CN115253924B - 一种立式径向流反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种立式径向流反应器，包括反应器壳体以及在反应器壳体内部的中心气体分布管、触媒框、与反应器壳体内壁连接的气体收集器以及位于触媒区域的管束，所述中心气体分布管两端分别与气体进口管相连，所述气体收集器的上下端分别与反应器壳体连接，所述气体收集器与反应器壳体之间形成环形的气体收集区域，所述气体收集器的一端与反应器壳体固定连接形成固定端，其另一端通过可伸缩的柔性结构与反应器壳体活动连接形成活动端，所述管束的两端分别与环形管箱连接。本发明能够消除收集器筒体的金属温度与反应器壳体的金属温度存在温度差而造成的热变形差异，有效防止了收集器与壳体焊接部位开裂，大大提高了气体收集器与壳体连接的可靠性。

Description

一种立式径向流反应器

本分案申请是基于申请号为202011415148.3，申请日为2020年12月04日，发明名称为“一种立式径向流反应器”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明属于立式类管壳结构反应器技术领域，特别涉及一种立式径向流反应器。

背景技术

大型蒸汽上升式径向流反应器，如甲醇合成塔，是一种立式类管壳式结构的反应器，包括壳体，壳体内部的内件，从设备中心沿径向由内至外依次包括中心分布管、触媒框、与壳体内壁连接的圆筒形的气体收集器、以及位于触媒区域的管束等；其中，气体收集器的上下端分别与壳体连接，从而在气体收集器与壳体之间形成环形的气体收集区域。反应气体通过上下进口管进入到中心气体分布管，通过中心气体分布管均匀分布后反应气体改为径向流动进入触媒床进行反应，反应后的气体经外部收集器收集后汇集于气体收集区域，随后通过与收集区域连通的出口管流出。

由于反应气体在壳体内沿径向逐步反应，且反应的热量通过轴向设置的管束内的介质带走，理论上，下端管束的床层温度与上端管束的床层温度相当，即在轴向上各个床层之间温度差较小。但收集器靠近床层,壳体与反应床层有一层环隙隔离，使得收集器筒体的金属温度与壳体的金属温度存在温度差。尤其是在开停车过程中，此温度差使大型收集器与壳体产生较大轴向温差位移，导致收集器与壳体连接处存在失效的风险，导致收集器与壳体焊接部位开裂问题。

此外，现有气体分布管通常结构为在管壁上开孔，开孔尺寸不能太大，开孔的总面积受制于工艺条件，且受制于气体分布管的强度需求，气体分布管的壁厚通常较厚，实际制造中，也不能太小；现有设备中多采用开设大量小孔的气体分布管，以保证气体分布的均匀性并兼顾强度等需求，然而，现有的开小孔的气体分布管存在气体分布不够均匀、气孔易堵塞的问题。

另外，现有反应器中通过沿轴向的管束来带走沿径向反应的反应热。其中，管束为反应器的核心部件。反应管沿反应器的壳体轴线布置，反应管中部通过支撑板进行定位支撑。反应管在反应器中部采用三角形布置，两端通过圆形管板集成四束管束，并通过对应的四个出口管引出，其中，在圆形管板上采用呈正方形布管。反应管中段为呈环形分布的直管，两端分别向四个圆管板集合弯曲形成为端部过渡段，每根换热管的端部过渡段的弯曲角度和方向均不相同，使得管束设计及制造难度很大，并且，由于换热管中部为环形布置，两端延伸到四个圆管板后为沿圆形布置，这导致端部过渡段出现换热管交错排列的现象，进一步加大了换热管的布管、制造和安装的难度，实际生产中需对每根换热管单独进行设计、制造和安装，需要消耗大量人力和时间。另外，由于端部过渡段存在换热管交错的现象，这些交错的区域不能填充催化剂而成为反应的无效区，降低了设备的性能，另外，这些区域也容易导致杂质聚集且不便于清洗和检修。

