CN114272872A - 筒式反应器 - Google Patents

Abstract

本申请的实施例提供了一种筒式反应器，包括反应器壳体以及可拆卸地安装在反应器壳体内的换热单元；反应器壳体上设有反应物料入口、反应产物出口、换热介质入口和换热介质出口；换热单元包括换热筒、换热介质分配器和换热介质收集器；相邻的换热筒以及换热筒与反应器壳体之间均形成有用于填充催化剂的填充空间，方便装填和卸料；换热筒的内部形成有用于流通换热介质的换热腔；筒式反应器相较于传统的管式反应器具有更大的换热面积，可以与反应物料发生高效换热，并且可根据反应需求设定换热筒的数量，从而控制反应物料与换热介质之间的传热效率。

Description

筒式反应器

技术领域

本发明涉及催化剂反应器技术领域，具体涉及一种筒式反应器。

背景技术

工业反应过程总是伴有一定的热效应，尤其是当反应热效应较大时，传热问题往往是反应器设计和操作的关键。例如硫化氢选择性催化氧化反应、甲醇合成反应、费托合成反应、一氧化碳氧化偶联制草酸二甲酯反应或者二氧化碳催化加氢制备航空煤油等强放热反应往往伴随着大量的副反应，不仅机理复杂，而且反应时会释放较大的热量，易导致反应器“飞温”失控。而且，反应体系中往往含有大量不稳定的化合物，易燃易爆、发生分解后会产生大量的气泡，因此，需要提高移热效率、控制反应物的浓度、防止反应过于激烈。

管式反应器作为目前工业生产中广泛使用的核心设备之一，具有结构简单、比表面积大、可控性高、在线量低、返混小等一系列优点。管式反应器可以有效控制管内流速，避免反应过于激烈，但在强放热反应过程中，管式反应器仍然存在如下缺点：

为保证反应效率，管式反应器的管径不宜过低，过低会导致换热面积过小，床层易发生超温或飞温，从而影响单塔处理能力。并且，管式反应器也无法对反应物料与换热介质之间的传热效率进行控制。

有鉴于此，实有必要开发一种新型的反应器，用于解决上述技术问题。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的实施例提供了一种能够高效换热、控制传热效率的筒式反应器。

本发明实施例提供的筒式反应器，包括反应器壳体，所述反应器壳体上设有与其内部相连通的反应物料入口、反应产物出口、换热介质入口和换热介质出口；以及换热单元，所述换热单元可拆卸地安装在所述反应器壳体内；

其中，所述换热单元包括多个由内至外嵌套设置的换热筒以及分设于所述换热筒上下两端的换热介质分配器和换热介质收集器；

相邻两个所述换热筒间隔设置以限定出位于两者之间的第一填充空间，最外层的换热筒与所述反应器壳体的内侧壁间隔设置以限定出位于两者之间的第二填充空间；所述换热筒的内部形成有用于流通换热介质的换热腔；

所述换热介质分配器流体连通地布置于所述换热介质入口与所述换热筒之间，所述换热介质分配器从所述换热介质入口接收流入的换热介质后将流入的换热介质分配至每个换热筒；

所述换热介质收集器流体连通地布置于所述换热介质出口与所述换热筒之间，所述换热介质收集器将每个换热筒流出的换热介质进行收集并将收集的换热介质汇流至所述换热介质出口。

可选地，所述反应器壳体包括筒状壳体以及与筒状壳体可拆卸连接的上端盖和下端盖，所述反应物料入口和所述换热介质出口设于所述上端盖上，所述反应产物出口和所述换热介质入口设于所述下端盖上。

可选地，所述换热筒包括环形顶板、环形底板以及两块同轴设置的圆柱形侧板，所述环形顶板、环形底板和两块圆柱形侧板共同围成所述换热腔。

可选地，所述换热介质分配器通过连接管与所述环形底板连接，所述换热介质收集器通过连接管与所述环形顶板连接。

可选地，所述连接管与所述换热介质分配器、所述换热介质收集器、所述环形顶板以及所述环形底板可拆卸连接。

可选地，所述环形顶板和所述环形底板至少一个可拆卸。

可选地，所述换热筒的底部设有支撑构件，所述环形底板与所述支撑构件可拆卸连接，所述支撑构件与所述筒状壳体可拆卸连接，所述连接管穿过所述支撑构件与所述环形底板连接。

可选地，所述换热介质分配器和所述换热介质收集器为半球形结构，并且两者分别与所述下端盖和所述上端盖可拆卸连接。

可选地，所述换热介质分配器和所述换热介质收集器通过一可拆卸的中心管道连通；多个换热筒以所述中心管道为轴心同心环状排列。

可选地，还包括与所述换热介质入口和换热介质出口连通的外挂换热介质汽包。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下有益效果：由于在反应器壳体内安装了多个由内至外嵌套设置的换热筒，相较于传统的管式反应器增大了换热面积，可以与反应物料发生高效换热。并且，由于换热单元可拆卸地安装在反应器壳体内，可根据反应需求设定换热单元的换热筒数量，从而通过改变换热面积，控制反应物料与换热介质之间的传热效率，可适用于反应温度窗较窄的反应体系。

