CN205182683U - 一种新型板式轴向反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种新型板式轴向反应器，包括反应器外壳(5)、换热板对束(6)、换热介质分配总管(10)、换热介质分配支管(11)、换热介质收集总管(3)和换热介质收集支管(4)，所述的反应器外壳(5)设有反应物料进口(1)、反应物料出口(8)、换热介质进口(9)和换热介质出口(2)，所述的换热板对束(6)由多组子换热板对束组成，每组子换热板对束一端通过换热介质分配支管(11)和对应的换热介质分配总管(10)连接换热介质进口(9)，另一端通过换热介质收集支管(4)和对应的换热介质收集总管(3)连接换热介质出口(2)。与现有技术相比，本实用新型具有体积小、催化剂装卸方便、结构灵活、可进行多段反应的优点。

Description

一种新型板式轴向反应器

技术领域

本实用新型涉及一种轴向反应器，尤其是涉及一种新型板式轴向反应器。

背景技术

对于工业生产来说，大多数反应都要有催化剂参与，催化剂一般为固体，反应涉及多相，包括气固相、液固相和气液固相等，可采用固定床、流化床、移动床及浆态床等类型的反应器。其中，固定床反应器是最常见、结构最简单的反应器形式。化学反应过程中往往伴随放热或吸热现象，为保持反应温度在合理的范围内，通常采取直接或间接的换热方式，而直接换热形式会降低对反应物料的处理量且给后续产物分离精制造成负担，所以间接换热方式较为常见。而采用列管作为间接换热元件构成列管式固定床反应器，是化工行业目前最常见的换热式固定床反应器形式。催化剂装填于管内或管外，换热介质采用气体、水、饱和水、熔盐或导热油等方式。多数情况下，因为两端存在管板，催化剂不方便装填在管外，将催化剂装填于管内比较简单易行；换热介质通常走壳程，因为壳程折流板可以加强流体湍动效果，有利于提高传热系数，而若走管程，因直管且壁面光滑，边界层为层流，传热效果差。

而对于常用于醚化和醚键裂解反应、水合反应、酯化反应、缩合和环化等反应的离子交换树脂固体酸碱催化剂，在许多反应介质中聚合物骨架会发生溶胀，而若其装填于列管内，由于管内空间有限，会造成管内严重堵塞，压降陡然上升，甚至会造成管壁变形，存在安全隐患；若其装填于管外，换热介质走管内，传热系数低，移热不及时，反应产物性能和催化剂活性均受影响，因此该反应类型不适合采用列管式反应器。

对于一些气液固反应，气液分别进料，进料后混合，由于混合时间和空间有限，导致进入催化剂床层时物料不均匀，若采用列管式反应器，不均匀的物料立即被细分成成千上万个小单元，每根管内的反应情况均不一样，严重影响产品性能。

列管式固定床反应器中，由于列管的传热系数不高，需要较多的换热面积，且由于管心距等限制因素，反应器体积较大；催化剂装填在列管内，通常一个反应器内列管数量有成千上万根，催化剂装卸工作量大，检漏维修等较为复杂；在提高单台设备产量时，列管式反应器往往面临压降大、热点温度高以及体积过大等问题。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种体积小、催化剂装卸方便、结构灵活、可进行多段反应的新型板式轴向反应器。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种新型板式轴向反应器，包括反应器外壳、换热板对束、换热介质分配总管、换热介质分配支管、换热介质收集总管和换热介质收集支管，所述的反应器外壳设有反应物料进口、反应物料出口、换热介质进口和换热介质出口，其特征在于，所述的换热板对束由多组子换热板对束组成，每组子换热板对束一端通过换热介质分配支管和对应的换热介质分配总管连接换热介质进口，另一端通过换热介质收集支管和对应的换热介质收集总管连接换热介质出口，所述的多组子换热板对束在水平方向将换热板对束分割为二等分结构、四等分结构、五组以上的多等分结构或同心圆结构。

所述的二等分结构为两组呈半圆柱体形的子换热板对束，一组子换热板对束中的换热板对与另一组子换热板对束中的换热板对平行；

所述的四等分结构为四组呈扇形体的子换热板对束环绕反应器中心轴设置，不同组的子换热板对束中的换热板对相互平行或垂直；

所述的五组以上的多等分结构为五组以上的呈扇形体的子换热板对束环绕反应器中心轴设置；

所述的同心圆结构为多组子换热板对束以同心圆形式排布形成，不同组的子换热板对束对应不同数量的换热介质分配总管和换热介质收集总管。

所述的二等分结构、四等分结构和五组以上的多等分结构中，换热介质分配总管和换热介质收集总管呈圆弧形；所述的同心圆结构中，换热介质分配总管和换热介质收集总管呈直线段形，沿反应器径向分布。

