CN112473567B - 一种反应器的内冷管组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种反应器的内冷管组件，其特征在于：包括至少两组冷管管束，所述冷管管束包括冷管、上管箱及下管箱，所述上管箱设于冷管上端且与冷管相连通，所述下管箱设于冷管下端且与冷管相连通，各所述冷管管束首尾相接的串联在一起且在首端处设置有进水口、在尾端处设置有出水口。本发明串联在一起的冷管管束可使冷却水进行1次或多次折返，这样的冷管布置方式不仅可以高位能回收反应热副产蒸汽，而且反应器内温度均匀易于控制且床层压降低，可灵活调节温度；并且，冷管及冷管管束的布置方式也使整体结构紧凑、简单，从而能适应单系列、大型化反应器。

Description

一种反应器的内冷管组件
技术领域
本发明涉及石油化工、煤化工等反应放热设备领域，具体指一种反应器内冷管组件。
背景技术
随着工业技术的发展，各种大型的化工设备越来越多，而对于一些放热反应设备，例如甲醇合成反应器、CO变换炉、费托合成反应器、聚合釜等，这些反应器的核心设备是设置在反应器壳体内的取热方式和取热装置。
为了有效移走反应热，常用的反应器有：列管式固定床反应器、流化床反应器、浆态床反应器等。而放热反应设备无论采用列管式固定床反应器，固定流化床反应器，还是浆态床反应器，都需要采用内冷管取热，内冷管的布置方式直接影响换热效果。
在现有的列管式固定床反应器中，取热装置是设置在反应器壳体内的多根相互平行的换热管，也称列管。催化剂装填在列管内或列管外，管外或管内为冷却水，反应放出的热量通过管壁传给冷却水。列管式固定床反应器结构复杂，列管与管板之间的焊接要求高、列管存在轴向和径向温度梯度、压力降较大等；不能使用细粒催化剂，催化剂的活性内表面得不到充分利用；催化剂的再生、更换均不方便。
现有流化床反应器包括循环流化床和固定流化床。循环流化床操作复杂，固定流化床与循环流化床的操作类似，只是催化剂床层不可能像循环流化床那样循环流动，而是保持“静止”状态。由于催化剂不循环流动，使得生产能力相同的固定床比循环流化床建造和操作费用低得多。反应热由固定流化床层传递到列管中的沸水并产生蒸汽。现有流化床反应器的优点是：①可以实现固体物料的连续输入和输出；②流体和颗粒的运动使床层具有良好的传热性，床层内部温度均匀，而且易于控制，特别适用于强放热反应；③便于进行催化剂的连续再生和循环操作，适于催化剂失活速率高的过程的进行。缺点是：①由于固体颗粒和气泡在连续流动过程中的剧烈循环和搅动，无论气相或固相都存在相当广的停留时间分布，导致不适当的产品分布，降低了目的产物的收率；②反应物以气泡形式通过床层，减少了气-固相之间的接触机会，降低了反应转化率；③由于固体催化剂在流动过程中的剧烈撞击和磨擦，使催化剂加速粉化，加上床层顶部气泡的爆裂和高速运动、大量细粒催化剂的带出，造成催化剂的磨损、流失、回收困难；④床层内的复杂流体力学、传递现象，使过程处于非定常条件下；⑤由于固体颗粒的磨蚀左右，管子和容器的磨损严重。
现有的浆态床反应器比列管式固定床反应器简单，床层压降低，反应速率高，温度控制容易和灵活，能更好地控制产品的选择性，易于制造，价格便宜，且易于放大，内有冷却管。合成气从反应器底部进入，通过气体分布器，气体以气泡形式进入浆态床层，气体通过液相扩散到悬浮的催化剂颗粒表面进行反应，生产烃和水。重质烃形成浆态相部分，轻质烃和水通过液相扩散到气相部分。反应热由浆态床层传递到冷却管并产生蒸汽。现有的浆态床反应器的优点是：①在强放热条件下，易保持温度均匀；②采用细颗粒，使催化剂颗粒内表面利用充分；③当液相连续进出料时，催化剂排出再生比较方便。缺点是：①连续操作时返混严重，当有串联副反应存在时会使选择性降低；②液固比通常较高，在有液相副反应时可使选择性降低；③存在催化剂细粉的分离问题。
