一端延伸至壳体外；在壳体中空填充有耐高温材料。

本发明上述技术方案中所述反应器内设置的石英反应管的反应温度是800～1200℃，反应压力是6～12Mpa；或者是在反应温度是1120℃，反应压力是11Mpa；所述的电加热装置是内置电阻丝的陶瓷筒，通过导线接口中的导电棒外接电源；所述的耐高温材料是高质纤维棉或莫来石轻质保温砖。

本发明固定床反应器采用上述结构方案的优点与积极效果在于：在壳体中央设置石英反应管和气体通管，石英反应管一端与气体通管的一端在法兰密封面处相对接，气体可以通过石英管与气体通道管对接处进入壳体，使得石英管在高温反应时，其内部和外部的压力维持相等，使得石英管能够在高压条件下进行正常的工艺反应，而压力主要作用在反应器壁上。另外，石英管为惰性材料，其本身对反应的影响很小，而且抗酸碱腐蚀性能好。通过在石英管外部套接有电加热装置，直接对反应气进行加热反应，大大地提高了传热效率，节省了能源。电加热装置采用内置电阻丝的陶瓷筒构成，加热均匀，能够完全满足甲烷二氧化碳重整制合成气反应、煤的甲烷化这类热导入(吸热)反应的温度要求。本发明通过在壳体中空填充耐高温材料，使得反应器高温区的温度传递到反应器壁面时，温度下降到50℃以下，解决了反应器壳体的材料以及加工问题，降低了成本。本发明导线接口由绝缘材料包裹导电棒构成，不仅解决了导线接口的密封问题，使得反应过程能够维持在所需要的工艺压力下进行，而且也解决了导线与反应器壳体的绝缘问题，提高了操作的安全性。同时反应器壳体上设置的热电偶能够准确地测量到反应区的温度，提高了反应数据的准确性。在反应器壳体上设置的法兰，方便与对反应器的维修和清理。该装置结构简单，操作方便。

附图说明

图1是本发明固定床反应器的结构示意图。

图中：1：封头I；2：封头II；3：法兰；4：反应气出口管；5：反应气入口管；6：气体通管；7：石英反应管；8：加热装置；9：导线接口；10：热电偶；11：安全阀；12：耐高温材料；13：电阻丝；14：陶瓷管；15：导电棒；16：绝缘材料；17：法兰密封面；18：壳体

具体实施方式

下面结合附图通过具体实施方式进一步详细描述本发明提出的一种固定床反应器，所属技术领域的技术人员能够理解和实现本发明所述的技术方案，并且也能够达到本发明的所述效果。

实施方式1

实施本发明所述的固定床反应器，包括对固定床反应器的成型方法，以及对由法兰连接的筒体和封头构成壳体的加工工艺方法，制作反应器壳体的材料采用0Cr18Ni9，筒体直径为370mm、壁厚为40mm。封头I和封头II均采用了受力最好的球形封头，焊接到筒体上，封头I的中心端头焊接有反应气出口管4，并连接法兰。封头II的中心端头焊接有反应气入口管5，并连接法兰。在筒体上设置有法兰3，法兰3中的法兰密封面17右边的壳体18中央设置有直径为37mm、长度为1000mm的石英反应管7，其一端至法兰密封面17，并与反应器内腔连通，另一端延伸至壳体18外的反应气入口管5中密封固定。在石英反应管7外表面套设有电加热装置8，其左端位于距法兰密封面17的125mm处，长度为400mm，电加热装置8是内置有电阻丝13的陶瓷筒14构成，通过导线接口9中的导电棒15与外接电源连接，加热温为800～1200℃；法兰3中的法兰密封面17左边的壳体中央设置有直径为37mm、长度为700mm的气体通管6，气体通管6的右端口与石英管7的左端口在法兰密封面处相对应连接，即两端管口相接触连接并留有缝隙，连通反应器内腔，使得石英反应管7和气体通管6内的压力与反应器内腔的压力相等，以使石英管能够在高压下进行正常的工艺反应；气体通管6的另一端延伸至壳体18外的反应气出口管4中密封固定。在封头II上设置有导线接口9是由绝缘材料16包裹导电棒15连接密封构成。在壳体中空填充有耐高温材料12为高质纤维棉或者是莫来石轻质保温砖，以使反应器内的石英反应管7的高温温度渐降到50℃以下，使得壳体在50℃以下承压，耐高温材料12选用高质纤维棉的效果最好。筒体上安装有测温热电偶10，通过在筒体上设置直径为13mm的通孔延伸到加热装置8的外表面测温。在反应器的壳体上安装有安全阀11。

本发明通过甲烷二氧化碳重整制合成气的工艺方法，以进一步详细说明本发明固定床反应器的具体结构如下：

将甲烷和二氧化碳反应气通过封头I上的反应气入口管5通入石英反应管7中，通过石英反应管7与气体通管6的对接处进入反应器，使反应器内的压力维持并稳定在6～12Mpa的压力下，稳定在11Mpa的压力下反应效果最好，压力可通过反应器外部的压力控制系统调节控制。同时，接通套接在石英管7上的电加热装置8电源，将温度加热到800～1200℃温度，加热到1120℃其效果最好，其温度设定可通过反应器外部的程序温度控制器实现，当甲烷和二氧化碳气体在石英反应管7中进行反应后，通过气体通管6输出。反应器上安装有安全阀11，避免反应器内压力升高，以防止出现危险事故。壳体上安装有测温热电偶10，测量甲烷和二氧化碳的反应温度。

Claims (5)

1.一种固定床反应器，包括由法兰连接的筒体和封头构成的壳体，其特征在于法兰密封面(17)右边的壳体(18)中央设置有直径占反应器内径1/10的石英反应管(7)，石英反应管(7)一端至法兰密封面(17)，并与反应器内腔连通，另一端延伸至壳体(18)外；在石英反应管(7)外套设有电加热装置(8)，其左端位于距法兰密封面(17)的1/8处，其长度为石英反应管(7)的2/5；法兰密封面(17)左边的壳体(18)中央设置有直径占反应器内径1/10的气体通管(6)，气体通管(6)的右端与石英反应管(7)的左端相对接，并与反应器内腔连通，另一端延伸至壳体(18)外；在壳体(18)中空填充有耐高温材料(12)，以使反应器内的石英反应管(7)的高温温度渐降到50℃以下，使得壳体在50℃以下承压。

2.权利要求1所述的一种固定床反应器，其特征在于反应器内的石英反应管(7)的反应温度是800～1200℃，反应压力是6～12Mpa。

3.权利要求1所述的一种固定床反应器，其特征在于反应器内的石英反应管(7)的反应温度为1120℃，反应压力为11Mpa。

4.权利要求1所述的一种固定床反应器，其特征在于电加热装置(8)是内置电阻丝(13)的陶瓷筒(14)，通过导线接口(9)中的导电棒(15)外接电源。

5.权利要求1所述的一种固定床反应器，其特征在于耐高温材料(12)为高质纤维棉或莫来石轻质保温砖。