一種可控移熱反應器的製造方法
2023-06-10 23:17:31 1
一種可控移熱反應器的製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種可控移熱反應器,移熱管束包括出水總管、進水總管、環管、隔板、盲腸式換熱管和導水管；所述隔板設置於環管的中部，將環管的上部和下部分隔為分水箱和集水箱，進水總管連通環管上部的分水箱，出水總管連通環管下部的集水箱，導水管套設在盲腸式換熱管內，盲腸式換熱管的一端開口另一端封閉，盲腸式換熱管的開口端連通環管下部的集水箱，導水管兩端開口，導水管的頂部連通環管上部的分水箱，導水管的底部位於盲腸式換熱管的封閉端之上。本發明的催化劑框、移熱管束與承壓殼體分離，便於檢修、催化劑自卸、催化劑裝填；將移熱水管埋在催化劑床層內部能夠將催化劑床層內部反應熱及時移走。
【專利說明】一種可控移熱反應器
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種固定床催化反應裝置，尤其涉及的是一種可控移熱反應器。
【背景技術】
[0002] C0變換反應後器作為化工行業的一種廣泛應用反應器，其間，人們對變換反應器 進行了多次的改進，由原來全軸向改為全徑向，在催化劑床層阻力方面取得很好效果，但催 化劑床層仍為絕熱反應，催化劑床層分為若干床層，每床層之間採取間接換熱或用水冷激。 這種間接換熱回收變換系統熱能品位低，回收顯熱和潛熱效率低、催化劑易超溫、同時變換 還拌有甲烷化等副反應等缺陷。
[0003] 煤制乙二醇的羰基化合成反應器，目前採用425X2的管內裝填催化劑，管外用水 移熱，一臺列管反應器由數千個全軸向421圓柱形催化劑床層組成，氣體分布不均勻、副 反應物多、催化劑床層阻力大、熱應力大、設備洩漏、一套20萬噸/年的乙二醇裝置的羰基 化合成反應器需要6臺管殼反應器並聯運行，工程投資大等缺陷。
[0004] 煤制乙二醇的酯化加氫反應器，目前採用438X2的管內裝填催化劑，管外用水移 熱，一臺列管反應器由數千個全軸向4 34圓柱形催化劑床層組成，氣體分布不均勻、副反 應物多、催化劑床層阻力大、熱應力大、設備洩漏、工程投資大等缺陷。
[0005] 煤制天然氣的反應採用：n個絕熱床層配合n個廢過熱鍋爐的移熱方式，而且需要 增加反應物水蒸氣來抑制第一、第二絕熱床層反應，同時配置循環氣，否則出現第一、第二 絕熱床層飛溫現象，運行能耗高、裝置投資大、系統阻力大等缺陷。
[0006] 煤制油、煤制石蠟的費託合成反應還沒有在運行的大型化裝置，部分在運行的小 型費託合成裝置反應器也為列管式反應器，Fe (或Co)系催化劑裝填在4 76X4管內，仍然存 在氣體分布不均勻、超溫、積碳、長碳鏈烷烴收率低、阻力大、設備洩漏、難以大型化等缺陷。
【發明內容】
[0007] 本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供了一種可控移熱反應器，通過換熱 管內水轉化為蒸汽發生相變吸熱及時移走催化劑床層內反應熱量。
[0008] 本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括承壓殼體和設置於承壓殼體內的 密封式催化劑框和水路自循環的移熱管束，密封式催化劑框包覆於所述移熱管束之外；所 述移熱管束包括出水總管、進水總管、環管、隔板、盲腸式換熱管和導水管；所述隔板設置於 環管的中部，將環管的上部和下部分隔為分水箱和集水箱，進水總管連通環管上部的分水 箱，出水總管連通環管下部的集水箱，導水管套設在盲腸式換熱管內，盲腸式換熱管的一端 開口另一端封閉，盲腸式換熱管的開口端連通環管下部的集水箱，導水管兩端開口，導水 管的頂部連通環管上部的分水箱，導水管的底部位於盲腸式換熱管的封閉端之上。
[0009] 所述密封式催化劑框包括密封板、氣體分布筒、集氣筒；所述氣體分布筒設置於承 壓殼體內，密封板固定在氣體分布筒的頂部，氣體分布筒和承壓殼體之間的間隙沿承壓殼 體的徑向形成氣體分布室，集氣筒沿氣體分布筒的徑向設置於氣體分布筒內，氣體分布筒 內裝填催化劑，所述環管、盲腸式換熱管和導水管分別位於氣體分布筒內。
[0010] 所述承壓殼體包括上封頭、殼體本體、下封頭；所述上封頭通過法蘭連接在殼體本 體上，殼體本體和下封頭一體成型；上封頭上分別開設用於連接進水總管的進水口、用於連 接出水總管的出水口和進氣口，下封頭上分別開設催化劑自卸短接和用於連接集氣筒的出 氣口。
