CN105797650A - 带有集箱的固定床催化控温反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有集箱的固定床催化控温反应器，包括顶部和底部均封闭的筒体、上集箱和下集箱，筒体内设有若干个换热管，换热管管内用于流通载热体、管间用于放置催化剂，筒体上设有反应气体进口和反应气体出口，筒体的顶部和底部分别设有催化剂装填口和催化剂卸出口，上集箱和下集箱分别固定在筒体的顶部中央和底部中央，所有换热管的两端分别与上集箱和下集箱固定且连通，上集箱和下集箱均为回转体结构，所有换热管均绕回转中心均匀且分层排布，上集箱和下集箱上分别设有载热体进出口，上集箱和下集箱上的载热体进出口均位于筒体外部。该反应器能收集和缓存载热体，不会妨碍催化剂的装填和放料，减少了收缩膨胀应力集中现象，成本低。

Description

带有集箱的固定床催化控温反应器

技术领域

本发明属于固定床反应器领域，具体涉及一种带有集箱的固定床催化控温反应器。

背景技术

固定床反应器又称填充床反应器，是一种装填有固体催化剂或固体反应物用以实现多相反应过程的反应器。固体物（固体催化剂或固体反应物）通常呈颗粒状（粒径2～15mm左右）并堆积成一定高度（或厚度）的床层，床层静止不动，流体通过床层进行反应。固定床反应器主要用于实现气固相催化反应，如氨合成塔、二氧化硫接触氧化器、烃类蒸汽转化炉等。

固定床反应器有三种基本形式：1）轴向绝热式固定床反应器——流体沿轴向自上而下流经床层，床层同外界无热交换。2）径向绝热式固定床反应器——流体沿径向流过床层，可采用离心流动或向心流动，床层同外界无热交换。径向反应器与轴向反应器相比，流体流动的距离较短,流道截面积较大,流体的压力降较小。但径向反应器的结构较轴向反应器复杂。以上两种形式都属绝热反应器,适用于反应热效应不大,或反应系统能承受绝热条件下由反应热效应引起的温度变化的场合。3）列管式固定床反应器——由多根反应管或换热管（管径通常在25～50mm之间）并联构成（采用反应管时，反应管管内设置催化剂、管间设置载热体，采用换热管时，换热管管内设置载热体、管间设置催化剂），反应气体流经催化剂进行反应，根据反应类型的不同，载热体进行吸热或发热、加快反应速率，因此列管式固定床反应器适用于反应热效应较大的控温反应。

综上可知，当反应热效应较大时（如，CO变换反应和甲醇合成反应），一般采用列管式固定床反应器，但是一般列管式固定床反应器的反应管或换热管多达上万根，上万根的管道如何安装固定成为了一个问题，目前，列管式固定床反应器的安装方式是采用双平板管板安装，平板管板上设置与反应管或换热管配合的安装孔，所有反应管或换热管都穿过两个平板管板，平板管板起到了定位和支撑的作用，但是这种安装方式存在以下问题：1）平板管板没有收集和缓存的功能，当采用换热管时，载热体容易在出口或进口处集中涌入或涌出，不利于进口加料和出口的收集；2）平板管板占地大，固定在反应器的筒体上，当采用换热管时，会妨碍催化剂的装填和放料；3）当采用换热管时，换热管工作会产生收缩膨胀应力，而所有的换热管都密集的集中平板管板的平面上，即所有的收缩膨胀应力都会集中在一个平面上，容易造成平板管板和换热管的相互损伤；4）当设备需要大型化时，平板管板造价特别高。

发明内容

本发明的目的是提供一种带有集箱的固定床催化控温反应器，该反应器能收集和缓存载热体，不会妨碍催化剂的装填和放料，减少了收缩膨胀应力集中现象，成本低。

本发明所采用的技术方案是：

一种带有集箱的固定床催化控温反应器，包括顶部和底部均封闭的筒体、上集箱和下集箱，筒体内设有若干个换热管，换热管管内用于流通载热体、管间用于放置催化剂，筒体上设有反应气体进口和反应气体出口，筒体的顶部和底部分别设有催化剂装填口和催化剂卸出口，上集箱和下集箱分别固定在筒体的顶部中央和底部中央，所有换热管的两端分别与上集箱和下集箱固定且连通，上集箱和下集箱均为回转体结构，所有换热管均绕回转中心均匀且分层排布，上集箱和下集箱上分别设有载热体进出口，上集箱和下集箱上的载热体进出口均位于筒体外部。

进一步地，上、下集箱上设有换热管安装孔，换热管的端部通过换热管安装孔插入上、下集箱内部并在上、下集箱的内壁进行焊接或胀接。

进一步地，载热体进出口能够作为人孔使用，上集箱和下集箱的内腔至少能够容纳单人完成安装、检修操作。

进一步地，上集箱和下集箱为圆柱体、球体、圆锥体、椭圆体中的一种或任意多种组合。

进一步地，筒体的顶部和底部分别通过上封头和下封头封闭，上集箱和下集箱分别固定在上封头和下封头上，上、下集箱与上、下封头的连接方式包括：1）上、下集箱外壁与上、下封头的开孔处直接焊接；2）上、下集箱通过接管与上、下封头的开孔处焊接；3）上、下集箱通过接管膨胀节和填料函与上、下封头连接；4）上、下集箱通过法兰与上、下封头连接。

