一種催化反應器的製作方法
2023-11-09 05:49:46
本實用新型涉及化工設備技術領域，特別涉及一種催化反應器。
背景技術：
在化工生產行業中，很多反應的副產物能夠回收利用，通過一定的後續處理，得到想要的產品。例如，在己二酸行業中，副產物為含有高濃度有機物的氮氣，其中的氮氣是可以回收利用的，因此，需要去除掉混在氮氣中的高濃度有機物，既能夠達到環保的要求，並能產生經濟效益。
現有的用於處理此類混有有機物的氮氣等可回收氣體的反應設備為催化反應器，包括一個反應筒體，反應筒體內設置有一層用於和有機物進行催化反應的催化劑層，含有高濃度有機物的原料氣從反應筒體的上部進入，向下進入催化劑層，有機物與催化劑層中的催化劑反應，消耗掉部分有機物，達到筒體底部後，通過兩臺循環壓縮機將筒體底部經過催化反應後的氣體抽到筒體的上部，使反應氣體上下往復循環進行催化反應，直到氣體中的有機物濃度降低到規定濃度時，結束催化反應，得到回收氣體。現有催化反應器雖然能夠實現有機物的處理，得到回收氣體，但是，反應設備需要設置循環壓縮機，增大了設備成本，且反應後的氣體問題較高，需要後續專門的設備進行冷卻，進一步提高了成本。
綜上所述，如何解決設備成本高的問題，成為了本領域技術人員亟待解決的問題。
技術實現要素：
有鑑於此，本實用新型的目的在於提供一種催化反應器，以降低含有高濃度有機物的可回收氣體的回收成本。
為達到上述目的，本實用新型提供以下技術方案：
一種催化反應器，包括密封筒體，所述密封筒體的底部設置有出料口，所述密封筒體沿其軸向由上至下分成至少兩個彼此連通的催化反應區，每個所述催化反應區內均設置有：
氣體分布器，用於向對應的所述催化反應區內通入含有有機物的原料氣；
催化劑填料筒，位於所述氣體分布器的下方，用於裝填與有機物反應的催化劑。
優選的，在上述的催化反應器中，所述密封筒體包括筒體、頂部封頭和底部封頭，所述筒體的上下兩端分別與所述頂部封頭和所述底部封頭密封連接。
優選的，在上述的催化反應器中，所述筒體由至少兩個筒段密封組裝而成，每個催化劑填料筒對應設置於一個所述筒段內。
優選的，在上述的催化反應器中，所述頂部封頭的頂部安裝有一個所述氣體分布器，該氣體分布器為頂部氣體分布器，所述頂部封頭的頂端開設有進氣口，所述頂部氣體分布器的上端與所述進氣口連通。
優選的，在上述的催化反應器中，所述頂部氣體分布器包括多個同軸套裝的喇叭噴管，相鄰兩個所述喇叭噴管之間形成環形錐狀氣流通道。
優選的，在上述的催化反應器中，設置於所述筒體內的所述氣體分布器為中間氣體分布器，所述中間氣體分布器包括：
主流通管，一端開口且穿過所述筒體的筒壁外部，另一端封閉且固定於所述筒體內；
若干個分支管，均連通設置於所述主流通管上，每個所述分支管的管壁上開設有多個出氣孔。
優選的，在上述的催化反應器中，所述中間氣體分布器為分體組裝結構。
優選的，在上述的催化反應器中，所述密封筒體的筒壁上開設有若干人孔。
優選的，在上述的催化反應器中，所述催化反應區的數量為三個、四個或五個。
優選的，在上述的催化反應器中，所述催化劑填料筒吊裝於所述密封筒體內。
與現有技術相比，本實用新型的有益效果是：
本實用新型中的催化反應器，在密封筒體內沿其軸向分成至少兩個彼此連通的催化反應區，每個催化反應區內均設置有氣體分布器和催化劑填料筒，且催化劑填料筒位於氣體分布器的下方。原料氣通過氣體分布器向催化反應區內通入含有有機物的原料氣，原料氣在通過催化劑填料筒時，原料氣中的有機物與催化劑填料筒內裝填的催化劑進行反應，消耗掉有機物。
