CN206980684U - 一种组合式固定床反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种组合式固定床反应器，包括，壳体、进料口、出料口、上绝热反应床层、等温反应床层和下绝热反应床层，该固定床反应器通过在等温反应床层的上部设置上绝热反应床层，由此可使催化剂床层温度迅速升高，达到反应所需要温度，提高催化剂床层利用率；此外，该绝热反应段还能有效控制反应温度，提高催化剂的整体使用寿命；在等温反应床层内设置有换热结构，其包括沿轴向贯穿等温反应床层的换热列管，相邻两个换热列管之间、换热列管与壳体之间均设置有催化剂反应层，上述催化剂的装填方式可增大催化剂的装填量，由此提高催化剂床层利用率；与此同时，该固定床反应器的下绝热反应床层还可降低反应器尺寸和制造成本。

Description

一种组合式固定床反应器

技术领域

本实用新型属于化工设备及化工机械设计和制造领域，具体涉及一种组合式固定床反应器。

技术背景

固定床反应器又称填充床反应器，装填有固体催化剂或固体反应物用以实现多相反应过程的一种反应器。固体物通常呈颗粒状，粒径为2～15mm，堆积成一定高度(或厚度)的床层，床层静止不动，流体通过床层进行反应。固定床反应器主要用于实现气固相催化反应，如氨合成塔、二氧化硫接触氧化器和烃类蒸汽转化炉等，广泛应用于石油炼制工业、无机化工工业，有机化工工业等领域。

目前，传统的固定床反应器多采用列管式固定床反应器，该反应器传热面积大，传热效率高，且易控制催化剂的床层温度，但列管式反应器加工难度较大，需要的材料较多，成本较高，并且催化剂装填时要求每根管子的差压基本相同，以保证物料在每根管子中的流量和空速相同，来获得较好的反应效果。但实际上，对于大多数反应而言，随着反应的进行，反应物在物料中的浓度逐渐降低，反应速度逐渐减慢，因而反应放出的热量也大幅减少，不需要继续移出反应热，因此在列管中反应热沿轴向的分布也是不均匀的，在轴向上移出热量的需求也是不同的；另外，列管式反应器的壳程体积比管程体积大出很多，因此对于装填相同体积的催化剂，列管式反应器的体积远大于绝热式反应器。

为此，中国专利文献CN 102794138 A公开了一种用于放热反应的反应器，包含列管固定床段和绝热式固定床段，所述绝热式固定床段位于列管固定床段的下游，两段催化剂装填体积比为(0.2～5)：1，上述反应器通过在列管固定床下端设置绝热式固定床段，由此当随着反应进行，反应物浓度降低，反应放出的热量降低时，使物料进入绝热式固定床反应，由此可解决列管式反应器体积大以及列管式反应器中反应程度分布不均和移热需求不同的问题。但上述装置中换热器的设置方式，催化剂床层上段温度较低，床层上段催化剂利用率不高，不利于等温段反应的进行，造成反应器生产能力低，原料转化率低等缺陷。因此，如何对现有的用于放热反应的固定床反应器进行改进以克服上述不足，这对于本领域技术人员而言是一个亟待解决的技术难题。

实用新型内容

本实用新型解决的是现有的固定床反应器所存在的催化剂利用率低、反应器生产能力和原料转化率低等缺陷，从而提供一种新型的组合式固定床反应器。

本实用新型实现上述目的的技术方案为：

一种组合式固定床反应器，包括：壳体，在所述壳体的顶部设置进料口，在所述壳体的底部设置出料口；

在所述壳体的内部由上向下分隔为顺次相连的上绝热反应床层、等温反应床层和下绝热反应床层；

在所述等温反应床层内设置有换热结构，其包括沿轴向贯穿所述等温反应床层且作为冷却介质流通通道的若干换热列管，所述换热列管沿所述等温反应床层的轴向均匀设置，且所述换热列管的上下两端分别设置有上管板与下管板；

