CN215655079U - 一种新型再分布管式反应器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种新型再分布管式反应器，包括圆柱形反应器、设置在圆柱形反应器顶部的用于喷洒反应液的弧形喷头以及设置在圆柱形反应器内用于固定装填催化剂的衬管；圆柱形反应器的两端分别设有用于固定弧形喷头的第一螺纹接口和用于固定衬管的第二螺纹接口；第一螺纹接口的一侧设有进液端，第二螺纹接口的一侧设有出液端；圆柱形反应器的内壁设有用于防止反应液产生壁流现象的收缩口，收缩口与衬管上端面之间设有用于反应液二次分布的圈板。本实用新型要针对于液‑固催化反应过程，结构简单、操作方便、适用性强。通过反应液的再分布，提高催化剂与反应液接触的均匀性，提高液‑固反应过程的催化效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种化工催化反应设备，尤其涉及一种新型再分布液-固管式反应器，是一种适应于液-固、气-固催化反应的的装置。
背景技术
化工生产中，管式反应器是常用的反应器型式之一，多数用于气相连续操作的场合，例如低级烃的卤化反应和氧化反应、石油烃类的热裂解反应等。然而，部分化工反应是在液相环境下进行的，例如高压下的异构化反应，由于反应压力较高，反应物料沸点较高等原因，在反应温度条件下，反应物料最终以液态方式与催化剂进行接触，这种情况下传统的管式反应器不能实现液体反应液与固体催化剂很均匀的分布，难免会有壁流、沟流等现象的发生，减少了液体与催化剂的接触面积，从而降低催化效率。因此传统的气相连续操作的管式反应器具有一定的局限性。
实用新型内容
发明目的：本实用新型的目的在于提供一种针对液-固或汽-固催化反应以提高反应组分与催化剂接触面积的新型再分布管式反应器。
技术方案：本发明的一种新型再分布管式反应器，包括圆柱形反应器，还包括设置在圆柱形反应器顶部的用于喷洒反应液的弧形喷头以及设置在圆柱形反应器内用于固定装填催化剂的衬管；所述圆柱形反应器的两端分别设有用于固定弧形喷头的第一螺纹接口和用于固定衬管的第二螺纹接口；所述第一螺纹接口的一侧设有进液端，进液端与弧形喷头连通，所述第二螺纹接口的一侧设有出液端，出液端与圆柱形反应器连通；所述圆柱形反应器的内壁设有用于防止反应液产生壁流现象的收缩口，所述收缩口与衬管上端面之间设有用于反应液二次分布的圈板。
进一步的，所述弧形喷头固定于第一螺纹接口的螺帽内部，弧形喷头的连接端与水平面的夹角为55~65°，优选为60°，弧形喷头的喷洒端正对圆柱形反应器，喷洒端沿周向均匀布置若干喷洒孔。通过设置均布的喷洒孔，可以进一步保证反应液体的均匀喷洒，避免与催化剂局部接触，提高催化效率。
进一步的，所述收缩口与水平面的夹角为40~50º，优选为45°，收缩口垂直切线与弧形喷头喷洒端的垂直切线重叠。所述收缩口至圆柱形反应器顶部的距离为圆柱形反应器整体长度的1/4至1/3。通过设置收缩口，使得反应液的流动方向趋于反应器的中心，避免了反应液体偏向管壁流动的现象，进一步实现了反应液与催化剂的充分接触。当收缩口垂直切线与弧形喷头喷洒端的垂直切线重叠时，保证了弧形喷头喷洒的反应液以同样的高度脱离收缩口，并可以与下方的催化剂充分接触，提高了反应的效率。
进一步的，所述衬管上部沿圆柱形反应器的轴向设有催化剂填料层，所述圈板设置在催化剂填料层的中部位置，圈板上设有若干用于反应液透过的通孔，所述通孔的直径小于催化剂的平均粒径。所述衬管与催化剂填料层之间设有用于固定催化剂的石英棉。圈板采用与圆柱形反应器横截面相同的圆形结构，当反应液与催化剂相接触时，可能会存在由于催化剂间的空隙不均匀而导致的反应液流动不均匀的情况，当设置圈板后，一方面调整了上方反应整体的流动速率，另一方面也可以通过设置的通孔实现反应液的二次分布接触，提高了反应液与催化剂接触的均匀性。
进一步的，所述衬管内还设有用于固定温度计的温度计套管，所述温度计套管的底部与设置在第二螺纹接口底部的固定接口连接。所述温度计套管顶端高于反应器中部位置。温度计套管内设置有温度计，套管顶端高于反应器中部位置，便于温度计探测催化剂中部的反应温度，以提高对整体反应的控制。
