CN207102558U - 一种模块化控温反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及化学反应装置技术领域，尤其涉及一种模块化控温反应器。模块化温控反应器包括反应腔室、原料气进口、反应器出口、至少一个换热单元、换热介质进口、换热介质出口以及至少两种配流管，反应腔室内设置有中心筒和气体环隙外分布筒；原料气进口和反应气出口中一个与中心筒连通，另一个与气体环隙外分布筒连通；换热单元设置于中心筒和气体环隙外分布筒之间并依次环绕中心筒设置；每个换热单元包括多个可相互拼接并独立拆卸的控温反应模块且对应连接有一个换热介质进口和换热介质出口；控温反应模块通过配流管与换热介质进口和换热介质出口连通。根据反应所需不同，可以选择适合的配流管，更好支持反应进行。

Description

一种模块化控温反应器

技术领域

本实用新型涉及化学反应装置技术领域，尤其涉及一种模块化控温反应器。

背景技术

多数化学反应过程往往伴随放热或吸热现象，如CO变换、合成气制甲烷、合成甲醇、合成二甲醚、二甲醚制乙醇、醇制烯烃、合成氨及加氢反应等等。随着人们对化学反应热力学和动力学的研究，绝热式反应器由于其温升高，催化剂易失活，导致反应选择性下降，转化率低，同时由于催化剂耐温区间较小，绝热反应需要多台反应器与多台换热器串联，导致整个工艺流程复杂、压降过大及投资高等问题，已逐渐被等温反应所取代。

现有的等温反应工艺中，通常采用列管式反应器或板式反应器两种不同形式。如CN102059078A提出了《一种等温径向变换反应器》，将固定管板式换热器集成在等温反应器中。换热装置包括多根换热管和位于换热管两端的上管板和下管板，在两块管板之间有一桶状的配流管，催化剂分布于管板和配流管内的空间中。原料气经过顶部的入口进入反应器，进入配流管与反应器外壳组成的配流环隙空间，通过配流管径向进入催化剂床层，然后由中心管出反应器。反应热由分布于催化剂床层中的换热管移出反应器。该设计解决了反应床层温度过高的问题。

CN101304803A提出了《等温化学反应器》，采用了径向板式反应器形式，包括圆柱形壳体,长侧与圆柱形外壳的轴平行且短侧与壳垂直延伸的板片。换热板片以等角度扇形排布形成一个个从中心筒向壳体延伸的等体积催化剂床层。

在具体应用中，等温反应器通常采用列管式反应器，但是换热管的传热系数不高，需要较多的换热面积，反应器体积大；催化剂多数装填在换热管内，一个反应器内换热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；即使催化剂装填于壳体内，由于上下管板的存在，催化剂的装填仍然复杂繁琐；尤其是需要实现高产能和单台设备高产量时，列管式反应器往往面临压降大、热点高以及体积大等问题。

采用径向列管式反应器虽然可以解决压降大、能耗高的问题，但同时也存在以下问题：管板导致催化剂装卸困难，且管板结构不适合现场焊接，在运输上存在尺寸限制；采用管箱或环管结构，换热管需特殊弯制，工序繁多，加工难度大；管束支撑设置困难；列管有管径和管心距等要求，使得移热组件占比总反应器空间小，且在剧烈放热或吸热区域，换热面积及换热能力不足，容易导致飞温或反应骤停，在反应放热量小或吸热量少的区域，换热面积大量富余，导致反应器体积增加，成本增加。

板式等温反应器虽然避免了列管式径向反应器的某些缺点，但同时也存在弊端，比如由于径向板式结构中，板呈径向发散形式，这样就导致在靠近中心管处的板片比催化剂外围床层处密集，造成换热效果不均匀。另外，考虑到催化剂活性，需要同时兼顾热点温度或最低温度和出口温度，往往板对间角度较小，造成靠近中心筒处的板对太过密集，换热面积大量富余；且装填催化剂时，易造成搭桥阻塞；换热介质进出支管设置紧密，且管径受限，不能满足换热介质流量大的情况

