CN112934122A - 固定床反应器 - Google Patents

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CN112934122A CN202110345878.9A CN202110345878A CN112934122A CN 112934122 A CN112934122 A CN 112934122A CN 202110345878 A CN202110345878 A CN 202110345878A CN 112934122 A CN112934122 A CN 112934122A
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    • C01B3/12—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents by reaction of water vapour with carbon monoxide
    • C01B3/16—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents by reaction of water vapour with carbon monoxide using catalysts

Abstract

公开了一种固定床反应器，包括：壳体，其包括直筒(2)、下封头(1)和上封头(3)，上封头设有反应气体进口(4)、装料口(7)，下封头设有人孔(11)及卸料口(14)；下管箱(12)，其与下封头远离直筒的一端连接，且设有热水进口接管(13)；上管箱(6)，其与上封头远离直筒的一端连接，且设有汽水混合物出口接管(5)；换热管束(8)，其换热管与上、下管箱的管板固定且连通，上管箱的管板和下管箱的管板直径比所述壳体直径小；收集并排出反应后的气体的中心管；以及催化剂框。公开的反应器可在不取出内件的情况下对换热管进行检查及堵漏，不妨碍催化剂的装、卸；大角度的弓形换热管水循环的阻力小，可迅速移出反应热。

Description

固定床反应器
技术领域
本申请属于气固相反应器领域，具体涉及固定床反应器。
背景技术
一氧化碳变换反应器在石油及煤化工行业是一种广泛应用的反应器，经过多年的发展，已经由绝热反应器发展到等温移热式反应器。等温移热式反应器在壳体内设置换热管，通过换热管内的水使一氧化碳变换反应产生的热量及时移走从而实现“等温”反应。但现有的等温反应器存在诸多问题。
公开为CN103435006B、名称为“一种高CO高变换率等温变换反应器及其工艺”的专利，采用上、下两层与壳体一样大的管板，不仅存在造价高难以大型化的问题，而且因为需要在两层平板管板上开很多催化剂的装填口，这些装填口在装填催化剂时需要打开，装填完后又需要盖上，使催化剂装填极其困难；此外如果换热管泄露必须取出上、下两层大型管板才可以进行检修、堵漏。
公开号为CN207153662U、名称为“一种等温变换炉”的专利，和公开号为CN203227477U、名称为“一种将催化剂装于换热管之间的等温固定床反应器”的专利，都采用多个上管板、下管板，结构复杂，而且由于采用多个上、下管板，所以管板之间的空间有限，操作人员不可能直接进入管板内，所以也只能在取出内件的情况下对泄漏点进行检修、堵漏。
发明内容
本申请提供固定床反应器，该反应器结构简单、制造成本低，热应力消除充分，催化剂的装填和卸出通畅便捷，可以在不取出内件的情况下进行检修、堵漏。
根据本申请实施例的一方面，提供一种固定床反应器，包括：
壳体，所述壳体包括直筒和位于所述直筒两端的下封头和上封头，所述上封头设有反应气体进口、装料口，所述下封头设有供人进入所述反应器内部的孔及卸料口；
下管箱，所述下管箱与所述下封头远离所述直筒的一端连接，所述下管箱上设有供热水流入其内部的热水进口接管；
上管箱，所述上管箱与所述上封头远离所述直筒的一端连接，所述上管箱上设有将其内部蒸汽排出的汽水混合物出口接管；
换热管束，所述换热管束的换热管上端穿过所述上管箱的管板与所述上管箱固定且连通，所述换热管下端穿过所述下管箱的管板与所述下管箱固定且连通，所述上管箱的管板和所述下管箱的管板直径比所述壳体直径小；
中心管，所述中心管位于所述壳体内收集并排出反应后的气体；以及
催化剂框，反应所需催化剂装填在所述催化剂框、所述中心管之间及所述换热管束的空隙处。
在一些示例中，所述上管箱的管板和所述下管箱的管板直径为所述壳体所述直筒直径的1/4～3/4。
在一些示例中，所述换热管经过至少4次弯曲成为弓型。
在一些示例中，所述换热管采用环形布置多层，所述换热管的层间距为自身直径的2-6倍，每层内的所述换热管管间距为自身直径的1.5-4倍。
在一些示例中，所述催化剂框下端部封闭固定在所述壳体下部，上端不固定，所述催化剂框上根据工艺气体要求开有小孔，所述小孔覆盖有防止催化剂进入所述催化剂框与所述壳体之间空隙内的钢板网。
在一些示例中，所述中心管位于所述壳体的中心轴线上，所述中心管包括依次连接的集气段、变径段和反应气体出口段，所述集气段在催化剂层中用于收集气体，所述集气段根据工艺气体要求开有小孔并覆盖防止催化剂进入的钢板网，反应气体出口段穿过所述下管板及以及所述下管箱封头。
