CN215693840U - 反应装置及反应系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及反应装置技术领域，尤其涉及一种反应装置及反应系统。其中反应装置包括反应器和加热器，反应器包括供反应气进入的进口和用于供反应气在反应器反应生成的产物排出的出口；反应器内部设置有用于催化反应气进行反应的催化剂床层。加热器套设在反应器的外部，加热器的内部设置介质和加热部件，加热部件用于对介质加热，介质的热量用于传递到反应器，促进反应器内部的合成反应。本公开通过换热的方式能够降低反应器内部的温度，避免出现反应器内部的温度过高而出现催化剂床层飞温的问题，解决了无法移除反应热而导致催化剂烧结失活的问题。

Description

反应装置及反应系统

技术领域

本公开涉及反应装置技术领域，尤其涉及一种反应装置及反应系统。

背景技术

针对我国贫油富煤的能源结构特点，开发煤制化学品技术符合国家“煤代油”战略和煤炭清洁高效利用的政策。煤基合成气的定向催化转化是煤炭资源清洁高效利用的重要途径之一。合成气制异丁醇一直是该领域的研究热点。异丁醇目前主要由石油路线中丙烯羰基合成丁辛醇时作为副产品回收，主要用于合成增塑剂，其产能小市场缺口大。因此煤基合成气制异丁醇技术一旦实现工业化将带来巨大的经济效益和社会效益。

催化剂作为煤基合成气制异丁醇的关键技术，现有催化剂性能评价实验多采用固定床评价装置，反应单元由反应装置和加热炉组成，其反应加热通过加热炉膛内的电加热丝加热反应管，进而给催化剂床层加热，用来达到反应目标温度，但没有移热措施，容易在反应过程中出现催化剂床层飞温而无法有效移除反应热，导致催化剂高温烧结失活。

