CN102205221A

CN102205221A - 具有换热介质分布与汇集结构的固定床催化反应器

Info

Publication number: CN102205221A
Application number: CN2011101046278A
Authority: CN
Inventors: 应卫勇; 张海涛; 马宏方; 房鼎业
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 2011-04-26
Filing date: 2011-04-26
Publication date: 2011-10-05
Anticipated expiration: 2031-04-26
Also published as: CN102205221B

Abstract

本发明涉及化工反应设备技术领域，为具有换热介质分布与汇集结构的固定床催化反应器，其在上封头上设有气体进口、换热介质出口和人孔，在下封头上设有催化剂卸出口、换热介质进口和气体出口，换热系统的分布与汇集装置为底部与顶部构成的箱形结构，在上下封头与筒体的连接处通过分布与汇集装置设置上管板和下管板；在上管板与下管板之间的筒体内设有纵向排列的、直径为20～40mm的换热管，换热管与上管板和下管板直管连接，在纵向排列的换热管间沿轴向间隔设有花板，换热管间装填催化剂，换热管内走换热介质；本发明的积极效果是：不受运输条件的影响；为可逆放热反应工业化规模的不断扩大打下设备上的基础。

Description

具有换热介质分布与汇集结构的固定床催化反应器

技术领域

本发明涉及化工反应设备技术领域，具体地说，是具有换热介质分布与汇集结构的固定床催化反应器。

背景技术

在甲醇合成、氨合成、一氧化碳变换、有机化合物加氢、二甲醚合成、环氧乙烷合成、合成气制甲烷等可逆放热反应中，都要使用固体颗粒催化剂，在成规模的工业化生产过程中，都需要应用固定床催化反应器。可逆放热反应的特点是：在反应过程中会释放大量的热量，这些热量如果不能及时移走，就会导致反应温度上升，而反应温度的上升又会引起放热量的进一步加大，这会使反应很快飞温，从而烧毁催化剂。因此，该领域需要研究解决的问题包括：①释放的热量影响反应结果的问题；②对释放的热量进行回收和利用的问题；③在大规模工业化生产过程中为可逆放热反应提供科学合理的反应器的问题。

目前，在工业化生产中多采用轴向流动气固相固定床催化反应器。随着甲醇合成、氨合成、一氧化碳变换、有机化合物加氢、二甲醚合成、环氧乙烷合成、合成气制甲烷等可逆放热反应工业化规模的不断扩大，管内装填催化剂，管间通过换热介质换热的轴向流动气固相固定床催化反应器由于（扩大其）直径受运输条件的影响，使利用目前的轴向流动气固相固定床催化反应器扩大生产规模的空间受到限制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种采用管间装填催化剂、管内通换热介质的轴向流动固定床反应器，为可逆放热反应工业化规模的不断扩大提供设备上的基础。

由于这种形式的固定床催化反应器换热管需要集中在反应器的上下端，换热管的端部弯曲后与环形总管相连，不仅制造难度加大，热应力难于消除，而且管间催化剂的装填和卸出比较繁琐。因此，本发明的技术构思是这样的：反应器采用管间装填催化剂、管内通换热介质的轴向流动固定床反应器，与此同时，换热系统采用直管到顶，分别连接分布与汇集部分；分布与汇集部分与换热管直接相连，避免以前换热管的端部需要弯曲的缺点，在分布与汇集部分设置气体进出口与催化剂装填卸出口，方便气体进出与催化剂装卸。在分布与汇集部分与上下封头之间设有膨胀节，消除换热装置产生的应力。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

具有换热介质分布与汇集结构的固定床催化反应器，包括上封头、下封头和筒体，所述上封头上设有气体进口、换热介质出口和人孔，所述下封头上设有催化剂卸出口、换热介质进口和气体出口，其特征是，在上封头、下封头与筒体的连接处通过换热系统的分布与汇集装置设置上管板和下管板；所述的分布与汇集装置呈箱形结构，由底部与顶部构成一个整体，所述的底部由换热管伸出上管板或下管板的管体部分与一块圆板焊接而成，所述的顶部为一块顶部呈圆弧形的圆板，圆板的中间设有一个换热介质出口开口，在换热介质出口开口至换热介质出口之间的管道上设有膨胀节，换热介质出口开口周边设有4～8个均匀分布的贯通通道，底部与顶部之间通过贯通通道连接，汇集装置通过底部与顶部焊接在上封头和下封头上；在上管板与下管板之间设有纵向排列的换热管，换热管与上管板和下管板直管连接，在纵向排列的换热管间沿轴向间隔设有花板，换热管间装填催化剂，换热管内走换热介质。