最后，现有立式管壳式结构的反应器，管束所在的管程设置在壳程中，管束两端连通有接管，接管分别从壳程的壳体中引出。由于壳程内是高温高压气体且管程和壳程的温度及压力不一致，容易导致管程接管与壳程壳体的连接处被破坏，从而出现高压密封失效。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的技术问题，提供一种能够有效解决因温度差导致的收集器与壳体焊接部位开裂问题，从而保证收集器与壳体连接可靠性的立式径向流反应器。

本发明的技术方案是这样实现的：一种立式径向流反应器，包括反应器壳体以及在反应器壳体内部从其中心沿径向由内至外依次设置的中心气体分布管、触媒框、与反应器壳体内壁连接的气体收集器以及位于触媒区域的管束，所述中心气体分布管两端分别与气体进口管相连，所述气体收集器的上下端分别与反应器壳体连接，所述气体收集器与反应器壳体之间形成环形的气体收集区域，其特征在于：所述气体收集器的一端与反应器壳体固定连接形成固定端，其另一端通过可伸缩的柔性结构与反应器壳体活动连接形成活动端，所述气体收集器的活动端在受热变形时能够相对于反应器壳体的内侧壁沿轴向自由移动，所述管束的两端分别与环形管箱连接。

本发明所述的立式径向流反应器，其所述气体收集器包括设置在反应器壳体内侧的收集器筒体，所述收集器筒体的一端通过固定盖板与反应器壳体的内侧壁固定连接形成固定端，所述收集器筒体的另一端通过可伸缩的柔性结构与反应器壳体的内侧壁活动连接形成活动端，所述柔性结构包括柔性锥盖以及柔性的薄锥盖，所述柔性锥盖的一端与收集器筒体连接，所述柔性锥盖的另一端与薄锥盖的一端连接，所述薄锥盖的另一端紧贴在反应器壳体内侧；所述薄锥盖包括依次连接的锥形段和筒形段，所述锥形段与柔性锥盖连接，所述筒形段紧贴在反应器壳体内壁上，所述柔性锥盖为锥形筒状结构，其两端分别与收集器筒体和薄锥盖连接，所述柔性锥盖的中部向反应器壳体一侧弯曲成弧形部。

本发明所述的立式径向流反应器，其在所述收集器筒体的固定端设置有与反应器壳体固定的支撑固定环板，所述支撑固定环板与收集器筒体固定连接，用于对收集器筒体的固定端进行定位和支撑，在所述收集器筒体的活动端设置有支撑活动环板，所述支撑活动环板的内圈与收集器筒体固定连接，所述支撑活动环板的外圈抵靠在反应器壳体的内壁面，用于对收集器筒体的活动端进行活动支撑，在所述柔性锥盖与薄锥盖的连接处固定连接有活动环板，所述活动环板的外圈抵靠在反应器壳体的内壁面，用于对柔性锥盖和薄锥盖形成活动支撑，在所述支撑固定环板、支撑活动环板和活动环板上均设置有通气孔。

本发明所述的立式径向流反应器，其所述中心气体分布管包括至少一个呈圆筒状的分布管筒节，所述分布管筒节的中部为由若干楔形条沿分布管筒节的轴向延伸且沿环形方向间距排列形成的中部楔形条圆筒，所述楔形条的上下端分别与连接块固定连接，所述若干楔形条之间形成狭长的气孔通道，所述气孔通道用于气体沿径向分布，在所述分布管筒节内侧设置有螺旋状的导流板，所述导流板连接于楔形条上且沿分布管筒节的轴线方向螺旋延伸。

本发明所述的立式径向流反应器，其所述螺旋状的导流板由连续的长条或矩形板形成单螺旋线结构，或者由间断的长条或矩形板形成单螺旋线结构，或者由间断的长条或矩形板形成多螺旋线结构，所述导流板向分布管筒节中心延伸的长度为3-20cm，所述导流板相对于分布管筒节轴线的倾斜角度为20-80度，所述导流板相对于分布管筒节的内壁面具有一定倾角。