进一步地，催化剂装填口和催化剂卸出口分别绕筒体中心均匀分布。

进一步地，换热管采用整根弯曲成型。

本发明的有益效果是：

上、下集箱位于换热管的两端，其内腔具有收集和缓存载热体的作用，有利于进口加料和出口的收集；上、下集箱分别设在筒体的两端，且所有的外表面都可以与换热管连接，不必设置巨大的平面，减小了尺寸和成本，不会妨碍催化剂的装填和放料；换热管绕回转体均匀且分层排布，不必集中在一个平面上，减少了收缩膨胀应力集中，提高了安全性能。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图。

图2是本发明实施例2的结构示意图。

图3是本发明实施例3的结构示意图。

图中：1-上封头；2-测温套管；3-上集箱上的载热体进出口；4-催化剂装填口；5-上集箱；6-筒体；7-外分布器；8-内分布器；9-小直径段；10-变径段；11-大直径段；12-下集箱；13-反应气体出口；14-下集箱上的载热体进出口；15-反应气体进口；16-下封头；17-催化剂卸出口；18-换热管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

如图1至图3所示，为三个带有集箱的固定床催化控温反应器的实施例，这三个实施例的共同特征是：包括顶部和底部均封闭的筒体6（这三个实施例中，筒体6都是单层，实际上，筒体6也可以是双层或者多层）、上集箱5和下集箱12，筒体6内设有若干个换热管18（这三个实施例中，换热管18为光管，实际上，换热管18也可以是鳍片管、翅片管或波纹管），换热管18管内用于流通载热体(一般载热体为水，也可以是蒸汽、水汽混合物、导热油或熔融盐)、管间用于放置催化剂，筒体6上设有反应气体进口15和反应气体出口13（反应气体从反应气体进口15进入经过催化剂反应后从反应气体出口13排出，反应的同时，与换热管18内的载热体完成换热），筒体6的顶部和底部分别设有催化剂装填口4和催化剂卸出口17，上集箱5和下集箱12分别固定在筒体6的顶部中央和底部中央，所有换热管18的两端分别与上集箱5和下集箱12固定且连通，上集箱5和下集箱12均为回转体结构（回转中心与筒体6中心的偏移量在±500mm以内），所有换热管18均绕回转中心均匀且分层排布，上集箱5和下集箱12上分别设有载热体进出口（上集箱上的载热体进出口3可以作为载热体的进口或出口，下集箱上的载热体进出口14可以作为载热体的出口或进口，这完全取决于载热体起到的是吸热还是发热的效果），上集箱和下集箱上的载热体进出口（3和14）均位于筒体6外部。

上、下集箱位于换热管18的两端，其内腔具有收集和缓存载热体的作用，有利于进口加料和出口的收集；上、下集箱分别设在筒体6的两端，且所有的外表面都可以与换热管18连接，不必设置巨大的平面，减小了尺寸和成本，不会妨碍催化剂的装填和放料；换热管18绕回转体均匀且分层排布，不必集中在一个平面上，防止了收缩膨胀应力集中，提高了安全性能。

如图1至图3所示，在这三个实施例中，上、下集箱上设有换热管18安装孔，换热管18的端部通过换热管18安装孔插入上、下集箱内部并在上、下集箱的内壁进行焊接或胀接。换热管18端部插入上、下集箱内部，固定牢靠，在上、下集箱的内壁进行焊接或胀接不仅方便安装和检修，还防止了焊缝与反应气体直接接触，提高了使用寿命。

在这三个实施例中，载热体进出口能够作为人孔使用，上集箱5和下集箱12的内腔至少能够容纳单人完成安装、检修操作。工作人员直接从载热体进出口进入上集箱5或下集箱12完成安装、检修操作，不必另设人孔，操作安全。

如图1所示，在实施例1中，上集箱5和下集箱12为圆柱体、球体和椭圆体的组合；如图2和图3所示，在实施例2和实施例3中，上集箱5和下集箱12为球体；实际上，上集箱5和下集箱12可以为圆柱体、球体、圆锥体、椭圆体等回转体中的一种或任意多种组合。

如图1至图3所示，在这三个实施例中，筒体6的顶部和底部分别通过上封头1和下封头16（这三个实施例中，上、下封头都是单层，实际上，上、下封头也可以是双层或者多层）封闭，上集箱5和下集箱12分别固定在上封头1和下封头16上，如图1所示，在实施例1中，上、下集箱外壁与上、下封头的开孔处直接焊接；如图2和图3所示，在实施例2和实施例3中，上、下集箱通过接管与上、下封头的开孔处焊接；实际上，上、下集箱还可以通过接管膨胀节和填料函与上、下封头连接或者通过法兰与上、下封头连接。

