CN102151522B

CN102151522B - 多流体喷射冷激径向流动反应器

Info

Publication number: CN102151522B
Application number: CN 201110031989
Authority: CN
Inventors: 吕仲明; 郭新宇; 马新; 郑晓松; 张结喜; 吕航
Original assignee: JIANGSU COAL CHEMICAL ENGINEERING RESEARCH AND DESIGN INSTITUTE Co Ltd; NANJING GOODCHINA CHEMICAL TECHNOLOGIES Co Ltd
Current assignee: JIANGSU COAL CHEMICAL ENGINEERING RESEARCH AND DESIGN INSTITUTE Co Ltd; NANJING GOODCHINA CHEMICAL TECHNOLOGIES Co Ltd
Priority date: 2011-01-30
Filing date: 2011-01-30
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2031-01-30
Also published as: CN102151522A

Abstract

一种多流体喷射冷激径向流动反应器，它包括径向反应器壳体（2），其特征是所述的壳体（2）中设有若干个径向催化床（3），每个径向催化床（3）上设有径向流外分布筒（4）和中心设有径向流内集气筒（5），径向流内集气筒（5）中安装有中心混合管（9），中心混合管（9）的内部上端设置多流体喷射冷激器（7），冷激器（7）内安装有内喷嘴（12）和外喷嘴（13），所述的内喷嘴（12）与第二冷激流体引入管（8）相连通，所述的外喷嘴（13）与第一冷激流体引入管（6）相连通；相邻径向催化床（3）之间设有为下层径向催化床（3）提供冷激气的混气室，该混气室同时与径向流内集气筒（5）及中心混合管（9）相通。本发明具有结构新颖简捷，温度调节良好，运行质量高和制造成本低的优点。

Description

多流体喷射冷激径向流动反应器

技术领域

本发明涉及一种化学反应器，尤其是一种冷激式径向流动反应器，具体的说是一种利用多种冷流体作为冷激源使用的流体喷射冷激径向流动反应器。

背景技术

目前，典型的冷激式反应器主要是轴向流动反应器(图1)，由圆柱形外筒和内部多层全轴向流催化剂床组成，每个床层间有众多冷气管引入冷激气直接冷却（移走反应热）。随着产能规模的大型化，又考虑到阻力的因素，这类反应器将显现三大方面的问题。

　第一、反应器的直径越来越大（有的已超过12m），且每个催化剂床层的高度越来越薄（有的仅0.3m），这样反应器内的气流通过催化剂床的分布不易均匀，总体设计十分困难。

　第二、由于冷激气分布冷却的面积太大，冷、热气体需要很大的混合空间，因此使分布器的设计带来很大困难，难以达到理想的均匀分布。

　第三、当反应器需要两种流体以上作冷激源时，在上述两大难题之上，更增加了喷射器和混合器结构上的设计难度，其结果使反应器的结构更为复杂，体积更加庞大，造价更为高昂，冷激气的调节和操作更为困难，而使用的效果还往往达不到工艺上的要求。

