CN101927142B

CN101927142B - 一种列管式固定床反应器系统

Info

Publication number: CN101927142B
Application number: CN 200910147723
Authority: CN
Inventors: 吴昊; 胡志海; 聂红; 徐润; 田鹏程; 夏国富
Original assignee: Sinopec Research Institute of Petroleum Processing; China Petroleum and Chemical Corp
Current assignee: Sinopec Research Institute of Petroleum Processing; China Petroleum and Chemical Corp
Priority date: 2009-06-18
Filing date: 2009-06-18
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2029-06-18
Also published as: CN101927142A

Abstract

一种列管式固定床反应器系统。包括反应器壳体(1)、反应管(2)、反应器两端管板(3)、折流挡板(16)，在所述的反应器壳体(1)中设置(n-1)个垂直于轴向的反应器中间管板(4)，反应器中间管板(4)将反应器壳体(1)沿轴向分隔成n个腔体，所述的反应器系统包括(n+1)/2个蒸汽包取热系统，其中沿着反应管内物流方向的第(1+m)个腔体和第(n-m)个腔体串联共用一个蒸汽包取热系统。本发明主要适用于强放热反应体系，尤其适用于费-托合成反应。本发明可以调节反应器床层温度分布，使床层温度均匀分布；解决用于强放热反应的反应器轴向温差较大、热点明显的缺点。

Description

一种列管式固定床反应器系统

技术领域

本发明涉及一种固定床反应器系统，具体地说是一种适用于强放热反应的列管式固定床反应器系统。

背景技术

对于气固相催化反应体系，特别是一些气相氧化反应和费-托合成反应都是强放热反应。其反应装置采用列管式反应器时，为了控制反应器床层温度，现有技术中有减小列管管径、用惰性颗粒分段稀释催化剂、在催化剂床层内添加超导热翅片等方法。此外，壳程外循环热交换系统也是一种常用的方法。例如，可采取用蒸汽包取热的方式。反应器管程装填催化剂，反应原料在管程进行反应并放出热量，反应器壳程通入一定温度的循环水，反应放出的热量通过反应管的管壁由反应管内部传递至循环水，吸收热量后的循环水部分汽化，水蒸气及循环水由反应器上部进入汽包，通过控制汽包压力来调节反应器温度。

但是，现有技术采用前述反应器系统时，通常仅有一个汽包来控制反应器温度，反应器壳程采用同一循环水，在这种情况下，无法通过循环水来调节床层温度分布，造成反应器轴向温差较大、热点明显，催化剂性能不能均匀发挥等问题。

CN1736574A公开了一种无热点列管式固定床反应器。其技术特点是反应器列管中的每支管采用套管结构，内管两端封闭，在套管间隙中装填催化剂形成催化剂床层，冷却介质同时流过内管管程和反应器壳程。该发明在无需大量增加列管数量的条件下，可大幅增加列管式固定床反应器的换热面积，同时缩短传热路径。

CN2764474Y公开了一种用于环氧乙烷制备的列管式固定床反应器。该发明所述反应器为常规模式的管壳式反应器，其中反应管中填充有催化剂，所述的反应管的管径为40～50mm。

CN101209401A公开了一种壳程多腔式固定床反应器。该发明的壳体内在上管板和下管板之间沿壳体轴向设置两个壳程挡板，壳程挡板将壳体分为三个腔体，其两侧的腔体内设置反应管，两侧的腔体内设置有半圆形的三块折流板，因而管间热交换介质的流动形式为错流兼平行流。

发明内容

本发明的目的是在现有技术的基础上提供一种适用于强放热反应的列管式固定床反应器系统，以解决现有技术中无法通过循环水来调节床层温度分布，造成反应器轴向温差较大、热点明显的问题。

本发明提供的反应器系统为：

包括反应器壳体1、反应管2、反应器两端管板3、折流挡板16，在所述的反应器壳体1中设置(n-1)个垂直于轴向的反应器中间管板4，反应器中间管板4将反应器壳体1沿轴向分隔成n个腔体，所述的反应器系统包括(n+1)/2个蒸汽包取热系统，其中沿着反应管内物流方向的第(1+m)个腔体和第(n-m)个腔体串联共用一个蒸汽包取热系统。

所述的n为3～11的奇数。

所述的m为整数且满足0≤m＜n。

所述的反应器壳体(1)中的第(n+1)/2个腔体单独使用一个蒸汽包取热系统。

所述的每一个不同的蒸汽包取热系统是设置独自的压力控制系统。并且通过压力控制来调节腔体内温度的变化。

由于整个管程内反应热量的分布是中间温度高两头温度低的分布模式。因此，本发明其中一个优选的方案是反应器壳体1中的n个腔体呈上、下对称，中间放大的分布模式。所述的第(1+m)个腔体的高度和第(n-m)个腔体的高度相等。所述的n个腔体中，第(n+1)/2个腔体的高度大于其他腔体的高度。优选所述的第(n+1)/2个腔体的高度大于其他腔体的高度1％～100％。

