CN210125392U - 一种合成反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种合成反应器，包括：换热器，其沿径向插设于反应器壳体，并将所述反应器壳体分隔为第一腔室和第二腔室；换热器的一个端口与第一腔室连通，换热器的另一个端口与第二腔室连通；第一腔室中设置有第一催化剂床层，形成绝热段；第二腔室中设置有第二催化剂床层，形成等温段；第二催化剂床层中埋设有水埋管路，用以减小第二催化剂床层的阻力。本实用新型中，通过在第二催化剂床层中设置水埋管路，使得催化剂装填在水埋管路外侧的空间，从而增大了经第一腔室流出且在换热器中完成换热的气体在第二催化剂床层中的流通面积，进而降低了整个第二催化剂床层的阻力。

Description

一种合成反应器

技术领域

本实用新型涉及化工设备技术领域，具体而言，涉及一种合成反应器。

背景技术

合成反应器是煤化工装置的重要组成部分，担负着合成气制目标产品的重要作用，相当于煤化工装置的“心脏”部位。

煤化工合成反应大都属于强放热反应，反应需要一定的温度和压力，温度一般在200℃，压力在5Mpa以上，并且需要未反应完的合成气进行循环，为了使反应温度不会无限制的升高，在反应进行过程中要及时的将产生的反应热及时移出，并且合成气流过催化剂床层的阻力不能过大，以免造成催化剂破碎和循环功耗的增加，所以合成反应器催化剂床层阻力大小等因素是合成反应器设计的重要考虑因素。

现有的合成反应器类似一台管壳式换热器，一般是由圆筒体和内部竖直的管束组成，管内装填催化剂，管外利用饱和水等介质移走反应热，使反应一直在恒定的温度下进行，为了使管内反应产生的热量及时传递到管外的介质，避免管中存在温度梯度，一般采用内径较小的列管，这样造成催化剂床层阻力较大，增加合成系统的能耗，也易造成催化剂破碎。

发明内容

鉴于此，本实用新型提出了一种合成反应器，旨在解决现有反应器中催化剂床层阻力较大的问题。

一个方面，本实用新型提出了一种合成反应器，包括：换热器，其沿径向插设于反应器壳体，并将所述反应器壳体分隔为第一腔室和第二腔室；所述换热器的一个端口与所述第一腔室连通，所述换热器的另一个端口与所述第二腔室连通；所述第一腔室中设置有第一催化剂床层，形成绝热段；所述第二腔室中设置有第二催化剂床层，形成等温段；所述第二催化剂床层中埋设有水埋管路，用以增大气体流通面积，进而减小所述第二催化剂床层的阻力。

进一步地，上述合成反应器中，所述水埋管路包括至少两支并列设置的水埋管；其中，各所述水埋管沿反应器壳体的径向穿设于所述第二催化剂床层中，并且，各所述水埋管的进口端与所述第二腔室底部设置的水联箱连通，用于将所述水联箱中的水输送至所述水埋管中以吸收所述等温段发生的反应中放出的热量。

进一步地，上述合成反应器中，所述水埋管中设置有螺旋状翅片结构，用于增大气体与所述水埋管中的水的传热效率。

进一步地，上述合成反应器中，所述第二腔室中还设置有第二气体分布器，所述第二气体分布器的进口端与所述换热器连通，用于使从所述换热器流出的气体沿反应器壳体径向流经所述第二催化剂床层，以降低所述第二催化剂床层的阻力。

进一步地，上述合成反应器中，所述第二气体分布器沿反应器壳体的轴向延伸，且所述第二气体分布器位于所述第二催化剂床层上方靠近所述反应器壳体内壁上侧的区域，以及所述第二气体分布器的进口端与所述换热器外壁一侧的上部连通。