上述技术方案中的另一个技术方案具有如下有益效果：由于换热筒、换热介质分配器和换热介质收集器等换热单元的各个部件均可拆卸，因此可以独立运输和装卸，模块化安装，从而提高了反应器的灵活性，还方便操作人员进行装卸、检测和维修等操作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的整体结构示意图；

图2为本发明实施例的剖视图；

图3为本发明实施例中换热筒的剖视图；

图4为本发明实施例中外挂换热介质汽包的连接示意图；

图中数字表示：

1、反应器壳体 11、筒状壳体 12、上端盖 13、下端盖 14、反应物料入口 15、换热介质出口 16、反应产物出口 17、换热介质入口

2、换热单元 21、换热筒 211、环形顶板 212、环形底板 213、圆柱形侧板 214、换热腔 22、换热介质分配器 23、换热介质收集器 24、中心管道 25、连接管 26、支撑构件

31、第一填充空间 32、第二填充空间

4、外挂换热介质汽包。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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。此外，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”和“下”通常是指装置实际使用或工作状态下的上和下，具体为附图中的图面方向；而“内”和“外”则是针对装置的轮廓而言的。

如图1、图2所示，本发明的实施例提供了一种筒式反应器，包括反应器壳体1以及可拆卸地安装在反应器壳体1内的换热单元2。

反应器壳体1包括筒状壳体11以及与筒状壳体11相匹配的上端盖12和下端盖13，上端盖12和下端盖13均通过法兰连接、螺纹连接或者卡接等方式与筒状壳体11可拆卸连接。上端盖12上设有反应物料入口14和换热介质出口15，下端盖13上设有反应产物出口16和换热介质入口17，并且，反应物料入口14、反应产物出口16、换热介质入口17和换热介质出口15均与筒状壳体11的内部流体连通。其中，换热介质入口17和换热介质出口15相对设置，反应物料入口14和反应产物出口16相对设置，并且反应物料入口14和反应产物出口16可以与反应器壳体1之间呈一定角度，以方便反应物料和反应产物的输送。

换热单元2包括多个由内至外同心环状嵌套设置的换热筒21以及设于换热筒21下端的换热介质分配器22和设于换热筒21上端的换热介质收集器23。换热筒21的具体结构如图3所示，包括环形顶板211、环形底板212以及两块同轴设置的圆柱形侧板213，环形顶板211、环形底板212和两块圆柱形侧板213共同围成用于流通换热介质的换热腔214。环形顶板211和环形底板212中至少有一个通过卡接等方式与圆柱形侧板213可拆卸连接，方便操作人员对换热筒21进行检修和清洗。

多个换热筒21之间相互独立，并且相邻的两个换热筒21间隔设置以限定出位于两者之间的第一填充空间31，最外层的换热筒21与反应器壳体1的内侧壁间隔设置以限定出位于两者之间的第二填充空间32。催化剂可直接填充在第一填充空间31和第二填充空间32，从而方便装填和卸料，并且可装填颗粒状催化剂、毡形催化剂等多种催化剂，适用性较好。

换热筒21的轴心处设有一中心管道24，换热介质分配器22和换热介质收集器23通过中心管道24流体连通，且两者均通过卡接或者螺纹连接等方式与中心管道24可拆卸连接。换热介质分配器22和换热介质收集器23可以为半球形结构，其中，换热介质分配器22通过螺栓或者法兰等紧固件与下端盖13可拆卸连接，并且与换热介质入口17流体连通。换热介质收集器23通过螺栓或者法兰等紧固件与上端盖12可拆卸连接，并且与换热介质出口15流体连通。

换热介质分配器22通过连接管25分别与各个换热筒21的环形底板212连接，从而使其与各个换热腔214流体连通。换热介质分配器22能接收由换热介质入口17处流入的换热介质，并将换热介质均匀地分配至各个换热筒21。

换热介质收集器23通过连接管25分别与各个换热筒21的环形顶板211连接，从而使其与各个换热腔214流体连通。换热介质收集器23能够收集各个换热筒21流出的换热介质，并将换热介质输送至换热介质出口15。

连接管25与换热介质分配器22、换热介质收集器23、环形顶板211以及环形底板212之间均通过螺栓或者法兰等紧固件可拆卸连接。

换热筒21的底部可以设置支撑构件26，支撑构件26上设有供连接管25穿过的通孔。支撑构件26通过突耳、螺栓或者法兰等紧固件与筒状壳体11可拆卸连接，换热筒21的环形底板212同样通过螺栓或者法兰等紧固件与支撑构件26可拆卸连接，从而利用支撑构件26对换热筒21和催化剂进行支撑。

