RU148799U1 - HEAT EXCHANGE REACTOR - Google Patents

HEAT EXCHANGE REACTOR Download PDF

Info

Publication number
RU148799U1
RU148799U1 RU2014103299/05U RU2014103299U RU148799U1 RU 148799 U1 RU148799 U1 RU 148799U1 RU 2014103299/05 U RU2014103299/05 U RU 2014103299/05U RU 2014103299 U RU2014103299 U RU 2014103299U RU 148799 U1 RU148799 U1 RU 148799U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fluid
tubes
heat transfer
fluid chamber
heat exchange
Prior art date
Application number
RU2014103299/05U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андерс Хельбо ХАНСЕН
Олав ХОЛЬМ-КРИСТЕНСЕН
ТОМСЕН Сорен ГИДЭ
Original Assignee
Хальдор Топсеэ А/С
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Хальдор Топсеэ А/С filed Critical Хальдор Топсеэ А/С
Application granted granted Critical
Publication of RU148799U1 publication Critical patent/RU148799U1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/008Details of the reactor or of the particulate material; Processes to increase or to retard the rate of reaction
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/0242Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid flow within the bed being predominantly vertical
    • B01J8/025Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid flow within the bed being predominantly vertical in a cylindrical shaped bed
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/0285Heating or cooling the reactor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/06Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes
    • B01J8/067Heating or cooling the reactor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F28D7/163Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation with conduit assemblies having a particular shape, e.g. square or annular; with assemblies of conduits having different geometrical features; with multiple groups of conduits connected in series or parallel and arranged inside common casing
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02Header boxes; End plates
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02Header boxes; End plates
    • F28F9/026Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits
    • F28F9/0282Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits by varying the geometry of conduit ends, e.g. by using inserts or attachments for modifying the pattern of flow at the conduit inlet or outlet
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02Header boxes; End plates
    • F28F9/04Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates
    • F28F9/06Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by dismountable joints
    • F28F9/10Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by dismountable joints by screw-type connections, e.g. gland
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/22Arrangements for directing heat-exchange media into successive compartments, e.g. arrangements of guide plates
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008Controlling the process
    • B01J2208/00017Controlling the temperature
    • B01J2208/00106Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00115Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements inside the bed of solid particles
    • B01J2208/00132Tubes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008Controlling the process
    • B01J2208/00017Controlling the temperature
    • B01J2208/00106Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00168Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements outside the bed of solid particles
    • B01J2208/00212Plates; Jackets; Cylinders
    • B01J2208/00221Plates; Jackets; Cylinders comprising baffles for guiding the flow of the heat exchange medium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008Controlling the process
    • B01J2208/00017Controlling the temperature
    • B01J2208/00477Controlling the temperature by thermal insulation means
    • B01J2208/00495Controlling the temperature by thermal insulation means using insulating materials or refractories
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00796Details of the reactor or of the particulate material
    • B01J2208/00884Means for supporting the bed of particles, e.g. grids, bars, perforated plates
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/06Details of tube reactors containing solid particles
    • B01J2208/065Heating or cooling the reactor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0022Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for chemical reactors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2225/00Reinforcing means
    • F28F2225/08Reinforcing means for header boxes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2265/00Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/26Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for allowing differential expansion between elements

Abstract

1. Теплообменный реактор (100) для проведения эндотермических или экзотермических реакций, включающий в себя:- корпус (101),- при этом указанный корпус определяет стенку реактора (102),- множество теплообменных трубок (103), размещённых внутри вышеуказанного корпуса для подачи тепла в слои катализатора (104), расположенные внутри или снаружи вышеуказанных теплообменных трубок или для отвода тепла из вышеуказанных слоев,- первую трубную головку (105), расположенную в верхней части корпуса для поддержки верхней части теплообменных трубок,- вторую трубную головку (106), расположенную в нижней части корпуса для поддержки нижней части теплообменных трубок,- по крайней мере первую камеру для текучей среды (107), вторую камеру для текучей среды (108) и третью камеру для текучей среды (109), расположенные внутри вышеуказанного корпуса, при этом вышеуказанная первая камера для текучей среды располагается в верхней части корпуса над первой трубной головкой, вторая камера для текучей среды располагается в средней секции корпуса между первой и второй трубными головками, и третья камера для текучей среды располагается в нижней части корпуса под второй трубной головкой,- по крайней мере четыре отверстия для текучей среды в вышеуказанном корпусе: по крайней мере одно отверстие для текучей среды (110) в первой камере для текучей среды, по крайней мере два отверстия для текучей среды (111, 112) во второй камере для текучей среды и по крайней мере одно отверстие для текучей среды (113) в третьей камере для текучей среды, первая и вторая трубные головки имеют каналы для каждой из теплообменных трубок, в которых нижняя часть каждой теплообменной трубки подде1. A heat exchange reactor (100) for carrying out endothermic or exothermic reactions, including: - a casing (101), - wherein said casing defines the wall of the reactor (102), - a plurality of heat transfer tubes (103), placed inside the aforementioned casing for supply heat to the catalyst layers (104) located inside or outside the above heat transfer tubes or to remove heat from the above layers, the first tube head (105) located in the upper part of the housing to support the upper part of the heat transfer tubes, the second pipe the first head (106) located in the lower part of the housing to support the lower part of the heat transfer tubes is at least a first fluid chamber (107), a second fluid chamber (108) and a third fluid chamber (109) located inside the aforementioned housing, wherein the aforementioned first fluid chamber is located in the upper part of the housing above the first tube head, the second fluid chamber is located in the middle section of the housing between the first and second tube heads, and the third fluid chamber p located in the lower part of the housing under the second pipe head, at least four fluid holes in the above housing: at least one fluid hole (110) in the first fluid chamber, at least two fluid holes ( 111, 112) in the second fluid chamber and at least one fluid hole (113) in the third fluid chamber, the first and second tube heads have channels for each of the heat transfer tubes, in which the lower part of each heat transfer tube is supported

Description

Настоящее техническое решение относится к теплообменному реактору для проведения эндотермических или экзотермических каталитических реакций. В частности, настоящее техническое решение относится к теплообменному реактору с улучшенным уплотнением для текучей среды пригодным для высокотемпературных реакций. Теплообменный реактор может составлять часть крупного оборудования, такого, как производственное оборудование.The present technical solution relates to a heat exchange reactor for carrying out endothermic or exothermic catalytic reactions. In particular, the present technical solution relates to a heat exchange reactor with improved fluid seal suitable for high temperature reactions. A heat exchange reactor may form part of large equipment, such as manufacturing equipment.

Каталитические реакторы для проведения эндотермических или экзотермических реакций хорошо известны в данной области техники, при этом конкретными примерами являются реакторы для эндотермического парового риформинга углеводородов и реакторы для экзотермических реакций синтеза метанола (без ограничения объема указанными реакциями). Реакции обычно проводятся в трубках, загруженных подходящим твердым катализатором, через который будет проходить поток технологического газа, содержащего реагенты, при повышенном давлении. Некоторое количество трубок располагается вертикально или горизонтально в реакторе. Трубки проходят параллельно вдоль главной оси каталитического реактора, тогда как теплообменная среда за пределами трубок нагревает или охлаждает их. Твердый катализатор внутри трубок образует слой катализатора, в котором происходят требуемые химические реакции. Катализатор может поставляться в виде твердых частиц или покрытой конструкции, например, в виде тонкого слоя, зафиксированного на внутренней стенке трубок в реакторах парового риформинга.Catalytic reactors for carrying out endothermic or exothermic reactions are well known in the art, with specific examples being reactors for endothermic steam reforming of hydrocarbons and reactors for exothermic reactions of methanol synthesis (without limiting the scope of these reactions). The reactions are usually carried out in tubes loaded with a suitable solid catalyst through which the process gas stream containing the reactants will pass at elevated pressure. A number of tubes are arranged vertically or horizontally in the reactor. The tubes run parallel along the main axis of the catalytic reactor, while the heat exchange medium outside the tubes heats or cools them. The solid catalyst inside the tubes forms a catalyst bed in which the required chemical reactions take place. The catalyst can be supplied in the form of solid particles or a coated structure, for example, in the form of a thin layer fixed on the inner wall of the tubes in steam reforming reactors.

В другой конфигурации реактора, включающей в себя некоторое количество трубок частицы твердого катализатора могут быть расположены за пределами указанных трубок, в дальнейшем именуемых также теплообменными трубками, в то время как теплообменная среда проходит внутри. Твердый катализатор за пределами теплообменных трубок образует слой катализатора, в котором происходят требуемые химические реакции.In another configuration of the reactor, including a number of tubes, particles of solid catalyst can be located outside the tubes, hereinafter also referred to as heat transfer tubes, while the heat transfer medium passes inside. A solid catalyst outside the heat exchange tubes forms a catalyst bed in which the required chemical reactions take place.

В данной области техники известны также дальнейшие типы теплообменных трубок и теплообменные реакторы. В дальнейшем техническое решение будет разъясняться со ссылкой на теплообменные реакторы и теплообменные трубки с катализаторами, расположенными внутри трубок, а также на случаи, в которых трубки и реактор расположены в основном вертикально. Однако объем полезной модели не ограничивается этими типами трубок и реакторов. Термины «каталитический реактор», «теплообменный реактор» и «реактор» используются взаимозаменяемо. Под «слоем катализатора» понимается объем твердого катализатора, образующий вышеуказанный слой и находящийся внутри теплообменных трубок. Термины «теплообменные трубки» и «трубки» используются взаимозаменяемо и охватывают трубки, которые находятся в контакте с катализатором, а также с теплообменной средой, предназначенные для проведения каталитических реакций.Further types of heat exchange tubes and heat exchange reactors are also known in the art. In the future, the technical solution will be explained with reference to heat exchange reactors and heat transfer tubes with catalysts located inside the tubes, as well as to cases in which the tubes and the reactor are located mainly vertically. However, the utility model is not limited to these types of tubes and reactors. The terms “catalytic reactor”, “heat exchange reactor” and “reactor” are used interchangeably. By “catalyst bed” is meant the volume of the solid catalyst forming the above layer and located inside the heat exchange tubes. The terms “heat transfer tubes” and “tubes” are used interchangeably and encompass tubes that are in contact with the catalyst, as well as with the heat transfer medium, for carrying out catalytic reactions.

Процесс и реактор, в которых катализатор находится в косвенном контакте с теплообменной средой, известны из EP 0271299. В данной ссылке описывается реактор и процесс, которые объединяют в себе паровой риформинг и автотермический риформинг. Зона парового риформинга, образованная в нижней части реактора, включает в себя ряд трубок с катализатором, расположенным внутри, тогда как в верхней части реактора катализатор автотермического риформинга расположен за пределами трубок парового риформинга. В документе EP-А-1106570 описывается процесс для парового риформинга в параллельно соединенных трубчатых реакторах риформинга, включающих в себя ряд трубок парового риформинга и нагреваемых косвенным теплообменом. Катализатор расположен в одном реакторе за пределами трубок парового риформинга и внутри трубок парового риформинга в другом реакторе.A process and a reactor in which the catalyst is in indirect contact with a heat exchange medium are known from EP 0271299. This reference describes a reactor and a process that combine steam reforming and autothermal reforming. The steam reforming zone formed at the bottom of the reactor includes a series of tubes with a catalyst located inside, while at the top of the reactor, an autothermal reforming catalyst is located outside of the steam reforming tubes. EP-A-1106570 describes a process for steam reforming in parallel-connected tubular reforming reactors, including a series of steam reforming tubes and heated by indirect heat transfer. The catalyst is located in one reactor outside the steam reforming tubes and inside the steam reforming tubes in another reactor.