除此之外，如图1所示，不同反应的放热或吸热过程各有不同，其热点温度出现的位置各有不同，单一的排列形式难以适用，难免会在放热最强或吸热最强而换热面积不足的地方出现温度积累或温度降低，造成局部温度过高或温度不足和局部催化剂结焦失活或未达到起活温度，从而影响反应的选择性及反应速度，更有可能使反应器处于失稳状态，出现飞温或反应骤停等。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种模块化控温反应器，通过绕中心筒相互连接的多个可相互拼接拆卸的控温反应模块的结构，将反应器内部分割成一个个完全独立且灵活，多变的反应腔体，便于操作、安装、运输，有利于设备大型化；而且针对不同放热或吸热反应，基于反应和传热的分析，做出不同调整，使得反应在放热最强或吸热最强的位置上获得最大最好的传热效果，在反应最弱的部位减少或移除换热元件，节能减排，实现高经济性。完全独立的模块可以分别装填相同或不同量甚至不同种类的催化剂，实现多种反应的集成。且根据反应所需的换热介质的不同以及换热单元的结构尺寸，可以选择适合的配流管配送换热介质，更好的支持反应进行。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种模块化控温反应器，包括：

反应腔室，所述反应腔室内设置有中心筒和气体环隙外分布筒，所述气体环隙外分布筒套设于所述中心筒外；

原料气进口和反应气出口，所述原料气进口和反应气出口中，一个与所述中心筒连通，另一个与所述气体环隙外分布筒连通；

至少一个换热单元，至少一个换热单元设置于所述中心筒和所述气体环隙外分布筒之间，并依次环绕所述中心筒设置；每个所述换热单元包括多个可相互拼接并独立拆卸的控温反应模块，不同的控温反应模块能够装填不同的催化剂；

换热介质进口和换热介质出口，每个所述换热单元对应连接有一个所述换热介质进口和一个所述换热介质出口；

至少两种配流管，所述控温反应模块通过所述配流管与所述换热介质进口和所述换热介质出口连通。

作为本技术方案的优选方案之一，所述控温反应模块包括与外部相连通的控制腔体，所述控制腔体的内部设置有至少一个换热元件，所述控制腔体至少开设有一个用于放置催化剂的开口，所述开口上连接有可拆卸的盖板。

作为本技术方案的优选方案之一，多个所述控制腔体均以中心筒的轴心为中心呈放射状分布，所述控温反应模块包括前弧形板片和后弧形板片，所述前弧形板片和后弧形板片与连接在其左、右边的两个换热元件构成中空的控制腔体，且所述控制腔体的上部和下部均为开口，所述开口上连接有可拆卸的盖板；所述前弧形板片和/或后弧形板片开设有用于引导反应气体的导流孔。

作为本技术方案的优选方案之一，所述前弧形板片和后弧形板片上对应开设有多个卡槽，所述换热元件可拆卸的卡接在设定的卡槽上，且每个控温反应模块所设定的换热元件的数量可调。

作为本技术方案的优选方案之一，所述配流管为小支管、板缝式管、水平长管或垂直直管。

作为本技术方案的优选方案之一,所述控制腔体包括由催化剂上盖板和催化剂下盖板沿边连接形成的板程腔体，属于同一个控温反应模块的换热元件成为一个换热元件组，每个换热元件组通过所述配流管顺次连接每一个换热元件，所述配流管分别内嵌在每一个换热元件的顶端和底端的板缝中，所述板程腔体上开设有分别与换热分配支管和换热收集支管相连通的通口，且所述换热分配支管和换热收集支管分别与内嵌在换热元件的顶端和底端的的板缝中的配流管相连。

作为本技术方案的优选方案之一，每一个所述换热元件组的配流管的两端分别连接有同一换热介质的换热分配支管和换热收集支管，每一个所述换热分配支管通过立管连接到同一换热介质的换热分配总管，每一个所述换热收集支管通过立管连接到同一换热介质的换热收集总管上，同一换热介质的换热分配总管通过管路连通同一换热介质的换热介质进口，同一换热介质的换热收集总管通过管路连通同一换热介质的换热介质出口。

