CN201823513U - 一种绝热反应间接换热型超大直径气固相催化反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种绝热反应间接换热型超大直径气固相催化反应器，它包括装设于外筒体中的内筒，内筒轴心处设有中心管，内筒中装设有有效段数的触媒筐，触媒筐间间隔装设有换热器，所述换热器内为空腔结构，换热器列管在换热器空腔内折返排布。换热器轴心处设置的隔板将换热器分隔为左右相互对称的两部分，形成了单壳程串联式换热器结构，产率高，系统能耗低，触媒利用系数高，占地空间小，增大了触媒利用空间，解决了超大直径反应器以间接换热调控床层温度的难题，克服了因直径过大而引起的换热面积不配套的难题，解决了设备运行安全隐患。装载触媒多，可提高设备利用率，制作简单，操作简便，成本低廉，尤其适用于高、低压超大直径换热型反应器。

Description

一种绝热反应间接换热型超大直径气固相催化反应器

技木领域

本实用新型涉及绝热间换热型超大直径反应器。

背景技术

为保证放热反应的连续进行，需不断移出反应热，以使反应过程沿最佳温度曲线进行。移走反应热有多种方式：如采用冷管型反应器、冷激型反应器、间接换热反应器等，其中以冷管型换热反应器为最佳方案。但是对大直径高压反应器，其内空间的利用应达到最大化，为充分利用反应器内部容积，大多趋向于避免采用冷管型反应器。但在目前没有更理想反应器现状下，趋于无奈而采用冷激型反应器，这种反应器其优点是结构简单，易于制造。但存在触媒利用系数低、产量低等缺陷。为保证产量，只能加大空速，但随之而来增加了压缩、分离、冷冻等全系统一系列能量消耗，增加产品成本，因而经济上不合理。换热的另一有效形式是间接换热型反应器，在塔内段间装设换热器以调节和控制床层的温度。但对大直径反应器来说，存在着换热器直径太大，管束过多的弊端，使管内、管间流速过小，造成总传热系数过小，使换热面积加大许多且不成比例，因而无法采用。如年产24万吨的φ2400氨合成塔，用塔内径大小做的环盘式换热器，以四段触媒层为例，其上中下三个换热器总传热系数K在220～300之间，其总高度为4米以上，它占据了过高的有效空间，其触媒的装载量大为减少，因而极不经济。

实用新型内容

本实用新型提供一种可增加触媒利用系数，大幅降低设备运行阻力，并可大幅提高生产能力的绝热反应间接换热型超大直径气固相催化反应装置。

本实用新型目的通过以下方式实现：这种绝热反应间接换热型超大直径反应器包括装设于外筒体中的内筒，其特征在于所述内筒中装设有有效段数的触媒筐，内筒轴心处设有中心管，各段触媒筐间间隔装设有换热器，所述换热器内为一空腔结构，换热器列管在换热器空腔内折返排布。

所述中心管内设有有效数量的斜向设置的隔板，隔板两端的中心管上分别开设有与相邻换热器相通的气流通道，中心管底部入口经由外筒与内筒间环隙接筒体顶部进气口，中心管出口与顶部触媒筐相通。

所述换热器轴心处分别设有隔板，所述隔板将换热器分别分隔为左右相互对称的两部分，即形成单壳程串联式换热器结构，其中一部分的管板上均匀设置有与上层触媒筐相通的管间进气管，所述隔板底端留设有气流通道。

所述触媒筐为轴向或径向设置，所述径向设置的触媒筐内、外圆周面上分别均匀开设有气孔。

所述各段触媒筐底部分别装设有触媒装卸管，所述触媒装卸管穿经相邻换热器后与下层触媒筐相通，反应器底部设有卸触媒口。

本实用新型取得的技术进步：

1、由于采用本实用新型结构，即换热器轴心处设置的隔板将换热器分隔为左右相互对称的两部分，并在隔板底端留设有气流通道，使左右相互对称的两部分形成了单壳程多管程串联式换热器结构，且换热器列管在换热器空腔内折返排布，这种结构独特、设计巧妙的串联式换热器结构，利用两股流体互通的通道将两个左右相互对称的换热器连成一个完整的换热器，与全冷激型换热反应器相比，产率高，系统能耗低；与冷管型反应器相比，触媒利用系数高，同比体积产量高，占地空间小，增大了触媒利用空间，解决了国内外多年来大直径反应器以间接换热调控床层温度的难题，克服了因直径过大而引起的换热面积不配套的难题，每个换热器为一封闭单元，不直接接触催化剂，保证了低阻力下运行。