工作時，先從位於上部的第一層催化反應區的氣體分布器通入原料氣，原料氣在第一層的催化劑填料筒內進行有機物的催化反應，消耗了一部分有機物，反應後的原料氣具有較高的溫度，反應後的原料氣繼續向下部第二層催化反應區流動，與此同時，通過第二層的氣體分布器向第二層催化反應區內通入新的原料氣，新的原料氣與第一層反應後的原料氣匯合，新的原料氣對第一層反應後的原料氣進行降溫，同時，第一層反應後的原料氣對新的原料氣中的有機物濃度進行稀釋，匯合後的原料氣再一起通過第二層的催化劑填料筒，進行有機物的催化反應，進一步消耗有機物，降低原料氣中有機物的濃度，依次類推，上一層反應後的原料氣與下一層進來的新的原料氣混合後進行催化反應，逐層進行有機物的稀釋和消耗，以及降溫，最後得到降低至濃度要求的回收氣體，回收氣體從密封筒體底部的出料口排出。不需要設置循環壓縮機和降溫設備，從而降低了成本。
附圖說明
為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。
圖1為本實用新型實施例提供的一種催化反應器的結構示意圖；
圖2為本實用新型實施例提供的一種催化反應器的頂部氣體分布器的剖視圖；
圖3為圖2中的頂部氣體分布器的俯視圖；
圖4為本實用新型實施例提供的一種催化反應器的中間氣體分布器的結構示意圖；
圖5為圖4中的中間氣體分布器的俯視圖；
圖6為圖5中B-B截面的剖視圖。
在圖1-圖6中，1為筒體、2為底部封頭、3為頂部封頭、4為進氣口、5為出料口、6為頂部氣體分布器、61為喇叭噴管、62為環形錐狀氣流通道、7為催化劑填料筒、8為中間氣體分布器、81為主流通管、82為分支管、83為出氣孔、9為人孔、A為催化反應區。
具體實施方式
本實用新型的核心是提供了一種催化反應器，降低了含有高濃度有機物的可回收氣體的回收成本。
下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。
請參考圖1，本實用新型實施例提供了一種催化反應器，包括密封筒體，密封筒體的底部設置有出料口5，密封筒體沿其軸向由上至下分成至少兩個彼此連通的催化反應區A，每個催化反應區A內均設置有氣體分布器和催化劑填料筒7；其中，氣體分布器用於向其所在的催化反應區A內通入含有有機物的原料氣；催化劑填料筒7位於同一個催化反應區A內的氣體分布器的下方，用於裝填與有機物反應的催化劑。
上述催化反應器的工作原理和工作過程是：開始時，先將達到催化反應溫度的含有有機物的原料氣從位於上部的第一層催化反應區A內的氣體分布器進入第一層催化反應區A內，原料氣向下經過第一層催化劑填料筒7中，原料氣中的有機物與第一層催化劑填料筒7內填裝的催化劑進行催化反應，消耗掉部分有機物。經過第一層催化反應後的原料氣繼續向下移動，進入位於下部的第二層催化反應區A，與此同時，通過第二層催化反應區A內的氣體分布器將常溫的新的原料氣送入到第二催化反應區A內，新的原料氣與經過第一層催化反應的原料氣混合後一起進入第二層催化反應區A內的催化劑填料筒7內進行再次的催化反應，進一步消耗有機物。在第二層催化反應區A內，新的原料氣對第一層反應後的原料氣進行降溫，同時，第一層反應後的原料氣對新的原料氣中的有機物濃度進行稀釋。依次類推，上一層反應後的原料氣進入下一層催化反應區A內，與下一層進來的新的原料氣混合，並在下一層中進一步進行催化反應，逐層進行有機物的稀釋和消耗，以及降溫，最後得到降低至濃度要求的回收氣體，回收氣體從密封筒體底部的出料口5排出。
可以看出，本實用新型中的催化反應器通過由上至下依次經過至少兩次催化反應，通過下層的新的原料氣對上一層反應後的原料氣進行降溫，上一層的原料氣可以稀釋下一層新的原料氣的有機物濃度，能夠實現含有有機物的回收氣體的有效回收。同時，不需要設置循環壓縮機，從而降低了回收氣體的回收成本，通過自身進行溫度的控制，不需要額外的設備進行降溫，因此，進一步降低了成本。
如圖1所示，在本實施例中，密封筒體包括筒體1、頂部封頭3和底部封頭2，筒體1的上下兩端分別與頂部封頭3和底部封頭2密封連接。頂部封頭3和底部封頭2均與筒體1可拆卸地連接，能夠方便內部部件的安裝布置。