В документе WO 0156690 описывается теплообменный реактор, включающий в себя наружную оболочку, оборудованную патрубками для входа и выхода технологического газа, некоторое количество трубок реактора, поддерживаемых у их верхних концов, коллекторное оборудование для подачи технологического газа от входного патрубка вышеуказанного коллектора к верхним концам трубок реактора, при этом вышеуказанное коллекторное оборудование включает в себя два или более первичных входных коллекторов, расположенных поперек верхней части вышеуказанной оболочки, каждый первичный входной коллектор имеет глубину, превышающую ее ширину, благодаря чему вышеуказанные трубки поддерживаются прямо или косвенно по отношению к оболочке вышеуказанными первичными входными коллекторами.WO 0156690 describes a heat exchange reactor including an outer shell equipped with nozzles for inlet and outlet of process gas, a number of reactor tubes supported at their upper ends, manifold equipment for supplying process gas from the inlet of the above manifold to the upper ends of the reactor tubes wherein the above collector equipment includes two or more primary input collectors located across the upper part of the above shell glasses, each primary input collector has a depth exceeding its width, so that the above tubes are supported directly or indirectly with respect to the shell by the above primary input collectors.

В документе EP 1048343 A описывается реактор типа теплообменника, который включает в себя некоторое количество трубок, содержащих катализатор, секцию оболочки, через которую пропускается теплообменная среда для осуществления теплопередачи с реакционной средой в вышеуказанных трубках, а также верхнюю и нижнюю трубные решетки; при этом верхние концы вышеуказанных трубок присоединены к вышеуказанной верхней трубной решетке посредством первых компенсационных швов, прикрепленных к верхней стороне вышеуказанной верхней трубной решетки, нижние концы вышеуказанных трубок прикреплены непосредственно к плавающей нижней трубной решетке; при этом образовано плавающее пространство, которое разделяется вышеуказанной нижней трубной решеткой и внутренней торцевой пластиной (внутренняя головка), присоединенной к ее нижней стороне, и имеет отверстие в нижней части; при этом вышеуказанное отверстие присоединяется посредством второго компенсационного шва к выходу за пределы реактора со стороны труб.EP 1048343 A describes a heat exchanger type reactor that includes a number of tubes containing a catalyst, a sheath section through which a heat exchange medium is passed to effect heat transfer with the reaction medium in the above tubes, and upper and lower tube sheets; wherein the upper ends of the above tubes are attached to the above upper tube sheet by means of first expansion joints attached to the upper side of the above upper tube sheet, the lower ends of the above pipes are attached directly to the floating lower tube sheet; a floating space is formed, which is divided by the aforementioned lower tube sheet and the inner end plate (inner head) attached to its lower side, and has an opening in the lower part; wherein the aforementioned hole is connected by means of a second expansion joint to the outlet of the reactor from the side of the pipes.

В соответствии с условиями процесса каталитической реакции, теплообменный реактор должен иметь конструкцию, способную поглощать дифференциальное тепловое расширение между трубками и корпусом вследствие разности температур между ними. Кроме того, данная конструкция должна быть в состоянии поглощать дифференциальное тепловое расширение между трубками, которое вызвано разностью температур между трубками, создаваемой различием в условиях реакции и теплопередачи между трубками; разностью, обусловленной допуском внутреннего диаметра трубок в реакторе, разностью плотности упаковки катализатора в каждой трубке, обусловленной допуском внутреннего диаметра трубок в реакторе, разностью в активности катализатора, неравномерным распределением реакционного газа, протекающего через трубки, неравномерным распределением теплообменной среды, протекающей через секцию оболочки и т.д.In accordance with the conditions of the catalytic reaction process, the heat exchange reactor must have a structure capable of absorbing differential thermal expansion between the tubes and the casing due to the temperature difference between them. In addition, this design should be able to absorb differential thermal expansion between the tubes, which is caused by the temperature difference between the tubes, created by the difference in the reaction conditions and heat transfer between the tubes; the difference due to the tolerance of the inner diameter of the tubes in the reactor, the difference in the packing density of the catalyst in each tube, due to the tolerance of the inner diameter of the tubes in the reactor, the difference in the activity of the catalyst, the uneven distribution of the reaction gas flowing through the tubes, the uneven distribution of the heat transfer medium flowing through the shell section and etc.

Традиционные теплообменные реакторы с закрепленными в трубных головках трубками и трубными головками, прикрепленными к корпусу реактора, не могут соответствовать данным требованиям, поскольку они не могут справиться с дифференциальным тепловым расширением между корпусом и трубками или между трубками. В патенте EP 1048343 тепловое расширение может поглощаться первыми компенсационными швами для каждой трубки и вторым компенсационным швом в присоединении к плавающей нижней головке трубок. Таким образом, решение проблем с расширением, описанное в патенте EP 1048343, требует, чтобы как первые, так и вторые компенсационные швы имели достаточную прочность, позволяющую им выдерживать нагрузку от веса трубок, катализаторов и нижней трубной головки, а также разность давлений между стороной трубок и стороной оболочки. Далее, второй компенсационный шов, описанный в патенте EP 1048343, желательно изолировать от реакционной текучей среды или теплообменной текучей среды, если они имеют температуры, например, 500°C или выше, поскольку обеспечение газонепроницаемых швов для столь высоких температур является проблематичным. Другое решение заключается в принятии легкой утечки газа у компенсационного шва путем обеспечения, например, лабиринтного уплотнения. Однако это не является приемлемым для всех случаев применения.Conventional heat exchange reactors with tubes and tube heads fixed to tube heads attached to the reactor vessel cannot meet these requirements because they cannot handle differential thermal expansion between the vessel and tubes or between tubes. In patent EP 1048343, thermal expansion can be absorbed by the first expansion joints for each tube and the second expansion joint in connection with the floating lower head of the tubes. Thus, the solution to expansion problems described in patent EP 1048343 requires that both the first and second expansion joints have sufficient strength to withstand the load from the weight of the tubes, catalysts and the lower tube head, as well as the pressure difference between the side of the tubes and side of the shell. Further, the second expansion joint described in patent EP 1048343, it is desirable to isolate from the reaction fluid or heat transfer fluid, if they have temperatures, for example, 500 ° C or higher, since the provision of gas-tight joints for such high temperatures is problematic. Another solution is to take a light gas leak at the expansion joint by providing, for example, a labyrinth seal. However, this is not acceptable for all applications.

Целью настоящего технического решения является предоставление теплообменного реактора, позволяющего решить вышеуказанные проблемы, в особенности, проблемы с расширением. Дальнейшей целью является предоставление усовершенствованного теплообменного реактора, который способен работать при высоких температурах, но все еще имел бы газонепроницаемые уплотнения между трубками и головками трубок.The purpose of this technical solution is to provide a heat exchange reactor that allows to solve the above problems, in particular, problems with expansion. A further objective is to provide an improved heat exchange reactor that is capable of operating at high temperatures, but would still have gas-tight seals between the tubes and tube heads.

Отличительные признаки полезной моделиUtility Model Features

1. Теплообменный реактор (100) для проведения эндотермических или экзотермических реакций, включающий в себя:1. A heat exchange reactor (100) for carrying out endothermic or exothermic reactions, including:

- корпус (101),- housing (101),

- при этом вышеуказанный корпус определяет стенку реактора (102),- while the above body determines the wall of the reactor (102),

- множество теплообменных трубок (103), размещенных внутри вышеуказанного корпуса для подачи тепла в слои катализатора (104), расположенные внутри или снаружи вышеуказанных теплообменных трубок, или для отвода тепла из вышеуказанных слоев,- a plurality of heat transfer tubes (103) located inside the aforementioned housing for supplying heat to the catalyst layers (104) located inside or outside the above heat transfer tubes, or for removing heat from the above layers,

- первую трубную головку (105), расположенную в верхней части корпуса для поддержки верхней части теплообменных трубок,- the first tube head (105) located in the upper part of the housing to support the upper part of the heat transfer tubes,

- вторую трубную головку (106), расположенную в нижней части корпуса для поддержки нижней части теплообменных трубок,- a second tube head (106) located in the lower part of the housing to support the lower part of the heat transfer tubes,

- по крайней мере первую камеру для текучей среды (107), вторую камеру для текучей среды (108) и третью камеру для текучей среды (109), расположенные внутри вышеуказанного корпуса, при этом вышеуказанная первая камера для текучей среды располагается в верхней части корпуса над первой трубной головкой, вторая камера для текучей среды располагается в средней секции корпуса между первой и второй трубными головками, и третья камера для текучей среды располагается в нижней части корпуса под второй трубной головкой,- at least a first fluid chamber (107), a second fluid chamber (108) and a third fluid chamber (109) located inside the aforementioned housing, wherein the aforementioned first fluid chamber is located in an upper part of the housing above the first tube head, the second fluid chamber is located in the middle section of the housing between the first and second tube heads, and the third fluid chamber is located in the lower part of the housing under the second tube head,

- по крайней мере четыре отверстия для текучей среды в вышеуказанном корпусе: по крайней мере одно отверстие для текучей среды (110) в первой камере для текучей среды, по крайней мере два отверстия для текучей среды (111, 112) во второй камере для текучей среды и по крайней мере одно отверстие для текучей среды (113) в третьей камере для текучей среды,at least four fluid openings in the aforementioned housing: at least one fluid opening (110) in the first fluid chamber, at least two fluid openings (111, 112) in the second fluid chamber and at least one fluid hole (113) in the third fluid chamber,

первая и вторая трубные головки имеют каналы для каждой из теплообменных трубок, в которых нижняя часть каждой теплообменной трубки поддерживается в фиксированном состоянии как в боковом, так и в верхнем направлении второй трубной головкой, а верхняя часть каждой тепло-обменной трубки поддерживается в подвижном состоянии первой трубной головкой, благодаря чему вторая трубная головка принимает нагрузку от множества теплообменных трубок и предотвращает их смещение по отношению ко второй головке трубок, и первая трубная головка поддерживает множество теплообменных трубок в боковом направлении, что позволяет теплообменным трубкам перемещаться вверх и вниз по отношению к первой трубной головке, и скользящая опора верхней части теплообменных трубок включает в себя уплотнение, непроницаемое для текучей среды (118).the first and second tube heads have channels for each of the heat transfer tubes, in which the lower part of each heat transfer tube is supported in a fixed state both laterally and in the upper direction by the second tube head, and the upper part of each heat transfer tube is maintained in the movable state of the first the tube head, whereby the second tube head receives a load from the plurality of heat exchange tubes and prevents them from shifting with respect to the second tube head, and the first tube head supports a plurality of heat transfer tubes in the lateral direction, which allows the heat transfer tubes to move up and down with respect to the first tube head, and the sliding support of the upper part of the heat transfer tubes includes a fluid tight seal (118).

