CN105664804A - 一种轴径向等温反应器 - Google Patents

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王伟
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    • B01J2208/00752—Feeding

Abstract

本发明涉及到一种轴径向等温反应器，包括设有气体入口和气体出口的壳体，套设在壳体内的第一筒体，套设在第一筒体内的第二筒体，第一筒体与壳体之间具有气流通道；第一筒体设置在内支撑件上并位于第一隔热层和第二隔热层之间，第一筒体的侧壁上均布有多个连通气流通道和第一筒体内腔的进气孔；第二筒体的侧壁上间隔设有多个集气孔，第二筒体的上端口封闭，下端口连通所述气体出口；其特征在于反应区内还设有至少一个冷却单元，冷却单元的入口连接冷媒输入管道，冷却单元的出口连接输出管道。本发明能及时移除反应热，有效控制反应区温度，使得反应向着正方向进行，同时轴径向进料能够有效避免压降，反应区的悬空设置解决了热膨胀的问题。

Description

一种轴径向等温反应器
技术领域
本发明涉及到化工设备，具体指一种轴径向等温反应器。
背景技术
变换反应是将CO与H2O在催化剂作用下生成CO2和H2的放热反应，现有的工艺中，反应器一般为绝热式反应器。为了避免反应器的超温，通常采用高水气比和低水气比两种工艺，但是不论是高水气比流程还是低水气比流程，都避免不了床层温度的大幅度提高。由于反应平衡受制于反应温度，对于变换放热反应，在温度高于催化剂起活温度的基础上，温度越低越有利于反应向正方向进行。因此为了推动反应向正方向进行，必须经过一段绝热反应器，然后降温，继续反应，直至反应深度满足生产需求。
所以，现有的绝热变换反应流程，都是多段反应、多段降温，均存在流程过长、压降过大的问题。
为克服以上缺陷，CN102059078A提出了《一种等温径向变换反应器》，其将换热器和反应器集成在一起。集成在反应器中的换热器为固定管板式，在两块管板之间有一催化剂框，催化剂分布于管板和催化剂框组成空间中。原料气顶部的入口进入反应器，通过催化剂框与反应器间的环隙空间径向进入催化剂床层，然后由中心管出反应器。反应热由分布于催化剂床层中的换热管移除反应器。等温设计解决了反应床层温度过高的问题。径向设计在满足压降的同时可以适当增大长径比，从而解决了大规模装置中由于气量大，催化剂装填多，反应器超限的问题。
CN103071431A公开了《一种用于耐硫变换工艺的轴径向反应器结构》，其包括壳体，壳体的顶部设有气流入口，壳体的底部设有气流出口；其特征在于该反应器结构还包括第一气体分布器、用于对气流进行二次再分布后进入催化剂床层的第二气体分布器，第二气体分布器的外筒体与所述壳体的内壁之间间隔有间隙，和设置在第二气体分布器内的气体收集器；第二气体分布器的封盖与第一气体分布器的罩网之间间隔有间隙；第二气体分布器的上方还设有格栅，所述格栅和所述罩网之间填充有由耐火球构成的第二隔热层。该反应器具有壳体壁温低、压降低、设备直径小、催化剂死区小、反应器空间利用率高、设备材质要求低、设备重量轻等特点，但是仍然存在反应超温的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种能有效控制催化剂床层温度且压降低、空间利用率高的轴径向等温反应器。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该轴径向等温反应器，包括：
壳体，壳体的顶部设有气体入口，壳体的底部设有气体出口；
第一筒体，套设在所述壳体内，并与壳体的内壁之间具有间隙，该间隙形成连通所述气体入口的气流通道；第一筒体设置在内支撑件上，所述内支撑件设置在所述壳体的内壁上；第一隔热层填充在所述壳体的底部并位于所述第一筒体的下方；第一筒体的上端口上设有第二隔热层，第一筒体的侧壁上均布有多个连通所述气流通道和第一筒体内腔的进气孔；
第二筒体，套设在所述第一筒体内，其侧壁上间隔设有多个集气孔，第二筒体的上端口封闭，下端口连通所述气体出口；
所述第一筒体和第二筒体之间为反应区；
其特征在于所述反应区内还设有至少一个冷却单元，所述冷却单元的入口连接冷媒输入管道，所述冷却单元的出口连接输出管道。
较好的，所述冷却单元有多个，间隔设置在所述第一筒体和第二筒体之间的反应区内。
冷却单元的结构可以有多种，较好的，所述冷却单元包括纵向设置在所述反应区内的腔室，各所述腔室以所述第二筒体为中心呈放射状布置；各所述腔室的入口均连接所述输入管道，各所述腔室的出口均连接所述输出管道；各所述冷却单元设置在支架上，所述支架横向设置在所述壳体内。
所述腔室的内壁上间隔设有多个所述腔室的凸起。凸起的设置能增加流体的湍流，提高传热效率，在达到相等传热量的情况下，换热面积更小，减省了设备投资。
所述凸起可以有多种结构，较好的，可以将所述腔室相对的两侧内壁对向焊接，焊点即为所述凸起。
