CN109186292B - 一种催化加氢反应器内的笼式换热器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种催化加氢反应器内的笼式换热器，热载体入口导管位于换热器的最上端，热载体入口导管连接有热载体分配管，热载体分配管连接热载体分配管箱，热载体分配管箱为环形状，热载体分配管箱连接有多组同心且周向均匀排布的换热器列管，换热器列管由多层支撑环支撑，换热器列管的下端连接有热载体收集管箱，热载体收集管箱的下侧连接有多组盘旋在一起的螺旋管，每个螺旋管的下端皆连接有热载体收集管，热载体收集管的另一端连接在换热器最下端的热载体出口导管上。本发明减少了催化剂的塌方，偏流，降低了催化加氢生产工艺中热点温度。延长了催化剂的使用寿命，提高了产品的选择性和产品收率。
Description
技术领域
本发明属于化工制造业设备，涉及一种催化加氢反应器内的笼式换热器。
背景技术
众所周知目前椰子油酸甲酯加氢生产椰油醇，己二酸二甲酯催化加氢生产1，6—己二醇，环戊酮催化加氢制环戊醇，环己酮催化加氢制环己醇，煤化工中一氧化碳二氧化碳催化加氢制甲醇，草酸二甲酯催化加氢制乙二醇，均采用固定床反应器。通用的固定床反应器如图1所示，是将催化剂加入固定床反应器内。催化剂在催化剂的活化和正常生产使用过程中，会出现众所周知的三个问题：第一，体积变形收缩，体积收缩可达到25%～33%，在固定床内形成所谓的催化剂收缩塌方，造成工艺中物料和氢气流动的偏流现像。第二，生产运转过程中催化剂床层受工艺中物料和氢气流动的正向冲击力大。第三，如图1的普通固定床反应器造成热点温度太高。第四，循环氢使用量大。四种因素综合的效果，影响了催化工艺的效果和减少催化剂的寿命，影响催化剂的选择性和产率，降低产量，影响产品质量。
发明内容
发明目的
本发明目的是减小椰子油酸甲酯加氢生成椰油醇和己二酸二甲酯生成1，6—己二醇的生产过程中固定床反应器内催化剂的塌方，偏流，降低了催化加氢生产工艺中的热点温度。延长了催化剂的使用寿命，提高了产品的选择性和产品收率。
技术方案
一种催化加氢反应器内的笼式换热器，其特征在于：包括热载体入口导管、热载体分配管、热载体分配管箱，换热器列管、支撑环、热载体收集管箱、螺旋管、热载体收集管和热载体出口导管；所述热载体入口导管位于换热器的最上端，热载体入口导管连接有热载体分配管，热载体分配管连接热载体分配管箱，热载体分配管箱为环形状，热载体分配管箱连接有多组同心且周向均匀排布的换热器列管，换热器列管由多层支撑环支撑，换热器列管的下端连接有热载体收集管箱，热载体收集管箱的下侧连接有多组盘旋在一起的螺旋管，每个螺旋管的下端皆连接有热载体收集管，热载体收集管的另一端连接在换热器最下端的热载体出口导管上。
所述换热器列管包括内圈换热器列管、中圈换热器列管和外圈换热器列管，所述支撑环包括内圈支撑环、中圈支撑环和外圈支撑环；内圈支撑环设有透气孔，内圈支撑环的外圈设有与内圈换热器列管数量相同的均匀分布的内圈换热器列管支撑槽，内圈换热器列管支撑槽与内圈换热器列管焊在一起；中圈支撑环设有中圈支撑环内腔，中圈支撑环内腔的直径大于内圈支撑环的外径，中圈支撑环的外圈设有与中圈换热器列管数量相同的均匀分布的中圈换热器列管支撑槽，中圈换热器列管支撑槽与中圈换热器列管焊接在一起；外圈支撑环设有外圈支撑环内腔，外圈支撑环内腔的直径大于中圈支撑环的外径，外圈支撑环的外圈设有与外圈换热器列管数量相同的均匀分布的外圈换热器列管支撑槽，外圈换热器列管支撑槽与外圈换热器列管焊接在一起。
所述支撑环在竖直方向等距排布。
所述内圈支撑环、中圈支撑环和外圈支撑环在竖直方向依次等距排布，视为一组支撑环；根据笼式换热器的长度有一组或多组支撑环。
所述内圈换热器列管、中圈换热器列管和外圈换热器列管分别连接在热载体分配管箱的内圈、下端和外圈。
所述热载体分配管为多个周向均匀分布的管道，其下端连接在环形状的热载体分配管箱的上端面。
优点及效果
