CN114432972A - 固定床反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及固定床装置领域，公开了一种固定床反应器，包括反应器壳体和多个异形管，反应器壳体的内部形成壳程空间，多个异形管位于壳程空间内，且异形管的内部形成管程空间，在异形管的横截面上，管程空间的最长尺寸大于垂直于最长尺寸延伸方向上的任意长度。通过上述技术方案，由于在异形管的横截面上，管程空间的最长尺寸大于垂直于最长尺寸延伸方向上的任意长度，因此使得异形管内中心部分至壳程空间的距离，即垂直于最长尺寸延伸方向上的距离相较于现有技术中圆管内中心部分至壳程空间的距离，相当于最长尺寸延伸方向上的距离缩短，因此异形管内中心部分，即管程空间中心部分的热量能够及时散出移除。
Description
技术领域
本发明涉及固定床装置领域，具体地涉及一种固定床反应器。
背景技术
固定床反应器是指内部装填颗粒状固体催化剂或固体反应物，形成一定高度的堆积床层，气体或液体物料通过颗粒间隙流过静止固定床层的同时，实现非均相反应过程的反应器。固定床反应器广泛用于气-固相反应和液-固相反应过程，例如用于合成乙二醇。
用于合成乙二醇的固定床反应器简称为乙二醇合成反应器，目前用于煤制乙二醇加氢单元的乙二醇合成反应器采用列管式固定床反应器，即在反应器内设置若干圆管，管内均匀装填催化剂以进行化学反应，管间通载热体以移走或供给热量，但是由于圆管结构的形状导致的局限性，当为了提升反应器反应能力而增大圆管尺寸时，就会导致圆管内部中心部位产生的热量无法及时散出移除，同时圆管尺寸也会挤占管间容纳载热体的空间，进一步降低移除热量的效率，从而导致管内催化剂因换热原因产生结焦和粉碎的问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的固定床反应器由于圆管结构的局限性，导致反应器内的热量无法及时高效的移除，进而使管内催化剂产生结焦和粉碎的问题，提供一种固定床反应器。
为了实现上述目的，本发明提供一种固定床反应器，包括反应器壳体和多个异形管，所述反应器壳体的内部形成壳程空间，多个所述异形管位于所述壳程空间内，且所述异形管的内部形成管程空间，在所述异形管的横截面上，所述管程空间的最长尺寸大于垂直于最长尺寸延伸方向上的任意长度。
可选地，多个所述异形管呈阵列排布，且多个所述异形管的管程空间的最长尺寸延伸方向保持一致；和/或
所述管程空间的最长尺寸为垂直于最长尺寸延伸方向上的最大长度的1.5倍～3倍。
可选地，在最长尺寸延伸方向上排列的每一排所述异形管中，相邻两个所述异形管通过连接件相连，位于两端的所述异形管与所述反应器壳体相连。
可选地，所述异形管包括两个沿垂直于最长尺寸延伸方向上相对设置的异形板，两个所述异形板位于所述管程空间的最长尺寸延伸方向上的同侧边缘相连，以使两个所述异形板之间形成管程空间。
可选地，所述异形板包括沿最长尺寸延伸方向间隔设置的两个弧形板段以及连接相邻两个弧形板段的平板段，且相对设置的两个异形板的所述弧形板段彼此相对。
可选地，所述固定床反应器还包括设置在所述反应器壳体顶部的上管箱和设置在所述反应器壳体底部的下管箱，多个所述异形管将所述上管箱与所述下管箱连通，所述上管箱设有物料进口和第一催化剂进出口，所述下管箱设有产物出口和第二催化剂进出口，所述反应器壳体连接所述上管箱的一端设有与壳程空间连通的载热液体出口，所述反应器壳体连接所述下管箱的一端设有与壳程空间连通的载热液体入口。
可选地，所述上管箱的一端伸入所述反应器壳体内并与所述异形管相连，且所述上管箱的一端设有膨胀节。
可选地，所述上管箱与所述异形管连接的一端设有气体分布器。
可选地，所述反应器壳体还设有载热液体返回口，且所述载热液体返回口位于所述载热液体出口与所述载热液体入口之间；
所述固定床反应器还包括蒸汽汽包，所述蒸汽汽包的入口与所述载热液体出口相连，所述蒸汽汽包的出口与所述载热液体返回口相连，且所述蒸汽汽包的内部空间的顶部高于所述壳程空间。
可选地，所述反应器壳体设有用于获取位于所述反应器壳体内的载热液体液位高度的第一液位计，和/或所述蒸汽汽包设有用于获取位于所述蒸汽汽包内的载热液体液位高度的第二液位计；
所述载热液体入口设有能够根据所述第一液位计和/或所述第二液位计获取的液位高度以调节载热液体流量的调节件，以在反应时，所述反应器壳体内载热液体的液位高度以及所述蒸汽汽包内载热液体的液位高度均位于所述载热液体返回口和所述载热液体出口之间。