进一步地，上述合成反应器中，所述第一腔室远离所述换热器的一端沿所述反应器壳体的径向设置有第一折流板，所述第一折流板的上部与所述换热器之间设置有第一气体分布器，所述第一气体分布器用于使从所述第一折流板上的开口进入的气体沿反应器壳体径向流经第一催化剂床层，以降低所述第一催化剂床层的阻力。

进一步地，上述合成反应器中，所述第一气体分布器沿轴向设置在所述第一催化剂床层上方靠近所述反应器壳体内壁上侧的区域，且所述第一气体分布器的进口端与所述第一折流板上的开口连通。

进一步地，上述合成反应器中，所述第一气体分布器与所述第二气体分布器同轴设置。

进一步地，上述合成反应器中，所述第一气体分布器上开设有沿径向贯通所述第一气体分布器的多个第一气孔；所述第二气体分布器上开设有沿径向贯通所述第二气体分布器的多个第二气孔。

进一步地，上述合成反应器中，所述第二腔室远离所述换热器的一端沿所述反应器壳体的径向设置有第二折流板，所述第二折流板下部设置有出口，用于使得经所述换热器流出的气体经过所述第二催化剂床层后从所述第四腔室中的出口排出。

进一步地，上述合成反应器中，所述换热器的内部管束与所述换热器壳体可拆卸连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于，本实用新型提供的合成反应器，通过在第二腔室的等温段中的第二催化剂床层中设置水埋管路，使得催化剂装填在水埋管路外侧的空间，增大了气体在第二催化剂床层中的流通面积，从而降低了整个第二催化剂床层的阻力，有效解决了现有技术中由于催化剂床层阻力较大导致的合成系统能耗增加以及催化剂破碎的不良后果。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本实用新型实施例提供的合成反应器的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

参阅图1，本实用新型实施例的合成反应器包括：换热器3，其沿径向插设于反应器壳体，并将所述反应器壳体分隔为第一腔室1和第二腔室2；所述换热器3的一个端口与所述第一腔室1连通，所述换热器3的另一个端口与所述第二腔室2连通；所述第一腔室1中设置有第一催化剂床层11，形成绝热段；所述第二腔室2中设置有第二催化剂床层21，形成等温段；所述第二催化剂床层21中埋设有水埋管路8，用以增大气体流通面积，进而减小所述第二催化剂床层21的阻力。

具体而言，换热器3垂直插设于水平设置的反应器壳体中，将反应器壳体分隔为第一腔室1和第二腔室2。实际中，换热器3的壳体可以与反应器壳体一体成型。

第一腔室1内设置有第一催化剂床层11，第一催化剂床层11的底部设置有第一催化剂支撑栅板111，第一催化剂支撑栅板111上方的空间内装填催化剂，为了保证后续第二腔室2中的反应，第一腔室1内外没有能量传递，因此形成绝热段。

第二腔室2内设置有第二催化剂床层21，第二催化剂床层的底部设置有第二催化剂支撑栅板211，第二催化剂支撑栅板211上方的空间内装填催化剂，为了保证第二腔室2中的反应在一定的温度范围内进行，因此，第二腔室2内形成等温段。

换热器3侧壁下部靠近第一腔室1的位置开设有第一端口31，换热器3通过该第一端口31与第一腔室1连通，实际中，合成气从第一催化剂床层11的出口流出后会经过第一端口31流入换热器3内。换热器3侧壁上部靠近第二腔室2的位置开设有第二端口（图中未示出），换热器3通过该第二端口与第二腔室2连通，实际中，气体从换热器3的第二端口流出后进入第二腔室2内。

水埋管路8埋设在第二催化剂床层21中的催化剂中，即水埋管路8设置在第二催化剂支撑栅板211的上方，为催化剂的装填提供了容纳空间，从而增大了流入等温段的合成气的流通面积，进而使第二催化剂床层21的阻力大大降低。

