CN209663242U - 反应装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种反应装置，该反应装置包括反应物料入口、反应产物出口、两个或更多个板式反应器、反应物料分配器以及反应产物收集器。本实用新型的反应装置具有换热面积大、反应温度可以精确控制、催化剂适应性广、能够模块化安装、制造难度低等优点。

Description

反应装置

技术领域

本实用新型涉及一种反应装置；尤其涉及一种包括板式反应器的反应装置，其尤其适用于强放热反应和反应温度窗口窄的反应。

背景技术

工业反应过程总是伴有一定的热效应，尤其是当反应热效应较大时，传热问题往往是反应器设计和操作的关键。对于一些强放热反应，如硫化氢选择性催化氧化或草酸二甲酯催化加氢制乙二醇反应，需要及时移走反应放出的热量，保持热平衡状态，避免催化剂床层超温或飞温的发生。对于一些反应过程要求的温度窗较窄的反应，比如一氧化碳氧化偶联制草酸二甲酯/制碳酸二甲酯反应，需要实现对反应温度的精确控制。

目前工业上广泛使用的管壳式反应器中，催化剂装填在管程或者壳程，换热介质采用水、蒸汽、熔盐或导热油等。这种反应器用在强放热反应过程中存在下列缺点：(1)管径过大会导致冷却面积减小，床层易发生超温或飞温，失去操作状态的稳定性，因此对反应器的最大管径和单塔处理能力有限制；(2)若管壳式反应器的冷却介质温度过低致使催化剂床层沿管壁处过冷，导致催化剂活性较低，从而失去了操作状态的热稳定性，所以对最大传热温差也有限制；(3)催化剂的装填和卸料较为复杂，工作量大；(4)管壳式反应器对催化剂的适应性较弱，不适用于毡形催化剂等非颗粒状催化剂。

针对上述缺点，近年来发展起来一种采用热板式换热元件的热板式反应器。热板式反应器虽然避免了管壳式反应器的一些缺点，但仍然存在如下弊端：(1)换热介质进出换热元件的管径受限，无法满足换热介质流量大的情况；(2)催化剂适应性较窄，不适用毡形等非颗粒状催化剂；(3)催化剂装卸复杂，卸载时必须拆卸格栅将催化剂全部卸出，不能局部更换催化剂。

综上所述，由于现有的反应器型式难以解决强放热反应过程的移热问题和反应温度的精确控制问题，亟待开发新的反应器型式解决上述问题。

实用新型内容

在实用新型内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本实用新型的实用新型内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本实用新型的目的是提供一种反应装置，本实用新型的目的进一步在于提供一种包括板式反应器的反应装置，以克服现有反应装置处理能力有限、反应温度不易控制、催化剂适应性窄、装卸复杂等缺陷。

本实用新型的一个方面在于提供一种反应装置，其可以包括：

反应物料入口、反应产物出口；

两个或更多个板式反应器，板式反应器具有中空腔体；

反应物料分配器，其与板式反应器以及反应物料入口流体连通，并且用于接收反应物料并将其分配至板式反应器；

反应产物收集器，其与板式反应器以及反应产物出口流体连通，并且用于接收反应产物并将其输送至反应产物出口。

该反应装置具有换热面积大、反应温度可以精确控制、催化剂适应性广、能够模块化安装、制造难度低、减少了部件之间连接数量而易于安装和更换等优点。

优选地，本实用新型的反应装置可以进一步包括换热介质入口和换热介质出口。

优选地，本实用新型的反应装置可以为连续换热式反应装置。

优选地，本实用新型的反应装置的板式反应器的中空腔体可以由至少四块侧板、顶板和底板限定。优选地，顶板和底板相互平行设置。优选地，四块侧板中各自相对的两块侧板可以是平行的。

优选地，本实用新型的反应装置的板式反应器的中空腔体可以为长方体。

优选地，本实用新型的反应装置的板式反应器的尺寸可以相同或不同。

优选地，本实用新型的反应装置的板式反应器可以以放射状排列或平行排列，其中放射状排列为板式反应器从反应装置的中心向四周沿其径向排列，平行排列为板式反应器以其侧板彼此平行地排列放置。

