CN2581059Y - 一种气固相反应器的径向冷管束 - Google Patents

Abstract

一种气固相反应器的径向冷管束，它由中心分气筒(3)、下降管(1)、上升管(2)、内冷管(6)、外冷管(7)、内环管(8)、外环管(9)、连接短管(5)、(10)、外筒(12)、内筒(13)、支承环型孔板(15)、中心管(16)等构成。它克服了传统单管双环并流式冷管束流程长，流阻大与现代大口径反应器催化床结构不相适应的缺点。在反应器内反应的热气和冷气可有两种流动方式可供选择：一是由中心向周边流动，二是由周边向心流动；根据结构设计的需要而选择，这种方便的选择并不需要改变零部件的结构和形状，使适应性更为广泛。

Description

一种气固相反应器的径向冷管束

本实用新型涉及一种气固相反应器的径向冷管束，用于合成氨和合成甲醇厂气固反应器的生产中，属化工。

在氨或甲醇的合成反应器催化剂床层中，合成反应气体是放热反应，催化剂都有一定的最佳反应温度范围，例如氨合成温度为360℃∽490℃；甲醇为220℃∽280℃，在合成反应过程中，如果反应气体和催化剂床层的温度高出最佳温度，催化剂容易衰老失活，如果低于最佳反应温度，则催化剂的活性不够，若是反应气和催化剂床层温度低得太多，催化剂将失去活性。因此对反应气及催化剂床层的温度必须加以控制，使之在最佳的反应温度范围内。其控制方法是当反应气和催化床层温度较高时，就必须用未反应冷气与催化剂床层的反应热气进行间接换热，通常的方式就是冷热气体间接并流换热方式，较为典型的催化剂床层间接并流换热装置为单管双环并流式冷管束。其具体结构如图1所示，A1为下降管、A2为上升管、A3为上环管、A4为冷管、A5为催化剂、A6为下环管。反应的热气在催化床层中由上而下流动，一边流动一边进行放热反应。冷气由下降管A1进入上集气环管A3，由上而下均匀流入各冷管A4，与管外的由上而下的热气进行换热，热气的温度逐渐下降，冷气的温度逐渐上升，然后冷气汇集于下集气环管A6，并由连接下集气环管A6的2∽4根的上升管A2引出，这种并流间壁换热器的温度分布如图2所示。由图1和图2可知，这种单管双环并流式冷管束只适用于反应热气体轴向流动的催化反应器。

现在的发展趋势是反应器大型化，反应器其直径大到1.4∽3.5米，为减少气体流动阻力，防止冷管断裂，降低能耗，反应气体在反应器内的流向由传统的轴向转而向径向发展。很显然传统的单管双环并流式冷管束，因冷热气体的流向是相互垂直的，冷热气流进出口温度分布紊乱，不能形成明显的冷端和热端，不符合反应的工艺要求。

鉴于上述，本实用新型的目的就在于提供一种气固相反应器的径向冷管束，即冷热气体的流动为并向，反应的热气体是由反应器的筒体中心向筒体周边流动，或者反应的热气体由周边向中心流动，冷管束也设计成径向结构。克服了传统单管双环冷管束在径向反应器中存在的冷热气体流向紊乱、流阻大、易断裂、换热效率低的缺点。使冷热气体在径向反应器中相互并向流动，保持明显的热端和冷端，提高其换热效率，使其适应反应工艺要求。

本实用新型通过以下技术手段来实现，其反应器为一个筒体，由两部份组成，一是筒体、二是筒体内的构件，筒体是一个夹套圆筒，外筒为密封无孔的壳板，内筒为钻有许多小孔通气的网板，两筒间形成一个集气环道。筒体内的构件包括有：筒体的中心有两根管子相套的分气筒即中心分气筒，内管为无孔的直管，外管为钻有许多通气小孔网管，未反应的气体进入两管间的环隙，通过外管的小孔，均匀地进入到包围分气筒周围的催化剂(即触媒)中，在筒体的内筒和分气筒间安装冷管束，冷管束由内、外环管，冷管以及与之相接的上升管和下降管构成，内环管的外侧周向与数十根内冷管相接，其上端面与下降管相接，外环管的内侧周向与数十根外冷管相接，其上端面与数根上升管贯接，冷管束放置在环型孔板上，环型孔板放置在内筒支承筋上。催化剂充满反应器筒体并包围冷管束，通过上述技术手段来实现本实用新型的目的。以下结合附图和实施例，详述本实用新型的工作原理和结构特征。

