CN208049900U - 一种列管式固定床反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了化工设备技术领域的一种列管式固定床反应器，旨在解决现有固定床反应器存在原料反应不彻底、导热效果不佳的技术问题，包括反应器本体，所述反应器本体上连通有气体进口管路和气体出口管路；气体混合器，所述气体混合器的气体输入端至少与两相原料气管路连通、气体输出端通过所述气体进口管路与所述反应器本体连通；以及原料气二次循环管路，所述原料气二次循环管路连通所述气体进口管路和气体出口管路；所述反应器本体内部沿轴向固定排列有用于装填催化剂的反应管，所述反应管的内表面光滑、外表面设有凹槽。本实用新型具有原料反应彻底、产物产量大，导热快的优点，而且反应管内的原料所受阻力小。

Description

一种列管式固定床反应器

技术领域

本实用新型涉及化工设备技术领域，具体涉及一种列管式固定床反应器。

背景技术

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2-15mm左右，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。固定床反应器用于实现气固相催化反应时，床层需填装固体催化剂，如合成氨；用于气固相或液固相非催化反应时，床层则填装固体反应物。

固定床反应器有三种基本形式:①轴向绝热式固定床反应器，流体沿轴向自上而下流经床层，床层同外界无热交换；②径向绝热式固定床反应器，流体沿径向流过床层，可采用离心流动或向心流动，床层同外界无热交换；③列管式固定床反应器，由多根反应管并联构成，管内或管间置催化剂，载热体流经管间或管内进行加热或冷却。

使用固定床反应器进行催化反应时，直接通入固定床反应器的多相原料气在未充分混合的情况下与催化剂接触反应，会造成原料气反应不彻底，产物产量低；而且部分未反应原料气会伴随产物排出固定床反应器，造成原料气的浪费，简介增加生产成本，如合成氨中的氮气；而有些催化反应中的原料气还会对环境产生不好的影响，需要额外增加处理装置，甲烷化反应中的一氧化碳。

同时，对于如氨合成、甲醇合成、甲烷化等放热反应，在反应时，需要及时将反应过程中产生的热量传递出去。现有的列管式反应器均采用壳层外循环换热的方式，催化剂装填在管束中，原料气与催化剂接触发生反应，冷却介质从反应器壳层通过，在反应管壁进行换热将反应热导出。这种形式只适用于放热量小的反应，如果反应放热剧烈，热量的导出会受到反应管传热的限制，从而在反应管轴向和径向内形成较大的温度梯度，有可能使催化剂因局部过热结焦、副反应增多、催化剂利用率下降。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种列管式固定床反应器，以解决现有固定床反应器原料气反应不彻底、导热效果不佳的技术问题。

本实用新型所采用的技术方案为：

设计一种列管式固定床反应器，包括

反应器本体，所述反应器本体上设有气体进料口和气体出料口，所述气体进料口、气体出料口分别对应连通有气体进口管路、气体出口管路；

气体混合器，所述气体混合器的气体输入端至少与两相原料气管路连通、气体输出端通过所述气体进口管路与所述反应器本体连通；

以及原料气二次循环管路，所述原料气二次循环管路连通所述气体进口管路和气体出口管路，以用于未反应原料气的二次利用；

所述反应器本体内部沿轴向固定排列有用于装填催化剂的反应管，所述反应管的内表面光滑、外表面设有凹槽，以增加反应管与导热介质间接触面积，加快热传导速率。

优选的，所述反应器本体包括反应器壳体、第一上管板、第一下管板、上反应管、第二上管板、第二下管板和下反应管，所述上反应管的上下两端分别由所述第一上管板、第一下管板固定排列于所述反应器壳体上部，装填催化剂后形成上部催化剂层；所述下反应管的上下两端分别由所述第二上管板、第二下管板固定排列于所述反应器壳体下部，装填催化剂后形成下部催化剂层。

优选的，所述反应器壳体由反应器上封头、反应器筒体、反应器下封头组成，反应器上封头和反应器下封头上设置有所述气体出料口以及排空阀，所述反应器筒体的上部设有导热介质出口、中部设有所述气体进料口、下部设有导热介质入口；所述第一下管板与所述第二上管板之间设有导热介质通道。

优选的，所述导热介质为空气、水、油、熔融盐中的任意一种。

优选的，所述上部催化剂层和下部催化剂层之间设有气体分布器，所述气体分布器与所述气体进口管路相连通并将未反应原料气分为二股，一股经所述上部催化剂层向上流动反应后从所述气体出料口排出，另一股经所述下部催化剂层向下流动反应后从所述气体出料口排出。

优选的，所述反应器壳体内沿轴向交错排列6-12个折流板，以使导热介质在反应器壳体内的流动路径呈S型。

优选的，所述凹槽为螺旋状凹槽。

优选的，所述凹槽截面为矩形、梯形、三角形、锯齿形中的任意一种。

优选的，所述气体出口管路上设有用于产物与原料气分隔开的分离单元，所述分离单元通过所述原料气二次循环管路与所述气体进口管路连通。

与现有技术相比，本实用新型的有益技术效果是：

1、本实用新型中设置的气体混合器可有效使两相或两相以上原料气充分混合，使得每根反应管内的各相原料气尽可能的按照最优摩尔比进行分布，以提高产量。

2、本实用新型中设置的原料气二次循环管路将固化床反应器中排出的未反应原料气再次通入固化床反应器，进行二次利用，间接降低生产成本。

3、本实用新型中反应管外表面设置的螺旋状凹槽，增大了反应管与导热介质的接触面积，加快了热传导速率。

4、本实用新型将催化剂层分为上下二层，将原料气一分为二成二股，分别向上和向下反向流动流经催化剂层反应，由于气体流经催化剂层高度降为1/2，且气量一分为二，流速降低1/2，故经催化剂床层阻力降低为原来的1/8。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为导热介质流向示意图；

