CN101773808A

CN101773808A - 一种组合反应设备

Info

Publication number: CN101773808A
Application number: CN200710181403A
Authority: CN
Inventors: 楼韧; 楼寿林
Original assignee: Hangzhou Linda Chemical Technology Engineering Co ltd
Current assignee: Hangzhou Linda Chemical Technology Engineering Co ltd
Priority date: 2007-10-19
Filing date: 2007-10-19
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2027-10-19
Also published as: CN101773808B

Abstract

一种组合反应设备，主要由带封头的圆筒形壳体1，壳体1上的反应气进口2和反应气出口3，催化剂层4、多孔气体分布器7和多孔集气板8，催化剂层4中冷却介质移热的换热管5组成的反应设备9，装有蒸汽压力调节阀41、42的汽包61、62，使反应中换热按反应热移出的大小需要设计，用于合成甲醇、二甲醚、甲烷化、F-T反应、H₂S氧化等强放热反应过程，具有缩小温差，提高反应效率，提高产量，节能降耗，实现大型化目的。

Description

一种组合反应设备

技术领域

本发明是一种催化反应设备，用于流体催化反应和传热过程，属化学工程领域，特别适用于合成甲醇、二甲醚、甲烷化、F-T反应、H2S氧化等强放热反应过程。

背景技术

对于如甲醇合成、合成气制二甲醚、甲烷化、F-T反应、H₂S氧化等一些强放热反应，为了提高反应效率，需要在反应同时移出反应热，例如Lurgi管壳式甲醇塔用壳程水移走反应管中的反应热，若以Q_R表示反应热，Q_E表示向冷却剂传出热，当Q_R＝Q_E时即可等温反应，传出热大小可表示为Q_E＝KFΔT，式中K是传热系数，F是传热面积，ΔT是反应气和冷却剂之间的传热温差。现有的催化反应器设计理论(见朱炳辰编，催化反应工程，中国石化出版社，2000年2月，8218～8219)提出：“载热体与催化床的温差宜小，但又必须移走反应过程中释放的大量热量，这就要求有大的传热面积和大的传热系数”，“管外冷却剂如为加压水气化或熔盐，则可不计入冷却剂的温度变化”，即在管壳式反应器设计中，在催化剂全床层换热中冷却剂温度不变。但用增加传热面积F受到结构的限制，管壳式比冷面即一立方米催化剂换热面积已高达120多平方米，难以再提高。因此采用提高进塔气量和气体线速度，以便及时把反应热带出塔外防止“超温”和“飞温”，为此需采用高达5～10倍多于原料气的循环气(即循环比)来降低进合成塔气体中有效气，否则快速反应速度产生的强反应热会使催化剂过热失活，但高的循环比需要增加相应的甲醇合成圈的设备和管道投资，并增加动力和能耗。计算表明用煤为原料使用Shell粉煤气化或Texaco水煤浆气化制得的合成气，采用低循环比时出合成塔的甲醇含量可达50％多，而现有典型的甲醇合成出塔甲醇含量只有5％左右，仅为上述的十分之一，文献表明“如采用Lurgi法循环比为5，出塔甲醇含量5～6％；采用ICI法循环比为10，出塔甲醇含量3～4％”(宋维端等编著，甲醇工学，化学工业出版社，1991.1，8178)，高循环比增加了工业装置大型化的难度和投资。

本发明的任务是克服上述现有技术的缺点，提供实现低循环比，在高浓度原料气、高反应速度下高效节能反应设备。以下说明中从反应器的进口到出口气体反应过程前后中统称为反应气。