所述相邻两个换热列管之间、换热列管与壳体之间均设置有催化剂反应层；

所述冷却介质从冷却介质进口管路进入换热列管内并从冷却介质出口管路排出壳体。

所述上绝热反应床层、所述等温反应床层和所述下绝热反应床层的高度比为1：(0.55～4.1)：(0.35～2.0)。

所述上绝热反应床层、所述等温反应床层和所述下绝热反应床层的催化剂装填体积比为(25～55)：(10～35)：(20～40)。

所述等温反应床层的高度为1～6米。

还包括第一气体混合分布器，所述第一气体混合分布器与设置于所述壳体上的物料进口相连通；

所述第一气体混合分布器的周壁上设置有气孔，且所述第一气体混合分布器的开孔率大于50％。

还包括设置于上绝热反应床层的上端部与下绝热反应床层的上下两端部的多孔壁板，且所述多孔壁板的开孔率不大于30％。

所述多孔壁板的气孔的开孔大小为1-10mm。

在所述等温反应床层与下绝热反应床层之间设置第二气体混合分布器，且所述第二气体混合分布器的开孔率大于50％。

所述组合式固定床反应器还包括分别设置在所述上绝热反应床层、所述等温反应床层和所述下绝热反应床层下端物料出口处的热电偶和在线分析仪。

所述在线分析仪为近红外检测仪。

本实用新型的上述技术方案具有如下优点：

(1)本实用新型所述的组合式固定床反应器中，所述壳体的内部由上向下分隔为顺次相连的上绝热反应床层、等温反应床层和下绝热反应床层，在等温反应床层的上部设置上绝热反应床层可使催化剂床层温度迅速升高，达到反应所需要的温度，提高催化剂床层利用率，进而提高反应器的生产能力和原料转化率；此外，由于上绝热反应床层可利用自身反应热提升至最佳反应温度，从而降低了组合式反应器的热负荷，节约了能源，减少了组合式反应器尺寸和生产成本，同时该绝热反应床层还能有效控制反应温度，提高催化剂的整体使用寿命；此外，相邻两个换热列管之间、换热列管与壳体之间均设置有催化剂反应层，由于在列管式反应器中，壳程体积比管程体积大出许多，因此上述催化剂的装填方式可增大催化剂的装填量，由此提高催化剂床层利用率，进而提高反应器的生产能力和原料转化率；与此同时，等温反应床层中的冷却介质可将吸收的反应热转化为蒸汽，由此可以很容易地将蒸汽热量用于后续反应，从而有利于降低系统能耗，避免能源浪费；另外，设置的下绝热反应床层可减小反应器尺寸和制造成本。

(2)本实用新型所述的组合式固定床反应器中，通过将上绝热反应床层、等温反应床层和下绝热反应床层的高度比维持在1：(0.55～4.1)：(0.35～2.0)的范围之内，同时将上绝热反应床层、等温反应床层和下绝热反应床层的催化剂装填体积比控制在(25～55)：(10～35)：(20～40)的范围之内，由此使得物料分别通过上绝热反应床层、等温反应床层和下绝热反应床层时的转化率达到最高，提高了反应器的生产能力，同时最大限度地减少了反应器的尺寸。

(3)本实用新型所述的组合式固定床反应器中，由于等温反应床层中的换热列管在装填催化剂的过程中不可避免的存在一定的压差，每根换热列管的物料负荷不一致，造成等温反应床层下端出口物料出现偏流的情况，从而降低了反应的转化率，通过在等温反应床层与下绝热反应床层之间设置第二气体混合分布器，由此可将从等温反应床层下端出口处的物料再次混合均匀，从而提高反应的转化率。

附图说明

图1为实施例1提供的组合式固定床反应器的结构示意图；

图2是图1的A-A剖视图；

其中，附图标记如下所示：

1-壳体；2-进料口；3-出料口；4-上绝热反应床层；5-等温反应床层；6-下绝热反应床层；7-换热列管；8-上总管；9-下总管；10-第一气体混合分布器；11-多孔壁板；12-第二气体混合分布器；13-冷却介质进口管路；14-冷却介质出口管路。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1

