CN105964190B - 一种多床层低阻力催化反应器 - Google Patents

一种多床层低阻力催化反应器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种多床层低阻力催化反应器，它包括外筒及设置在外筒内的内筒，内筒的内腔由上至下包括第一床层、第二床层和第三床层，第一床层和第二床层中设有层间换热器，第三床层中设有底部换热器；所述层间换热器和底部换热器均包括多个并排设置的换热管，底部换热器的下部与环隙连通以使未反应气经环隙进入底部换热器的换热管管间并向上进入中心管和层间换热器的换热管管间；所述层间换热器和底部换热器的筒壁均设有多个通气孔,每个通气孔与各自对应的床层连通以使经床层反应后的反应气进入各自对应的换热器的换热管管内并向下排出。本发明运行阻力小，使用寿命长，效率高，电耗低。

Description

一种多床层低阻力催化反应器
技术领域
本发明涉及一种化工设备，特别涉及一种氨合成生产中的多床层低阻力催化反应器。
背景技术
目前，用于氨合成的反应器结构种类繁多，但是在生产过程中经常会发生触媒粉粒随反应气体不断带入反应器中换热器的换热管管间并沉积在换热管的管间和上下端部，使换热管管间和换热管的上下端部被触媒粉粒堵死；运行中会导致反应器的运行阻力不断增大，设备易损坏，合成效率低，电耗高，设备使用寿命短，经济效益差。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足之处，提供一种多床层低阻力催化反应器，其运行阻力小，合成效率高，电耗低，使用寿命长。
本发明是这样实现的：一种多床层低阻力催化反应器，它包括外筒及设置在外筒内的内筒，外筒和内筒之间设有环隙，外筒的上部设有与环隙连通的未反应气进口，内筒的轴心处设有中心管；所述内筒的内腔由上至下包括第一床层、第二床层和第三床层，第一床层和第二床层之间由隔板分隔，第二床层和第三床层之间由隔板分隔，第一床层中设有第一层间换热器，第二床层中设有第二层间换热器，第三床层中设有底部换热器；所述第一层间换热器、第二层间换热器和底部换热器均包括多个并排设置的换热管，底部换热器的下部换热管管间与环隙连通以使未反应气经环隙进入底部换热器的换热管管间并向上进入第二层间换热器的换热管管间和中心管的上端，所述外筒的上部设有安装冷气管的冷气进口，冷气管的一端插入第一层间换热器的换热管管间。；所述第一层间换热器的筒壁设有多个第一通气孔，第一层间换热器的上端盖部经第一通气孔与第一床层连通以使经第一床层反应后的反应气进入第一层间换热器的换热管管内并向下排出进入第二床层；所述第二层间换热器的筒壁设有多个第二通气孔，第二层间换热器的上端盖部经第二通气孔与第二床层连通以使经第二床层反应后的反应气进入第二层间换热器的换热管管内并向下排出进入第三床层；所述底部换热器的筒壁设有多个第三通气孔，底部换热器的上端盖部经第三通气孔与第三床层连通以使经第三床层反应后的反应气进入底部换热器的换热管管内并向下经反应器底端的反应气出口排出。
为了实现未反应气在床层更好的反应，所述第一床层、第二床层和第三床层均为径向反应段。
为了便于未反应气流通，所述中心管的下端口位于底部换热器的上部且与底部换热器的换热管管间连通以使未反应气经底部换热器的换热管管间进入中心管；中心管的中段与第二层间换热器的换热管管间连通以使未反应气进入第二层间换热器的换热管管间，中心管的上端口位于第一床层的上部以使未反应气进入第一床层。
为了防止外筒下部发生高温氢脆，所述外筒的底部设有低温保护气入口。
本发明多床层低阻力催化反应器具有如下优点：本发明采用将未反应气通过换热器的换热管管间和中心管向上进入反应床层，经反应床层反应后的反应气体进入换热管的管内向下排出，触媒粉粒随反应气体经换热管管内一起流入下一床层，不会堵在换热管的管间及上下端部，其具有运行阻力小，设备不易损坏，合成效率高，电耗低，使用寿命长及经济效益好的特点。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1是本发明多床层低阻力催化反应器的整体结构示意图。