发明内容

由于催化反应在催化剂上并不按前后相等速度进行，一般反应器前部离平衡远，反应速度快，放出反应热也多，后部随反应接近平衡，反应速度减慢，放出反应热也少，而如前所述现有的管壳式水冷反应器，冷却剂的温度前后一样，这样如果降低冷却剂温度，加大传热温差ΔT，达到上部或前部高反应速度和强反应热Q_R的移热要求，则反应器下部或后部反应热Q_R减小，Q_E＞Q_R造成反应温度下降，使反应速度进一步减慢直到催化剂活性以下就停止反应，因此难以做到前后部反应都在最佳反应温度下进行的两全其美的办法。本发明针对这一根本矛盾，突破现有用同一温度的冷却剂，而采用反应器不同区段采用不同温度冷却剂来解决，使反应中换热按反应热移出的大小需要设计，具体可按反应气在催化剂层中流动方向顺序划分为前后多个块区，由冷却剂通过换热管来间接换热，对于像甲醇合成反应，反应温度在180℃～300℃范围内，可采用加压热水作载热体，在反应器内液体汽化吸热远高于冷却介质温升吸收的显热，对于更高反应温度则需用挥发性低的矿物油、导热油或熔盐作冷却剂，把热量通过冷却循环回路带到汽包中产生蒸气回收热量。用水作冷却剂时载热体移去甲醇合成反应热同时直接副产蒸汽时，甲醇催化剂可以装在换热管内即如同Lurgi管壳式反应器，这时换热管为反应管，反应管外壳程为锅炉水，催化剂也可装在换热管外，这时换热管为水管即水管式反应器，水管可以是列管式、螺旋式，也可以横向水管即卧式水冷甲醇塔。一是前后不同催化剂块区采用分组换热管，每组换热管可根据需要与不同汽化压力、汽化温度的一个汽包连通，例如反应前期位于反应前部换热管中低压低温下汽化，增加传热温差ΔT强化传热，解决反应前部反应速度快、反应热特大的问题；位于反应后部催化反应速度和反应热减少，换热水管汽化压力和温度相应提高，减小传热温差ΔT，避免因后部反应热减小，移热过多，反应温度过低。二是汽包压力可以调节高低，随着催化剂使用时间的增加，催化反应向后部推进，后部反应热增加时，也可将后部催化剂中换热水管汽化压力降低或与低压汽包连结，使后期水管在低温低压下气化加大传热温差和传热速度。

本发明提供一种组合反应设备，主要由带封头的圆筒形壳体1，壳体1上的反应气进口2和反应气出口3，催化剂层4、多孔气体分布器7和多孔集气板8，催化剂层4中冷却介质移热的换热管5组成的反应设备9，装有蒸汽压力调节阀41、42的汽包61、62，其特征是催化剂层4依反应气流动方向顺序划分为前后多个催化反应块区401、402……，其中至少有二个块区中由换热管组501、502构成换热反应块区，各换热管组由反应设备冷却介质的进出口管301、302……与各自可独立调节汽化压力的汽包61或62连结，构成不同汽化压力和温度冷却介质循环回路，反应气依次在催化反应块区以不同的换热速度反应。上述换热管组和调压汽包汽化压力可根据需要在0.1～15MPa之间选取，二个不同催化反应区块401、402中，换热管组501、502与其相连的调压汽包61、62压差可在0.2～8MPa。

在本发明的一个较好实例中，所述设备的汽包61经水管71和水泵81，以及带阀门的水管102、104、106分别与反应设备9内换热管组501、502、503的进口管302、304、306连结，换热管组501、502、503的出口管301、303、305经带阀门的汽水管101、103、105与进汽包61的汽水管91连通，连结汽包61管线上每对带阀门的管线101和102、103和104、105和106上的开关可控制进组合反应设备各组水管流量大小或停流，汽包62经水管72和水泵82，以及带阀门的水管202、204、206分别与反应设备9内换热管组501、502、503的进口管302、304、306连结，换热管组501、502、503的出口管301、303、305经带阀门的汽水管201、203、205与汽包62的汽水管92连通，连结汽包62管线上每对带阀门的管线201和202、203和204、205和206上的开关可控制进组合反应设备各组水管流量大小或停流，每组换热管最多只与一只汽包连结的一对进出口管的阀门开通。