如图1所示，本实施例所述的组合式固定床反应器包括：

壳体1，在所述壳体1的顶部设置进料口2，在所述壳体1的底部设置出料口3；在所述壳体1的内部由上向下分隔为顺次相连的上绝热反应床层4、等温反应床层5和下绝热反应床层6，在等温反应床层5的上部设置上绝热反应床层4可使催化剂床层温度迅速升高，达到反应所需要的温度，提高催化剂床层利用率，进而提高反应器的生产能力和原料转化率；此外，由于上绝热反应床层4可利用自身反应热提升至最佳反应温度，从而降低了组合式反应器的热负荷，节约了能源，减少了组合式反应器尺寸和生产成本，同时该绝热反应床层还能有效控制反应温度，提高催化剂的整体使用寿命。

进一步地，本实施例的固定床反应器中在等温反应床层5内设置有换热结构，该换热结构包括沿轴向贯穿所述等温反应床层5且作为冷却介质流通通道的若干换热列管7，所述换热列管7沿所述等温反应床层5的轴向均匀设置，且所述换热列管7的上下两端分别设置有上管板8与下管板9，冷却介质从冷却介质进口管路13进入换热列管7内并从冷却介质出口管路14排出壳体1，在本实施例中，所述冷却介质为饱和水，这样可将经过等温反应床层的饱和水转化为蒸汽，由此可以很容易地将蒸汽热量用于后续反应，从而有利于降低系统能耗，避免能源浪费；本实施例中等温反应床层5中的催化剂设置于相邻两个换热列管7之间的间隙处和换热列管7与壳体1之间的间隙处，由于列管式反应器中的壳程体积比管程体积大出许多，因此上述催化剂的装填方式可增大催化剂的装填量，由此提高催化剂床层利用率，进而提高反应器的生产能力和原料转化率。

本实施例所述的组合式固定床反应器中，上绝热反应床层4、等温反应床层5和下绝热反应床层6的高度比为1：1.8：1，在其他实施例中，上绝热反应床层4、等温反应床层5和下绝热反应床层6的高度比可为1：(0.55～4.1)：(0.35～2.0)范围之内的任意数值；同时在本实施例中，上绝热反应床层4、等温反应床层5和下绝热反应床层6的催化剂装填体积比为45：20：30，在其他实施例中，上绝热反应床层4、等温反应床层5和下绝热反应床层6的催化剂装填体积比可为(25～55)：(10～35)：(20～40)范围之内的任意数值；本实施例中选取等温反应床层的高度为4米，在其他实施例中，等温反应床层的高度可为1～5米之间的任意数值，本实施例通过控制反应器各床层的高度比与催化剂装填体积比，使得物料分别通过上绝热反应床层4、等温反应床层5和下绝热反应床层6时的转化率达到最高，由此提高了反应器的生产能力，同时最大限度地减少了反应器的尺寸。

与此同时，本实施例中的固定床反应器还包括第一气体混合分布器10，该第一气体混合分布器10与设置于壳体上的物料进口相连通，且其周壁上设置有气孔，在本实施例中，第一气体混合分布器10的周壁气孔的开孔率为70％，在其他实施例中，第一气体混合分布器10的周壁气孔的开孔率可为大于50％的任意数值，由此可使反应气体均匀分布，防止气体偏流，保证反应器内轴向各处催化剂床层的负荷一致。

进一步地，本实施例中还包括用于固定上绝热反应床层4与下绝热反应床层6的多孔壁板11，其位于上绝热反应床层4的上端部与下绝热反应床层6的上下两端部，在本实施例中，多孔壁板11的开孔率为20％，在其他实施例中，多孔壁板15的开孔率可为不大于30％的任意数值；且多孔壁板11的气孔的开孔大小为5mm，在其他实施例中，多孔壁板11的气孔的开孔大小可为1-10mm之间的任意数值，这样可使反应气与催化剂有充足的接触时间，提高催化效率。