2. Теплообменный реактор по признаку 1, в котором вышеуказанная нижняя часть теплообменных трубок включает в себя сужение (114), благодаря которому площадь поперечного сечения нижнего конца теплообменных трубок и площадь поперечного сечения каждого канала во второй трубной головке меньше, чем площадь поперечного сечения теплообменных трубок над сужением.2. A heat exchange reactor according to feature 1, in which the aforementioned lower part of the heat transfer tubes includes a restriction (114), due to which the cross-sectional area of the lower end of the heat transfer tubes and the cross-sectional area of each channel in the second tube head is smaller than the cross-sectional area of the heat transfer tubes over the narrowing.

3. Теплообменный реактор по признаку 2, в котором слои катализатора располагаются внутри теплообменных трубок, и каждая из вышеуказанных теплообменных трубок включает в себя опору (115), расположенную в нижней части каждой из теплообменных трубок над сужением для поддержки слоев катализатора.3. A heat transfer reactor according to feature 2, wherein the catalyst layers are located inside the heat transfer tubes, and each of the above heat transfer tubes includes a support (115) located at the bottom of each of the heat transfer tubes above the restriction to support the catalyst layers.

4. Теплообменный реактор по признаку 3, далее включающий в себя дистанционное кольцо (116), расположенное между сужением и опорой, для регулирования высоты опоры.4. A heat exchange reactor according to feature 3, further comprising a spacer ring (116) located between the constriction and the support, for adjusting the height of the support.

5. Теплообменный реактор по признаку 4, в котором вышеуказанная опора и вышеуказанное дистанционное кольцо составляют один единый блок.5. The heat exchange reactor according to feature 4, in which the aforementioned support and the aforementioned spacer ring comprise one single unit.

6. Теплообменный реактор по любому из предшествующих признаков, в котором по крайней мере одна из первой и второй трубных головок имеет вогнутую форму.6. A heat exchange reactor according to any one of the preceding features, in which at least one of the first and second tube heads has a concave shape.

7. Теплообменный реактор по любому из предшествующих признаков, в котором вторая трубная головка имеет эллипсоидальную форму, благодаря чему нагрузка теплообменных трубок распределяется по краю вышеуказанной второй трубной головки.7. A heat exchange reactor according to any one of the preceding features, in which the second tube head is ellipsoidal in shape, whereby the load of the heat exchange tubes is distributed at the edge of the above second tube head.

8. Теплообменный реактор по любому из предшествующих признаков, в котором по крайней мере одна из первой и второй трубных головок имеет изоляцию (117) по крайней мере с одной стороны трубной головки.8. A heat exchange reactor according to any one of the preceding features, in which at least one of the first and second pipe heads has insulation (117) on at least one side of the pipe head.

9. Теплообменный реактор по признаку 8, в которой изоляция (117) располагается на стороне по крайней мере одной из первой и второй трубных головок, которая обращена ко второй камере для текучей среды, и толщина изоляции подобрана таким образом, чтобы изоляция имела в основном плоскую поверхность на стороне, которая обращена ко второй камере для текучей среды.9. A heat exchange reactor according to feature 8, in which the insulation (117) is located on the side of at least one of the first and second tube heads, which faces the second fluid chamber, and the thickness of the insulation is selected so that the insulation is substantially flat a surface on the side that faces the second fluid chamber.

10. Теплообменный реактор по любому из признаков 8-9, в котором часть каждой из теплообменных трубок, которая расположена во второй камере для текучей среды между первой и второй трубными головками и изоляцией, имеет в основном равную длину.10. The heat exchange reactor according to any one of the features of 8-9, wherein the portion of each of the heat exchange tubes, which is located in the second fluid chamber between the first and second tube heads and the insulation, is substantially equal in length.

11. Теплообменный реактор по любому из предшествующих признаков, в котором вышеуказанное уплотнение включает в себя для каждой теплообменной трубки набивной сальник (119) со жгутовой набивкой (120), который сжимается вокруг теплообменной трубки приспособлением для сжатия (121).11. A heat exchange reactor according to any one of the preceding features, in which the aforementioned seal includes, for each heat transfer tube, a stuffing box (119) with a bundle packing (120) that is compressed around the heat transfer tube by a compression tool (121).

12. Теплообменный реактор по любому из предшествующих признаков, в котором по крайней мере одна из теплообменных трубок оснащена средствами крепления (122, 130) в верхней части, что позволяет поднимать по крайней мере все теплообменные трубки и вторую трубную головку.12. A heat exchange reactor according to any one of the preceding features, in which at least one of the heat transfer tubes is equipped with fastening means (122, 130) in the upper part, which makes it possible to lift at least all the heat transfer tubes and the second tube head.

13. Теплообменный реактор любому из предшествующих признаков, в котором вышеуказанная стенка реактора образует по крайней мере первую трубчатую секцию (124) в верхней части второй камеры для текучей среды, вторую трубчатую секцию (125) в средней части второй камеры для текучей среды, и третью трубчатую секцию (126) в нижней части второй камеры для текучей среды, при этом вышеуказанные первая и третья трубчатые секции имеют больший диаметр, чем вторая трубчатая секция, что позволяет по крайней мере двум кольцевым камерам равномерно распределять текучую среду по крайней мере к двум отверстиям для текучей среды во второй камере для текучей среды и из указанных двух отверстий, а также к нижней и верхней частям поверхности теплообменных трубок и от указанных частей.13. A heat exchange reactor to any of the preceding features, in which the aforementioned wall of the reactor forms at least a first tubular section (124) in the upper part of the second fluid chamber, a second tubular section (125) in the middle of the second fluid chamber, and a third a tubular section (126) in the lower part of the second fluid chamber, wherein the aforementioned first and third tubular sections have a larger diameter than the second tubular section, which allows at least two annular chambers to evenly distribute fluid to at least two fluid openings in the second fluid chamber and from the two openings, as well as to the lower and upper parts of the surface of the heat transfer tubes and from these parts.

14. Теплообменный реактор по любому из предшествующих признаков, далее включающий в себя облицовку (127), размещенную вокруг теплообменных трубок во второй камере для текучей среды, при этом вышеуказанная облицовка имеет перфорации (129) для равномерного распределения текучей среды по крайней мере к двум отверстиям для текучей среды во второй камере для текучей среды и из указанных двух отверстий, а также к нижней и верхней частям поверхности теплообменных трубок и от указанных частей.14. A heat exchange reactor according to any one of the preceding features, further comprising a liner (127) arranged around the heat exchanger tubes in the second fluid chamber, wherein said liner has perforations (129) for uniformly distributing the fluid to at least two openings for the fluid in the second fluid chamber and from the two openings, as well as to the lower and upper parts of the surface of the heat transfer tubes and from these parts.

15. Теплообменный реактор по признаку 14, в котором по крайней мере часть площади вышеуказанной облицовки, обращенная по крайней мере к одному из по крайней мере двух отверстий для текучей среды во второй камере для текучей среды, не имеет указанных перфораций, в результате чего вышеуказанная площадь может действовать в качестве отбойника для текучей среды.15. A heat exchange reactor according to feature 14, wherein at least a portion of the area of the above cladding facing at least one of the at least two fluid openings in the second fluid chamber does not have these perforations, resulting in the above area can act as a fluid chipper.

В реализации данной полезной модели, теплообменный реактор для проведения эндотермической или экзотермической реакции включает в себя корпус со стенкой реактора, теплообменные трубки, трубные головки, камеры для текучей среды и отверстия для текучей среды. Корпус и теплообменные трубки расположены в основном в вертикальном положении, которое является благоприятным для обеспечения прочности конструкции компонентов, в особенности при эксплуатации при повышенной температуре и повышенном давлении. Реактор разделяется трубными головками по крайней мере на три камеры для текучей среды. В первой камере для текучей среды, расположенной в верхней части корпуса над первой трубной головкой, первая текучая среда пропускается внутрь через отверстие для текучей среды и распределяется к теплообменным трубкам. Первая текучая среда течет внутри трубок вниз в третью камеру для текучей среды, расположенную в нижней части корпуса под второй трубной головкой, где поток из каждой трубки собирается и выпускается из отверстия для текучей среды. Во второй камере для текучей среды, расположенной в средней секции корпуса реактора, вторая текучая среда пропускается внутрь через одно отверстие для текучей среды, расположенное в нижней части средней секции. Вторая текучая среда течет вверх в средней секции, осуществляя при этом теплообмен с первой текучей средой через стенки теплообменных трубок. В верхней части средней секции вторая текучая среда выпускается через другое отверстие для текучей среды. Слои катализатора могут быть размещены внутри трубок или за пределами трубок во второй камере для текучей среды. Теплообменные трубки поддерживаются двумя трубными головками. Трубки поддерживаются с возможностью скольжения в каналах в первой верхней трубной головке, поэтому, в то время как верхняя часть каждой трубки поддерживается и фиксируется с невозможностью движения в горизонтальных направлениях, они могут свободно двигаться в вертикальных направлениях, независимо друг от друга. Особенность настоящей полезной модели заключается в том, что трубки фиксируются во второй нижней трубной головке и не могут двигаться в каком-либо направлении по отношению ко второй трубной головке. Нижняя часть каждой трубки прикрепляется ко второй трубной головке в месте расположения соответствующего канала в вышеуказанной трубной головке; при этом она может быть закреплена с нижним концом каждой трубки, располагающемся непосредственно над соответствующим каналом; с концом трубки, находящимся внутри канала, или с концевой частью трубки, находящейся внутри канала, и концом трубки, находящимся под трубной головкой. Прикрепление трубки ко второй трубной головке может осуществляться любым известным способом, таким, как, например, сварка, которая является предпочтительной, поскольку обеспечивает газонепроницаемость. Важно, чтобы способ закрепления выдерживал рабочие температуры. При этом понимается, что, поскольку трубки прикрепляются с возможностью скольжения к первой трубной головке только в вертикальных направлениях, именно вторая трубная головка принимает нагрузку от множества теплообменных трубок.In implementing this utility model, a heat exchange reactor for conducting an endothermic or exothermic reaction includes a vessel with a reactor wall, heat transfer tubes, tube heads, fluid chambers, and fluid openings. The casing and heat transfer tubes are located mainly in an upright position, which is favorable for ensuring the structural strength of the components, especially when operating at elevated temperature and elevated pressure. The reactor is divided by tube heads into at least three fluid chambers. In the first fluid chamber located in the upper part of the housing above the first tube head, the first fluid is passed inwardly through the fluid opening and distributed to the heat exchange tubes. The first fluid flows inside the tubes down into the third fluid chamber located in the lower part of the housing under the second tube head, where the flow from each tube is collected and discharged from the fluid opening. In the second fluid chamber located in the middle section of the reactor vessel, the second fluid is passed inward through one fluid hole located in the lower part of the middle section. The second fluid flows upward in the middle section, while exchanging heat with the first fluid through the walls of the heat exchange tubes. In the upper part of the middle section, a second fluid is discharged through another fluid opening. The catalyst beds may be placed inside the tubes or outside the tubes in a second fluid chamber. Heat transfer tubes are supported by two tube heads. The tubes are supported to slide in the channels in the first upper tube head, therefore, while the upper part of each tube is supported and fixed with the inability to move in horizontal directions, they can freely move in vertical directions, independently of each other. A feature of this utility model is that the tubes are fixed in the second lower tube head and cannot move in any direction with respect to the second tube head. The lower part of each tube is attached to the second tube head at the location of the corresponding channel in the above tube head; however, it can be fixed with the lower end of each tube, located directly above the corresponding channel; with the end of the tube inside the channel, or with the end of the tube inside the channel, and the end of the tube under the tube head. The attachment of the tube to the second tube head can be carried out in any known manner, such as, for example, welding, which is preferred because it provides gas impermeability. It is important that the fixing method withstands operating temperatures. It is understood that since the tubes are slidably attached to the first tube head only in vertical directions, it is the second tube head that receives the load from a plurality of heat exchange tubes.