附图说明

图1是配有二个汽包的换热管为U形管的卧式水冷反应装置示意图。

图2是配有二个汽包的卧式水冷反应装置示意图。

图3是配有调节阀和二个汽包的卧式水冷反应装置示意图。

图4是配有调节阀和二个汽包的立式水冷反应装置示意图。

图5是并联多组换热水管的径向塔反应器示意图。

图6是并联多组换热水管的轴向反应器示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细地说明。

图1是有二个汽包的U形管卧式水冷组合反应设备示意图。图中由带封头的圆筒形壳体1，壳体1上的反应气进口2和反应气出口3，催化剂层4、多孔气体分布器7和多孔集气板8，催化剂层4中冷却介质移热的U形换热管5，换热管5两端有隔板10和11组成反应设备9，装有蒸汽压力调节阀41、42的汽包61、62，图中催化剂层4依反应气流动方向顺序划分为上下二个催化反应块区401、402，二个块区中由换热管组501、502构成换热反应块区，换热管组由U形管组成，U形管开口两端与联箱601、602……连通。换热管组501联箱602的进口管302与汽包62的水管72连结，换热管组501联箱601的出口管301与汽包62的汽水管92连结，构成第一个循环回路；换热管组502由图中联箱604和605用连通管800连通串连(也可以用二个以上串连)成一个换热反应块区402，换热管组502联箱606的进口管304与汽包61的水管71连结，联箱603出口管303与汽包61的汽水管91连结，构成不同汽化温度冷却介质第二个循环回路。反应气由进口2进入，经多孔分布器7进入隔板10、11和反应设备壳体1内，依次在催化反应块区以不同的换热速度反应，图中当用水作换热介质直接副产蒸汽时汽包61、62为调压汽包，当反应温度和换热介质温度要求高时如300℃以上，也可以用矿物油、导热油或熔盐作换热介质，此时汽包61、62是换热蒸发器，换热介质将反应热带入汽包61、62，再间接换热传给蒸发器管外水产生蒸汽。上述反应器中反应气的进口2和出口3也可开在筒体二侧封头，图中水管71、72上还连有加水管51、52，换热管5和底部多孔集气板8均有支承板支承图中不再画出。

图2结构及标注和图1有很多相同，不再具体说明，与图1不同的一是汽包61、62与组合反应设备换热管组501、502进口管302、304线路上各有水泵81、82构成二个汽包和换热管组间的强制循环回路，采用水泵提高循环冷却介质流量，可提高传热效果；二是换热管组是两端都有联箱的直管，图中有6个管束，每个管束左右两端各有一个联箱，左端联箱与图1中一样分别与进出口管连结，右端相邻联箱701与702用连通管801相连结，由二个管束构成换热管组501与汽包62、泵82和管线构成第一个循环回路，右端相邻联箱703与704、705与706之间分别用连通管802、803连结，连同左端联箱604、605用连通管800连结，由四个管束构成换热管组502与汽包61、泵81和管线构成第二个循环回路。上述换热管组501、502均可根据需要增加2、4、6……个管束，上下相邻联箱间用连通管连结。

图3是带有二个调压汽包的卧式反应器组合反应设备图，由卧式反应器9和汽包61、62连结组成，汽包61、62上分别有加水管51、52和带蒸汽调节阀门的出汽管41、42。反应器9有壳体1，壳体1上的反应气进口2和反应气出口3，壳体1顶部的多孔气体分布器7和底部的多孔集气板8，壳体1内两侧隔板10、11间装有催化剂层4，催化剂层4外多排横向放置的换热管组501、502、503组成。图中换热管组501、502、503左右两端分别有联箱601、602……606和701、702……706，右端上下二个联箱间分别用连通管801、802、803连结，组成三组换热管组501、502、503，左端联箱601、602……606分别连结进出口管301、302……306，分别来自汽包61、62的水管71、72经水泵81、82，以及带阀门的水管102、104、106和202、204、206，分别与换热管组501、502、503的进口管302、304、306连结，换热管组501、502、503的出口管301、303、305分别与带阀门的汽水管101、103、105和201、203、205连结，分别经汽水管91或92连结汽包61或62。