此外，本实施例中的固定床反应器还包括设置在等温反应床层5与下绝热反应床层6之间的第二气体混合分布器12，且第二气体混合分布器12的开孔率为60％，在其他实施例中，第二气体混合分布器14的开孔率可为大于50％的任意数值，由此可将从等温反应床层下端出口处的物料再次混合均匀，从而提高反应的转化率。在本实施例中，通过在等温反应床层5的下部设置下绝热反应床层6，由此随着反应的进行，反应物浓度降低，反应放出的热量降低时，使物料进入下绝热反应床层6进行反应，由此可解决等温反应床层5中列管式反应器体积大以及列管式反应器中反应程度分布不均和移热需求不同的问题。

本实施例提供的反应器还包括分别设置在上绝热反应床层4、等温反应床层5和下绝热反应床层6下端物料出口处的热电偶和在线分析仪，在本实施例中，在线分析仪具体为近红外检测仪，由此可随时监测各反应床层的温度和物料转化率。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种组合式固定床反应器，包括：壳体(1)，在所述壳体(1)的顶部设置进料口(2)，在所述壳体(1)的底部设置出料口(3)；其特征在于，

在所述壳体(1)的内部由上向下分隔为顺次相连的上绝热反应床层(4)、等温反应床层(5)和下绝热反应床层(6)；

在所述等温反应床层(5)内设置有换热结构，其包括沿轴向贯穿所述等温反应床层(5)且作为冷却介质流通通道的若干换热列管(7)，所述换热列管(7)沿所述等温反应床层(5)的轴向均匀设置，且所述换热列管(7)的上下两端分别设置有上管板(8)与下管板(9)；

所述相邻两个换热列管(7)之间、换热列管(7)与壳体(1)之间均设置有催化剂反应层；

所述冷却介质从冷却介质进口管路(13)进入换热列管(7)内并从冷却介质出口管路(14)排出壳体(1)。

2.根据权利要求1所述的组合式固定床反应器，其特征在于，所述上绝热反应床层(4)、所述等温反应床层(5)和所述下绝热反应床层(6)的高度比为1：(0.55～4.1)：(0.35～2.0)。

3.根据权利要求1或2所述的组合式固定床反应器，其特征在于，所述上绝热反应床层(4)、所述等温反应床层(5)和所述下绝热反应床层(6)的催化剂装填体积比为(25～55)：(10～35)：(20～40)。

4.根据权利要求3所述的组合式固定床反应器，其特征在于，所述等温反应床层的高度为1～6米。

5.根据权利要求1、2或4所述的组合式固定床反应器，其特征在于，

还包括第一气体混合分布器(10)，所述第一气体混合分布器(10)与设置于所述壳体(1)上的物料进口相连通；

所述第一气体混合分布器(10)的周壁上设置有气孔，且所述第一气体混合分布器(10)的开孔率大于50％。

6.根据权利要求5所述的组合式固定床反应器，其特征在于，还包括设置于上绝热反应床层(4)的上端部与下绝热反应床层(6)的上下两端部的多孔壁板(11)，且所述多孔壁板(11)的开孔率不大于30％。

7.根据权利要求6所述的组合式固定床反应器，其特征在于，所述多孔壁板(11)的气孔的开孔大小为1-10mm。

8.根据权利要求5所述的组合式固定床反应器，其特征在于，在所述等温反应床层(5)与下绝热反应床层(6)之间设置第二气体混合分布器(12)，且所述第二气体混合分布器(12)的开孔率大于50％。

9.根据权利要求8所述的组合式固定床反应器，其特征在于，所述组合式固定床反应器还包括分别设置在所述上绝热反应床层(4)、所述等温反应床层(5)和所述下绝热反应床层(6)下端物料出口处的热电偶和在线分析仪。

10.根据权利要求9所述的组合式固定床反应器，其特征在于，所述在线分析仪为近红外检测仪。