优选地，本实用新型的反应装置的板式反应器的侧板、顶板和底板中的至少一个可以是可打开的，其开口处可以通过卡槽连接，板式反应器主体可以通过焊接形成密闭的中空腔体。

优选地，本实用新型的反应装置的板式反应器的中空腔体内可以具有支撑结构，板与该支撑结构可以采用可拆卸的连接方式，例如法兰连接或螺纹连接。

优选地，本实用新型的反应装置的板式反应器可以装填非颗粒状或颗粒状催化剂。

优选地，本实用新型的反应装置的板式反应器可以装填毡形催化剂。

优选地，本实用新型的反应装置的板式反应器与反应物料分配器以及反应产物收集器均可以采用可拆卸的连接方式进行连接，例如法兰连接或螺纹连接。

优选地，本实用新型的反应装置的反应物料入口可以位于反应装置顶部，所述反应产物出口可以位于反应装置底部。

优选地，本实用新型的反应装置的反应物料分配器和/或反应产物收集器可以采用同心圆环管结构。

优选地，本实用新型的反应装置的反应物料分配器和/或反应产物收集器可以采用两层或多层同心圆环管结构，每一层的同心圆环管个数大于或等于一个，同心圆环管之间通过支管彼此流体连通。

优选地，本实用新型的反应装置的反应物料分配器和/或反应产物收集器可以为固定管板，固定管板上设置有孔。

优选地，本实用新型的反应装置采用的换热介质可以为水，而且反应装置还可以包括汽包，汽包与换热介质入口以及换热介质出口流体连通。

优选地，本实用新型的反应装置可以包括壳体，所述入口及出口设置于壳体上，板式反应器位于壳体内部，换热介质经换热介质入口流入后流经壳程至换热介质出口。

优选地，本实用新型的反应装置的板式反应器底部和/或板式反应器之间可以设置有支撑结构，例如大量独立安装和拆卸的格栅。

优选地，本实用新型的反应装置的板式反应器可以通过一根或多根连接管与反应物料分配器以及反应产物收集器流体连通。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(1)换热效率高，具有板式反应器的反应装置的换热面积比较大，可以及时移走反应热，并且可以根据反应实际需求增减反应装置中板式反应器的数量。

(2)反应温度可以精确控制，换热介质走壳程可以加强流体湍动效果，提高传热系数，从而减小了反应器的径向和轴向温差，适用于反应温度窗较窄的反应体系。

(3)催化剂适应性好：板式反应器不仅适用于常见的颗粒状催化剂，还可以装填毡形催化剂等异形催化剂。此外，催化剂的装填方式多样，可以从板式反应器侧面或顶部打开装填，适用的催化剂范围更广。

(4)可模块化安装，检测维修方便，板式反应器可以是模块化的标准件，可以独立运输和装卸，从而可以实现催化剂的局部更换，提高反应装置的灵活性。此外，通过设置独立安装和拆卸的格栅或其它支撑结构，方便操作人员进行板式反应器装卸、检测、维修等操作。

附图说明

本实用新型的下列附图在此作为本实用新型的一部分用于理解本实用新型。附图中示出了本实用新型的实施例及其描述，用来解释本实用新型的原理。

图1为一种反应装置的示意图；

图2a为板式反应器采用侧面打开方式的示意图；

图2b为板式反应器采用顶部打开方式的示意图；

图3为板式反应器内设置支撑结构的示意图；

图4a为一种板式反应器放射状排列的截面示意图；

图4b为另一种板式反应器放射状排列的截面示意图；

图5为一种板式反应器平行排列的截面示意图；

图6为一种同心圆环管结构的立体图；

图7为一种固定管板的示意图；

图8为一种包括汽包的反应装置的示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本实用新型更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本实用新型可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本实用新型发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

图1示意性示出了根据本实用新型的一个实施方式。如图1所示的一种反应装置1，包括：

反应物料入口8，反应产物出口6；

两个或更多个板式反应器3，所述板式反应器3具有中空腔体(未示出)；

反应物料分配器2，所述反应物料分配器2与板式反应器3以及反应物料入口8流体连通，并且用于接收反应物料并将其分配至所述板式反应器3；

反应产物收集器5，所述反应产物收集器5与板式反应器3以及反应产物出口6流体连通，并且用于接收反应产物并将其输送至反应产物出口6。

反应物料通过反应物料入口8输送至反应物料分配器2，反应物料分配器2接收反应物料，并将反应物料分配至与反应物料分配器2流体连通的板式反应器3。

板式反应器3具有中空腔体，其可以容纳反应物料使其在板式反应器中发生反应；中空腔体内还可以容纳催化剂。

反应后所得的反应产物从板式反应器3中排出，排出的反应产物通过反应产物收集器5收集，随后通过反应产物出口6离开反应装置1。

换热介质入口4，换热介质出口7，换热介质经换热介质入口4流入后流经壳程并经换热介质出口7流出，带走板式反应器3中反应产生的热量。

在一个优选的实施方式中，该反应装置为连续换热式反应装置。

在一个优选的实施方式中，板式反应器的中空腔体由至少四块侧板、顶板和底板限定。

在一个优选的实施方式中，板式反应器的中空腔体为长方体。

在一个优选的实施方式中，板式反应器尺寸相同或不同。

在一个优选的实施方式中，板式反应器的侧板10、顶板20和底板30中的至少一个是可打开的。图2a示意性示出了板式反应器的一个侧板10是可打开的，图2b示意性示出了板式反应器的顶板20或底板30是可打开的。可打开的板式反应器能够便于催化剂的装填。