上述显然可以得出，本实施例中提供的合成反应器，通过在反应器壳体内第二腔室中的第二催化剂床层中设置水埋管路，使得催化剂装填在水埋管路外侧的空间，增大了经第一腔室流出且在换热器中完成换热的气体在第二催化剂床层中的流通面积，进而降低了整个第二催化剂床层的阻力，有效解决了现有技术中由于催化剂床层阻力较大导致的合成系统能耗增加以及催化剂破碎的不良后果。

上述实施例中，所述水埋管路8包括至少两支并列设置的水埋管81；其中，各所述水埋管81沿反应器壳体的径向穿设于第二催化剂床层21中，并且，

各所述水埋管81的进口端与水联箱9连通，用于将所述水联箱9中的水输送至所述水埋管81中以吸收所述等温段发生的反应中放出的热量；各所述水埋管81的出口端连通至汽包10，用于将换热后的汽水混合物输送至所述汽包10中。

具体而言，第二腔室2的底部设置有水联箱9，例如水联箱9可以设置在反应器壳体侧壁与第二催化剂床层21之间。第二腔室2外部的上方设置有汽包10，即汽包10设置在反应器壳体外部上方。汽包10的一个出口与水联箱9的进口连通。汽包10对界外水进行加压，并将加压后的界外水输送至水联箱9中。

水埋管81的数量以及各水埋管81之间的间距可以根据实际情况确定。各个水埋管81可以沿反应器壳体的径向并列分布在第二催化剂床层21的上方。水埋管81可以为直管也可以为弯管，水埋管81可以通过支架固定在反应器壳体内，各支水埋管81也可以通过反应器壳体侧壁上开设的安装孔穿设至反应器壳体外。各支水埋管81的进口端可以直接与水联箱9相连通，各支水埋管81的出口端可以通过连接管汇合后与汽包10连通。本实施例中，汽包10上还可以设置汽包压力调节阀，通过汽包压力调节阀调节汽包10的压力来控制水埋管8内饱和热水的温度，从而实现对第二催化剂床层21中温度的控制，以使得等温段的反应稳定进行。

水埋管81中的汽水流程为：置水联箱9中的界外水与等温段出口的合成气进行换热，换热后的热水上升至与水联箱9连通的各支水埋管81中继续吸收等温段反应中放出的热量；同时，水埋管81中的热水经换热后变化汽水混合物进入汽包10，在汽包中经过气液分离，蒸汽由汽包10的顶部离开。

可以看出，水埋管路81中通水产生蒸汽，能及时移走等温段反应放出的热量，使整个第二催化剂床层的温度接近均匀，在能有效吸收等温段反应产生的热量的同时，还可以将换热后的汽水混合物输送至汽包10中，以加快水埋管81中的水循环，从而更高效的排出等温段中产生的热量。

优选的，所述水埋管81中设置有螺旋状翅片结构，用于增大气体与所述水埋管81中的水的传热效率。

具体而言，水埋管81可以整体采用螺旋状翅片结构，也可以部分采用螺旋状翅片结构，即：水埋管81可以由螺旋状翅片结构和连接在其两端的直管段组成。

显然可以得出，螺旋状翅片结构能进一步增大气体与水埋管内的水的传热效率，使等温段2反应产生的热量快速排出。

上述实施例中，所述第二腔室2中还设置有第二气体分布器5，所述第二气体分布器5的进口端与所述换热器3连通，用于使从换热器3流出的气体沿反应器壳体径向流经第二催化剂床层21，以降低所述第二催化剂床层21的阻力。

具体而言，第二气体分布器5的第一端可以与换热器3侧壁上开设的第二端口连通，以使得换热器3中换热后的气体流经第二气体分布器5，第二气体分布器5的第二端可以通过焊点、螺栓或支架中的一种或多种固定形式连接在等温段中靠近出口的位置，例如第二气体分布器5可以通过支架固定在水埋管路8靠近等温段出口的水埋管81的上方。第二气体分布器5可以呈直管状结构，其上还可以设置有支管，本实施例对第二气体分布器5的结构不做具体限定。