发明内容

本发明的目的是针对现有的轴向流双流体冷激反应器结构复杂，体积庞大，造价高昂，调节和操作困难，难以满足工艺要求等问题，而设计的一种多流体喷射冷激径向流动反应器。

本发明的技术方案是：

一种多流体喷射冷激径向流动反应器，它包括径向反应器壳体2，所述的壳体2的上端设有与其内部相通的气体入口管11，壳体2的下端设有与其内部相通的气体出口管1，其特征是所述的壳体2中设有若干个径向催化床3，每个径向催化床3上设有径向流外分布筒4，径向流外分布筒4的中心设有径向流内集气筒5，径向流内集气筒5中安装有中心混合管9，中心混合管9的上端高出径向催化床3为封闭结构，该封闭结构内设有多流体喷射冷激器7，多流体喷射冷激器7由与第一冷激流体源相连通的外联箱17和与第二冷激流体喷嘴相连通的内联箱16组成，内联箱16安装在外联箱17内，内喷嘴12与内联箱16相连通，外喷嘴13与外联箱17相连通；，外联箱17内安装有内联箱16、内喷嘴12和外喷嘴13，内联箱16及内喷嘴12位于外喷嘴13内的上部，所述的内联箱16或内喷嘴12与第二冷激流体源相连通，所述的内喷嘴12与第二冷激流体源相连通，所述的外喷嘴13通过所述的外联箱17与第一冷激流体源相连通；相邻径向催化床3之间设有为下层径向催化床3提供反应气的混气室，该混气室同时与径向流内集气筒5及中心混合管9相通成为一体。

所述的内喷嘴为单喷嘴结构12或多内喷嘴结构14，多内喷嘴结构14由多个内喷嘴12组成，每个内喷嘴12均与内喷嘴联箱16相通，内喷嘴联箱16通过第二冷激流体引入管8与第二冷激流体源相连通；而对应的外喷嘴为单喷嘴结构13或多外喷嘴结构15，多外喷嘴结构15由多个外喷嘴13组成，每个外喷嘴13均与中心混合管9上端的外联箱17相通，中心混合管9上端的外联箱17作为外喷嘴13的外喷头管与第一流体引入管6相连通，第一冷激流体引入管6与第一冷激流体源相连通。

所述的第一冷激流体源包括一种或一种以上的冷激流体源，每种冷激流体源均通过各自的第一冷激流体引入管6与外联箱17相连通。

所述的第二冷激流体源包括一种或一种以上的冷激流体源，每种冷激流体源均通过各自的第二冷激流体引入管8引入外联箱17中的同一个内喷头管箱16中或直接引入外联箱17中各自对应的内喷嘴联箱16中。

所述的内喷嘴12为雾化喷嘴或单喷孔结构的喷嘴；外喷嘴（13）是缩口型喷嘴、单喷孔结构的喷嘴或直筒形的喷筒。

所述的中心混合管9内安装有一个或多个气化混合器10。混合器（10）内由旋流板、丝网和填充物等中的一种或多种组成。

所述的第二冷激流体引入管8和第一冷激流体引入管6位于壳体2的两侧或同侧。

所述的第二冷激流体引入管8套装在第一冷激流体引入管6中。

本发明的有益效果：

本发明利用径向流反应器的结构优点,并结合新型的集中喷嘴结构从而构成了一种新颖的多流体喷射冷激径向流反应器。其特点如下:

1．利用径向流反应器的特点,可以达到以下目的:

1).充分利用径向流反应器的低阻力的最大优点,可大幅度缩小反应器的直径,例如同样产能同样阻力的轴向反应器直径为12m,采用本发明的径向反应器后,其直径可缩小至7m,其整体反应器的圆截面积缩小到原值的35%。

2）.充分利用径向流反应器通过径向流外分布筒和径向流内集气筒的气体分布器的设计,对反应器的气流均布起到十分有效的控制作用(轴向反应器难以设置均匀分布器)。

3).多层冷激径向反应器,其层与层之间的气流会有一次重新混合、重新分布的过程,这样能有效阻断上层不良分布累积到下层的不良后果,从而对整台反应器的气流和温度的控制带来好处。

2．多流体喷嘴集中排列在径向催化床的中心集气筒的内部上端,其优点是中心集气筒的空间就是多流体喷床的空间,也是冷激气和热反应气集中混合的空间,空间利用率高,混合效果好。

3．多流体喷嘴集中排列在径向催化床的中心集气筒的上端,位置集中,使得喷嘴的设计简便,即只需1个喷嘴或1组喷嘴即可,避免传统轴向反应器大直径面积上需安排几十甚至上百个喷嘴来冷激，众多喷嘴又要求每个喷嘴的性能高度一致,致使制造难度增加。