实用新型内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种反应装置及反应系统。

本公开提供了一种反应装置，包括：

反应器，包括供反应气进入的进口和用于供反应气在所述反应器反应生成的产物排出的出口；所述反应器内部设置有用于催化所述反应气反应的催化剂床层；和

加热器，套设在所述反应器的外部，所述加热器的内部设置有介质和加热部件，所述加热部件用于加热所述介质，所述介质的热量用于传递到所述反应器。

可选的，所述反应装置还包括腔体，所述腔体位于所述反应器和所述加热器之间，并与所述反应器的外壁接触；

所述反应器内部的温度达到目标温度之前或达到目标温度时，所述介质的热量用于传递到所述腔体内部的物质，所述腔体内部的物质的热量用于传递到所述反应器；

所述反应器内部的温度超出目标温度时，所述腔体中通入冷却物质。

可选的，所述腔体的第一端设置有供所述冷却物质进入的进料口，所述腔体的第二端设置有供所述冷却物质排出的出料口。

可选的，所述进料口和所述出料口分别设置在所述反应器的中心轴线的两侧。

可选的，所述冷却物质的进料方向与所述反应气的进气方向相反。

可选的，所述反应器内部设置有温度检测器，用于检测所述反应器内部的温度。

可选的，所述加热器设置有用于所述介质进入的入口和用于所述介质排出的排出口。

可选的，所述加热器的底壁设置有用于搅拌所述介质的搅拌器。

可选的，所述加热部件包括加热棒，所述加热棒与所述加热器的顶部连接；

所述加热棒的深度占所述加热器的加热腔的深度的1/2～3/5；

所述加热棒与所述反应器之间的距离为第一距离，所述加热器内壁与所述反应器之间的距离为第二距离，所述第一距离为所述第二距离的1/3～1/2。

本公开还提供了一种反应系统，包括：依次连接的进料单元、预混器、预热单元、所述的反应装置、气液分离器以及收集装置。

本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本公开实施例提供的反应装置包括反应器和加热器，其中反应器包括供反应气进入的进口和用于供反应气在反应器反应生成的产物排出的出口；反应器内部设置有用于催化反应气进行反应的催化剂床层；加热器套设在反应器的外部，加热器的内部设置有介质和加热部件，加热部件用于对介质加热，介质的热量用于传递到反应器，促进反应器内部的合成反应，并且随着加热部件的加热能够使介质持续升温，并升温到反应器的目标温度，利于反应气反应制成产物。由于热量主要通过介质进行传递，因此反应器受热比较均匀，当不需要较高温度时，还可以降低加热部件的温度，从而能够使介质的温度也降低，因此通过换热的方式能够降低反应器内部的温度，避免出现反应器内部的温度过高而出现催化剂床层飞温的问题，解决了无法移除反应热而导致催化剂烧结失活的问题。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术的结构示意图；

图2为本公开实施例所述反应装置的结构示意图；

图3为本公开实施例所述于合成异丁醇的系统的流程图。

其中，

1、反应装置；11、反应器；111、进口；112、出口；113、催化剂床层；12、加热器；121、介质；122、加热部件；123、搅拌器；13、腔体；131、进料口；132、出料口；2、进料单元；3、预混器；4、预热单元；5、气液分离器；6、收集装置。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。

现有技术中，如图1所示的反应装置中，反应器2a为带上下封头的不锈钢管，进料方式为上进下出，催化剂床层1a装填在反应器2a内，反应加热通过加热炉膛3a内部的电加热丝4a加热反应管进而给反应器2a加热，以使达到反应目标温度。这种反应单元设计主要靠加热炉丝4a给反应器2a升温加热，催化剂床层1a和反应器2a管壁以及加热炉膛3a内壁间存在温度梯度，催化剂床层1a温度升温慢，同时这种设计没有很好的移热措施，对于合成气制异丁醇这类强放热反应，容易在反应过程中出现反应器2a内的温度过高而超出目标温度，从而出现催化剂床层1a飞温而无法有效移除反应热，导致催化剂高温烧结失活。

基于此，本实施例提供一种反应装置1，通过换热的方式能够降低反应器11内部的温度，避免出现反应器11内部的温度过高而出现催化剂床层113飞温的问题，解决了无法移除反应热而导致催化剂烧结失活的问题。

参照图2所示，本公开实施例提供了一种反应装置1，包括反应器11和加热器12，其中反应器11包括供反应气进入的进口111和用于供反应气在反应器11反应生成的产物排出的出口112；反应器11内部设置有用于催化反应气进行反应的催化剂床层113；加热器12套设在反应器11的外部，加热器12具有加热腔，加热腔的内部设置有介质121和加热部件122，加热部件122用于对介质121加热，介质121的热量用于传递到反应器11，促进反应器11内部的合成反应，并且随着加热部件122的加热能够使介质121持续升温，并升温到反应器11的目标温度，利于反应气反应制成产物。由于热量主要通过介质121进行传递，因此反应器11受热比较均匀，当不需要较高温度时，还可以降低加热部件122的温度，从而能够使介质121的温度也降低，因此通过换热的方式能够降低反应器11内部的温度，避免出现反应器11内部的温度过高而出现催化剂床层113飞温的问题，解决了无法移除反应热而导致催化剂烧结失活的问题。同时本公开通过换热及时移除反应热，只采用介质121即可实现加热/移热双重功能。

在一具体实施例中，现以反应气为由合成气和氮气混合而成的混合气为例对实用新型的一具体实施例进行说明，以使本实用新型清楚，其并非对本实用新型的限制，当然，根据反应器11所进行的反应需求，反应气也可以为其他气体或者其他反应介质(如反应液体或反应固体)，均在本申请的范围内，在此不做具体的限定。

进一步地，现以混合后的反应气通入反应器11中进行合成异丁醇为例对实用新型的一具体实施例进行说明，以使本实用新型清楚，其并非对本实用新型的限制，当然，根据反应器11内的条件(温度、压力、催化剂类型等)，在反应器11中也可以进行合成其他醇类的反应。

