CN113731304A - 径向反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油化工及煤化工设备技术领域，尤其是涉及一种径向反应器，包括壳体，还包括设置在壳体内的集气筒及外分布器筒，所述外分布器筒套设在集气筒外，所述外分布器筒沿其轴向开设有若干组外分布器孔道组，若干外分布器孔道组包括沿外分布器筒圆周方向分布的若干外分布器孔道组成，所述集气筒沿其轴向开设有若干组集气孔道组，若干集气孔道组包括沿集气筒圆周方向分布的若干集气孔道组成，所述集气孔道组位于相邻两外分布器孔道组之间，将每组集气孔道组设置在相邻两外分布器孔道组之间，气体随着流动方向能够快速进入后流出，进入床层反应气更多，反应效率更高，使得气体轴向分布均匀。

Description

径向反应器

技术领域

本发明涉及石油化工及煤化工设备技术领域，尤其是涉及一种径向反应器。

背景技术

固定床反应器是一种广泛应用于石油化工及煤化工等领域，用于实现液液、气液、液固、气液固等多相反应过程的设备。固定床反应器按流体流动方式可分为轴向反应器和径向反应器。轴向反应器中流体以轴向穿过催化剂床层，在催化剂床层中发生化学反应；径向反应器由两个多孔的同心套筒构成，催化剂颗粒填充在两个套筒之间，流体进入反应器后，沿垂直于反应器轴线的径向通过催化床层，发生化学反应，有较大的流通面积和较短的流动路程，床层压降小。

由于轴向反应器操作时沿床层压降较大，当装置需要提高产量大型化时，为了保证流体穿过催化剂床层时压降不能过大，反应器轴向高度就不能太高，这样轴向流反应器的直径必须随之增加，直径的增大也必然导致轴向流反应器的筒体更厚更重，制造成本高，运输难度大。轴向反应器床层高度受到床层压降的限制，直径受到设备制造和运输等条件的限制，一般难以大型化，而径向反应器可提高床层轴向高度满足装置低压降条件下的大型化要求。

在径向反应器中，由于分流、集流流道的流动规律不同，床层两端的压差沿轴向分布不均匀，从而导致径向流反应器温度分布不均匀、热稳定性较差、反应产量低及质量不过关等问题。

目前，市面上使用的径向反应器类型较多，但在流体均布等问题上并未得到有效改善，典型的径向反应器主要有以下三种。

Topsφe公司开发的径向流动反应器由催化床内件和耐压的外壳所组成，催化剂装填在内外两多孔圆筒之间的区域，气体在催化床中由外向内径向流动。该反应器允许使用小颗粒催化剂，床层压差小到0.02-0.03MPa。但是设计过于复杂，径向流动不均匀；且因径向流动，气流速度不断变化，使催化剂不能最大限度地利用。

MRF(Multi-stage-indirect-cooling type Radial Folw)反应器是日本东洋公司与日本三井化学公司联合开发的一种多段、间接冷却的径向反应器。由受压外壳、一个带中心管的催化剂筐以及与锅炉给水汽化总管和蒸汽集气总管相连接的立式锅炉列管组成。列管排列成若干层同心圆，垂直安装在催化剂床层上，与水平径向流动的合成气相垂直。该反应器的床层阻力小、传热系数高、单程转化率高，催化剂寿命长，但催化剂床层的温度难以控制，沿径向离冷却管越远的催化剂容易出现局部过热。

Davy径向固定床反应器，由壳体和换热器内件构成，换热器外壳为气体分布器，换热器内筒为气体收集器，壳侧装填催化剂，内置竖直均布的换热管束。反应气由反应器底部进入其中心管，中心管壁上有均匀的分配孔。中心管内的合成气经分配孔沿径向从内到外通过反应器中的催化剂床层，然后汇集于外层的合成气收集器再从反应器出口离开。该反应器的催化剂选择装填在壳侧的方式，具有催化剂装填量大，易于装卸，换热管配置少，投资省等优点,但催化床层的换热管束均布设计使其外环区域的换热器撤热能力不足，导致反应热不断累积，造成了催化床层外环区域的温度高于其内层温度的现象，其温差也较大。