本发明克服现有技术经常出现的问题：第一，减小了催化剂体积变形收缩，减小了塌方量，减小工艺中物料和氢气流动的偏流现像。第二，减小了生产运转过程中催化剂床层受工艺中物料和氢气流动的正向冲击力大。第三，降低了常规固定床反应器所造成热点温度太高。第四，降低了循环氢使用量。四种因素综合的效果。提高了催化工艺的效果和延长了催化剂的寿命，提高了催化剂的选择性和产率，提高了产量，提高了产品质量。
在如图1所示的通用固定床高压加氢反应器内部装上本发明的笼式换热器，构成内置笼式换热器的固定床高压加氢反应器，在与图1反应器相同条件下使用笼式换热器的固定床高压加氢反应器内催化剂在催化剂的活化和正常生产使用过程中，体积收缩可达到7%～10%。在与图1反应器相同条件下使用笼式换热器的固定床高压加氢反应器内催化剂在催化剂的活化和正常生产使用过程中不发生塌方和偏流现象。
氢油比小，由于笼式换热器的加入，大量的反应热由热载体带走。减少了氢油比。如己二酸二甲酯制1，6—己二醇过程中氢油比由25000～30000：1减少到4000～6000：1（标态体积比）。减小氢油比后也减少了氢气流对催化剂的冲刷，增加了催化剂的寿命。
降低热点温度，用图1所示常规的固定床加氢反应器，催化剂在催化剂的活化和正常生产使用过程中，热点温度可达260℃～280℃，在如图1所示的通用固定床高压加氢反应器内装上本发明的笼式换热器，构成内置笼式换热器的固定床高压加氢反应器，在与图1反应器相同条件下使用笼式换热器的固定床高压加氢反应器内催化剂在催化剂的活化和正常生产使用过程中，相同的操作条件下，加入笼式换热器后可以使床层温度控制到均衡的温度，明显使热点温度降低。
催化剂寿命增长，用图1所示常规的固定床加氢反应器，催化剂在催化剂的活化和正常生产使用过程中，催化剂寿命3个月。在如图1所示的通用固定床高压加氢反应器内装上本发明的笼式换热器，构成内置笼式换热器的固定床高压加氢反应器，在与图1反应器相同条件下使用笼式换热器的固定床高压加氢反应器内催化剂在催化剂的活化和正常生产使用过程中，相同的操作条件下，加入笼式换热器后可以使催化剂寿命增长到12个月。
提高了催化剂的选择性和产率，提高了产量，提高了产品质量。
附图说明
图1是通用常规的固定床加氢反应器；
图2笼式换热器的结构图；
图3内圈支撑环结构图；
图4中圈支撑环结构图；
图5外圈支撑环结构图；
图6笼式换热器上部结构的俯视示意图；
图7支撑环和换热器列管的连接结构示意图。
附图标记说明：
1.热载体入口导管、2.热载体分配管、3.热载体分配管箱、4.内圈换热器列管、5.中圈换热器列管、6.外圈换热器列管、7.内圈支撑环、8.中圈支撑环、9.外圈支撑环、10.热载体收集管箱、11.螺旋管、12.热载体收集管、13.热载体出口导管、14.透气孔、15.内圈换热器列管支撑槽、16.中圈支撑环内腔、17.中圈换热器列管支撑槽、18.外圈支撑环内腔、19.外圈换热器列管支撑槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
如图1、图2图3、图4、图5、图6和图7所示，一种催化加氢反应器内的笼式换热器，包括热载体入口导管1、热载体分配管2、热载体分配管箱3，换热器列管、支撑环、热载体收集管箱10、螺旋管11、热载体收集管12和热载体出口导管13；所述热载体入口导管1位于换热器的最上端，热载体入口导管1连接有热载体分配管2，热载体分配管2为多个周向均匀朝向分布的管道，其下端连接在环形状的热载体分配管箱3的上端面，热载体分配管箱3内圈、下端和外圈共计连接有3组同心且周向均匀排布的换热器列管，此种连接方式在使用时热载体分配管箱3内部压力均匀，换热器列管分别为内圈换热器列管4、中圈换热器列管5和外圈换热器列管6，支撑环分别为内圈支撑环7、中圈支撑环8和外圈支撑环9；内圈支撑环7设有透气孔14，内圈支撑环7的外圈设有与内圈换热器列管4数量相同（8个）的均匀分布的内圈换热器列管支撑槽15，内圈换热器列管支撑槽15与内圈换热器列管4焊在一起；中圈支撑环8设有中圈支撑环内腔16，中圈支撑环内腔16的直径大于内圈支撑环7的外径，中圈支撑环8的外圈设有与中圈换热器列管5数量相同（16个）的均匀分布的中圈换热器列管支撑槽17，中圈换热器列管支撑槽17与中圈换热器列管5焊接在一起；外圈支撑环9设有外圈支撑环内腔18，外圈支撑环内腔18的直径大于中圈支撑环8的外径，外圈支撑环9的外圈设有与外圈换热器列管6数量相同（24个）的均匀分布的外圈换热器列管支撑槽19，外圈换热器列管支撑槽19与外圈换热器列管6焊接在一起。