CN201832621U - 一种新型冷板式换热反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种用于硫磺回收及尾气处理的新型冷板式换热反应器。它可使触媒层温差小，触媒活性高，换热效果好，能较大减小反应器体积。其技术方案是：反应器壳体与管箱筒体用螺栓、螺母通过法兰连接，其间卡装固定管板，在固定管板前后两侧圆周平面上分别衬有密封垫；在固定管板横中心线凹槽中的横隔板横隔成两个大小相同的上腔室和下腔室；催化剂支撑栅板安装在反应器壳体的中下部，催化剂床层中的换热板竖向并排放置，换热板一端通过连接管与固定管板连接，另一端能自由伸缩；反应器上部设置有人孔，下部设置有人孔；热电偶竖直埋于催化剂床层中。本实用新型传热系数高、结构紧凑、触媒装填系数大，床层阻力小，可用于流体催化反应和传热过程。

Description

一种新型冷板式换热反应器

技术领域

本实用新型是一种气固相催化反应设备，用于流体催化反应和传热过程，特别适用于硫磺回收及尾气处理，也可用于越烯氧化合成环氧乙烷，醋酸乙烯，苯酐合成，氨合成等反应过程及甲醇、甲醚、烃类等合成反应过程的新型冷板式换热反应器。

背景技术

对于硫磺回收及尾气处理中的硫化氢氧化反应及加压下甲醇合成，甲胺，甲醚，氨，烃类等合成这类气固相放热催化反应，随着反应过程的进行，不断放出的反应热使催化剂床层温度升高。为了提高反应器的效率，需要及时把反应热移出以降低催化剂床层温度。在工业反应器中，曾广泛使用的是多段原料气冷激来降低反应温度(房鼎业等编著，甲醇生产技术及进展，上海华东化工学院出版社，1990)。这种反应器的主要缺点是：

(1)原料气冷激时在降低反应器温度的同时也降低了反应物浓度，影响了合成率。

(1)气体冷却的传热效率低，移热量有限，催化剂床层温度的分布不理想。

(2)轴向流动的阻力大，生产能力受限。

为强化移走反应器的传热能力，也为了改进催化剂床层的温度分布，近20年来大力发展了管壳式水冷反应器。如德国lurgi公司的列管式换热反应器(DE2123950)，杭州林达化工技术有限公司的U型管换热反应器(200420116978.6)，湖南安淳高新技术有限公司发明的双套管式换热反应器(200410046980.5)，林德公司的盘管式换热反应器，卡萨尔公司的水平螺旋型换热反应器(00808947.7)，江苏晟宜环保科技有限公司发明的绕管式换热反应器(200720169522.x)。虽形式各异，但都是采用换热管作为换热元件，存在共同的缺点：

(1)换热元件都采用管式，换热管内壁有滞留边界层，热阻大，传热系数小，换热效率低。

(2)为保证换热效果，不得不增加管数，金属耗材量大。

(3)管子排布致密，使催化剂装填空间过小，催化剂装卸困难。

(4)反应器的体积大，增加反应器制造成本及占地面积。

(5)反应器的材质要求高，又要大直径厚管板，制造难度大。

(6)反应器装填催化剂的利用率低，直径很大，从而严重制约其单系列生产能力的大型化。

发明内容

本实用新型的目的是：为了克服现有的管壳式换热反应器存在的技术缺点，为使触媒层温差小，触媒活性高，换热效果好，大大减小反应器体积，特提供一种新型冷板式换热反应器。

本实用新型的技术方案是：

一种新型冷板式换热反应器，反应器壳体与管箱筒体用螺栓、螺母通过法兰连接，整个换热板束可以从反应器壳体中抽出，反应器壳体与管箱筒体的法兰之间卡装有固定管板，在固定管板前后两侧圆周平面上分别衬有密封垫。管箱筒体是以其内端和其两侧固定在内侧壁上，其外端悬浮边连接密封在固定管板横中心线凹槽中的横隔板横隔成两个相同大小的上腔室、下腔室，上腔室设置有冷却介质出口，下腔室设置有冷却介质进口。

催化剂支撑栅板固定安装在反应器壳体的中下部，催化剂床层中的换热板竖向并排放置。换热板是由两片金属板在其周边以密封焊缝焊接固定，中间通过定距柱点焊形成网状通道，金属板中间设置有一条钢筋条与其上下两边密封焊缝相平行且终端留有相当长流通余量形成直焊缝，使内部通道形成一个往返的U形通路，换热板一端的上下部分连接进出口介质的通路口处分别固定有连接管与管箱筒体的固定管板连接。换热板的另一端可自由伸缩，消除温差应力。