本发明所述的立式径向流反应器，其当中心气体分布管包括多个分布管筒节时，相邻分布管筒节之间采用承插结构连接，所述承插结构包括设置在相邻分布管筒节对应端部且相互配合的环形L形楔口，或者相邻分布管筒节之间采用对应法兰连接。

本发明所述的立式径向流反应器，其所述环形管箱设置在反应器壳体的内部且位于管束两端，所述管束与环形管箱的内腔连通，所述环形管箱与若干接管一端连通，所述接管的另一端穿过反应器壳体的壳体封头并引出，所述环形管箱由靠近管束中心的内圆筒、远离管束中心的外圆筒、环形管板以及管箱封头围成，所述管箱封头上开孔并与接管的一端连接。

本发明所述的立式径向流反应器，其所述内圆筒分别与管箱封头和环形管板的内侧连接，所述外圆筒分别与管箱封头和环形管板的外侧连接，通过环形管板、内圆筒、管箱封头以及外圆筒形成环形管箱的内部空间，所述管箱封头为环形平盖封头或环形半管封头，所述环形管箱与反应器壳体间隔设置，所述管束和环形管箱能在热膨胀的作用下相对于反应器壳体运动。

本发明所述的立式径向流反应器，其所述接管通过伸缩式高压密封连接结构与反应器壳体连接，所述伸缩式高压密封连接结构包括套管以及可伸缩结构，所述套管的一端固定连接在反应器壳体的壳体封头上，所述套管的另一端与可伸缩结构的一端相连，所述可伸缩结构的另一端与连接件相连，所述反应器管程的接管设置在套管以及可伸缩结构的内部，所述接管与连接件相连且内部相通，所述接管内部与其相连通的连接件内部形成为管程流通空间。

本发明所述的立式径向流反应器，其所述套管以及可伸缩结构的内部与反应器壳体的壳程相通，所述接管与可伸缩结构之间以及接管与套管之间形成为相互连通且与反应器壳程连通的径向环隙，所述径向环隙形成非流动介质空间；所述连接件的上端部与外部管道连接，所述连接件为接管的一部分，所述可伸缩结构的另一端直接连接于接管上，所述连接件为圆筒结构，所述圆筒的一端与可伸缩结构以及接管均固定连接，且圆筒内部与接管内部相通而形成管程流通空间，或者所述连接件为圆筒结构，所述圆筒的一端筒壁的横截面为Y型，而在圆筒的一端形成同心的内环形和外环形，所述内环形与接管对接，所述外环形与可伸缩结构连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）本发明通过将收集器筒体一端固定于反应器壳体，另一端通过柔性结构设置成可伸缩的结构，从而消除了收集器筒体的金属温度与反应器壳体的金属温度存在温度差而造成的热变形差异，有效防止了收集器与壳体焊接部位的开裂，大大提供了气体收集器与壳体连接的可靠性。

（2）本发明通过楔形条组装成的分布管，解决厚壁圆筒开小孔分布管易堵塞的问题，且降低了合成气流通阻力降，更有利于合成气的气体分布，相对于现有的厚壁圆筒开小孔加工工期较长，为保证开孔精度，需采用圆筒上开孔，加工难度较大，而楔形条可按需要自由组装成等间隙的圆柱状，上下端与连接块焊接，其制造更容易，从而更易保证反应气的流通面积，并且有效避免气孔堵塞。

（3）本发明减少了换热管交错布置的概率，增加了催化剂的可填充空间，有效解决了空间无规律弯曲管束的设计及制造问题，而且在不改变原有工艺参数等情况下，便于反应器的制造、安装、操作及检修。

（4）本发明通过管口可伸缩结构的设置，能够使壳体的变形经套管传递至可伸缩结构，接管的变形经连接件传递至可伸缩结构，从而通过可伸缩结构的变形，吸收接管与壳体沿轴向的热膨胀差，且能部分抵消与接管连接的外部管道的轴向载荷，保证接管连接的密封性及可靠性。