图3为原料气流向示意图；

100为反应器本体，200为气体混合器，300为分离单元，102为第一上管板，103为第一下管板，104为上反应管，105为第二上管板，106为第二下管板，107为下反应管，108为折流板，109为螺旋状凹槽，110为上部催化剂层， 111为反应器上封头，112为反应器筒体，113为反应器下封头，114为气体出料口，115为排空阀，120为下部催化剂层，121为导热介质出口，122为气体进料口，123为导热介质入口，130为气体进口管，140为气体出口管路，150为第一相气体管路， 151为第一阀门，152为第一流量计，160为第二相气体管路，161为第二阀门，162为第二流量计，170为原料气二次循环管路，171为第三阀门，180为气体分布器，190为导热介质通道。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来说明本实用新型的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本实用新型，并不以任何方式限制本实用新型的范围。以下实施例中所涉及的零部件、结构、机构或传感器等器件，如无特别说明，则均为常规市售产品。

实施例1：如图1-图3所示，一种列管式固定床反应器，包括反应器本体100、气体混合器200和分离单元300；

反应器本体100包括反应器壳体（图中未标出）、第一上管板102、第一下管板103、上反应管104、第二上管板105、第二下管板106和下反应管107和折流板108，上反应管104的上下两端分别由第一上管板102、第一下管板103固定排列于反应器壳体上部，装填催化剂后形成上部催化剂层110；下反应管107的上下两端分别由第二上管板105、第二下管板106固定排列于反应器壳体下部，装填催化剂后形成下部催化剂层120；第一下管板103与第二上管板105之间设有导热介质通道190。

上部催化剂层110和下部催化剂层120之间设有用于将原料气一分为二的气体分布器180；上反应管104和下反应管107的内表面光滑，外表面设有螺旋状凹槽109；6-12个折流板108纵向交错排列于反应器壳体内。

反应器壳体由反应器上封头111、反应器筒体112、反应器下封头113组成，反应器上封头111和反应器下封头113上均设置气体出料口114以及排空阀115，反应器筒体112的上部设有导热介质出口121、中部设有气体进料口122、下部设有导热介质入口123。

气体进料口122对应连通有气体进口管130，气体出料口114对应连通有气体出口管路140，气体出口管路140设有用于将产物与原料气分隔开的分离单元300，分离单元300通过原料气二次循环管路170与气体混合器200连通，原料气二次循环管路170上设有第三阀门171。

气体混合器200的气体输入端连通有第一相气体管路150和第二相气体管路160、气体输出端通过气体进口管路130与气体分布器180连通；第一相气体管路150上设有第一阀门151和第一流量计152，第二相气体管路160上设有第二阀门161和第二流量计162。

本实施例中导热介质为空气、水、油、熔融盐的任意一种。

本实施例中凹槽截面为矩形、梯形、三角形、锯齿形中的任意一种

上述列管式固定床反应器的操作使用方法如下：

两相或多相原料气流经气体混合器200后，按照预先设定的摩尔比充分混合为一体，然后经气体进口管130进入气体分布器180，气体分布器180将未反应原料气分为二股，一股经上部催化剂层110向上流动反应后从气体出料口114排出，另一股经下部催化剂层120向下流动反应后从气体出料口排出；分离单元300将排出气体中的未反应原料气经原料气二次循环管路170通入反应器本体100进行再利用。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种列管式固定床反应器，其特征在于：包括

反应器本体，所述反应器本体上设有气体进料口和气体出料口，所述气体进料口、气体出料口分别对应连通有气体进口管路、气体出口管路；

气体混合器，所述气体混合器的气体输入端至少与两相原料气管路连通、气体输出端通过所述气体进口管路与所述反应器本体连通；

以及原料气二次循环管路，所述原料气二次循环管路连通所述气体进口管路和气体出口管路；

所述反应器本体内部沿轴向固定排列有用于装填催化剂的反应管，所述反应管的内表面光滑、外表面设有凹槽。

2.根据权利要求1所述的列管式固定床反应器，其特征在于：所述反应器本体包括反应器壳体、第一上管板、第一下管板、上反应管、第二上管板、第二下管板和下反应管，所述上反应管的上下两端分别由所述第一上管板、第一下管板固定排列于所述反应器壳体上部，装填催化剂后形成上部催化剂层；所述下反应管的上下两端分别由所述第二上管板、第二下管板固定排列于所述反应器壳体下部，装填催化剂后形成下部催化剂层。

3.根据权利要求2所述的列管式固定床反应器，其特征在于：所述反应器壳体由反应器上封头、反应器筒体、反应器下封头组成，反应器上封头和反应器下封头上设置有所述气体出料口以及排空阀，所述反应器筒体的上部设有导热介质出口、中部设有所述气体进料口、下部设有导热介质入口；所述第一下管板与所述第二上管板之间设有导热介质通道。

4.根据权利要求2所述的列管式固定床反应器，其特征在于：所述上部催化剂层和下部催化剂层之间设有与所述气体进口管路相连通、并将原料气一分为二的气体分布器。

5.根据权利要求2所述的列管式固定床反应器，其特征在于：所述反应器壳体内沿轴向交错排列6-12个折流板。

6.根据权利要求1所述的列管式固定床反应器，其特征在于：所述凹槽为螺旋状凹槽。

7.根据权利要求6所述的列管式固定床反应器，其特征在于：所述凹槽截面为矩形、梯形、三角形、锯齿形中的任意一种。

8.根据权利要求1所述的列管式固定床反应器，其特征在于：所述气体出口管路上设有用于将产物与原料气分隔开的分离单元，所述分离单元通过所述原料气二次循环管路与所述气体进口管路连通。