CN102755863A

CN102755863A - 一种带有排管壁式内外筒的固定床轴径向反应器

Info

Publication number: CN102755863A
Application number: CN2012102542693A
Authority: CN
Inventors: 刘磊; 张西原; 张仲敏
Original assignee: SHANGHAI INTERNATIONAL CONSTRUCTION ENGINEERING CONSULTING CO LTD
Current assignee: SHANGHAI INTERNATIONAL CONSTRUCTION ENGINEERING CONSULTING CO LTD
Priority date: 2012-07-20
Filing date: 2012-07-20
Publication date: 2012-10-31

Abstract

本发明公开的一种带有排管壁式内外筒的固定床轴径向反应器，包括承压壳体和安装在承压壳体内的催化剂筒体部分，催化剂筒体部分包括内件底部支撑、催化剂外筒、催化剂内筒和催化剂顶部环形格栅，其催化剂外筒和催化剂内筒采用周向间隔排列的若干换热管或若干圆杆构成。本发明的利用圆周向紧密排列的管子形成催化剂内外筒，具有较大的开孔率，避免床层内催化剂死区，床层阻力降由焊接于催化剂内筒的开孔圆筒控制。采用该反应器具有以下特点：可最大限度的利用催化剂，且适用于小颗粒催化剂；内外筒结构简单，便于制造及大型化；反应气沿轴径向流动，阻力降小。

Description

一种带有排管壁式内外筒的固定床轴径向反应器

技术领域

本发明涉及石油化工技术领域，尤其涉及一种适用于固定床气固相催化反应装置，特别涉及一种反应气沿轴径向掠过催化剂，催化剂装填于特殊的内外收集筒内的带有排管壁式内外筒的固定床轴径向反应器，该固定床轴径向反应器特别适用于合成氨、CO变换、甲醇氧化重整制氢、催化重整、乙苯催化脱氢制苯乙烯等。

背景技术

随着化工生产的发展，为适应不同的传热要求和传热方式，出现多种固定床反应器的结构形式，其中尤以利用气态的反应物料，通过由固体催化剂所构成的床层进行反应的气固相催化反应器在化工生产中应用最为广泛。

固定床反应器从反应原理上主要分为绝热式和换热式两大类。绝热式固定床反应器结构简单，催化剂均匀堆置于床内，与外界没有热量交换，床层温度沿物料的流向而变化。按照工艺气进入床层的流向可以将固定床反应器分为轴向流、径向流、轴径向流三种反应模式。

轴向流动反应器2中的气体1流向与轴向流动反应器2的轴2a平行，如图1所示。轴向固定床反应器2结构简单，生产能力大。轴向固定床反应器也有较大的缺点，阻力降较大，对反应的选择性、催化剂的活性和寿命、设备的强度等均极不利。

径向流动催化床反应器3中的气体4在垂直于径向流动催化床反应器3轴3a的各个横截面上沿半径方向流动，如图2所示。径向流动催化床反应器3的气体流道短，流速低，可大幅度地降低催化床压降，为使用小颗粒催化剂提供了条件。径向流动催化床反应器3的设计关键是合理设计流道使各个横截面上的气体流量均等，对分布流道的制造要求较高，且要求催化剂有较高的机械强度，以免催化剂破损而堵塞分布小孔，破坏流体的均匀分布。

轴径向流动催化床反应器5中的气体6分两个流道，小部分气体6a从床层5a顶部轴向进入床层5a，大部分气体6b垂直于轴径向流动催化床反应器5轴5b的各个横截面上沿半径方向流动，如图3所示。轴径向流动催化床反应器5具备径向反应器的所有优点，其流道使得催化剂的利用率得以最大化，极大限度的减小了床层顶部死区，充分发挥催化剂活性并使得压降最小化。