2、由于中心管内设有斜向设置的隔板，该隔板将中心管分隔成各自独立的三段，隔板两端的中心管上分别开设有与相邻换热器相通的气流通道，利用这种三段不连贯的中心管和套管作为流体进出口的通道，不但节省了空间，增大了有效空间，还有效解决了热应力带来的设备运行安全隐患。

3、这种单壳程串联式换热器，即换热器列管在换热器空腔内折返排布的结构，在相同的布管数情况下，流体通道面积仅为现有列管换热器的1/6，因而可大大提高管内流速，可相应提高总传热系数K，减少所需传热面积，降低了换热器有效高度，从而减少占用塔内空间。

4、由于外筒体顶部采用缩颈式结构，因而不但可有效解决超大直径反应器顶部密封问题，同时，段间换热器可采用组装式安装结构，即把换热器分成若干单元组件，然后把各单元组件从缩颈的筒体顶部吊入内筒，然后再依次进行组装焊接。

本实用新型结构简单，各段之间的流体流动巧妙设置在中心管内，塔内附件少，空间大，装载触媒多，可大大提高设备的利用率，制作简单，操作简便，成本低廉，尤其适用于高、低压大直径换热型反应器，为大直径的大型反应器开创了新途径。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图。

图2为图1的A-A剖面结构示意图。

图3为图1的B-B剖面结构示意图。

图4为本实用新型四段触媒式结构示意图。

具体实施方式

实施例1：如图1、图2、图3所示，这种绝热反应间接换热型超大直径气固相催化反应器包括装设于外筒体1中的内筒9，外筒体1顶部为缩颈式结构(或直筒式结构)。内筒9中装设有有效段数的触媒筐，本实施例为三段触媒筐结构，触媒筐4a、4b、4c间间隔装设有换热器3a、3b、3c，所述换热器3a、3b或3c内为一空腔结构，换热器列管在换热器空腔内折返排布。内筒9轴心处设有中心管，中心管内设有斜向设置的隔板18、19，隔板18、19将中心管分隔成相互独立且与相邻换热器相通的气流通道，即下部中心管2c上部隔板18右侧开设有与换热器3c管束相通的气流通道；中部中心管2b上部隔板19右侧开设有与换热器3b管束相通的气流通道；下部中心管2c底部入口经由外筒1与内筒9间环隙接外筒1顶部进气口8，中心管出口与一段触媒筐4a相通。换热器3a、3b、3c的轴心处分别设有隔板23，隔板23将换热器3a、3b、3c分别分隔为左右相互对称的两部分，其中一部分的管板上分别均匀设置有与触媒筐4a、4b相通的管间进气管5a、5b，隔板23底端留设有气流通道。该气流通道使左右相互对称的两部分形成了单壳程串联式换热器结构。

所述触媒筐轴向或径向设置，本实施例触媒筐自上而下为两轴向一径向结构，所述径向设置的触媒筐内、外圆周面上分别均匀开设有气孔14。各段触媒筐底部分别装设触媒装卸管20，触媒装卸管20穿经相邻换热器后与下层触媒筐相通，反应器底部设有卸触媒口22。

本实施例工作过程如下：冷气依次经由反应器顶部进气口8、外筒1与内筒9间环隙、从底部冷气入口17进入中心管2c顶部隔板18右侧通道后，入下部换热器3c的右半部管束，气体由上至下折流流动，穿过隔板23底端的气流通道后，经由经下部换热器3c管束左半侧向上折流流动到出气口6c进入中心管2b，通过中心管2b顶部隔板19右侧通道后，再流动到中部换热器3b右半部管束内，气体从上至下流动，穿过隔板23底端的气流通道，再经由中部换热器3b管束左半部出气口6b后，流经中心管2a出顶部出口。

经反应器顶部副线管21依次入上部换热器3a管内、上部换热器3a左半部出气口6a后的气体与出上述出气口6b后的气体混合后达到触媒活性温度。

冷气经上述步骤预热到触媒活性温度后进入反应器顶部一段触媒筐4a触媒层进行反应，反应气经上部换热器3a左半部管板上均匀开设的管间进气管5a进入上部换热器3a的左半部的管间，流入下部通道，然后达换热器3a右半部顶部，再依次经套管10、分布板11轴向进入位于中部的二段触媒筐4b进行反应，然后再经中部换热器3b左半部管板上均匀开设的管间进气管5b进入中部换热器3b的左半部管间，而后经底部通道进入换热器3b的右半部，气体经管间由下至上依次经套管12、内筒9与位于下部的三段触媒筐4c间的环隙即径向分流道的外圆周面上的气孔14进入三段触媒筐4c内，再经中心管2b外的环状集流道13底部出口流出，由下部换热器管间进气管5c进入下部换热器3c的左半部的管间，向下流动经底部通道进入下部换热器3c的右半部管间，向上流动经气体出口通道16出反应器底部气体出口26。