实际中，所述第二气体分布器5上开设有沿径向贯通所述第二气体分布器5的多个第二气孔51，以将进入第二气体分布器5的气体沿径向分散，从而使得气体沿反应器壳体径向流经第二催化剂床层21。为了使得气体分布均匀且使得加工方便，各所述第二气孔51等间距设置。

更具体的，所述第二气体分布器5沿反应器壳体的轴向延伸，且第二气体分布器5位于第二催化剂床层21上方靠近所述反应器壳体内壁上侧的区域，以及所述第二气体分布器5与所述换热器3外壁一侧的上部连通。

具体实施时，第二气体分布器5可以沿反应器壳体的轴向设置在反应器壳体内壁上侧与第二催化剂床层21上方之间的区域中，以使得经第二气体分布器5流出的气体能充分扩散至第二催化剂床层21中，其中，第二气体分布器5与第二催化剂床层21底部的第二催化剂支撑栅板211之间的距离可以根据实际情况确定。

可以看出，进入第二腔室2的气体在第二气体分布器5的分布作用下，能沿反应器壳体的径向流经第二催化剂床层21，降低了第二催化剂床层21的高度，从而降低了第二催化剂床层21的阻力。

上述各实施例中，所述第一腔室1远离所述换热器3的一端沿所述反应器壳体的径向设置有第一折流板6，第一折流板6的上部与换热器3之间设置有第一气体分布器4，所述第一气体分布器4用于使从第一折流板6上的开口进入的气体沿反应器壳体径向流经第一催化剂床层11，以降低所述第一催化剂床层11的阻力。

具体而言，第一腔室1远离所述换热器3的一端设置有第三腔室10，第一折流板6将第一腔室1和第三腔室10分隔开，第三腔室10远离第一折流板6的一端开设有冷合成气进口，第一折流板6的上方开设有开口，冷合成气从冷合成气进口进入第三腔室10后，经第一折流板6上方的开口折流至第一气体分布器4上方，再经第一气体分布器4分布后沿反应器壳体径向流经第一催化剂床层11。

第一折流板6可以位于第三腔室10中与反应器壳体上的焊缝位置相对应处，第一气体分布器4可以位于第一折流板6的上部，且优选的，第一折流板6可以垂直于第一气体分布器4，第一折流板6上与第一气体分布器4相对应的位置可以设置一开口，以使流入第三腔室10的合成气折流后流入第一气体分布器4中。其中，第一折流板6可以为弓形、圆盘或圆环形，本实施例对其结构不做限定，能改变气体的流向即可。

第一气体分布器4可以呈直管状结构，其上还可以设置有支管，本实施例对第一气体分布器4的结构不做具体限定。实际中，第一气体分布器4上开设有沿径向贯通所述第一气体分布器4的多个第一气孔41，以将进入第一气体分布器4的气体沿径向分散，从而使得气体沿反应器壳体径向流经第一催化剂床层11。为了使得气体分布均匀且使得加工方便，各所述第一气孔41等间距设置。第一气体分布器4的一个端部可以通过焊点、螺栓或支架中的一种或多种固定形式连接在换热器3一侧的壁面上，第一气体分布器4的进口端与第一折流板6上的开口连通，以对从第一折流板6上的开口进入的气体进行分布。

更具体的，所述第一气体分布器4沿轴向设置在所述反应器壳体内壁上侧与第一催化剂床层11上方靠近所述反应器壳体内壁上侧的区域，且所述第一气体分布器4进口端与第一折流板6上的开口连通，以对从第一折流板6上的开口进入的气体进行分布。实际中，第一气体分布器4可以设置在反应器壳体内壁上侧与第二催化剂床层21上方之间区域中，以使得经第一气体分布器4流出的气体能充分扩散至第一催化剂床层11中，其中，第一气体分布器4与第一催化剂床层11底部的第一催化剂支撑栅板111之间的距离可以根据实际情况确定。