目前国内对这三种模式的固定床反应器研究都非常的多，尤其是径向和轴径向反应器的研究是非常热门的课题。大部分相关专利即围绕实现径向或轴径向反应器内件即催化剂内外筒的开发，如专利200310109323.6《一种催化重整和催化脱氢固定床径向反应器》，其内外筒为在卷制的圆筒上打小圆孔来实现催化剂的支承和气体流通，类似工业化产品还有长条孔板、桥孔板或者约翰逊网等。但上述产品均存在一定的缺陷，如制造复杂、加工费用高、开孔率低、内外筒强度低等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述问题，而提供一种新型的带有排管壁式内外筒的固定床轴径向反应器。其具有强度高、结构简单、开孔率大、催化剂死区小的特点，内外筒可根据设备规格整体或分块制造安装，同时由于管/杆间缝隙呈轴向连续状，可将催化剂装填、沉降过程中产生的磨损最小化。

本发明所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实现：

一种带有排管壁式内外筒的固定床轴径向反应器，包括承压壳体和安装在所述承压壳体内的催化剂筒体部分，所述催化剂筒体部分包括内件底部支撑、催化剂外筒、催化剂内筒和催化剂顶部环形格栅，所述内件底部支撑固定在所述承压壳体的底部，所述催化剂外筒和催化剂内筒固定在所述内件底部支撑上，所述催化剂顶部环形格栅安装在所述催化剂外筒和催化剂内筒顶部上，催化剂填充在由内件底部支撑、催化剂外筒、催化剂内筒和催化剂顶部环形格栅围成的空间内，其特征在于，所述催化剂外筒采用周向间隔排列的若干第一换热管或若干第一圆杆构成。

所述催化剂外筒中的若干第一换热管或若干第一圆杆采用若干个轴向间隔排列的第一环形多孔板连接。

所述若干个轴向间隔排列的第一环形多孔板采用第一纵向连接板连接。

每一第一环形多孔板由若干块第一弧形多孔板连接而成，这样使得催化剂外筒可以分块制造。

所述第一换热管或第一圆杆之间的间隙依据工艺需求及催化剂颗粒大小而确定。

所述催化剂内筒由一段不开孔的圆管和一段管壁上按规则开孔的开孔圆筒以及采用周向间隔排列在所述开孔圆筒外壁上的第二换热管或第二圆杆构成，其中所述圆管位于催化剂内筒的顶部，所述开孔圆筒的顶部与圆管的底部连接，开孔圆筒的底部连接在所述内件底部支撑上，所述催化剂顶部环形格栅的内缘与所述圆管连接。

所述催化剂内筒中的若干第二换热管或若干第二圆杆采用若干个轴向间隔排列的第二环形多孔板连接，所述开孔圆筒与所述第二环形多孔板连接。

所述若干个轴向间隔排列的第二环形多孔板采用第二纵向连接板连接。

所述第二换热管或第二圆杆之间的间隙依据工艺需求及催化剂颗粒大小而确定。

所述承压壳体内壁衬有不锈钢衬里。

所述承压壳体包括上、下封头，筒体，支座；其中上封头与筒体的顶部焊接连接，在上封头上开设有人孔和热电偶插入孔，热电偶由所述热电偶插入孔插入到承压筒体内并穿过所述催化剂顶部环形格栅插入到催化剂中；所述下封头与筒体的底部焊接连接，在下封头上开设有工艺气进口、工艺气出口和卸料口，所述工艺气出口内插有工艺气出口管，所述工艺气出口管与所述催化剂内筒底部连接；所述卸料口内插有卸料管，所述卸料管的顶部与所述内件底部支撑连接；所述筒体的内壁与所述催化剂外筒之间形成一工艺气上升通道，所述上封头内部设置有一工艺气折返腔，所述工艺气折返腔与所述工艺气上升通道连通；所述支座固定在所述筒体外壁的中下部上。

由于采用了如上的技术方案，本发明的利用圆周向紧密排列的管子形成催化剂内外筒，具有较大的开孔率，避免床层内催化剂死区，床层阻力降由焊接于催化剂内筒的开孔圆筒控制。采用该反应器具有以下特点：可最大限度的利用催化剂，且适用于小颗粒催化剂；内外筒结构简单，便于制造及大型化；反应气沿轴径向流动，阻力降小。

附图说明

图1为现有轴向流动反应器的结构示意图。

图2为现有径向流动催化床反应器的结构示意图。

图3为现有轴径向流动催化床反应器的结构示意图。

图4为本发明带有排管壁式内外筒的固定床轴径向反应器结构示意图。

图5为本发明催化剂外筒的结构示意图。

图6为本发明催化剂外筒中换热管与弧形多孔板的装配示意图。

图7为图6的A-A剖视图。

图8为本发明催化剂外筒中换热管与环形多孔板之间的整体装配示意图。

图9为本发明催化剂外筒中换热管与环形多孔板之间的焊接示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式来进一步描述本发明。