图3中换热管组501、502、503间还可串联，例如换热管组502的出口管303和换热管组501的进口管302之间用带阀门的连通管21连结，开通连通管21、水管104或204、汽水管101或201上的阀门，关闭汽水管103或203、水管102或202上的阀门，构成二组换热管组501、502串连并与汽包61或62构成循环回路，换热管组503的出口管305和换热管组502的进口管304之间用带阀门的连通管22连结，开通连通管22、水管106或206、汽水管103或203上的阀门，关闭汽水管105或205、水管104或204上的阀门，构成二组换热管组502、503串连并与汽包61或62构成循环回路。用图中连通管21、22的阀门，连结汽包61的水管106和汽水管101上的阀门，或者连结汽包62的水管206和汽水管201上的阀门，还可将三组换热管组串联，如果将图中连结换热管组501、502、503进出口管的连通管21、22的阀门均打开，而将连结进出口管与汽包61、62的进水管102、104、202、204和汽水管103、105、203、205上的阀门关闭，就成为三个换热管组串连循环回路，当催化剂层前后部温差不大时可用此串联。在上述由二组或三组串连的换热管组，或二组同时联通到一个汽包的换热管组，除靠近进水管口部分外，换热管中冷却介质汽化温度基本相同，用串连提高流速，有利提高传热系数。

图4是配有二个汽包的立式水冷反应装置示意图，因图3结构及标注和图2有很多相同，不再具体说明，不同的是图2是卧式塔，图3是立式塔，图中反应器壳体1和多组换热管组501、502、503是竖向放置，换热介质在管内上下流动，换热管组外催化剂层4上下分别装有隔板10和隔板11，由壳体1、催化剂层4上下二块隔板10和隔板11、催化剂层4一端多孔气体分布器7和另一端多孔集气板8组成反应气的换热反应区，气体在催化剂层401、402、403中横向流动进行反应，并与多组换热管组501、502、503内垂直流动的换热介质进行换热，图3中换热管组底部用支承板支承在壳体底部封头上不再画出，底部封头和换热管组之间可用装填陶球。

上述图1至图4中换热管组501、502、503的管排数可根据需要增加，增加管排上下相邻管箱用连通管连结。

图5是并联多组换热水管的径向塔反应器示意图，图中反应器壳体1和换热管5是立式放置的水管式径向塔，外层换热管组504和内层换热管组505分别由同心套装的连接下部分流环管611、612和上部集流环管711、712间的多组换热管组成，在壳体1内的多孔集气板8和中间的多孔气体分布器7间的换热管组504、505外装满催化剂层404、405，由水管72连结外层换热管组504的下部分流管611和汽包62，汽水管92连结外层换热管组504的上部集流管711和汽包62，构成外层换热管组504的循环回路，由水管71连结内层换热管组505的下部分流管612和汽包61，汽水管91连结内层换热管组505的上部集流管712和汽包61，构成内层换热管组505的循环回路，气体从反应器9的进气口2进入后，经多孔气体分布器7，在换热管组504、505外的催化剂层404、405中由内向外方向流动反应和换热，再经多孔集气板8由出气口3出反应器，或将出气口3改为进气口，进气口2改为出气口，气体在换热管组504、505外催化剂层404、405中由外向内流动反应和换热，换热管组同样用支承板支承在壳体底部封头上不再画出。换热管组504、505可以分别有同一连结到汽包进出水管的由多个带分流环管、集流环管的换热管组同心套装组成。

图6是并联多组换热水管的轴向反应器示意图，图中反应器壳体1为立式轴向塔，壳体1立式放置，壳体1内催化剂层4由上到下划分为多个催化反应块区401、402，其中至少有二个块区中各有管内有换热介质的由列管或螺旋管组成的换热管组501、502，各组换热管组501、502各自有进水管和汽水管与有不同汽化压力的汽包61或62相连。

