CN108905906B - 一种轴径向反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及煤化工合成装置的技术领域,具体涉及一种轴径向反应器。包括上封头、筒体、反应机构、下封头和裙座;所述上封头的顶端开设有进气口,进气口的两侧对称设有进水口,与进水口相邻上封头的两侧设有出水口;所述上封头内设有旋风分布器,所述旋风分布器和进气口连通;所述筒体内由上至下依次设有水收集箱、上瓷球层、催化剂床层和支撑瓷球层;所述水收集箱、上瓷球层、催化剂床层和支撑瓷球层构成反应机构;上瓷球层、支撑瓷球层和下封头内分别装填瓷球,下封头内装填的瓷球粒径大于支撑瓷球层内装填的瓷球粒径;能解决传统反应器催化剂装填量小,压降大,反应管材质等级高的问题。
Description
技术领域
本发明涉及煤化工合成装置的技术领域,具体涉及一种轴径向反应器。
背景技术
目前,在煤化工领域合成装置中反应器设备,包括甲醇合成塔,乙二醇合成塔等,一般采用轴向固定管板式反应设备,合成气从管程进口进入反应器内,在反应管中催化剂作用下进行合成反应,反应热通过壳程水带走。如图7所示为传统的轴向固定管板式反应器,管程介质为反应气,壳程介质为水。催化剂装填在换热管内,利用壳程的水,吸收反应热,从而起到稳定反应温度,实现利用反应热副产蒸汽的目的。上述传统的反应器结构,存在以下缺陷:(1)由于管、壳程的温度有差异,管程(换热管)和壳程(壳程筒体)之间的热膨胀量不一致,为了控制热膨胀量差,导致该反应器的换热管长度一般不超7000mm,换热管长度限制了催化剂的装填量,进而限制了单台反应器的产能;(2)由于管、壳程介质的特性,以及催化剂对材质要求,一般情况下壳程选择碳钢材料即可,管程(换热管)需要选择不锈钢以上级别的材料。即使控制了换热管的长度,由于普通奥氏体不锈钢和碳钢之间线膨胀系数差别较大,热膨胀仍然不能满足要求,换热管需要选择材料等级更高的双相不锈钢,导致反应器的造价因为采用了特殊的双相不锈钢大幅度增加;(3)由于催化剂装填在换热管内部,换热管直径一般较小,大都为44mm或者38mm。整台反应器装填量同时受到换热管直径和换热管长度的限制,制约了催化剂的装填量,进而限制了单台反应器的产能;(4)由于结构的原因,传统反应器合成气沿轴向通过催化剂床层,床层厚度较厚,工艺侧压降较大,导致能量损失较大。
发明内容
本发明目的是为了改进已有技术的缺点,提供一种轴径向反应器,能解决传统反应器催化剂装填量小,压降大,反应管材质等级高的问题。
一种轴径向反应器,所述轴径向反应器由上至下依次包括上封头3、筒体11、反应机构、下封头20和裙座22;所述上封头3的顶端开设有进气口1,进气口1的两侧对称设有进水口2,与进水口2相邻上封头3的两侧设有出水口4;所述上封头3内设有旋风分布器5,所述旋风分布器5的进气端和进气口1连通;所述筒体11内由上至下依次设有水收集箱、上瓷球层10、催化剂床层12和支撑瓷球层18;所述水收集箱、上瓷球层10、催化剂床层12和支撑瓷球层18构成反应机构;上瓷球层10、支撑瓷球层18和下封头20内分别装填瓷球,下封头20内装填的瓷球粒径大于支撑瓷球层18内装填的瓷球粒径;
所述水收集箱包括上部的进水收集箱6和下部的出水收集箱8,所述进水收集箱6的底板为上管板7,所述出水收集箱8的底板为下管板9,进水收集箱6通过管道连通至进水口2,出水收集箱8通过管道连通至出水口4;所述进水收集箱6和上封头3之间轴向形成第一进风腔,所述出水收集箱8和上瓷球层10之间轴向形成第二进风腔;所述筒体11内同轴设有上端封闭的中心管14,所述中心管14由上至下依次贯穿于上瓷球层10、催化剂床层12、支撑瓷球层18和下封头20,且和下封头20底端开设的出气口24连通;对应于催化剂床层12的中心管14侧壁上均布设有中心管孔;