附图说明

图1、为单管双环并流式冷管束

图2、为传统冷管束温度分布图

图3、径向冷管束温度分布图

图4、径向冷管束轴向剖视图

图5、连接短管

图6、内、外冷管

图7、内环管

图8、外环管

参见图1∽2，传统的单管双环冷管束，由于冷热气流方向都是轴向的，与现在的大直径的径向催化床不相适应，因为冷热气体的流向相互垂直，温度分布混乱，没有明显的冷端和热端，而且众多的冷管两端分别焊在两个环管上，因两端固定，受温升高的影响而膨胀，容易弯曲或断裂。同时气体流程长，流阻大，换热效率低，无法满足反应工艺要求。

图3为径向管束的温度分布图，热端温差大，冷端的温差小，冷热气体顺向流动。

图4为本实用型的轴向剖视图，它由筒体和筒体内的构件两大部份组成，即由下降管(1)、上升管(2)、中心分气筒(3)、集气筒(4)、上连接短管(5)、内冷管(6)、外冷管(7)、内环管(8)、外环管(9)、下连接短管(10)、催化剂(11)、外筒(12)、内筒(13)、换热翅片(14)、支承环型孔板(15)、中心管(16)组成。

下降管(1)为一直管，其下端与内环管(8)上端面内侧相接，下降管(1)的数量视情况而定，可为2∽4根，未反应的冷气通过此进入内环管(8)。上升管(2)也是一根直管，其下端与外环管(9)上端面贯接，未反应的冷气通过冷管束与反应的热气进行换热后，加热后的冷气由此管引出，上升管的数量一般为2∽4根。

中心分气筒(3)位于反应器的中心为两根相套的筒形圆管，两管间留有环隙，中心分气筒(3)，在其周围加工有许多通气小孔的网板，在网板的内侧中心有一根圆筒形中心管(16)，气体从中心管(16)并流式冷管束，因冷热气体的流向是相互垂直的，冷热气流进出口温度分布紊乱，不能形成明显的冷端和热端，不符合反应的工艺要求。

鉴于上述，本实用新型的目的就在于提供一种气固相反应器的径向冷管束，即冷热气体的流动为并向，反应的热气体是由反应器的筒体中心向筒体周边流动，或者反应的热气体由周边向中心流动，冷管束也设计成径向结构。克服了传统单管双环冷管束在径向反应器中存在的冷热气体流向紊乱、流阻大、易断裂、换热效率低的缺点。使冷热气体在径向反应器中相互并向流动，保持明显的热端和冷端，提高其换热效率，使其适应反应工艺要求。

本实用新型通过以下技术手段来实现，其反应器为一个筒体，由两部份组成，一是筒体、二是筒体内的构件，筒体是一个夹套圆筒，外筒为密封无孔的壳板，内筒为钻有许多小孔通气的网板，两筒间形成一个集气环道。筒体内的构件包括有：筒体的中心有两根管子相套的分气筒即中心分气筒，内管为无孔的直管，外管为钻有许多通气小孔网管，未反应的气体进入两管间的环隙，通过外管的小孔，均匀地进入到包围分气筒周围的催化剂(即触媒)中，在筒体的内筒和分气筒间安装冷管束，冷管束由内、外环管，冷管以及与之相接的上升管和下降管构成，内环管的外侧周向与数十根内冷管相接，其上端面与下降管相接，外环管的内侧周向与数十根外冷管相接，其上端面与数根上升管贯接，冷管束放置在环型孔板上，环型孔板放置在内筒支承筋上。催化剂充满反应器筒体并包围冷管束，通过上述技术手段来实现本实用新型的目的。以下结合附图和实施例，详述本实用新型的工作原理和结构特征。

