CN2683241Y - 用于催化反应的固定床反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于催化反应的固定床反应器，主要解决以往固定床(轴)径向反应器由于存在催化剂床层死区使催化剂利用率低及影响催化剂的选择性或由于存在径向和轴向沉降造成反应气体短路，反应转化率降低及轴向段局部流化的问题。本实用新型通过采用反应器包括壳体、进料管、出料管、内分布筒和外分布筒，催化剂床层分为轴向段和径向段，径向段床层位于轴向段床层的下方，在内分布筒和外分布筒之间、轴向段的催化剂上面设置一可随催化剂轴向沉降而自由下移的带开孔环形压板的技术方案，较好地解决了该问题。本实用新型的反应器具有催化剂利用率高、反应气体不会形成短路、不会产生轴向段催化剂局部流化的优点，可用于工业生产。

Description

用于催化反应的固定床反应器

                                技术领域

本实用新型涉及一种用于催化反应的固定床反应器，特别是关于一种催化反应的拟轴径向固定床反应器。

                                背景技术

工业上进行可逆放热或吸热催化反应，如合成氨、合成甲醇和乙苯脱氢制苯乙烯等，为使反应过程能在最佳温度条件下进行，必须在反应时不断地移去反应热或补充热量，以便获得最高的转化率。为达到上述要求，人们设计了许多型式的反应器，以满足上述条件。

具体可归纳如下：

(1)连续换热式反应器，即边反应边以冷却管换热，如中小型合成氨厂中的反应器，其内件采用轴向冷管型催化剂筐，但这类反应器存在严重的冷壁效应，催化剂还原不彻底，床层阻力过大等缺点，因此将逐渐被淘汰。

(2)多段段间间接换热式反应器，即催化剂层中为绝热反应，而段间设置换热器，如蒙特卡蒂尼段间副产蒸汽式换热器、托鲁索S-200段间间接换热式反应器。这类反应器由于内件结构复杂，不适合在中小型反应器中使用。

(3)多段轴向冷激式反应器，即催化剂层中为绝热反应，段间进行激冷，如凯洛格多段冷激式反应器、美国专利US3475136、中国专利87100963中所公开的反应器。这类反应器的内件(主要是催化剂筐)虽有结构比较简单、安装方便、催化剂还原好等优点，但由于反应物流系轴向流动，整个反应器压降较大，因此不能采用高活性的小颗粒催化剂，从而限制了生产能力的发挥。

(4)径向流动式反应器，即合成气在催化剂床层中为径向流动，如欧洲专利EP007743、美国专利US3918913、US4181701、US4372920和US4405562中所公开的径向流动式反应器。这类反应器具有阻力小、允许采用小颗粒催化剂、反应转化率高等优点，但其内件组装、催化剂的装填均需人进入反应器内进行。由于流体流动存在死区，催化剂利用率不高。

为解决上述轴向型和径向型两种反应器存在的不足，尽可能发挥两种反应器各自的优点，文献CN86200368U公开了一种轴径向冷管型氨合成塔催化剂筐，它是将催化剂床层分为轴向段和径向段，其中轴向段位于径向段的上面。这种反应器由于上部有一个轴向段既保留了径向反应器生产能力大、净值高的优点，又提高了催化剂的利用率。但在实际的工业生产中，随着反应的不断进行，催化剂床层会发生轴向和径向沉降。因此随着反应时间的推移，原有轴向段催化剂的优势会逐渐消失，而由于径向和轴向沉降造成反应气短路现象的加剧，导致反应转化率下降；同时，由于轴向段催化剂床层随着轴向沉降而变薄，反应气体流经轴向段催化剂床层的阻力减少，甚至小于反应气体流经径向段催化剂床层的阻力(阻力包括反应气体流经内、外筒的阻力)。此时，流经轴向段催化剂床层的反应气体量增大，流经径向段催化剂床层的反应气体量减少。其结果一是轴向反应气短路进一步加剧，导致反应转化率下降，径向反应气体在径向段催化剂床层中停留时间增加，降低了催化剂的选择性；二是由于流经轴向段催化剂床层反应气体量增大，轴向段催化剂床层因沉降而变薄，可能造成轴向段催化剂的局部流化现象，加速催化剂的失活及粉碎，同时反应气体会夹带流化的催化剂到下流设备，造成下流设备的堵塞而产生事故或装置操作的不正常。文献CN01238666.9公开了一种用于催化反应的拟轴径向反应器，它是将催化剂床层分为轴向段和径向段，其中轴向段位于径向段的上面。该实用新型除了保留文献CN86200368U公开的轴径向反应器的优点之外，由于其在轴向段和径向段的交界处设置了一凸缘及在轴向段顶部设置了一固定的带一定开孔率的盖板，可以解决因催化剂径向沉降而造成反应气短路，以及控制流经轴向段反应气体量的增加(因气体通过孔道的阻力是与流速的平方成正比)。但该实用新型不能解决轴向段催化剂床层因沉降、变薄而可能产生的催化剂局部流化现象。

