CN101927143A

CN101927143A - 一种管壳式固定床反应器系统

Info

Publication number: CN101927143A
Application number: CN2009101477248A
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: 2010-12-29
Anticipated expiration: 2029-06-18
Also published as: CN101927143B

Abstract

一种管壳式固定床反应器系统，包括反应器壳体(2)、反应管(3)和反应器两端管板(30)，在所述的反应器壳体(2)中设置至少2个沿轴向的反应器壳内挡板(17)，将反应器壳体分割成n个腔体，所述的反应器壳体中的任意一个腔体同时与两个蒸汽包取热系统并联连接。通过本方法可以调节不同腔体的循环水温度，解决由于反应原料偏流引起的反应器出现热点问题，避免由热点引起超温问题。

Description

一种管壳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，现有技术中常规列管式反应器壳体为一个整体腔体，腔体内循环水温度均一。在这种情况下，如果反应器内原料分配不均，出现偏流现象，反应器内就会出现热点。此时若通过降低循环水温度来消除热点，那么整个催化剂床层温度均会受到影响，影响催化剂整体使用性能；若不降低循环水温度来消除热点，则反应器内存在超温的风险，是生产过程中非常大的生产及安全隐患。

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。

CN 101209401A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管壳式固定床反应器系统，以解决现有技术中在反应器内出现偏流导致热点存在时，无法实现反应器局部降温的问题。

本发明提供的反应器系统为：

包括反应器壳体2、反应管3和反应器两端管板30，在所述的反应器壳体2中设置至少2个沿轴向的反应器壳内挡板17，将反应器壳体分割成n个腔体，所述的反应器壳内挡板17是以反应器中心轴为端线，向反应器壁以放射状设置，挡板17的上边线和下边线分别与反应器上下两端管板30密封连接，挡板17的一条侧边线与反应器中心轴重合，另一条侧边线与反应器壳体2内壁密封连接。

所述的反应器系统中包括两个蒸汽包取热系统。

所述的每一个蒸汽包取热系统设置有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。

所述的反应器壳体中的任意一个腔体同时与两个蒸汽包取热系统连接。

所述的反应器壳体中的任意一个腔体与两个蒸汽包取热系统的连接方式为并联。

反应器壳程每一个腔体分别设置两个进口和两个出口，分别与两个汽包相连，每个进口和出口均安装有阀门，以并联操作的方式对反应器壳程腔体进行操作，即每个腔体都可以以汽包1进行温度控制，也可以以汽包2进行温度控制。

所述的反应器壳体是平均分割成n个腔体。

优选的所述的反应器壳体2中设置2～10个沿轴向的反应器壳内挡板17。所述的n为2～10的整数。

所述的反应器壳体内可设置折流挡板，而且对折流挡板没有特殊限制。循环水在反应器壳体内在折流挡板的作用下呈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：

本发明解决了常规列管式反应器出现热点时，使催化剂整体性能最大程度得到发挥与消除热点之间的矛盾。可以在反应器内出现偏流导致热点存在时，实现反应器的局部降温，在消除热点的同时，使催化剂整体性能得到最大程度的发挥。

附图说明

图1是本发明提供的管壳式固定床反应器系统结构示意图的主视图。

图2是图1的A-A剖视图。

图3是本发明提供的管壳式固定床反应器系统在费托合成反应中使用流程示意图。

图4是图3的A-A剖视图。

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是本发明提供的管壳式固定床反应器系统结构示意图。图2是图1的A-A剖视图。

反应器系统包括反应器壳体2、反应管3和反应器两端管板30，汽包5和气包11及附属管线。在所述的反应器壳体2中设置3个沿轴向的反应器壳内挡板17，将反应器壳体分割成3个腔体(腔体I、II、III)，所述的反应器壳内挡板17是以反应器中心轴为端线，向反应器壁以放射状设置，挡板17的上边线和下边线分别与反应器上下两端管板30密封连接，挡板17的一条侧边线与反应器中心轴重合，另一条侧边线与反应器壳体2内壁密封连接。

反应原料由管线1进入反应管3，与催化剂接触反应并产生热量后经管线4出反应器。汽包5和汽包11均与腔体I、II、III分别相连，且均设有出水口和进水口。汽包5的循环水经管线6由泵7升压后可以通过管线S11i、S12i、S13i分别由反应器下部进入腔体I、腔体II、腔体III，循环水在腔体内吸收热量后，从反应器上部分别经管线S11o、S12o、S13o汇集到管线8后返回汽包5，蒸汽通过管线9经调节阀10排出系统，通过调节阀10控制汽包5的压力来调节循环水温度。管线S11i、S12i、S13i、S11o、S12o、S13o上均设有阀门，可以灵活调节汽包5的循环水进入不同腔体。汽包11的循环水经管线12由泵13升压后可以通过管线S21i、S22i、S23i分别由反应器下部进入腔体I、腔体II、腔体III，循环水在腔体内吸收热量后，从反应器上部分别经管线S21o、S22o、S23o汇集到管线14后返回汽包11，蒸汽通过管线15经调节阀16排出系统，通过调节阀16控制汽包11的压力来调节循环水温度，管线S21i、S22i、S23i、S21o、S22o、S23o上均设有阀门，可以灵活调节汽包11的循环水进入不同腔体。

图3是本发明提供的管壳式固定床反应器系统在费托合成反应中使用流程示意图。图4是图3的A-A剖视图。

反应器系统包括反应器壳体2、反应管(3a、3b、3c)、汽包5和气包11及附属管线。在所述的反应器壳体2中设置3个沿轴向的反应器壳内挡板17，将反应器壳体分割成3个腔体(腔体I、II、III)，每个腔体内安装有1个反应管，每个反应管入口处均安装有阀门及流量计，可以通过调节阀门开度控制进入每个反应管的气体流量。每个反应管内沿轴向均匀设置六个热偶以监测床层温度分布。反应管内均装填费托合成催化剂。