所述的换热板对由两张金属板片通过焊接形成一个密闭的板程腔体，仅在两端各留一通口，换热板对上两张板片之间可设置多处焊接，焊接方式为点形焊接或条形焊接中的一种或两种，焊接位置交错设置，使板对表面形成凹凸形状；各换热板对底部通口通过换热介质分配支管连接至换热介质分配总管，顶部通口通过换热介质收集支管连接至换热介质收集总管。

所述的换热板对同心圆结构中，靠近反应器中心轴的换热板对上连接的换热介质分配总管和换热介质收集总管数量小于靠近催化剂外框的换热板对上连接的换热介质分配总管和换热介质收集总管数量。

所述的换热介质进口和换热介质出口分别设有至少一个。

所述换热板对束在反应器轴向上可分为多段，各段换热板对束的换热板对数量、间距和形状相互独立且可调节。

所述的多段换热板对束之间设置物料进口、物料出口、冷激气进口、循环气进口、人孔及气体分布器中的一个或多个。

所述的各换热板对内为板程，相邻换热板对之间为壳程，壳程装填催化剂，换热介质走板程，反应物料走壳程；所述的反应器还包括筒体、上封头、人孔、下封头、反应气体进口和产物气体出口；所述的换热板对束从上封头吊装进反应器筒体，由支撑件支撑固定，反应器可以现场组装；催化剂直接从反应器上封头或者人孔逐个向换热板对间进行装填，从下封头卸料口卸出；换热介质可以是气体、水、导热油或熔盐。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

(1)体积小，利于设备大型化：

由于没有类似管心距等要求，该新型反应器的催化剂装填率在60％～90％之间。在同样催化剂装填量、反应器高度相同、板对间距与管径相当即催化剂厚度相同的情况下，保证足够的换热面积，该新型反应器的直径大约是管壳式反应器直径的60～80％左右，体积约是管壳式反应器的40～60％左右，反应器体积大大减小，反应器有扩大空间，能够装载更多催化剂，有利于提高单台反应器产量和设备大型化。

(2)换热效果好：

与原有的整体型换热板对束相比，等分结构中，每组子换热板对束对应一个换热介质分配总管和一个换热介质收集总管，换热板对可平行或垂直；同心圆结构中，其远离反应器中心轴的换热板对上连接的换热介质分配总管和换热介质收集总管数量多于靠近催化剂外框的换热板对上连接的换热介质分配总管和换热介质收集总管数量；由此可避免由于板对宽度或周向长度过大，使换热介质分配不均匀的现象，因此换热更均匀。同时，换热板对的交错焊接形式和凹凸不平的表面强化了两侧流体的扰动，增强了换热效率，反应热及时移走，相邻板对之间的温度平缓分布，更接近等温反应，有利于减少副反应的发生，提高反应选择性和收率，延长催化剂的使用寿命。

(3)结构灵活、可进行多段式反应：

该新型板式轴向反应器，当其在竖直方向分为多段时，可以实现反应器内部多股进出料或串联反应。每段板对束之间相互连通而又相互独立，通过不同段之间设置相应的辅助结构，可以实现多股进出料；在反应器不同段，可以装填不同的催化剂，从而实现串联反应，节省设备和空间；在反应器的不同高度，反应剧烈程度不同，可依此调整换热介质的流量、换热面积及换热板参数等等。

(5)单台处理量大：

该新型反应器可以在径向上分为2等分、4等分或者更多等分，因此反应器直径不受板材宽度限制，从而更好地适应于产能大的反应器装置。

该反应器可以采用轴向上多段式，催化剂床层分为多段，换热板对束也分为多段镶嵌其中，每两段催化剂床层之间设有反应物料进口和冷却介质进出口，因此单台反应器原料的处理量增加，反应热量均匀的分布在各段，且被冷却介质及时移走，热点温度低，反应转化率高。

