CN112691614A - 一种一体式反应换热设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了石油化工技术领域一种一体式反应换热设备，该设备立式布置，其特征在于：所述一体式反应换热设备由三个部分组成，从上往下依次是为反应区、分配区和换热区；在反应器上端设置有上封头，上封头上设置有进料入口；在反应器底端设置有底封头，底封头上设置有反应产物出口；所述一体式反应换热设备通过裙座支撑安装。采用本发明换热设备具有如下优点：1)减少投资，包括设备本身投资和外部连接管线投资；2)减少了大量外部连接管线泄露风险，提高装置运行可靠性；3)较少框架，减少占地面积和投资；4)减少热量和压降损失，降低装置运行费用；5)降低连接管线设计难度，减少现场施工和安装工作量。

Description

一种一体式反应换热设备

技术领域

本发明属于石油化工技术领域，具体涉及反应系统的反应器和换热器。

背景技术

石油化工领域生产芳烃、烯烃、高品质油品等一般需要经过化学反应，反应一般都需要在催化剂的作用下、在一定的温度和压力条件下进行，而且大部分反应是放热反应、经过反应后的反应产物温度会升高，为了回收能量、降低能耗，一般会设置反应进料/反应产物换热器、用反应产物预热反应进料，在降低反应进料加热炉负荷的同时减少反应产物冷却负荷。

现有的典型的工艺流程一般是反应进料与反应产物先进行换热，换热后反应进料经反应进料加热炉进一步加热至反应温度后，送入反应器进行反应，反应产物与反应进料换热后进一步进行冷却和气液分离。其中，由于反应大多是高温、高压和临氢环境，反应器、反应进料换热器、反应产物换热器以及相连的管道需要选用合金钢材质且等级较高；此外，为降低热量损失、压降和减少泄露点，要求反应器和反应进料/反应产物换热器间相连管线尽量短，对管道布置和应力计算也带来较大的困难和挑战。因此，反应器、反应进料/反应产物换热器以及相连的管道是反应系统的核心和关键部分，直接关系到装置的投资、能耗和安全。

目前反应系统设计普遍采用的方案是反应器和换热器独立设置，分别置于不同的框架上并通过管线相连，占地面积大、相连管线长，投资高，能耗和压降无法有效降低，且相连管线复杂，设计、施工难度较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种一体式反应换热设备，以解决现有技术中反应器和换热器独立设置，占地面积大、相连管线长，以及投资、运行成本高的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种一体式反应换热设备，该设备立式布置，其特征在于：所述一体式反应换热设备由三个部分组成，从上往下依次是为反应区、分配区和换热区；在反应器上端设置有上封头，上封头上设置有进料入口；在反应器底端设置有底封头，底封头上设置有反应产物出口；所述一体式反应换热设备通过裙座支撑安装。

本发明一种一体式反应换热设备，其进一步特征在于：所述反应区、分配区和换热区分别设置在一体式反应换热设备的上部、中部和下部。

本发明一种一体式反应换热设备，其进一步特征在于：在所述反应区内部设置有催化剂支撑格栅，反应区为上封头和催化剂支撑格栅围起的空间。反应区内部装有适应于反应需要的催化剂，催化剂由催化剂支撑格栅支撑。在反应区设备筒体上还设有卸除催化剂的卸料口。

本发明一种一体式反应换热设备，其进一步特征在于：在所述分配区设置有分配盘，在所述分配盘上均匀开孔；分配区为催化剂格栅与分配盘之间的空间。

本发明一种一体式反应换热设备，其进一步特征在于：所述换热区为分配盘和底封头之间的空间。换热区内设置有上管板和下管板，上下管板之间设置有换热管束，所述换热管束为螺旋缠绕式布置并与上下管板固定，在上管板的设备筒体上设置有出料口，在下管板的设备筒体上设置有进料口。

反应进料经过反应进料加热炉加热到反应温度后，由设备顶部进入反应部分，在其中与催化剂接触进行反应，反应产物经过分配部分均匀分配进入换热部分，换热部分的上下管板将反应产物与反应进料隔开，冷热两侧的高温差可以通过换热管的自由膨胀来解决。

通过分配盘分配的反应产物通过设备的上管板进入换热管束，与低温反应进料通过换热管束换热后经下管板进入底封头，然后经由底封头的反应产物出口引出进入后续分离等设备中。低温的反应进料通过设置在下管板上部的进料口进入换热区，换热后经由设置在上管板下部的出料口引出，根据工艺需要，加热后的反应进料被引入加热炉加热或直接引入设置在顶封头的进料入口。

