CN112007587B - 一种烷烃催化脱氢立式固定床反应器 - Google Patents

Abstract

一种烷烃催化脱氢立式固定床反应器，属于烷烃催化脱氢装置领域，包括罐体，罐体内腔上部固定安装有两块上隔板，罐体内腔下部固定安装有两块下隔板，上隔板和下隔板将罐体内腔从上到下分为催化剂仓、排气仓、反应仓、进气仓和排料仓五个仓室，罐体内部设有数根反应管，反应管的上端均穿过两块上隔板并与催化剂仓相通，反应管的下端均穿过两块下隔板并与排料仓相通，反应管在罐体内部呈内外两圈环形排列，罐体内部竖向设有共中心线的搅拌轴，搅拌轴的下端与进气仓上侧的下隔板顶面轴承连接。每根反应管均单独动作互不影响，且在换料过程中无需停机，大大提高了生产效率，适合作为新式烷烃催化脱氢用立式固定床反应器进行推广。

Description

一种烷烃催化脱氢立式固定床反应器

技术领域

本发明属于烷烃催化脱氢装置领域，具体地说是一种烷烃催化脱氢立式固定床反应器。

背景技术

烷烃催化脱氢反应需要借助固定床反应器进行，固定床反应器是一种将催化剂固定于反应管内部，然后将待反应气体利用气泵推动穿过催化剂进行反应的装置，由于脱氢反应所需温度在２００℃左右且为吸热反应，因此还需要为固定床反应器进行加热，在实际使用时固定床中的催化剂会逐渐失效、板结和堵塞，由于固定床中同时有多根装有催化剂的反应管在进行反应，用户难以判断具体哪根反应管中的催化剂出现问题，更换反应管中的催化剂目前也需要用户手工完成，板结在反应管内部的催化剂会为更换作业带来诸多困难，另外在更换催化剂时需要将反应管内部催化剂全部倒出更换，而实际使用时反应管进气口一端的催化剂失效速度会明显快于出气口一端，每次全部倒掉也会带来较大的浪费。

发明内容

本发明提供一种烷烃催化脱氢立式固定床反应器，用以解决现有技术中的缺陷。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种烷烃催化脱氢立式固定床反应器，包括罐体，罐体内腔上部固定安装有两块上隔板，罐体内腔下部固定安装有两块下隔板，上隔板和下隔板将罐体内腔从上到下分为催化剂仓、排气仓、反应仓、进气仓和排料仓五个仓室，罐体内部设有数根反应管，反应管的上端均穿过两块上隔板并与催化剂仓相通，反应管的下端均穿过两块下隔板并与排料仓相通，反应管在罐体内部呈内外两圈环形排列，罐体内部竖向设有共中心线的搅拌轴，搅拌轴的下端与进气仓上侧的下隔板顶面轴承连接，搅拌轴顶端穿过罐体顶面并与其轴承连接，搅拌轴中部则穿过两块上隔板并与其同样轴承连接，罐体顶面固定安装有电机，电机的输出轴与搅拌轴顶端固定连接，搅拌轴位于反应仓内部的外周上固定安装有螺旋叶片，搅拌轴位于催化剂仓内部的外周上则固定安装有圆盘，圆盘底面开设有共圆心的圆槽和环槽，环槽位于圆槽外部，反应管内部分别设有共中心线的转轴，转轴上端均伸出反应管顶面并固定安装有伞齿轮，转轴位于反应管内部的外周上固定安装有送料叶片，圆槽外缘底面固定安装有小伞齿环，位于内圈反应管中转轴上的伞齿轮均向上伸入圆槽中并与小伞齿环相啮合，环槽外缘底面固定安装有大伞齿环，位于外圈反应管中转轴上的伞齿轮均向上伸入环槽中并与大伞齿环相啮合，反应管位于进气仓内部的外周上分别开设有数个进气孔，反应管位于排气仓内部的外周下部分别开设有数个排气孔，反应管位于排气仓内部的外周外侧均设有套筒，套筒的上下两端均与对应上隔板的内侧端面固定连接，套筒外周上部分别开设有数个泄压孔，套筒与对应反应管外周之间的间隙内分别设有环形活塞，环形活塞的外周和内周分别与对应套筒内壁和反应管外周滑动密封配合，环形活塞顶面分别固定安装有数根顶杆，伞齿轮底面分别固定安装有端面轴承，顶杆分别穿过上侧的上隔板与端面轴承底面固定连接，顶杆外周均与上侧的上隔板滑动密封配合，顶杆位于对应套筒内腔部分外周上分别套有弹簧，弹簧的上端均与上侧上隔板底面固定连接，弹簧的下端均与对应环形活塞顶面固定连接，罐体底面固定安装有排料管，排料管上安装有阀门，罐体侧壁上固定安装有进气管、排气管、进液管、出液管，其中进气管与进气仓相通，排气管与排气仓相通，进液管和出液管则均与反应仓相通，催化剂仓一侧的侧壁上则固定装设有气密门。