在一个优选的实施方式中，中空腔体内具有支撑结构40。图3示意性示出了板式反应器3内设置的支撑结构40，支撑结构40可以在板式反应器3内均匀分布。该支撑结构40能够防止板式反应器3受压变形。

在一个优选的实施方式中，板式反应器3以放射状排列或平行排列。图4a示意性示出了板式反应器3的一种放射状排列方式，采用同一尺寸的板式反应器3进行放射状排列。该排列方式简单、安装方便。图4b示意性示出了板式反应器的另一种放射状排列，两种不同尺寸的板式反应器(31、32)相互穿插地从反应装置1的中心向四周沿径向排列放置，该排列方式的催化剂装填量大、空间利用率较高。图5示意性示出了板式反应器3的一种平行排列，板式反应器3的侧板彼此平行地排列，该排列方式空间利用率高、催化剂装填量大。

在一个优选的实施方式中，板式反应器的高宽比使得反应物料呈平推流状态，有利于反应物料平稳地在板式反应器中发生反应；板式反应器的厚度则要使板中心和板壁的温度差控制在一定范围内。

在一个优选的实施方式中，板式反应器能够装填非颗粒状或颗粒状催化剂。

在一个优选的实施方式中，板式反应器能够装填毡形催化剂。优选地，毡形催化剂以整装式装填入板式反应器，该形式的催化剂在性能上具有结构稳定、导热性好、渗透率高等优点，在使用中具有易于装填、易于存放等优点。

在一个优选的实施方式中，板式反应器与反应物料分配器以及反应产物收集器均采用可拆卸的连接方式进行连接。可拆卸的连接方式可以实现催化剂的局部更换，提高反应装置的灵活性。

在一个优选的实施方式中，反应物料入口位于反应装置顶部，反应产物出口位于反应装置底部。

在一个优选的实施方式中，反应物料分配器和反应产物收集器采用同心圆环管结构。

在一个优选的实施方式中，反应物料分配器和反应产物收集器采用两层或多层同心圆环管结构，每一层的同心圆环管个数大于或等于一个，同心圆环管之间通过支管彼此流体连通。图6示意性示出了一种同心圆环管结构的立体图。两层同心圆环管结构的顶层与反应物料入口流体连通，反应物料首先进入顶层同心圆环管结构100，然后通过底层同心圆环管结构200再进入与底层同心圆环管结构200相连的板式反应器，这样可以使反应物料分配均匀。

在一个优选的实施方式中，反应物料分配器和反应产物收集器为固定管板，所述固定管板300上设置有孔400。图7示意性示出了一种固定管板结构。优选地，当反应装置直径较小时，反应物料分配器和反应产物收集器可采用固定管板。此外，反应物料分配器和反应产物收集器为固定管板特别适用于反应物料为气体的反应。

在一个优选的实施方式中，换热介质为水，而且所述反应装置1还包括汽包9，所述汽包9与所述换热介质入口4以及所述换热介质出口7流体连通。图8示意性示出了包括汽包9的反应装置1。采用汽包可以提高能量利用的品级，符合节能降耗的需求。

在一个优选的实施方式中，反应装置包括壳体，所述入口及出口设置于壳体上，所述板式反应器位于壳体内部。

在一个优选的实施方式中，板式反应器底部和/或板式反应器之间设置有支撑结构(例如，格栅或其他支撑结构)。该支撑结构能够独立安装和拆卸，方便操作人员进行反应板装卸、检测、维修等操作。

在一个优选的实施方式中，板式反应器通过一根或多根连接管与反应物料分配器以及反应产物收集器流体连通。当板式反应器较宽时，优选使用多根连接管，使反应物料能够快速均匀地进入板式反应器并且生成的产物能够较快流出。

特别地，本实用新型的反应装置可以用于硫化氢选择性催化氧化反应、合成气羰基化制碳酸二甲酯反应、或者合成气羰基化制草酸二甲酯反应。

实施例

实施例1

将本实用新型的反应装置应用于合成气羰基化制草酸二甲酯反应，其中：板式反应器高8m，厚度为32mm，宽为2.3m，布板形式采用同一尺寸板式反应器放射状排列。反应物料入口和反应产物出口的数据经计算如表1所示。