附图说明

图1是本发明中反应器的总体示意图。

图2是本发明中可伸缩柔性收集器的结构示意图。

图3是本发明中柔性结构的放大图。

图中标记：1为反应器壳体，2为中心气体分布管，3为触媒框，4为气体收集器，5为管束，6为气体进口管，7为气体收集区域，8为柔性结构，9为环形管箱，10为接管，11为壳体封头，12为伸缩式高压密封连接结构，13为外部管道，14为出口管，21为分布管筒节，22为楔形条，23为中部楔形条圆筒，24为气孔通道，25为导流板，26为上连接块，27为下连接块，41为收集器筒体，42为固定盖板，43为支撑固定环板，44为支撑活动环板，45为活动环板，46为通气孔，47为加强环，51为换热管，52为安装空间，53为管束中心，81为柔性锥盖，82为薄锥盖，91为内腔，92为内圆筒，93为外圆筒，94为环形管板，95为管箱封头，121为套管，122为可伸缩结构，123为连接件，124为管程流通空间，125为径向环隙，126为内环形，127为外环形，128为定位结构，511为直管段，821为锥形段，822为筒形段，941为隔板，942为区域。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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。

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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义；实施例中的附图用以对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

如图1、2和3所示，一种立式径向流反应器，包括反应器壳体1以及在反应器壳体1内部从其中心沿径向由内至外依次设置的中心气体分布管2、触媒框3、与反应器壳体1内壁连接的气体收集器4以及位于触媒区域的管束5，所述中心气体分布管2两端分别与气体进口管6相连，所述气体收集器4的上下端分别与反应器壳体1连接，所述气体收集器4与反应器壳体1之间形成环形的气体收集区域7，所述气体收集器4的一端与反应器壳体1固定连接形成固定端，其另一端通过可伸缩的柔性结构8与反应器壳体1活动连接形成活动端，所述气体收集器4的活动端在受热变形时能够相对于反应器壳体1的内侧壁沿轴向自由移动，所述管束5的两端分别与环形管箱9连接，

具体地，所述气体收集器4包括设置在反应器壳体1内侧的收集器筒体41，所述收集器筒体与反应器壳体同心设置，所述收集器筒体41的一端通过固定盖板42与反应器壳体1的内侧壁固定连接形成固定端，所述固定盖板为锥形盖板，固定盖板与壳体焊接固定，在所述收集器筒体41的固定端设置有与反应器壳体1固定的支撑固定环板43，所述支撑固定环板43与收集器筒体41固定连接，用于对收集器筒体41的固定端进行定位和支撑，通过支撑固定环板提高了收集器筒体固定端的支撑强度，且能更好地承受收集器的重量，所述收集器筒体41的另一端通过可伸缩的柔性结构8与反应器壳体1的内侧壁活动连接形成活动端，在所述收集器筒体41的活动端设置有支撑活动环板44，所述支撑活动环板44的内圈与收集器筒体41固定连接，所述支撑活动环板44的外圈抵靠在反应器壳体1的内壁面，用于对收集器筒体41的活动端进行活动支撑，通过支撑活动环板提高了收集器筒体活动端的支撑强度，所述收集器筒体41的活动端在受热变形时能够相对于反应器壳体1的内侧壁沿轴向自由移动。

当反应气体径向反应时以及在反应器开停车过程中，壳体与收集器间出现较大的温差热膨胀差，通过柔性结构的轴向位移，使得收集器沿轴向伸缩，吸收了收集器与壳体间的热膨胀差，避免了收集器与壳体焊接部位的开裂，相比于传统的两端焊接的固定结构，通过设置柔性结构提高了收集器连接的可靠性。