由此可见，径向反应器在改善流体均布等问题上还有很大的提升空间，因此，研发一种流体流通面积较大，同时沿轴向分布均匀，可以大幅度提高反应效率的新型径向反应器是非常有必要的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决传统径向反应器流体沿轴向分布不均匀的问题，现提供了一种径向反应器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种径向反应器，包括壳体，还包括设置在壳体内的集气筒及外分布器筒，所述外分布器筒套设在集气筒外，所述外分布器筒沿其轴向开设有若干组外分布器孔道组，若干外分布器孔道组包括沿外分布器筒圆周方向分布的若干外分布器孔道组成，所述集气筒沿其轴向开设有若干组集气孔道组，若干集气孔道组包括沿集气筒圆周方向分布的若干集气孔道组成，所述集气孔道组位于相邻两外分布器孔道组之间。

本发明将每组集气孔道组设置在相邻两组外分布器孔道组之间，气体随着流动方向能够快速进入后流出，进入床层反应气更多，反应效率更高，使得气体轴向分布均匀。

为了气体更好分布，进一步地，所述外分布器孔道组沿外分布器筒轴向呈螺旋设置，所述集气孔道组沿集气筒轴向呈螺旋设置。使得进入催化剂床层的气体分布更均匀，从而确保反应气在反应器整个催化剂床层轴向空间内更为均匀分布。

为了使得气体更好通过外分布器筒进入，进一步地，所述外分布器孔道的中心轴线与外分布器筒的中心轴线相互交叉设置。外分布器孔道与轴线倾斜设置，使得气体进入外分布器孔道形成涡旋，加快气体进入。

为了使得气体更好通过集气筒排出，进一步地，所述集气孔道的中心轴线与集气筒的中心轴线相互交叉设置。集气孔道与轴线倾斜设置，使得气体进入集气孔道形成涡旋，加快气体排出。

进一步地，所述集气筒底部设置有圆弧形的气体流出口。可以有效减少催化剂死区，提高反应器的空间利用率，并且使反应后的气体顺利流出反应器。

本发明的有益效果是：1、相比于传统的径向反应器，外分布器筒和集气筒上设置螺旋式交替分布的孔道，且外分布器筒和集气筒上的开孔与其对应的外分布器筒和集气筒的轴线交叉，相比垂直于反应器轴向方向的直接进气的方式，气体进入催化剂床层的速度更快，进入床层的反应气更多，反应效率更高；外分布器筒和集气筒螺旋式均匀开孔的方式，使得进入催化剂床层的气体分布更均匀，从而确保反应气在反应器整个催化剂床层轴向空间内更为均匀分布；

2、本发明采用的集气筒下方的圆弧形气体流出口，出口直径与集气筒的直径一致，有效减少了催化剂死区，提高反应器的空间利用率，使反应后的气体顺利流出反应器。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的内部结构示意图；

图2是图1中A的局部放大图；

图3是发明中外分布器孔道与集气筒孔道之间的结构示意图。

图中：1、气体出口，2、下支撑板，3、气体流出口，4、反应器壳体，5、上支撑板，6、气体进口，7、换热介质出口，8、催化剂进料口，9、上管板，10、换热管，11、外分布器筒，11-1、外分布器孔道，12、集气筒，12-1、集气筒孔道，13、下管板，14、催化剂卸料口，15、换热介质入口。

具体实施方式

本发明下面结合实施例作进一步详述：

本发明不局限于下列具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其他多种具体实施方式实施本发明的，或者凡是采用本发明的设计结构和思路，做简单变化或更改的，都落入本发明的保护范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-3所示，一种径向反应器，包括壳体4，还包括设置在壳体4内的集气筒12及外分布器筒11，所述外分布器筒11套设在集气筒12外，所述外分布器筒11沿其轴向开设有若干组外分布器孔道11-1组，若干外分布器孔道11-1组包括沿外分布器筒11圆周方向分布的若干外分布器孔道11-1组成，所述集气筒12沿其轴向开设有若干组集气孔道12-1组，若干集气孔道12-1组包括沿集气筒12圆周方向分布的若干集气孔道12-1组成，所述集气孔道12-1组位于相邻两外分布器孔道11-1组之间。

