CN2576323Y - 内冷－管壳复合型固定床组合式催化反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型设计了一种内冷－管壳复合型固定床组合式催化反应器。该反应器包括内冷段和管壳段。内冷段包括密封的内冷段筒体、内冷管、原料气进口、原料气出口、反应气进口、产品气出口。管壳段包括密封的管壳段筒体、列管、进水口、蒸汽出口、管壳段原料气进口、管壳段反应气出口。内冷段的原料气出口通过管线与管壳段原料气进口相连通；内冷段的反应气进口通过管线与管壳段反应气出口相连通。本实用新型的优点是十分明显的：①组合后可适应单系列、大型化的装置；②有效利用反应热；③温度序列合理；④催化剂时空收率提高；⑤催化剂使用寿命长。可用于氨合成、甲醇合成、一氧化碳变换、环氧乙烷合成、有机物加氢与其他可逆放热反应过程。

Description

内冷—管壳复合型固定床组合式催化反应器

技术领域

本实用新型属于化工反应器技术领域，具体涉及一种气固相固定床催化反应器。

背景技术

固定床反应器是化学工业中常见的设备，在氨合成，甲醇合成，一氧化碳变换，环氧乙烷合成，有机化合物加氢和其他可逆放热催化反应中得到广泛应用。为此，工业使用的固定床反应器种类繁多，按换热的形式可分为三类：冷激式、外冷式与内冷式。

冷激式反应器，如英国ICI多段冷激式反应器，反应过程与冷激过程分开，反应为绝热反应，移热采用冷气体激冷。该类反应器生产能力大，结构简单，制造容易，但反应温度不够理想，操作控制难度大，气体返混严重，转化率低，能量利用不合理。

外冷式反应器，如德国Lurgi管壳式反应器(专利DE2123950)，日本超转化反应器(专利J63123433)，均为管壳外冷型反应器，该类反应器床层温度平稳，操作方便，回收能量合理，但也存在显著缺点，单塔生产能力低，反应器催化床存在严重壁效应，影响催化剂时空收率，且催化剂易中毒，影响使用寿命。

内冷式反应器，如国内中小型化工企业氨合成、甲醇过程常用的单管逆流，双套管并流，三套管并流，单管并流反应器。该类反应器用未反应的冷原料气冷却反应催化床层。其优点是可利用反应热对原料气进行预热。缺点是反应温度不甚理想，不能利用反应热副产蒸汽，且单系列大型化有困难。

发明内容

本实用新型需要解决的技术问题是设计一种内冷—管壳复合型固定床组合式催化反应器，以适应单系列大型化的发展需求，克服上述几类反应器的缺点。

本实用新型构思如下：本实用新型组合式反应器由前后两段组合而成。前段为内冷式，后段为管壳式，原料气先通过前段内冷式反应器的冷管，移走反应热，而原料气升温。预热后的原料气出内冷式反应器，进入后段管壳式反应器的列管内催化床，在接近等温下反应，由于此时与反应的化学平衡相差甚远，所以反应剧烈，反应放出热量迅速传给壳程的冷却水，使之副产蒸汽。反应后的气体出管壳式反应器，又返回前段内冷式反应器的催化床管间，继续进行反应，由于进入反应后期，此时反应温度低于管壳段催化床的反应温度，对反应的化学平衡有利，整个反应床层的温度序列合理，可提高最终转化率，提高催化剂生产强度。

本实用新型的反应器包括内冷段和管壳段。

所说的内冷段包括密封的内冷段筒体、内冷管、原料气进口、原料气出口、反应气进口、产品气出口。内冷管固定在密封的筒体内，内冷管之间的空腔为催化剂床，原料气进口和原料气出口设置在密封的筒体上，与内冷管相连通，反应气进口和产品气出口设置在密封的筒体上，与催化剂床相连通。

所说的管壳段包括密封的管壳段筒体、列管、进水口、蒸汽出口、管壳段原料气进口、管壳段反应气出口。列管固定在管板上，列管中填充催化剂，为管壳段催化剂床层，管壳段原料气进口和管壳段反应气出口设置在管壳段筒体上，与管壳段催化剂床层相连通，进水口和蒸汽出口设置在管壳段筒体上，与管壳段筒体中的空腔相连通。

内冷段的原料气出口通过管线与管壳段原料气进口相连通；内冷段的反应气进口通过管线与管壳段反应气出口相连通。

原料气首先从内冷段的原料气进口进入反应器，与催化剂床中的反应气进行热交换，移走反应热，温度升高；然后进入管壳段的催化剂床层进行反应，反应放出的热量由壳程的水移走，壳程的水吸收热量后成为蒸汽；反应后的反应气进入内冷段的催化剂床，继续反应，被原料气移走反应热后，由原料气出口流出反应器。