如上所述的一种烷烃催化脱氢立式固定床反应器，所述的搅拌轴与上隔板和罐体连接的轴承均为防水密封轴承。

如上所述的一种烷烃催化脱氢立式固定床反应器，所述进气孔和排气孔开口处均固定安装有滤网。

如上所述的一种烷烃催化脱氢立式固定床反应器，所述转轴下端均固定安装有锥形塞，锥形塞均位于对应反应管下方且锥面朝上，锥形塞的直径均大于对应的反应管下端开口内径。

如上所述的一种烷烃催化脱氢立式固定床反应器，所述罐体外部包裹有保温材料。

如上所述的一种烷烃催化脱氢立式固定床反应器，所述罐体底面为直径逐渐缩小的倒锥形结构，排料管位于底部锥尖位置。

本发明的优点是：在使用前用户首先在催化剂仓中倒入足量的催化剂，启动电机带动搅拌轴和圆盘旋转，圆盘会通过小伞齿环和大伞齿环带动伞齿轮旋转，利用转轴带动送料叶片将催化剂送入各反应管中，用户此时可打开排料管阀门，待排料管开始排出催化剂时说明反应管内部的催化剂已经装满（此时排出的催化剂还未使用，可以重新放回催化剂仓中），用户暂时停止电机运转并关闭排料管阀门，通过进液管和出液管向反应仓内通入循坏流动的加热介质，等待罐体内温度达到反应温度后从进气管送入待脱氢的烷烃气体，气体会通过进气孔进入反应管内部并与催化剂发生反应，并从反应管上部的排气孔排出，由于每个烷烃气体分子在脱氢后会放出至少两个氢气分子（具体放出氢气数量根据实际烷烃类型决定），在排气孔处排出的气压会明显大于进气孔处气压，从排气孔排出的气体会首先进入套筒与对应反应管之间的腔室中，将环形活塞向上顶起，然后从套筒外周上开设的泄压孔排入排气仓中，最终从排气管排向下序处理机构，排气孔处排出的气压越高，则环形活塞克服弹簧弹力及自身重力向上移动的距离越大，环形活塞会通过顶杆推动伞齿轮和转轴向上移动，使伞齿轮与对应的小伞齿环或大伞齿环脱开啮合（弹簧的弹力需根据实际情况来决定，当进气管送入的气压恒定且烷烃气体的反应率高于９５％时，此时气体的膨胀倍数可以通过具体反应化学式和数学计算得知，排气孔送出的气压恰好能够推动环形活塞向上移动，使伞齿轮脱开啮合），用户此时可以恢复电机运转，使搅拌轴能够带动螺旋叶片旋转，促进加热介质在反应仓内不断流动，避免反应管发生局部受热不均匀，当其中一个反应管下部的催化剂失效或板结堵塞时，该反应管排气孔的气压会下降，此时环形活塞会拉动伞齿轮下降与对应的小伞齿环或大伞齿环恢复啮合，圆盘会带动该根转轴旋转，利用送料叶片将新的催化剂从催化剂仓往下送入反应管，反应管下端失效的催化剂则会落入排料仓，随着新的催化剂从上往下逐渐替换掉反应管中的旧催化剂，该反应管中的催化反应效率会逐渐恢复正常，排气孔的气压也会上升恢复到原有水平，将环形活塞再次顶起，使伞齿轮脱开啮合停止转动，从而实现反应管在反应效率下降后自动更换催化剂的功能，送料叶片一方面能够将催化剂在反应管内均匀输送，破碎局部板结、黏连的失效催化剂，另一方面也能促使气体在反应管内部螺旋上升流动，延长气体与催化剂的接触时间，提高反应效率；采用由上往下逐步替换催化剂的方法，并且在反应管的反应效率恢复正常后自动停止换料，符合催化剂在实际使用时下端失效速度比上端快的情况，相比每次完全更换反应管内部的所有催化剂能够降低催化剂的消耗速度，用户只需保证催化剂仓事先存储有足量的催化剂，并在每次使用后打开排料管对失效催化剂进行回收即可；每根反应管均单独动作互不影响，且在换料过程中无需停机，大大提高了生产效率，适合作为新式烷烃催化脱氢用立式固定床反应器进行推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的结构示意图；图2是图1的Ⅰ局部放大图；图3是本发明使用状态示意图；图4是图3的A向视图放大图。

