CN110026131B - 合成气制烯烃试验用反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了合成气制烯烃试验用反应器，其具有外壳，下管板密封地连接在外壳上，下管板与外壳的底部之间形成一冷媒分配腔；布气筒支撑在下管板上，并与外壳之间具有环隙；集气筒的上端容纳在布气筒的内腔中；在上管板上安装有一上盖，两者之间所形成一冷媒收集腔，冷媒排出管连通冷媒收集腔，在外壳内设置有触媒输送部，该触媒输送部具有用于向触媒腔中输送触媒的触媒进口；在组成外壳的至少两个壳体部中，其中的一个壳体部在拆除后，能够将触媒进口暴露出来。本反应器兼具有实验性和小型规模化的特性，可进行实验性的研究，并可作为规模化生产前的各工艺和相关设备选型的模拟研究。

Description

合成气制烯烃试验用反应器

技术领域

本发明涉及化工设备领域，具体涉及一种合成气制烯烃试验用反应器。

背景技术

在目前，采用合成气为原料直接制备烯烃，虽然在实验室已成功实现，但是要实现规模化的生产尚有较多的问题需要解决。尤其是作为从实验室到规模化生产的中试设备尤其缺失，中试设备的缺失也同步导致中试装置以及相应工艺的缺失，这使得合成气直接制备烯烃的规模化生产止步不前，仍以实验室的研究为主。

另外，在对催化剂的具体效果进行检测时，也只能在实验室的微小反应器上进行，由于无法模拟规模化的大生产条件，所得到的检测数据也仅具有定性的效果，无法获得规模化生产条件下的定量参数，这阻碍了合成气制烯烃的规模化发展之路。

发明内容

为使合成气直接制备烯烃从实验室走向规模化生产，本申请提出了一种可用于合成气制备烯烃的中试设备，具体的技术方案为：

合成气制烯烃试验用反应器，该反应器为一径向反应器，其具有外壳，在外壳的顶部设置有气体进口，在外壳的底部设置有气体出口和冷媒进口；在外壳内设置有换热管束；该外壳由至少两个可拆卸分离的壳体部组成，在外壳内沿上下方向设置有上管板、下管板、集气筒和布气筒，上管板位于下管板的上方；

下管板密封地连接在外壳上，下管板与外壳的底部之间形成一冷媒分配腔，所述冷媒进口连通冷媒分配腔；

布气筒呈筒状，该布气筒与外壳之间具有环隙；该布气筒支撑在下管板上；集气筒沿外壳的轴线方向延伸并位于外壳的中心部，集气筒的上端容纳在布气筒的内腔中，集气筒的下端向下延伸连通所述气体出口；

在上管板的上侧面安装有一上盖，上管板与上盖之间所形成一冷媒收集腔，在上盖上安装有冷媒排出管，该冷媒排出管向下连通上述冷媒收集腔，且冷媒排出管向上伸出外壳的顶部后形成冷媒出口；上盖与外壳的顶部之间具有距离；冷媒排出管可拆卸地连接在外壳上；

集气筒和布气筒之间的空间形成用于盛放触媒的触媒腔，所述换热管束由位于触媒腔内的若干根列管组成，所述若干根列管沿外壳的轴线方向延伸，列管的上端贯穿上管板后连通冷媒收集腔，列管的下端贯穿下管板后连通冷媒分配腔；

上管板与外壳之间形成有气体通道；上述环隙经上述气体通道连通气体进口；

在外壳内还设置有触媒输送部，该触媒输送部具有用于向触媒腔中输送触媒的触媒进口；

沿外壳的轴线方向，在上管板与下管板之间的区域内，在布气筒上形成有通孔状的布气孔，在集气筒上形成有通孔状的通气孔；

在组成外壳的至少两个壳体部中，其中的一个壳体部在拆除后，能够将触媒进口暴露出来。

在生产时，合成气从外壳顶部的气体进口进入到上盖与外壳的顶部之间的空间内，然后顺上管板与外壳之间的气体通道进入到环隙内，再经布气筒上的布气孔进入到触媒腔进行反应，反应后所生成的反应混合气经集气筒上的通气孔进入到集气内，并经外壳底部的气体出口排出反应器，进入到下道工序。冷媒由冷媒进口进入到列管内，吸收反应热后从冷媒出口排出。