在一些示例中，所述反应气体出口段直径较所述集气段小。
本发明的有益效果是：采用较壳体直径小的管板，不必设置与壳体一样大的，减小了尺寸和成本，尤其是不会妨碍催化剂的装填和卸出；拆开上管箱的汽水混合物出口接管法兰及下管箱的法兰，人可以进入，实现在不取出内件的情况下对换热管进行检查及堵漏；采用弓形换热管充分释放了反应产生的热应力，提高了设备的安全性能，大角度的弓形管管内阻力小，水循环的阻力小，循环倍率大，可迅速移出反应热，反应温度控制均匀；轴径向的工艺气流动可大幅减小工艺气阻力。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。
图1是根据本申请一实施例的固定床反应器结构示意图。
图2是根据本申请另一实施例的固定床反应器结构示意图。
图3是根据本申请又一实施例的固定床反应器结构示意图。
具体实施方式
按GB151管壳式换热器要求，换热管中心距不小于换热管外径的1.25倍即可，常用的换热管中心距都在换热管外径的1.25～1.3倍之间。而用于变换移热的反应器因为需要在换热管间填充催化剂，所以换热管层间距都在换热管外径的2倍以上，因此可以利用比壳体径向尺寸小的管板来布置满足移热要求的换热管数，另外换热管做弯曲处理以布满壳体。采用比壳体径向尺寸小的管板还有一个有利之处是可以利用管板外的空间来布置催化剂的装、卸口及工艺气的进、出口。
图1示出了固定床反应器，其包括壳体、换热管束8、中心管9、催化剂框(也称“内筒”)10、上管箱6和下管箱12。所述壳体包括直筒2和位于直筒2两端的下封头1和上封头3，上封头3设有反应气体进口4、装料口7，下封头3设有供人进入所述反应器内部的孔11及卸料口14。上管箱6、下管箱12比壳体2直径小，其中上管箱6与上封头3远离直筒2的一端连接，下管箱12与下封头1远离直筒2的一端连接。即，下管箱12、下封头1、直筒2、上封头3、上管箱6连接组成一个密闭的反应空间。上管箱6上连接有汽水混合物出口接管5，下管箱12上连接有热水进口接管13。
上管箱6包括上管板601、直管602、上管箱封头603，汽水混合物出口接管5安装在上管箱封头603上。下管箱12包括下管板1201和下管箱封头1202，热水进口接管13安装在下管箱封头1202上。上管板601、下管板1201都是平板结构，二者直径小于所述壳体直径，可以是所述壳体直筒2直径的1/4～3/4。上管板601、下管板1201分别固定焊接在所述壳体的上封头3和下封头1上。还可采用法兰将上管板601、下管板1201分别连接在上封头3和下封头1上。
如图2所示，上管箱6还可置于所述壳体上封头3内。如图3所示，上管箱6上连接的汽水混合物出口接管5与上封头3采用法兰15连接及填料函的密封方式。
继续参考图3，下管箱12的下管板1201与、下封头1、下管箱封头1202可采用法兰16连接。还可在所述壳体上部设置连接法兰17(直筒2和上封头3通过法兰17连接)，必要时可以打开法兰17将换热管束8及其连接的上下管箱6，12和中心管10等内件取出进行检修或更换。
需要说明的是，本申请并不限定上管箱6和下管箱12的具体结构，只要二者安装换热管束8的管板601，1201直径较壳体的小，以达到不妨碍催化剂的装填和卸出，可以在不取出内件的情况下对换热管进行检查及堵漏的目的即可。
换热管束8的换热管采用整根定尺管，经过至少4次弯曲成为弓型(每次弯曲后的角度不小于135°)，换热管的上端穿过上管板601与上管箱6固定且连通，所述换热管的下端穿过下管板1201与下管箱12固定且连通。
组成换热管束8的换热管采用环形布置，可以布置多层(圈)换热管，换热管的层间距为换热管直径的2-6倍，组成每层内的换热管管间距为换热管直径的1.5-4倍，换热管束8内不设置传统的折流板或折流杆。
催化剂框10下端封闭且固定在炉体下部，上端不固定，催化剂框10上根据工艺气体要求开有很多小孔并覆盖钢板网，防止催化剂进入催化剂框10与所述壳体之间的空隙内。
中心管9位于所述壳体的中心轴线上。中心管9包括集气段901、变径段902、反应气体出口段903。集气段901在催化剂层中用于收集气体，其直径较大，根据工艺气体要求开有很多小孔并覆盖钢板网，防止催化剂进入。变径段902用于连接集气段901及反应气体出口段903。反应气体出口段903穿过下管板1201及封头1202，气体出口段903直径较集气段901小。其中反应气体出口段903与下管箱12的下管板1201两端焊死，与下管箱12的封头1202采用法兰18连接及填料函的密封方式。
本申请固定床反应器的工作原理是：在催化剂框10下端部以下部分装填瓷球作为催化剂的支撑，在催化剂框10、中心管9之间及换热管束8的空隙处装填催化剂；需要反应的原料气从所述壳体上封头3的反应气体进口4进入反应器，其中少部分原料气直接通过中心管9上的催化剂层，大部分原料气进入催化剂框10与直筒2之间的空隙，再经过催化剂框10开的小孔均匀地进入催化剂床层进行反应，反应后的气体经中心管9收集排出反应器；热水从热水进口接管13进入下管箱12后均匀分布进入换热管，与反应放出大量热量进行换热，热水在上行的过程中部分汽化为蒸汽，之后进入上管箱6，再从汽水混合物出口接管5排出。由于热水的相变得到非常大的换热系数，能够快速移除反应热，从而使反应温度能够根据工艺要求来控制。