所述催化剂床层12包括轴向设置的若干根换热管和侧壁分布器13,所述换热管由同轴设置的外管17和内管16组成,每根换热管的内管16底端和外管17底端设有间距,所述若干根换热管中心对称均布于中心管14的四周形成圆柱状管群;沿若干根换热管的管身等间距设有2块以上水平的第二支撑板171,所述外管17的下端延伸至支撑瓷球层18内,所述外管17的上端延伸至出水收集箱8内,且外管17的上端管口固设在下管板9上,且相邻外管17之间的间隙内装填催化剂;所述内管16的上端延伸至进水收集箱6内,且内管16的上端管口固设在上管板7上;
所述侧壁分布器13为套管状,同轴套设于若干根换热管形成的管群上,所述侧壁分布器13的上端通过连接板131固连于筒体11内壁上,下端通过环板132固连于筒体11内壁上,且所述侧壁分布器13与筒体11内壁之间轴向形成第三进风腔,所述侧壁分布器13上均布设有侧壁孔;工作时,合成气从进气口1进入反应器内,经旋风分布器5形成一次均匀分布,之后经第一进风腔、第二进风腔、第三进风腔和侧壁分布器13形成二次均匀分布,使得径向穿入催化剂床层12内的合成气和催化剂充分接触反应,反应后的气体进入中心管14内从出气口24排出反应器;同时水从进水口2进入到进水收集箱6内,然后进入内管16,再从间距进入内管16和外管17之间的环隙空间,最后经出水收集箱8从出水口4排出,水经过内管16和外管17之间的环隙空间时吸收反应热,从而副产蒸汽。
进一步的,所述中心管孔的总面积和侧壁孔的总面积相等,且为侧壁分布器13和筒体11内壁形成的圆环面积的2~2.5倍;所述中心管孔和侧壁孔的孔径均为催化剂粒径的0.5~0.8倍。
进一步的,所述第一进气腔高度为2500~3000mm,所述第二进气腔高度为1500~2000mm;所述第三进气腔高度为200mm以上,且满足侧壁分布器13和筒体11内壁形成的圆环面积为进气口1横截面积的2倍。
进一步的,所述内管16直径为16~44mm,所述外管17直径为32~57mm,所述中心管14直径为800~1500mm。
进一步的,所述上瓷球层10的高度为100~200mm。
进一步的,所述支撑瓷球层18高度为200~300mm。
进一步的,所述中心管14的下端配适设有中心管底座23。
进一步的,所述外管17的下端延伸至支撑瓷球层18内,且延伸深度为100mm。
进一步的,所述下封头20的底部径向对称设有催化剂卸料口21。
进一步的,所述内管16的外壁上沿管身等间距设有2组以上三角支撑,每组三角支撑包括三个沿内管16径向布置的第一支撑板161。
1、本发明的新型轴径向反应器反应器,换热管由两端固定管板式优化为其一端固定,另一端可自由膨胀式的内管套设于外管内的换热管;催化剂由装填在管程内(换热管内)优化为装填在壳程内(换热管外),实现管程走水,壳程内装填催化剂;横截面的催化剂装填量较传统方式能够增加30%以上,而且实现换热管可自由膨胀,解决了换热管和壳程筒体之间膨胀量差的问题,从而解决了换热管需要采用材料等级较高的双相不锈钢的问题,换热管只需要采用普通的不锈钢,能够降低设备造价30%以上;同时换热管的长度不再是影响催化剂装填量的制约因素,换热管长度可以从7000mm增加至12500mm;从换热管长度考虑,对比传统的反应器,催化装填量可提高50%以上,能够大幅度提高单台反应器的产能。
2、本发明改变传统反应器合成气沿轴向通过催化剂床层,床层厚度较厚,工艺侧压降较大,导致能量损失大,本发明反应气沿径向通过催化剂床层,大大降低了合成气通过反应床层的厚度,能够减少工艺侧压降50%以上。