作为本技术方案的优选方案之一，所述换热单元还包括环绕中心筒的支撑架，所述支撑架包括环绕反应腔室中心轴设置的多个环梁和连接在环梁之间的竖梁，最内层的环梁下端还连接有锥型桶，所述锥型桶连接在下封头上。

作为本技术方案的优选方案之一，所述换热单元包括至少一个由多个控温反应模块拼接组成的控温反应层。

作为本技术方案的优选方案之一，所述换热单元还包括至少一个由控温反应模块和/或隔绝模块拼接组成的控温反应层。

作为本技术方案的优选方案之一，不同的所述控温反应层的层厚不同。

有益效果：绕中心筒相互连接的多个可相互拼接拆卸的控温反应模块的结构，将反应器内部分割成一个个完全独立且灵活，多变的反应腔体，不仅便于操作、安装、运输，提高生产效率，有利于设备大型化；而且针对不同放热或吸热反应，基于反应和传热的分析，做出不同调整，使得反应在放热最强或吸热最强的位置上获得最大最好的传热效果，在反应最弱的部位减少或移除换热元件，节能减排，实现高经济性。完全独立的模块可以分别装填相同或不同量甚至不同种类的催化剂，实现多种反应的集成。另外完全独立模块所带来的不同模块间催化剂的独立装卸使得催化剂在同一反应器内可以实现部分更换，即只更换已失活或大量结焦的模块内的催化剂而保留其余可用模块，最大程度减少投资。所述中心筒的设置保证原料气单向进入换热单元并进行充分的反应，所述气体环隙外分布筒的设置，使得进入换热单元的原料气在其内充分反应。且根据反应所需的不同的换热介质、操作条件以及换热单元的结构尺寸，可以选择适合的配流管配送换热介质，更好的支持反应进行。

附图说明

图1是三种不同放热速率的温度分布曲线；

图2是本实用新型实施例1提供的模块化控温反应器的结构示意图一；

图3是本实用新型实施例1提供的控温反应模块的结构示意图；

图4是本实用新型实施例1提供的模块化控温反应器的结构示意图二；

图5是本实用新型实施例1提供的模块化控温反应器的结构示意图三；

图6是本实用新型实施例1提供的模块化控温反应器的结构示意图四；

图7是本实用新型实施例2提供的控温反应层等厚的模块化控温反应器的结构示意图；

图8是本实用新型实施例2提供的控温反应层不等厚的模块化控温反应器的结构示意图；

图9是本实用新型实施例3提供的模块化控温反应器的结构示意图。

图中：

1、原料气进口；2、上封头；3、下封头；4、中心筒；5、气体环隙外分布筒；6、反应气出口；7、换热介质进口；8、换热介质出口；9、换热单元；10、壳体；11、反应腔室；90、空白模块；91、前弧形板；92、后弧形板；93、换热元件；94、格栅；95、导流孔。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

实施例1

本实用新型提供了一种模块化控温反应器，如图2-6所示，包括壳体10，以及连接在壳体10上下两侧的上封头2和下封头3，所述壳体10、上封头2和下封头3的内部形成密封的反应腔室11，所述反应腔室11内设置有至少一个模块化的换热单元9，所述换热单元9的外部还套设有气体环隙外分布筒5，所述换热单元9中设有中心筒4，所述换热单元9的外部还套设有气体环隙外分布筒5，所述反应腔室11还连通有原料气进口1、反应气出口6、至少一个换热介质进口7和至少一个与换热介质进口7相对应的换热介质出口8，所述原料气进口1和反应气出口6这两者中的其中一个与气体环隙外分布筒5相连通，另一个与中心筒4相连通，所述换热介质进口7和换热介质出口8均与换热单元9连通，所述换热单元9包括围绕中心筒4分布的多个可相互拼接且独立拆卸的控温反应模块，且每个控温反应模块可以填装不同的催化剂。当所述控温反应模块的排列采用单层简单圆环结构能换热量满足反应要求时，即反应热量不大，反应较为平稳，如图4所示，多个所述可相互拼接且独立拆卸的控温反应模块以中心筒4为中心，围成一个控温反应层。