通过上述技术方案，在反应器壳体形成的壳程空间内设置多个形成管程空间的异形管，在异形管的横截面上，所述管程空间的最长尺寸大于垂直于最长尺寸延伸方向上的任意长度，使得异形管内中心部分至壳程空间的距离，即垂直于最长尺寸延伸方向上的距离相较于现有技术中圆管内中心部分至壳程空间的距离，相当于最长尺寸延伸方向上的距离缩短，因此异形管内中心部分，即管程空间中心部分的热量能够及时散出移除。
附图说明
图1是本发明提供的固定床反应器的一种实施方式的结构示意图；
图2是图1中异形管的横截面示意图；
图3是图1中气体分布器的结构示意图。
附图标记说明
1.反应器壳体；2.异形管；3.壳程空间；4.管程空间；5.连接件；6.异形板；7.弧形板段；8.平板段；9.上管箱；10.下管箱；11.物料进口；12.第一催化剂进出口；13.产物出口；14.第二催化剂进出口；15.载热液体出口；16.载热液体入口；17.膨胀节；18.气体分布器；19.载热液体返回口；20.蒸汽汽包；21.第二液位计第一端口；22.第二液位计第二端口；23.第一液位计第一端口；24.第一液位计第二端口。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。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。
本发明提供一种固定床反应器，包括反应器壳体1和多个异形管2，所述反应器壳体1的内部形成壳程空间3，多个所述异形管2位于所述壳程空间3内，且所述异形管2的内部形成管程空间4，在所述异形管2的横截面上，所述管程空间4的最长尺寸大于垂直于最长尺寸延伸方向上的任意长度，其中最长尺寸延伸方向如图2箭头所示。
通过上述技术方案，在反应器壳体1形成的壳程空间3内设置多个形成管程空间4的异形管2，在异形管2的横截面上，所述管程空间4的最长尺寸大于垂直于最长尺寸延伸方向上的任意长度，使得异形管2内中心部分至壳程空间3的距离，即垂直于最长尺寸延伸方向上的距离相较于现有技术中圆管内中心部分至壳程空间的距离，相当于最长尺寸延伸方向上的距离缩短，因此异形管2内中心部分，即管程空间4中心部分的热量能够及时散出移除。同时，由于异形管2相较于现有技术中的圆管在垂直于最长尺寸延伸方向上的距离更小，因此本实施方式中的固定床反应器能够实现结构更紧凑以及占地面积更小的效果。
本实施方式中，为使管程空间4中心部分的热量能够及时散出移除，所述管程空间4的最长尺寸为垂直于最长尺寸延伸方向上的最大长度的1.5倍～3倍。
壳程空间3内的多个所述异形管2呈阵列排布，可以是矩形阵列也可以是环形阵列，且多个所述异形管2的管程空间4的最长尺寸延伸方向保持一致，以使异形管2之间的壳程空间3距离一致，从而使多个异形管2保持一致的散热效率和温度，避免多个异形管2由于散热效率和温度不同，使得部分异形管2由于热量移除不足而产生管内催化剂结焦和粉碎的情况。当然，在其他实施方式中，多个所述异形管2也可以不呈阵列排布。
如图2所示的实施方式中，多个所述异形管2呈矩形阵列排布，在最长尺寸延伸方向上排列的每一排所述异形管2中，相邻两个所述异形管2通过连接件5相连，连接件5需要在最长尺寸延伸方向上具有一定距离，以使最长尺寸延伸方向上相邻的两个异形管2之间具有一定距离，以形成管程空间4，保证两个异形管2相邻的端部的热量能够及时移除，本实施方式中，连接件5为连接板，当然，在其他实施方式中，连接件5也可以是沿异形管2的高度方向排列的多个连接杆，同时，通过更换不同长度的连接件5也可以实现对相邻异形管2之间距离的调节，在最长尺寸延伸方向上排列的每一排所述异形管2中，位于两端的所述异形管2与所述反应器壳体1相连，以便于异形管2的安装固定，其可以是焊接相连，也可以是通过螺栓等部件安装，当然，在其他实施方式中，也可以是每个异形管2均通过对应的安装架与反应器壳体1相连。当然，在其他实施方式中，多个所述异形管2也可以呈环形阵列排布，同样的，在最长尺寸延伸方向上排列的每一排所述异形管2中，相邻两个所述异形管2通过连接件5相连。
如图2所示的实施方式中，所述异形管2包括两个沿垂直于最长尺寸延伸方向上相对设置的异形板6，两个所述异形板6位于所述管程空间4的最长尺寸延伸方向上的同侧边缘相连，以使两个所述异形板6之间形成管程空间4，相对设置的两个异形板6优选为通过焊接等方式固定相连，以降低生产难度，当然，在其他实施方式中异形管2也可以为一体结构。本实施方式中，虽然异形管2是由两个异形板6形成，但是异形管2的最长尺寸小于反应器壳体1的相对内壁间的距离，即异形管2的最长尺寸小于壳程空间3，也就是说异形管2的两端无法同时连接反应器壳体1，因此本实施方式提供的固定床反应器本质仍然是列管式，而不是列板式。