本申请中，反应器的外壳采用分体式设计，以便于在试验过程中方便地在反应器内加装其它检测设备，以及对反应器的催化剂进行更换或调整。本申请中的反应器在外壳内设置了触媒输送部，该触媒输送部位于外壳内，与传统的其它规模化生产的反应器不同，规模化生产的反应器上，用于添加催化剂的催化剂添加口一般均穿过反应器的外壳，使催化剂添加口位于反应器外壳的外侧，以便于催化剂的添加，但在本申请中，用于添加催化剂的触媒输送部全部位于外壳内，减少了反应器的外部接口。为减化设备，减少设备的外接管口，在该反应器上，未设置专门的催化剂排出口，在需要更换催化剂，或卸出催化剂时，由于外壳由至少两个可拆卸分离的壳体部组成，因此可将其中的一个壳体部拆除，以露出其中的触媒进口，即可通过该触媒进口进行催化剂的装填或卸出。

由于本反应器为一中试设备，兼具有实验性和小型规模化的特性，不但可以进行实验性的研究，也可以作为规模化生产前的各工艺和相关设备选型的模拟研究。为规模化生产的各项工艺和设备提供设计依据及试生产的参数的初步设定。

利用本反应器，能够有效地模拟合成气直接制备烯烃的规模化反应时的具体参数，并在此基础上，可以进行催化剂有效性的检测，可对在实验室条件下获得的参数取得定量的研究，以加快规模化生产的道路。

具体地，所述触媒输送部包括连通触媒腔的触媒输送管和用于封闭触媒输送管的触媒管盖，所述触媒管盖可拆卸地安装在触媒输送管上；

所述触媒输送管的一端连通触媒腔，触媒输送管的另一端向上延伸贯穿上盖后形成触媒进口，该触媒进口位于外壳与上盖之间。优选触媒管盖经螺栓连接在触媒输送管上。

该设计可以方便地将触媒经触媒进口装填到触媒腔内，由于在组成外壳的至少两个壳体部中，其中的一个壳体部在拆除后，能够将触媒进口暴露出来。在上述设计中，将触媒进口设置在外壳与上盖之间，因此在至少可将覆盖触媒进口的部分外壳设计为可拆卸的一个壳体部，在将该覆盖触媒进口的壳体部拆卸后，即可将触媒装填到触媒腔中，并可在将该触媒进口朝向地面时，将触媒腔中的触媒卸出反应器。

为使设备的结构更加合理，所述触媒输送管与集气筒同轴设置，集气筒的顶部与触媒输送管和上管板之间均具有间隙，使从触媒输送管进入的触媒能够经该间隙进入到触媒腔中。

优选地，外壳包括上部壳体和下部壳体，所述下管板固定安装在下部壳体上；在上部壳体的下端部安装有第一法兰，在下部壳体的上端部安装有第二法兰，第一法兰和第二法兰经连接螺栓连接在一起；列管的下端焊接在下管板上；在该反应器组装时，是在完成将内部组件固定在下管板上后，再将上部壳体经第一法兰和第二法兰固定在下部壳体上；上述内部组件至少包括上管板、集气筒、布气筒和换热管束。

更进一步，上部壳体包括向上突出的上封头和连接在上封头下侧的中间筒，第一法兰安装在中间筒的下端，下部壳体包括向下突出的下封头，第二法兰安装在下封头的上端；在下管板的上表面上固定安装有一两端均为敞口的短筒，所述布气筒支撑在该短筒上。

上述设计中，将外壳分为上下两个壳体部，可以将下部壳体固定支撑在一工作台上，在将上部壳体拆离后，即可露出内部结构，便于在该外壳的内部设置各类检测仪器，并检查反应过程中，对外壳内部的各部件的影响，以便于进一步完善反应条件以及内部构件。

