CN2355787Y - 径向流动螺旋冷管副产蒸汽固定床催化反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型设计了一种径向流动螺旋冷管副产蒸汽固定床催化反应器。该反应器在筒体内设置了两个同心的多孔内筒，使反应气体在壳体内径向流动，并在催化剂床层中设置了一组螺旋水冷管(9)。单位空间所设置的冷管面积大，传热效率高，副产蒸汽的过程稳定。所说的反应器阻力小，可采用小颗粒催化剂高空速生产。因此，所说的反应器是一种高效节能型的反应器，具有十分广泛的工业应用前景，可用于各种强放热反应过程。

Description

径向流动螺旋冷管副产蒸汽固定床催化反应器

本实用新型属于石油与化学工业反应器技术领域，涉及一种固定床催化反应器，尤其涉及一种径向流动固定床催化反应器。

众所周知，固定床催化反应器是石油与化学工业中常用的一利设备，在氨的合成，甲醇的合成、一氧化碳变换和有机物的加氢等可逆放热反应过程中得到了广泛的应用。为了提高生产能力，充分利用反应过程所释放的反应热，许多科技工作者研究开发了各种类型的固定床催化反应器，就其流体在床层中的流动形式而言，可分为轴向流动反应器和径向流动反应器两利类型，就其移走反应热的方法而言，有冷激式、自热式和副产蒸汽式等几种类型。国内各工厂长期采用轴向流动冷激式和轴向流动自热式两种形式的反应器，这两种类型的反应器床层阻力大，难以提高空速，生产能力受到了限制，同时其高温反应热也没有得到充分的利用；丹麦专利DE2123950公开了一种径向流动固定床催化反应器，虽然克服了床层阻力大的缺点，提高了空速，但是不能副产蒸汽，不能有效的回收反应热；日本专利J63123433与德国专利DE2123950则公开了一种轴向流动副产蒸汽固定床催化反应器，虽然可以回收反应热，副产蒸汽，但是没有克服床层阻力大的缺陷；德国专利DE4228553则公开了一种具有螺旋冷管的轴向流动副产蒸汽固定床催化反应器，虽然具有较好的传热效果，其热量回收较为充分，但依然没有克服床层阻力大的缺陷；中国专利97234399.7公开了一种径向流动副产蒸汽固定床催化反应器，其冷管也为传统的直管，因此也有进一步提高其传热效果的余地。

本实用新型的目的在于设计一种具有螺旋冷管的径向流动副产蒸汽固定床催化反应器，以保持现有技术的优点，克服其缺陷。

本实用新型的构思是这样的：

(1)在承受高压的反应器的壳体内设置两个同心的多孔内筒，使反应气体可以在壳体内以向心式或离心式径向流动，以保持径向反应器床层阻力小的优点；

(2)在两个同心的多孔内筒之间设置一组螺旋式的水冷管以移走反应热。由于采用螺旋式的水冷管，因此单位空间所设置的冷管面积就比直管大，特别适用于强放热反应过程，且管内热水高度湍流，传热效率要比直管高得多，有利于反应热的充分回收和利用。

依据上述构思，本实用新型设计了一利具有螺旋冷管的径向流动副产蒸汽固定床催化反应器。所说的螺旋冷管可以有两种形式，其一是以每一根冷管的轴线为中心盘旋而成的，图1即为该反应器的结构示意图。其二是以筒体轴线为中心盘旋而成的，图2即为该反应器的结构示意图。图中：1----筒体                             2----分流筒3----分流流道                         4----短条5----合流流道                         6----合流筒内层7----合流筒外层                       8----花架9----螺旋水冷管                       10----水蒸汽集汽箱11----水蒸汽总管                      12----气体入口13----水蒸汽出口管                    14----入孔15----挡板                            16----分流筒小孔17----内层小孔                        18----外层小孔19----分水管                          20----下托板21----入水口                          22----气体出口23----催化剂卸出口

所说的反应器为-个组合体，主要由筒体1、分流装置、合流装置和螺旋水冷管9等部件所构成。图3为合流装置局部示意图。图4为图3中的A-A向示意图。图中：24----不锈钢丝网

筒体1为一个能承受高压的壳体，气体入口12和入孔14设置在筒体1的顶部，气体出口22、入水口21和催化剂卸出口23设置在筒体1的底部；

所说的分流装置为一个密钻φ2～φ3mm分流小孔16的分流筒2，设置于筒体1的内部，为使流体穿孔阻力尽可能小，开孔率以15～20％为宜；筒体1与分流筒2之间的空隙为分流流道3，其宽度为2～20mm，分流流道3中设有短条4，以保持间隙；为防止催化剂进入分流流道3，在分流筒2的内侧填衬不锈钢丝网24；分流流道3的截面积以与气体入口管12的截面积相等为宜；分流筒2的下端固定在筒体1的内壁上，上端则可自由膨胀；