所述换热管（5）的直径为20～40mm。

所述贯通通道（16）的直径为50～80mm。

本发明一种轴向流动管内换热的固定床催化反应器的积极效果是：不受运输条件的影响；为可逆放热反应工业化规模的不断扩大打下设备上的基础。

附图说明

附图1为本发明具有换热介质分布与汇集结构的固定床催化反应器的结构示意图；

附图2为分布与汇集装置的示意图；

图中的标号分别为：

1、催化剂卸出口； 2、换热介质进口； 3、下封头； 4、下封头贯通通道；

5、换热管； 6、筒体； 7、催化剂； 8、上封头；

9、气体进口； 10、换热介质出口； 11、人孔； 12、膨胀节；

13、换热介质出口开口；14、顶部； 15、底部； 16、贯通通道；

17、上管板； 18、花板； 19、下管板； 20、气体出口。

具体实施方式

以下通过附图给出本发明一种轴向流动管内换热的固定床催化反应器的具体实施方式，但是应当指出，本发明的实施不限于以下的实施方式。

参见附图1，一种具有换热介质分布与汇集结构的固定床催化反应器，其外形结构与现有的固定床催化反应器基本相同，包括上封头8、下封头3和筒体6，在上封头8上设置气体进口9、换热介质出口10和人孔11，在下封头3上设置催化剂卸出口1、换热介质进口2和气体出口20。本发明的特征结构是：在上封头8、下封头3与筒体6的连接处通过换热系统的分布与汇集装置设置上管板17和下管板19，在上管板17与下管板19之间的筒体6内设置纵向排列的、直径在20～40mm之间的换热管5，换热管5与上管板17和下管板19直管连接（焊接），在纵向排列的换热管5间沿轴向一间隔的方式设置花板18以保证换热管5的稳定，在换热管5间装填催化剂7（因对催化剂7没有特殊要求，所以对此不再赘述）；换热管内5走换热介质（因对换热介质没有特殊要求，所以对此不再赘述）。

这里需要说明的是：在本发明的实施中，上封头8与筒体6的连接结构与下封头3与筒体6的连接结构是一样的，所以下面是将它们一起描述的。

所述分布与汇集装置为箱形结构，由底部15与顶部14构成一个整体，所述的底部15由换热管5伸出上管板17或下管板19的管体部分与一块圆金属板焊接而成，所述的顶部14为一块顶部呈圆弧形的圆金属板（参见附图2），在圆金属板的中间设置一个换热介质出口开口13，在换热介质出口开口13至换热介质出口10之间的管道上设有膨胀节12，换热介质出口开口13周边设有4个均匀分布的贯通通道16，贯通通道16的直径为50～80mm；底部15与顶部14之间通过贯通通道16连接。分布与汇集装置通过底部15与顶部14焊接在上封头8和下封头3上。

Claims

1. 一种具有换热介质分布与汇集结构的固定床催化反应器，包括上封头（8）、下封头（3）和筒体（6），所述上封头（8）上设有气体进口（9）、换热介质出口（10）和人孔（11），所述下封头（3）上设有催化剂卸出口（1）、换热介质进口（2）和气体出口（20），其特征在于，在上封头（8）、下封头（3）与筒体（6）的连接处通过换热系统的分布与汇集装置设置上管板（17）和下管板（19）；所述的分布与汇集装置呈箱形结构，由底部（15）与顶部（14）构成一个整体，所述的底部（15）由换热管（5）伸出上管板（17）或下管板（19）的管体部分与一块圆板焊接而成，所述的顶部（14）为一块顶部呈圆弧形的圆板，圆板的中间设有一个换热介质出口开口（13），在换热介质出口开口（13）至换热介质出口（10）之间的管道上设有膨胀节（12），换热介质出口开口（13）周边设有4～8个均匀分布的贯通通道（16），底部（15）与顶部（14）之间通过贯通通道（16）连接，汇集装置通过底部（15）与顶部（14）焊接在上封头（8）和下封头（3）上；在上管板（17）与下管板（19）之间设有纵向排列的换热管（5），换热管（5）与上管板（17）和下管板（19）直管连接，纵向排列的换热管（5）沿轴向间隔设有花板（18），换热管（5）间装填催化剂（7），换热管内（5）走换热介质。

2. 根据权利要求1所述的具有换热介质分布与汇集结构的固定床催化反应器，其特征在于，所述换热管（5）的直径为20～40mm。

3. 根据权利要求1所述的具有换热介质分布与汇集结构的固定床催化反应器，其特征在于，所述贯通通道（16）的直径为50～80mm。