作为改进，所述输入管道包括设置在所述壳体内的输入环管，所述输入环管上连接有输入分支管，所述输入分支管连接所述冷却单元的入口，所述输入环管还连接有多根连接界外冷媒的冷媒管，各所述冷媒管均布在所述输入环管上；
所述输出管道包括设置在所述壳体内的输出环管，所述输出环管上连接有输出分支管，所述输出分支管连接所述冷却单元的出口，所述输出环管还连接有多根将换热后的冷媒送出界外的提升管，各所述提升管沿所述输入环管均布。该结构冷媒进出流速快且均匀，换热效果好。
各所述提升管的中间段可以为膨胀节。该方案能有效解决提升管的热膨胀问题。
考虑到不同规格的反应器，尤其是大尺寸的反应器，各区域间的反应程度不同，放热情况也不同，所述冷却单元可以有多组，每组包括多个冷却单元，各组冷却单元分别间隔布置在不同的子反应区内，各所述子反应区沿所述反应区的径向依次布置。
每组中的各所述冷却单元均布在各自对应的子反应区内。
本发明通过在反应区内设置换热通道，来及时移除反应热，从而能够有效控制反应区温度，使得反应向着正方向进行，同时轴径向进料能够有效避免压降，并且反应区的悬空设置有效解决了反应过程中热膨胀的问题。
附图说明
图1为本发明实施例1的纵向剖视示意图；
图2为本发明实施例1的横向剖视示意图；
图3为本发明实施例1中换热通道的横向剖视图；
图4为本发明实施例1中腔室的横向剖视图；
图5为本发明实施例2的横向剖视图
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
如图1至图4所示，该轴径向等温反应器，包括：
壳体1，包括中间段筒体13和连接在筒体两端的上封头14和下封头15，也可以根据需要选用现有技术中其它结构的壳体；壳体的顶部即上封头的顶部设有气体入口11，壳体的底部即下封头的底部设有气体出口12。
第一隔热层4，填充在下封头15内，包括底层的耐热火球41和上层的第一催化剂层42。
内支撑件6，本实施例为支撑环板，横向焊接在壳体1内，位于第一催化剂层42的上方，用于支撑连接第一筒体2。支撑环板与下封头之间自下而上依次填充有耐火球层41和催化剂层42，两个形成第一隔热层4。
第一筒体2，套设在筒体13内并设置在内支撑件(图中未示出)上，内支撑件连接在壳体的内壁上，并与壳体的内壁之间具有间隙，该间隙形成气流通道21，气流通道21连通上封头内腔，上封头内腔连通气体入口11。为了使原料气分布更均匀，可以在气体入口11上设置气体分布器(图中未示出)。第一筒体的侧壁上均布有多个连通气流通道21和第一筒体内腔的进气孔22。
第二隔热层7，为耐火球层，堆设在催化剂床层和镂空的挡板71之间；挡板71设置在第一筒体3的上端口上，并与壳体的内壁之间具有间隙。
第二筒体3，用于收集合成气并将其送出壳体，套设在第一筒体2内，其上端口封闭，其侧壁上间隔设有多个集气孔31，其下端口穿过第一隔热层4连接气体出口12。第二筒体3的高度低于冷却单元5。
第一筒体和第二筒体之间填充有催化剂，形成反应区。
冷却单元5，有多个，用于及时移除催化剂床层内的热量，包括纵向设置在反应区内的多个腔室51，各腔室51以第二筒体3为中心呈放射状布置；本实施例中的腔室由两块竖向设置的钢板54对焊而成，并且在腔室相对的内壁面上间隔设有多个凸起53，凸起的结构可以有多种，例如采用凸柱，本实施例中的凸起是在腔室内部的焊点，用于扰动冷媒，形成湍流，提高传热效果。各腔室的上端设有出口，出口连接输出管道52。输出管道52包括设置在壳体1内的输出环管521，输出环管上连接有输出分支管522，输出分支管522连接冷却单元的出口，输出环管521还连接有多根将换热后的冷媒送出界外的提升管523，各提升管沿输出环管521均布；各提升管的中部为膨胀节524。
本实施例中该冷却单元支撑设置在支架54上。支架54为横向焊接在下封头内壁上的“井”字形支架。
各腔室的下端设有冷媒入口，各冷媒入口均连接输入管道51。输入管道51包括设置在壳体1内的输入环管511，输入环管上连接有输入分支管512，输入分支管512连接冷却单元的入口，输入环管511还连接有多根连接界外冷媒的冷媒管513，各冷媒管均布在输入环管511上。
原料气经由气体入口进入气体分布器内，经气体分布器第一次分布后，进入上封头内，部分气流经由第二隔热层轴向进入反应区，大部分气流进入气流通道，经由各进气孔进入到反应区内，反应过程中所产生的热量，被各冷却单元内的冷媒及时带走，反应生成的合成气经由各集气孔进入第二筒体内，从下部气体出口排出壳体。
由于将整个反应区悬空设置，且在提升管上设置了膨胀节，有效解决了等温反应器中由于温度差而引起的热膨胀问题。
实施例2
如图5所示，本实施例中的冷却单元5’有两组，每组均包括多个冷却单元5’。反应区在径向方向上分为两个依次布置的子反应区，各组的冷却单元分别间隔布置在对应的子反应区内。
根据反应器的规格，也可以设置更多个子反应区。
该结构能够根据反应区域的放热情况更均匀地移热，反应控制更好。
其余内容与实施例1相同。