附图标记：1、罐体，11、上隔板，12、下隔板，2、反应管，3、搅拌轴，31、电机，32、螺旋叶片，33、圆盘，34、圆槽，35、环槽，21、转轴，22、伞齿轮，23、送料叶片，36、小伞齿环，37、大伞齿环，24、进气孔，25、排气孔，4、套筒，41、泄压孔，42、环形活塞，43、顶杆，26、端面轴承，44、弹簧，13、排料管，14、进气管，15、排气管，16、进液管，17、出液管，18、气密门，5、锥形塞。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种烷烃催化脱氢立式固定床反应器，如图所示，包括罐体1，罐体1内腔上部固定安装有两块上隔板11，罐体1内腔下部固定安装有两块下隔板12，上隔板11和下隔板12外周均与罐体1内壁固定连接，上隔板11和下隔板12将罐体1内腔从上到下分为催化剂仓、排气仓、反应仓、进气仓和排料仓五个仓室，罐体1内部设有数根反应管2，反应管2的上端均穿过两块上隔板11并与催化剂仓相通，反应管2的下端均穿过两块下隔板12并与排料仓相通，反应管2外周均与上隔板11和下隔板12固定连接，反应管2在罐体1内部呈内外两圈环形排列，罐体1内部竖向设有共中心线的搅拌轴3，搅拌轴3的下端与进气仓上侧的下隔板12顶面轴承连接，搅拌轴3顶端穿过罐体1顶面并与其轴承连接，搅拌轴3中部则穿过两块上隔板11并与其同样轴承连接，罐体1顶面固定安装有电机31，电机31的输出轴与搅拌轴3顶端固定连接，搅拌轴3位于反应仓内部的外周上固定安装有螺旋叶片32，搅拌轴3位于催化剂仓内部的外周上则固定安装有圆盘33，圆盘33与搅拌轴3共中心线，圆盘33位于催化剂仓内腔上部，圆盘33底面开设有共圆心的圆槽34和环槽35，环槽35位于圆槽34外部，反应管2内部分别设有共中心线的转轴21，转轴21上端均伸出反应管2顶面并固定安装有伞齿轮22，伞齿轮22的直径从上往下均匀缩减，转轴21位于反应管2内部的外周上固定安装有送料叶片23，圆槽34外缘底面固定安装有小伞齿环36，位于内圈反应管2中转轴21上的伞齿轮22均向上伸入圆槽34中并与小伞齿环36相啮合，环槽35外缘底面固定安装有大伞齿环37，位于外圈反应管2中转轴21上的伞齿轮22均向上伸入环槽35中并与大伞齿环37相啮合，反应管2位于进气仓内部的外周上分别开设有数个进气孔24，反应管2位于排气仓内部的外周下部分别开设有数个排气孔25，反应管2位于排气仓内部的外周外侧均设有套筒4，套筒4的上下两端均与对应上隔板11的内侧端面固定连接，套筒4外周上部分别开设有数个泄压孔41，泄压孔41均与套筒4内腔相通，套筒4与对应反应管2外周之间的间隙内分别设有环形活塞42，环形活塞42的外周和内周分别与对应套筒4内壁和反应管2外周滑动密封配合，环形活塞42顶面分别固定安装有数根顶杆43，伞齿轮22底面分别固定安装有端面轴承26，顶杆43分别穿过上侧的上隔板11与端面轴承26底面固定连接，顶杆43外周均与上侧的上隔板11滑动密封配合，顶杆43位于对应套筒4内腔部分外周上分别套有弹簧44，弹簧44的上端均与上侧上隔板11底面固定连接，弹簧44的下端均与对应环形活塞42顶面固定连接，罐体1底面固定安装有排料管13，排料管13上安装有阀门，罐体1侧壁上固定安装有进气管14、排气管15、进液管16、出液管17，其中进气管14与进气仓相通，排气管15与排气仓相通，进液管16和出液管17则均与反应仓相通，出液管17位于进液管16上方，催化剂仓一侧的侧壁上则固定装设有气密门18，能够打开和关闭锁止的气密门18为现有成熟技术，在此不再赘述。