Первая текучая среда может течь в направлении сверху вниз: через отверстие для текучей среды в первой камере для текучей среды она течет из первой камеры для текучей среды через теплообменные трубки в третью камеру для текучей среды и наружу через отверстие для текучей среды; или, в другом варианте осуществления, она может течь в противоположном направлении. В одном из вариантов осуществления вторая текучая среда может течь в верхнем направлении из отверстия для текучей среды в нижней части второй камеры для текучей среды, вверх через вторую камеру для текучей среды вокруг трубок и наружу из второй камеры для текучей среды через отверстие для текучей среды в верхней части второй камеры для текучей среды. В варианте осуществления, где первая текучая среда течет вниз, вторая текучая среда течет вверх, слой катализатора размещается внутри теплообменных трубок, и реакция является эндотермической, вторая текучая среда должна передавать тепло первой текучей среде. Поэтому предпочтительно прикреплять трубы, например, сваркой ко второй трубной головке, где температура является самой высокой.The first fluid may flow from top to bottom: through the fluid hole in the first fluid chamber, it flows from the first fluid chamber through heat exchange tubes to the third fluid chamber and out through the fluid hole; or, in another embodiment, it may flow in the opposite direction. In one embodiment, the second fluid may flow upward from the fluid hole at the bottom of the second fluid chamber, upwardly through the second fluid chamber around the tubes and out of the second fluid chamber through the fluid port into the top of the second fluid chamber. In an embodiment where the first fluid flows down, the second fluid flows up, the catalyst bed is placed inside the heat exchanger tubes, and the reaction is endothermic, the second fluid must transfer heat to the first fluid. Therefore, it is preferable to attach the pipes, for example, by welding, to the second pipe head, where the temperature is the highest.

В одном из вариантов осуществления полезной модели теплообменные трубки имеют сужение в их нижней части, благодаря чему наружный и внутренний диаметры трубок уменьшаются. Соответственно, нижняя концевая часть трубок, которая прикрепляется ко второй трубной головке, требует соответствующего канала во второй трубной головке, который имел бы величину, достаточную только для того, чтобы она соответствовала уменьшенному диаметру трубок, что, в свою очередь, повышает прочность второй трубной головки по сравнению с трубной головкой, перфорированной каналами большего диаметра.In one embodiment of the utility model, the heat transfer tubes have a narrowing in their lower part, so that the outer and inner diameters of the tubes are reduced. Accordingly, the lower end part of the tubes, which is attached to the second tube head, requires a corresponding channel in the second tube head, which would be sufficient only to correspond to a reduced diameter of the tubes, which, in turn, increases the strength of the second tube head in comparison with a pipe head perforated with larger diameter channels.

В дальнейшем варианте осуществления, в котором слои катализатора располагаются внутри теплообменных трубок, опора для слоя катализатора располагается внутри трубок в нижней части трубок над сужением. Опора может иметь любую подходящую конструкцию, например проволочную сетку в верхней части опорной сетки, поддерживаемой опорным кольцом. Сужение служит в качестве нижнего упора для опоры катализатора, и между сужением и опорой катализатора может быть помещено дистанционной кольцо для регулировки высоты слоя катализатора в каждой трубке. Опора и дистанционное кольцо могут быть также объединены в один цельный блок, высота которого впоследствии может изменяться для регулировки высоты слоя катализатора в каждой трубке, как указано выше.In a further embodiment, in which the catalyst layers are located inside the heat exchange tubes, the support for the catalyst layer is located inside the tubes in the lower part of the tubes above the restriction. The support may be of any suitable design, for example a wire mesh at the top of the support mesh supported by the support ring. The narrowing serves as a lower stop for supporting the catalyst, and a distance ring can be placed between the narrowing and the supporting of the catalyst to adjust the height of the catalyst layer in each tube. The support and the spacer ring can also be combined into one single unit, the height of which can subsequently be changed to adjust the height of the catalyst layer in each tube, as described above.

В еще одном дальнейшем варианте осуществления по крайней мере одна из двух трубных головок - первая или вторая - имеет вогнутую форму. Вогнутая форма, например, эллипсоидальная, является особенно благоприятной для второй трубной головки, которая принимает нагрузку от теплообменных трубок и слоя катализатора, поскольку она переносит нагрузку с центральной части трубной головки наружу к периферии трубной головки, где трубная головка может поддерживаться стенкой реактора. Дистанционные кольца, используемые для регулировки высоты опор катализатора в каждой трубке, могут быть приспособлены для компенсации вогнутой формы второй трубной головки, таким образом, чтобы нижняя часть слоя катализатора в каждой трубке имела ту же самую высоту в реакторе. Это является благоприятным, когда желательна равномерная каталитическая активность во всех трубках.In yet another further embodiment, at least one of the two tube heads — the first or second — is concave. The concave shape, for example, ellipsoidal, is especially favorable for the second tube head, which receives the load from the heat exchange tubes and the catalyst layer, since it transfers the load from the central part of the tube head outward to the periphery of the tube head, where the tube head can be supported by the reactor wall. The distance rings used to adjust the height of the catalyst supports in each tube can be adapted to compensate for the concave shape of the second tube head, so that the bottom of the catalyst layer in each tube has the same height in the reactor. This is beneficial when uniform catalytic activity in all tubes is desired.

В одном из вариантов осуществления по крайней мере одна из двух трубных головок - первая или вторая - изолирована от боковой поверхности трубной головки, обращенной ко второй камере для текучей среды. В случаях, когда температура во второй камере для текучей среды превышает температуру в первой и третьей камерах для текучей среды и внутри трубок, изоляция защищает изолированную трубную головку от высоких температур, и толщина трубной головки может быть, таким образом, уменьшена для выполнения установленных требований к прочности. Это особенно благоприятно для второй трубной головки, несущей нагрузку. Далее, толщина изоляции может быть, как и высота опоры катализатора, адаптирована для компенсации данной вогнутой формы первой и/или второй трубной головки, благодаря чему поверхность изоляции является в основном плоской и длина трубок между противоположными поверхностями изоляции или между поверхностью изоляции и противоположной трубной головкой может быть в основном одинаковой для всех трубок. В дальнейшем варианте осуществления верхняя и нижняя часть слоев катализатора в каждой теплообменной трубке расположена на той же самой или почти той же самой высоте, что и поверхность изоляции.In one embodiment, at least one of the two tube heads — the first or second — is isolated from the side surface of the tube head facing the second fluid chamber. In cases where the temperature in the second fluid chamber is higher than the temperature in the first and third fluid chambers and inside the tubes, the insulation protects the insulated tube head from high temperatures, and the thickness of the tube head can thus be reduced to meet the specified requirements strength. This is especially favorable for a second pipe head bearing a load. Further, the thickness of the insulation can be, like the height of the catalyst support, adapted to compensate for this concave shape of the first and / or second pipe head, whereby the insulation surface is substantially flat and the length of the tubes between opposite insulation surfaces or between the insulation surface and the opposite pipe head can be basically the same for all handsets. In a further embodiment, the upper and lower parts of the catalyst layers in each heat transfer tube are located at the same or almost the same height as the insulation surface.

В одном из вариантов осуществления верхняя часть каждой теплообменной трубки имеет уплотнение со стороны верхней трубной головки. Уплотнение обеспечивает поддержку трубок в каналах трубной головки в боковом направлении и, по существу, непроницаемое для текучей среды соединение, однако позволяет трубкам в каналах осуществлять описанное выше скользящее движение по отношению к первой трубной головке. В одном из вариантов осуществления уплотнение включает в себя набивной сальник для каждой трубки. Набивной сальник может быть прикреплен (например, сваркой или другими известными средствами) к первой трубной головке вокруг каждого канала. Уплотнение может представлять собой керамическую жгутовую набивку, которая сжимается между набивным сальником и наружной стенкой каждой трубки вокруг трубки посредством гайки или любого другого известного средства сжатия. Набивной сальник может далее включать в себя средство фиксации, такое, как стопорный болт, для предотвращения соскакивания средства сжатия.In one embodiment, the top of each heat transfer tube has a seal on the top of the tube head. The seal provides lateral support for the tubes in the channels of the tube head and a substantially fluid tight connection, but allows the tubes in the channels to perform the sliding movement described above with respect to the first tube head. In one embodiment, the seal includes a stuffing box for each tube. A stuffing box can be attached (for example, by welding or other known means) to the first tube head around each channel. The seal may be a ceramic bundle packing that is compressed between the packing gland and the outer wall of each tube around the tube by means of a nut or any other known compression means. The stuffing box may further include locking means, such as a locking bolt, to prevent the compression means from slipping.

Особое преимущество заявляемого технического решения заключается в том, что в варианте осуществления, где относительно горячая текучая среда поступает во вторую камеру для текучей среды через отверстие для текучей среды в нижней части второй камеры для текучей среды, а относительно холодная текучая среда (которая должна нагреваться относительно горячей текучей средой) течет через теплообменные трубки, уплотнение, расположенное в набивном сальнике в первой камере для текучей среды, подвергается воздействию температур, значительно более низких, чем самая высокая температура относительно горячей текучей среды. Это означает, что по существу непроницаемое для текучей среды уплотнение может быть достигнуто даже для процессов, в которых самый горячий газ на входе имеет температуру, значительно превышающую максимально допустимую для данного уплотнительного материала.A particular advantage of the claimed technical solution is that in an embodiment where a relatively hot fluid enters the second fluid chamber through a hole for the fluid in the lower part of the second fluid chamber, and a relatively cold fluid (which should be heated relatively hot fluid) flows through heat transfer tubes, the seal located in the stuffing box in the first fluid chamber is exposed to temperatures significantly greater e lower than the highest temperature is relatively hot fluid. This means that a substantially fluid tight seal can be achieved even for processes in which the hottest inlet gas has a temperature well above the maximum allowed for a given sealant.