尤其是在将上封头和中间筒一起作为上部壳体时，在将上部壳体拆离后，反应器的整个内部便暴露在外，便于对实验后反应器的内部情况进行检修和观察。为便于安装以及将触媒腔中的触媒卸出，设置了一个短筒，在安装时，首先将该短筒定位在下管板上，然后再将布气筒连接在短筒上，小质量的短筒更有利于精确定位，从而保证布气筒的精确定位，在需要卸出触媒时，需要将该短筒与下管板和布气筒的连接处均拆开，然后将短筒向上提升或偏离其安装位置，触媒腔中触媒就会自然卸出。虽然与设置专门卸出触媒的触媒出料部件相比，在卸出触媒时比较繁琐，但是保证了布气筒的完整性，同时减少了外壳的开口面积，提高了外壳的安全性，减少了泄漏点，有利于实验的安全进行。

所述布气筒优选采用点焊或满焊的焊接方式连接在该短筒上。为便于进行拆卸，采用点焊的焊接方式来将布气筒焊接在短筒上，是一个更为优化的选择。

或者，所述短筒由一钢板两端可分离地搭接在一起而形成，在该短筒的上部的内壁上形成有凸块，所述布气筒内衬在短筒内、并活动支撑在上述凸块上。

该设计可以使得在卸出触媒时更加方便，在需要卸出触媒时，将钢板的两端进行分离即可，钢板的两端具体可以采用螺栓或其它活动挂钩等部件连接在一起。

具体地，所述布气筒直接固定在下管板上，布气筒的底端形成为卸料段，在该卸料段上开设有卸料孔，在该卸料段的内侧和外侧两者中至少之一者活动设置有封闭所述卸料孔的挡板。该设计为另一针对卸料的结构设计，在该设计中，将挡板仍旧设置为一圆筒，由于挡板为活动设置，在需要时，可以将挡板向上提起，使卸料孔暴露出来，使触媒经卸料孔卸出。或者在挡板上设置一下料孔，在需要时，转动挡板，使卸料孔与下料孔连通，以使触媒卸出。

进一步，在外壳上还安装有连通冷媒分配腔的冷媒补充进口管。在反应过程中，冷媒进口必然与汽包或类似的热能回收装置相连，当需要快速补充冷媒时，就只能通过热能回收装置进行，但是这无法使反应器内的温度快速调整，尤其是需要快速冷却时，设置一个冷媒补充进口管后，可以通过该冷媒补充进口管向反应器内直接通入冷媒，以快速调整反应器内的温度，尤其是可以快速冷却反应器内的温度，以避免实验过程中，由于某种不可控因素而导致的反应温度突破反应器的安全上限时，无法快速降低反应温度而导致的反应器爆裂等安全事故的发生。

附图说明

图1是合成气制烯烃试验用反应器的第一种结构示意图。

图2是合成气制烯烃试验用反应器的第二种结构的局部示意图。

图3是合成气制烯烃试验用反应器的第三种结构的局部示意图。

具体实施方式

下面的结合附图和实施例对本发明进一步的说明。

实施例1

首先对合成气制烯烃试验用反应器300进行说明。本实施例实际上为一径向反应器。

请参阅图1，该合成气制烯烃试验用反应器300具有外壳10，该外壳为两段式，包括上部壳体和下部壳体，其中上部壳体包括中间筒12和安装在中间筒顶部的上封头11。下部壳体为一下封头13。在上部壳体的中间筒12的下端安装有一第一法兰22，在下封头13的端部安装一第二法兰23，螺栓25将第一法兰22和第二法兰23紧固在一起，从而使上部壳体和下部壳体形成一个完整的外壳10。

本实施例中，外壳包括上部壳体和下部壳体两个壳体部，可以理解，在其它实施例中，外壳还可以由三个壳体部或四个壳体部组成，即外壳由至少两个可拆卸分离的壳体部组成。

在外壳10内沿上下方向设置有上管板31、下管板33、集气筒53和布气筒60，上管板31位于下管板33的上方。下管板33焊接在下封头13的端部，具体在本实施例中，下管板33与第二法兰23为一整体式结构。可以理解，在其它实施例中，下管板33和第二法兰23可以分别设置，并分别焊接在下封头13上。

在下管板33与下封头之间形成一冷媒分配腔201，进入到该冷媒分配腔201中的冷媒能够分布到下述的列管41中。即下管板33密封地连接在外壳10上，并使下管板33与外壳10的底部之间形成一冷媒分配腔201，在下封头上安装有一连通冷媒分配腔201的冷媒进口56，即在外壳的底部设置有冷媒进口56。在本实施例中，在下封头上还安装有一连通冷媒分配腔的冷媒补充进口管54。