在使用前用户首先在催化剂仓中倒入足量的催化剂，启动电机31带动搅拌轴3和圆盘33旋转，圆盘33会通过小伞齿环36和大伞齿环37带动伞齿轮22旋转，利用转轴21带动送料叶片23将催化剂送入各反应管2中，用户此时可打开排料管13阀门，待排料管13开始排出催化剂时说明反应管2内部的催化剂已经装满（此时排出的催化剂还未使用，可以重新放回催化剂仓中），用户暂时停止电机31运转并关闭排料管13阀门，通过进液管16和出液管17向反应仓内通入循坏流动的加热介质，等待罐体1内温度达到反应温度后从进气管14送入待脱氢的烷烃气体，气体会通过进气孔24进入反应管2内部并与催化剂发生反应，并从反应管2上部的排气孔25排出，由于每个烷烃气体分子在脱氢后会放出至少两个氢气分子（具体放出氢气数量根据实际烷烃类型决定），在排气孔25处排出的气压会明显大于进气孔24处气压，从排气孔25排出的气体会首先进入套筒4与对应反应管2之间的腔室中，将环形活塞42向上顶起，然后从套筒4外周上开设的泄压孔41排入排气仓中，最终从排气管15排向下序处理机构，排气孔25处排出的气压越高，则环形活塞42克服弹簧44弹力及自身重力向上移动的距离越大，环形活塞42会通过顶杆43推动伞齿轮22和转轴21向上移动，使伞齿轮22与对应的小伞齿环36或大伞齿环37脱开啮合（弹簧44的弹力需根据实际情况来决定，当进气管14送入的气压恒定且烷烃气体的反应率高于９５％时，此时气体的膨胀倍数可以通过具体反应化学式和数学计算得知，排气孔25送出的气压恰好能够推动环形活塞42向上移动，使伞齿轮22脱开啮合），用户此时可以恢复电机31运转，使搅拌轴3能够带动螺旋叶片32旋转，促进加热介质在反应仓内不断流动，避免反应管2发生局部受热不均匀，当其中一个反应管2下部的催化剂失效或板结堵塞时，该反应管2排气孔25的气压会下降，此时环形活塞42会拉动伞齿轮22下降与对应的小伞齿环36或大伞齿环37恢复啮合，圆盘33会带动该根转轴21旋转，利用送料叶片23将新的催化剂从催化剂仓往下送入反应管2，反应管2下端失效的催化剂则会落入排料仓，随着新的催化剂从上往下逐渐替换掉反应管2中的旧催化剂，该反应管2中的催化反应效率会逐渐恢复正常，排气孔25的气压也会上升恢复到原有水平，将环形活塞42再次顶起，使伞齿轮22脱开啮合停止转动，从而实现反应管在反应效率下降后自动更换催化剂的功能，送料叶片23一方面能够将催化剂在反应管2内均匀输送，破碎局部板结、黏连的失效催化剂，另一方面也能促使气体在反应管2内部螺旋上升流动，延长气体与催化剂的接触时间，提高反应效率；采用由上往下逐步替换催化剂的方法，并且在反应管2的反应效率恢复正常后自动停止换料，符合催化剂在实际使用时下端失效速度比上端快的情况，相比每次完全更换反应管2内部的所有催化剂能够降低催化剂的消耗速度，用户只需保证催化剂仓事先存储有足量的催化剂，并在每次使用后打开排料管13对失效催化剂进行回收即可；每根反应管均单独动作互不影响，且在换料过程中无需停机，大大提高了生产效率，适合作为新式烷烃催化脱氢用立式固定床反应器进行推广。