所述的折流挡板16没有特殊限制。循环水在反应器壳体内在折流挡板16的作用下呈S型流动，进而增强循环水与反应管的传热。

本发明主要适用于强放热反应体系，尤其适用于费-托合成反应。

本发明的优点：

(1)本发明可以调节反应器床层温度分布，使床层温度均匀分布；解决用于强放热反应的反应器轴向温差较大、热点明显的缺点。

(2)本发明可以将催化剂床层温度更为均匀的控制，进而使催化剂整体性能得到更好的发挥。

附图说明

图1是本发明提供的列管式固定床反应器系统结构示意图。

图2是本发明的列管式固定床反应器系统在费托合成反应中使用流程示意图，也是实施例1的流程示意图。

图3是现有技术的列管式固定床反应器系统在费托合成反应中使用流程示意图，也是对比例1的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述，但并不因此而限制本发明。

图1是本发明提供的列管式固定床反应器系统结构示意图。反应器系统包括壳体1、反应管2、反应器两段管板3、中间管板4、折流挡板16、汽包(5a、5b)及附属管线。在所述的反应器壳体1中设置(n-1)个垂直于轴向的反应器中间管板4，反应器中间管板4将反应器壳体1沿轴向分隔成n个腔体。所述的反应器系统包括(n+1)/2个蒸汽包取热系统，其中第(1+m)个腔体和第(n-m)个腔体串联共用一个蒸汽包取热系统。

反应原料由管线18进入反应器，通过反应管2反应并产生热量后经管线19出反应器。汽包5a的锅炉水(循环水)由泵6a经管线7和管线8进入反应器壳体的第n个腔体底部，在第n个腔体上部由管线9将锅炉水排出并进入第1个腔体底部，经管线10返回汽包5a，锅炉水经过反应器吸收热量后部分汽化，产生的蒸汽随锅炉水一并进入汽包5a，通过调节阀11a来控制汽包5a压力，由此控制进入第n个腔体和第1个腔体的锅炉水温度，进而控制第1个腔体和第n个腔体对应的反应器床层的温度。

汽包5b的锅炉水由泵6b经管线12和管线13进入反应器壳体的第(n-1)个腔体底部，在第(n-1)个腔体上部经管线17排出锅炉水并进入第2个腔体底部，在第2个腔体顶部经管线14排出锅炉水并返回汽包5b，锅炉水经过反应器吸收热量后部分汽化，产生的蒸汽随锅炉水一并进入汽包5b，通过调节阀11b来控制汽包5b压力，由此控制进入第2个腔体和第n-1个腔体的锅炉水温度，进而控制第2个腔体和第n-1个腔体对应的反应器床层的温度。锅炉水在反应器壳体内在折流挡板16的作用下呈S型流动，进而增强锅炉水与反应管的传热。

图2是本发明的列管式固定床反应器系统在费托合成反应中使用流程示意图。

其中反应器采用单管反应器。反应器内装填费托合成催化剂。反应器内沿轴向均匀分布六个热偶以检测床层温度分布。在所述的反应器壳体1中设置2个垂直于轴向的反应器中间管板4，反应器中间管板4将反应器壳体1沿轴向分隔成3个腔体，由上至下分别为上腔体I、中部腔体II和下腔体III。其中上腔体I和下腔体III的高度相等，中部腔体II的高度比上腔体I的高度多50％。

合成气经管线18进入反应管2，在催化剂的作用下进行费托合成反应并放出热量，反应产物经管线19进入热高压分离器24进行气液分离，所得液体部分经管线25进入热低压分离器26，进一步脱除气体后经管线27排出系统。热高压分离器24所得气相物流经管线28进入冷高压分离器29进一步进行气液分离，所得的液体物流经管线30进入冷低压分离器31，进一步脱除气体后经管线32排出系统。冷高压分离器29所得的气相物流经管线33进入压缩机34，气体经升压后部分经管线35返回反应器入口，其余气体经管线36排出系统。汽包5a的循环水经管线7由泵6a升压经管线8进入反应器壳体1的下腔体III，然后经管线9进入上腔体I，再经管线10返回汽包5a，在此过程中循环水部分汽化取走反应器上部和下部放出的热量，通过压力控制阀11a控制汽包5a的压力，多余蒸汽经过管线11排出系统。汽包5b的循环水经管线12由泵6b升压经管线13进入反应器壳体1的中部腔体II，然后经管线14返回汽包5b，在此过程中循环水部分汽化取走反应器中部床层放出的热量，通过压力控制阀11b控制汽包5b的压力，多余蒸汽经过管线15排出系统。

