CN201815298U - 乙醇脱水制乙烯反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于乙醇脱水制乙烯反应器，具体涉及一种乙醇脱水制乙烯反应器，主要解决现有技术中乙醇脱水制乙烯的固定床反应器单台生产能力较小的问题。本实用新型通过采用一种乙醇脱水制乙烯反应器，包括反应器壳体和封头，在反应器壳体的两端设置圆环形熔盐通道，上、下熔盐通道与壳体壁接触的相应部位上开方孔，上、下熔盐通道上分别设有熔盐进口和熔盐出口，反应器壳体内部设置折流板，并在折流板上开有可供熔盐通过的直径不等的小孔的技术方案较好的解决了该问题，可用于乙醇脱水制乙烯的工业生产中。

Description

乙醇脱水制乙烯反应器 

技术领域

本实用新型属于乙醇脱水制乙烯生产设备，具体涉及一种乙醇脱水制乙烯反应器。 

背景技术

乙烯是十分重要的石油化工原料，其大宗下游产品主要有聚乙烯、环氧乙烷、乙二醇、聚氯乙烯、苯乙烯、醋酸乙烯等。 

乙醇脱水制乙烯的工艺方法中，在国内外已经公开的文献或者专利中有许多方法，其基本工艺主要分为固定床工艺和流化床工艺。ABB Lummus公司曾在七十年代末提出用流化床技术进行乙醇脱水反应制取乙烯(USP4134926)，但该项技术尚未得到工业化应用。目前工业应用的主要为固定床工艺，包括等温固定床工艺和绝热固定床工艺。 

最初的乙醇脱水反应在列管式固定床中进行，反应压力为常压，采用直接加热或者利用加热介质(如熔盐)间接加热的方式为反应提供反应热。但是在国内现有技术中，以乙醇为原料进行生物乙烯生产的列管式固定床反应器装置，采用加热管内置于反应器壳体内，预反应器组成一体，构成内部循环的结构形式。反应所需的热量由熔盐间接提供，传热用的熔盐一次性加注进反应器，反应需要热量时，由加热管内的电加热棒加热熔盐，为反应供热，由于加热方式的限制，该反应器存在以下问题：1、装置的单台生产能力有限，现有装置的单台生产能力都小于1万吨/年，无法满足市场发展的需求；2、装置使用时单位产出能耗大，有效利用率低，设备运行成本高。 

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是现有技术中乙醇脱水制乙烯的固定床反应器单台生产能力较小的问题，提供一种新的乙醇脱水制乙烯反应器。该反应器具有结构合理，供热均匀，单台生产能力大的的优点。 

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：一种乙醇脱水制乙烯的反应器，包括反应器壳体、上封头、下封头、上管板和下管板，反应器的上、下封头的顶端处分别设有物料进口和物料出口，反应器的上、下管板间垂直设置有列管，列管分别与上封头和下封头相连通，列管内装载有催化剂；反应器壳体外侧的上下两端分别设有圆环形 上熔盐通道和下熔盐通道，在所述的上、下熔盐通道与壳体壁接触的相应部位上分别开设有至少4个小孔，在所述的上、下熔盐通道上分别设有熔盐进口和熔盐出口，进入熔盐进口的熔盐通过熔盐下通道相应部位的小孔进入壳体内，与列管换热后通过熔盐上通道相应部位的小孔进入熔盐上通道，由熔盐出口排出。其中反应器壳体内部距上管板1/10～9/10的列管总长处设置有至少一块直径与壳体内径相等的圆环形折流板，折流板上开设有位置与列管排布相对应的管孔，管孔直径大于列管外径，列管通过折流板上的管孔垂直穿过折流板；另外，折流板上开有可供熔盐流通的小孔。 

在上述技术方案中，优选在反应器壳体内均匀、对称设置折流板。优选的折流板数量为2～7块，更优选数量为3～5块，即距上管板1/6～5/6壳体总长处分别设上、下折流板，上下折流板之间设中间折流板。折流板优选方案为圆环形，折流板上与列管排布相匹配的管孔的直径与列管的外径之比优选范围为1.1∶1～1.6∶1。另外折流板上可供熔盐通过的小孔开孔面积与反应器截面面积之比为1∶40～1∶20；小孔的开孔规律为沿反应器半径方向由里向外孔径依次减小。所述的上熔盐通道与壳体壁接触的相应部位上开设有至少4个小孔，开孔规律为由熔盐出口向两侧孔高依次减小，所述的下熔盐通道与壳体壁接触的相应部位上的开孔规律为由熔盐进口向两侧孔高依次增大。上、下熔盐通道内的壳体壁上的开孔面积与熔盐通道与壳体壁接触的相应部位的面积之比为1∶8～1∶2。熔盐进口和出口处优选方案为设有两块弧形挡板，呈人字形排列。列管根数优选范围至少为100根。 