В дальнейшем варианте осуществления по крайней мере одна из тепло-обменных трубок оборудована средством крепления у верхней части трубок. Это позволяет устанавливать механические упоры, которые предотвращают выскальзывание теплообменных трубок из первой трубной головки, когда она установлена, например, в подъемных проушинах, прикрепленных к первой головке трубок. Средства крепления могут быть любыми из известных, такими, как резьба, каналы, проходящие через трубку, замки с защелкой, зубцы, муфты, штуцера, соединители или средствами, подобными им; они могут монтироваться на наружной или внутренней поверхности трубок, или одновременно на наружной и внутренней поверхности трубки. Средства крепления обеспечивают простой монтаж теплообменных трубок и трубных головок в реакторе: Ряд механических упоров, способный выдержать полный вес трубок и трубных головок, монтируется на средствах крепления в верхней части соответствующего ряда трубок, где, после всего, все трубки, а также первая и вторая трубная головка могут подниматься. После монтажа трубной головки и самих трубок в реакторе механические упоры убираются.In a further embodiment, at least one of the heat exchange tubes is equipped with fastening means at the top of the tubes. This makes it possible to install mechanical stops that prevent the heat exchanger tubes from slipping out of the first tube head when it is installed, for example, in lifting eyes attached to the first tube head. The fastening means may be any of the known, such as threads, channels passing through the tube, snap locks, teeth, couplings, fittings, connectors, or means similar to them; they can be mounted on the outer or inner surface of the tubes, or simultaneously on the outer and inner surface of the tube. The fastening means provide easy installation of heat exchange tubes and tube heads in the reactor: A series of mechanical stops capable of supporting the full weight of the tubes and tube heads is mounted on the fastening means in the upper part of the corresponding row of tubes, where, after all, all tubes, as well as the first and second the pipe head can rise. After mounting the tube head and the tubes themselves in the reactor, the mechanical stops are removed.

В одном из вариантов осуществления предусмотрены две кольцевые камеры распределения текучей среды, связанные с двумя отверстиями для текучей среды во второй камере для текучей среды. Кольцевые камеры обеспечивают равномерное распределение текучей среды от отверстия для входа текучей среды к участку, окружающему все теплообменные трубки поблизости от одного конца, и равномерное распределение текучей среды от участка, окружающего все теплообменные трубки поблизости от другого конца, к отверстию для выхода текучей среды. Вышеуказанные кольцевые камеры сконструированы в форме секций стенки реактора вокруг второй камеры для текучей среды с увеличенным диаметром, что позволяет текучей среде течь вокруг пучка труб. Эти секции стенки реактора с увеличенным диаметром расположены в верхней и нижней части второй камеры для текучей среды; средняя часть камеры для текучей среды имеет диаметр стенки реактора, лишь слегка превышающий наружный диаметр пучка труб, что позволяет снизить расход материала. В одном из вариантов осуществления вход текучей среды во вторую камеру для текучей среды располагается у нижней части второй камеры для текучей среды, а выход текучей среды из второй камеры для текучей среды - у верхней части второй камеры для текучей среды. Равномерное распределение текучей среды во второй камере для текучей среды вокруг всех теплообменных трубок, а также равномерное распределение слоев катализатора по одинаковым длинам теплообменных трубок, как указано выше, обеспечивают все условия для равномерного уровня реакции и равномерной теплопередачи между текучей средой, находящейся внутри теплообменных трубок, и текучей средой, находящейся снаружи указанных трубок.In one embodiment, two annular fluid distribution chambers are provided associated with two fluid openings in a second fluid chamber. The annular chambers provide a uniform distribution of fluid from the fluid inlet to the area surrounding all heat transfer tubes close to one end, and a uniform distribution of the fluid from the area surrounding all heat transfer tubes close to the other end, to the fluid outlet. The above annular chambers are designed in the form of sections of the wall of the reactor around the second fluid chamber with an increased diameter, which allows fluid to flow around the tube bundle. These sections of the enlarged diameter reactor wall are located in the upper and lower parts of the second fluid chamber; the middle part of the fluid chamber has a reactor wall diameter that is only slightly larger than the outer diameter of the tube bundle, thereby reducing material consumption. In one embodiment, the fluid inlet to the second fluid chamber is located at the bottom of the second fluid chamber, and the fluid outlet from the second fluid chamber is at the top of the second fluid chamber. The uniform distribution of the fluid in the second fluid chamber around all the heat transfer tubes, as well as the uniform distribution of the catalyst layers along the same lengths of the heat transfer tubes, as described above, provide all conditions for a uniform reaction level and uniform heat transfer between the fluid inside the heat transfer tubes, and fluid outside these tubes.

В одном из вариантов осуществления равномерное распределение текучей среды вокруг всех теплообменных трубок далее обеспечивается облицовкой, расположенной внутри стенки реактора во второй камере для текучей среды и окружающей все теплообменные трубки (пучок труб). По крайней мере на некоторых участках кольцевых камер вышеуказанная облицовка имеет отверстия, распределенные вокруг облицовки, которая в ином случае имела бы форму листа, заключающего в себе пучок труб. Через сквозные отверстия в облицовке на участке кольцевой камеры для входа текучей среды текучая среда во второй камере для текучей среды течет от входа текучей среды к соответствующей кольцевой камере и в пространство, окружающее теплообменные трубки, поблизости от одного конца трубок. Аналогичным образом, через отверстия в облицовке на участке кольцевой камеры для выхода текучей среды текучая среда во второй камере для текучей среды течет из пространства, окружающего теплообменные трубки, поблизости от другого конца трубок, через отверстия в облицовке на участке кольцевой камеры для выхода текучей среды, к соответствующей кольцевой камере и наружу через выход текучей среды второй камеры для текучей среды. Облицовка может быть герметично прикреплена к стенке реактора для исключения пути обхода текучей средой между пучком труб и стенкой реактора, поскольку текучая среда, проходящая между стенкой реактора и пучком труб из входа второй камеры для текучей среды в выход второй камеры для текучей среды, снизила бы эффективность теплопередачи.In one embodiment, the uniform distribution of fluid around all the heat transfer tubes is further provided by a liner located inside the wall of the reactor in the second fluid chamber and surrounding all heat transfer tubes (tube bundle). At least in some areas of the annular chambers, the aforementioned cladding has openings distributed around the cladding, which would otherwise be in the form of a sheet containing a tube bundle. Through the through holes in the liner at the portion of the annular fluid inlet chamber, the fluid in the second fluid chamber flows from the fluid inlet to the corresponding annular chamber and into the space surrounding the heat exchange tubes near one end of the tubes. Similarly, through the openings in the liner in the portion of the annular fluid exit chamber, fluid in the second fluid chamber flows from the space surrounding the heat exchange tubes near the other end of the tubes, through the openings in the liner in the portion of the annular fluid exit chamber, to the corresponding annular chamber and out through the fluid outlet of the second fluid chamber. The liner may be hermetically attached to the wall of the reactor to prevent a fluid path between the tube bundle and the reactor wall, since the fluid passing between the reactor wall and the tube bundle from the inlet of the second fluid chamber to the outlet of the second fluid chamber would reduce the efficiency heat transfer.

В дальнейшем варианте осуществления отверстия в вышеуказанной облицовке равномерно распределены по окружности у каждого конца облицовки, за исключением участков облицовки, непосредственно обращенных к отверстиям для текучей среды второй камеры для текучей среды. На данных участках по крайней мере часть облицовки не имеет отверстий, вследствие чего данная часть облицовки действует в качестве отбойника текучей среды, который далее обеспечивает равномерное распределение текучей среды вокруг теплообменных трубок.In a further embodiment, the openings in the aforementioned cladding are evenly distributed around the circumference at each end of the cladding, with the exception of sections of the cladding directly facing the fluid openings of the second fluid chamber. In these areas, at least part of the lining has no openings, as a result of which this part of the lining acts as a fluid chipper, which further ensures uniform distribution of the fluid around the heat transfer tubes.

Как хорошо известно в данной области техники, пучок труб может быть оборудован перегородками, например, дискового или тороидального типа, для дальнейшего улучшения теплопередачи между текучей средой, находящейся снаружи трубок, и текучей средой, находящейся внутри них.As is well known in the art, the tube bundle may be equipped with baffles, for example, disk or toroidal type, to further improve heat transfer between the fluid outside the tubes and the fluid inside them.

Настоящее техническое решение будет обсуждено более детально со ссылкой на некоторые варианты осуществления, как показано на чертежах, на которых:The present technical solution will be discussed in more detail with reference to some embodiments, as shown in the drawings, in which:

Фиг. 1 представляет собой продольное сечение одного из вариантов реализации теплообменного реактора,FIG. 1 is a longitudinal section of one embodiment of a heat exchange reactor,

Фиг. 2 представляет собой поперечное сечение входа и выхода текучей среды второй камеры для текучей среды,FIG. 2 is a cross section of a fluid inlet and outlet of a second fluid chamber,

Фиг. 3 представляет собой продольное сечение теплообменного реактора перед сборкой,FIG. 3 is a longitudinal section of a heat exchange reactor before assembly,

Фиг. 4 представляет собой детальное изображение изолированной первой трубной головки,FIG. 4 is a detailed view of an insulated first tube head,

Фиг. 5 представляет собой детальное изображение изолированной второй трубной головки,FIG. 5 is a detailed view of an insulated second tube head,

Фиг. 6 представляет собой детальное изображение облицовки и первой трубной головки с перегородками и соединительными тягами,FIG. 6 is a detailed image of the cladding and the first pipe head with partitions and connecting rods,

Фиг. 7 представляет собой детальное изображение нижней части теплообменной трубки,FIG. 7 is a detailed view of the bottom of a heat transfer tube,

Фиг. 8 представляет собой детальное изображение исполнения набивного сальника у верхней части теплообменной трубки,FIG. 8 is a detailed view of an embodiment of a stuffing box at the top of a heat transfer tube,

Фиг. 9 представляет собой детальное изображение верхней части трубки, включающей в себя средства крепления,FIG. 9 is a detailed view of an upper portion of a tube including attachment means,

Фиг. 10 представляет собой детальное изображение изолированной второй трубной головки и третьей камеры для текучей среды,FIG. 10 is a detailed view of an insulated second tube head and a third fluid chamber,

Фиг. 11 представляет собой детальное изображение секций теплообменной трубки.FIG. 11 is a detailed view of sections of a heat transfer tube.

Фиг. 12 представляет собой детальное изображение исполнения набивного сальника.FIG. 12 is a detailed view of an embodiment of a stuffing box.

Обзор номеров позицийItem Number Overview

100. теплообменный реактор100. heat exchange reactor

101. корпус101. building

102. стенка реактора102. reactor wall

103. теплообменные трубки103. heat transfer tubes

104. слой катализатора104. catalyst layer

105. первая трубная головка105. first pipe head

106. вторая трубная головка106. second tube head

107. первая камера для текучей среды107. first fluid chamber

108. вторая камера для текучей среды108. second fluid chamber

109. третья камера для текучей среды109. third fluid chamber

110. отверстие для текучей среды, первая камера для текучей среды110. hole for the fluid, the first chamber for the fluid

111. отверстие для текучей среды, верхняя часть второй камеры для текучей среды111. a hole for the fluid, the upper part of the second chamber for the fluid

112. отверстие для текучей среды, нижняя часть второй камеры для текучей среды112. hole for the fluid, the lower part of the second chamber for the fluid

113. отверстие для текучей среды, третья камера для текучей среды113. fluid hole, third fluid chamber

114. сужение114. narrowing

115. опорная решетка115. support grid

116. дистанционное кольцо116. distance ring

117. изоляция117. isolation

118. уплотнение118. seal

119. набивной сальник119. stuffing box

120. жгутовая набивка120. harness packing

121. средство сжатия121. compression tool

121a. средство фиксации121a. fixative

122. средство крепления (резьба)122. fastening means (thread)

123. подъемные проушины123. lifting eyes

124. первая верхняя трубчатая секция стенки реактора124. first upper tubular section of the wall of the reactor

125. вторая средняя трубчатая секция стенки реактора125. second middle tubular section of the wall of the reactor

126. третья нижняя трубчатая секция стенки реактора126. third lower tubular section of the wall of the reactor

127. облицовка127. facing

128. перегородка128. partition

129. перфорации облицовки129. perforation cladding

130. контргайка130. locknut

Следует понимать, что описанное ниже представляет собой лишь некоторые конкретные варианты осуществления. Одно из преимуществ заявленного технического решения заключается в том, что оно является масштабируемым, следовательно, другие размеры и количества трубок входят в объем настоящей полезной модели.It should be understood that the following are only some specific embodiments. One of the advantages of the claimed technical solution is that it is scalable, therefore, other sizes and quantities of tubes are included in the scope of this utility model.