所述外分布器孔道11-1组沿外分布器筒11轴向呈螺旋设置，所述集气孔道12-1组沿集气筒12轴向呈螺旋设置。

所述外分布器孔道11-1的中心轴线与外分布器筒11的中心轴线相互交叉设置并且呈45°。

所述集气孔道12-1的中心轴线与集气筒12的中心轴线相互交叉设置并且呈45°。

所述集气筒12底部设置有圆弧形的气体流出口3。

在使用时，外分布器筒11和集气筒12由螺旋均匀分布且与反应器轴线呈45°的孔道组成，外分布器筒11和集气筒12通过倾斜的上支撑板5、倾斜的下支撑板2固定设置在反应器内，并且外分布器筒11和集气筒12之间设置了若干根换热管10，若干根换热管10包括主体段与上下弯折段，换热管10的主体段平行于反应器的壳体4，若干根换热管10的上下段与若干根换热管10的主体段成钝角弯折向集气筒12的上端和下端，与上管板9和下管板13连通，在集气筒12下方设有圆弧形气体流出口3，有效减少了催化剂死区，提高反应器的空间利用率，保证气体顺利流出，圆弧段与倾斜的下支撑板2相连与外分布器筒11将反应器的壳体4分隔成同轴形式的气体分布区与气体反应区。

在壳体4的上端设置有与气体分布区连通的气体进口6，壳体4的下端设有与气体反应区连通的气体出口1，气体自壳体4上端的气体进口6进入气体分布区，再通过外分布器筒11下行并沿螺旋均匀分布的外分布器孔道11-1径向进入气体反应区，气体在催化剂床层发生反应后，再由螺旋均匀分布的集气孔道12-1流入集气筒12，最后由位于壳体4下端的气体出口1流出反应器，这样的流动方式，确保反应器在整个轴向高度的反应区内都具有较好的反应效率。

在壳体4的下端设有与下管板13连通的换热介质入口15，壳体4的上端设有与上管板9连通的换热介质出口7，换热介质由换热介质入口15进入反应器，通过下管板13分流到各个换热管10，吸收换热管10壁传来的热量，然后沿换热管10汇集到上管板9后，由换热介质出口7流出反应器。

壳体4的上端还设置有与外分布器筒11连通的催化剂进料口8，壳体4的下端还设置有与外分布器筒11连通的催化剂卸料口14，便于反应区内催化剂的及时更换。

上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (5)

1.一种径向反应器，包括壳体(4)，其特征在于：还包括设置在壳体(4)内的集气筒(12)及外分布器筒(11)，所述外分布器筒(11)套设在集气筒(12)外，所述外分布器筒(11)沿其轴向开设有若干组外分布器孔道(11-1)组，若干外分布器孔道(11-1)组包括沿外分布器筒(11)圆周方向分布的若干外分布器孔道(11-1)组成，所述集气筒(12)沿其轴向开设有若干组集气孔道(12-1)组，若干集气孔道(12-1)组包括沿集气筒(12)圆周方向分布的若干集气孔道(12-1)组成，所述集气孔道(12-1)组位于相邻两外分布器孔道(11-1)组之间。

2.根据权利要求1所述的径向反应器，其特征在于：所述外分布器孔道(11-1)组沿外分布器筒(11)轴向呈螺旋设置，所述集气孔道(12-1)组沿集气筒(12)轴向呈螺旋设置。

3.根据权利要求1或2所述的径向反应器，其特征在于：所述外分布器孔道(11-1)的中心轴线与外分布器筒(11)的中心轴线相互交叉设置。

4.根据权利要求1或2所述的径向反应器，其特征在于：所述集气孔道(12-1)的中心轴线与集气筒(12)的中心轴线相互交叉设置。

5.根据权利要求1所述的径向反应器，其特征在于：所述集气筒(12)底部设置有圆弧形的气体流出口(3)。

Images