具体而言，如图1所示，本实施例所述的搅拌轴3与上隔板11和罐体1连接的轴承均为防水密封轴承。该结构能够提高搅拌轴3与罐体1和上隔板11连接处的密封性能，避免气体或液体从上述部件连接处的轴承缝隙中溢出。

具体的，如图1所示，本实施例所述进气孔24和排气孔25开口处均固定安装有滤网。该结构能够避免反应管2内部的催化剂从进气孔24或排气孔25中掉出。

进一步的，如图1所示，本实施例所述转轴21下端均固定安装有锥形塞5，锥形塞5均位于对应反应管2下方且锥面朝上，锥形塞5的直径均大于对应的反应管2下端开口内径。当转轴21向上升起时，锥形塞5也会向上移动将反应管2下端开口堵住，避免催化剂颗粒自行从反应管2下端流出。

更进一步的，如图1所示，本实施例所述罐体1外部包裹有保温材料。罐体1外部的保温材料能将减少罐体1内部的加热油与外界环境的热交换，降低能量损耗。

更进一步的，如图1所示，本实施例所述罐体1底面为直径逐渐缩小的倒锥形结构，排料管13位于底部锥尖位置。底部的倒锥形能够便于失效的催化剂从排料管13流出。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种烷烃催化脱氢立式固定床反应器，包括罐体（1），其特征在于：罐体（1）内腔上部固定安装有两块上隔板（11），罐体（1）内腔下部固定安装有两块下隔板（12），上隔板（11）和下隔板（12）将罐体（1）内腔从上到下分为催化剂仓、排气仓、反应仓、进气仓和排料仓五个仓室，罐体（1）内部设有数根反应管（2），反应管（2）的上端均穿过两块上隔板（11）并与催化剂仓相通，反应管（2）的下端均穿过两块下隔板（12）并与排料仓相通，反应管（2）在罐体（1）内部呈内外两圈环形排列，罐体（1）内部竖向设有共中心线的搅拌轴（3），搅拌轴（3）的下端与进气仓上侧的下隔板（12）顶面轴承连接，搅拌轴（3）顶端穿过罐体（1）顶面并与其轴承连接，搅拌轴（3）中部则穿过两块上隔板（11）并与其同样轴承连接，罐体（1）顶面固定安装有电机（31），电机（31）的输出轴与搅拌轴（3）顶端固定连接，搅拌轴（3）位于反应仓内部的外周上固定安装有螺旋叶片（32），搅拌轴（3）位于催化剂仓内部的外周上则固定安装有圆盘（33），圆盘（33）底面开设有共圆心的圆槽（34）和环槽（35），环槽（35）位于圆槽（34）外部，反应管（2）内部分别设有共中心线的转轴（21），转轴（21）上端均伸出反应管（2）顶面并固定安装有伞齿轮（22），转轴（21）位于反应管（2）内部的外周上固定安装有送料叶片（23），圆槽（34）外缘底面固定安装有小伞齿环（36），位于内圈反应管（2）中转轴（21）上的伞齿轮（22）均向上伸入圆槽（34）中并与小伞齿环（36）相啮合，环槽（35）外缘底面固定安装有大伞齿环（37），位于外圈反应管（2）中转轴（21）上的伞齿轮（22）均向上伸入环槽（35）中并与大伞齿环（37）相啮合，反应管（2）位于进气仓内部的外周上分别开设有数个进气孔（24），反应管（2）位于排气仓内部的外周下部分别开设有数个排气孔（25），反应管（2）位于排气仓内部的外周外侧均设有套筒（4），套筒（4）的上下两端均与对应上隔板（11）的内侧端面固定连接，套筒（4）外周上部分别开设有数个泄压孔（41），套筒（4）与对应反应管（2）外周之间的间隙内分别设有环形活塞（42），环形活塞（42）的外周和内周分别与对应套筒（4）内壁和反应管（2）外周滑动密封配合，环形活塞（42）顶面分别固定安装有数根顶杆（43），伞齿轮（22）底面分别固定安装有端面轴承（26），顶杆（43）分别穿过上侧的上隔板（11）与端面轴承（26）底面固定连接，顶杆（43）外周均与上侧的上隔板（11）滑动密封配合，顶杆（43）位于对应套筒（4）内腔部分外周上分别套有弹簧（44），弹簧（44）的上端均与上侧上隔板（11）底面固定连接，弹簧（44）的下端均与对应环形活塞（42）顶面固定连接，罐体（1）底面固定安装有排料管（13），排料管（13）上安装有阀门，罐体（1）侧壁上固定安装有进气管（14）、排气管（15）、进液管（16）、出液管（17），其中进气管（14）与进气仓相通，排气管（15）与排气仓相通，进液管（16）和出液管（17）则均与反应仓相通，催化剂仓一侧的侧壁上则固定装设有气密门（18）。

2.根据权利要求1所述的一种烷烃催化脱氢立式固定床反应器，其特征在于：所述的搅拌轴（3）与上隔板（11）和罐体（1）连接的轴承均为防水密封轴承。

3.根据权利要求1所述的一种烷烃催化脱氢立式固定床反应器，其特征在于：所述进气孔（24）和排气孔（25）开口处均固定安装有滤网。

4.根据权利要求1所述的一种烷烃催化脱氢立式固定床反应器，其特征在于：所述转轴（21）下端均固定安装有锥形塞（5），锥形塞（5）均位于对应反应管（2）下方且锥面朝上，锥形塞（5）的直径均大于对应的反应管（2）下端开口内径。

5.根据权利要求1所述的一种烷烃催化脱氢立式固定床反应器，其特征在于：所述罐体（1）外部包裹有保温材料。

6.根据权利要求1所述的一种烷烃催化脱氢立式固定床反应器，其特征在于：所述罐体（1）底面为直径逐渐缩小的倒锥形结构，排料管（13）位于底部锥尖位置。

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