本实施例中的模块化控温反应器还包括至少两种配流管，每个控温反应模块通过配流管与换热介质进口和换热介质出口连通。在使用模块化控温反应器进行反应时，可以根据控温反应模块内进行的化学反应需要的换热介质的性能，例如粘度等，或根据化学反应需要的换热介质的流量大小以及换热单元9的尺寸选择不同类型的配流管配送换热介质，从而更好的支持控温反应模块内化学反应的进行。

绕中心筒4相互连接的多个可相互拼接且独立拆卸的控温反应模块的结构，模块化的设置将反应器内部分割成一个个完全独立且灵活，多变的反应腔体，不仅便于操作、安装、运输，提高生产效率，有利于设备大型化；而且针对不同放热或吸热反应，基于反应和传热的分析，做出不同调整，使得反应在放热最强或吸热最强的位置上获得最大最好的传热效果，在反应最弱的部位减少或移除换热元件，节能减排，实现高经济性。完全独立的每个控温反应模块可以分别装填相同或不同量甚至不同种类的催化剂，实现多种反应的集成。另外完全独立模块所带来的不同模块间催化剂的独立装卸使得催化剂在同一反应器内可以实现部分更换，即只更换已失活或大量结焦的模块内的催化剂而保留其余可用模块，最大程度减少投资。所述中心筒4的设置保证原料气单向进入换热单元9并进行充分的反应，所述气体环隙外分布筒5的设置，使得进入换热单元9的原料气在其内充分反应。

发生反应时，原料气自原料气进口1进入反应腔室11，并在换热单元9内的催化环境下催化反应后成为反应气体自反应气出口8导出，所述换热介质自换热介质进口7进入，通过在换热单元9内与换热单元9内的热量充分交换后，由换热介质出口8排出，所述壳体10为圆筒形，所述上封头2和下封头3为半球形或半椭球形。所述原料气进口1开设在上封头2上，所述反应气出口6开设在下封头3上，也可以将原料气进口1和反应气出口6开在同侧。

所述控温反应模块包括与外部相连通的控制腔体，所述控制腔体的内部设置有至少一个换热元件93，所述控制腔体至少开设有一个用于放置催化剂的开口，所述开口上连接有可拆卸的盖板。

所述控制腔体的形状不限，可以是方形的，梯形的，或者圆形等。所述控制腔体可以通过在腔体的墙壁上开设通孔或开口与外界连通，所述盖板为封闭盖板或格栅94，所述盖板或格栅94上均开设有用于容纳换热分配支管和换热收集支管通过的通孔。

所述控制腔体包括由催化剂上盖板和催化剂下盖板沿边连接形成的板程腔体，属于同一个控温反应模块的换热元件93成为一个换热元件组，每个换热元件组通过配流管顺次连接每一个换热元件93，所述配流管分别内嵌在每一个换热元件93的顶端和底端的板缝中，所述板程腔体上开设有分别与换热分配支管和换热收集支管相连通的通口，且所述换热分配支管和换热收集支管分别与内嵌在换热元件93的顶端和底端的板缝中的配流管相连。分别内嵌在换热元件93的顶端和底端板缝中的配流管，使得换热介质均匀地分布到每个换热元件93中；同时，与普通的支管相比，进口截面积更大，且具有更高的承压性，可以有效降低泄漏的风险。

所述的换热元件93在控温反应模块的横截面上呈直线形、波浪形或不规则弧形。板程腔体的结构可以是长方体、波浪体或者其他不规则形状，具体实施时，所述板程腔体由金属板类换热板材通过焊接连接成为密闭的换热腔体，根据换热介质的黏度、性质和承压要求，所述的换热元件93可以是中空的平板结构，或者中空的带有波纹状的板片，或者通过两张金属板片焊接的中空结构，焊接方式为点形焊接或条形焊接，优选的，焊接位置交错设置，使板对表面形成凹凸形状，以针对不同粘度的换热介质。所述换热板材包括但不限于金属板材。具体实施时，为了满足每个控温反应模块的具体要求，每块上管板和/或下管板的长宽比，厚度，凹凸深度，焊点或焊条密度都是可调的。