目的是蜡时，浆态床和固定床是适宜的反应器。目的是汽油、低碳烃为主时，则流化床更合适。浆态床更适于高分子烃。为此，应根据目的产物的需求，选择反应器的床型。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种反应器的内冷管组件，该内冷管组件适应单系列、大型化的要求，使得反应温度易于控制、可灵活调节温度、以较高位能回收反应热、反应器内温度尽可能均温，且结构简单紧凑。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种反应器的内冷管组件，其特征在于：包括至少两组冷管管束，所述冷管管束包括冷管、上管箱及下管箱，所述上管箱设于冷管上端且与冷管相连通，所述下管箱设于冷管下端且与冷管相连通，各所述冷管管束首尾相接的串联在一起且在首端处设置有进水口、在尾端处设置有出水口。
优选地，所述上管箱与下管箱之间设置有至少两根冷管，且两冷管的靠近上管箱/下管箱的部分形成弧形折弯部。进一步优选，所述上管箱与下管箱之间设置有两列冷管，每列具有三根并排布置的冷管，两列冷管端部的折弯部对称布置且在靠近端部处相互靠近。采用上述结构，不仅可以吸收冷管的热膨胀量，减缓冷管与上管箱和下管箱之间的焊接应力，而且还可以缩小上管箱和下管箱的尺寸，增大冷管外的物料装卸空间，结构简单紧凑。
优选地，所述的冷管管束为3～6组，且从俯视角度，各所述冷管管束在一圆弧线段上间隔布置，且各冷管管束上的上管箱/下管箱成形为沿圆弧线段径向延伸的圆管。进一步优选，相邻的所述上管箱/下管箱之间通过管箱连接管相连接，该管箱连接管的中心线位于所述圆弧线段上。采用上述结构，该结构不仅使整体结构更加紧凑、适用于多种反应器，而且有利于提高流体流动的顺畅，进而提高换热效果。
优选地，所述上管箱/下管箱上对应进水口处设置有进水管、对应出水口处设置有出水管，所述进水管与出水管位于内冷管组件的同侧且均位于弧形线段的拱起侧。所述进水管/出水管的直径分别与相应上管箱/下管箱的直径相同。上述结构便于对进水管与出水管进行安装，也便于后期维护。
为了便于装配，所述上管箱上设置有用于将其固定在反应器中的上固定件，所述下管箱上设置有用于将其固定在反应中的下固定件，且所述上固定件上开有圆孔，所述下固定件上开有长圆孔。
优选地，所述冷管上设置有用于将其约束在反应器中的中固定件，该中固定件为能与冷管滑动配合的套管，该套管约束在反应器内壁中。为防止冷管管束自由伸缩时冷管与外部套管间的磨擦，可在套管和冷管之间设置软垫，软垫可以是橡胶垫、非石棉纤维橡胶垫、聚四氟乙烯垫、柔性石墨垫、高温云母垫等，根据反应器内介质特性选择。
优选地，所述冷管为光管或强化传热管，选自螺纹管、波纹管、螺旋槽管、翅片管、横槽管、纵槽管、表面多孔管、缩放管。无相变传热时，可以采用螺纹管、波纹管、螺旋槽管、缩放管、内翅片管；有相变传热时，可以采用单面或双面纵槽管、锯形翅片管、T形翅片管、表面多孔管。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明串联在一起的冷管管束可使冷却水进行1次或多次折返，这样的冷管布置方式不仅可以高位能回收反应热副产蒸汽，而且反应器内温度均匀易于控制且床层压降低，可灵活调节温度；并且，冷管及冷管管束的布置方式也使整体结构紧凑、简单，从而能适应单系列、大型化反应器。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为图1的俯视图；
图3为本发明实施例中冷管管束上部的连接结构示意图；
图4为本发明实施例中冷管管束下部的连接结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1～4所示，本实施例的反应器的内冷管组件包括四组冷管管束1，冷管管束1包括冷管11、上管箱12及下管箱13，上管箱12设于冷管11上端且与冷管11相连通，下管箱13设于冷管11下端且与冷管11相连通，各冷管管束1首尾相接的串联在一起且在首端处设置有进水口、在尾端处设置有出水口。