HTER, как показано на Фиг. 1, представляет собой трубчатый теплообменный реактор риформинга. Он представляет собой теплообменный реактор 100, включающий в себя корпус 101 со стенками реактора 102 и с катализатором 104 внутри теплообменных трубок 103. Он имеет два раздельных потока; технологический газ (ТГ), который течет со стороны трубок (внутри трубок) и отходящий газ (ОГ), который течет со стороны оболочки (за пределами трубок). Имеется 1300 трубок. В данном варианте осуществления каталитическая реакция является эндотермической реакцией. Поэтому технологический газ внутри трубок требует тепла, переносимого от отходящего газа со стороны оболочки трубок.HTER, as shown in FIG. 1, is a tubular reforming heat exchange reactor. It is a heat exchange reactor 100, which includes a housing 101 with the walls of the reactor 102 and with a catalyst 104 inside the heat exchange tubes 103. It has two separate streams; process gas (TG), which flows from the side of the tubes (inside the tubes) and off-gas (exhaust), which flows from the side of the shell (outside the tubes). There are 1300 handsets. In this embodiment, the catalytic reaction is an endothermic reaction. Therefore, the process gas inside the tubes requires heat transferred from the exhaust gas from the side of the tube sheath.

Поток технологического газаProcess gas flow

Относительно холодный технологический газ (холодный по отношению к отходящему газу) поступает в первую камеру для текучей среды 107 на самом верху реактора через отверстие для текучей среды 110 в первой камере для текучей среды и распределяется через первую трубную головку 105 к теплообменным трубкам. ТГ течет через трубки, заполненные катализатором, и реакция риформинга происходит при получении тепла со стороны оболочки. ТГ покидает трубки через вторую трубную головку 106, течет к третьей камере для текучей среды 109 и выходит через отверстие для текучей среды 113.A relatively cold process gas (cold with respect to the off-gas) enters the first fluid chamber 107 at the very top of the reactor through the fluid hole 110 in the first fluid chamber and is distributed through the first pipe head 105 to the heat transfer tubes. TG flows through tubes filled with catalyst, and the reforming reaction occurs when heat is received from the shell. The TG leaves the tube through the second tube head 106, flows to the third chamber for the fluid 109 and exits through the hole for the fluid 113.

Поток отходящего газаFlue gas flow

Относительно горячий ОГ (горячий по отношению к технологическому газу) поступает во вторую камеру для текучей среды 108 со стороны оболочки трубок через отверстие для текучей среды 112 в нижней части второй камеры для текучей среды. Поток пропускается вдоль трубок по системе перегородок, поставляя тепло для реакции внутри трубок. ОГ выходит через отверстие для текучей среды 111 в верхней части второй камеры для текучей среды. Перегородки 128 имеют конфигурацию дисков и тороидов, и приводят к значительной степени перекрестного потока после трубок. Распределение потока ОГ к пучку труб/от пучка труб осуществляется посредством кольцевой камеры в первой верхней трубчатой секции стенки реактора 124 и третьей нижней трубчатой секции стенки реактора 126 и облицовки 127, придавая желаемый радиальный вход в пучок труб, и радиальный выход из пучка труб, как можно видеть на Рис.2. Когда ОГ поступает в реактор, он распределяется по окружности в кольцевой камере вокруг облицовки. Затем ОГ течет через перфорации 129, сделанные в облицовке. В положении сопла имеется меньшее количество перфораций. Таким образом, облицовка действует в качестве отбойника. Облицовка, которая протягивается от нижней до верхней части реактора также перфорируется в верхней части для получения радиального потока, когда ОГ выходит из системы перегородок. Облицовка приваривается к стенке реактора 102 для предотвращения обхода ОГ. Во второй средней трубчатой секции стенки реактора 125 облицовка располагается поблизости от пучка труб, поскольку никакая среда не стремится к обходу в этой секции.Relatively hot exhaust gas (hot with respect to the process gas) enters the second fluid chamber 108 from the tube sheath side through the fluid hole 112 at the bottom of the second fluid chamber. The stream is passed along the tubes through a system of partitions, supplying heat for the reaction inside the tubes. The exhaust gas exits through a fluid opening 111 at the top of the second fluid chamber. The baffles 128 are configured as disks and toroids, and result in a significant degree of cross-flow after the tubes. The exhaust gas is distributed to / from the tube bundle by means of an annular chamber in the first upper tubular section of the wall of the reactor 124 and the third lower tubular section of the wall of the reactor 126 and lining 127, giving the desired radial entry into the tube bundle and the radial exit from the tube bundle, as can be seen in Fig. 2. When the exhaust gas enters the reactor, it is distributed around the circumference in an annular chamber around the lining. Then the exhaust gas flows through perforations 129 made in the lining. There are fewer perforations in the nozzle position. Thus, the cladding acts as a chipper. The lining, which extends from the lower to the upper part of the reactor, is also perforated in the upper part to obtain a radial flow when the exhaust gas leaves the partition system. The liner is welded to the wall of the reactor 102 to prevent exhaust gas bypass. In the second middle tubular section of the wall of the reactor 125, the lining is located near the tube bundle, since no medium tends to bypass in this section.

Оболочка реактора, включающая в себя облицовку и пучок труб, показана на Фиг. 3 отдельно, как она видна до того, как пучок будет смонтирован внутри реактора. Нагрузка от 1300 трубок воспринимается эллипсоидальной трубной головкой в нижней части реактора. Трубная головка имеет изоляцию 117, расположенную над трубной головкой, благодаря чему температура трубной головки соответствует температуре технологического газа, выходящего из трубок. Нагрузку от верхней элипсоидальной трубной головки, перегородок и соединительных тяг принимает на себя верхний фланец оболочки. Верхняя трубная головка изолирована под головкой, что придает ей температуры, соответствующие входным температурам ТГ. Нагрузка от облицовки поглощается оболочкой у конического соединения.A reactor shell including a liner and tube bundle is shown in FIG. 3 separately, as it is visible before the beam is mounted inside the reactor. A load of 1300 tubes is perceived by an ellipsoidal tube head at the bottom of the reactor. The tube head has an insulation 117 located above the tube head, so that the temperature of the tube head corresponds to the temperature of the process gas exiting the tubes. The load from the upper ellipsoidal tube head, partitions and connecting rods takes on the upper flange of the shell. The upper tube head is insulated under the head, which gives it temperatures corresponding to the inlet temperatures of the TG. The load from the cladding is absorbed by the shell at the conical joint.

Тепловое расширениеThermal expansion

Трубки прикрепляются к нижней трубной головке. Тепловые удлинения трубок поглощаются одним механизмом - набивным сальником 119 на каждую трубку у верхней трубной головки. Это позволяет существовать индивидуальным различиям в удлинении трубок, как показано на Фиг. 4. Система перегородок свешивается с верхней трубной головки при помощи соединительных тяг и движется вниз при нагреве.The tubes are attached to the lower tube head. Thermal extensions of the tubes are absorbed by one mechanism — a stuffing box 119 on each tube at the top of the tube head. This allows for individual differences in tube elongation, as shown in FIG. 4. The partition system hangs from the upper pipe head using connecting rods and moves down when heated.

Облицовка приваривается к оболочке. Два конца облицовки будут расширяться от этой точки вверх и вниз, соответственно.The lining is welded to the shell. The two ends of the cladding will expand from this point up and down, respectively.

Компоновка верхней трубной головкиUpper Tube Head Layout

Верхняя трубная головка имеет ряд проушин 123 для подъема при выполнении монтажа пучка. Снизу головка изолируется волокнистым керамическим материалом, который удерживается на месте плитой облицовки. Трубная головка перфорируется для 1300 трубок. У каждой перфорации имеется набивной сальник в сборе над головкой.The upper tube head has a series of eyelets 123 for lifting when performing beam mounting. Bottom of the head is insulated with fibrous ceramic material, which is held in place by the cladding plate. The tube head is perforated for 1300 tubes. Each perforation has a stuffing box assembly over the head.

Компоновка нижней трубной головкиThe layout of the lower tube head

Сверху головка изолируется волокнистым керамическим материалом, который удерживается на месте металлической плитой облицовки, см. Фиг. 5.The head is insulated from above by a fibrous ceramic material that is held in place by the cladding metal plate, see FIG. 5.

Компоновка облицовки и перегородокLaying of cladding and partitions

Облицовка приваривается к конусу на оболочке. Она перфорируется сверху и снизу.The lining is welded to the cone on the shell. It is perforated above and below.

Перегородки удерживаются на месте соединительными тягами. Соединительные тяги присоединяются к верхней трубной головке, как можно видеть на Фиг. 6.Partitions are held in place by connecting rods. Connecting rods are attached to the upper tube head, as can be seen in FIG. 6.

Компоновка трубокTube layout

Трубки имеют различную длину вследствие эллипсоидальных головок трубок.The tubes have different lengths due to ellipsoidal tube heads.

В верхней части некоторых трубок существует средство крепления 122, такое, как резьбовая секция. Оно используется для монтажа стопорных гаек 130 при подъеме пучка за подъемные проушины.At the top of some tubes, there is a fastener 122, such as a threaded section. It is used to install the lock nuts 130 when lifting the beam by the lifting eyes.

Проволочная сетка.Wire mesh.

Как видно на Фиг. 7, катализатор покоится на опорной решетке 115. Дистанционные кольца 116, такие как тонкостенные цилиндрические трубки удерживают опорную решетку катализатора на правильной высоте. Диаметр трубок понижается в сужении 114 в нижней части трубок. Это сделано для получения более крупной связки и, следовательно, более тонкой трубной головки. На Фиг. 11 показан другой вариант, в котором отсутствует потребность в дистанционном кольце, благодаря изменению длины нижней части теплообменных трубок с уменьшенным диаметром, а также благодаря тому, что вместо сужения, диаметр нижней части трубок уменьшается при помощи отбортовки.As seen in FIG. 7, the catalyst rests on the support lattice 115. The distance rings 116, such as thin-walled cylindrical tubes, hold the catalyst support lattice at the correct height. The diameter of the tubes decreases at a restriction of 114 at the bottom of the tubes. This is done to obtain a larger bundle and, therefore, a thinner tube head. In FIG. 11 shows another embodiment in which there is no need for a spacer ring due to a change in the length of the lower part of the heat exchange tubes with a reduced diameter, and also because instead of narrowing, the diameter of the lower part of the tubes is reduced by flanging.