3、合成气通过旋风分布器,旋风分布器把合成气一次均匀分布到反应器的内部,之后经第一进风腔、第二进风腔、第三进风腔和侧壁分布器形成二次均匀分布,使得径向穿入催化剂床层内的合成气和催化剂充分接触,反应的更充分,增加反应效率,同时内管和外管环隙中的锅炉给水带走合成反应产生的反应热,从而起到稳定反应温度,实现利用反应热副产蒸汽的目的。
附图说明
图1为本发明新型轴径向反应器的结构示意图。
图2为新型轴径向反应器的A-A剖视图。
图3为新型轴径向反应器的B-B剖视图。
图4为单根换热管的局部结构示意图。
图5为结构Ⅰ的局部放大图。
图6为内管支撑的结构示意图。
图7为轴向固定管板式反应器。
其中:1-进气口;11-筒体;2-进水口;3-上封头;4-出水口;5-旋风分布器;6-进水收集箱;7-上管板;8-出水收集箱;9-下管板;10-上瓷球层;11-筒体;12-催化剂床层;13-侧壁分布器;131-连接板;132-环板;14-中心管,16-内管;161-第一支撑板;17外管;171-第二支撑板;18-支撑瓷球层;20-下封头;21-催化剂卸料口;22-裙座;23-中心管底座;24-出气口。
实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图1~6及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
一种轴径向反应器,反应器直径为4000mm,所述轴径向反应器由上至下依次包括上封头3、筒体11、下封头20和裙座22;所述上封头3的顶端开设有进气口1,进气口1的两侧对称设有进水口2,与进水口2相邻上封头3的两侧设有出水口4;所述上封头3内设有旋风分布器5,所述旋风分布器5进风端和进气口1连通;所述筒体11内由上至下依次设有水收集箱、上瓷球层10、催化剂床层12和支撑瓷球层18;所述水收集箱、上瓷球层10、催化剂床层12和支撑瓷球层18构成反应机构;上瓷球层10、支撑瓷球层18和下封头20内分别装填瓷球,下封头20内装填的瓷球粒径大于支撑瓷球层18内装填的瓷球粒径;
所述水收集箱包括上部的进水收集箱6和下部的出水收集箱8,所述进水收集箱6的底板为上管板7,所述出水收集箱8的底板为下管板9,进水收集箱6通过管道连通至进水口2,出水收集箱8通过管道连通至出水口4;所述进水收集箱6和上封头3之间轴向形成第一进风腔,且高度为2500mm,所述出水收集箱8和上瓷球层10之间轴向形成第二进风腔,且高度为1800mm;所述筒体11内同轴设有上端封闭的中心管14,所述中心管14由上至下依次贯穿于上瓷球层10、催化剂床层12、支撑瓷球层18和下封头20,且和下封头20底端开设的出气口24连通;对应于催化剂床层12的中心管14侧壁上均布设有中心管孔;所述催化剂床层12包括轴向设置的若干根换热管和侧壁分布器13,所述根换热管包括同轴设置的内管16和外管17,所述若干根换热管中心对称均布于中心管14的四周形成圆柱状管群;
所述换热管由同轴设置的外管17和内管16组成,沿所述外管17的管身等间距设有4块水平的第二支撑板171,所述外管17的下端延伸至支撑瓷球层18内,所述外管17的上端延伸至出水收集箱8内,且外管17的上端管口固设在下管板9上,相邻外管17之间的间隙内装填催化剂;所述内管16底端和外管17底端设有间距,所述内管16的上端延伸至进水收集箱6内,且内管16的上端管口固设在上管板7上;换热管长度为12500mm,由于内管16和外管17的材质相同,热膨胀量一致,使得换热管长度增加,由原来反应器的换热管长度不超过7000mm增加到12500mm,增大换热量,增大单台轴径向换热器的产能;