每一个所述换热元件组的配流管的两端分别连接有同一换热介质的换热分配支管和换热收集支管，每一个所述换热分配支管通过立管连接到同一换热介质的换热分配总管，每一个所述换热收集支管通过立管连接到同一换热介质的换热收集总管上，同一换热介质的换热分配总管通过管路连通同一换热介质的换热介质进口7，同一换热介质的换热收集总管通过管路连通同一换热介质的换热介质出口8。所述换热分配支管和换热收集支管采用板缝接管结构，即所述换热分配支管和换热收集支管内镶在换热腔体的换热板上，不影响格栅94和催化剂的开启和放置，保证了每一个控温反应模块的独立性。

每个控温反应模块中设置至少两种配流管，每种配流管对应连接一种传递换热介质的换热分配支管和换热收集支管，该换热分配支管和换热收集支管分别连接对应换热介质的换热分配总管和换热收集总管，使得相适应的换热介质与配流管对应连接，从而根据反应的类型将适当的换热介质通过匹配的配流管通入换热元件93内。

配流管与对应的管道的连接处可以设置电磁阀，通过控制电磁阀的开关控制换热介质的最终的传输通路，便于控制。

具体而言，配流管可以为小支管、板缝式管、水平长管或垂直直管。例如，当换热元件93的长宽比(即换热元件93沿中心筒4的轴向方向的长度与沿中心筒4的径向方向的长度之比)大于等于5:1时，配流管可以采取常见的小支管形式，换热元件93的长宽比较大，小支管即可满足使用需求；当换热元件93的长宽比在4:1-1:1之间时，即换热元件93的长度较大时，配流管可以采取水平直管，水平直管可以内嵌在换热元件93的顶部或底部，且可以根据换热介质的粘度和流量调节水平直管上的开孔率；当换热元件93的长宽比小于等于1:1时，配流管可以采用垂直直管，且垂直直管内嵌在换热元件93的侧面(即沿中心筒4的轴向方向且朝向中心筒4的中心设置的表面)；而对于某些需要较大流量和压力的换热介质的情况，配流管可以采用板缝式管，且分别内嵌在换热元件的顶部和底部(即图3所示方向的顶部和底部)。垂直直管、板缝式管以及小支管中介质的流量依次递减，实际使用时，可以根据介质的流量、粘度以及压力等情况选取适用的配流管。

当所述盖板为格栅94时，所述格栅94包括两块相互拼接的子格栅，两个子格栅的中间位置开设有用于容纳换热分配支管和换热收集支管通过的通孔，所述格栅94上还覆盖有丝网。进一步的，所述控制腔体的上下端均开设有开口，两个所述开口上均通过螺栓可拆卸的连接有格栅94，以便于催化器的放置和取出。

优选的，多个所述控制腔体均以中心筒4的轴心为中心呈放射状分布，如图3所示，控温反应模块包括前弧形板片91和后弧形板片92，使得所述前弧形板片91和后弧形板片92与连接在其左、右边的两个换热元件93构成中空的控制腔体，且所述控制腔体的上部和下部均为开口，所述开口上通过螺栓、卡栓或合页连接有可拆卸的盖板。所述前弧形板片91和后弧形板片92可以是直线结构，所述前弧形板片91和后弧形板片92也可以是弧形结构，当所述前弧形板片91和后弧形板片92为弧形结构时，其对空间的利用率更高。

当前弧形板片91和后弧形板片92形状一致时，以中心筒4的轴心为中心呈放射状分布的多个所述控制腔体可以更为密集的排列在控温反应腔室内。以所述前弧形板片91和后弧形板片92均为圆弧结构为例，所述前弧形板91和后弧形板片92均以中心筒4的轴心为圆心，所述控制腔体的截面为扇形结构，相对于中心筒4的结构，其结构更为紧凑，加工更为便利。优选的，控温反应模块包括3～100组相同的换热元件组成，呈现1°～45°角度排列。