本发明可以根据反应气体流向设计成径向、轴向或轴径向反应器等结构形式，还可以在筒体6内可设置薄壁内筒体（俗称触媒框），内筒体与筒体1间保持一定的间隙（一般为10～200mm），内筒体上下端可根据反应器结构形式和压差设计成——1）用上下内封头封闭；2）用上下平板封闭；3）用其他任意结构形式的封板封闭；4）一端封闭另一端不封闭。当采用径向或轴径向反应器结构时，在上集箱5或下集箱12上固定内分布器8，在内筒体、上下封头和封板处中的一处或者多处设置外分布器7。当采用轴向反应器结构时，反应器内可设置或者不设置触媒框。

如图1所示，在实施例1中，反应气体流向为径向，采用径向反应器结构，在内筒体固定有外分布器7，在上集箱5上固定内分布器8，反应气体进口15与外分布器7连通且位于筒体6下部，反应气体出口13均匀分布在筒体6底部，反应气体出口13与内分布器8底部连通，反应气体经反应气体进口15进入进入外分布器7，分布均匀后进入催化剂层，后经内分布器8收集后经反应气体出口13排出；载热体经下集箱上的载热体进出口14进入，经换热管18后经上集箱上的载热体进出口3排出；如图2所示，在实施例2中，反应气体流向为径向，采用径向反应器结构，在内筒体固定有外分布器7，在下集箱12上固定内分布器8，反应气体进口15与外分布器7连通且位于筒体6顶部，反应气体出口13均匀分布在筒体6底部，反应气体出口13与内分布器8底部连通，反应气体经反应气体进口15进入进入外分布器7，分布均匀后进入催化剂层，后经内分布器8收集后经反应气体出口13排出；载热体经下集箱上的载热体进出口14进入，经换热管18后经上集箱上的载热体进出口3排出；如图3所示，在实施例3中，反应气体流向为轴向，采用轴向反应器结构，反应气体进口15设在筒体6顶部，反应气体出口13均匀分布在筒体6底部，反应气体经反应气体进口15进入催化剂层，反应后经反应气体出口13排出（反应气体出口13与催化剂之间由网罩隔开）；载热体经下集箱上的载热体进出口14进入，经换热管18后经上集箱上的载热体进出口3排出。

在这三个实施例中，催化剂装填口4和催化剂卸出口17分别绕筒体6中心均匀分布。便于催化剂快速均匀装填和催化剂快速完全卸出。

在这三个实施例中，换热管18采用整根弯曲成型。不采用分段拼接，利用自身的弯曲消除热应力。

如图1所示，在实施例1中，筒体6上部为小直径段9、下部为大直径段11，小直径段9与大直径段11之间通过变直径段连接。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种带有集箱的固定床催化控温反应器，包括顶部和底部均封闭的筒体，筒体内设有若干个换热管，换热管管内用于流通载热体、管间用于流通催化剂，筒体上设有反应气体进口和反应气体出口，筒体的顶部和底部分别设有催化剂装填口和催化剂卸出口，其特征在于：还包括上集箱和下集箱，上集箱和下集箱分别固定在筒体的顶部中央和底部中央，所有换热管的两端分别与上集箱和下集箱固定且连通，上集箱和下集箱均为回转体结构，所有换热管均绕回转中心均匀且分层排布，上集箱和下集箱上分别设有载热体进出口，上集箱和下集箱上的载热体进出口均位于筒体外部。

2.如权利要求1所述的带有集箱的固定床催化控温反应器，其特征在于：上、下集箱上设有换热管安装孔，换热管的端部通过换热管安装孔插入上、下集箱内部并在上、下集箱的内壁进行焊接或胀接。

3.如权利要求1所述的带有集箱的固定床催化控温反应器，其特征在于：载热体进出口能够作为人孔使用，上集箱和下集箱的内腔至少能够容纳单人完成安装、检修操作。

4.如权利要求1所述的带有集箱的固定床催化控温反应器，其特征在于：上集箱和下集箱为圆柱体、球体、圆锥体、椭圆体中的一种或任意多种组合。

5.如权利要求1所述的带有集箱的固定床催化控温反应器，其特征在于：筒体的顶部和底部分别通过上封头和下封头封闭，上集箱和下集箱分别固定在上封头和下封头上，上、下集箱与上、下封头的连接方式包括：1）上、下集箱外壁与上、下封头的开孔处直接焊接；2）上、下集箱通过接管与上、下封头的开孔处焊接；3）上、下集箱通过接管膨胀节和填料函与上、下封头连接；4）上、下集箱通过法兰与上、下封头连接。

6.如权利要求1所述的带有集箱的固定床催化控温反应器，其特征在于：催化剂装填口和催化剂卸出口分别绕筒体中心均匀分布。

7.如权利要求1所述的带有集箱的固定床催化控温反应器，其特征在于：换热管采用整根弯曲成型。