附图说明

图1、为单管双环并流式冷管束筒形的周向钻有许多小孔，供气体进出，外筒(12)与内筒(13)连成一体，两筒之间留有间隙，形成一环筒形集气筒(4)，反应后的热气或未反应的冷气，由集气筒(4)的上端或下端引出。

环型孔板(15)为圆环形孔板，它放置在内筒(13)的支承筋条上。

工作过程：

A、反应后的热气体由中心径向向周边流动

上一反应段的热气由中心内管(16)进入，从顶部折回经中心分气筒(3)，通过其上的许多小孔径向流往周边，边反应边散热，通过冷管束进行热交换，热气由集气筒(4)的下端或上端流出，反应后的热气体温度下降，而未反应的冷气，由下降管(1)的上端进入，在底部流出进入内环管(8)，从内环管(8)出来的冷气分成上下两路，流至内冷管(6)折转流向外冷管(7)，在外冷管(7)的中部汇集流向外环管(9)，通过外环管(9)与连接的上升管(2)加热后的冷气由下往上流动，从上升管(2)的上端引出，从而完成一个工作过程。

B、由周边流向中心的工作情况

由上一反应段的热气进入集气筒(4)，通过内筒(13)的网孔进入反应床，因反应器内的空间都装满触媒即催化剂(11)，因此热气与触媒(11)进行反应并放热，热气与冷管束热交换后进入中心分气筒(3)，由中心分气筒(3)的上端引出。未反应的冷气，由原来的上升管(2)的上端进入并往下流动入外环管(9)，冷气在外环管(9)分成两路流入外冷管(7)，折回流入内冷管(6)上下两路冷气汇集于内环管(8)，通过原来的下降管(1)由下往上流动并从下降管(1)的上端引出，完成一个工作循环。此时的上升管(2)与下降管(1)，内循环管(8)与外环管(9)，其功能作用都与原由中心往周边流动的情况作了互换。

Claims (3)

1、一种气固相反应器的径向冷管束，其特征是，它由下降管(1)、上升管(2)、中心分气筒(3)、集气筒(4)、上连接短管(5)、内冷管(6)、外冷管(7)、内环管(8)、外环管(9)、下连接短管(10)、触媒(11)、外筒(12)、内筒(13)、换热翅片(14)、支承环形孔板(15)、中心管(16)组成，中心分气筒(3)位于反应器的中心，是两根套装的圆筒管，中心管(16)为直管，中心分气筒(3)为周向钻有许多小孔的孔板，在中心分气筒(3)的径向依次套装有内环管(8)、以及由内冷管(6)、外冷管(7)、上下连接短管(5)、(10)所构成的冷管束，外环管(9)、内筒(13)、内环管(8)、整个反应器为外筒(12)所包容，整个冷管束支承在支承环型孔板(15)上，孔板(15)与内筒(13)相连接，下降管(1)与内环管(8)相连接，上升管(2)与外环管(9)相接，数十组由内冷管(6)、外冷管(7)以及上下连接短(5)、(10)所构成的冷管束在其内外侧分别与内环管(8)和外环管(9)相连接。

2、根据权利要求1所述的一种气固相反应器的径向冷管束，其特征是，内冷管(6)、外冷管(7)为椭圆扁管，其长短径之比为3∶1，冷管上下部一侧各加工一个弧槽形接口，供与连接短管(5)与(10)连接，在冷管与连接短管接口的另一侧的中部加工一个弧形接口以便分别与内、外环管(8)、(9)连接，每组内外冷管各一根，上、下连接短管各一根组成一冷管组，数十个冷管组分别与内环管(8)与外环管(9)组成冷管束，安装在两环管之间，在冷管的外表面上焊有若干片长100～200mm。宽20～40mm的换热翅片。

3、根据权利要求1所述的一种气固相反应器的径向冷管束，其特征是，内环管(8)为圆形环管，在其外圆周上加工数十道弧槽形接口，供与内冷管(6)连接，外周上还设置数个定位企口，内环管(8)上端面有两个供与下降管(1)相连的接口，外环管(9)也是一个环管，在内环的一侧加工有数十道弧形接口供与外冷管(7)连接，在内环也设置数个定位企口，外环管(9)的上端面设置2～4个接口供与上升管(2)连接。

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