                              发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是以往文献中介绍的上述轴径向反应器中存在轴向段反应气短路而使反应转化率降低以及上述拟轴径向反应器存在轴向段催化剂局部流化的问题，提供一种新的用于催化反应的固定床催化反应器。该反应器具有催化剂利用率高，不会形成反应气短路、轴向段催化剂不会存在局部流化的优点。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：一种用于催化反应的固定床反应器，包括筒体、进料管、出料管、内分布筒和外分布筒，内分布筒和外分布筒形成一个催化剂筐，内分布筒和外分布筒在催化剂筐相应部分开有小孔，催化剂筐分为径向段和轴向段两部分，轴向段在催化剂筐上段，径向段在催化剂筐下段，在内分布筒和外分布筒之间、轴向段的催化剂上面设置一可随催化剂轴向沉降而自由下移的环形压板，环形压板在靠近内分布筒的区域不开孔，靠近外分布筒的区域开孔，不开孔区域与内分布筒圆周面的直线间宽度为5毫米～催化剂床层厚度的50％，内分布筒的轴向段部分不开小孔或外分布筒的轴向段部分不开小孔。

上述技术方案中，环形压板的开孔区形状优选方案为格栅、多孔板或约翰逊网，开孔率为1～99％；压板不开孔区域的型状优选方案为园环型；环形压板的开孔孔径大小以催化剂不能通过为宜，环形压板可以根据操作及设计的需要分成数块，环形压板的块与块之间及环形压板与内外筒之间有填料密封；环形压板也可由瓷球组成；轴向段高度优选方案为40～1800毫米。

这种改进后的轴径向反应器，集中了轴向型反应器和径向型反应器的优点，克服了它们的缺点。由于催化剂筐分为径向段和轴向段两部分，使得轴向段的催化剂能得到充分的利用，同时由于环形压板的存在，随着反应装置的不断运转，即使发生催化剂床层径向和轴向自然沉降或由于催化剂磨损造成的沉降，也不会造成以往反应气体短路，从而避免了反应转化率的降低、选择性下降及轴向段催化剂局部流化的问题，取得了较好的技术效果。

                            附图说明

附图1A和附图1B为本实用新型反应器的结构示意图。

附图2为本实用新型反应器轴向段顶部环形压板的结构示意图。

附图1A和附图1B中1为轴径向反应器，2为径向段，3为轴向段，4为反应气进料口，5为外分布筒，6为为反应物出料口，7为内分布筒，8为环形压板，9为倒锥形的气体分布器。

在附图1A和附图1B中安装倒锥形的气体分布器9(也可称为中心导流筒)，是为了获得更好的气体分布效果。

下面通过实施例对本实用新型作进一步的阐述。

                          具体实施方式

【实施例1】

乙苯/蒸汽混合物的催化脱氢在附图1的反应器中进行，使用的催化剂采用铁-钾-铈-钼体系。反应器内分布筒直径为1150毫米，床层径向厚度为600毫米，静态总高度为5500毫米，轴向段高度为1400毫米。反应器轴向段3顶部的环形压板8不开孔部分形状为圆环形，圆环宽度为100毫米。压板8开孔部分型状为多孔板，开孔型状为条形孔，人字形排列，条形孔宽度为2毫米，长度为5毫米，开孔率(总开孔面积与环形压板开孔区域面积之比)为39％，环形压板分成等面积的8块。反应物料进第一反应器的温度为620℃，压力为58KPa，流量为32257.2千克/小时，反应结果见表1。