(6)催化剂装填简便：

催化剂装填在该新型反应器壳程，板对与板对之间，板对之间无阻碍，便于装填，板对数量通常在几十到几百张之间，远少于列管数量，装填工作量小。

(7)易于安装、运输和维修：

换热板对束作为整体，可以直接吊装进反应器，板对两侧没有管板，反应器可以现场组装，减少运输成本，板对数量少；因为换热板对束整体可分成多组子换热板对束，当以子换热板对束形式运输时，运输尺寸小，便于运输；换热板对的数量相对列管式反应器内列管数较少，焊接位置较少，检查和维修工作简单。

附图说明

图1为本实用新型一种新型板式轴向反应器结构示意图；

图2为本实用新型换热板对束水平方向上二等分结构俯视示意图；

图3为本实用新型换热板对束水平方向上四等分结构垂直设置俯视示意图；

图4为本实用新型换热板对束水平方向上四等分结构平行设置俯视示意图；

图5为本实用新型换热板对束同心圆结构俯视示意图；

图6为本实用新型新型板式轴向反应器内竖直方向上分为多段结构示意图；

附图标记：1为反应物料进口，2为换热介质出口，3为换热介质收集总管，4为换热介质收集支管，5为反应器外壳，6为换热板对束，7为催化剂卸料口，8为反应物料出口，9为换热介质进口，10为换热介质分配总管，11为换热介质分配支管，12为定距件，13为支撑件，14为循环物料入口，15为冷激物料入口，16为气液分布器或收集器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，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所示，一种新型板式轴向反应器，包括反应器外壳5、换热板对束6、换热介质分配总管10、换热介质分配支管11、换热介质收集总管3和换热介质收集支管4，所述的反应器外壳5设有反应物料进口1、反应物料出口8、换热介质进口9和换热介质出口2，所述的换热板对束6由多组子换热板对束组成，每组子换热板对束一端通过换热介质分配支管11和对应的换热介质分配总管10连接反应器外壳5的换热介质入口，另一端通过换热介质收集支管4和对应的换热介质收集总管3连接反应器外壳5的换热介质出口2，所述的换热板对束6整体呈圆柱体状。

如图2所示，本实施例中，多组子换热板对束在水平方向将换热板对束6分割为二等分结构，所述的二等分结构为两组呈半圆柱体形的子换热板对束，一组子换热板对束中的换热板对与另一组子换热板对束中的换热板对平行，换热介质分配总管10和换热介质收集总管3呈圆弧形；由于子换热板对束分别连接各自的换热介质分配总管10和换热介质收集总管3，从而减小换热板对中换热介质在水平方向的流动行程，使水平方向换热均匀。

所述的换热板对由两张金属板片通过焊接形成一个密闭的板程腔体，仅在两端各留一通口，为换热介质的流通通道，各换热板对底部通口通过换热介质分配支管11连接至换热介质分配总管10，顶部通口通过换热介质收集支管4连接至换热介质收集总管3。

所述的各换热板对内为板程，相邻换热板对之间为壳程，壳程装填催化剂，换热介质走板程，反应物料走壳程。

所述的反应器还包括筒体、上封头、人孔、下封头、反应气体进口和产物气体出口。

如图2所示，所述的换热板对底部设置支撑件13，该支撑件13为一长条形卡槽；换热板对顶部设有控制各换热板对间距的换热板定距件12，通过调整换热板对底部在支撑件13和顶部定距件12上的卡合位置，调节换热板对的间距。

所述的换热板对束6从上封头吊装进反应器筒体，由支撑件13支撑固定，反应器可以现场组装；催化剂直接从反应器上封头或者人孔逐个向换热板对间进行装填，从下封头卸料口卸出；换热介质可以是气体、水、导热油或熔盐。

本实施反应器由于没有类似管心距等要求，催化剂装填率在60％～90％之间。在同样催化剂装填量、反应器高度相同、板对间距与管径相当即催化剂厚度相同的情况下，能保证足够的换热面积，且反应器直径是管壳式反应器直径的60～80％左右，体积是管壳式反应器的40～60％左右，反应器体积大大减小，反应器有扩大空间，能够装载更多催化剂，有利于提高单台反应器产量和设备大型化。

板式换热组件作为整体，可以直接吊装进反应器，板对两侧没有管板，反应器可以现场组装，减少运输成本，板对数量少；当换热板对束由多组子换热板对束组成时，其更易安装，检查和维修工作简单。