参见图4，图中给出的带有排管壁式内外筒的固定床轴径向反应器，包括承压壳体100和安装在承压壳体100内的催化剂筒体部分。

承压壳体100包括上封头110、下封头120、筒体130、支座140；上封头110、下封头120、筒体130、支座140的材质应根据工艺温度、压力、介质特性等综合选取。当该带有排管壁式内外筒的固定床轴径向反应器应用于煤化工耐硫变换工艺时，上封头110、下封头120、筒体130的内壁衬有不锈钢衬里。

上封头110与筒体130的顶部焊接连接，在上封头110上开设有人孔111和热电偶插入孔112，热电偶150由热电偶插入孔112插入到承压筒体100内并穿过催化剂顶部环形格栅210插入到催化剂220中。

下封头120与筒体130的底部焊接连接，在下封头120上开设有工艺气进口121、工艺气出口122和卸料口123，工艺气出口122内插有工艺气出口管160，工艺气出口管160与催化剂内筒230底部连接；卸料口123内插有卸料管170，卸料管170的顶部与内件底部支撑250连接。

筒体130的内壁与催化剂外筒240之间形成一工艺气上升通道300，上封头110内部设置有一工艺气折返腔310，工艺气折返腔310与工艺气上升通道连通300。

支座140固定在筒体130外壁的中下部上，用以支撑整个承压壳体100。

催化剂筒体部分包括内件底部支撑250、催化剂外筒240、催化剂内筒230和催化剂顶部环形格栅210，内件底部支撑250固定在下封头120上，催化剂外筒240和催化剂内筒230固定在内件底部支撑250上，催化剂顶部环形格栅210安装在催化剂外筒240和催化剂内筒顶部230上，催化剂220填充在由内件底部支撑250、催化剂外筒240、催化剂内筒230和催化剂顶部环形格栅210围成的空间内。

参见图5，催化剂外筒240采用周向间隔排列的若干换热管241构成，当然也可以采用周向间隔排列的若干圆杆构成。相邻的换热管241或圆杆间形成一定的间隙，既保持催化剂不泄露同时也作为气体流通通道，换热管241或圆杆的直径以及排列的间隙根据工艺需求及催化剂颗粒大小而确定。

这些换热管241可以采用若干个轴向间隔排列的环形多孔板242连接（参见图7）。而若干个轴向间隔排列的环形多孔板242之间采用纵向连接板243连接。

换热管241、环形多孔板242和纵向连接板243的材质多选用不锈钢。

为了安装方便，每一环形多孔板242由若干块弧形多孔板242a连接而成（参见图6）这样催化剂外筒240可以分块制造，于承压壳体100内焊接拼装。

重新参见图4,催化剂内筒230由一段不开孔的圆管231和一段管壁上按规则开孔的开孔圆筒232以及采用周向间隔排列在开孔圆筒232外壁上的换热管233构成，当然换热管233也可以采用圆杆替代。

圆管231位于催化剂内筒230的顶部，开孔圆筒232的顶部与圆管231的底部连接，开孔圆筒232的底部连接在内件底部支撑250上，催化剂顶部环形格栅210的内缘与圆管231连接。整个反应器的阻力由开孔圆筒232控制，其开孔率应考虑合适的阻力以保证床层内气流均匀。材质为不锈钢。

参见图8和图9，催化剂内筒中的若干换热管233采用若干个轴向间隔排列的环形多孔板234连接，开孔圆筒232与环形多孔板234连接。而若干个轴向间隔排列的环形多孔板234采用纵向连接板235连接。

整个催化剂内筒230为整体制备、吊装。其各零件的材质多选用不锈钢。相邻的换热管233间形成一定的间隙，既保持催化剂不泄露同时也作为气体流通通道，换热管233的直径以及排列的间隙根据工艺需求及催化剂颗粒大小而确定。