内圈支撑环7、中圈支撑环8和外圈支撑环9在竖直方向依次等距排布，视为一组支撑环；本实施例使用了3组，共计9个支撑环，“内、中、外、内、中、外、内、中、外”依次等距排布。换热器列管的下端连接有热载体收集管箱10，热载体收集管箱10的下侧连接有多组盘旋在一起的螺旋管11，每个螺旋管11的下端皆连接有热载体收集管12，热载体收集管12的另一端连接在换热器最下端的热载体出口导管13上。
多层支撑环在催化剂的活化和正常生产使用过程中降低了原料和氢气流的轴向正面直接冲击力，同时减小了催化剂自身承载的重力。未加笼式换热器，氢气流和物料是沿反应器的轴向平行向下流动，对催化剂产生压力大，容易沿壁偏流。加入笼式换热器后有管束的束缚和有笼式支撑环的承载物料和氢气流在反应器内是曲线流动，减少了催化剂正向的冲击，减小了体积收缩和塌方的造成，减少了催化剂的损伤，降低了偏流和沿壁偏流的现象，增加了催化剂的寿命，提高了反应器的利用率，提高了选择性和收率。
笼式换热器的固定床高压加氢反应器，通过笼式换热器的器壁，反应器内催化剂床层反应物放出的热量反应物料与循环氢气也可以通以热载体，与笼式换热器器壁交换给内部的热载体，把床层热点温度平推下移，达到降低热点温度的效果。
采用笼式内换热器，使反应器内催化剂体积收缩对比未加笼式换热器的25%～33%下降到7%～10%，催化剂催化剂床层热点温度降低，催化剂寿命由原来的3个月提高到12个月，催化氢化产品的选择性增加，产品收率增加。
笼式换热器内部通以热载体，热载体可以是导热油，循环氢气，循环蒸气。
实施例1
在如图1所示通用固定床高压加氢反应器中进行己二酸二甲酯制1，6-己二醇的生产，反应器直径600mm，在该反应器中加入3立方米己二酸二甲酯制1，6-己二醇催化剂，催化剂经活化后，进行己二酸二甲酯制1，6-己二醇的生产，生产过程中反应条件，进料时己二酸二甲酯与循环氢气标准体积比按1:25000~30000，反应器入口进料温度控制在190度，反应器床层压力控制在16~18MPa，经测试反应器催化剂床层热点温度260~280度，己二酸二甲酯转化率100%，生成1，6-己二醇的选择性85%~90%，生产操作1个月后发现催化剂床层有偏流现像，催化剂寿命3个月，催化剂体积塌方32%。
实施例2
在如图1所示通用固定床高压加氢反应器中加入如图2所示的笼式换热器，进行己二酸二甲酯制1，6-己二醇的生产，反应器直径600mm，在该反应器中加入与实施例1相同的3立方米己二酸二甲酯制1，6-己二醇催化剂，催化剂经与实施例1相同的方活化后，进行己二酸二甲酯制1，6-己二醇的生产，生产过程中反应条件，进料时己二酸二甲酯与循环氢气标准体积比按1:4000~6000，反应器入口进料温度控制在190度，反应器床层压力控制在16~18MPa，经测试反应器催化剂床层热点温度195~210度，己二酸二甲酯转化率100%，生成1，6-己二醇的选择性99.47%~98.50%，生产操作后没有发现催化剂床层有偏流现像，催化剂寿命12个月，催化剂体积塌方7~8%。
从实施例1与实施例2对比试验可以看出，在通用固定床高压加氢反应器内加入笼式换热器，在生产中降低了热点温度，产品转化率提高，选择性提高，催化剂塌方量减小，催化剂寿命增长。得到了良好的共轭化效果。
实施例3