图3是现有技术的列管式固定床反应器系统在费托合成反应中使用流程示意图。

其中反应器采用单管反应器。反应器内装填费托合成催化剂。反应器内沿轴向均匀分布六个热偶以检测床层温度分布。采用单个蒸汽包取热系统。

合成气经管线18进入反应管2，在催化剂的作用下进行费托合成反应并放出热量，反应产物经管线19进入热高压分离器24进行气液分离，所得液体部分经管线25进入热低压分离器26，进一步脱除气体后经管线27排出系统。热高压分离器24所得气相物流经管线28进入冷高压分离器29进一步进行气液分离，所得的液体物流经管线30进入冷低压分离器31，进一步脱除气体后经管线32排出系统。冷高压分离器29所得的气相物流经管线33进入压缩机34，气体经升压后部分经管线35返回反应器入口，其余气体经管线36排出系统。汽包20的循环水经管线37由泵38升压经管线39进入反应器壳体1，然后经管线23返回汽包20，在此过程中循环水部分汽化取走反应器内放出的热量，通过压力控制阀22控制汽包20的压力，多余蒸汽经过管线21排出系统。

下面的实施例将对本发明提供的方法予以进一步的说明，但并不因此而限制本发明。

实施例1

本实施例采用图2所示流程和装置进行费-托合成反应。其中反应器内装填的费-托合成催化剂的商品牌号为RFT-2，是中石化催化剂分公司长岭催化剂厂生产。催化剂装量800ml。反应器内沿轴向均匀分布六个热偶以检测床层温度分布。

反应器操作条件为：平均温度215℃、压力3.0MPa、反应器入口H/C摩尔比为2.0、合成气体积空速500h^-1、循环比9。

汽包5a压力为1.84MPa，汽包5b压力为1.77MPa。

反应器轴向温度分布及费托合成反应效果见表1。

表1

反应器轴向温度，℃
		热偶1	213.6
热偶2	215.6
		热偶3	216.1
热偶4	216.3
		热偶5	215.2
热偶6	214.1
		反应器轴向最大温差，℃	2.7
合成反应效果
		CO转化率，mol％	88.23
CH₄选择性，mol％	5.15
		C₅₊选择性，mol％	88.23

对比例1

本对比例采用图3所示流程和装置进行费-托合成反应。其中反应器内装填的费-托合成催化剂的商品牌号为RFT-2，催化剂装量800ml。反应器内沿轴向均匀分布六个热偶以检测床层温度分布。

汽包20压力为1.81MPa。

反应器轴向温度分布及费托合成反应效果见表2。

表2

反应器轴向温度，℃
		热偶1	212.1
热偶2	215.6
		热偶3	218.9
热偶4	216.2
		热偶5	214.3
热偶6	213.9
		反应器轴向最大温差，℃	6.1
合成反应效果
		CO转化率，mol％	88.13
CH₄选择性，mol％	8.67
		C₅₊选择性，mol％	82.85

由实施例1和对比例1可以看出，在相同的床层平均温度下，采用本发明所述反应器系统，床层温差大大低于常规反应器系统。在由本发明所得到的更为均匀的床层温度下，费托合成反应效果明显变好，在相近的CO转化率下，采用本发明反应器系统，CH₄选择性降低3.52mol％，降幅达40％，C₅₊选择性提高5.38mol％，提高幅度超过6％。

Claims

1.一种列管式固定床反应器系统，包括反应器壳体(1)、反应管(2)、反应器两端管板(3)、折流挡板(16)，其特征在于，在所述的反应器壳体(1)中设置(n-1)个垂直于轴向的反应器中间管板(4)，反应器中间管板(4)将反应器壳体(1)沿轴向分隔成n个腔体，所述的反应器系统包括(n+1)/2个蒸汽包取热系统，其中沿着反应管内物流方向的第(1+m)个腔体和第(n-m)个腔体串联共用一个蒸汽包取热系统，所述的第(1+m)个腔体的高度和第(n-m)个腔体的高度相等；所述的n为3～11的奇数。

2.按照权利要求1所述的反应器系统，其特征在于，所述的m为整数且满足0≤m＜n。

3.按照权利要求1所述的反应器系统，其特征在于，所述的反应器壳体(1)中的第(n+1)/2个腔体单独使用一个蒸汽包取热系统。

4.按照权利要求1所述的反应器系统，其特征在于，每一个蒸汽包取热系统设置有独自的压力控制系统。

5.按照权利要求1所述的反应器系统，其特征在于，所述的n个腔体中，第(n+1)/2个腔体的高度大于其他腔体的高度。

6.按照权利要求5所述的反应器系统，其特征在于，所述的第(n+1)/2个腔体的高度大于其他腔体的高度1％～100％。