所述侧壁分布器13为套管状,同轴套设于若干根换热管形成的管群上,且所述侧壁分布器13位于催化剂床层12的外侧,所述侧壁分布器13的上端通过连接板131固设在筒体11内壁上,下端通过环板132固连于筒体11内壁上,且所述侧壁分布器13与筒体11内壁之间轴向形成第三进风腔,高度为300mm,所述侧壁分布器13上均布设有侧壁孔;所述中心管孔和侧壁孔的孔径均为催化剂粒径的0.5~0.8倍;
工作时,合成气从进气口1进入反应器内,经旋风分布器5形成一次均匀分布,之后经第一进风腔、第二进风腔、第三进风腔和侧壁分布器13形成二次均匀分布,使得径向穿入催化剂床层12内的合成气和催化剂充分接触反应,反应后的气体进入中心管14内从出气口24排出反应器;同时水从进水口2进入到进水收集箱6内,然后进入内管16,再从间距进入内管16和外管17之间的环隙空间,最后经出水收集箱8从出水口4排出,水经过内管16和外管17之间的环隙空间时吸收反应热,从而副产蒸汽。
进一步的,所述中心管孔的面积和侧壁孔的面积相等,且为侧壁分布器13和筒体11内壁形成的圆环面积的2~2.5倍。保证合成气体能够顺利穿过侧壁分布器13,进入催化机床层12,反应后副产蒸汽从中心管14进入出气口24排出反应器,不会造成合成气多余或不足的情况。
进一步的,侧壁分布器13和筒体11内壁形成的圆环面积为进气口1横截面积的2倍。使得反应充分高效。
进一步的,所述内管16直径为32mm,所述外管17直径为44mm,所述中心管14直径为1200mm。
进一步的,所述上瓷球层10的高度为150mm。
进一步的,所述支撑瓷球层18高度为300mm。
进一步的,所述中心管14的下端配适设有中心管底座23,支撑中心管14的安放的稳定。
进一步的,所述外管17的下端延伸至支撑瓷球层18内,且延伸深度为100mm。
进一步的,所述下封头20的底部径向对称设有催化剂卸料口21。方便更换下封头20内填充的催化剂。
进一步的,所述内管16的外壁上沿管身等间距设有2组三角支撑,每组三角支撑包括三个沿内管16径向布置的第一支撑板161。防止内管16在使用时发生震颤,影响使用。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种轴径向反应器,其特征在于:所述轴径向反应器由上至下依次包括上封头(3)、筒体(11)、反应机构、下封头(20)和裙座(22);
所述上封头(3)的顶端开设有进气口(1),进气口(1)的两侧对称设有进水口(2),与进水口(2)相邻上封头(3)的两侧设有出水口(4);所述上封头(3)内设有旋风分布器(5),所述旋风分布器(5)的进气端和进气口(1)连通;
所述筒体(11)内由上至下依次设有水收集箱、上瓷球层(10)、催化剂床层(12)和支撑瓷球层(18);所述水收集箱、上瓷球层(10)、催化剂床层(12)和支撑瓷球层(18)构成反应机构;上瓷球层(10)、支撑瓷球层(18)和下封头(20)内分别装填瓷球,下封头(20)内装填的瓷球粒径大于支撑瓷球层(18)内装填的瓷球粒径;
所述水收集箱包括上部的进水收集箱(6)和下部的出水收集箱(8),所述进水收集箱(6)的底板为上管板(7),所述出水收集箱(8)的底板为下管板(9),进水收集箱(6)通过管道连通至进水口(2),出水收集箱(8)通过管道连通至出水口(4);所述进水收集箱(6)和上封头(3)之间轴向形成第一进风腔,所述出水收集箱(8)和上瓷球层(10)之间轴向形成第二进风腔;所述筒体(11)内同轴设有上端封闭的中心管(14),所述中心管(14)由上至下依次贯穿于上瓷球层(10)、催化剂床层(12)、支撑瓷球层(18)和下封头(20),且和下封头(20)底端开设的出气口(24)连通;对应于催化剂床层(12)的中心管(14)侧壁上均布设有中心管孔;