如图2所示的实施方式中，所述异形板6包括沿最长尺寸延伸方向间隔设置的两个弧形板段7以及连接相邻两个弧形板段7的平板段8，且相对设置的两个异形板6的所述弧形板段7彼此相对，通过设置平板段8，使得两个弧形板段7之间也具有壳程空间3，即平板段8形成的凹槽空间，进一步提升了位于弧形板段7位置处的散热效果。当然，在其他实施方式中，异形板6也可以设置为其他板型，例如两端具有弯折部的波浪形板，相对设置的两个异形板6的弯折部相连，使管程空间4为波浪形，例如条形的凹形板，使管程空间4为长方形，例如弧形板，使管程空间4为图2中两个相对弧形板段7之间形成的形状，例如折形板，使管程空间4为菱形。
如图1所示的实施方式中，所述固定床反应器还包括设置在所述反应器壳体1顶部的上管箱9和设置在所述反应器壳体1底部的下管箱10，多个所述异形管2将所述上管箱9与所述下管箱10连通，所述上管箱9设有物料进口11和第一催化剂进出口12，所述下管箱10设有产物出口13和第二催化剂进出口14，所述反应器壳体1连接所述上管箱9的一端设有与壳程空间3连通的载热液体出口15，所述反应器壳体1连接所述下管箱10的一端设有与壳程空间3连通的载热液体入口16，下管箱10内设有惰性瓷球。
如图1所示的实施方式中，所述上管箱9的一端伸入所述反应器壳体1内并与所述异形管2相连，且所述上管箱9的一端设有膨胀节17，设置膨胀节17是为了避免温差导致上管箱9和异形管2，或者反应器壳体1和异形管2的变形量不同，进而出现上管箱9和异形管2之间脱开的问题。当然，在其他实施方式中，也可以不设置膨胀节17。
如图1和图3所示的实施方式中，所述上管箱9与所述异形管2连接的一端设有气体分布器18，气体分布器18锥形段和竖直段，锥形段内径较小的一端与上管箱9连通，锥形段内径较大的一端与竖直段相连，锥形段和竖直段上均设有多个均布的通气孔，从而使通入的气体在整个截面上均匀分布。当然，在其他实施方式中，也可以不设置气体分布器18。
如图1所示的实施方式中，所述反应器壳体1还设有载热液体返回口19，且所述载热液体返回口19位于所述载热液体出口15与所述载热液体入口16之间；所述固定床反应器还包括蒸汽汽包20，所述蒸汽汽包20的入口与所述载热液体出口15相连，所述蒸汽汽包20的出口与所述载热液体返回口19相连，且所述蒸汽汽包20的内部空间的顶部高于所述壳程空间3，本实施方式中，上管箱9通过法兰与反应器壳体1相连，因此，反应器壳体1顶部的法兰处即为壳程空间3的顶部，在反应时，所述反应器壳体1内载热液体的液位高度以及所述蒸汽汽包20内载热液体的液位高度均位于所述载热液体返回口19和所述载热液体出口15之间，此时，载热液体热交换产生的蒸汽在热虹吸的效应下由载热液体出口15流向空间高度更高的蒸汽汽包20内，而后在蒸汽汽包20内部冷凝形成液体，由于反应器壳体1内的载热液体不断产生蒸汽并流失，导致反应器壳体1内的载热液体具有减少的趋势，由于蒸汽汽包20和反应器壳体1通过位于液面下的载热液体返回口19连通，两者液面会保持一致高度，因此蒸汽汽包20内部冷凝形成液体会向反应器壳体1内流动，从而起到载热液体循环利用的效果，同时，由于载热液体是在液面高度产生的压力作用以及热虹吸效应下实现的循环流动，因此无需设置额外的驱动部以驱动载热液体循环流动，降低了能源消耗。当然，在其他实施方式中，也可以在载热液体返回口19和载热液体出口15设置泵体以驱动载热液体循环流动。
如图1所示的实施方式中，所述反应器壳体1设有用于获取位于所述反应器壳体1内的载热液体液位高度的第一液位计，所述蒸汽汽包20设有用于获取位于所述蒸汽汽包20内的载热液体液位高度的第二液位计；所述载热液体入口16设有能够根据所述第一液位计和所述第二液位计获取的液位高度以调节载热液体流量的调节件，例如流量阀或流量开关，以在反应时，所述反应器壳体1内载热液体的液位高度以及所述蒸汽汽包20内载热液体的液位高度均位于所述载热液体返回口19和所述载热液体出口15之间，本实施方式中，第一液位计和第二液位计优选为远传液位计，图1中反应器壳体1在对应壳程空间3顶部的位置设有第一液位计第一端口23，反应器壳体1在对应壳程空间3底部的位置设有第一液位计第二端口24，蒸汽汽包20在顶部设有第二液位计第一端口21，蒸汽汽包20在底部设有第二液位计第二端口22。