本实用新型是一种十分有前途的固定床催化反应器。本实用新型综合了现有技术外冷与内冷反应器的优点，设计了一种内冷-管壳复合型固定床组合式催化反应器，达到单系列生产能力大、合理利用能量、副产蒸汽、床层温度合理、催化剂使用寿命长的目的。本实用新型的优点是十分明显的：①组合后可适应单系列、大型化的装置，如对于年产60万吨以上的甲醇合成、环氧乙烷反应器，单个反应器不能实现，本实用新型可以实现。②有效利用反应热，副产0.1～0.4Mpa的水蒸汽。③温度序列合理，反应气在进入催化床层前在在内冷段利用反应热升温，反应主要在管壳段较高的温度(接近等温)下进行，然后在在内冷段催化床较低温度下进行。④催化剂时空收率提高。⑤催化剂使用寿命延长。

本实用新型可用于氨合成、甲醇合成、一氧化碳变换、环氧乙烷合成、有机物加氢与其他可逆放热反应过程。

附图说明

图1为逆流内冷-管壳复合型固定床组合式催化反应器示意图。

图2为并流内冷-管壳式复合型固定床组合式催化反应器示意图。

图3为本实用新型的另一个实施例。

图4为组合成一体的内冷-管壳复合型固定床组合式催化反应器总结构图。

具体实施方式

参见图1，本实用新型的反应器包括内冷段和管壳段。

所说的内冷段包括密封的内冷段筒体4、上封头7、下封头3、内冷管6、原料气进口1、原料气出口8、反应气进口10、产品气出口2。内冷管6固定在密封的筒体4内，内冷管6之间的空腔为催化剂床5，原料气出口8和原料气进口1设置在密封的筒体4上，与内冷管6相连通，反应气进口10和产品气出口2设置在密封的筒体4上，与催化剂床5相连通。

所说的管壳段包括密封的管壳段筒体15、列管16、进水口18、蒸汽出口14、管壳段原料气进口11、管壳段反应气出口21。列管16固定在上管板13和下管板20上，列管16中填充催化剂，为管壳段催化剂床层17，管壳段原料气进口11和管壳段反应气出口21设置在管壳段筒体15上，与管壳段催化剂床层17相连通，进水口18和蒸汽出口14设置在管壳段筒体15上，与管壳段筒体15中的空腔相连通。

内冷段的原料气出口8通过管线9与管壳段原料气进口11相连通；内冷段的反应气进口10通过管线22与管壳段反应气出口21相连通。

由图1同时可见，原料气进口1和产品气出口2设置在内冷段筒体4的底部，而原料气出口8和反应气进口10设置在内冷段筒体4的顶部，原料气与反应气逆流热交换，因此称为逆流内冷-管壳复合型固定床组合式催化反应器。

参见图2，其基本结构与图1相同，但其原料气进口1设置在内冷段筒体4的顶部，而原料气出口8设置在内冷段筒体4的底部，原料气与反应气并流热交换，因此称为并流内冷-管壳复合型固定床组合式催化反应器。

参见图3，为进一步提高管壳层反应器进管内的速度，在管壳段的上管板13的上面置放一层绝热反应层催化剂。

参见图4，可将内冷段和管壳段相互叠加，构成组合成一体的内冷-管壳复合型固定床组合式催化反应器。

Claims (6)

1.一种内冷一管壳复合型固定床组合式催化反应器，其特征在于包括内冷段和管壳段；

所说的内冷段包括密封的内冷段筒体(4)、内冷管(6)、原料气进口(1)、原料气出口(8)、反应气进口(10)、产品气出口(2)，内冷管(6)固定在筒体(4)内，内冷管(6)之间的空腔为催化剂床(5)，原料气出口(8)和原料气进口(1)设置在密封的筒体(4)上，与内冷管(6)相连通，反应气进口(10)和产品气出口(2)设置在密封的筒体(4)上，与催化剂床(5)相连通；

所说的管壳段包括密封的管壳段筒体(15)、列管(16)、进水口(18)、蒸汽出口(14)、管壳段原料气进口(11)、管壳段反应气出口(21)，列管(16)固定在上管板(13)和下管板(20)上，列管(16)中填充催化剂，为管壳段催化剂床层(17)，管壳段原料气进口(11)和管壳段反应气出口(21)设置在管壳段筒体(15)上，与管壳段催化剂床层(17)相连通，进水口(18)和蒸汽出口(14)设置在管壳段筒体(15)上，与管壳段筒体(15)中的空腔相连通；

内冷段的原料气出口(8)通过管线(9)与管壳段原料气进口(11)相连通；内冷段的反应气进口(10)通过管线(22)与管壳段反应气出口(21)相连通。

2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，原料气进口(1)和产品气出口(2)设置在内冷段筒体(4)的底部，原料气出口(8)和反应气进口(10)设置在内冷段筒体(4)的顶部。

3.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于原料气进口(1)设置在内冷段筒体(4)的顶部，原料气出口(8)设置在内冷段筒体(4)的底部。

4.根据权利要求1、2或3所述的反应器，其特征在于在管壳段的上管板(13)的上面置放一层催化剂。

5.根据权利要求1、2或3所述的反应器，其特征在于内冷段和管壳段相互叠加，构成组合成一体的内冷-管壳复合型固定床组合式催化反应器。

6.根据权利要求4所述的反应器，其特征在于内冷段和管壳段相互叠加，构成组合成一体的内冷-管壳复合型固定床组合式催化反应器。

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