布气筒60呈筒状且沿外壳的轴线100方向延伸，布气筒60安装在上管板31与下管板33之间，其中布气筒60的上端固定在上管板的下侧面的边缘。在下管板33的上表面上焊接有一两端均为敞口的短筒65，该短筒65的内径略大于布气筒的外径，使布气筒能够插入到短筒的内侧，并采用点焊的方式将布气筒和短筒焊接在一起，在需要卸出催化剂时，在拆除外壳后，将布气筒和短筒之间的焊接点以及短筒与下管板之间的焊接点刨除，向上提升短筒后，催化剂从下管板与短筒之间的间隙中排出。即布气筒60支撑在下管板上。

可以理解，还可以将短筒的外径略小于布气筒的内径，使布气筒内衬在短筒内。当然，布气筒与短筒连接时，也可以使布气筒的下端面抵接在短筒的上端面上。

集气筒53沿外壳的轴线100方向延伸并位于外壳的中心部，集气筒53呈圆管状，该集气筒53包括一中心管531，在中心管531的顶部焊接有一管帽533，将中心管531的顶部封闭。集气筒53的下端向下密封穿过下管板33和下封头13后形成气体出口532，即气体出口设置在外壳的底部。管帽533与上管板31的下表面之间具有间隙，即集气筒的上端容纳在布气筒的内腔中。

集气筒53和布气筒60之间的空间形成用于盛放触媒的触媒腔，在该触媒腔内环绕集气筒53布置有若干根列管41，该若干根列管41形成用于换热的换热管束40。列管41均沿外壳的轴线100方向延伸，每一列管41的下端均焊接在下管板33上，并贯穿下管板33后连通冷媒分配腔201。每一列管41的上端均焊接在上管板31上，并贯穿上管板31。

在上管板31的上侧面焊接有一上管帽35，使上管板31与上管帽35之间所形成一冷媒收集腔202。该上管帽35即上盖，可以理解在其它实施例中，上盖还可以采用封头，或类似的结构来制作。

冷媒排出管55焊接在上管帽35上，该冷媒排出管55的下端连通冷媒收集腔202，上端向上伸出上封头11后形成冷媒出口551。具体在本实施例中，冷媒排出管55沿轴线100方向延伸，安装时，在冷媒排出管55经密封件552伸出上封头后，锁紧密封件552，即可将冷媒排出管55与上封头11之间的间隙封闭。即冷媒排出管可拆卸地连接在外壳上。

上管板31和上管帽35依靠列管支撑在外壳10内，为使上管板31处于外壳的中心，在上管板31的外周面上间隔设置有若干个支撑块311，该支撑块311使上管板31保持在外壳10的径向方向的中心处，且使上管板与外壳10之间形成气体通道61。

布气筒60与外壳10的中间筒12之间具有环隙62。上管帽35与外壳10的上封头11之间具有距离，使上管帽35与外壳10的上封头之间形成一气体分布腔203，在上封头的中心安装有一气体进口51，即气体进口设置在外壳的顶部。环隙62经气体通道61和气体分布腔203后连通气体进口51。

沿外壳10的轴线100方向，在上管板31与下管板32之间的区域内，在布气筒60上形成有通孔状的布气孔，在集气筒53的筒壁上形成有通孔状的通气孔，在附图中，布气孔和通气孔均为显示。

作为原料气的合成气从气体进口51进入后，经气体分布腔203和气体通道61后进入到环隙62中，再经布气筒60上的布气孔进入到触媒腔中进行反应，反应后的气体经通气孔进入到集气筒53内，经体出口532排出反应器300。

触媒输送部70具体包括沿轴线100方向安装在上管帽35上的触媒输送管71和触媒管盖76。在上管板31的中心部开设有一触媒通孔312，触媒输送管71的下端焊接在触媒通孔312的上边缘，触媒输送管71的上端向上贯穿上管帽35形成触媒进口，触媒进口位于上封头11与上管帽35之间，即触媒进口位于外壳10与上盖之间。为使进入到触媒腔中的触媒能够均匀地布置，触媒输送管设置在外壳的中心部，且与集气筒同轴设置。由于触媒输送管位于触媒通孔312的上边缘，使集气筒的顶部与触媒输送管之间具有间隙。