实施例1：本发明组合反应设备用于甲醇合成反应，用水作冷却介质，采用图3所示反应设备9和汽包61、62连结。图3中以实心阀门表示阀门关，空心阀门表示阀门开。汽包62连通换热管组501可在0.5～3MPa低压下汽化，汽包61连通换热管组502、503可在1～6MPa压力下汽化。反应气在催化剂层4中自上而下反应，上部反应速度大、反应热大，可在230～280℃上下反应，换热管组501内外有数十度传热温差，换热管组502、503外催化剂层反应热小，可在220～270℃上下反应，换热管组502、503内外传热温差仅有几度。可见换热管组501内外传热温差为换热管组502、503内外传热温差的数倍，换热管组501达到高反应热区与强移热Q_E相配，换热管组502、503则是低反应热与少移热Q_R相配，达到等温反应或按所需最佳反应温度分布进行。

反应器直径3.6米，装NC307甲醇催化剂80M³，用Shell法煤制合成气与循环气汇合，压力8.0MPa，经加热到220℃进甲醇合成塔，先在上部合成催化剂层401催化作用下260℃上下合成甲醇，该催化剂层401的温度可以通过换热管组501连通汽包62汽化压力来调节控制。同样调节换热管组502、503连通汽包61汽化压力，可以使甲醇催化剂层402、403在250℃左右温度下进行甲醇合成反应，在循环气与新鲜气比值为0.5时，出塔甲醇含量为33.37％，甲醇日产2566吨/日，年产85.5万吨，数据见附表1。

附表1

当循环气与新鲜气比值降低到0.3，合成压力提高到10MPa，下部催化剂层403在200～210℃合成甲醇时，出塔甲醇浓度提高到50％，反应气中甲醇含量超过在合成压力和温度下的气液平衡甲醇含量，超过的甲醇从气相冷凝为液相，降低了气相中甲醇含量，促使进一步合成甲醇即在甲醇冷凝条件下进行合成甲醇，提高出塔气中甲醇总含量。

实施例2：用合成气制二甲醚，甲醇合成塔采用图1卧式水冷塔，直径4.0米，内装NC307甲醇催化剂120M³，甲醇脱水塔制二甲醚，直径3.0米内装γ-氧化铝甲醇脱水催化剂50M³，经压缩到9MPa的合成气与循环气汇合，经加热到230℃进甲醇合成塔，在250℃左右温度下，在甲醇催化剂层上进行甲醇合成反应。反应热被合成塔内横向水管中的水吸收而副产蒸汽，出甲醇合成塔气体中CH₃OH含量21％，与产品二甲醚精馏后回收甲醇汇合进入甲醇脱水反应器脱水生成二甲醚。由原料气量340000Nm³/h合成得到二甲醚2500吨/时，年产83万吨二甲醚，数据见附表2。

附表2

有益效果

本发明与已有技术相比有显著的优点，一是对反应器不同部分催化剂层换热管组采用换热介质的不同汽化压力和气化温度，特别对反应速度快、反应热大的前面部分，采用低压低温汽化加大传热温差充分移去反应热，使催化剂不超温，而反应速度和反应热较小部分则采用较高汽化压力和温度，避免移热过多，使温度过低，从而使循环比比现有技术降低一倍多，使甲醇合成回路气量降低一半，从而大幅度减少了合成装置的设备尺寸，既大幅节省了投资，又为大型化创造了有利条件。二是降低循环比同时出甲醇塔甲醇含量达10～50％，比现有技术(即3～6％)提高数倍，从而达到循环机电耗随循环比的降低而成倍降低，吨醇回收反应热及副产蒸汽量大幅提高，而用于冷却反应气用的水冷器冷却水耗量大幅降低，因此大幅度降低能耗，达到节能降耗的显著效果。三是催化剂不同部位，温度可根据反应的要求独立自由调节，例如实现达到合成氨等反应速度最大的最佳温度线，又如根据反应前后不同时期催化剂活性衰退而反应热点后移的情况，调整上下部催化剂层换热管汽化压力、气化温度，使催化剂发挥最佳效果。四是反应气中高的甲醇含量，为生产二甲醚采用固定床反应器合成气一步法创造了条件，比现有技术高数倍甲醇含量的反应气，经甲醇脱水催化剂脱水生成的二甲醚含量高达10％以上，有利于二甲醚的分离，与上述实施例2同样年产83万吨二甲醚，采用国外浆态床二甲醚反应器，需用直径7.8米、高30米反应器。