本实用新型在反应器壳体上设置熔盐通道，并在熔盐通道内的壳体壁上的开孔，确保熔盐等量进入到反应器壳体内，从而解决反应器壳体内温度分配不均的问题。在反应器壳体内设置折流板，其作用主要是增强流体在管间流动的湍流程度，增大传热系数，提高传热效率，所以从理论上来说，折流板数量越多，熔盐传热效果越好，但是随着折流板数量的增加，反应器的制造成本以及制造难度会大幅增加，所以，综合成本和制造因素，本发明中反应器内的折流板数量控制在10块以内比较好。由于折流板中心位置熔盐循环速度慢，传热不均匀，温度分布也不均匀，因此通过折流板中心设有圆形或者多边形的孔来实现此区域不布管，折流板上不仅设有与列管匹配的管孔，还设有可供熔盐通过的小孔，使熔盐在反应器壳体内的运动为平流加错流方式，以错流为主，平流为辅。通过以上的设置使熔盐能够均匀、快速的在反应器内循环，及时的补充反应所需的热量，保证熔盐轴向、径向温差能够保持在允许的范围内。本实用新型的反应器采用熔盐外循环的方式，熔盐在反应器壳体外部被加热后，进入到反应器壳体内为反应提供热量，该实用新型不受电加热 棒加热功率的限制，反应器直径能够达到3～4米，从而使单台反应器的生产能力大大提高，取得了较好的技术效果。 

附图说明

图1为本实用新型的乙醇脱水制乙烯反应器示意图。 

图2为本实用新型反应器的上部通道横截面中熔盐流动示意图。 

图3为本实用新型反应器的下部通道横截面中熔盐流动示意图。 

图4为本实用新型反应器的折流板上的熔盐通道设置示意图。 

图5为本实用新型反应器的下部通道内壳体上开孔规律以熔盐进口处为中心的展开图。 

图6为本实用新型反应器的上部通道内壳体上开孔规律以熔盐出口处为中心的展开图。 

如图1、图2、图3、图4、图5和图6中所示：1为物料进口，2为反应器封头，3为反应器上管板，4为熔盐上通道，5为熔盐出口，6为反应器壳体，7为折流板，8为熔盐进口，9为反应器列管，10为熔盐下通道，11为物料出口，12为挡板，13为环隙孔，14为小孔。 

本实用新型所采用的反应器工作时，反应气体从物料进口1进入反应器壳体6内的列管9中进行脱水反应，并通过物料出口11排出进入下一道工序。在反应的同时，开启熔盐泵，使熔盐通过熔盐进口8进入熔盐下通道9，然后通过反应器壳体上尺寸不等的孔进入反应器壳体6内，熔盐在反应器壳体6内通过以平流为主、错流为辅的方式进行循环，提供反应所需的热量。熔盐流入反应器壳体6后，先均匀的流向中间，通过折流板7后，又开始平流方式向上流动，流过折流板上的环隙孔13和小孔14，然后通过反应器壳体上的尺寸不等的孔进入熔盐上通道4，经熔盐出口5进入熔盐加热炉，补充能量后再次进入反应器。 

下面通过实施例对本实用新型作进一步阐述。 

具体实施方式

【实施例1】 

如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，反应器主体直径2.2米，反应器列管数1142根。圆筒形的反应器壳体6的上下两端设有物料进口1和物料出口10，反应器壳体 6的上下两端设有熔盐上通道4和熔盐下通道10，并设有熔盐出口5和熔盐进口8，反应器壳体6内距上管板的1/4处和3/4处分别设有圆形的上折流板和下折流板，距上管板的1/2处设有圆形的中间折流板，折流板板上可供熔盐通过的小孔面积与反应器壳体内部截面积的比为1∶40；熔盐进口8和熔盐出口5处的壳体上设有圆弧形的挡板12。熔盐上通道4和熔盐下通道10处的反应器壳体壁上的方孔开孔面积与熔盐通道和壳体壁接触的相应部位的面积之比为1∶5，反应器壳体内轴向温差为5～10℃，径向温差为3～5℃。 