可以看出，进入第一腔体1的气体在第一折流板6的折流作用下流入第一气体分布器4上方，经第一气体分布器4的分布作用下，能沿反应器壳体的径向流经第一催化剂床层11，与沿反应器壳体轴向流动相比，能有效增大气体流通面积，降低了第一催化剂床层11的高度，从而降低了第一催化剂床层11的阻力。

上述各实施例中，为了加工方便，所述第一气体分布器4与所述第二气体分布器5同轴设置。也就是说，第一气体分布器4和第二气体分布器5的轴线处于反应器壳体内的同一高度上。

上述实施例中，第二腔室2远离所述换热器3的一端沿所述反应器壳体的径向设置有第二折流板7，所述第二折流板7下部设置有出口，用于使得经所述换热器3流出的气体经过所述第二催化剂床层21后从所述第四腔室20中的出口排出。

具体而言，第二腔室2远离换热器3的一端设置有第四腔室20，第三腔室10、第一腔室1、换热器3、第二腔室2和第四腔室20沿反应器壳体的轴向自第三腔室10远离第一折流板6的一端依次排布并延伸至第四腔室20远离第二折流板7的一端。第二折流板7将第二腔室2和第四腔室20分隔开，第四腔室20远离第二折流板7的一端设置有合成气出口，第二折流板7的下部设有开口，可以防止从换热器3出来的气体不经过第二催化剂床层21直接从合成气出口排出。其中，第二折流板7可以为弓形、圆盘或圆环形，本实施例对其结构不做限定。

可以看出，在第二腔室2与第四腔室20之间设置第二折流板7，能使得从换热器3排出的合成气与第二催化剂床层21中的催化剂充分接触，以保证等温段的反应能充分进行。

上述各实施例中，换热器3的内部管束与所述换热器壳体可拆卸连接。

上述实施例中，所述换热器3的内部管束与所述换热器壳体可拆卸连接。

具体而言，换热器3的内部管束与换热器壳体活动连接，即换热器3的内部管束可以抽出，这样可以增大换热器3的内部作业空间，有利于设备检修及催化剂的装填。

本实施例中合成反应器的工作流程如下：

来自合成界外的合成气分两路进入反应器进口，一路作为调节绝热段进口温度的冷气体直接进入反应器进口，另外一路进入换热器3，与绝热段出口的热合成气换热后达到合适反应温度进入反应器绝热段进口，气体进入绝热段1后，通过第一折流板6折流，进入第一气体分布器4，然后径向流过第一催化剂床层21，离开第一催化剂床层21的气体从换热器第一端口31进入换热器3的壳程，与来自界外的合成气进行换热，使合成气温度得到升高的基础上，自身温度得到降低，随后气体进入第二气体分布器5，在第二气体分布器5的作用下，沿反应器壳体的径向进入第二催化剂床层21动。离开第二催化剂床层21的气体从合成反应器出口离开。其中，第二催化剂床层21中还埋设有多支水埋管81，水埋管81中的汽水流程为：界外水经加压后进入汽包10，水在重力作用下流入在第二催化剂层21出口设置的水联箱9内，与等温段出口的合成气换热，热水上升进入与水联箱9连接的水埋管81中，继续吸收反应产生的热量，热水变成汽水混合物后进入汽包10，经过气液分离，蒸汽由汽包10顶部离开，汽包10中还可以设置有汽包压力调节阀，可以通过汽包压力调节阀调节汽包压力来控制埋管内饱和热水温度，从而实现对第二催化剂床层21温度的控制。

综上，本实施例中提供的合成反应器，通过在反应器壳体内第二腔室中的第二催化剂床层中设置水埋管路，使得催化剂装填在水埋管路外侧的空间，增大了经第一腔室流出且在换热器中完成换热的气体在第二催化剂床层中的流通面积，进而降低了整个第二催化剂床层的阻力，有效解决了现有技术中由于催化剂床层阻力较大导致的合成系统能耗增加以及催化剂破碎的不良后果；进一步，在第一腔室和第二腔室中分别设置第一气体分布器和第二气体分布器，使得气体能沿反应器壳体的径向分别流经两个催化剂床层，大大增加了气体的流通面积，降低了催化剂床层的高度，进一步降低了两个催化剂床层的阻力。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种合成反应器，其特征在于，包括：