采用本发明的一种一体式反应换热设备与现有技术相比，具有如下特点：

1.反应过程与换热过程在一个设备内进行；

2.可根据反应进料量和分配需要在壳程设置多个进出口；

3.换热部分采用螺旋缠绕管束强化传热，有效消除温差应力；

4.在分配部分设置分配部件强化物料在水平截面的分配。

采用本发明的一种一体式反应换热设备具有如下优点：

1.减少投资，包括设备本身投资和外部连接管线投资；

2.减少了大量外部连接管线泄露风险，提高装置运行可靠性；

3.较少框架，减少占地面积和投资；

4.减少热量和压降损失，降低装置运行费用；

5.降低连接管线设计难度，减少现场施工和安装工作量。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但并不限制本发明的使用范围。

附图说明

图1为本发明一体式反应换热设备的结构示意图。

其中所示附图标记为：

4-裙座；5-催化剂；6-催化剂支撑格栅；7-卸料口；8-分配盘；9-人孔；10-上管板；11-换热管束；12-下管板；13-底封头；14-反应产物出口；15-进料口；16-出料口；17-上封头；18-进料入口；19-反应区；20-分配区；21-换热区。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

以下对本发明具体实施方式作进一步说明：

本发明的一体化反应换热设备，如附图1所示，一般立式安装，反应区19设在设备上部，分配区20设置在设备中部，换热区21设置在设备下部，设备通过底部裙座4支撑安装。在反应器上端设置有上封头17，上封头17上设置有进料入口18；在反应器底端设置有底封头13，底封头13上设置有反应产物出口14；所述一体式反应换热设备通过裙座4支撑安装。

在反应区19内部设置有催化剂支撑格栅6，反应区为上封头17和催化剂支撑格栅6围起的空间。反应区内部装有适应于反应需要的催化剂5，催化剂由催化剂支撑格栅6支撑。在反应区设备筒体上还设有卸除催化剂的卸料口7。

在分配区20设置有分配盘8，分配盘上均匀开孔；分配区为催化剂格栅6与分配盘8之间的空间。为便于分配盘8安装检修，在分配区的筒体上设置有人孔9。

换热区21为分配盘8和底封头13之间的空间。换热区21内设置有上管板10和下管板12，上下管板之间设置有换热管束11，所述换热管束11为螺旋缠绕式布置并与上下管板固定，在上管板的设备筒体上设置有出料口16，在下管板的设备筒体上设置有进料口15。

通过分配盘8分配的反应产物通过设备的上管板10进入换热管束11，与低温反应进料通过换热管束换热后经下管板12进入底封头13，然后经由底封头13的反应产物出口14引出进入后续分离等设备中。低温的反应进料通过设置在下管板12上部的进料口15进入换热区，换热后经由设置在上管板10下部的出料口16引出，根据工艺需要，加热后的反应进料被引入加热炉加热或直接引入设置在顶封头的进料入口18。

反应进料经过反应进料加热炉加热到反应温度后，由设备顶部进入反应部分，在其中与催化剂接触进行反应，反应产物经过分配部分均匀分配进入换热部分，换热部分的上下管板将反应产物与反应进料隔开，冷热两侧的高温差可以通过换热管的自由膨胀来解决。反应产物与反应进料充分换热后由一体式反应换热设备底部引出。

Claims (7)

1.一种一体式反应换热设备，该设备立式布置，其特征在于：所述一体式反应换热设备由三个部分组成，从上往下依次是为反应区、分配区和换热区；在反应器上端设置有上封头，上封头上设置有进料入口；在反应器底端设置有底封头，底封头上设置有反应产物出口；所述一体式反应换热设备通过裙座支撑安装。

2.根据权利要求1所述的一体式反应换热设备，其特征在于：所述反应区、分配区和换热区分别设置在一体式反应换热设备的上部、中部和下部。

3.根据权利要求1所述的一体式反应换热设备，其特征在于：在所述反应区内部设置有催化剂支撑格栅，反应区为上封头和催化剂支撑格栅围起的空间。

4.根据权利要求3所述的一体式反应换热设备，其特征在于：在反应区内部装有适应于反应需要的催化剂，催化剂由催化剂支撑格栅支撑。在反应区设备筒体上还设有卸除催化剂的卸料口。

5.根据权利要求1所述的一体式反应换热设备，其特征在于：在所述分配区设置有分配盘，在所述分配盘上均匀开孔；分配区为催化剂格栅与分配盘之间的空间。

6.根据权利要求5所述的一体式反应换热设备，其特征在于：所述换热区为分配盘和底封头之间的空间。

7.根据权利要求1所述的一体式反应换热设备，其特征在于：在所述换热区内设置有上管板和下管板，上下管板之间设置有换热管束，所述换热管束为螺旋缠绕式布置并与上下管板固定，在上管板的设备筒体上设置有出料口，在下管板的设备筒体上设置有进料口。

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