進一步地，在本實施例中，筒體1由至少兩個筒段密封組裝而成，每個催化劑填料筒7對應設置於一個筒段內。通過將筒體1分段，可以更加方便地安裝內部零部件，最後再將筒體1整體組裝。當然，筒體1還可以是一體結構，只是安裝製造不方便。
在本實施例中，頂部封頭3的頂部安裝有一個氣體分布器，該氣體分布器為頂部氣體分布器6，頂部封頭3的頂端開設有進氣口4，頂部氣體分布器6的上端與進氣口4連通。頂部氣體分布器6是上部第一層催化反應區A內的氣體分布器，將頂部氣體分布器6設置於頂部封頭3的頂部，方便進氣，節省空間。頂部氣體分布器6用於通入達到催化反應溫度的原料氣。當然，第一層催化反應區A內的氣體分布器還可以設置於筒體1上，只要能夠實現進氣即可。
如圖2和圖3所示，本實施例提供了一種具體的頂部氣體分布器6，其包括多個同軸套裝的喇叭噴管61，相鄰兩個喇叭噴管61之間形成環形錐狀氣流通道62。喇叭噴管61的較小一端與進氣口4連通，原料氣從較小的一端進入頂部氣體分布器6，通過環形錐狀氣流通道62的擴口結構將原料氣均勻分布於下方的催化劑填料筒7內。該頂部氣體分布器6吊裝於頂部封頭3的頂部。當然，頂部氣體分布器6還可以是其它結構，如由多個呈輻射狀的管組成，每個管上開設有多個噴氣孔，只要能夠實現原料氣的均勻分布即可。並不局限於本實施例所列舉的結構形式。
如圖1、圖4-圖6所示，在本實施例中，設置於筒體1內的氣體分布器為中間氣體分布器8，中間氣體分布器8包括主流通管81和若干個分支管82；其中，主流通管81的一端穿過筒體1的筒壁外部，此端開口，另一端封閉且固定於筒體1內；所有的分支管82均連通設置於主流通管81上，每個分支管82的管壁上開設有多個出氣孔83。優選地，分支管82水平布置於主流通管81的兩側，且分支管82的軸線與主流通管81的軸線垂直，分支管82的末端封閉，出氣孔83開設於分支管82的下側管壁上，出氣孔83的軸線與經過分支管82軸線的豎直面之間存在一定的夾角，優選為20°～45°。能夠將原料氣更均勻地分布於下方的催化劑填料筒7中。當然，中間氣體分布器8還可以是其它結構，如進口設置於筒體1的側面，筒體1內部的部分為水平布置的至少兩圈環形管，環形管上設置有出氣孔，同樣能夠實現原料氣的均勻分布。
更進一步地，如圖5所示，在本實施例中，上述的中間氣體分布器8為分體組裝結構，即主流通管81為分段組裝結構，每段上均安裝若干個分支管82，通過法蘭將分段的主流通管81組裝。這樣的結構更加方便製造。當然，中間氣體分布器8還可以為一體結構。
如圖1所示，為了方便為催化反應器內部結構進行維護，在本實施例中，密封筒體上開設有若干人孔9。優選地，每個催化反應區A的密封筒體的筒壁上均開設有人孔9，頂部封頭的頂部還設置有人孔9。
在本實施例中，催化反應器的催化反應區A的數量可以為三個、四個或五個。優選為三個，通過三層催化反應，能夠有效降低回收氣體中的有機物濃度，使有機物濃度降小於20ppm。當然，催化反應區A的數量還可以是兩個，只要能夠完成有機物的催化反應，達到要求的濃度即可。
如圖1所示，在本實施例中，催化劑填料筒7吊裝於密封筒體內，通過在筒體1內壁上設置支撐臺，將催化劑填料筒7掛裝與支撐臺上，實現吊裝。
本實用新型中的催化反應器可應用於含有高濃度有機物的氮氣的催化反應，以得到較為純淨的氮氣。當然，還可應用於其他含有有機物的待回收氣體的催化反應。
本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。
對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本實用新型。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本實用新型將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。