具体实施时，所述前弧形板片91和后弧形板片92之间的距离由所述换热元件93的宽度决定，不同的控温反应层的厚度取决于设置在控温反应层之间的换热元件93的宽度，所述前弧形板片91、后弧形板片92和换热元件93等高。

所述前弧形板片91和后弧形板片92开设有用于引导反应气体的导流孔95。前弧形板片91和后弧形板片92上相对设置的导流孔95之间形成有序的导流通道，将反应后的气体快速导出。所述前弧形板91的长度小于后弧形板92的长度，优选的，所述后弧形板片片91上的开孔率为15％～40％，前弧形板片92的开孔率为1％～10％，导流孔95的孔径大小在0.25mm～10mm,开孔形状可以为圆形、矩形、三角形等，通过调节开孔率、孔径大小及形状可以确定设定的穿孔压降，结合床层压降，实现配流均匀。

所述前弧形板片91和后弧形板片92上对应开设有多个卡槽，设定数量的所述换热元件93可拆卸的卡接在设定的卡槽上。所述卡槽的数量大于等于所述换热元件93的数量，且每个控温反应模块所设定的换热元件93的数量可调。在具体实施时，可根据化学反应的具体情况，调整所述前弧形板片91和后弧形板片92之间的换热元件93的数量和密度。

所述换热单元9还包括环绕中心筒4的支撑架，所述支撑架包括环绕反应腔室11中心轴设置的多个环梁和连接在环梁之间的竖梁，最内层的环梁下端还连接有锥型桶，所述锥型桶连接在下封头3上。所述锥型桶的设置使得支撑架的承压性能更好，更稳固。

多个所述可相互拼接拆卸的控温反应模块以中心筒4为中心，围成一个控温反应层，也就是多个等宽的控温反应模块拼接成一个圆环柱，内接中心筒4，外靠气体环隙外分布筒。优选的，所有的换热元件93具有相同的宽度，即每个控温反应模块内的催化剂床层厚度一致，装填量相同。

所述模块化控温反应器采用原料气进口1和反应气出口6和同心的中心筒4相连接结构，在具体实施中，如图4所示，所述原料气进口1和反应气出口6可以在反应腔室11的同一端，使反应器内流体П型分布；如图5所示，所述原料气进口1和反应气出口6也可以在反应腔室11的不同端，使流体为Z型分布。

优选的，所述的换热介质分配总管和换热介质收集总管位于反应腔室11的中心筒4或气体环隙外分布筒5。当内流体П型分布，此时换热介质分配总管和换热介质分配支管内的静压随流体流动方向而升高，换热介质收集总管和换热介质收集支管内静压随流动方向而下降，分流和集流过程中静压的变化引起两流道的静压差别较小，适合动量交换型径向反应器。

实施例2

当化学反应的反应热量较大，所述模块化控温反应器采用实施例1中的单层简单圆环结构的换热量不能满足反应温度要求或反应比较复杂需控制反应器内各点的温度时，采用多层独立圆环结构相互组合，如图7所示，也就是多个所述可相互拼接拆卸的控温反应模块以中心筒4为中心，围成2个或多个控温反应层，每个所述控温反应层的厚度相同，多个所述可相互拼接拆卸的控温反应模块以中心筒4为中心，围成2个控温反应层，2个控温反应层的厚度相同。当化学反应的反应剧烈热量很大时，所述模块化控温反应器在热点温度出现的区域附近设置具有较小间距的换热元件93的控温反应模块，以组成厚度较小的控温反应层，并进一步的加大每个控温反应模块中换热元件93的数量，以组成直径较大的圆环状控温反应层，形成外密内疏的等环宽多层控温反应层的结构。