具体地，所述柔性结构8包括柔性锥盖81以及柔性的薄锥盖82，所述柔性锥盖81的一端与收集器筒体41连接，所述柔性锥盖81的另一端与薄锥盖82的一端连接，在所述柔性锥盖81与薄锥盖82的连接处固定连接有活动环板45，所述活动环板45的外圈抵靠在反应器壳体1的内壁面，用于对柔性锥盖81和薄锥盖82形成活动支撑，即不影响柔性结构的轴向移动，所述薄锥盖82的另一端紧贴在反应器壳体1内侧，所述气体收集器4与反应器壳体1内侧壁之间形成相对封闭的气体收集区域7，用于将催化剂与气体收集区域7分隔开。

其中，在所述支撑固定环板43、支撑活动环板44和活动环板45上均设置有通气孔46，通气孔用于气体的相通，从而防止不同空间之间的压差太大所导致的环板变形，在所述收集器筒体41内靠近柔性锥盖81处设置有加强环47，所述加强环47沿收集器筒体41的周向连续设置或间隔设置，通过设置加强环，提高了收集器筒体的刚度，收集器卧置时可提高收集器支撑强度。

在本实施例中，所述薄锥盖82包括依次连接的锥形段821和筒形段822，所述锥形段821与柔性锥盖81连接，所述筒形段822紧贴在反应器壳体1内壁上，通过设置筒形段，增大了薄锥盖与壳体的接触面积，从而提高了收集器与壳体之间的密封性，并且与锥形段配合，增多了薄锥盖的柔性，所述柔性锥盖81为锥形筒状结构，其两端分别与收集器筒体41和薄锥盖82连接，所述柔性锥盖81的中部向反应器壳体1一侧弯曲成弧形部，通过设置弧形结构，进一步提高了柔性锥盖的韧性，进而提高了柔性结构的柔性。

当大型柔性收集器处于立置状态下（如正常操作状态），收集器上端的固定盖板与壳体固定连接，整个收集器受自身重力作用，承受拉应力，受力状况较好。当柔性收集器处于卧置状态下（如安装、运输状态），收集器不仅要承受自身重量，反应器内设置有管束，管束的重量将会施加在收集器上，进而传递至壳体上，通过在筒体的两端设置起支撑作用的环板，一方面增强了收集器的支撑强度，确保收集器不被管束压塌；另一方面，保证了收集器与壳体间的定位尺寸，因收集器与壳体间需设置足够的空间，以保证反应后的气体能充分被收集进入到气体收集区并从出口管15引出；其中，上下支撑环板及活动环板上设置均匀分布的小孔，使得对应环板上下的气体通道相通，避免通道堵塞形成较大压差而破坏收集器。

其中，柔性收集器下端采用圆滑过渡的活动锥形盖板及薄锥盖，避免了集中载荷，使得收集器受力更加均匀，且薄锥盖柔性好，保证收集器能够自由伸缩，吸收收集器与壳体的膨胀差，从而避免因较大膨胀差导致收集器的焊接接头开裂。

如图4、5和6所示，所述中心气体分布管2包括至少一个呈圆筒状的分布管筒节21，所述分布管筒节21的中部为由若干楔形条22沿分布管筒节21的轴向延伸且沿环形方向等间距或不等间距排列形成的中部楔形条圆筒23，每根楔形条横截面成类似梯形形状，制作成等长度，立式等间距排列，所述楔形条22的上下端分别与环形的上连接块26和下连接块27固定连接，所述若干楔形条22之间形成狭长的气孔通道24，所述气孔通道24用于气体沿径向分布。

现有开大孔的气体分布管难以满足工艺要求、气体分布均匀和强度需求，而开小孔的气体分布管存在气体分布不够均匀、气孔易堵塞的问题，而本实用新型通过楔形条组装成的分布管，解决厚壁圆筒开小孔分布管易堵塞的问题，且降低了合成气流通阻力降，更有利于合成气的气体分布，相对于现有的厚壁圆筒开小孔加工工期较长，为保证开孔精度，需采用圆筒上开孔，加工难度较大，而楔形条可按需要自由组装成等间隙的圆柱状，上下端与连接块焊接，其制造更容易，从而更易保证反应气的流通面积，并且有效避免气孔堵塞。