图中符号说明：1、外筒，2、内筒，3、中心管，4、隔板，5、隔板，6、第一层间换热器，7、第二层间换热器，8、底部换热器，10、环隙，11、未反应气进口，12、冷气进口，13、保护气入口，14、反应气出口，21、第一床层，22、第二床层，23、第三床层，61、第一通气孔，71、第二通气孔，81、第三通气孔。
具体实施方式
下面结合具体实施例来对本发明进行详细的说明。
请参阅图1所示，一种多床层低阻力催化反应器，它包括外筒1及设置在外筒1内的内筒2，外筒1和内筒2之间设有环隙10，内筒2的轴心处设有中心管3，外筒1的上部设有与环隙10连通的未反应气进口11，所述外筒1的上部设有安装冷气管的冷气进口12，冷气管的一端插入第一层间换热器6内部并置于换热管的旁侧。所述外筒1的低部设有低温保护气入口13。所述内筒2的内腔由上至下包括第一床层21、第二床层22和第三床层23，第一床层21和第二床层22之间由隔板4分隔，第二床层22和第三床层23之间由隔板5分隔，所述第一床层21、第二床层22和第三床层23均为径向反应段；第一床层21中设有第一层间换热器6，第二床层22中设有第二层间换热器7，第三床层23中设有底部换热器8；所述第一层间换热器6、第二层间换热器7和底部换热器8均包括多个并排设置的换热管，底部换热器8的下部与环隙10连通以使未反应气经环隙10进入底部换热器8的换热管管间并向上进入第二层间换热器7的换热管管间和中心管3的上端；所述中心管3的下端口位于底部换热器8的上部且与底部换热器8的换热管管间连通以使未反应气经底部换热器8的换热管管间进入中心管3；中心管3的中段与第二层间换热器7的换热管管间连通以使未反应气进入第二层间换热器7的换热管管间，中心管3的上端口位于第一床层21的上部以使未反应气进入第一床层21。所述第一层间换热器6的筒壁设有多个第一通气孔61，第一层间换热器6的上端盖部经第一通气孔61与第一床层21连通以使经第一床层21反应后的反应气进入第一层间换热器6的换热管管内并向下排出进入第二床层22；所述第二层间换热器7的筒壁设有多个第二通气孔71，第二层间换热器7的上端盖部经第二通气孔71与第二床层22连通以使经第二床层22反应后的反应气进入第二层间换热器7的换热管管内并向下排出进入第三床层23；所述底部换热器8的筒壁设有多个第三通气孔81，底部换热器8的上端盖部经第三通气孔81与第三床层23连通以使经第三床层23反应后的反应气进入底部换热器8的换热管管内并向下经反应气出口14排出进入另一设备。
本发明所述一种多床层低阻力催化反应器的工作原理如下：本发明中，未反应气经反应器上部的未反应气进口11进入外筒1和内筒2之间的环隙10，经环隙10进入底部换热器8的换热管管间并向上进入中心管3和第二层间换热器7的换热管管间，未反应气沿第二层间换热器7的换热管管间向上进入中心管3的上端口，折向进入第一床层21进行第一径向反应；第一径向反应后的反应热气经第一通气孔61进入第一层间换热器6的换热管管内，与冷气进口12来的未反应冷气换热后进入第二床层22进行第二径向反应；第二径向反应后的反应热气经第二通气孔71进入第二层间换热器7的换热管管内，与第二层间换热器7的换热管管间的未反应气换热后进入第三床层23进行第三径向反应；进行第三径向反应后的反应热气经第三通气孔81进入底部换热器8的换热管管内，与底部换热器8的换热管管间的未反应气换热冷却降温后向下经反应器下部的反应气出口14排出进入另一设备。本发明多床层低阻力催化反应器中的触媒粉粒随反应气在气体和重力的作用下沿各换热器的换热管管内一起排出，由于换热管管内的流通截面较大且光滑圆整，触媒粉粒不会堵在换热管的上下端部和换热管管间，其具有运行阻力小，设备不易损坏，合成效率高，电耗低，使用寿命长及经济效益好的优点。