换热器（3），其沿径向插设于反应器壳体，并将所述反应器壳体分隔为第一腔室（1）和第二腔室（2）；

所述换热器（3）的一个端口与所述第一腔室（1）连通，所述换热器（3）的另一个端口与所述第二腔室（2）连通；

所述第一腔室（1）中设置有第一催化剂床层（11），形成绝热段；所述第二腔室（2）中设置有第二催化剂床层（21），形成等温段；

所述第二催化剂床层（21）中埋设有水埋管路（8），用以增大气体流通面积，进而减小所述第二催化剂床层（21）的阻力。

2.根据权利要求1所述的合成反应器，其特征在于，所述水埋管路（8）包括至少两支并列设置的水埋管（81）；其中，

各所述水埋管（81）沿反应器壳体的径向穿设于所述第二催化剂床层（21）中，并且，各所述水埋管（81）的进口端与所述第二腔室（2）底部设置的水联箱（9）连通，用于将所述水联箱（9）中的水输送至所述水埋管（81）中以吸收所述等温段发生的反应中放出的热量。

3.根据权利要求2所述的合成反应器，其特征在于，所述水埋管（81）中设置有螺旋状翅片结构，用于增大气体与所述水埋管（81）中的水的传热效率。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的合成反应器，其特征在于，所述第二腔室（2）中还设置有第二气体分布器（5），所述第二气体分布器（5）的进口端与所述换热器（3）连通，用于使从所述换热器（3）流出的气体沿反应器壳体径向流经所述第二催化剂床层（21），以降低所述第二催化剂床层（21）的阻力。

5.根据权利要求4所述的合成反应器，其特征在于，所述第二气体分布器（5）沿反应器壳体的轴向延伸，且所述第二气体分布器（5）位于所述第二催化剂床层（21）上方靠近所述反应器壳体内壁上侧的区域，以及所述第二气体分布器（5）的进口端与所述换热器（3）外壁一侧的上部连通。

6.根据权利要求4所述的合成反应器，其特征在于，

所述第一腔室（1）远离所述换热器（3）的一端沿所述反应器壳体的径向设置有第一折流板（6），所述第一折流板（6）的上部与所述换热器（3）之间设置有第一气体分布器（4），所述第一气体分布器（4）用于使从所述第一折流板（6）上的开口进入的气体沿反应器壳体径向流经第一催化剂床层（11），以降低所述第一催化剂床层（11）的阻力。

7.根据权利要求6所述的合成反应器，其特征在于，所述第一气体分布器（4）沿轴向设置在所述第一催化剂床层（11）上方靠近所述反应器壳体内壁上侧的区域，且所述第一气体分布器（4）的进口端与所述第一折流板（6）上的开口连通。

8.根据权利要求6所述的合成反应器，其特征在于，所述第一气体分布器（4）与所述第二气体分布器（5）同轴设置。

9.根据权利要求6所述的合成反应器，其特征在于，所述第一气体分布器（4）上开设有沿径向贯通所述第一气体分布器（4）的多个第一气孔（41）；所述第二气体分布器（5）上开设有沿径向贯通所述第二气体分布器（5）的多个第二气孔（51）。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的合成反应器，其特征在于，

所述第二腔室（2）远离所述换热器（3）的一端沿所述反应器壳体的径向设置有第二折流板（7），所述第二折流板（7）下部设置有出口，用于使得经所述换热器（3）流出的气体经过所述第二催化剂床层（21）后从第四腔室（20）中的出口排出。

11.根据权利要求1至3中任一项所述的合成反应器，其特征在于，所述换热器（3）的内部管束与所述换热器壳体可拆卸连接。

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