【实施例2】 

反应条件同实施例1，反应器规模同实施例1，反应器其他几何尺寸同实施例1，只是反应器壳体6内距上管板的1/6处、1/3处、2/3处和5/6处分别设有圆形的上折流板和下折流板，距上管板的1/2处设有圆形的中间折流板，折流板板上可供熔盐通过的小孔面积与反应器壳体内部截面积的比为1∶20；熔盐上通道4和熔盐下通道10处的反应器壳体壁上的方孔开孔面积与熔盐通道和壳体壁接触的相应部位的面积之比为1∶8，反应器壳体内轴向温差为5～10℃，径向温差为2～8℃。 

【实施例3】 

反应条件同实施例1，反应器规模同实施例1，反应器其他几何尺寸同实施例1，只是反应器壳体6内距上管板的1/3处和2/3处分别设有圆形的上折流板和下折流板，折流板板上可供熔盐通过的小孔面积与反应器壳体内部截面积的比为1∶30；熔盐上通道4和熔盐下通道10处的反应器壳体壁上的方孔开孔面积与熔盐通道和壳体壁接触的相应部位的面积之比为1∶2，反应器壳体内轴向温差为5～10℃，径向温差为3～8℃。 

【实施例4】 

反应条件同实施例1，反应器主体直径1.6米，反应器列管数572根。反应器其他几何尺寸同实施例1，只是反应器壳体6内均匀设置7块折流板，折流板上可供熔盐通过的小孔面积与反应器壳体内部截面积的比为1∶25；熔盐上通道4和熔盐下通道10处的反应器壳体壁上的方孔开孔面积与熔盐通道和壳体壁接触的相应部位的面积之比为1∶4，反应器壳体内轴向温差为5～10℃，径向温差为2～5℃。 

【比较例】 

反应条件同实施例1，反应器规模同实施例4，反应器采用熔盐内部循环的列管反应器，反应器壳体内轴向温差为10～15℃，径向温度差为5～10℃。 

Claims (9)

1.一种乙醇脱水制乙烯反应器，包括反应器壳体、上封头、下封头、上管板和下管板，反应器的上、下封头的顶端处分别设有物料进口和物料出口，反应器的上、下管板间垂直设置有列管，列管分别与上封头和下封头相连通，列管内装载有催化剂；反应器壳体外侧的上下两端分别设有圆环形上熔盐通道和下熔盐通道，在所述的上、下熔盐通道与壳体壁接触的相应部位上分别开设有至少4个小孔，在所述的上、下熔盐通道上分别设有熔盐进口和熔盐出口，进入熔盐进口的熔盐通过熔盐下通道相应部位的方孔进入壳体内，与列管换热后通过熔盐上通道相应部位的方孔进入熔盐上通道，由熔盐出口排出；其中反应器壳体内部距上管板1/10～9/10的列管总长处设置有至少一块直径与壳体内径相等的圆环形折流板，折流板上开设有位置与列管排布相对应的管孔，管孔直径大于列管外径，列管通过折流板上的管孔垂直穿过折流板；另外，折流板上开有可供熔盐流通的小孔。

2.根据权利要求1所述的乙醇脱水制乙烯反应器，其特征在于管孔直径与列管外径之比为1.1～1.6∶1。

3.根据权利要求1所述的乙醇脱水制乙烯反应器，其特征在于所述的方孔开孔面积与熔盐通道跟壳体壁接触的相应部位的面积之比为1∶8～1∶2；熔盐上通道的开孔规律为由熔盐出口向两侧孔高依次减小，熔盐下通道的开孔规律为由熔盐进口向两侧孔高依次增大。

4.根据权利要求1所述的乙醇脱水制乙烯反应器，其特征在于折流板为2～7块。

5.根据权利要求4所述的乙醇脱水制乙烯反应器，其特征在于折流板为3～5块。

6.根据权利要求1所述的乙醇脱水制乙烯反应器，其特征在于折流板均匀、对称设置在反应器内；折流板上可供熔盐通过的小孔开孔面积与反应器截面面积之比为1∶40～1∶20。

7.根据权利要求1所述的乙醇脱水制乙烯反应器，其特征在于折流板上小孔的开孔规律为沿反应器半径方向由里向外孔径依次减小。

8.根据权利要求1所述的乙醇脱水制乙烯反应器，其特征在于熔盐进口和出口处设有两块弧形挡板，呈人字形排列。

9.根据权利要求1所述的乙醇脱水制乙烯反应器，其特征在于所述的反应器内的列管根数至少为100根。 

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