合成气经管线1再分别通过管线1a、1b、1c进入反应管3a、反应管3b、反应管3b，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4进入热高压分离器31进行气液分离，所得液体部分经管线18进入热低压分离器19，进一步脱除气体后经管线20排出系统。热高压分离器17气相物流经管线21进入冷高压分离器22进一步进行气液分离，所得液体物流经管线23进入冷低压分离器24，进一步脱除气体后经管线25排出系统。冷高压分离器气相物流经管线26进入压缩机27，气体经升压后部分经管线28返回反应器入口，其余气体经管线29排出系统。

汽包5的循环水经管线6由泵7升压经管线S11i、S12i、S13i分别进入反应器壳体腔体I、II、III，在反应器上部再经管线S11o、S12o、S13o和管线8返回汽包5，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10控制汽包5的压力，多余蒸汽经过管线9排出系统，开工初期管线S11i、S12i、S13i、S11o、S12o、S13o的阀门均处于开的状态。汽包11的循环水经管线12由泵13升压经管线S21i、S22i、S23i分别进入反应器壳体腔体I、II、III，在反应器上部再经管线S21o、S22o、S23o和管线14返回汽包11，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16控制汽包11的压力，多余蒸汽经过管线15排出系统，开工初期管线S21i、S22i、S23i、S21o、S22o、S23o的阀门均处于关的状态。

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3和图4所示流程和装置进行费-托合成反应。其中3个反应管内装填的费-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。每个反应管的催化剂装量800ml，每个反应管内沿轴向均匀分布六个热偶以检测床层温度分布。

装置运转初期各反应管操作条件相同：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；各反应管入口气体流量均控制为66.7L/min；汽包5压力为1.81MPa。

各反应管轴向温度分布及总体费托合成反应效果见表1。

表1

由表1可以看出，在反应初期没有偏流的情况下，合成反应效果良好，在CO转化率为85.33％的情况下，CH₄选择性仅为7.07％，C₅₊选择性高达85.36。

实施例2

在实施例1的基础上，通过反应管3a入口管线阀门调节反应管3a入口气量至46.7L/min，反应管3b和反应管3c入口气量不变。工况稳定后各反应管轴向温度分布及总体费托合成反应效果见表2。

表2

由表2可以看出，反应管3a入口气量降低，即人为将反应器内物流造成偏流后，反应管3a内中部温度明显升高，最高温度由216.7升至218.9。由此导致了CH₄选择性升高近1个百分点，C₅₊选择性降低0.73个百分点。由于反应器内出现偏流已经导致热点出现，且合成反应效果变差。

实施例3

在实施例2的基础上，进一步降低反应管3a入口气量至40L/min，反应管3b和反应管3c入口气量不变。工况稳定后各反应管轴向温度分布及总体费托合成反应效果见表3。

表3

由表3可以看出，反应管3a入口气量进一步降低，将反应器内物流偏流加剧，反应管3a内热点更加明显，最高温度进一步升至222.5℃，CH₄选择性进一步升高至10.27％，C₅₊选择性降至83.16％。由偏流导致反应效果进一步恶化。根据经验，在此热点温度下很容易出现超温现象，为验证本发明反应器系统的效果，不再进行流量降低试验。

由实施例2和实施例3中反应管3b和反应管3c的温度分布可以看出，在反应管3b和反应管3c操作没有改变的情况下，其温度均比实施例1有所降低，这是由于反应器内出现热点导致CH₄选择性含量升高使循环气CH₄含量升高，使得进入反应管3b和反应管3c的原料中惰性气体含量增加，使得反应管内放热量有所降低所致。

实施例4

在实施例3的基础上，启用汽包11，汽包压力控制为1.57MPa，首先打开汽包11至反应器腔体I的入口管线S21i和出口管线S21o上的阀门，然后关闭汽包5至反应器腔体I的入口管线S11i和出口管线S11o上的阀门，将腔体I切换为由汽包11控制其温度。工况稳定后各反应管轴向温度分布及总体费托合成反应效果见表4。

表4

由表4可以看出，切换汽包控制反应管3a的温度后，反应管3a的热点消失，CH₄选择性降至6.86％，C₅₊选择性升至85.83％。由偏流导致的热点及恶化的反应效果得到解决。

Claims

1.一种管壳式固定床反应器系统，包括反应器壳体(2)、反应管(3)和反应器两端管板(30)，其特征在于，在所述的反应器壳体(2)中设置至少2个沿轴向的反应器壳内挡板(17)，将反应器壳体分割成n个腔体，所述的反应器壳内挡板(17)是以反应器中心轴为端线，向反应器壁以放射状设置，挡板(17)的上边线和下边线分别与反应器上下两端管板(30)密封连接，挡板(17)的一条侧边线与反应器中心轴重合，另一条侧边线与反应器壳体(2)内壁密封连接。

2.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系统中包括两个蒸汽包取热系统。

3.按照权利要求2所述的反应器系统，其特征在于所述的每一个蒸汽包取热系统设置有独自的压力控制系统。

4.按照权利要求2或3所述的反应器系统，其特征在于所述的反应器壳体中的任意一个腔体同时与两个蒸汽包取热系统连接。

5.按照权利要求4所述的反应器系统，其特征在于所述的反应器壳体中的任意一个腔体与两个蒸汽包取热系统的连接方式为并联。

6.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是平均分割成n个腔体。

7.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(2)中设置2～10个沿轴向的反应器壳内挡板(17)。

8.按照权利要求7所述的反应器系统，其特征在于所述的n为2～10的整数。