具体的，上管箱12与下管箱13之间设置有至少两根冷管11，且两冷管11的靠近上管箱12/下管箱13的部分形成弧形折弯部120。上管箱12与下管箱13之间设置有两列冷管11，每列具有三根并排布置的冷管11，两列冷管11端部的折弯部120对称布置且在靠近端部处相互靠近。采用上述结构，不仅可以吸收冷管11的热膨胀量，减缓冷管11与上管箱12和下管箱13之间的焊接应力，而且还可以缩小上管箱12和下管箱13的尺寸，增大冷管11外的物料装卸空间，结构简单紧凑。
从俯视角度，本实施例的四组冷管管束1在一圆弧线段100上间隔布置，且各冷管管束1上的上管箱12/下管箱13成形为沿圆弧线段100径向延伸的圆管。相邻的上管箱12/下管箱13之间通过管箱连接管14相连接，该管箱连接管14的中心线位于圆弧线段100上。采用上述结构，该结构不仅使整体结构更加紧凑、适用于多种反应器，而且有利于提高流体流动的顺畅，进而提高换热效果。
在本实施例中，上管箱12/下管箱13上对应进水口处设置有进水管15、对应出水口处设置有出水管16，进水管15与出水管16位于内冷管组件的同侧且均位于弧形线段100的拱起侧。进水管15/出水管16的直径分别与相应上管箱12/下管箱13的直径相同。上述结构便于对进水管与出水管进行安装，也便于后期维护。
为了便于装配，上管箱12上设置有用于将其固定在反应器中的上固定件17，下管箱13上设置有用于将其固定在反应中的下固定件18，且上固定件17上开有圆孔171，下固定件18上开有长圆孔181。冷管11上设置有用于将其约束在反应器中的中固定件19，该中固定件19为能与冷管11滑动配合的套管，该套管约束在反应器内壁中。为防止冷管管束1自由伸缩时冷管与外部套管间的磨擦，可在套管和冷管11之间设置软垫，软垫可以是橡胶垫、非石棉纤维橡胶垫、聚四氟乙烯垫、柔性石墨垫、高温云母垫等，根据反应器内介质特性选择。
本实施例的冷管11为光管或强化传热管，选自螺纹管、波纹管、螺旋槽管、翅片管、横槽管、纵槽管、表面多孔管、缩放管。无相变传热时，可以采用螺纹管、波纹管、螺旋槽管、缩放管、内翅片管；有相变传热时，可以采用单面或双面纵槽管、锯形翅片管、T形翅片管、表面多孔管。
本实施例的冷管11两端分别与上管箱12、下管箱13焊接在一起，管箱连接件14与上管箱12、下管箱13之间也通过焊接固定。

Claims (4)

1.一种反应器的内冷管组件，其特征在于：包括至少两组冷管管束，所述冷管管束包括冷管、上管箱及下管箱，所述上管箱设于冷管上端且与冷管相连通，所述下管箱设于冷管下端且与冷管相连通，各所述冷管管束首尾相接的串联在一起且在首端处设置有进水口、在尾端处设置有出水口；
所述冷管靠近上管箱/下管箱的部分形成弧形折弯部；
所述上管箱与下管箱之间设置有两列冷管，每列具有三根并排布置的冷管，两列冷管端部的折弯部对称布置且在靠近端部处相互靠近；
所述的冷管管束为3 ~ 6组，且从俯视角度，各所述冷管管束在一圆弧线段上间隔布置，且各冷管管束上的上管箱/下管箱成形为沿圆弧线段径向延伸的圆管；
相邻的所述上管箱/下管箱之间通过管箱连接管相连接，该管箱连接管的中心线位于所述圆弧线段上；
所述上管箱/下管箱上对应进水口处设置有进水管、对应出水口处设置有出水管，所述进水管与出水管位于内冷管组件的同侧且均位于弧形线段的拱起侧；
所述进水管/出水管的直径分别与相应上管箱/下管箱的直径相同。
2.根据权利要求1所述的内冷管组件，其特征在于：所述上管箱上设置有用于将其固定在反应器中的上固定件，所述下管箱上设置有用于将其固定在反应中的下固定件，且所述上固定件上开有圆孔，所述下固定件上开有长圆孔。
3.根据权利要求1所述的内冷管组件，其特征在于：所述冷管上设置有用于将其约束在反应器中的中固定件，该中固定件为能与冷管滑动配合的套管，该套管约束在反应器内壁中。
4.根据权利要求1或2或3所述的内冷管组件，其特征在于：所述冷管为光管或强化传热管，选自螺纹管、波纹管、螺旋槽管、翅片管、横槽管、纵槽管、表面多孔管、缩放管。
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