4．本发明可以使多相冷激流体的引入管十分简单,即分别为1根或2根即可,同时,对于反应器温度的调节及控制的方法也大大简化。

5．中心混合筒中设有气化混合器,用以加强冷、热气流之间，以及液相雾化和气相之间的混合效应,该气化混合器可以有1个也可以有多个,在较小装置中也可以省去。

6．本发明的多流体冷激采用热焓值更大的液态冷流体和通常热焓较低的气相冷流体组合成一个混合冷激流；同时也可以由一种有效反应组份高和另一种有效反应组份低的两种以上的液体或气体组成一个混合冷激流，对催化剂床层温度和反应量进行有效的控制。

7．本发明所指的多流体可为两种物理型态不同的气相和液相的流体，可以是:

1).两种组成不同的同相或异相的流体。

2).两种温度不同而组成相同或组成不同的流体。

大多数情况下两种流体是温度不同、组成不同及相态也不相同的两种流体。液相冷流体的温度和气相冷流体的温度可以相同，但大多数情况下是不同的,液相的温度更低,液相冷流体和气相冷流体的组份不同,因此可以通过调节两者的冷激量的比例，以达到最佳的温度控制目的。

液相冷流体的温度通常为0℃～200℃(根据液相存在条件而定),气相冷流体的温度通常为50℃～400℃，液相冷流体和气相冷流体的数量比例(摩尔数)大多在1:2到1:20，反应器内的压力可由工艺过程要求而定，例如从0.05MPa到20MPa。

当液相冷流体的流量为零时，则本发明的多流体反应器变为单流体反应器，则成为本发明的一种极端状态存在,也属本发明保护内容。

8、本发明结构简单，同比体积小，造价低，冷激气的调节和操作简单稳定，有利于提高反应器的运行质量和提高产品的质量。

附图说明

图1是现有的轴向流动反应器的结构示意图。

图2是本发明的多流体喷射冷激径向流动反应器的结构示意图。

图3是本发明的多流体冷激喷嘴组合形式的结构示意图。

图4是本发明的套管式多流体冷激喷嘴的结构示意图。

图5是本发明实施例中的甲醇制烯烃的烃化反应器的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图2、3、4、5所示。