实施例2

如图3所示，本实施例中，多组子换热板对束在水平方向将换热板对束6分割为四等分结构，该四等分结构为四组呈扇形体的子换热板对束环绕反应器中心轴设置，各子换热板对束中的换热板对相互平行，换热介质分配总管10和换热介质收集总管3同样呈圆弧形。本实施例中，换热介质进口9和对应的换热介质出口2数量可为1～4个之间，根据换热介质流量需要来设置。

其余与实施例1相同。

将本实施例反应器用于水合反应，具有催化剂不易破碎，催化剂活性高、寿命长的优点。水合反应的催化剂一般为树脂型催化剂，会发生化学溶胀和遇热膨胀等现象。在普通的列管式反应器中，催化剂装填在管内，对于可溶胀的催化剂来说空间狭小(管径20～40mm)，在较低的膨胀率(2～7％)下，催化剂就会被挤碎，导致列管内催化剂阻力降陡然增高而催化剂活性下降，无法正常运转。而在该新型板式反应器中，催化剂装填在板对间，板对间的空间为一个较大的类似长方体空间(200～4000mm*20～60mm*H)，且可预留10％～30％的溶胀空间，因此催化剂的膨胀空间比较充分，催化剂不易破碎，使用寿命可以达到8000小时以上。

实施例3

如图4所示，本实施例中，多组子换热板对束在水平方向将换热板对束6分割为四等分结构，该四等分结构为四组呈扇形体的子换热板对束环绕反应器中心轴设置，与实施例3不同的是，各子换热板对束中，相邻的子换热板对束中的换热板对相互垂直。

其余与实施例2相同。

当反应器直径为2～4m之间时，优选使用实施例2或实施例3的四等分结构，以减小换热板对的制造成本，方便安装；当反应直径继续增大时，同样从制造和安装角度考虑，相应地，可使用多等分结构，所述的多等分结构为五组以上的呈扇形体的子换热板对束环绕反应器中心轴设置。

实施例4

如图5所示，本实施例中，多组子换热板对束在水平方向将换热板对束6分割为同心圆结构，所述的同心圆结构为多组子换热板对束以同心圆形式排布形成，换热介质分配总管10和换热介质收集总管3呈直线段形，沿反应器径向分布，靠近反应器中心轴的换热板对上连接的换热介质分配总管10和换热介质收集总管3数量小于靠近催化剂外框的换热板对上连接的换热介质分配总管10和换热介质收集总管3数量。与等分结构类似，此结构由于子换热板对束连接各自的换热介质分配总管10和换热介质收集总管3，且换热板对周长越大，子换热板对束所连接的换热介质分配总管10和换热介质收集总管3数量越多，由此满足反应空间所有区域的换热介质流量要求，以使换热均匀。本实施例同心圆结构中，换热介质进口9和换热介质出口2数量及换热板对间距随反应器直径和具体反应放热速度和放热量调节。

其余与实施例1相同。

实施例5

如图6所示，所述换热板对束6在反应器轴向上分为多段，各段换热板对束6的换热板对数量、间距和形状相互独立并且可调节，具体根据反应器中不同高度区域反应放热量的不同来调整所需的换热面积；不同段可以装填不同催化剂，实现单台反应器内多个反应串联。催化剂床层分为多段，换热板对束也分为多段镶嵌其中，每两段催化剂床层之间设有反应物料进口和冷却介质进出口，因此单台反应器原料的处理量增加，反应热量均匀的分布在各段，且被冷却介质及时移走，热点温度低，反应转化率高。

本实施例中，多段换热板对束6之间设置物料进口、物料出口、冷激物料入口15、循环物料入口14、人孔、气体分布器或收集器16中的一个或多个，以配合实现多个反应串联。其余与实施例1相同。

将本实施例反应器用于二甲醚制C4、C5烯烃反应，可分为5段，每段催化剂床层高1.5m～2.5m，反应器上端设有热二甲醚进口，下端设有反应产物出口，段与段之间设有冷二甲醚入口和循环气入口，通过气体分布器与之前的物料进行充分混合，再进入下端床层继续反应。每段床层都嵌有等高的换热板对束，及冷却介质流通管道和进出口。此反应器内移热的方式分为3个：饱和水吸热沸腾过程、冷二甲醚吸热变为气态二甲醚过程和循环气吸热过程。冷二甲醚既作为补充原料，又作为直接冷却介质，实现多段进料多段反应，可年产3万吨C4、C5烯烃。