在如图1所示通用固定床高压加氢反应器中进行环戊酮制环戊醇的生产，反应器直径600mm，在该反应器中加入3立方米环戊酮制环戊醇的催化剂，催化剂经活化后，进行环戊酮制环戊醇的生产，生产过程中反应条件，进料时环戊酮与循环氢气标准体积比按1:5000~8000，反应器入口进料温度控制在130度，反应器床层压力控制在10~11MPa，经测试反应器催化剂床层热点温度160~180度，环戊酮转化率100%，生成环戊醇的选择性80%~95%，生产操作1.5个月后发现催化剂床层有偏流现像，催化剂寿命3个月，催化剂体积塌方25%。
实施例4
在如图1所示通用固定床高压加氢反应器中加入如图2所示的笼示换热器，进行环戊酮制环戊醇的生产，反应器直径600mm，在该反应器中加入与实施例3相同的3立方米环戊酮制环戊醇催化剂，催化剂经与实施例3相同的方法活化后，进行环戊酮制环戊醇的生产，生产过程中反应条件，进料时环戊酮与循环氢气标准体积比按1:1000~1200，反应器入口进料温度控制在130度，反应器床层压力控制在10~11MPa，经测试反应器催化剂床层热点温度135~140度，环戊酮转化率100%，生成环戊醇的选择性99.80%，生产操作后没有发现催化剂床层有偏流现像，催化剂寿命12个月，催化剂体积塌方7%。
从实施例3与实施例4对比试验同样看出，在通用固定床高压加氢反应器内加入笼式换热器，在生产中降低了热点温度，产品转化率提高，选择性提高，催化剂塌方量减小，催化剂寿命增长。得到了良好的共轭化效果。
Claims (4)
1.一种催化加氢反应器内的笼式换热器，其特征在于：包括热载体入口导管（1）、热载体分配管（2）、热载体分配管箱（3），换热器列管、支撑环、热载体收集管箱（10）、螺旋管（11）、热载体收集管（12）和热载体出口导管（13）；所述热载体入口导管（1）位于换热器的最上端，热载体入口导管（1）连接有热载体分配管（2），热载体分配管（2）连接热载体分配管箱（3），热载体分配管箱（3）为环形状，热载体分配管箱（3）连接有多组同心且周向均匀排布的换热器列管，换热器列管由多层支撑环支撑，换热器列管的下端连接有热载体收集管箱（10），热载体收集管箱（10）的下侧连接有多组盘旋在一起的螺旋管（11），每个螺旋管（11）的下端皆连接有热载体收集管（12），热载体收集管（12）的另一端连接在换热器最下端的热载体出口导管（13）上；
所述换热器列管包括内圈换热器列管（4）、中圈换热器列管（5）和外圈换热器列管（6），所述支撑环包括内圈支撑环（7）、中圈支撑环（8）和外圈支撑环（9）；内圈支撑环（7）设有透气孔（14），内圈支撑环（7）的外圈设有与内圈换热器列管（4）数量相同的均匀分布的内圈换热器列管支撑槽（15），内圈换热器列管支撑槽（15）与内圈换热器列管（4）焊在一起；中圈支撑环（8）设有中圈支撑环内腔（16），中圈支撑环内腔（16）的直径大于内圈支撑环（7）的外径，中圈支撑环（8）的外圈设有与中圈换热器列管（5）数量相同的均匀分布的中圈换热器列管支撑槽（17），中圈换热器列管支撑槽（17）与中圈换热器列管（5）焊接在一起；外圈支撑环（9）设有外圈支撑环内腔（18），外圈支撑环内腔（18）的直径大于中圈支撑环（8）的外径，外圈支撑环（9）的外圈设有与外圈换热器列管（6）数量相同的均匀分布的外圈换热器列管支撑槽（19），外圈换热器列管支撑槽（19）与外圈换热器列管（6）焊接在一起；
所述内圈支撑环（7）、中圈支撑环（8）和外圈支撑环（9）在竖直方向依次等距排布，视为一组支撑环；根据笼式换热器的长度有一组或多组支撑环。
2.根据权利要求1所述的催化加氢反应器内的笼式换热器，其特征在于：所述支撑环在竖直方向等距排布。
3.根据权利要求1所述的催化加氢反应器内的笼式换热器，其特征在于：所述内圈换热器列管（4）、中圈换热器列管（5）和外圈换热器列管（6）分别连接在热载体分配管箱（3）的内圈、下端和外圈。
4.根据权利要求1所述的催化加氢反应器内的笼式换热器，其特征在于：所述热载体分配管（2）为多个周向均匀分布的管道，其下端连接在环形状的热载体分配管箱（3）的上端面。
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