Компоновка набивного сальникаStuffing box layout

1300 набивных сальников 119 представляют собой набивной сальник, в котором размещается уплотнение 118, включающее в себя жгутовую набивку 120. Как можно видеть на Фиг. 8, существуют средства сжатия 121, такие как кольцо сальника, которое работает, как полый болт, который вращается вокруг трубки, когда жгуты набивки сжаты. Между жгутами и кольцом сальника находится следящее кольцо, которое защищает жгутовую набивку от сил трения при затягивании набивочной камеры. Набивочная камера сальника в сборе приваривается к трубной головке изнутри. Дальнейшая реализация набивных сальников показана на Фиг. 12. Здесь компрессионное кольцо сальника зафиксировано другим кольцом, 121а.1300 packing glands 119 are a stuffing box in which a seal 118 is located including a pack of packing 120. As can be seen in FIG. 8, there are compression means 121, such as an oil seal ring, which works like a hollow bolt that rotates around the tube when the packing harnesses are compressed. Between the harnesses and the stuffing box ring there is a follower ring that protects the harness packing from friction when tightening the stuffing box. The stuffing box assembly is welded to the tube head from the inside. A further implementation of the stuffing box is shown in FIG. 12. Here, the compression ring of the stuffing box is fixed by another ring, 121a.

Сборка на местеOn-site assembly

Для сборки пучка труб в оболочке необходимо использовать для подъема подъемные проушины у верхней трубной головки. Нижняя трубная головка поднимается трубками, которые удерживаются на месте стопорной гайкой у верхней головки. Фиг. 9: Набивной сальник показан со стопорной гайкой 130 (слева вверху). Стопорные гайки действуют в качестве соединительных элементов между верхней трубной головкой, к которой присоединяется кран, и трубками и нижней трубной головкой. Когда пучок находится на месте, между нижней трубной головкой и соединением оболочки выполняется герметичный сварной шов.To assemble the tube bundle in the shell, it is necessary to use lifting eyes at the top of the tube head for lifting. The lower pipe head is lifted by tubes that are held in place by a lock nut at the upper head. FIG. 9: The stuffing box is shown with lock nut 130 (top left). Lock nuts act as connecting elements between the upper pipe head to which the valve is attached and the pipes and lower pipe head. When the beam is in place, a sealed weld is made between the lower tube head and the sheath joint.

Рис. 10: Заключительные шаги сборки нижней части реактора. Пучок опускается, после чего эллипсоидальная головка трубок и соединение с оболочкой герметически завариваются.Fig. 10: Final assembly steps for the bottom of the reactor. The beam is lowered, after which the ellipsoidal tube head and the connection to the shell are hermetically sealed.

ПримерExample

Холодный технологический газ с температурой ~410°C поступает в самый верх реактора и распределяется к трубкам. ТГ течет через трубки, заполненные катализатором, и реакция риформинга происходит при получении тепла со стороны оболочки. ТГ покидает трубки при температуре ~750°C и выходит через нижний выход.Cold process gas with a temperature of ~ 410 ° C enters the very top of the reactor and is distributed to the tubes. TG flows through tubes filled with catalyst, and the reforming reaction occurs when heat is received from the shell. TG leaves the tube at a temperature of ~ 750 ° C and exits through the lower outlet.

Горячий отходящий газ с температурой ~1005°C входит со стороны оболочки через нижнее сопло. Поток пропускается по трубкам в системе перегородок, поставляющих тепло для реакции внутри трубки. Отходящий газ выходит через верхнее сопло со стороны оболочки при температуре ~600°C.Hot flue gas with a temperature of ~ 1005 ° C enters from the shell through the lower nozzle. The flow is passed through the tubes in the partition system, supplying heat for the reaction inside the tube. Exhaust gas leaves through the upper nozzle from the shell side at a temperature of ~ 600 ° C.

Верхняя головка имеет внутренний диаметр 4250 мм, толщину 85 мм и изготавливается из сплава SA-387, сорт 22, класс 2. Снизу головка изолируется волокнистым керамическим материалом, который удерживается на месте плитой облицовки толщиной 3 мм из инконеля 693.The upper head has an inner diameter of 4250 mm, a thickness of 85 mm and is made of SA-387 alloy, grade 22, class 2. The head is insulated from below with a fibrous ceramic material that is held in place by a 3 mm thick cladding plate made of inconel 693.

Нижняя головка имеет толщину 50 мм и внутренний диаметр 3600 мм. Головка изготавливается из инконеля 625 или хейнса 230. Сверху головка изолируется волокнистым керамическим материалом, который удерживается на месте плитой облицовки толщиной 3 мм из инконеля 693.The lower head has a thickness of 50 mm and an inner diameter of 3600 mm. The head is made of Inconel 625 or Haines 230. The head is insulated from above with a fibrous ceramic material that is held in place by a 3 mm thick cladding plate made of Inconel 693.

Облицовка, перегородки и соединительные тяги изготавливаются из инконеля 693.Facing, partitions and connecting rods are made of Inconel 693.

Трубки имеют длину прибл. 11 метров, внутренний диаметр 50 мм и наружный диаметр 60 мм. Все части компоновки трубок изготавливаются из инконеля 693.The tubes have a length of approx. 11 meters, inner diameter 50 mm and outer diameter 60 mm. All parts of the tube layout are made of Inconel 693.

Claims (15)

1. Теплообменный реактор (100) для проведения эндотермических или экзотермических реакций, включающий в себя:1. A heat exchange reactor (100) for carrying out endothermic or exothermic reactions, including: - корпус (101),- housing (101), - при этом указанный корпус определяет стенку реактора (102),- while this body determines the wall of the reactor (102), - множество теплообменных трубок (103), размещённых внутри вышеуказанного корпуса для подачи тепла в слои катализатора (104), расположенные внутри или снаружи вышеуказанных теплообменных трубок или для отвода тепла из вышеуказанных слоев,- a plurality of heat transfer tubes (103) located inside the aforementioned housing for supplying heat to the catalyst beds (104) located inside or outside the above heat transfer tubes or for removing heat from the above layers, - первую трубную головку (105), расположенную в верхней части корпуса для поддержки верхней части теплообменных трубок,- the first tube head (105) located in the upper part of the housing to support the upper part of the heat transfer tubes, - вторую трубную головку (106), расположенную в нижней части корпуса для поддержки нижней части теплообменных трубок,- a second tube head (106) located in the lower part of the housing to support the lower part of the heat transfer tubes, - по крайней мере первую камеру для текучей среды (107), вторую камеру для текучей среды (108) и третью камеру для текучей среды (109), расположенные внутри вышеуказанного корпуса, при этом вышеуказанная первая камера для текучей среды располагается в верхней части корпуса над первой трубной головкой, вторая камера для текучей среды располагается в средней секции корпуса между первой и второй трубными головками, и третья камера для текучей среды располагается в нижней части корпуса под второй трубной головкой,- at least a first fluid chamber (107), a second fluid chamber (108) and a third fluid chamber (109) located inside the aforementioned housing, wherein the aforementioned first fluid chamber is located in an upper part of the housing above the first tube head, the second fluid chamber is located in the middle section of the housing between the first and second tube heads, and the third fluid chamber is located in the lower part of the housing under the second tube head, - по крайней мере четыре отверстия для текучей среды в вышеуказанном корпусе: по крайней мере одно отверстие для текучей среды (110) в первой камере для текучей среды, по крайней мере два отверстия для текучей среды (111, 112) во второй камере для текучей среды и по крайней мере одно отверстие для текучей среды (113) в третьей камере для текучей среды, первая и вторая трубные головки имеют каналы для каждой из теплообменных трубок, в которых нижняя часть каждой теплообменной трубки поддерживается в фиксированном состоянии как в боковом, так и в верхнем направлении второй трубной головкой, а верхняя часть каждой теплообменной трубки поддерживается в подвижном состоянии первой трубной головкой, благодаря чему вторая трубная головка принимает нагрузку от множества теплообменных трубок и предотвращает их смещение по отношению ко второй головке трубок, и первая трубная головка поддерживает множество теплообменных трубок в боковом направлении, что позволяет теплообменным трубкам перемещаться вверх и вниз по отношению к первой трубной головке, и скользящая опора верхней части теплообменных трубок включает в себя уплотнение, непроницаемое для текучей среды (118).at least four fluid openings in the aforementioned housing: at least one fluid opening (110) in the first fluid chamber, at least two fluid openings (111, 112) in the second fluid chamber and at least one fluid hole (113) in the third fluid chamber, the first and second tube heads have channels for each of the heat transfer tubes, in which the lower part of each heat transfer tube is held in a fixed state both in the lateral and in the upper m direction by the second tube head, and the upper part of each heat exchanger tube is kept movable by the first tube head, whereby the second tube head receives a load from the plurality of heat transfer tubes and prevents them from displacing with respect to the second tube head, and the first tube head supports the plurality of heat transfer tubes in the lateral direction, which allows the heat exchange tubes to move up and down with respect to the first tube head, and the sliding support of the upper part of the heat ennyh tubes includes a tight seal for the fluid (118). 2. Теплообменный реактор по п. 1, в котором указанная нижняя часть теплообменных трубок включает в себя сужение (114), благодаря которому площадь поперечного сечения нижнего конца теплообменных трубок и площадь поперечного сечения каждого канала во второй трубной головке меньше, чем площадь поперечного сечения теплообменных трубок над сужением.2. The heat exchange reactor according to claim 1, wherein said lower part of the heat exchange tubes includes a restriction (114), due to which the cross-sectional area of the lower end of the heat transfer tubes and the cross-sectional area of each channel in the second tube head is smaller than the cross-sectional area of the heat exchange tubes over the narrowing. 3. Теплообменный реактор по п. 2, в котором слои катализатора располагаются внутри теплообменных трубок, и каждая из вышеуказанных теплообменных трубок включает в себя опору (115), расположенную в нижней части каждой из теплообменных трубок над сужением для поддержки слоев катализатора.3. The heat transfer reactor according to claim 2, wherein the catalyst layers are located inside the heat transfer tubes, and each of the above heat transfer tubes includes a support (115) located at the bottom of each of the heat transfer tubes above the restriction to support the catalyst layers. 4. Теплообменный реактор по п. 3, далее включающий в себя дистанционное кольцо (116), расположенное между сужением и опорой, для регулирования высоты опоры.4. The heat exchange reactor according to claim 3, further comprising a spacer ring (116) located between the constriction and the support to control the height of the support. 5. Теплообменный реактор по п. 4, в котором вышеуказанная опора и вышеуказанное дистанционное кольцо составляют один единый блок.5. The heat exchange reactor according to claim 4, in which the aforementioned support and the aforementioned spacer ring comprise one single unit. 6. Теплообменный реактор по п. 1, в котором по крайней мере одна из первой и второй трубных головок имеет вогнутую форму.6. The heat exchange reactor according to claim 1, in which at least one of the first and second tube heads has a concave shape. 7. Теплообменный реактор по п. 1, в котором вторая трубная головка имеет эллипсоидальную форму, благодаря чему нагрузка теплообменных трубок распределяется по краю указанной второй трубной головки.7. The heat exchange reactor according to claim 1, wherein the second tube head has an ellipsoidal shape, whereby the load of the heat exchange tubes is distributed along the edge of said second tube head. 8. Теплообменный реактор по п. 1, в котором по крайней мере одна из первой и второй трубных головок имеет изоляцию (117) по крайней мере с одной стороны трубной головки.8. The heat exchange reactor according to claim 1, in which at least one of the first and second pipe heads has an insulation (117) on at least one side of the pipe head. 9. Теплообменный реактор по п. 8, в котором изоляция (117) располагается на стороне по крайней мере одной из первой и второй трубных головок, которая обращена ко второй камере для текучей среды, и толщина изоляции подобрана таким образом, чтобы изоляция имела в основном плоскую поверхность на стороне, которая обращена ко второй камере для текучей среды.9. The heat exchange reactor according to claim 8, in which the insulation (117) is located on the side of at least one of the first and second pipe heads, which faces the second fluid chamber, and the thickness of the insulation is selected so that the insulation has mainly a flat surface on the side that faces the second fluid chamber. 10. Теплообменный реактор по любому из пп. 8 и 9, в котором часть каждой из теплообменных трубок, которая расположена во второй камере для текучей среды между первой и второй трубными головками и изоляцией, имеет в основном равную длину.10. The heat exchange reactor according to any one of paragraphs. 8 and 9, in which a portion of each of the heat transfer tubes, which is located in the second fluid chamber between the first and second tube heads and the insulation, is substantially equal in length. 11. Теплообменный реактор по п. 1, в котором вышеуказанное уплотнение включает в себя для каждой теплообменной трубки набивной сальник (119) со жгутовой набивкой (120), который сжимается вокруг теплообменной трубки приспособлением для сжатия (121).11. The heat exchange reactor according to claim 1, wherein the aforementioned seal includes, for each heat exchange tube, a stuffing box (119) with a bundle packing (120) that is compressed around the heat exchanger tube by a compression tool (121). 12. Теплообменный реактор по п. 1, в котором по крайней мере одна из теплообменных трубок оснащена средствами крепления (122, 130) в верхней части, что позволяет поднимать по крайней мере все теплообменные трубки и вторую трубную головку.12. The heat transfer reactor according to claim 1, wherein at least one of the heat transfer tubes is equipped with fastening means (122, 130) in the upper part, which allows at least all heat transfer tubes and the second tube head to be lifted. 13. Теплообменный реактор по п. 1, в котором вышеуказанная стенка реактора образует по крайней мере первую трубчатую секцию (124), расположенную в верхней части второй камеры для текучей среды, вторую трубчатую секцию (125), расположенную в средней части второй камеры для текучей среды, и третью трубчатую секцию (126), расположенную в нижней части второй камеры для текучей среды, при этом вышеуказанные первая и третья трубчатые секции имеют больший диаметр, чем вторая трубчатая секция, что позволяет по крайней мере двум кольцевым камерам равномерно распределять текучую среду по крайней мере к двум отверстиям для текучей среды во второй камере для текучей среды и из указанных двух отверстий, а также к нижней и верхней частям поверхности теплообменных трубок и от указанных частей.13. The heat exchange reactor according to claim 1, in which the aforementioned wall of the reactor forms at least a first tubular section (124) located in the upper part of the second fluid chamber, a second tubular section (125) located in the middle of the second fluid chamber medium, and a third tubular section (126) located at the bottom of the second fluid chamber, wherein the above first and third tubular sections have a larger diameter than the second tubular section, which allows at least two annular chambers to be uniform to distribute fluid to at least two holes for the fluid in the second fluid chamber and out of the two holes, as well as to the lower and upper portions of heat exchange tubes and surfaces of these parts. 14. Теплообменный реактор по п. 1, далее включающий в себя облицовку (127), размещённую вокруг теплообменных трубок во второй камере для текучей среды, при этом вышеуказанная облицовка имеет перфорации (129) для равномерного распределения текучей среды по крайней мере к двум отверстиям для текучей среды во второй камере для текучей среды и из указанных двух отверстий, а также к нижней и верхней частям поверхности теплообменных трубок и от указанных частей.14. The heat exchange reactor according to claim 1, further comprising a liner (127) placed around the heat exchange tubes in the second fluid chamber, the aforementioned liner having perforations (129) for uniform distribution of the fluid to at least two openings for fluid in the second chamber for the fluid and from these two holes, as well as to the lower and upper parts of the surface of the heat transfer tubes and from these parts. 15. Теплообменный реактор по п. 14, в котором по крайней мере часть площади вышеуказанной облицовки, обращенная по крайней мере к одному из по крайней мере двух отверстий для текучей среды во второй камере для текучей среды, не имеет указанных перфораций, в результате чего вышеуказанная площадь может действовать в качестве отбойника для текучей среды.
Figure 00000001
15. The heat exchange reactor according to claim 14, in which at least part of the area of the above cladding, facing at least one of the at least two openings for the fluid in the second chamber for the fluid, does not have these perforations, resulting in the above the area may act as a fluid chipper.
Figure 00000001
RU2014103299/05U 2011-07-01 2012-06-08 HEAT EXCHANGE REACTOR RU148799U1 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2011/003283 WO2013004254A1 (en) 2011-07-01 2011-07-01 Heat exchange reactor
EPPCT/EP2011/003283 2011-07-01
PCT/EP2012/060854 WO2013004448A1 (en) 2011-07-01 2012-06-08 Heat exchange reactor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU148799U1 true RU148799U1 (en) 2014-12-20