当然，在其他实施方式中，第一液位计和第二液位计可以是现有技术中的任一类型。当然，在其他实施方式中，也可以仅设置第一液位计或仅设置第二液位计。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种固定床反应器，其特征在于，包括反应器壳体(1)和多个异形管(2)，所述反应器壳体(1)的内部形成壳程空间(3)，多个所述异形管(2)位于所述壳程空间(3)内，且所述异形管(2)的内部形成管程空间(4)，在所述异形管(2)的横截面上，所述管程空间(4)的最长尺寸大于垂直于最长尺寸延伸方向上的任意长度。
2.根据权利要求1所述的固定床反应器，其特征在于，多个所述异形管(2)呈阵列排布，且多个所述异形管(2)的管程空间(4)的最长尺寸延伸方向保持一致；和/或
所述管程空间(4)的最长尺寸为垂直于最长尺寸延伸方向上的最大长度的1.5倍～3倍。
3.根据权利要求2所述的固定床反应器，其特征在于，在最长尺寸延伸方向上排列的每一排所述异形管(2)中，相邻两个所述异形管(2)通过连接件(5)相连，位于两端的所述异形管(2)与所述反应器壳体(1)相连。
4.根据权利要求1所述的固定床反应器，其特征在于，所述异形管(2)包括两个沿垂直于最长尺寸延伸方向上相对设置的异形板(6)，两个所述异形板(6)位于所述管程空间(4)的最长尺寸延伸方向上的同侧边缘相连，以使两个所述异形板(6)之间形成管程空间(4)。
5.根据权利要求4所述的固定床反应器，其特征在于，所述异形板(6)包括沿最长尺寸延伸方向间隔设置的两个弧形板段(7)以及连接相邻两个弧形板段(7)的平板段(8)，且相对设置的两个异形板(6)的所述弧形板段(7)彼此相对。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的固定床反应器，其特征在于，所述固定床反应器还包括设置在所述反应器壳体(1)顶部的上管箱(9)和设置在所述反应器壳体(1)底部的下管箱(10)，多个所述异形管(2)将所述上管箱(9)与所述下管箱(10)连通，所述上管箱(9)设有物料进口(11)和第一催化剂进出口(12)，所述下管箱(10)设有产物出口(13)和第二催化剂进出口(14)，所述反应器壳体(1)连接所述上管箱(9)的一端设有与壳程空间(3)连通的载热液体出口(15)，所述反应器壳体(1)连接所述下管箱(10)的一端设有与壳程空间(3)连通的载热液体入口(16)。
7.根据权利要求6所述的固定床反应器，其特征在于，所述上管箱(9)的一端伸入所述反应器壳体(1)内并与所述异形管(2)相连，且所述上管箱(9)的一端设有膨胀节(17)。
8.根据权利要求6所述的固定床反应器，其特征在于，所述上管箱(9)与所述异形管(2)连接的一端设有气体分布器(18)。
9.根据权利要求6所述的固定床反应器，其特征在于，所述反应器壳体(1)还设有载热液体返回口(19)，且所述载热液体返回口(19)位于所述载热液体出口(15)与所述载热液体入口(16)之间；
所述固定床反应器还包括蒸汽汽包(20)，所述蒸汽汽包(20)的入口与所述载热液体出口(15)相连，所述蒸汽汽包(20)的出口与所述载热液体返回口(19)相连，且所述蒸汽汽包(20)的内部空间的顶部高于所述壳程空间(3)。
10.根据权利要求9所述的固定床反应器，其特征在于，所述反应器壳体(1)设有用于获取位于所述反应器壳体(1)内的载热液体液位高度的第一液位计，和/或所述蒸汽汽包(20)设有用于获取位于所述蒸汽汽包(20)内的载热液体液位高度的第二液位计；
所述载热液体入口(16)设有能够根据所述第一液位计和/或所述第二液位计获取的液位高度以调节载热液体流量的调节件，以在反应时，所述反应器壳体(1)内载热液体的液位高度以及所述蒸汽汽包(20)内载热液体的液位高度均位于所述载热液体返回口(19)和所述载热液体出口(15)之间。
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2022
- 2022-03-04 CN CN202210210807.2A patent/CN114432972A/zh active Pending
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