实施例6

将实施例5反应器应用于实现间接一步法煤制二甲醚，反应器分为上下两段，上段装填合成气制甲醇的催化剂，下段装填甲醇制二甲醚的催化剂，每段都根据放热量和反应温度设置换热板对面积、形状、换热介质的温度和流量等。将该两个反应设置在同一个反应器内可有效降低二甲醚生产的原料成本和能耗。

Claims (9)

1.一种新型板式轴向反应器，包括反应器外壳(5)、换热板对束(6)、换热介质分配总管(10)、换热介质分配支管(11)、换热介质收集总管(3)和换热介质收集支管(4)，所述的反应器外壳(5)设有反应物料进口(1)、反应物料出口(8)、换热介质进口(9)和换热介质出口(2)，其特征在于，所述的换热板对束(6)由多组子换热板对束组成，每组子换热板对束一端通过换热介质分配支管(11)和对应的换热介质分配总管(10)连接换热介质进口(9)，另一端通过换热介质收集支管(4)和对应的换热介质收集总管(3)连接换热介质出口(2)，所述的多组子换热板对束在水平方向将换热板对束(6)分割为二等分结构、四等分结构、五组以上的多等分结构或同心圆结构。

2.根据权利要求1所述的一种新型板式轴向反应器，其特征在于，所述的二等分结构为两组呈半圆柱体形的子换热板对束，一组子换热板对束中的换热板对与另一组子换热板对束中的换热板对平行；

所述的四等分结构为四组呈扇形体的子换热板对束环绕反应器中心轴设置，不同组的子换热板对束中的换热板对相互平行或垂直；

所述的五组以上的多等分结构为五组以上的呈扇形体的子换热板对束环绕反应器中心轴设置；

所述的同心圆结构为多组子换热板对束以同心圆形式排布形成，不同组的子换热板对束对应不同数量的换热介质分配总管(10)和换热介质收集总管(3)。

3.根据权利要求2所述的一种新型板式轴向反应器，其特征在于，所述的二等分结构、四等分结构和五组以上的多等分结构中，换热介质分配总管(10)和换热介质收集总管(3)呈圆弧形；所述的同心圆结构中，换热介质分配总管(10)和换热介质收集总管(3)呈直线段形，沿反应器径向分布。

4.根据权利要求2所述的一种新型板式轴向反应器，其特征在于，所述的换热板对由两张金属板片通过焊接形成一个密闭的板程腔体，仅在两端各留一通口，换热板对上两张板片之间可设置多处焊接，焊接方式为点形焊接或条形焊接中的一种或两种，焊接位置交错设置，使板对表面形成凹凸形状；各换热板对底部通口通过换热介质分配支管(11)连接至换热介质分配总管(10)，顶部通口通过换热介质收集支管(4)连接至换热介质收集总管(3)。

5.根据权利要求2所述的一种新型板式轴向反应器，其特征在于，所述的换热板对同心圆结构中，靠近反应器中心轴的换热板对上连接的换热介质分配总管(10)和换热介质收集总管(3)数量小于靠近催化剂外框的换热板对上连接的换热介质分配总管(10)和换热介质收集总管(3)数量。

6.根据权利要求1所述的一种新型板式轴向反应器，其特征在于，所述的换热介质进口(9)和换热介质出口(2)分别设有至少一个。

7.根据权利要求1～6任一所述的一种新型板式轴向反应器，其特征在于，所述换热板对束(6)在反应器轴向上可分为多段，各段换热板对束(6)的换热板对数量、间距和形状相互独立且可调节。

8.根据权利要求7所述的一种新型板式轴向反应器，其特征在于，所述的多段换热板对束(6)之间设置物料进口、物料出口、冷激气进口、循环气进口、人孔及气体分布器中的一个或多个。

9.根据权利要求2所述的一种新型板式轴向反应器，其特征在于，所述的各换热板对内为板程，相邻换热板对之间为壳程，壳程装填催化剂，换热介质走板程，反应物料走壳程；所述的反应器还包括筒体、上封头、人孔、下封头、反应气体进口和产物气体出口；所述的换热板对束(6)从上封头吊装进反应器筒体，由支撑件支撑固定，反应器可以现场组装；催化剂直接从反应器上封头或者人孔逐个向换热板对间进行装填，从下封头卸料口卸出；换热介质可以是气体、水、导热油或熔盐。