表1

从表1的结果可以看出，本实用新型的反应装置可以较好地控制反应温度，使一氧化碳氧化偶联制草酸二甲酯能够在几乎等温的条件下进行。

另外，本实用新型的反应装置也可用于一氧化碳与亚硝酸甲酯反应合成碳酸二甲酯及草酸二甲酯催化加氢制乙二醇反应。

实施例2

将本实用新型的反应装置应用于硫化氢选择性催化氧化反应，其中板式反应器内装填颗粒状硫化氢选择性催化氧化催化剂，该催化剂具有选择性高、抗水、硫回收率高等优点。板式反应器高5m，厚度为400mm，宽为670mm，反应板进口流量为100mol/s，布板形式采用同一尺寸板式反应器放射状排列。反应物料入口和反应产物出口的数据经计算如表2所示。

表2

从表2的结果可以看出，本实用新型的反应装置用于硫化氢选择性催化氧化反应，可以较好地移走反应放出的热量，将反应区温度控制在180～185℃，从而保证了催化剂的高转化率和高选择性。

实施例3和比较例1

以硫化氢选择性催化氧化反应()为例，将传统列管式反应器与本实用新型反应装置进行对比。装置规格及反应数据经计算如表3所示，换热介质170℃。

表3

从表3的结果可以看出，同等条件下，对于硫化氢选择性催化氧化反应，具有板式反应器的反应装置的转化率明显高于传统列管式反应器。在实施例3中，连续换热式反应装置中板式反应器的数量仅为3，与比较例1相比，极大地简化了反应装置内部的结构，便于安装、拆卸、维修，同时又能够达到更好的反应效果。

本实用新型已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本实用新型限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本实用新型并不局限于上述实施例，根据本实用新型的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本实用新型所要求保护的范围以内。本实用新型的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (20)

1.一种反应装置，其特征在于，其包括：

反应物料入口、反应产物出口；

两个或更多个板式反应器，所述板式反应器具有中空腔体；

反应物料分配器，所述反应物料分配器与板式反应器以及反应物料入口流体连通，并且用于接收反应物料并将其分配至所述板式反应器；

反应产物收集器，所述反应产物收集器与板式反应器以及反应产物出口流体连通，并且用于接收反应产物并将其输送至反应产物出口。

2.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述反应装置进一步包括换热介质入口和换热介质出口。

3.根据权利要求2所述的反应装置，其特征在于，所述反应装置为连续换热式反应装置。

4.根据权利要求1-3任一项所述的反应装置，其特征在于，所述板式反应器的中空腔体由顶板、底板和至少四块侧板限定。

5.根据权利要求1-3任一项所述的反应装置，其特征在于，所述板式反应器的中空腔体为长方体。

6.根据权利要求1-3任一项所述的反应装置，其特征在于，所述板式反应器尺寸相同或不同。

7.根据权利要求1-3任一项所述的反应装置，其特征在于，所述板式反应器以放射状排列或平行排列。

8.根据权利要求4所述的反应装置，其特征在于，所述板式反应器的侧板、顶板和底板中的至少一个是可打开的。

9.根据权利要求1-3任一项所述的反应装置，其特征在于，所述反应装置包括壳体，所述入口及出口设置于壳体上，所述板式反应器位于壳体内部。

10.根据权利要求1-3任一项所述的反应装置，其特征在于，所述中空腔体内具有支撑结构。

11.根据权利要求1-3任一项所述的反应装置，其特征在于，所述板式反应器能够装填非颗粒状或颗粒状催化剂。

12.根据权利要求1-3任一项所述的反应装置，其特征在于，所述板式反应器能够装填毡形催化剂。

13.根据权利要求1-3任一项所述的反应装置，其特征在于，所述板式反应器与反应物料分配器以及反应产物收集器均采用可拆卸的连接方式进行连接。

14.根据权利要求1-3任一项所述的反应装置，其特征在于，所述反应物料入口位于反应装置顶部，所述反应产物出口位于反应装置底部。

15.根据权利要求1-3任一项所述的反应装置，其特征在于，所述反应物料分配器和/或反应产物收集器采用同心圆环管结构。

16.根据权利要求15所述的反应装置，其特征在于，所述反应物料分配器和/或反应产物收集器采用两层或多层同心圆环管结构，每一层的同心圆环管个数大于或等于一个，同心圆环管之间通过支管彼此流体连通。

17.根据权利要求1-3任一项所述的反应装置，其特征在于，所述反应物料分配器和/或反应产物收集器为固定管板，所述固定管板上设置有孔。

18.根据权利要求2所述的反应装置，其特征在于，换热介质为水，而且所述反应装置还包括汽包，所述汽包与所述换热介质入口以及所述换热介质出口流体连通。

19.根据权利要求1-3任一项所述的反应装置，其特征在于，所述板式反应器底部和/或板式反应器之间设置有支撑结构。

20.根据权利要求1-3任一项所述的反应装置，其特征在于，所述板式反应器通过一根或多根连接管与反应物料分配器以及反应产物收集器流体连通。