CN204261651U - 一种可控移热反应器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种可控移热反应器,移热管束包括出水总管、进水总管、环管、隔板、盲肠式换热管和导水管；所述隔板设置于环管的中部，将环管的上部和下部分隔为分水箱和集水箱，进水总管连通环管上部的分水箱，出水总管连通环管下部的集水箱，导水管套设在盲肠式换热管内，盲肠式换热管的一端开口另一端封闭，盲肠式换热管的开口端连通环管下部的集水箱，导水管两端开口，导水管的顶部连通环管上部的分水箱，导水管的底部位于盲肠式换热管的封闭端之上。本实用新型的催化剂框、移热管束与承压壳体分离，便于检修、催化剂自卸、催化剂装填；将移热水管埋在催化剂床层内部能够将催化剂床层内部反应热及时移走。

Description

一种可控移热反应器
技术领域
本实用新型涉及一种固定床催化反应装置，尤其涉及的是一种可控移热反应器。
背景技术
CO变换反应后器作为化工行业的一种广泛应用反应器，其间，人们对变换反应器进行了多次的改进，由原来全轴向改为全径向，在催化剂床层阻力方面取得很好效果，但催化剂床层仍为绝热反应，催化剂床层分为若干床层，每床层之间采取间接换热或用水冷激。这种间接换热回收变换系统热能品位低，回收显热和潜热效率低、催化剂易超温、同时变换还拌有甲烷化等副反应等缺陷。
煤制乙二醇的羰基化合成反应器，目前采用ф25X2的管内装填催化剂，管外用水移热，一台列管反应器由数千个全轴向ф21圆柱形催化剂床层组成，气体分布不均匀、副反应物多、催化剂床层阻力大、热应力大、设备泄漏、一套20万吨/年的乙二醇装置的羰基化合成反应器需要6台管壳反应器并联运行，工程投资大等缺陷。
煤制乙二醇的酯化加氢反应器，目前采用ф38X2的管内装填催化剂，管外用水移热，一台列管反应器由数千个全轴向ф34圆柱形催化剂床层组成，气体分布不均匀、副反应物多、催化剂床层阻力大、热应力大、设备泄漏、工程投资大等缺陷。
煤制天然气的反应采用：n个绝热床层配合n个废过热锅炉的移热方式，而且需要增加反应物水蒸气来抑制第一、第二绝热床层反应，同时配置循环气，否则出现第一、第二绝热床层飞温现象，运行能耗高、装置投资大、系统阻力大等缺陷。
煤制油、煤制石蜡的费托合成反应还没有在运行的大型化装置，部分在运行的小型费托合成装置反应器也为列管式反应器，Fe(或Co)系催化剂装填在ф76X4管内，仍然存在气体分布不均匀、超温、积碳、长碳链烷烃收率低、阻力大、设备泄漏、难以大型化等缺陷。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种可控移热反应器，通过换热管内水转化为蒸汽发生相变吸热及时移走催化剂床层内反应热量。
本实用新型是通过以下技术方案实现的，本实用新型包括承压壳体和设置于承压壳体内的密封式催化剂框和水路自循环的移热管束，密封式催化剂框包覆于所述移热管束之外；所述移热管束包括出水总管、进水总管、环管、隔板、盲肠式换热管和导水管；所述隔板设置于环管的中部，将环管的上部和下部分隔为分水箱和集水箱，进水总管连通环管上部的分水箱，出水总管连通环管下部的集水箱，导水管套设在盲肠式换热管内，盲肠式换热管的一端开口另一端封闭，盲肠式换热管的开口端连通环管下部的集水箱，导水管两端开口，导水管的顶部连通环管上部的分水箱，导水管的底部位于盲肠式换热管的封闭端之上。
所述密封式催化剂框包括密封板、气体分布筒、集气筒；所述气体分布筒设置于承压壳体内，密封板固定在气体分布筒的顶部，气体分布筒和承压壳体之间的间隙沿承压壳体的径向形成气体分布室，集气筒沿气体分布筒的径向设置于气体分布筒内，气体分布筒内装填催化剂，所述环管、盲肠式换热管和导水管分别位于气体分布筒内。
所述承压壳体包括上封头、壳体本体、下封头；所述上封头通过法兰连接在壳体本体上，壳体本体和下封头一体成型；上封头上分别开设用于连接进水总管的进水口、用于连接出水总管的出水口和进气口，下封头上分别开设催化剂自卸短接和用于连接集气筒的出气口。
所述壳体本体内设有支撑座和支撑板，所述支撑座固定在壳体本体的内壁上，支撑板的两端支撑在支撑座上，气体分布筒、环管和集气筒依次支承在支撑板上。