以上通过众多图例和实施例对本发明的主题作了充分描述，根据本发明的构思精神，本领域的普通技术人员能容易地进行各种变化并应用到甲醇合成二甲醚中。本发明组合反应设备，可以分别与二个汽包相连但不限于二个，也可以是三个以上。组合反应器汽包来的水管可以连通水泵强制循环进水，也可以不用水泵，用自然循环进水，进出水管可以由阀门调节，也可以没有阀门的一组换热管对一个汽包。换热管可以是圆管也可以是扁平管或换热板，换热介质可以是水，也可以是矿物油、导热油或熔盐。

在反应气进入催化剂开始反应时，一般温度较低，故在换热管组前也可设置绝热段，但此绝热段催化剂量在还原收缩后应不超过总量的十分之一，在催化剂后部在换热反应段后也可以设置绝热段。

Claims

1.一种组合反应设备，主要由带封头的圆筒形壳体(1)，壳体(1)上的反应气进口(2)和反应气出口(3)，催化剂层(4)，多孔气体分布器(7)和多孔集气板(8)，催化剂层(4)中冷却介质移热的换热管(5)组成的反应设备(9)，装有蒸汽压力调节阀(41)、(42)的汽包(61)、(62)，其特征是催化剂层(4)依反应气流动方向顺序划分为前后多个催化反应块区(401)、(402)……，其中至少有二个块区中由换热管组(501)、(502)构成换热反应块区，各换热管组由反应设备冷却介质的进出口管(301)、(302)……与各自可独立调节汽化压力的汽包(61)或(62)连结，构成不同汽化压力和温度冷却介质循环回路，反应气依次在催化反应块区以不同的换热速度反应。

2.根据权利要求1所述的组合反应设备，其特征是汽包(61)经水管(71)和水泵(81)，以及带阀门的水管(102)、(104)、(106)分别与反应设备(9)内换热管组(501)、(502)、(503)的进口管(302)、(304)、(306)连结，换热管组(501)、(502)、(503)的出口管(301)、(303)、(305)经带阀门的汽水管(101)、(103)、(105)与进汽包(61)的汽水管(91)连通，连结汽包(61)管线上每对带阀门的管线(101)和(102)、(103)和(104)、(105)和(106)上的开关可控制进组合反应设备各组水管流量大小或停流，汽包(62)经水管(72)和水泵(82)，以及带阀门的水管(202)、(204)、(206)分别与反应设备(9)内换热管组(501)、(502)、(503)的进口管(302)、(304)、(306)连结，换热管组(501)、(502)、(503)的出口管(301)、(303)、(305)经带阀门的汽水管(201)、(203)、(205)与汽包(62)的汽水管(92)连通，连结汽包(62)管线上每对带阀门的管线(201)和(202)、(203)和(204)、(205)和(206)上的开关可控制进组合反应设备各组水管流量大小或停流，每组换热管最多只与一只汽包连结的一对进出口管的阀门开通。

3.根据权利要求1和2所述的组合反应设备，其特征是换热管组(502)的出口管(303)和换热管组(501)的进口管(302)之间用带阀门的连通管(21)连结，开通连通管(21)、水管(104)或(204)、汽水管(101)或(201)上的阀门，关闭汽水管(103)或(203)、水管(102)或(202)上的阀门，构成二组换热管组(501)、(502)串连并与汽包(61)或(62)构成循环回路，换热管组(503)的出口管(305)和换热管组(502)的进口管(304)之间用带阀门的连通管(22)连结，开通连通管(22)、水管(106)或(206)、汽水管(103)或(203)上的阀门，关闭汽水管(105)或(205)、水管(104)或(204)上的阀门，构成二组换热管组(502)、(503)串连并与汽包(61)或(62)构成循环回路。