具体地，在所述分布管筒节21内侧设置有螺旋状的导流板25，所述导流板25连接于楔形条22上且沿分布管筒节21的轴线方向螺旋延伸，其螺旋的方向与气体进入筒节方向一致，所述螺旋状的导流板25由连续的长条或矩形板形成单螺旋线结构，或者由间断的长条或矩形板形成单螺旋线结构，或者由间断的长条或矩形板形成多螺旋线结构。其中，多螺旋线结构类似于多头内螺纹的分布，多螺旋线结构的螺旋线具体可为2-6个或者更多。

在本实施例中，所述导流板25向分布管筒节21中心延伸的长度为3-20cm，优选5-15cm，依据理论计算、数值模拟分析、试验验证以及实际的运行效果，确定当筒节的直径在1m左右时，上述导流板的长度能有效提高混合效率并尽可能减小气体阻力；所述导流板25相对于分布管筒节21轴线的倾斜角度为20-80度，优选30-60度，更优选为45度，依据理论计算、数值模拟分析、试验验证以及实际的运行效果，确定上述导流板的角度能有效提高混合效率并尽可能减小阻力；所述导流板25相对于分布管筒节21的内壁面不垂直，即具有一定倾角，以此防止杂质在导流板上聚集。

通过在楔形条上设置一定间距的螺旋状的导流板，有效增加了楔形条分布管的强度和稳定性，而且该导流板使得气体进入气体分布管后呈螺旋状流动，增加了气体扰动，由于螺旋方向与气体进入分布管的流动方向一致，阻力降小且可使得气体更加均匀地通过分布管；一方面螺旋流动的气体使得渣子不易聚集或附着于气体分布管的筒节，减少了渣子向楔形条形成的气孔聚集；另一方面，即使有部分渣子被卡在楔形条形成的气孔内，由于气体流动方向沿筒体内侧壁的切线方向，气体的流动也能有效地将卡住的渣子从狭长的气孔带离。

其中，对于大型的分布管，可通过若干筒节组装形成，即当中心气体分布管2包括多个分布管筒节21时，相邻分布管筒节21之间采用承插结构连接，所述承插结构包括设置在相邻分布管筒节21对应端部且相互配合的环形L形楔口。具体地，分布管筒节一端的环形连接块沿径向的外侧设置环状L形楔口，相连分布管筒节的连接块沿径向的外侧形成为环状反L形楔口。具体设置时，同一个分布管筒节的上端为环状L形楔口，下端为反L形楔口，上下两个分布管筒节的楔口组合齐平，并采用螺钉连接。当然，也可使同一个筒节上端为反L形楔口，下端为L形楔口。

作为另一种结构，当气体分布管包括多个分布管筒节21时，相邻分布管筒节21之间采用对应法兰连接，保证分布管的筒节易拆装。

如图7、8和9所示，所述环形管箱9设置在反应器壳体1的内部且位于管束5两端，所述管束5与环形管箱9的内腔91连通，所述环形管箱9与反应器壳体1间隔设置，即环形管箱不与反应器壳体固定连接，通过将环形管箱与反应器壳体隔开，使得所述管束5和环形管箱9能在热膨胀的作用下相对于反应器壳体1运动。优选地，所述环形管箱采用整块板或锻件加工而成。

具体地，所述环形管箱9采用整块板或锻件加工而成，具体由靠近管束中心的内圆筒92、远离管束中心的外圆筒93、环形管板94以及管箱封头95围成，所述管束5包括若干换热管51，所述换热管51中部的直管段511布置在环形范围内以形成换热管管束，在所述换热管管束的横截面中心形成安装空间52，所述换热管51的两端向管束中心53靠近，并连接于环形管箱9的环形管板94上，所述换热管与环形管箱9的内腔91连通，流体介质由换热管51流入环形管箱9的内腔91中，所述管箱封头95上开孔并与接管10的一端连接，所述接管10的另一端穿过反应器壳体1的壳体封头11并引出。