所述密封板与出水总管和进水总管之间分别设有第一密封件，气体分布筒的底部与下封头之间设有第二密封件，出气口和集气筒的出气管之间设有第三密封件。
所述气体分布筒的内侧和集气筒的外侧分别设置气体分布板，所述气体分布板上均匀开设多个通气孔。
气体自进气口进入上封头内部，然后进入气体分布室，再通过气体分布筒均匀径向进入催化剂内，在有Co-Mo、pd/AI2O3、Cu、Ni、Cu-Zn、Fe、Co系催化剂在催化条件下完成变换、合成、加氢等放热反应，反应后的气体通过集气筒进入出气管，然后流出可控移热反应器。变换、合成或加氢等放热反应放出的热量由埋在催化剂内部的盲肠式换热管内的水转化为蒸汽及时移走催化剂床层内反应热量，并副产出不同压力下的饱和蒸汽。
不饱和水由进水总管进入分水箱，由分水箱分配到导水管，不饱和水在导水管下端流出，然后进入盲肠式换热管的封闭端，自下而上流动，并在盲肠式换热管内部完成对催化剂床热量的吸收，并成为过饱和水，然后进入集水箱，然后由出水总管排出到可控移热反应器外围的汽包内闪蒸出饱和蒸汽。
本实用新型适用CO变换反应、羰化合成反应、酯化加氢反应、甲烷化反应、甲醇合成反应、费托合成反应等反应器。
本实用新型针对CO变换反应反应器存在问题和不足，以及现在高水/气、高CO水煤气变换的需求，开发出了可控移热反应器，将盲肠式换热管埋在催化剂床层内，利用盲肠式换热管内水转化为蒸汽发生相变吸热的原理，将CO+H2O→H2+CO2+Q放变换反应放出的热量及时移出催化剂床层，确保催化剂床层温度≤380℃，并副产0.8～9.0MPa的饱和蒸汽，利于催化剂自卸和便于移热水管束部分的维修。有效解决了现有变换反应器回收热能品位低、回收热能效率低、催化剂易超温、甲烷化副反应、催化剂难自卸及工程投资大缺陷。
本实用新型针对装填Pd/AI2O3系催化剂、乙二醇的羰基化列管式合成反应器存在问题和不足，开发出了可控移热羰基化合成反应器，将盲肠式换热管埋在变换催化剂床层内，利用盲肠式换热管内水转化为蒸汽发生相变吸热的原理，将CO+CH3ONO→(COOCH3)2+NO+Q放反应放出的热量及时移出催化剂床层，确保催化剂床层温度≤140℃，并副产0.2～0.3MPa的饱和蒸汽，催化剂床层采用全径向结构。有效解决了现有羰基化合成反应器催化剂易超温、副反应大、床层阻力大、难以大型化、催化剂难自卸及工程投资大缺陷。
本实用新型针对装填Cu系催化剂、乙二醇的酯化加氢列管式合成反应器存在问题和不足，开发出了可控移热羰基化合成反应器，将盲肠式换热管埋在变换催化剂床层内，利用盲肠式换热管内水转化为蒸汽发生相变吸热的原理，将CH3ONO加H2反应(4H2+(COOCH3)2→(OHCH2CH2OH)2+2CH3OH+Q放)放出的热量及时移出催化剂床层，确保催化剂床层温度≤250℃，并副产2.0～3.2MPa的饱和蒸汽，催化剂床层采用全径向结构。有效解决了现有酯化加氢反应器催化剂易超温、副反应大、床层阻力大、难以大型化、催化剂难自卸及工程投资大缺陷。
本实用新型针对在320～420℃使用温度的Ni系催化剂，开发出可控移热甲烷合成反应器，将盲肠式换热管埋在变换催化剂床层内，利用盲肠式换热管内水转化为蒸汽发生相变吸热的原理，将CO与H2的甲烷化反应(CO+H2→CH4+H2O+Q放)放出的热量及时移出催化剂床层，确保催化剂床层温度≤420℃，并副产3.8～12.0MPa的饱和蒸汽，催化剂床层采用全径向结构。有效解决了现有甲烷合成反应器催化剂易超温、床层阻力大、运行能耗高、装置投资大、系统阻力大等缺陷。
本实用新型针对装填Fe(或Co)系催化剂的费托列管式合成反应器存在问题和不足，开发出了可控移热费托合成反应器，将采用盲肠式换热管埋在变换催化剂床层内，利用盲肠式换热管内水转化为蒸汽发生相变吸热的原理，将CO与H2的费托合成反应(nCO+(2n+1)H2→CnH2n+2+nH2O+Q放)放出的热量及时移出催化剂床层，确保Co催化剂床层温度≤240℃，并副产1.8～2.8MPa的饱和蒸汽；Fe催化剂床层温度≤260℃，并副产2.0～3.8MPa的饱和蒸汽，催化剂床层采用全径向结构。有效解决了现有费托合成反应器存在的缺陷。