当化学反应的反应剧烈，且集中于某一区域的情况下，如图8所示，所述模块化控温反应器采用多层控温反应层的结构，且靠近反应剧烈且集中的区域的控温反应层包括多个间距较小且径向长度较短的控温反应模块，且每个控温反应模块排布的换热元件93较多，构成第一控温反应层，其余反应区域的控温反应层包括多个径向长度较长的控温反应模块，且控温反应模块的排布相对第一控温反应层较稀疏，也就是所述模块化控温反应器的换热单元9形成一种短环宽多换热元件的圆环柱和较长环宽、略微稀疏换热元件的圆环柱构成多环宽多层混合套环结构。

具体实施时，所述前弧形板片91和后弧形板片92之间的距离由所述换热元件93的宽度决定，不同的控温反应层的厚度取决于设置在控温反应层之间的换热元件93的宽度，所述前弧形板片91、后弧形板片92和换热元件93等高。

实施例3

与实施例1和实施例2不同的是，如图9所示，所述模块化控温反应器的换热单元9的控温反应层中还包括一段或多段不含换热板片的空白模块90，即在控温反应层中添加绝热段，以保证反应过程末期仍有足够的热量维持催化剂活性，或集成反应中各反应的过渡段，其具体设置参数以满足换热需求为目的，尽量将反应温度维持在合适的范围内，实现最高经济性。空白模块90可以是圆环状的绝热层，套设在中心筒4上或相邻的两个控温反应层之间，或者空白模块90为可与控温反应模块相拼接拆卸，相邻或间隔的设置在控温反应层中。

如CO变换反应，其末期仍需要有足够的热量维持催化剂的活性，为了满足这种变换反应的放热方式，所述的扇形结构为图6的等环宽三层套环结构。反应气体从气体环隙外分布筒5径向通过装填在各控温反应模块间的催化剂床层，反应产物通过中心筒4收集。外层的控温反应层其换热元件93排布较密，换热元件数量为200～400个，中间层的控温反应层其排列略疏，其包括的换热元件93的数量为60～180个，内层的控温反应层为没有换热元件93的空白模块90构成，即绝热层。板对排列形式和板对数量根据反应热量的变化、换热曲线的变化以及对温差控制的要求等参数确定。

将上述模块化温控反应器应用于CO等温变换工艺中，单台反应器装填钴钼系催化剂150m3，其处理量可与120万吨/年合成气制甲醇工艺配套。在操作条件下：反应压力3.8Mpa、反应物料进口温度280℃、副产250℃、4MPa的蒸汽160t/h，在本实施例的反应器内催化剂的装填均匀，压力场分布均匀，压降小于10KPa,而且在本实施例的换热元件93的作用下，及时移除反应热，可以将反应热点温度控制在350℃以内，使得反应向着正方向进行，同时径向进料能够有效避免压降过高，并且换热单元9的悬空设置有效解决了反应过程中热膨胀的问题。催化剂保持较高活性且副反应少，满足工艺要求，且效益显著。

综上所述，绕中心筒4相互连接的多个可相互拼接拆卸的控温反应模块的结构，模块化的设置将反应器内部分割成一个个完全独立且灵活，多变的反应腔体，不仅便于操作、安装、运输，提高生产效率，有利于设备大型化；而且针对不同放热或吸热反应，基于反应和传热的分析，做出不同调整，使得反应在放热最强或吸热最强的位置上获得最大最好的传热效果，在反应最弱的部位减少或移除换热元件，节能减排，实现高经济性。完全独立的模块可以分别装填相同或不同量甚至不同种类的催化剂，实现多种反应的集成。另外完全独立模块所带来的不同模块间催化剂的独立装卸使得催化剂在同一反应器内可以实现部分更换，即只更换已失活或大量结焦的模块内的催化剂而保留其余可用模块，最大程度减少投资。所述中心筒4的设置保证原料气单向进入换热单元9并进行充分的反应，所述气体环隙外分布筒5的设置，使得进入换热单元9的原料气在其内充分反应。

以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理。这些描述只是为了解释本实用新型的原理，而不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其它具体实施方式，这些方式都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种模块化控温反应器，其特征在于，包括：