【实施例2】

反应器几何尺寸同实施例1，催化剂与反应工艺条件同实施例1。经反应一段时间后，催化剂床层径向沉降为40毫米，轴向沉降400毫米。反应结果见表1。

【比较例1】

反应器几何尺寸同实施例1，催化剂与反应工艺条件同实施例1，只是图1中反应器轴向段3顶部无环形压板。经反应一段时间后，催化剂床层径向沉降为20毫米，轴向沉降200毫米。反应结果见表1。

【比较例2】

只是催化剂床层径向沉降40毫米，轴向沉降400毫米，其它条件同比较例1，反应结果见表1。

【比较例3】

只是催化剂床层径向沉降60毫米，轴向沉降600毫米，其它条件同比较例1，反应结果见表1。

从表1可以看出，以往的轴径向反应器，由于径向沉降，致使反应气体短路现象严重造成乙苯转化率下降，从而会影响苯乙烯的单程收率。

                                                        表1

组分	反应器进料		实施例1		实施例1		比较例1		比较例2		比较例3
													流量千克/小时	组成％重量	流量千克/小时	组成％重量	流量千克/小时	组成％重量	流量千克/小时	组成％重量	流量千克/小时	组成％重量	流量千克/小时	组成％重量
	乙苯	13138	40.73	7854.1	24.34	7854.1	24.34	7924.6	24.56	8040.1	24.92	8226.5													25.50
苯乙烯													98.7	0.31	5157.4	15.98	5157.4	15.98	5089.9	15.77	4979.3	15.43	4800.9	14.88
	温度，℃	620		540.9		540.9		542.0		543.8		546.6
压力，kPaA														58		52		52		52		52		52
	径向沉降，毫米			0		40		20		40		60
轴向沉降，毫米														0		400		200		400		600
			乙苯转化率			40.22％		40.22％		39.68％		38.8％												37.38％
苯乙烯摩尔选择性														97％		97％		96.8％		96.5％		96.0％

Claims (8)

1、一种用于催化反应的固定床反应器，包括筒体、进料管、出料管、内分布筒和外分布筒，内分布筒和外分布筒形成一个催化剂筐，内分布筒和外分布筒在催化剂筐相应部分开有小孔，催化剂筐分为径向段和轴向段两部分，轴向段在催化剂筐上段，径向段在催化剂筐下段，其特征在于在内分布筒和外分布筒之间、轴向段的催化剂上面设置一可随催化剂轴向沉降而自由下移的环形压板，环形压板在靠近内分布筒的区域不开孔，靠近外分布筒的区域开孔，不开孔区域与内分布筒圆周面的直线间宽度为5毫米～催化剂床层厚度的50％，内分布筒的轴向段部分不开小孔或外分布筒的轴向段部分不开小孔。

2、根据权利要求1所述用于催化反应的固定床反应器，其特征在于环形压板的开孔区形状为格栅、多孔板或约翰逊网。

3、根据权利要求1所述用于催化反应的固定床反应器，其特征在于环形压板不开孔区域的型状为园环型。

4、根据权利要求1所述用于催化反应的固定床反应器，其特征在于环形压板的开孔率为1～99％。

5、根据权利要求1所述用于催化反应的固定床反应器，其特征在于环形压板的开孔孔径大小以催化剂不能通过为宜，环形压板根据操作及设计的需要分成数块。

6、根据权利要求5所述用于催化反应的固定床反应器，其特征在于环形压板根据操作及设计的需要分成数块，环形压板的块与块之间及环形压板与内外筒之间有填料密封。

7、根据权利要求1所述用于催化反应的固定床反应器，其特征在于环形压板由瓷球组成。

8、根据权利要求1所述用于催化反应的固定床反应器，其特征在于轴向段高度为40～1800毫米。