本实用新型相比现有技术具有以下优点：(1)本实用新型的催化剂框、移热管束与承压壳体分离，便于检修、催化剂自卸、催化剂装填；
(2)将移热水管埋在催化剂床层内部能够将催化剂床层内部反应热及时移走，避免原有变换、合成及加氢催化剂被烧结现象发生，有效解决了现有变换、合成及加氢等催化剂使用寿命短、易超温、副反应物多、床层温不易控制、开车时间长、难以大型化、运行能耗高、工程投资大等缺陷；
(3)催化剂床层的温度通过副产蒸汽压力来调节，确保调节方面灵活、易控制；同时也确保开车时，采取向水循环系统添加蒸汽，迅速将可控移热反应器温升起来，以缩短开车时间；
(4)水路采取自然循环，突然停车时，可控移热反应器内部残余部分的反应物继续反应，水路也仍然保持循环，并将催化剂床层内部热量移出，确保在突然停车状态可控移热反应器的床层温度也不会超，有效保护催化剂使用寿命；
(5)可控移热反应器的气体分布器和集气筒实现内外的双项补偿，使径向气体分布误差≤5.0％，确保气体分布均匀；可控移热反应器床层整体阻力≤0.01MPa；
(6)采用全径向催化剂床层，易于装置大型化，不仅解决运输难题，同时降低工程投资。
附图说明
图1是本实用新型反应器的剖视图；
图2是承压壳体的结构示意图；
图3是移热管束的结构示意图。
具体实施方式
下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1、图2和图3所示，本实施例包括承压壳体1和设置于承压壳体1内的密封式催化剂框2和水路自循环的移热管束3，密封式催化剂框2包覆于所述移热管束3之外；移热管束3包括出水总管31、进水总管32、环管33、隔板34、盲肠式换热管35和导水管36；所述隔板34设置于环管33的中部，将环管33的上部和下部分隔为分水箱37和集水箱38，进水总管32连通环管33上部的分水箱37，出水总管31连通环管33下部的集水箱38，导水管36套设在盲肠式换热管35内，盲肠式换热管35的一端开口另一端封闭，盲肠式换热管35的开口端连通环管33下部的集水箱38，导水管36两端开口，导水管36的顶部连通环管33上部的分水箱37，导水管36的底部位于盲肠式换热管35的封闭端之上；密封式催化剂框2包括密封板21、气体分布筒22、集气筒23；所述气体分布筒22设置于承压壳体1内，密封板21固定在气体分布筒22的顶部，气体分布筒22和承压壳体1之间的间隙沿承压壳体1的径向形成气体分布室24，集气筒23沿气体分布筒22的径向设置于气体分布筒22内，气体分布筒22内装填催化剂，所述环管33、盲肠式换热管35和导水管36分别位于气体分布筒22内；承压壳体1包括上封头11、壳体本体12、下封头13；所述上封头11通过法兰14连接在壳体本体12上，壳体本体12和下封头13一体成型；上封头11上分别开设用于连接进水总管32的进水口15、用于连接出水总管31的出水口16和进气口17，下封头13上分别开设催化剂自卸短接18和用于连接集气筒23的出气口19。
壳体本体12内设有支撑座121和支撑板122，所述支撑座121固定在壳体本体12的内壁上，支撑板122的两端支撑在支撑座121上，气体分布筒22、环管33和集气筒23依次支承在支撑板122上。
密封板21与出水总管31和进水总管32之间分别设有第一密封件25，气体分布筒22的底部与下封头13之间设有第二密封件26，出气口19和集气筒23的出气管之间设有第三密封件27。
气体分布筒22的内侧和集气筒23的外侧分别设置气体分布板，气体分布板上均匀开设多个通气孔。能够方便气体均匀的进入催化剂框2内并使得反应后的气体均匀的收集排出。
将本实施例的反应器应用到22万吨/年合成氨装置高水/气比装置：
1、设计条件及要求：
水煤气气体成分：
2、变换系统主要经济指标一览表
序号 主要经济指标名称 主要经济指标
1 副产蒸汽量(2.5～3.8MPa) 1063.5g/tNH3
2 副产蒸汽量(1.0～1.27MPa) 247.8kg/tNH3
3 加热除氧水量(3.0MPa) 1311.313kg/tNH3
4 加热脱盐水量(直接去热力除氧) 6388.78kg/tNH3