4.根据权利要求1和2所述的组合反应设备，其特征是反应器壳体(1)和多组换热管组(501)、(502)、(503)是横向放置，换热介质在管内横向流动，换热管组外催化剂层(4)二个端面分别装有隔板(10)和隔板(11)，由壳体(1)、催化剂层(4)二端隔板(10)和隔板(11)、催化剂层(4)顶部多孔气体分布器(7)和底部多孔集气板(8)组成反应气的换热反应区，气体在催化剂层(401)、(402)、(403)中由上至下流动进行反应，并与多组换热管组(501)、(502)、(503)内垂直流动的换热介质进行换热。

5.根据权利要求1、2、4所述的组合反应设备，其特征是换热管组(501)、(502)、(503)的一端联箱(601)、(602)……(606)连结进出口管(301)、(302)……(306)，另一端相邻联箱(701)、(702)……(706)间用连通管(801)、(802)、(803)连结，构成多对反向流动换热管组。

6.根据权利要求1和2所述的组合反应设备，其特征是换热管组(501)、(502)、(503)由U形管组成，U形管开口两端与联箱(601)、(602)……(606)连通，联箱(601)、(602)……(606)连结进出口管(301)、(302)……(306)，或其中一个联箱(604)出口和相邻联箱(605)进口用管(800)连通串连，构成换热管组(502)成一个换热反应块区(402)，另二个联箱(606)、(603)用进口管(304)和出口管(303)连结汽包(61)。

7.根据权利要求1和2所述的组合反应设备，其特征是反应器壳体(1)和多组换热管组(501)、(502)、(503)是竖向放置，换热介质在管内上下流动，换热管组外催化剂层(4)上下分别装有隔板(10)和隔板(11)，由壳体(1)、催化剂层(4)上下二块隔板(10)和隔板(11)、催化剂层(4)一端多孔气体分布器(7)和另一端多孔集气板(8)组成反应气的换热反应区，气体在催化剂层(401)、(402)、(403)中横向流动进行反应，并与多组换热管组(501)、(502)、(503)内垂直流动的换热介质进行换热。

8.根据权利要求1所述的组合反应设备，其特征是反应器壳体(1)和换热管(5)是立式放置的水管式径向塔，外层换热管组(504)和内层换热管组(505)分别由同心套装的连接下部分流环管(611)、(612)和上部集流环管(711)、(712)间的多组换热管组(504)、(505)组成，在壳体(1)内的多孔集气板(8)和中间的多孔气体分布器(7)间的换热管组(504)、(505)外装满催化剂层(404)、(405)，由水管(72)连结外层换热管组(504)的下部分流管(611)和汽包(62)，汽水管(92)连结外层换热管组(504)的上部集流管(711)和汽包(62)，构成外层换热管组(504)的循环回路，由水管(71)连结内层换热管组(505)的下部分流管(612)和汽包(61)，汽水管(91)连结内层换热管组(505)的上部集流管(712)和汽包(61)，构成内层换热管组(505)的循环回路，气体从反应器(9)的进气口(2)进入后，经多孔气体分布器(7)，在换热管组(504)、(505)外的催化剂层(404)、(405)中由内向外方向流动反应和换热，再经多孔集气板(8)由出气口(3)出反应器，或将出气口(3)改为进气口，进气口(2)改为出气口，气体在换热管组(504)、(505)外催化剂层(404)、(405)中由外向内流动反应和换热。

9.根据权利要求1所述的组合反应设备，其特征是反应器为立式轴向塔，壳体(1)立式放置，壳体(1)内催化剂层(4)由上到下划分为多个催化反应块区(401)、(402)，其中至少有二个块区中各有管内有换热介质的由列管或螺旋管组成的换热管组(501)、(502)，各组换热管组(501)、(502)各自有进水管和汽水管与有不同汽化压力的汽包(61)或(62)相连。

10.根据权利要求1至9所述的任一种组合反应设备，其特征是可应用于合成甲醇，低碳混合醇，合成二甲醚，费托反应制液态烃和甲烷，乙烯氧化制环氧乙烷，丙烯氨氧化制丙烯腈，乙烯气相氧乙酰化合成醋酸乙烯，芳烃邻二甲苯氧化制邻苯二甲酸酐，H₂S氧化制硫磺等强放热反应过程。