上述的反应器11内部设置有温度检测器，用于检测反应器11内部的温度，当温度检测器检测到反应器11内部的温度超出目标温度后，将信号传递至外部的控制器，控制器可以控制加热部件122降低温度，从而能够使介质121的温度也降低，因此可以马上通过换热的方式能够降低反应器11内部的温度，避免出现反应器11内部的温度过高而出现催化剂床层113飞温的问题。

上述的加热器12可以为熔盐加热炉，反应器11的上下封头位于熔盐加热炉的外部，反应器11的器身位于熔盐加热炉内部，且反应器11的上下封头距离熔盐加热炉上部和下部的距离均为5～10cm。

在一些实施例中，加热器12设置有用于介质121进入的入口和用于介质121排出的排出口，当反应器11内部的温度过高时，加热器12可以停止加热，然后将介质121通过排出口排出，从而降低加热器12内部的温度，然后通过温度传递降低反应器11内部的温度。本公开通过介质121的温升一方面可以加热反应器11使其达到反应目标温度，另一方面如果超出目标温度时，即出现催化剂床层113飞温时，移除介质121，能够及时移除反应热，因此采用介质121可以实现加热/移热双重功能。

与此同时，介质121还可以通过外界的冷却器进行冷却，冷却后的介质121还能够通过入口进入加热器12内部，能够进一步地降低加热器12内部的温度，进而通过温度传递能够进一步地降低反应器11内部的温度。

上述的介质121可以为导热油或者熔盐，根据反应温度的需求可以选用不同的介质，这里不做具体限定。

在一些实施例中，反应装置1还包括腔体13，腔体13位于反应器11和加热器12之间，并与反应器11的外壁接触，当反应器11内部的温度达到目标温度之前或达到目标温度时，介质121的热量用于传递到腔体13内部的物质，使腔体13内部的物质升温，然后腔体13内部的物质的热量用于传递到反应器11，使反应气在反应器11中进行合成反应。当反应器11内部的温度超出目标温度时(即催化剂床层113飞温的温度后)，通过腔体13的进料口131通入冷却物质，使冷却物质进入腔体13中对反应器11降温，然后再通过腔体13的出料口132排出，通过冷却物质的进入和排出能够快速带走反应器11中的反应热。因此通过该换热的方式能够快速降低反应器11内部的温度，避免出现反应器11内部的温度过高而出现催化剂床层113飞温的问题。本公开采用腔体13的设计，主要是针对反应出现飞温时，介质移热不够迅速，为保证实验顺利进行强制换热降温，并实现反应器11快速降温的目的。

其中，进料口131和出料口132分别设置在反应器11的中心轴线的两侧，能够延长冷却物质在腔体13内的流动路线，提高冷却效果。

上述的冷却物质的进料方向与反应气的进气方向相反，形成对流热交换，加快移热速率。

上述的腔体13的尺寸不宜过大，可以控制在0.3～0.5cm(即反应器11和加热器12之间的间隙为0.3～0.5cm)。

上述的冷却物质可以为冷却气体或冷却液体等，可根据腔体13的需求而定，因此不做具体限定。当冷却物质为冷却气体时，可以采用冷却的空气或冷却的氮气等。当冷却物质为冷却液体使时，可以采用冷却的水或冷却溶液等。

在一些实施例中，加热器12底壁设置有用于搅拌介质121的搅拌器123，搅拌器123搅拌是为了搅动介质121使其流动起来，形成对流换热，加快传热效率；而且搅拌器123搅拌的过程也能使介质121的温度更加均匀，从而使反应器11的受热更加均匀。