Claims (7)

1.一种固定床反应器，其特征在于，包括：
壳体，所述壳体包括直筒和位于所述直筒两端的下封头和上封头，所述上封头设有反应气体进口、装料口，所述下封头设有供人进入所述反应器内部的孔及卸料口；
下管箱，所述下管箱与所述下封头远离所述直筒的一端连接，所述下管箱上设有供热水流入其内部的热水进口接管；
上管箱，所述上管箱与所述上封头远离所述直筒的一端连接，所述上管箱上设有将其内部蒸汽排出的汽水混合物出口接管；
换热管束，所述换热管束的换热管上端穿过所述上管箱的管板与所述上管箱固定且连通，所述换热管下端穿过所述下管箱的管板与所述下管箱固定且连通，所述上管箱的管板和所述下管箱的管板直径比所述壳体直径小；
中心管，所述中心管位于所述壳体内收集并排出反应后的气体；以及
催化剂框，反应所需催化剂装填在所述催化剂框、所述中心管之间及所述换热管束的空隙处。
2.根据权利要求1所述的固定床反应器，其特征在于，所述上管箱的管板和所述下管箱的管板直径为所述壳体所述直筒直径的1/4～3/4。
3.根据权利要求1所述的固定床反应器，其特征在于，所述换热管经过至少4次弯曲成为弓型。
4.根据权利要求1或3所述的固定床反应器，其特征在于，所述换热管采用环形布置多层，所述换热管的层间距为自身直径的2-6倍，每层内的所述换热管管间距为自身直径的1.5-4倍。
5.根据权利要求1所述的固定床反应器，其特征在于，所述催化剂框下端部封闭固定在所述壳体下部，上端不固定，所述催化剂框上根据工艺气体要求开有小孔，所述小孔覆盖有防止催化剂进入所述催化剂框与所述壳体之间空隙内的钢板网。
6.根据权利要求1所述的固定床反应器，其特征在于，所述中心管位于所述壳体的中心轴线上，所述中心管包括依次连接的集气段、变径段和反应气体出口段，所述集气段在催化剂层中用于收集气体，所述集气段根据工艺气体要求开有小孔并覆盖防止催化剂进入的钢板网，反应气体出口段穿过所述下管板及以及所述下管箱封头。
7.根据权利要求6所述的固定床反应器，其特征在于，所述反应气体出口段直径较所述集气段小。
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