CN208104303U - 固定床费托合成反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种固定床费托合成反应器，它包括上封头、下封头和反应器筒体，反应器筒体内部排布有相互平行的换热板，催化剂间隔填充于相邻两块换热板之间；上分程隔板、中分程隔板、下分程隔板和间隔错位设置的环板将反应器筒体内腔中的流道分割成合成气通道和冷却介质通道，合成气和冷却介质通过换热板进行热量传递。合成气和冷却介质在换热板之间交错流动，沿径向穿过反应器，传热温差较大，且传热路径较短，不仅可以进一步消除床层热点，而且流体流动阻力低，动能损害小，能够满足大空速要求，有助于提高反应器产能，降低生产成本。本实用新型操作简单安全，结构合理且易实现大型化，适用于费托合成等强放热反应。

Description

固定床费托合成反应器

技术领域

本实用新型涉及固定床反应设备技术领域，具体的说是一种移热效果显著的固定床费托合成反应器。

背景技术

费托合成是将合成气（CO和H₂）在催化剂上转化成烃类的反应，是煤间接液化工艺的核心技术。费托合成的产物包括不含硫、氮和芳烃的优质石脑油、柴油和润滑油基础油等，同时还副产大量高价值的化学品，具有清洁、环保、燃烧性能优异等优点，以及很强的市场适应性和经济效益。由于费托合成反应是强放热反应，常发生催化剂局部过热，导致理想产物选择性降低，并引起催化剂结炭甚至堵塞床层，因此有效移热是费托合成反应器设计中重点考虑的问题。

固定床费托合成由于操作简单、形式多样被各大石油公司作为费托合成技术开发的主要技术之一。目前，国内外多采用普通的列管式反应器，管程由一束管组成，管内装填催化剂，管间通水，通过水的沸腾汽化移除反应热。合成气由反应器顶部进入，在催化剂床层上进行费托合成反应，未反应气体与产品从反应器底部离开。该反应器不存在液态产品与催化剂的分离问题、催化剂利用率高，但传质速度较低、传热性能不好、易导致床层超温，制约了其大规模推广应用。

目前，解决此问题的主要方法有：减小反应管直径、增大循环气流量、开发新型催化剂。减小反应管直径可以增大传热面积，但会给设备加工带来困难；增大循环气流量可以降低反应热，但会导致床层压降增大，催化剂损耗增加；而开发新型催化剂非工艺解决方案，所需研发周期较长。有效降低反应器截面温度的不均匀性，快速移出反应放出的热量，控制反应温度，防止高热点发生成为固定床费托合成反应器需要解决的关键技术。

专利CN 103421530 A公开了一种固定床费托合成方法，在该方法中，反应器流出物经冷凝、分离后得到的重质烃类物质与原料气混合后送入费托反应器，进一步参与费托合成反应，通过重质烃类物质循环实现对催化剂床层的温度控制。

专利CN 1736574A公开了一种无热点列管式固定床反应器，在该技术中，反应器列管中的每支管采用套管结构，在套管间隙中装填催化剂，冷却介质同时流过内管与壳程，使套管间隙中产生的反应热可以向两侧传递，有效降低或消除催化剂床层热点。

CN 2782685Y公开了一种合成气在催化剂作用下经费托合成反应制备合成油的费托合成油径向反应器，由于气体径向流道短，合成气在催化剂床层停留时间短，所以催化剂床层阻力降小，温度分布均匀，无热点存在，避免了费托合成反应强放热引起的催化剂床层局部飞温。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种压降阻力小，传热性能好，温度分布均匀，床层无热点，操作简单安全，结构合理且易实现大型化的固定床费托合成反应器。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：

一种固定床费托合成反应器，它包括连接为一体的上封头、下封头和反应器筒体，上封头上设置有冷却介质出口和原料进口，下封头上设有冷却介质进口和产物出口，所述反应器筒体内部排布有数块相互平行的换热板，催化剂间隔填充于相邻两块换热板之间；筒体内壁与换热板之间均布有四块与换热板相垂直的中分程隔板，相邻两块中分程隔板之间设置有环板，环板的上下边缘与相邻两块换热板的外缘相连接，上下相邻的环板交错设置；顶层的换热板上表面设置有弓形上分程隔板，上分程隔板将上封头分割为两部分，顶层的换热板上设有位于上分程隔板两侧的冷却介质反应段出口和原料反应段进口；底部的换热板的下表面设置有圆弧形下分程隔板，下分程隔板将下封头分割为两部分，底部的换热板上设有位于下分程隔板两侧的产物反应段出口和冷却介质反应段进口；