所说的合流装置由同心的合流筒内层6和合流筒外层7所组成，合流筒内层6上钻φ3～φ5mm内层小孔17，孔间距为30～100mm；合流筒外层7上密钻φ2～3φmm外层小孔18，开孔率为15～20％，合流筒内层6的中间即为合流流道5，为防止催化剂进入合流流道5，合流筒外层7的外侧填衬不锈钢丝网24，合流筒内层6和合流筒外层7之间焊衬短条4，以保持两层之间2～5mm的宽度，合流装置的上端密封，下端与气体出口22相连接；

合流装置与分流装置之间的空间即为催化剂填充床，设置了一组螺旋水冷管9，用于回收反应热并产生蒸汽。

所说的螺旋水冷管9的中心线与水平线之间的夹角为30°～80°。

螺旋水冷管9一般采用φ18～φ40mm的不锈钢管，数量为数十至数千根，单位体积催化剂的冷管面积，即比冷面为15～200m²/m³催化剂。螺旋水冷管9的下部与分水管19连接，分水管19与入水口21连接，螺旋水冷管9的上部与水蒸汽集汽箱10连接，再通过水蒸汽总管11与水蒸汽出口管13相连接。

下托板20焊接与筒体1的下部，可以采用多孔格板，用于支撑螺旋水冷管9和固定分水管19，挡板15设置于筒体1的上部，用于防止催化剂进入分流流道3，花架8用于固定螺旋水冷管9、分流装置和合流装置，并使其保持同心。

催化剂由入孔14装入反应器，检修时可由催化剂卸出口23卸出反应器。

操作时原料气由气体入口12进入反应器，通过分流流道3，并由分流筒2上的分流筒小孔16流入催化剂床层进行反应，反应后的气体通过合流装置进入合流流道5流出反应器，反应时产生的高温热量则由螺旋水冷管9中的冷却水回收，并产生蒸汽，由水蒸汽集汽箱10集汽后，通过水蒸汽总管11与水蒸汽出口管13送出。

所说的反应器经试验证明具有如下显著的优点：

(1)流体在反应器中径向流动，阻力小，可采用小颗粒催化剂高空速生产，宏观反应速率高，催化剂生产强度大，与催化剂装填量相同的轴向反应器相比，生产能力可提高15～20％；

(2)可副产蒸汽，当反应温度为250℃时，可获得4Mpa的中压蒸汽，若反应温度更高时，所副产的蒸汽压力将更高，能量利用合理；

(3)采用螺旋水冷管，单位空间所设置的冷管面积较直管大，特别适宜于强放热的化学反应过程，而且水与蒸汽在管内的湍流程度大大加大，提高了传热系数，并可防止管内气泡的形成，使副产蒸汽的过程更趋稳定。

综上所述，本实用新型所说的反应器是一种高效节能型的反应器，具有十分广泛的工业应用前景，可用于各种具有强放热反应的化学反应过程。

Claims (3)

1.一种径向流动螺旋冷管副产蒸汽固定床催化反应器为一个组合体，主要由筒体(1)、分流装置、合流装置所构成，所说的分流装置为一个密冲φ2～φ3mm分流小孔(16)的分流筒(2)，设置于筒体(1)的内部，开孔率为15～20％；筒体(1)与分流筒(2)之间的空隙为分流流道(3)，其宽度为2～20mm，分流流道(3)中设有短条(4)，在分流筒(2)的内侧填衬不锈钢丝网(24)；分流筒2的下端固定在筒体(1)的内壁上，上端可自由膨胀；所说的合流装置由同心的合流筒内层(6)和合流筒外层(7)所组成，合流简内层(6)上钻φ3～φ5mm内层小孔(17)，孔间距为30～100mm；合流筒外层(7)上密钻φ2～φmm外层小孔(18)，开孔率为15～20％，合流筒内层(6)的中间即为合流流道(5)，合流筒外层(7)的外侧填衬不锈钢丝网(24)，合流筒内层(6)和合流简外层(7)之间焊衬短条(4)，以保持两层之间2～5mm的宽度，合流装置的上端密封，下端与气体出口(22)相连接，其特征在于：在分流装置和合流装置之间的催化剂床层中设有一组螺旋水冷管(9)，螺旋水冷管(9)的下部与分水管(19)连接，分水管(19)与入水口(21)连接，螺旋水冷管(9)的上部与水蒸汽集汽箱(10)连接，再通过水蒸汽总管(11)与水蒸汽出口管(13)相连接。

2.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，所说的螺旋水冷管(9)的中心线与水平线之间的夹角为30°～80°。

3.如权利要求1,2所述的反应器，其特征在于，螺旋水冷管(9)采用φ18～φ40mm的不锈钢管，数量为数十至数千根，比冷面为15～200m²/m³催化剂。

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