可以理解，在其它实施例中，触媒输送管71还可以伸入到触媒通孔312内，或向下贯穿上管板31。触媒输送管向下最好不要超过上管板的下表面，以免占用触媒腔的有效空间，当触媒输送管向下超过上管板的下表面时，要保证触媒输送管与集气筒的顶部之间具有间隙，以保证触媒能够顺利地进入到触媒腔中。

在本实施例中，触媒管盖76呈帽状，包括盖顶74和沿盖顶74的外缘突出而形成的侧壁75，螺杆72横向贯穿侧壁75和触媒输送管71后用螺母73锁紧，将触媒管盖76可拆卸地安装在触媒输送管71上。

可以理解，在其它实施例中，还可以在触媒输送管71的上端安装一连接法兰，用螺栓将一盲板紧固在该连接法兰上，以封闭触媒输送管71，该盲板则为触媒管盖。

在添加触媒前，需要先打开上部壳体，露出触媒管盖76，将螺母73和螺杆72拆下，打开触媒官盖76，将触媒通过触媒输送管71装填到触媒腔中，在将触媒管盖安装到触媒输送管上后，再将上部壳体安装到下部壳体上。即在组成外壳的至少两个壳体部中，在拆除其中的一个壳体部后，能够将触媒进口暴露出来。

由于该反应器为一中试反应器，需要经常进行拆卸，为便于拆卸，除将外壳设计为上部壳体和下部壳体外，还将壳体内大部分的部件安装在下部壳体上，以便于能够较为轻便地将上部壳体进行拆卸。具体在本实施例中，包括上管板31、集气筒53、布气筒60和换热管束40均为直接或间接地安装在下管板33上。

为便于对反应器的冷媒进行调整，尤其是在开车前需要将足量的冷媒充入到反应器内，因此在下封头13上还安装有一连通冷媒分配腔201的冷媒补充进口管54。

在反应器的外壳内还设置有热电偶58。该热电偶的外接管经可拆卸密封件581固定在外壳的上封头11上。

实施例2

本实施例是在实施例1基础上的改进，其不同在于布气筒与短筒的连接方式。请参阅图2，在图2中，与图1相同的标记表示相同的特征。

在本实施例中，短筒865由一钢板两端可分离地搭接在一起而形成，在该短筒865的上部的内壁上形成有凸块801，布气筒860内衬在短筒内、并活动支撑在凸块801上上。钢板的两端采用螺栓802紧固在一起，为便于对短筒进行再次安装，将螺栓的一端焊接在钢板的位于内侧的端头上，并在钢板的外侧端头上开始紧固通孔，在将钢板卷曲为筒状后，使螺栓向外穿过紧固通孔，并采用螺母锁紧，形成短筒860。为便于将钢板进行弯曲，凸块801设置有多个，并间隔设置在钢板的内侧。

在需要将触媒卸出触媒腔时，将螺母卸下，将钢板的两端分离，即可在布气筒与下管板33之间形成空隙，该空隙即可作为触媒卸出的通道，当然也可将整个短筒拆卸下来。

实施例3

本实施例是在实施例1基础上的改进，其不同在于布气筒与短筒的连接方式。请参阅图3，在图3中，与图1相同的标记表示相同的特征。

在本实施例中，布气筒960直接焊接在下管板33上，在布气筒的底端形成了一个卸料段，在该卸料段上开设了卸料孔901，短筒965外套在卸料段的外周面上，并自由地放置在下管板上，短筒965上不设置通孔，在需要将触媒卸出时，可将短筒965向上提起，将卸料孔露出，触媒即可从该卸料孔中卸出。卸料孔901可以向下贯穿布气筒的下端面，使两个卸料孔之间的剩余部分形成支撑脚的形式。该短筒965即挡板。

或者，在短筒上设置下料孔，在转动短筒时，下料孔能够与卸料孔连通，使触媒经卸料孔和下料孔后排出。

在其它实施例中，挡板还可以为一弧形板，该弧形板可以采用螺栓紧固在布气筒上，或者在布气筒的外侧面上设置两个卡槽，将该弧形板插在该两个卡槽内。

Claims (6)