上分程隔板、下分程隔板与其中的一组中分程隔板位于同一平面内；上分程隔板、中分程隔板、下分程隔板和间隔错位设置的环板将反应器筒体内腔中的流道分割成合成气通道和冷却介质通道，合成气和冷却介质通过换热板进行热量传递。

优选的，所述相邻两块换热板之间设有支撑件，支撑件为柱状或板状。

优选的，所述相邻两块换热板之间设有导流板。

优选的，所述换热板为平面板、波纹板或者翅片板。

优选的，所述导流板为平面板或者弧形板或筛板。

优选的，所述导流板上设有均布有导流孔。

本实用新型的工作原理为：

在一定压力下，合成气净化后从原料进口进入上封头，经原料反应段进口进入反应筒体中，流过合成气流道，在催化剂的作用下发生费托合成反应，然后从产物反应段出口进入下封头，由产物出口排出。沸腾水从冷却介质进口进入下封头，经冷却介质反应段进口进入反应筒体，流过冷却介质通道，与合成气完成热量传递，然后从冷却介质反应段出口进入上封头，由冷却介质出口排出。

合成气和冷却介质沿径向流经反应器筒体，流道短、流动阻力小，能够满足大空速要求，达到增产节能的效果。而且在支撑件和导流板的作用下，合成气和冷却介质在换热板之间均匀分布，无径向温差，传热面积大，传热效果好，催化剂床层无热点存在。

与现有技术相比，本实用新型的优点如下：

（1）本实用新型采用板式传热结构，上分程隔板、中分程隔板、下分程隔板和间隔错位设置的环板将反应器筒体内腔中的合成气和冷却介质的流道分割成两个，合成气和冷却介质在两层换热板间隙交替通过，可大幅度增加固定床反应器的换热面积，传热效果好，且反应器的空间利用率与列管式固定床反应器相比明显提高；

（2）合成气和冷却介质在换热板之间交错流动，沿径向穿过反应器，传热温差较大，且传热路径较短，不仅可以进一步消除床层热点，而且流体流动阻力低，动能损害小，能够满足大空速要求，有助于提高反应器产能，降低生产成本；

（3）两层换热板之间设置有支撑件和导流板，有助于合成气和冷却介质均匀流过换热板间隙，降低合成气和冷却介质的径向温差，使催化剂床层温度易于控制且分布均匀，无热点存在；

（4）本实用新型所提供固定床费托合成反应器结构简单、紧凑，操作安全、稳定，易实现装置大型化。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1中反应器内部的结构示意图；

图3为图2中两层换热板之间支撑件和导流板的结构示意图；

图中：1、冷却介质出口，2、原料进口，3、上封头，4、反应器筒体，5、换热板，6、催化剂，7、下封头、8、冷却介质进口，9、产物出口， 10、上分程隔板，11、原料反应段进口，12、中分程隔板，13、合成气通道，14、冷却介质反应段进口，15、下分程隔板，16、产物反应段出口，17、冷却介质通道，18、环板，19、冷却介质反应段出口，20、支撑件，21、导流板。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

如图1至图3所示的一种固定床费托合成反应器，它包括连接为一体的上封头3、下封头7和反应器筒体4，上封头3上设置有冷却介质出口1和原料进口2，下封头7上设有冷却介质进口8和产物出口9，反应器筒体4内部排布有数块相互平行的换热板5，催化剂6间隔填充于相邻两块换热板5之间；筒体4内壁与换热板5之间均布有四块与换热板5相垂直的中分程隔板12，相邻两块中分程隔板12之间设置有环板18，环板18的上下边缘与相邻两块换热板5的外缘相连接，上下相邻的环板18交错设置；顶层的换热板5上表面设置有弓形上分程隔板10，上分程隔板10将上封头分割为两部分，顶层的换热板5上设有位于上分程隔板10两侧的冷却介质反应段出口19和原料反应段进口11；底部的换热板5的下表面设置有圆弧形下分程隔板15，下分程隔板15将下封头7分割为两部分，底部的换热隔板5上设有位于下分程隔板15两侧的产物反应段出口16和冷却介质反应段进口14；