反应器上部并排设有装填催化剂的人孔，中下部设有卸载催化剂的人孔，卸载人孔的下边缘与催化剂支撑栅板等高。换热板之间装填催化剂，在换热板内侧通入锅炉给水等冷却介质。热电偶竖直埋于催化剂床层中用于监测床层上中下各部位的温度。

换热板支撑条水平放置于与反应器轴线垂直的稍高于催化剂支撑栅板的位置，换热板支撑条的两端卡装固定于反应器内部两侧的托槽内，托槽固定在焊接于反应器壳体内壁上的三角支架上；换热板支撑条上开有一排与换热板数量相等的换热板支撑槽，换热板支撑槽的宽度等于换热板焊接边缘的宽度，换热板支撑槽与换热板采用间隙配合以方便换热板的抽出及插入。装配时，在安装完催化剂支撑栅板并在其上铺好金属丝网后，再将换热板支撑条卡装固定于两端的托槽中。

本实用新型具有以下有益效果：

(1)传热系数高。新型换热板在水气相换热无相变时总传热系数可达382W/m²·K，远远高于传统的管壳式换热方式(17～280W/m²·K)。

(2)单位体积内的传热面积比通常的管壳式换热反应器约大3.5倍，使设备体积减小，用料减少。

(3)换热板板内部通过定距柱点焊的方式，不使换热板板变形，大大减小了点焊处的应力集中，降低了点焊处开裂的风险。无压力流体泵送的步骤，使制造工艺大大筒化。

(4)换热板一端可自由伸缩，能自动补偿温差应力，无需设置膨胀节。

(5)换热板束可随封头一起抽出，便于清洗和检修。

附图说明

图1是本冷板式换热反应器的结构示意图。

图2是本冷板式换热反应器的左视图。

图3是本冷板式换热反应器的换热板结构示意图。

图4是本冷板式换热反应器的换热板内部剖面图。

图5是本冷板式换热反应器的换热板支撑条结构示意图。

图6是本冷板式换热反应器的托槽及三角支架主视图。

图7是本冷板式换热反应器的托槽及三角支架左视图。

图中：1、下腔室，2横隔板，3、冷却介质进口，4、换热板进口，5、换热板出口，6、催化剂支撑栅板，7、换热板支撑条，8、气体出口，9、反应器支座，10、人孔，11、定距柱，12、封头，13、直焊缝，14、人孔，15、热电偶，16、气体进口，17、反应器壳体，18、换热板，19、固定管板，20、法兰，21、冷却介质出口，22、上腔室，23、管箱筒体，24、换热板焊接边缘，25、换热板支撑槽，26、托槽，27、三角支架。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明：

如图1所示，根据介质性质、压力大小、生产规模及筒壳内径的尺寸选用合适的材料和相应厚度的金属板卷制出反应器壳体17和管箱筒体23，在其端部分别对焊出压制的封头12，和在另一端的外圆周面角焊固定以厚金属板旋制的法兰20。两法兰内侧凹入的子口内嵌装一个固定管板19，其前后两个各与筒体端部边缘接触贴合的圆周侧平面上分别用密封垫密封。并使用螺栓、螺母以及必要的垫圈、弹簧垫圈连接紧固使合成一个筒壳形体。内有一端通过换热板进口4和换热板出口5的连接管与固定管板19连接，另一端可自由伸缩的多块换热板18，换热板18是由两块金属板在其周边以密封焊缝焊接固定，中间通过定距柱11点焊，定距柱可根据介质压力大小及温差情况采用菱形或棋盘形均匀排列布置。金属板中间设置有一条钢筋条与其上下两边密封焊缝相平行且终端留有相当长流通余量形成直焊缝13，使内部通道形成一个往返的U形通路。板片厚度为1～1.5毫米为宜。从强度观点看，它所能承受压力远比设计压力高，并且又有很好的冷压成形制造工艺。从设备经济性和耐用方面考虑选用1毫米304不锈钢板为好。当然若介质无腐蚀性，其板片亦可选用1.5～2毫米碳钢板制造，使设备成本更为经济。一般情况下两板板间内侧距离以8～10毫米为适宜。务使换热板进口4和换热板出口5的内径流通截面积与两块金属板间拟选择确定的流通截面积大小相接近或略大一些。换热板进口4和换热板出口5的连接管外端涨紧或焊接在固定管板19的纵向垂直线上。换热板18之间装填催化剂，反应器壳体17中下部有催化剂支撑栅板6，原料气由反应器壳体17上部气体进口16均匀地进入换热板间催化剂层由上而下进行反应直到底部流经催化剂支撑栅板6后汇集由气体出口8流出反应器。在管箱筒体23横中心面上固定一块其内端与两侧均焊接在其内壁上的横隔板2，其外端悬浮边则嵌入并密封连接到固定管板横中心线的凹槽内，以使管箱筒体分隔成两个互不连接但形状大小完全相同的上腔室22和下腔室1。下腔室1有冷却介质进口3，上腔室22有冷却介质出口21。换热介质可以是水，也可以是其它介质，本实施例则主要以水为例进行说明。来自装置的锅炉给水先进入汽包，然后由下降管经管箱筒体23上冷却介质进口3进入下腔室1后进入换热板18流动，一边流动一边吸收板外催化剂层的反应热，经折流反向后由上腔室22的冷却介质出口21流出经由上升管返回汽包并副产蒸汽，而整个催化剂床层的温度则由汽包的压力加以控制，因此反应器催化剂床层始终处于非常稳定的接近等温的状态下运行。由于换热板18内的移热介质是饱和水汽的共存物，因而换热板18是一种接近等温的移热体。反应器内催化剂的装填可通过反应器壳体17上部开设的人孔14及气体进口6装入。底部催化剂支撑栅板6可分成多块，除可用气体出口8卸催化剂外，反应器中下部还可开设多个人孔10用于卸载催化剂。卸载人孔10的下边缘与催化剂支撑栅板6等高。