具体地，所述内圆筒92分别与管箱封头95和环形管板94的内侧连接，所述外圆筒93分别与管箱封头95和环形管板94的外侧连接，通过环形管板94、内圆筒92、管箱封头95以及外圆筒93形成环形管箱9的内部空间，其中，所述管箱封头95为环形平盖封头。作为另一种结构，如图10所示，所述管箱封头95为环形半管封头。

其中，所述换热管51中部的直管段511在环形方向分为四组管束，且沿圆周方向均匀分布，所述环形管箱9通过垂直于环形管板94端面的隔板941将环形管箱9内部空间分成与四组管束对应的四个区域942，每个区域对应的环形管箱9上分别连接有接管10，所述环形管板94上换热管51的布置方式与管束5的直管段511布管方式一致，具体可采用三角形布置、正方形布置等方式，所述环形管板94上的布管间距小于中部的布管间距。

上述结构设计在满足工艺操作的条件下，环形管板上的布管间距小于中部布管间距，这样可以减小环形管板的尺寸，为安装填料及内件保证足够的空间要求；环形管箱可以采用整体环形管箱，每组管束之间可采用隔板将整体环形管箱分隔成四组管箱，也可以采用四组独立的环形管箱，为了将四组管束引出壳体外，可在环形管箱上开设圆孔并与接管连接，且接管从壳体封头上引出，该环形管箱、开孔强度可采用有限元分析的方法进行强度计算，确保其连接强度及承压性能，保证整个反应的稳定运行。

如图11和12所示，所述接管10通过伸缩式高压密封连接结构12与反应器壳体1连接，所述伸缩式高压密封连接结构12包括套管121以及可伸缩结构122，具体地，所述可伸缩结构122为高压波纹膨胀节，所述套管121的一端固定连接在反应器壳体1的壳体封头11上，所述套管121的另一端与可伸缩结构122的一端相连，所述套管延伸进入壳体内部，所述可伸缩结构122的另一端与连接件123相连，所述连接件123为锻件，其上端部与外部管道13连接，所述反应器管程的接管10设置在套管121以及可伸缩结构122的内部，所述接管10与连接件123相连且内部相通，所述接管10内部与其相连通的连接件123内部形成为管程流通空间124，当管程管束与壳体发生不均等的变形时，在沿管束的轴向上，壳体的变形经套管传递至可伸缩结构，出口管的变形经连接件传递至可伸缩结构，通过可伸缩结构的变形，从而吸收出口管（或者管束）与壳体沿轴向的热膨胀差，且能部分抵消与出口管连接的外部管道的轴向载荷。

其中，所述套管121以及可伸缩结构122的内部与反应器壳体1的壳程相通，所述接管10与可伸缩结构122之间以及接管10与套管121之间形成为相互连通且与反应器壳程连通的径向环隙125，所述径向环隙125形成非流动介质空间。该径向间隙形减小了可伸缩密封连接结构的温度梯度，解决了连接外高压密封问题，同时也解决了管束因管壳程之间温度差形成自由膨胀问题，此外，该径向间隙可允许出口管在安装时有径向位移。

在本实施例中，在所述接管10与套管121之间和/或接管10与可伸缩结构122之间设置有定位结构128，所述定位结构128为沿接管10径向环形分布的定位块，或者为接管10与套管121之间相互配合的凸起和凹槽结构，其中，所述连接件123为接管10的一部分，所述可伸缩结构122的另一端直接连接于接管10上。

具体地，所述连接件123为圆筒结构，所述圆筒的一端筒壁的横截面为Y型，而在圆筒的一端形成同心的内环形126和外环形127，所述内环形126与接管10对接，所述外环形127与可伸缩结构122连接。