上分程隔板10、下分程隔板15与其中的一组中分程隔板12位于同一平面内；上分程隔板10、中分程隔板12、下分程隔板15和间隔错位设置的环板18将反应器筒体4内腔中的流道分割成合成气通道13和冷却介质通道17，合成气和冷却介质通过换热板5进行热量传递。

相邻两块换热板5之间设有支撑件20，支撑件20为柱状或板状。

相邻两块换热板5之间设有平面或者弧形的导流板21。

导流板21上设有均布有导流孔。

换热板5为平面板、波纹板或者翅片板。

本实用新型的工作原理为：

在一定压力下，合成气净化后从原料进口2进入上封头3，经原料反应段进口11进入反应筒体4，流过合成气流道13，在催化剂6的作用下发生费托合成反应，然后从产物反应段出口16进入下封头7，由产物出口9排出。沸腾水从冷却介质进口8进入下封头7，经冷却介质反应段进口14进入反应筒体4，流过冷却介质通道17，与合成气完成热量传递，然后从冷却介质反应段出口19进入上封头3，由冷却介质出口1排出。

合成气和冷却介质沿径向流经反应器筒体4，流道短、流动阻力小，能够满足大空速要求，达到增产节能的效果。而且在支撑件20和导流板21的作用下，合成气和冷却介质在换热板5之间均匀分布，无径向温差，传热面积大，传热效果好，催化剂床层无热点存在。综上，本实用新型操作简单安全，结构合理且易实现大型化，适用于费托合成等强放热反应。

Claims (6)

1.一种固定床费托合成反应器，它包括连接为一体的上封头（3）、下封头（7）和反应器筒体（4），上封头（3）上设置有冷却介质出口（1）和原料进口（2），下封头（7）上设有冷却介质进口（8）和产物出口（9），其特征在于：所述反应器筒体（4）内部排布有数块相互平行的换热板（5），催化剂（6）间隔填充于相邻两块换热板（5）之间；筒体（4）内壁与换热板（5）之间均布有四块与换热板（5）相垂直的中分程隔板（12），相邻两块中分程隔板（12）之间设置有环板（18），环板（18）的上下边缘与相邻两块换热板（5）的外缘相连接，上下相邻的环板（18）交错设置；顶层的换热板（5）上表面设置有弓形上分程隔板（10），上分程隔板（10）将上封头分割为两部分，顶层的换热板（5）上设有位于上分程隔板（10）两侧的冷却介质反应段出口（19）和原料反应段进口（11）；底部的换热板（5）的下表面设置有圆弧形下分程隔板（15），下分程隔板（15）将下封头（7）分割为两部分，底部的换热板（5）上设有位于下分程隔板（15）两侧的产物反应段出口（16）和冷却介质反应段进口（14）；

上分程隔板（10）、下分程隔板（15）与其中的一组中分程隔板（12）位于同一平面内；上分程隔板（10）、中分程隔板（12）、下分程隔板（15）和间隔错位设置的环板（18）将反应器筒体（4）内腔中的流道分割成合成气通道（13）和冷却介质通道（17），合成气和冷却介质通过换热板（5）进行热量传递。

2.根据权利要求1所述的固定床费托合成反应器，其特征在于：所述相邻两块换热板（5）之间设有支撑件（20），支撑件（20）为柱状或板状。

3.根据权利要求1或2所述的固定床费托合成反应器，其特征在于：所述相邻两块换热板（5）之间设有导流板（21）。

4.根据权利要求3所述的固定床费托合成反应器，其特征在于：所述换热板（5）为平面板、波纹板或者翅片板。

5.根据权利要求4所述的固定床费托合成反应器，其特征在于：所述导流板（21）为平面板或者弧形板或者筛板。

6.根据权利要求5所述的固定床费托合成反应器，其特征在于：所述导流板（21）上设有均布有导流孔。