1.合成气制烯烃试验用反应器，其具有外壳，在外壳的顶部设置有气体进口，在外壳的底部设置有气体出口和冷媒进口；在外壳内设置有换热管束；其特征在于，该外壳由至少两个可拆卸分离的壳体部组成，在外壳内设置有上管板、下管板、集气筒和布气筒，上管板位于下管板的上方；

下管板密封地连接在外壳上，下管板与外壳的底部之间形成一冷媒分配腔，所述冷媒进口连通冷媒分配腔；

布气筒呈筒状，该布气筒与外壳之间具有环隙；该布气筒支撑在下管板上；集气筒沿外壳的轴线方向延伸并位于外壳的中心部，集气筒的上端容纳在布气筒的内腔中，集气筒的下端向下延伸连通所述气体出口；

在上管板的上侧面安装有一上盖，上管板与上盖之间所形成一冷媒收集腔，在上盖上安装有冷媒排出管，该冷媒排出管向下连通上述冷媒收集腔，且冷媒排出管向上伸出外壳的顶部后形成冷媒出口；上盖与外壳的顶部之间具有距离；

集气筒和布气筒之间的空间形成用于盛放触媒的触媒腔，所述换热管束由位于触媒腔内的若干根列管组成，所述若干根列管沿外壳的轴线方向延伸，列管的上端贯穿上管板后连通冷媒收集腔，列管的下端贯穿下管板后连通冷媒分配腔；

上管板与外壳之间形成有气体通道；上述环隙经上述气体通道连通气体进口；

在外壳内还设置有触媒输送部，该触媒输送部具有用于向触媒腔中输送触媒的触媒进口；

沿外壳的轴线方向，在上管板与下管板之间的区域内，在布气筒上形成有通孔状的布气孔，在集气筒上形成有通孔状的通气孔；

在组成外壳的至少两个壳体部中，其中的一个壳体部在拆除后，能够将触媒进口暴露出来；

所述触媒输送部包括连通触媒腔的触媒输送管和用于封闭触媒输送管的触媒管盖，所述触媒管盖可拆卸地安装在触媒输送管上；所述触媒输送管的一端连通触媒腔，触媒输送管的另一端向上延伸贯穿上盖后形成触媒进口，该触媒进口位于外壳与上盖之间；

所述触媒输送管与集气筒同轴设置，集气筒的顶部与触媒输送管和上管板之间均具有间隙，使从触媒输送管进入的触媒能够经该间隙进入到触媒腔中；

在外壳上还安装有连通冷媒分配腔的冷媒补充进口管。

2.根据权利要求1所述的合成气制烯烃试验用反应器，其特征在于，外壳包括上部壳体和下部壳体，所述下管板固定安装在下部壳体上；在上部壳体的下端部安装有第一法兰，在下部壳体的上端部安装有第二法兰，第一法兰和第二法兰经连接螺栓连接在一起；列管的下端焊接在下管板上；在该反应器组装时，是在完成将内部组件固定在下管板上后，再将上部壳体经第一法兰和第二法兰固定在下部壳体上；上述内部组件至少包括上管板、集气筒、布气筒和换热管束。

3.根据权利要求2所述的合成气制烯烃试验用反应器，其特征在于，上部壳体包括向上突出的上封头和连接在上封头下侧的中间筒，第一法兰安装在中间筒的下端，下部壳体包括向下突出的下封头，第二法兰安装在下封头的上端；在下管板的上表面上固定安装有一两端均为敞口的短筒，所述布气筒支撑在该短筒上。

4.根据权利要求3所述的合成气制烯烃试验用反应器，其特征在于，所述布气筒采用点焊或满焊的焊接方式连接在该短筒上。

5.根据权利要求3所述的合成气制烯烃试验用反应器，其特征在于，所述短筒由一钢板两端可分离地搭接在一起而形成，在该短筒的上部的内壁上形成有凸块，所述布气筒内衬在短筒内、并活动支撑在上述凸块上。

6.根据权利要求3所述的合成气制烯烃试验用反应器，其特征在于，所述布气筒直接固定在下管板上，布气筒的底端形成为卸料段，在该卸料段上开设有卸料孔，在该卸料段的内侧和外侧两者中至少之一者活动设置有封闭所述卸料孔的挡板。