Claims (9)

1.一种轴径向等温反应器，包括：
壳体(1)，壳体(1)的顶部设有气体入口(11)，壳体的底部设有气体出口(12)；
第一筒体(2)，套设在所述壳体(1)内，并与壳体的内壁之间具有间隙，该间隙形成连通所述气体入口(11)的气流通道(21)；第一筒体(2)设置在内支撑件上，所述内支撑件设置在所述壳体的内壁上；第一隔热层(4)填充在所述壳体的底部并位于所述第一筒体2的下方；第一筒体的上端口上设有第二隔热层，第一筒体的侧壁上均布有多个连通所述气流通道(21)和第一筒体内腔的进气孔(22)；
第二筒体(3)，套设在所述第一筒体(2)内，其侧壁上间隔设有多个集气孔(31)，第二筒体的上端口封闭，下端口连通所述气体出口(12)；
所述第一筒体2和第二筒体3之间为反应区；
其特征在于所述反应区内还设有至少一个冷却单元(5、5’)，所述冷却单元的入口连接冷媒输入管道(51)，所述冷却单元的出口连接输出管道(52)。
2.根据权利要求1所述的轴径向等温反应器，其特征在于所述冷却单元(5、5’)有多个，间隔设置在所述第一筒体(2)和第二筒体(3)之间的反应区内。
3.根据权利要求2所述的轴径向等温反应器，其特征在于所述冷却单元(5、5’)包括纵向设置在所述反应区内的腔室(51)，各所述腔室(51)以所述第二筒体(3)为中心呈放射状布置；各所述腔室的入口均连接所述输入管道(51)，各所述腔室的出口均连接所述输出管道(52)；各所述冷却单元设置在支架(54)上，所述支架(54)横向设置在所述壳体(1)内。
4.根据权利要求3所述的轴径向等温反应器，其特征在于所述腔室(51)的内壁上间隔设有多个所述腔室的凸起(53)。
5.根据权利要求4所述的轴径向等温反应器，其特征在于所述腔室相对的两侧壁对向焊接，对接的焊点即为所述凸起(53)。
6.根据权利要求1至5任一权利要求所述的轴径向等温反应器，其特征在于所述输入管道(51)包括设置在所述壳体(1)内的输入环管(511)，所述输入环管上连接有输入分支管(512)，所述输入分支管(512)连接所述冷却单元的入口，所述输入环管(511)还连接有多根连接界外冷媒的冷媒管(513)，各所述冷媒管均布在所述输入环管(511)上；
所述输出管道(52)包括设置在所述壳体1内的输出环管(521)，所述输出环管上连接有输出分支管(522)，所述输出分支管(522)连接所述冷却单元的出口，所述输出环管(521)还连接有多根将换热后的冷媒送出界外的提升管(523)，各所述提升管沿所述输出环管(521)均布。
7.根据权利要求6所述的轴径向等温反应器，其特征在于各所述提升管的中间段为膨胀节。
8.根据权利要求6所述的轴径向等温反应器，其特征在于所述冷却单元有多组，每组包括多个冷却单元，各组冷却单元分别间隔布置在不同的子反应区内，各所述子反应区沿所述反应区的径向依次布置。
9.根据权利要求8所述的轴径向等温反应器，其特征在于每组中的各所述冷却单元均布在各自对应的子反应区内。
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