反应时，反应物料通过反应物料入口14输送进入反应器壳体1内，流经壳程并与各层换热筒21之间的催化剂接触发生反应，产生的反应产物再通过反应产物出口16离开反应器壳体1。同时，各层换热筒21内的换热介质与催化剂进行换热，带走催化剂中反应产生的热量。经过换热后的换热介质从换热筒21内排出，通过换热介质收集器23收集后，由换热介质出口15离开。

另外，综上可知，反应器壳体1内的换热筒21、换热介质分配器22、换热介质收集器23、连接管25等各个部件均可拆卸，因此，一方面可以根据反应需求设定换热筒21的数量、高宽比以及厚度，从而调整换热面积，控制反应物料与换热介质之间的传热效率；另一方面可以进行独立运输和装卸，模块化安装，提高了反应器灵活性的同时，还方便操作人员进行装卸、检测和维修等操作。

如图4所示，换热介质入口17和换热介质出口15之间还可以设置外挂换热介质汽包4，可以提高能量利用的品级，符合节能降耗的需求。

本发明实施例提供的筒式反应器为连续式反应器，且相较于传统的管式反应器，具有更大的换热面积，可以与反应物料发生高效换热，可以用于硫化氢选择性催化氧化反应、甲醇合成反应、费托合成反应、一氧化碳氧化偶联制草酸二甲酯反应或者二氧化碳催化加氢制备航空煤油反应。

以硫化氢选择性催化氧化反应为例，将传统列管式反应器与本发明实施例提供的筒式反应器进行对比。装置规格及反应数据经计算如表1所示，换热介质170℃。

表1

从表1的结果可以看出，对于硫化氢选择性催化氧化反应，同样的反应条件下，本发明实施例提供的筒式反应器中硫化氢的转化率明显高于传统列管式反应器。且筒式反应器中换热筒21的数量仅为3，与列管式反应器相比，极大地简化了装置的内部结构，便于安装、拆卸、维修，同时又能够达到更好的反应效果。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想；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的技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种筒式反应器，其特征在于，包括：

反应器壳体，所述反应器壳体上设有与其内部相连通的反应物料入口、反应产物出口、换热介质入口和换热介质出口；以及

换热单元，所述换热单元可拆卸地安装在所述反应器壳体内；

其中，所述换热单元包括多个由内至外嵌套设置的换热筒以及分设于所述换热筒上下两端的换热介质分配器和换热介质收集器；

相邻两个所述换热筒间隔设置以限定出位于两者之间的第一填充空间，最外层的换热筒与所述反应器壳体的内侧壁间隔设置以限定出位于两者之间的第二填充空间；所述换热筒的内部形成有用于流通换热介质的换热腔；

所述换热介质分配器流体连通地布置于所述换热介质入口与所述换热筒之间，所述换热介质分配器从所述换热介质入口接收流入的换热介质后将流入的换热介质分配至每个换热筒；

所述换热介质收集器流体连通地布置于所述换热介质出口与所述换热筒之间，所述换热介质收集器将每个换热筒流出的换热介质进行收集并将收集的换热介质汇流至所述换热介质出口。

2.根据权利要求1所述的筒式反应器，其特征在于：所述反应器壳体包括筒状壳体以及与筒状壳体可拆卸连接的上端盖和下端盖，所述反应物料入口和所述换热介质出口设于所述上端盖上，所述反应产物出口和所述换热介质入口设于所述下端盖上。

3.根据权利要求2所述的筒式反应器，其特征在于：所述换热筒包括环形顶板、环形底板以及两块同轴设置的圆柱形侧板，所述环形顶板、环形底板和两块圆柱形侧板共同围成所述换热腔。

4.根据权利要求3所述的筒式反应器，其特征在于：所述换热介质分配器通过连接管与所述环形底板连接，所述换热介质收集器通过连接管与所述环形顶板连接。

5.根据权利要求4所述的筒式反应器，其特征在于：所述连接管与所述换热介质分配器、所述换热介质收集器、所述环形顶板以及所述环形底板可拆卸连接。

6.根据权利要求5所述的筒式反应器，其特征在于：所述环形顶板和所述环形底板至少一个可拆卸。

7.根据权利要求6所述的筒式反应器，其特征在于：所述换热筒的底部设有支撑构件，所述环形底板与所述支撑构件可拆卸连接，所述支撑构件与所述筒状壳体可拆卸连接，所述连接管穿过所述支撑构件与所述环形底板连接。

8.根据权利要求7所述的筒式反应器，其特征在于：所述换热介质分配器和所述换热介质收集器为半球形结构，并且两者分别与所述下端盖和所述上端盖可拆卸连接。

9.根据权利要求8所述的筒式反应器，其特征在于：所述换热介质分配器和所述换热介质收集器通过一可拆卸的中心管道连通；多个换热筒以所述中心管道为轴心同心环状排列。

10.根据权利要求1所述的筒式反应器，其特征在于：还包括与所述换热介质入口和换热介质出口连通的外挂换热介质汽包。

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