反应腔室(11)，所述反应腔室(11)内设置有中心筒(4)和气体环隙外分布筒(5)，所述气体环隙外分布筒(5)套设于所述中心筒(4)外；

原料气进口(1)和反应气出口(6)，所述原料气进口(1)和反应气出口(6)中，一个与所述中心筒(4)连通，另一个与所述气体环隙外分布筒(5)连通；

至少一个换热单元(9)，至少一个换热单元(9)设置于所述中心筒(4)和所述气体环隙外分布筒(5)之间，并依次环绕所述中心筒(4)设置；每个所述换热单元(9)包括多个可相互拼接并独立拆卸的控温反应模块，不同的控温反应模块能够装填不同的催化剂；

换热介质进口(7)和换热介质出口(8)，每个所述换热单元(9)对应连接有一个所述换热介质进口(7)和一个所述换热介质出口(8)；

至少两种配流管，所述控温反应模块通过所述配流管与所述换热介质进口(7)和所述换热介质出口(8)连通。

2.根据权利要求1所述的模块化控温反应器，其特征在于，所述控温反应模块包括与外部相连通的控制腔体，所述控制腔体的内部设置有至少一个换热元件(93)，所述控制腔体至少开设有一个用于放置催化剂的开口，所述开口上连接有可拆卸的盖板。

3.根据权利要求2所述的模块化控温反应器，其特征在于，多个所述控制腔体均以中心筒(4)的轴心为中心呈放射状分布，所述控温反应模块包括前弧形板片(91)和后弧形板片(92)，所述前弧形板片(91)和后弧形板片(92)与连接在其左、右边的两个换热元件(93)构成中空的控制腔体，且所述控制腔体的上部和下部均为开口，所述开口上连接有可拆卸的盖板；所述前弧形板片(91)和/或后弧形板片(92)开设有用于引导反应气体的导流孔(95)。

4.根据权利要求3所述的模块化控温反应器，其特征在于，所述前弧形板片(91)和后弧形板片(92)上对应开设有多个卡槽，所述换热元件(93)可拆卸的卡接在设定的卡槽上，且每个控温反应模块所设定的换热元件(93)的数量可调。

5.根据权利要求2所述的模块化控温反应器，其特征在于，所述配流管为小支管、板缝式管、水平长管或垂直直管。

6.根据权利要求2-5任一项所述的模块化控温反应器，其特征在于，所述控制腔体包括由催化剂上盖板和催化剂下盖板沿边连接形成的板程腔体，属于同一个控温反应模块的换热元件(93)成为一个换热元件组，每个换热元件组通过所述配流管顺次连接每一个换热元件(93)，所述配流管分别内嵌在每一个换热元件(93)的顶端和底端的板缝中，所述板程腔体上开设有分别与换热分配支管和换热收集支管相连通的通口，且所述换热分配支管和换热收集支管分别与内嵌在换热元件(93)的顶端和底端的板缝中的配流管相连。

7.根据权利要求6所述的模块化控温反应器，其特征在于，每一个所述换热元件组的配流管的两端分别连接有同一换热介质的换热分配支管和换热收集支管，每一个所述换热分配支管通过立管连接到同一换热介质的换热分配总管，每一个所述换热收集支管通过立管连接到同一换热介质的换热收集总管上，同一换热介质的换热分配总管通过管路连通同一换热介质的换热介质进口(7)，同一换热介质的换热收集总管通过管路连通同一换热介质的换热介质出口(8)。

8.根据权利要求1-5任一项所述的模块化控温反应器，其特征在于，所述换热单元(9)还包括环绕中心筒(4)的支撑架，所述支撑架包括环绕反应腔室(11)中心轴设置的多个环梁和连接在环梁之间的竖梁，最内层的环梁下端还连接有锥型桶，所述锥型桶连接在下封头(3)上。

9.根据权利要求1所述的模块化控温反应器，其特征在于，所述换热单元(9)包括至少一个由多个控温反应模块拼接组成的控温反应层。

10.根据权利要求1所述的模块化控温反应器，其特征在于，所述换热单元(9)还包括至少一个由控温反应模块和/或隔绝模块拼接组成的控温反应层。