Family

ID=44628755

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014103299/05U RU148799U1 (en) 2011-07-01 2012-06-08 HEAT EXCHANGE REACTOR

Country Status (7)

Country Link
KR (1) KR20140001590U (en)
CN (1) CN203916623U (en)
BR (2) BR112013033842B1 (en)
DE (1) DE212012000120U1 (en)
ES (1) ES1103681Y (en)
RU (1) RU148799U1 (en)
WO (2) WO2013004254A1 (en)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103983131A (en) * 2014-05-29 2014-08-13 南通航海机械集团有限公司 Marine light-duty efficient heater
CN106693849A (en) * 2015-08-04 2017-05-24 中国石化工程建设有限公司 Methanation reactor and methanation technology
CN106582468B (en) * 2015-10-14 2019-04-26 中国石化工程建设有限公司 A kind of axial direction microchannel coupled reactor and application
US9816767B2 (en) * 2016-01-12 2017-11-14 Hamilton Sundstrand Corporation Tubes and manifolds for heat exchangers
KR101983667B1 (en) * 2016-09-29 2019-05-29 디앤이에스 주식회사 Cooling and heating energy saving type automatic control system with low flux refrigerator and low flux controlling of cool and heating fluid
DE102017203058A1 (en) 2017-02-24 2018-08-30 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Heat exchanger and reactor
CN109289749A (en) * 2017-07-24 2019-02-01 大连盛大光明节能设备有限公司 Nonflame oxidation heating reactor
WO2021217330A1 (en) * 2020-04-27 2021-11-04 北京燕东兆阳新能源科技有限公司 Methanol vaporizing and mixing device, methanol heating reactor, methanol non-flame heating device, and control method
KR20230137893A (en) * 2021-01-28 2023-10-05 토프쉐 에이/에스 Catalytic heat exchange reactor with spiral flow
EP4309780A1 (en) * 2022-07-20 2024-01-24 Linde GmbH Tube base for a tubular reactor and reactor comprising such a tube base

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3374832A (en) * 1966-05-13 1968-03-26 Lummus Co Inlet cone device and method
GB1316886A (en) * 1970-12-24 1973-05-16 Semenov V P Apparatus for use in reforming hydrocarbons under pressure
BE790200A (en) * 1971-10-27 1973-04-17 Babcock & Wilcox Co IMPROVEMENTS RELATING TO EXCHANGERS OF
US4871014A (en) * 1983-03-28 1989-10-03 Tui Industries Shell and tube heat exchanger
AU6120486A (en) * 1985-06-27 1987-01-30 Stone & Webster Engineering Corporation Production of synthesis gas using convective reforming
GB8629497D0 (en) 1986-12-10 1987-01-21 British Petroleum Co Plc Apparatus
US6153152A (en) * 1990-04-03 2000-11-28 The Standard Oil Company Endothermic reaction apparatus and method
GB9516125D0 (en) * 1995-08-07 1995-10-04 Ici Plc Heat exchange apparatus and process
JP2001009264A (en) 1999-04-26 2001-01-16 Toyo Eng Corp Heat exchanger-style reactor
JP3646027B2 (en) * 1999-11-05 2005-05-11 株式会社日本触媒 Reactor for catalytic gas phase oxidation and method for producing (meth) acrylic acid using the same
ES2427927T3 (en) 1999-12-02 2013-11-04 Haldor Topsoe A/S Process for performing non-adiabatic catalytic reactions
GB0002153D0 (en) 2000-02-01 2000-03-22 Ici Plc Heat exchange reactor
JP4477432B2 (en) * 2004-06-29 2010-06-09 東洋エンジニアリング株式会社 Reformer
DE102007024934B4 (en) * 2007-05-29 2010-04-29 Man Dwe Gmbh Tube bundle reactors with pressure fluid cooling

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013004254A1 (en) 2013-01-10
BR112013033842B1 (en) 2019-09-24
ES1103681Y (en) 2014-06-10
CN203916623U (en) 2014-11-05
ES1103681U (en) 2014-03-19
WO2013004448A8 (en) 2014-02-06
KR20140001590U (en) 2014-03-17
DE212012000120U1 (en) 2014-02-14
BR212013033842U2 (en) 2015-11-03
WO2013004448A1 (en) 2013-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU148799U1 (en) HEAT EXCHANGE REACTOR
RU2436839C2 (en) Reactor of reforming of low pressure drop
JP4477432B2 (en) Reformer
JP5086064B2 (en) Heat exchanger having an array of tubes
EA039256B1 (en) Reformer tube having a structured catalyst and improved heat balance
JP7010940B2 (en) Catalyst tube for modification
JP6283027B2 (en) Steam reformer, module, and method of use
CN108837780B (en) A kind of hydrogen storage reaction unit of the netted staggeredly floor of multilayer
US20230089656A1 (en) Process for producing synthesis gas with reduced steam export
US20170028373A1 (en) Isothermal tubular catalytic reactor
EP0038098B1 (en) Reactor for exothermic reactions and use of this reactor for the preparation of hydrocarbons
CA2789745A1 (en) Chemical reactor with a plate heat exchanger
CN105664804A (en) Axial-radial isothermal reactor
JP2012521960A (en) Steam reformer with passive heat flux control element
US10294114B2 (en) Ammonia converter comprising a tubular inner wall
WO2010037093A2 (en) Combined synthesis gas generator
RU2482909C2 (en) Isothermal chemical reactor with plate heat exchanger
RU2381057C2 (en) Reaction vessel
CN215655077U (en) Ring box type water heat transfer temperature control reactor
CN111732075B (en) Composite heat-insulating serial temperature-control shift converter device and shift process
CN107427802A (en) Boiling-water reactor
CN108722339A (en) Radial air cooling reactor
WO2018205943A1 (en) Modularized temperature control reactor
DK201600257A1 (en) Cooling Medium Reactor