实施例2：如图4所示，本实施例与实施例1不同之处是采用四段触媒筐式结构，具体为三轴向一径向结构型式。在上部的一段触媒筐4a、二段触媒筐4d间装设有冷激器25，该冷激器25主要由旋流板构成，旋流板圆周面上均匀开设有气孔，该旋流板与反应器顶部副线管24相接。

本实施例工作过程如下：冷气依次经由反应器顶部进气口8、外筒1与内筒9间环隙、从底部冷气入口17进入中心管2c顶部隔板18右侧通道后，入下部换热器3c的右半部管束，气体由上至下折流流动，经下部换热器3c左半部管束出气管6c进入中心管2b，通过中心管2b顶部隔板19右侧通道后，进入到中部换热器3b右半部管束内，气体由上至下折流流动，穿过隔板23底端的气流通道，再穿过左半部管束自下而上，经由中部换热器3b管束左半部出气口6b后，流经中心管2a出顶部出口。

经反应器顶部副线管21依次入上部换热器3a管内、上部换热器3a左半部出气口6a后的气体与出上述出气口6b后的气体混合后达到触媒活性温度。

冷气经上述步骤预热到触媒活性温度后轴向进入反应器顶部一段触媒筐4a触媒层进行反应，反应后的气体进入段间冷激器25与副线管24流入的冷气均匀混合降温后，进入上部二段触媒筐4d继续反应，反应气再经上部换热器3a左半部管板上均匀开设的管间进气管5a进入上部换热器3a左半部的管间，流入下部通道到达换热器3a的右半部，然后依次经换热器3a顶部进入套管10、分布板11轴向进入位于中部的三段触媒筐4b进行反应，再经中部换热器3b左半部管板上均匀开设的管间进气管5b进入中部换热器3b的左半部管间，流至下部后经通道进入换热器3b的右半部，气体由管间由下至上经套管12、内筒9与下部的四段触媒筐4c间环隙径向分流道14后径向进入下部触媒筐4c，再经中心管2b外的环状集流道13底部出口流出后，经由下部换热器管间进气口5c进入下部换热器3c的左半部的管间，向下流动经底部通道进入下部换热器3c的右半部管间，向上流动，经气体出口通道16出反应器底部气体出口26。

本专业普通技术人员或一般技术人员除依据本实用新型所公开的上述各实施例外还可采取其它实现方式，如可将各段触媒筐均设置为径向结构或轴向结构，如换热器列管在换热器空腔内的一次或多次折返排布结构，这应理解在本实用新型的范围内，受本实用新型权利要求的限制。

Claims (6)

1.一种绝热反应间接换热型超大直径气固相催化反应器，它包括装设于外筒体(1)中的内筒(9)，其特征在于所述内筒(9)中装设有有效段数的触媒筐，内筒(9)轴心处设有中心管，各段触媒筐间间隔装设有换热器(3a，3b，3c)，所述换热器(3a，3b，3c)内为一空腔结构，换热器列管在换热器空腔内折返排布。

2.根据权利要求1所述的绝热反应间接换热型超大直径气固相催化反应器，其特征在于所述中心管内设有有效数量的斜向设置的隔板(18，19)，隔板(18，19)两端的中心管上分别开设有与相邻换热器相通的气流通道，中心管底部入口经由外筒(1)与内筒(9)间环隙接筒体顶部进气口(8)，中心管出口与顶部触媒筐相通。

3.根据权利要求1所述的绝热反应间接换热型超大直径气固相催化反应器，其特征在于所述换热器(3a，3b，3c)轴心处分别设有隔板(23)，所述隔板(23)将换热器(3a，3b，3c)分别分隔为左右相互对称的两部分，其中一部分的管板上均匀设置有与上层相邻触媒筐相通的管间进气管(5a，5b)，所述隔板(23)底端留设有气流通道。

4.根据权利要求1所述的绝热反应间接换热型超大直径气固相催化反应器，其特征在于所述触媒筐轴向或径向设置，所述径向设置的触媒筐内、外圆周面上分别均匀开设有气孔(14)。

5.根据权利要求1所述的绝热反应间接换热型超大直径气固相催化反应器，其特征在于所述各段触媒筐底部分别装设有触媒装卸管(20)，所述触媒装卸管(20)穿经相邻换热器后与下层触媒筐相通，反应器底部设有卸触媒口。

6.根据权利要求1所述的绝热反应间接换热型超大直径气固相催化反应器，其特征在于所述外筒体(1)顶部为缩颈式结构或直筒式结构。

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