本发明的工作原理与前面描述的轴径向流动催化床反应器的工作原理相同，反应气在床层内轴径向流动，最大限度的利用催化剂。该反应器的主要特点为利用圆周向紧密排列的换热管形成催化剂内外筒，具有较大的开孔率，避免床层内催化剂死区，床层阻力降由焊接于催化剂内筒的开孔圆筒232控制。

Claims

1.一种带有排管壁式内外筒的固定床轴径向反应器，包括承压壳体和安装在所述承压壳体内的催化剂筒体部分，所述催化剂筒体部分包括内件底部支撑、催化剂外筒、催化剂内筒和催化剂顶部环形格栅，所述内件底部支撑固定在所述承压壳体的底部，所述催化剂外筒和催化剂内筒固定在所述内件底部支撑上，所述催化剂顶部环形格栅安装在所述催化剂外筒和催化剂内筒顶部上，催化剂填充在由内件底部支撑、催化剂外筒、催化剂内筒和催化剂顶部环形格栅围成的空间内，其特征在于，所述催化剂外筒采用周向间隔排列的若干第一换热管或若干第一圆杆构成。

2.如权利要求1所述的带有排管壁式内外筒的固定床轴径向反应器，其特征在于，所述催化剂外筒中的若干第一换热管或若干第一圆杆采用若干个轴向间隔排列的第一环形多孔板连接。

3.如权利要求2所述的带有排管壁式内外筒的固定床轴径向反应器，其特征在于，所述若干个轴向间隔排列的第一环形多孔板采用第一纵向连接板连接。

4.如权利要求2或3所述的带有排管壁式内外筒的固定床轴径向反应器，其特征在于，每一第一环形多孔板由若干块第一弧形多孔板连接而成，这样使得催化剂外筒可以分块制造。

5.如权利要求1所述的带有排管壁式内外筒的固定床轴径向反应器，其特征在于，所述第一换热管或第一圆杆之间的间隙依据工艺需求及催化剂颗粒大小而确定。

6.如权利要求1所述的带有排管壁式内外筒的固定床轴径向反应器，其特征在于，所述催化剂内筒由一段不开孔的圆管和一段管壁上按规则开孔的开孔圆筒以及采用周向间隔排列在所述开孔圆筒外壁上的第二换热管或第二圆杆构成，其中所述圆管位于催化剂内筒的顶部，所述开孔圆筒的顶部与圆管的底部连接，开孔圆筒的底部连接在所述内件底部支撑上，所述催化剂顶部环形格栅的内缘与所述圆管连接。

7.如权利要求6所述的带有排管壁式内外筒的固定床轴径向反应器，其特征在于，所述催化剂内筒中的若干第二换热管或若干第二圆杆采用若干个轴向间隔排列的第二环形多孔板连接，所述开孔圆筒与所述第二环形多孔板连接。

8.如权利要求7所述的带有排管壁式内外筒的固定床轴径向反应器，其特征在于，所述若干个轴向间隔排列的第二环形多孔板采用第二纵向连接板连接。

9.如权利要求6所述的带有排管壁式内外筒的固定床轴径向反应器，其特征在于，所述第二换热管或第二圆杆之间的间隙依据工艺需求及催化剂颗粒大小而确定。

10.如权利要求1所述的带有排管壁式内外筒的固定床轴径向反应器，其特征在于，所述承压壳体内壁衬有不锈钢衬里。

11.如权利要求1所述的带有排管壁式内外筒的固定床轴径向反应器，其特征在于，所述承压壳体包括上、下封头，筒体，支座；其中上封头与筒体的顶部焊接连接，在上封头上开设有人孔和热电偶插入孔，热电偶由所述热电偶插入孔插入到承压筒体内并穿过所述催化剂顶部环形格栅插入到催化剂中；所述下封头与筒体的底部焊接连接，在下封头上开设有工艺气进口、工艺气出口和卸料口，所述工艺气出口内插有工艺气出口管，所述工艺气出口管与所述催化剂内筒底部连接；所述卸料口内插有卸料管，所述卸料管的顶部与所述内件底部支撑连接；所述筒体的内壁与所述催化剂外筒之间形成一工艺气上升通道，所述上封头内部设置有一工艺气折返腔，所述工艺气折返腔与所述工艺气上升通道连通；所述支座固定在所述筒体外壁的中下部上。