本例为一种多流体喷射冷激径向流动反应器，它包括径向反应器壳体2，所述的壳体2的上端设有与其内部相通的气体入口管11，壳体2的下端设有与其内部相通的气体出口管1，所述的壳体2中设有若干个径向催化床3，每个径向催化床3上设有径向流外分布筒4，径向流外分布筒4的中心设有径向流内集气筒5，径向流内集气筒5中安装有中心混合管9，径向流内集气筒5与中心混合管9之间可进行热交换，径向流内集气筒5中的热流体能进入中心混合管9中，中心混合管9的内部上端高出径向催化床3为封闭结构，该封闭结构内设有多流体喷射冷激器7，多流体喷射冷激器7由与第一冷激流体源相连通的外联箱17和与第二冷激流体喷嘴相连通的内联箱16组成，内联箱16安装在外联箱17内，内喷嘴12与内联箱16相连通，外喷嘴13与外联箱17相连通；，外联箱17内安装有内喷头联箱16、内喷嘴12和外喷嘴13，内联箱16及内喷嘴12位于外喷嘴13内的上部，所述的内联箱16或内喷嘴12与第二冷激流体源相连通，所述的外喷嘴13通过所述的外联箱17与第一冷激流体源相连通；相邻径向催化床3之间设有为下层径向催化床3提供反应气的混气室，该混气室同时与径向流内集气筒5及中心混合管9相通成为一体。所述的第一冷激流体源可以是一种冷激流体源，也可以是两种或两种以上的冷激流体源，每种冷激流体源均通过各自的第一流体引入管6与外联箱17相连通（如图3d）所示，同样所述的第二冷激流体源可以是一种冷激流体源，也可以是两种或两种以上的冷激流体源，每种冷激流体源均通过各自的第二冷激流体引入管8引入外联箱17中的同一个内喷嘴联箱16中或直接引入外联箱17中各自对应的内喷嘴联箱16中。中心混合管9的上端的外联箱17中安装有内喷嘴12（可用于喷射液相流体，也可喷射气相流体）和外喷嘴13（可用于喷射气相流体或液态流体），内喷嘴12位于外喷嘴13内，所述的内喷嘴12与第二冷激流体引入管8（一般为液相流体）相连通，所述的外喷嘴13与第一冷激流体引入管6（一般为气相流体）相连通，所述的第二冷激流体引入管8和第一冷激流体引入管6均穿出壳体2外与相应的冷源相连，根据冷激流体流量的大小，内喷嘴12和外喷嘴13的结构形式可进行任意组合，图3（b、c）分别为冷激气流量较大和特别大时的喷嘴的结构形式，流量较小时可采用图3（a）所示的单喷嘴结构，冷激流量较大时可采用图3（b）所示的多内喷嘴结构14和单外喷嘴结构，多内喷嘴结构14由多个内喷嘴12组成，每个内喷嘴12均与内喷嘴联箱16相通，内喷嘴联箱16与第一冷激流体引入管8相连通；当冷激气流量特别大时还可采用图3（c）所示的多内喷嘴和多外喷嘴结构15，多外喷嘴结构15由多个外喷嘴13组成，每个外喷嘴13均与中心混合管9的上端相通，中心混合管9的上端作为外喷嘴13的外喷头管与第二冷激流体引入管8相连通；相邻径向催化床3之间设有为下层径向催化床3提供反应气的混气室，该混气室同时与径向流内集气筒5及中心混合管9相通，图2中最下面的一个径向流催化床3中的中心混合管9中已无必要安装喷嘴结构。中心混合管9中还可根据需要设置气化混合器10,用以加强冷、热流体之间的混合流体进一步气化、该气化混合器可以有1个也可以有多个,在较小装置中也可以省去。气化混合器（10）内由旋流板、丝网和填充物等中的一种或多种组成。

此外，具体实施时根据引入管布局的需要，第一冷激流体引入管8和第二冷激流体引入管6位于壳体2的两侧或同侧，位于同侧时第一冷激流体引入管8还可套装在第二冷激流体引入管6中，如图4所示。

具体实施时冷激所采用的多流体为两种物理型态不同的气相和液相的流体,它既可以是两种组成不同的同相或异相的流体，也可以是两种温度不同而组成相同或组成不同的流体。大多数情况两种流体的温度不同、组成不同及物相也不相同。液相冷流体的温度和气相冷流体的温度可以相同，但大多数情况下是不同的,液相的温度更低,液相冷流体和气相冷流体的组份不同,因此可以通过调节两者的冷激量的比例，以达到最佳的温度控制目的。液相冷流体的温度通常为0℃～200℃(根据液相存在条件而定),气相冷流体的温度通常为50℃～400℃，液相冷流体和气相冷流体的数量比例(摩尔数)大多在1:2到1:20。当液相冷流体流量为零时，则多流体反应器变为单流体反应器，成为本发明的一种极端状态存在。

图5是利用本发明的反应器烃化反应的过程示意图。图5中使用了7个径向催化剂层。

原料（即甲醇水溶液）先进入加热器和气化器气化，然后分成两股，一股作为气相冷激气分别进入6个喷射冷激器；另一股则和分离系统返回的循环气（C1-C2、C4-C5）汇合，进入反应器出口的提温换热器提温至470℃（必要时还可以开用外加热器），进入反应器（上入口），通过反应器内的7个径向流催化剂床3进行烃化反应，其每床的温度则依靠中心混合管9上端的由内喷嘴12和外喷嘴13组成的多流体喷射冷激器加以控制。多流体喷射冷激器的液相流体则由25℃工艺软水（可以由系统内部循环工艺水和外部加入软水两种方式提供）和另一股210℃的气相冷激气共同调节控制各催化床层的温度，可使每床层的温度控制在460～490℃之内。反应完成的气体（486℃）则由反应器壳体的下部出口引出，经提温换热器冷却后去热回收系统和分离系统进行分离丙烯及其它产品。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims

1.一种多流体喷射冷激径向流动反应器，它包括径向反应器壳体（2），所述的壳体（2）的上端设有与其内部相通的气体入口管（11），壳体（2）的下端设有与其内部相通的气体出口管（1），其特征是所述的壳体（2）中设有若干个径向流催化床（3），每个径向催化床（3）上设有径向流外分布筒（4）和径向流内集气筒（5），径向流内集气筒（5）内安装有中心混合管（9），中心混合管（9）内部上端高出径向催化床（3）为封闭结构，该封闭结构内设有多流体喷射冷激器（7），多流体喷射冷激器（7）由与第一冷激流体源相连通的外联箱（17）和与第二冷激流体喷嘴相连通的内联箱（16）组成，内联箱（16）安装在外联箱（17）内，内喷嘴（12）与内联箱（16）相连通，外喷嘴（13）与外联箱（17）相连通；相邻径向催化床（3）之间设有为下层径向催化床（3）提供泠激反应气的混气室，该混气室同时与径向流内集气筒（5）及中心混合管（9）相通成为一体。

2.根据权利要求1所述的多流体喷射冷激径向流动反应器，其特征是所述的内喷嘴为单内喷嘴结构（12）或多内喷嘴结构（14），多内喷嘴结构（14）由多个内喷嘴（12）组成，每个内喷嘴（12）均与内联箱（16）相通，内联箱（16）通过第二冷激流体引入管（8）与第二冷激流体源相连通；而对应的外喷嘴为单外喷嘴结构或多外喷嘴结构（15），多外喷嘴结构（15）由多个外喷嘴（13）组成，每个外喷嘴（13）均与中心混合管（9）内部上端的外联箱（17）相通，中心混合管（9）内部上端的外联箱（17）作为外喷嘴（13）的外喷嘴管与第一冷激流体引入管（6）相连通，第一冷激流体引入管（6）与第一冷激流体源相连通。

3.根据权利要求1或2所述的多流体喷射冷激径向流动反应器，其特征是所述的第一冷激流体源包括一种以上的冷激流体源，每种冷激流体源均通过各自的第一冷激流体引入管（6）与外联箱（17）相连通。

4.根据权利要求1或2所述的多流体喷射冷激径向流动反应器，其特征是所述的第二冷激流体源包括一种或一种以上的冷激流体源，每种冷激流体源均通过各自的第二冷激流体引入管（8）引入外联箱（17）中的同一个内联箱（16）中或直接引入外联箱（17）中各自对应的内联箱（16）中。

5.根据权利要求1所述的多流体喷射冷激径向流动反应器，其特征是所述的内喷嘴（12）为雾化喷嘴或单喷孔结构的喷嘴；外喷嘴（13）是缩口型喷嘴、单喷孔结构的喷嘴或直筒形的喷筒。

6.根据权利要求1所述的多流体喷射冷激径向流动反应器，其特征是所述的中心混合管（9）内安装有一个或多个气化混合器（10），使雾化的液相冷激流体进一步与气相流体混合并气化；混合器（10）由旋流板、丝网和填充物中的一种或多种组成。

7.根据权利要求2所述的多流体喷射冷激径向流动反应器，其特征是所述的第二冷激流体引入管（8）和第一冷激流体引入管（6）位于壳体（2）的两侧或同侧。

8.根据权利要求2或7所述的多流体喷射冷激径向流动反应器，其特征是所述的第二冷激流体引入管（8）套装在第一冷激流体引入管（6）中。