上述的搅拌器123的高度为加热腔的高度的1/5～3/10。

在一些实施例中，加热部件122包括加热棒，加热棒与加热器12的顶部连接，且加热棒的底部高于搅拌器123的顶部。

其中，加热棒可以设置两根，且两根加热棒对称设置在反应器11的两侧，可以根据需求选择加热其中一根加热棒或者同时加热两根加热棒。

另外，加热棒的深度占加热腔的深度的1/2～3/5，避免加热棒过短，加热效率低。加热棒与反应器11之间的距离为第一距离，加热器12内壁与反应器11之间的距离为第二距离，第一距离为第二距离的1/3～1/2，避免加热棒距离反应器11太远。

上述的加热棒位于搅拌器123的上方，与搅拌器123对应设置，但二者互不干涉。

参照图3所示，本公开实施例提供了一种反应系统，包括：依次连接的进料单元2、预混器3、预热单元4、反应装置1、气液分离器5和收集装置6。使用时，进料单元2中的反应气通入到预混器3的底部，在预混器3混合后通过预混器3的顶部通入到预热单元4的底部进行预热，反应气在预热单元4中预热后由预热单元4的顶部通入反应装置1的顶部，使反应气在反应装置1中进行合成反应得到产物，然后将产物从反应装置1的底部通入气液分离器5的顶部，使产物在气液分离器5中进行气液分离得到异丁醇，然后异丁醇通过气液分离器5的底部通入到收集装置6中进行收集。

本实施例中的反应装置1与上述实施例中的反应装置1结构相同，并能带来相同或者类似的技术效果，在此不再一一赘述，具体可参照实施例一的描述。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种反应装置，其特征在于，包括：

反应器(11)，包括供反应气进入的进口(111)和用于供所述反应气在所述反应器(11)反应生成的产物排出的出口(112)；所述反应器(11)内部设置有用于催化所述反应气反应的催化剂床层(113)；和

加热器(12)，套设在所述反应器(11)的外部，所述加热器(12)的内部设置有介质(121)和加热部件(122)，所述加热部件(122)用于加热所述介质(121)，所述介质(121)的热量用于传递到所述反应器(11)。

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(1)还包括腔体(13)，所述腔体(13)位于所述反应器(11)和所述加热器(12)之间，并与所述反应器(11)的外壁接触；

所述反应器(11)内部的温度达到目标温度之前或达到目标温度时，所述介质(121)的热量用于传递到所述腔体(13)内部的物质，所述腔体(13)内部的物质的热量用于传递到所述反应器(11)；

所述反应器(11)内部的温度超出目标温度时，所述腔体(13)中通入冷却物质。

3.根据权利要求2所述的反应装置，其特征在于，所述腔体(13)的第一端设置有供所述冷却物质进入的进料口(131)，所述腔体(13)的第二端设置有供所述冷却物质排出的出料口(132)。

4.根据权利要求3所述的反应装置，其特征在于，所述进料口(131)和所述出料口(132)分别设置在所述反应器(11)的中心轴线的两侧。

5.根据权利要求3所述的反应装置，其特征在于，所述冷却物质的进料方向与所述反应气的进气方向相反。

6.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述反应器(11)内部设置有用于检测所述反应器(11)内部的温度的温度检测器。

7.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述加热器(12)设置有用于所述介质(121)进入的入口和用于所述介质(121)排出的排出口。

8.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述加热器(12)的底壁设置有用于搅拌所述介质(121)的搅拌器(123)。

9.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述加热部件(122)包括加热棒，所述加热棒与所述加热器(12)的顶部连接；

所述加热棒的深度占所述加热器(12)的加热腔的深度的1/2～3/5；

所述加热棒与所述反应器(11)之间的距离为第一距离，所述加热器(12)内壁与所述反应器(11)之间的距离为第二距离，所述第一距离为所述第二距离的1/3～1/2。

10.一种反应系统，其特征在于，包括：依次连接的进料单元(2)、预混器(3)、预热单元(4)、权利要求1-9任一项所述的反应装置(1)、气液分离器(5)以及收集装置(6)。

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