CN204564098U - 一种可控制温度的绝热反应器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及化工技术设备领域，具体为一种可控制温度的绝热反应器。该绝热反应器包括反应器本体（1）冷激气体分布器（2）和测温及冷激气体调节装置（3），其特征在于：冷激气体分布器（2）设置在反应器本体（1）的中心位置，冷激气体分布器（2）安装在催化剂床层的中心位置，冷激气体分布器（2）与测温及冷激气体调节装置（3）连接。该绝热反应器可解决在气相催化剧烈放热反应中由于反应器壳体既要承受较高压力又要承受反应所带来的急剧温升造成的对反应器的制造、运行中的安全及生产成本等问题。使用本实用新型可解决设备整体结构复杂，提高生产能力，提高生产设备运行经济性。
Description
技术领域
本实用新型涉及化工技术设备领域，具体为一种可控制温度的绝热反应器。
背景技术
随着化学工业的不断发展，绝热反应器得到更广泛的应用。绝热反应器有催化剂装填量大，设备结构相对简单、设备重量相对较小等多种优点，但绝热反应器的安全隐患始终没有得到很好的解决，在合成气合成甲醇、气相催化加氢等领域曾因催化剂床层超温造成催化剂失活、烧结的严重问题，同时催化剂床层的超温也容易引起设备的安全隐患。
常见的绝热反应器多用在气相加氢、气相脱水、氢气和一氧化碳甲烷化反应、合成气合成甲醇等工艺，这种工艺的共同特点是气相放热反应。传统工艺中通常依靠原料冷激实现对催化剂床层温度的控制，然而原料的加入又可以推动化学方应的进一步推进，使得绝热反应器内的温度进一步升高，一直达到反应平衡。因此，目前的绝热反应器存在催化剂超温失活及反应器设备本身超温超压的安全风险。
发明内容
本实用新型的发明目的在于针对以上技术及安全问题，提供一种适合气相加氢、气相脱水、氢气和一氧化碳甲烷化反应、合成气合成甲醇的，可控温度的绝热反应器。根据不同的工艺选用不同的冷激气体，通过对催化剂床层热点的连锁控制，达到精确控制催化剂床层温度的目的，从而保证了催化剂的正常使用，消除了因超温、超压造成的设备爆炸风险。同时这种可控温度的绝热反应器具有催化剂容量大、正反应转化率高及安全可靠的优点。
为了实现上述发明目的，本实用新型采用下述技术方案：
一种可控制温度的绝热反应器，包括反应器本体、冷激气体分布器和测温及冷激气体调节装置，其冷激气体分布器设置在反应器本体的中心位置，测温及冷激气体调节装置，冷激气体分布器安装在催化剂床层的中心位置，冷激气体分布器与测温及冷激气体调节装置连接。测温及冷激气体调节装置由与冷激气体温度关联的气体调节阀调节。
所述的测温及冷激气体调节装置调节冷激气体的流量，达到控制催化剂床层热点温度的效果。
所述的冷激气体分布器的结构为蛇管型或直管型，安装在催化剂床层的中心位置，冷激气体分布器上开设小孔，使冷激气体按照反应要求径向或切向分布在反应器的反应区内；冷激气体分布器通过开孔分布的不同使冷激气体通入反应器中。
在所述的反应器本体中间位置设置催化床层，冷激气体分布器安装在催化剂床层的中心位置。测温点安装在催化床层热点位置处。
冷激气体为冷态的原料气或冷态惰性气体、该反应产品为气态的冷态产品中的一种或多种；
可控制温度的绝热反应器尤其适合气相加氢、气相脱水、氢气和一氧化碳甲烷化反应、合成气合成甲醇等。
本实用新型的积极效果体现在：
(一)、可控制温度的绝热反应器应用于气相催化放热反应过程，包括气相加氢、气相脱水、氢气和一氧化碳甲烷化反应、合成气合成甲醇等；
(二)、可控制温度的绝热反应器具有安全可靠、催化剂容量大、正反应转化率高、热平衡效果好的特点。
(三)、可解决在气相催化剧烈放热反应中由于反应器壳体既要承受较高压力又要承受反应所带来的急剧升温而造成的对反应器的制造、运行中的安全、生产成本等问题。
(四)、使用本反应器可解决设备整体结构复杂，提高生产能力，提高生产设备运行经济性。
附图说明
图1为测温及冷激气体调解系统简图；
图2为可控制温度的绝热反应器的纵向剖视结构图。
图3为传统甲烷化工艺流程示意图；
其中，1——反应器本体、2——冷激气体分布器、3——测温及冷激气体调解装置；4——催化剂、5——支筋。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。但不应将此理解为本实用新型上述主题的范围仅限于下述实施例，凡基于本实用新型内容所实现的技术均属于本实用新型的范围。
如图一和图二所示，冷激气体分布器位于催化剂床层的中心位置，即反应器本体的中心位置，且上开有小孔使冷激气体按照反应要求径向或切向分布反应器反应区内；冷激气体分布器通过开孔分布的不同使冷激气体通入反应器本体中。
冷激气体分布器与测温及冷激气体调节装置相连，通过测温及冷激气体调节装置可使反应器本体整体、均匀的降温；
测温及冷激气体调节装置包括冷激气体调节阀和测温系统组成，并形成调节回路。