5 除氧水加热器冷凝液 95.2kg/tNH3
6 脱盐水加热器冷凝液 440.64kg/tNH3
7 脱毒槽(预变)转化率 ≤13％
一变转化率 ≥85％
二变转化率 ≥98.14％
8 系统出口CO含量(干基) ≤0.75％
9 变换系统阻力MPa ≤0.05
实施例2
本实施例应用到40万吨/年合成氨装置低水/气比装置，其他实施方式和实施例1相同。
1、设计条件及要求：
变换气量：                 160273Nm3/h
工作压力：                 2.1MPa
工作温度：                 35～40℃
气体成分为：
序号 名称 CO2％ CO％ H2％ O2％ N2％ CH4％
1 半水煤气 7.87 29.3 46.03 0.3 15.19 1.02
2 变换气 24.00 4～8 55.40 0 12.60 0.85
2、本实用新型与传统全低变工艺绝热式变换反应器相比,可以带来以下节能:

Claims (6)

1.一种可控移热反应器，其特征在于，包括承压壳体(1)和设置于承压壳体(1)内的密封式催化剂框(2)和水路自循环的移热管束(3)，密封式催化剂框(2)包覆于所述移热管束(3)之外；所述移热管束(3)包括出水总管(31)、进水总管(32)、环管(33)、隔板(34)、盲肠式换热管(35)和导水管(36)；所述隔板(34)设置于环管(33)的中部，将环管(33)的上部和下部分隔为分水箱(37)和集水箱(38)，进水总管(32)连通环管(33)上部的分水箱(37)，出水总管(31)连通环管(33)下部的集水箱(38)，导水管(36)套设在盲肠式换热管(35)内，盲肠式换热管(35)的一端开口另一端封闭，盲肠式换热管(35)的开口端连通环管(33)下部的集水箱(38)，导水管(36)两端开口，导水管(36)的顶部连通环管(33)上部的分水箱(37)，导水管(36)的底部位于盲肠式换热管(35)的封闭端之上。
2.根据权利要求1所述的一种可控移热反应器，其特征在于，所述密封式催化剂框(2)包括密封板(21)、气体分布筒(22)、集气筒(23)；所述气体分布筒(22)设置于承压壳体(1)内，密封板(21)固定在气体分布筒(22)的顶部，气体分布筒(22)和承压壳体(1)之间的间隙沿承压壳体(1)的径向形成气体分布室(24)，集气筒(23)沿气体分布筒(22)的径向设置于气体分布筒(22)内，气体分布筒(22)内装填催化剂，所述环管(33)、盲肠式换热管(35)和导水管(36)分别位于气体分布筒(22)内。
3.根据权利要求2所述的一种可控移热反应器，其特征在于，所述承压壳体(1)包括上封头(11)、壳体本体(12)、下封头(13)；所述上封头(11)通过法兰(14)连接在壳体本体(12)上，壳体本体(12)和下封头(13)一体成型；上封头(11)上分别开设用于连接进水总管(32)的进水口(15)、用于连接出水总管(31)的出水口(16)和进气口(17)，下封头(13)上分别开设催化剂自卸短接(18)和用于连接集气筒(23)的出气口(19)。
4.根据权利要求3所述的一种可控移热反应器，其特征在于，所述壳体本体(12)内设有支撑座(121)和支撑板(122)，所述支撑座(121)固定在壳体本体(12)的内壁上，支撑板(122)的两端支撑在支撑座(121)上，气体分布筒(22)、环管(33)和集气筒(23)依次支承在支撑板(122)上。
5.根据权利要求3所述的一种可控移热反应器，其特征在于，所述密封板(21)与出水总管(31)和进水总管(32)之间分别设有第一密封件(25)，气体分布筒(22)的底部与下封头(13)之间设有第二密封件(26)，出气口(19)和集气筒(23)的出气管之间设有第三密封件(27)。
6.根据权利要求3所述的一种可控移热反应器，其特征在于，所述气体分布筒(22)的内侧和集气筒(23)的外侧分别设置气体分布板，所述气体分布板上均匀开设多个通气孔。
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