所述的换热板支撑条7水平放置于与反应器轴线垂直的稍高于催化剂支撑栅板6的位置，换热板支撑条7的两端卡装固定于反应器内部两侧的托槽26内，托槽26固定在焊接于反应器壳体17内壁上的三角支架27上；换热板支撑条7上开有一排与换热板18数量相等的换热板支撑槽25，换热板支撑槽25的宽度等于换热板焊接边缘24的宽度，换热板支撑槽25与换热板18采用间隙配合以方便换热板18的抽出及插入。装配时，在安装完催化剂支撑栅板6并在其上铺好金属丝网后，再将换热板支撑条7卡装固定于两端的托槽26中。

Claims (3)

1.一种新型冷板式换热反应器，是由上腔室、下腔室、横隔板、换热板支撑条、反应器壳体、换热板、固定管板、管箱筒体、法兰、催化剂支撑栅板组成，其特征在于：反应器壳体(17)与管箱筒体(23)用螺栓、螺母通过法兰(20)连接，反应器壳体(17)与管箱筒体(23)的法兰(20)之间卡装固定管板(19)，在固定管板(19)前后两侧圆周平面上分别衬有密封垫；管箱筒体(23)是从其内端和其两侧固定在内侧壁上，其外端悬浮边连接密封在固定管板(19)横中心线凹槽中的横隔板(2)横隔成两个相同大小的上腔室(22)和下腔室(1)，在上腔室(22)设置有冷却介质出口(21)，在下腔室(1)设置有冷却介质进口(3)；催化剂支撑栅板(6)固定安装在反应器壳体(17)的中下部，催化剂床层中的换热板(18)竖向并排放置，换热板(18)的一端通过换热板进口(4)和换热板出口(5)的连接管与固定管板(19)连接，另一端能自由伸缩；反应器上部并排设置有两个装填催化剂的人孔(14)，下部并排设置有两个卸载催化剂的人孔(10)，卸载人孔(10)的下边缘与催化剂支撑栅板(6)等高；热电偶(15)竖直埋于催化剂床层中，换热板支撑条(7)放置于与反应器轴线垂直的位置。

2.根据权利要求1所述的换热反应器，其特征是：上述换热板(18)是由两片金属板在其周边以密封焊缝焊接固定，中间用定距柱(11)点焊构成网状通道；金属板中间设置有一条钢筋条与其上下两边密封焊缝相平行且终端留有相当长流通余量形成直焊缝(13)，内部通道形成一个往返的U形通路；换热板(18)一端的上下部分连接冷却介质进口(3)和冷却介质出口(21)的通路口处分别固定有连接管与管箱筒体(23)的固定管板(19)连接。

3.根据权利要求1所述的换热反应器，其特征是：上述换热板支撑条(7)水平放置于与反应器轴线垂直的稍高于催化剂支撑栅板(6)的位置，换热板支撑条(7)的两端固定卡装于反应器内部两侧的托槽(26)内，托槽(26)固定在焊接于反应器壳体(17)内壁上的三角支架(27)上；换热板支撑条(7)上开有一排与换热板数量相等的换热板支撑槽(25)，换热板支撑槽(25)的宽度等于换热板焊接边缘(24)的宽度，换热板支撑槽(25)与换热板(18)采用间隙配合。

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