惰性气体调节阀、原料气调节阀、回收产品气调节阀和测温装置及与温度关联的气体调节阀组成了测温及冷激气体调节装置。通过测温及冷激气体调节装置的调节，控制通入冷激气体的量达到调节温度的作用。在测温及冷激气体调节装置中，惰性气体调节阀可以调节惰性气体的输入量，由于本系统中原料气、产品气为易燃易爆气体，所以惰性气体可在本系统中起到保护气体、稀释原料气和降温的作用；在测温及冷激气体调节装置中，原料气调节阀可以调节原料气的输出量，通入控制冷原料气的输出量可不改变原料气的组成而起到降温作用，一般在温度微超下使用；在测温及冷激气体调节装置中回收产品气调节阀可以调节回收产品气的输出量，通入控制回收产品气的输出量，可在一定程度上起到降温、抑制原料气正反应的作用，一般在超出温度较高下使用，同时应输进惰性气体；回收产品气可以是产品气的一种或多种。
实施例1：以合成气甲烷化反应过程为例说明，
煤经过气化、变化、净化得到的合成气中一般含有H2、CO、CH4、H2O、C2H6和惰性气体，具体的气体组成与煤的品种和所采用的气化工艺有关。合成气中的惰性气体一般是N2和Ar。合成气甲烷化反应为多个反应，包括主反应和副反应。通过热力学计算得出随反应温度的升高，各反应的标准热力学平衡常数都是逐件降低的。
因此，对于CO甲烷化制天然气反应来说应该尽量避免反应温度超过800K，最好控制在700K以下。甲烷化反应在600K左右有利于甲烷化反应的进行。
新旧工艺对比(效果)
目前国内外煤制天然气工艺甲烷化过程大都采用高温多级固定床反应器串联的反应工艺。(如图1)传统工艺中原料气通过预热器预热后进入第一甲烷化反应器，原料气在第一甲烷化反应器中催化放热反应，通过进出料量(即控制产品气的转化率)控制反应釜温度，产品气采出后通过热交换器降低反应气温度，然后进入下一反应器，重复以上过程；反应器由于受反应温度的限制，原料气在反应器内不能完全反应，只能通过多级反应器串联使用实现目标产物。
本实用新型通过冷激气体分布器向反应器内通入冷激气体使反应器内温度得到有效控制，保证反应气在反应器内更完全反应。本实用新型通入冷激气体为冷态的产品气。在冷激气体调节系统中调节加压后的冷态产品气流量，从而减少参与反应的氢气和一氧化碳的浓度，达到降低反应速率的目标，从而有效控制了反应温度。
实施例效果：
以下实施例中反应均在甲烷化反应工艺中的第一段反应器中进行，第一段甲烷化反应器以全容积5m3为例。反应对比数据见如下表格。
1. 表1传统甲烷化反应器反应主要参数
表2 传统甲烷化反应器主要组分转换率和收率情况
| 组分 | 转换率％ | 收率％ |
| H2 | 41.58 | - |
| CO | 90.36 | - |
| CO2 | 29.1 | - |
| CH4 | - | 65.1 |
表3 新型甲烷化反应器反应主要参数
表4 主要组分转换率和收率情况
| 组分 | 转换率％ | 收率％ |
| H2 | 45.39 | - |
| CO | 95.1 | - |
| CO2 | 35.43 | - |
| CH4 | - | 71.78 |
从以上两组数据中可以看出，采用新型甲烷化反应器与传统甲烷化反应器在保持反应进料组分、进料量等一致的情况下，其操作温度得到了有效控制并且转化率与收率均得到了一定的提升。
本专利的积极效果体现在结构简单、实用性强，可应用于气相催化放热过程，包括气相加氢、气相脱水、氢气和一氧化碳甲烷化反应、合成气合成甲醇等。
Claims (4)
1.一种可控制温度的绝热反应器，包括反应器本体（1）、冷激气体分布器（2）和测温及冷激气体调节装置（3），其特征在于：冷激气体分布器（2）设置在反应器本体（1）的中心位置，冷激气体分布器（2）安装在催化剂床层的中心位置，冷激气体分布器（2）与冷激气体调节装置（3）连接。
2.根据权利要求1所述的可控制温度的绝热反应器，其特征在于：所述的测温及冷激气体调节装置（3）包括冷激气体调节阀、测温装置，其中测温装置与冷激气体调节阀连接并形成调节回路。
3.根据权利要求1所述的可控制温度的绝热反应器，其特征在于：所述的冷激气体分布器（2）的结构为蛇管型或直管型。
4.根据权利要求1所述的可控制温度的绝热反应器，其特征在于：在所述的反应器本体（1）中间位置设置催化剂床层，冷激气体分布器（2）安装在催化剂床层的中心位置。
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| CN201520154401.2U CN204564098U (zh) | 2015-03-18 | 2015-03-18 | 一种可控制温度的绝热反应器 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104689764A (zh) * | 2015-03-18 | 2015-06-10 | 昊华(成都)科技有限公司 | 一种可控制温度的绝热反应器 |
| CN113070003A (zh) * | 2021-04-20 | 2021-07-06 | 河南理工大学 | 焦炉气或者合成气制甲烷用的反应器 |
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2015
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