作为另一种结构，所述连接件123为圆筒结构，所述圆筒的一端与可伸缩结构122以及接管10均固定连接，且圆筒内部与接管10内部相通而形成管程流通空间124。

上述结构中，在径向上，由于出口管和套管之间存在径向间隙空间，能降低安装难度且能平衡壳体和出口管的温度梯度和在径向上的不均等变形。另外，由于在间隙空间的端部，即出口管、可伸缩结构分别与连接件相连接的位置，可通过焊接等方式将可伸缩结构和出口管分别连接于连接件上，因此能提高连接的密封性以及密封的可靠性，即通过设置可伸缩的结构消除了管束出口管与壳体的变形差，从而提高了高压密封的可靠性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种气体收集器，所述气体收集器（4）连接在反应器壳体（1）的内壁，所述气体收集器（4）的上下端分别与反应器壳体（1）连接，所述气体收集器（4）与反应器壳体（1）之间形成环形的气体收集区域（7），其特征在于：所述气体收集器（4）的一端与反应器壳体（1）固定连接形成固定端，其另一端通过可伸缩的柔性结构（8）与反应器壳体（1）活动连接形成活动端，所述气体收集器（4）的活动端在受热变形时能够相对于反应器壳体（1）的内侧壁沿轴向自由移动；

所述气体收集器（4）包括设置在反应器壳体（1）内侧的收集器筒体（41），所述收集器筒体（41）的一端通过可伸缩的柔性结构（8）与反应器壳体（1）的内侧壁活动连接形成所述活动端，所述柔性结构（8）包括柔性锥盖（81）以及柔性的薄锥盖（82），所述柔性锥盖（81）的一端与收集器筒体（41）连接，所述柔性锥盖（81）的另一端朝向反应器壳体（1）延伸并与薄锥盖（82）的一端连接，所述薄锥盖（82）的另一端紧贴在反应器壳体（1）内侧；

在所述柔性锥盖（81）与薄锥盖（82）的连接处固定连接有活动环板（45），所述活动环板（45）的外圈抵靠在反应器壳体（1）的内壁面，用于对柔性锥盖（81）和薄锥盖（82） 形成活动支撑。

2.根据权利要求1所述的气体收集器，其特征在于：在所述收集器筒体（41）的活动端设置有支撑活动环板（44），所述支撑活动环板（44）的内圈与收集器筒体（41）固定连接，所述支撑活动环板（44）的外圈抵靠在反应器壳体（1）的内壁面，用于对收集器筒体（41）的活动端进行活动支撑。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的气体收集器，其特征在于：所述薄锥盖（82）包括依次连接的锥形段（821）和筒形段（822），所述锥形段（821）与柔性锥盖（81）连接，所述筒形段（822）紧贴在反应器壳体（1）内壁上，所述柔性锥盖（81）为锥形筒状结构，其两端分别与收集器筒体（41）和薄锥盖（82）连接。

4.根据权利要求1-2中任一项所述的气体收集器，其特征在于：所述收集器筒体（41）的一端通过固定盖板（42）与反应器壳体（1）的内侧壁固定连接形成所述固定端。

5.根据权利要求1-2中任一项所述的气体收集器，其特征在于：所述柔性锥盖（81）的中部向反应器壳体（1）一侧弯曲成弧形部。

6.根据权利要求3所述的气体收集器，其特征在于：在所述收集器筒体（41）的固定端设置有与反应器壳体（1）固定的支撑固定环板（43），所述支撑固定环板（43）与收集器筒体（41）固定连接，用于对收集器筒体（41）的固定端进行定位和支撑。

7.根据权利要求6所述的气体收集器，其特征在于：在所述支撑固定环板（43）、支撑活动环板（44）和活动环板（45）上均设置有通气孔（46）。

8.一种立式径向流反应器，包括反应器壳体（1）以及与反应器壳体（1）内壁连接的气体收集器（4），所述气体收集器（4）是根据权利要求1-7中任一项所述的气体收集器。

9.根据权利要求8所述的立式径向流反应器，在反应器壳体（1）内部从反应器中心沿径向由内至外依次设置有中心气体分布管（2）、触媒框（3）、位于触媒区域的管束（5）以及所述气体收集器（4）。

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