进一步的，所述进液端外接反应液的预热段，所述出液端外接冷凝器；所述第一螺纹接口的顶部还设有与压力控制器连接的反应器压力控制接口。
本实用新型的工作原理为：测试前将各部件清洗干净并烘干，将衬管固定于温度计套管上，在衬管上面填铺催化剂填料层，在催化剂填料层中部设置圈板，最后将各部件之间的螺纹固定紧并安装于固定床上，经过气密性检测，便可进行催化实验。圆柱形管式反应器一侧与预热段连接，便于预热后的反应液进入管式反应器，另一侧与压力控制器连接，便于控制反应器的压力；圆柱形反应器顶部的弧形喷头使得预热段流出的反应液从圆弧形喷头均匀喷洒下来，避免与催化剂局部接触，提高催化效率；圆柱形管式反应器内壁设有的收缩口，减少反应液的壁流现象，使反应液与催化剂的充分接触；圆形的圈板放置于催化剂填料层的中部位置，利于实现反应液的二次分布，减少沟流现象的发生，提高反应液与催化剂接触的均匀性。
有益效果：本实用新型和现有技术相比，具有如下优点：（1）本实用新型通过在管式反应器上端设有圆弧形喷头，喷头上设有均匀分布的小孔，使得经过预热器的反应液通过圆弧形喷头均匀地喷洒下来，避免与催化剂局部接触，提高催化效率；（2）管式反应器的中上段的管壁上设有收缩口，减少反应液的壁流现象，使反应液与催化剂的充分接触；（3）本实用新型单独设有一活动型收集圈板，收集圈板上设有均匀密集的小孔，有利于实现反应液的二次分布，提高反应液与催化剂接触的均匀性；（4）该反应器主要针对于液-固催化反应过程，同时也可以应用于气-固催化反应过程，结构简单、操作方便、适用性强。通过反应液的再分布，提高催化剂与反应液接触的均匀性，提高液-固反应过程的催化效率。
附图说明
图1是本实用新型的整体结构示意图；
图2是本实用新型中弧形喷头的俯视图；
图3是本实用新型中圈板的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
如图1所示，本实施例提供一种新型再分布管式反应器，它包括圆柱形管式反应器1，弧形喷头2，圆柱形管式反应器内壁设有收缩口3，可灵活拆装的圆形收集圈板4，内嵌式温度计套管5，衬管6及用于固定弧形喷头2的第一螺纹接口7和用于固定衬管6的第二螺纹接口10。圆柱形管式反应器1顶部设有第一螺纹接口7，第一螺纹接口7侧面与顶部分别设有进液端8和压力控制接口9，进液端8与预热段连接，便于预热后的反应液进入管式反应器；压力控制接口9与压力控制器连接，便于控制反应器的压力；圆柱形管式反应器1底部设有第二螺纹接口10，第二螺纹接口10的侧面通过出液端11与冷凝器连接，便于反应产物的冷凝后进行收集；第二螺纹接口10的底部与固定接口12连接，固定接口12用于固定温度计套管5，温度计套管5固定设置在衬管6内，温度计套管5顶端高于圆柱形反应器1的中部位置，便于探测催化剂中部的反应温度，衬管6用于固定装填催化剂。
参见图2，弧形喷头2固定于第一螺纹接口7的螺帽内部，弧形喷头2的连接端21与水平面的夹角为60°，弧形喷头2的喷洒端22正对圆柱形反应器1，喷洒端22沿周向均匀布置若干喷洒孔23，使得预热段流出的反应液从圆弧形喷头2均匀喷洒下来，避免与催化剂局部接触，提高催化效率；参见图1，圆柱形管式反应器1内壁设有的收缩口3，分布于管式反应器1的1/3处（由上往下），收缩口3与水平面的夹角为45º，收缩口3垂直切线与弧形喷头喷洒端22的垂直切线重叠，可以减少反应液的壁流现象，使反应液与催化剂的充分接触；参见图1和图3，衬管6上部设有石英棉15，石英棉15上部沿圆柱形反应器1的轴向方向设有催化剂填料层14，圈板4设置在催化剂填料层14的中部位置，圈板4上设有均匀密集的通孔41，其孔径均小于催化剂目数，即催化剂的平均粒径，有利于实现反应液的二次分布，减少沟流现象的发生，提高反应液与催化剂接触的均匀性。