所述催化剂床层(12)包括轴向设置的若干根换热管和侧壁分布器(13);所述换热管由同轴设置的外管(17)和内管(16)组成,每根换热管的内管(16)底端和外管(17)底端设有间距;
所述若干根换热管中心对称均布于中心管(14)的四周形成圆柱状的管群,沿所述若干根换热管的管身等间距设有2块以上水平的第二支撑板(171);所述若干根换热管的外管(17)下端延伸至支撑瓷球层(18)内,所述外管(17)的上端延伸至出水收集箱(8)内,且外管(17)的上端管口固设在下管板(9)上,相邻外管(17)之间的间隙内装填催化剂;所述若干根换热管的内管(16)的上端延伸至进水收集箱(6)内,且内管(16)的上端管口固设在上管板(7)上;
所述侧壁分布器(13)为套管状,同轴套设于若干根换热管形成的管群上,所述侧壁分布器(13)的上端通过连接板(131)固连于筒体(11)内壁上,下端通过环板(132)固设在筒体(11)内壁上,所述侧壁分布器(13)上均布设有侧壁孔;所述侧壁分布器(13)的外圆柱面与筒体(11)内壁之间轴向形成圆环状的第三进风腔;
工作时,合成气从进气口(1)进入反应器内,经旋风分布器(5)形成一次均匀分布,之后经第一进风腔、第二进风腔、第三进风腔和侧壁分布器(13)形成二次均匀分布,使得径向穿入催化剂床层(12)内的合成气和催化剂充分接触反应,反应后的气体进入中心管(14)内从出气口(24)排出反应器;同时水从进水口(2)进入到进水收集箱(6)内,然后进入内管(16),再从内管(16)和外管(17)下端的间距进入内管(16)和外管(17)之间的环隙空间,最后经出水收集箱(8)从出水口(4)排出,水经过内管(16)和外管(17)之间的环隙空间时吸收反应热,从而副产蒸汽。
2.根据权利要求1所述一种轴径向反应器,其特征在于:所述中心管孔的总面积和侧壁孔的总面积相等,且为侧壁分布器(13)和筒体(11)内壁形成的圆环面积的2~2.5倍;所述中心管孔的孔径和侧壁孔的孔径均为催化剂粒径的0.5~0.8倍。
3.根据权利要求1所述一种轴径向反应器,其特征在于:所述第一进风腔高度为2500~3000mm;所述第二进风腔高度为1500~2000mm;所述第三进风腔高度为200mm以上,侧壁分布器(13)和筒体(11)内壁形成的圆环面积为进气口(1)横截面积的2倍。
4.根据权利要求1所述一种轴径向反应器,其特征在于:所述内管(16)直径为16~44mm,所述外管(17)直径为32~57mm,所述中心管(14)直径为800~1500mm。
5.根据权利要求1所述一种轴径向反应器,其特征在于:所述上瓷球层(10)的高度为100~200mm。
6.根据权利要求1所述一种轴径向反应器,其特征在于:所述支撑瓷球层(18)高度为200~300mm。
7.根据权利要求1所述一种轴径向反应器,其特征在于:所述中心管(14)的下端配适设有中心管底座(23)。
8.根据权利要求1所述一种轴径向反应器,其特征在于:所述外管(17)的下端延伸至支撑瓷球层(18)内,且延伸深度为100mm。
9.根据权利要求1所述一种轴径向反应器,其特征在于:所述下封头(20)的底部径向对称设有催化剂卸料口(21)。
10.根据权利要求1所述一种轴径向反应器,其特征在于:所述内管(16)的外壁上沿管身等间距设有2组以上三角支撑,每组三角支撑包括三个沿内管(16)径向布置的第一支撑板(161)。
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