简言之，本发明多床层低阻力催化反应器，未反应气经各换热器的换热管管间及中心管3向上进入第一床层21进行第一径向反应，第一径向反应后的热气经第一层间换热器6的换热管管内向下进入第二床层22进行第二径向反应，第二径向反应后的热气经第二层间换热器7的换热管管内向下进入第三床层23进行第三径向反应，第三径向反应后的热气经底部换热器8的换热管管内向下进入反应气出口14排出进入另一设备。
本发明多床层低阻力催化反应器，以合成氨反应器为例，测试数据如下：
项目 改进前反应器 本发明反应器
阻力 0.6-1.0MPa 0.2-0.4MPa
寿命 4-6年 8-12年
从上述表格可以看出，本发明多床层低阻力催化反应器的运行阻力小，使用寿命长。
上述具体实施方式只是对本发明的技术方案进行详细解释，本发明并不只仅仅局限于上述实施例，凡是依据本发明原理的任何改进或替换，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种多床层低阻力催化反应器，它包括外筒(1)及设置在外筒(1)内的内筒(2)，外筒(1)和内筒(2)之间设有环隙(10)，外筒(1)的上部设有与环隙(10)连通的未反应气进口(11)，内筒(2)的轴心处设有中心管(3)；其特征在于，所述内筒(2)的内腔由上至下包括第一床层(21)、第二床层(22)和第三床层(23)，第一床层(21)和第二床层(22)之间由隔板(4)分隔，第二床层(22)和第三床层(23)之间由隔板(5)分隔，第一床层(21)中设有第一层间换热器(6)，第二床层(22)中设有第二层间换热器(7)，第三床层(23)中设有底部换热器(8)；所述第一层间换热器(6)、第二层间换热器(7)和底部换热器(8)均包括多个并排设置的换热管，底部换热器(8)的下部与环隙(10)连通以使未反应气经环隙(10)进入底部换热器(8)的换热管管间并向上进入第二层间换热器(7)的换热管管间和中心管(3)的上端，所述外筒(1)的上部设有安装冷气管的冷气进口(12)，冷气管的一端插入第一层间换热器(6)的换热管管间；所述第一层间换热器(6)的筒壁设有多个第一通气孔(61)，第一层间换热器(6)的上端盖部经第一通气孔(61)与第一床层(21)连通以使经第一床层(21)反应后的反应气进入第一层间换热器(6)的换热管管内并向下排出进入第二床层(22)；所述第二层间换热器(7)的筒壁设有多个第二通气孔(71)，第二层间换热器(7)的上端盖部经第二通气孔(71)与第二床层(22)连通以使经第二床层(22)反应后的反应气进入第二层间换热器(7)的换热管管内并向下排出进入第三床层(23)；所述底部换热器(8)的筒壁设有多个第三通气孔(81)，底部换热器(8)的上端盖部经第三通气孔(81)与第三床层(23)连通以使经第三床层(23)反应后的反应气进入底部换热器(8)的换热管管内并向下经反应器底端的反应气出口(14)排出。
2.根据权利要求1所述的多床层低阻力催化反应器，其特征在于：所述第一床层(21)、第二床层(22)和第三床层(23)均为径向反应段。
3.根据权利要求2所述的多床层低阻力催化反应器，其特征在于：所述中心管(3)的下端口位于底部换热器(8)的上部且与底部换热器(8)的换热管管间连通以使未反应气经底部换热器(8)的换热管管间进入中心管(3)；中心管(3)的中段与第二层间换热器(7)的换热管管间连通以使未反应气进入第二层间换热器(7)的换热管管间，中心管(3)的上端口位于第一床层(21)的上部以使未反应气进入第一床层(21)。
4.根据权利要求1或3所述的多床层低阻力催化反应器，其特征在于：所述外筒(1)的底部设有低温保护气入口(13)。
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