具体操作过程如下：反应前先选择各部件，圆柱形管式反应器1的内径为Φ20mm，外径为40mm，长度为500mm；弧形喷头2的直径为Φ16mm，反应器内壁收缩口3的直径为Φ16mm，衬管6的外径为Φ10mm。根据需要，弧形喷头2的数量可根据催化剂填料层14的高度进行增减，本实用新型可以按照比例进行放大，放大后具有工业化价值。先将管式再分布反应器的各部件清洗干净并烘干，将衬管6固定于温度计套管5上，在衬管6上面填铺石英棉及石英砂，然后将所需填充催化剂的1/2量由反应器顶部的第一螺纹口7加入，接着将圆形收集圈板4放置于催化剂填料上端，接着再将剩余1/2量的催化剂加入，最后再用石英棉和石英砂填铺在催化剂的上端。最后，将各部件之间的螺纹固定紧并安装于固定床上，经过气密性检测，便可进行催化实验。
以邻甲乙苯异构化为例，分别采用传统管式反应器与本实用新型的新型再分布管式反应器。
检查两种反应装置的温度和压力仪表是否正常，分别将相同质量和目数的催化剂装填如两桶管式反应器中，旋紧各螺纹接口，检查气密性完好后，用N2对整个反应系统扫除空气，通过装置电加热控制系统分别实现两个反应器内的温度稳定，达到设定温度后开启氢气及原料计量泵，维持一定的氢油比，使反应安全稳定进行，反应一段时间后，可定时放取经冷凝器冷凝后的反应产物进行分析。当反应结束后停止氢气的通入及计量泵，关闭电加热控制系统。反应温度通常在150~250℃进行，温度过低，邻甲乙苯转化率较低，温度过高，容易发生一系列的副反应，降低目标产物间、对甲乙苯收率。在此操作条件下，本实用新型的新型再分布管式反应器的邻甲乙苯异构化反应收率可提高3%左右。
Claims (10)
1.一种新型再分布管式反应器，包括圆柱形反应器(1)，其特征在于：还包括设置在圆柱形反应器(1)顶部的用于喷洒反应液的弧形喷头(2)以及设置在圆柱形反应器(1)内用于固定装填催化剂的衬管(6)；所述圆柱形反应器(1)的两端分别设有用于固定弧形喷头(2)的第一螺纹接口(7)和用于固定衬管(6)的第二螺纹接口(10)；所述第一螺纹接口(7)的一侧设有进液端(8)，进液端(8)与弧形喷头(2)连通，所述第二螺纹接口(10)的一侧设有出液端(11)，出液端(11)与圆柱形反应器(1)连通；所述圆柱形反应器(1)的内壁设有用于防止反应液产生壁流现象的收缩口(3)，所述收缩口(3)与衬管(6)上端面之间设有用于反应液二次分布的圈板(4)。
2.根据权利要求1所述的新型再分布管式反应器，其特征在于：所述弧形喷头(2)固定于第一螺纹接口(7)的螺帽内部，弧形喷头(2)的连接端(21)与水平面的夹角为55~65°，弧形喷头(2)的喷洒端(22)正对圆柱形反应器(1)，喷洒端(22)沿周向均匀布置若干喷洒孔(23)。
3.根据权利要求1所述的新型再分布管式反应器，其特征在于：所述收缩口(3)与水平面的夹角为40~50º，收缩口(3)垂直切线与弧形喷头喷洒端(22)的垂直切线重叠。
4.根据权利要求3所述的新型再分布管式反应器，其特征在于：所述收缩口(3)至圆柱形反应器(1)顶部的距离为圆柱形反应器(1)整体长度的1/4至1/3。
5.根据权利要求1所述的新型再分布管式反应器，其特征在于：所述衬管(6)上部沿圆柱形反应器(1)的轴向设有催化剂填料层(14)，所述圈板(4)设置在催化剂填料层(14)的中部位置，圈板(4)上设有若干用于反应液透过的通孔(41)，所述通孔(41)的直径小于催化剂的平均粒径。
6.根据权利要求5所述的新型再分布管式反应器，其特征在于：所述衬管(6)与催化剂填料层(14)之间设有用于固定催化剂的石英棉(15)。
7.根据权利要求1所述的新型再分布管式反应器，其特征在于：所述衬管(6)内还设有用于固定温度计的温度计套管(5)，所述温度计套管(5)的底部与设置在第二螺纹接口(10)底部的固定接口(12)连接。
8.根据权利要求7所述的新型再分布管式反应器，其特征在于：所述温度计套管(5)顶端高于圆柱形反应器(1)的中部位置。
9.根据权利要求1所述的新型再分布管式反应器，其特征在于：所述进液端(8)外接反应液的预热段，所述出液端(11)外接冷凝器。
10.根据权利要求1所述的新型再分布管式反应器，其特征在于：所述第一螺纹接口(7)的顶部还设有与压力控制器连接的反应器压力控制接口(9)。
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