[0011] 所述殼體本體內設有支撐座和支撐板，所述支撐座固定在殼體本體的內壁上，支 撐板的兩端支撐在支撐座上，氣體分布筒、環管和集氣筒依次支承在支撐板上。
[0012] 所述密封板與出水總管和進水總管之間分別設有第一密封件，氣體分布筒的底部 與下封頭之間設有第二密封件，出氣口和集氣筒的出氣管之間設有第三密封件。
[0013] 所述氣體分布筒的內側和集氣筒的外側分別設置氣體分布板，所述氣體分布板上 均勻開設多個通氣孔。
[0014] 氣體自進氣口進入上封頭內部，然後進入氣體分布室，再通過氣體分布筒均勻徑 向進入催化劑內，在有Co-Mo、pd/AI 203、Cu、Ni、Cu-Zn、Fe、Co系催化劑在催化條件下完成 變換、合成、加氫等放熱反應，反應後的氣體通過集氣筒進入出氣管，然後流出可控移熱反 應器。變換、合成或加氫等放熱反應放出的熱量由埋在催化劑內部的盲腸式換熱管內的水 轉化為蒸汽及時移走催化劑床層內反應熱量，並副產出不同壓力下的飽和蒸汽。
[0015] 不飽和水由進水總管進入分水箱，由分水箱分配到導水管，不飽和水在導水管下 端流出，然後進入盲腸式換熱管的封閉端，自下而上流動，並在盲腸式換熱管內部完成對催 化劑床熱量的吸收，並成為過飽和水，然後進入集水箱，然後由出水總管排出到可控移熱反 應器外圍的汽包內閃蒸出飽和蒸汽。
[0016] 本發明適用C0變換反應、羰化合成反應、酯化加氫反應、甲烷化反應、甲醇合成反 應、費託合成反應等反應器。
[0017] 本發明針對C0變換反應反應器存在問題和不足，以及現在高水/氣、高C0水煤氣 變換的需求，開發出了可控移熱反應器，將盲腸式換熱管埋在催化劑床層內，利用盲腸式換 熱管內水轉化為蒸汽發生相變吸熱的原理，將co+H 2o - 112+〇)2+^^變換反應放出的熱量及 時移出催化劑床層，確保催化劑床層溫度<380°c，並副產0.8?9.OMPa的飽和蒸汽，利於 催化劑自卸和便於移熱水管束部分的維修。有效解決了現有變換反應器回收熱能品位低、 回收熱能效率低、催化劑易超溫、甲烷化副反應、催化劑難自卸及工程投資大缺陷。
[0018] 本發明針對裝填Pd/AI203系催化劑、乙二醇的羰基化列管式合成反應器存在問題 和不足，開發出了可控移熱羰基化合成反應器，將盲腸式換熱管埋在催化劑床層內，利用盲 腸式換熱管內水轉化為蒸汽發生相變吸熱的原理，將C0+CH 30N0 - (C00CH3)2+N0+QM反應放 出的熱量及時移出催化劑床層，確保催化劑床層溫度< 140°c，並副產0. 2?0. 3MPa的飽和 蒸汽，催化劑床層採用全徑向結構。有效解決了現有羰基化合成反應器催化劑易超溫、副反 應大、床層阻力大、難以大型化、催化劑難自卸及工程投資大缺陷。
[0019] 本發明針對裝填Cu系催化劑、乙二醇的酯化加氫列管式合成反應器存在問題和 不足，開發出了可控移熱羰基化合成反應器，將盲腸式換熱管埋在催化劑床層內，利用盲腸 式換熱管內水轉化為蒸汽發生相變吸熱的原理，將CH 30N0加H2反應（4H2+ (C00CH3) 2 - (0HC H2C H20H)2+2CH30H+QM)放出的熱量及時移出催化劑床層，確保催化劑床層溫度< 250°C，並 副產2. 0?3. 2MPa的飽和蒸汽，催化劑床層採用全徑向結構。有效解決了現有酯化加氫反 應器催化劑易超溫、副反應大、床層阻力大、難以大型化、催化劑難自卸及工程投資大缺陷。
[0020] 本發明針對在320?420°C使用溫度的Ni系催化劑，開發出可控移熱甲烷合成反 應器，將盲腸式換熱管埋在催化劑床層內，利用盲腸式換熱管內水轉化為蒸汽發生相變吸 熱的原理，將C0與H 2的甲烷化反應（C0+H2 - CH4+H20+QM)放出的熱量及時移出催化劑床 層，確保催化劑床層溫度< 420°C，並副產3. 8?12. OMPa的飽和蒸汽，催化劑床層採用全徑 向結構。有效解決了現有甲烷合成反應器催化劑易超溫、床層阻力大、運行能耗高、裝置投 資大、系統阻力大等缺陷。
[0021] 本發明針對裝填Fe (或Co)系催化劑的費託列管式合成反應器存在問題和不足， 開發出了可控移熱費託合成反應器，將採用盲腸式換熱管埋在催化劑床層內，利用盲腸式 換熱管內水轉化為蒸汽發生相變吸熱的原理，將C0與H 2的費託合成反應（nC0+(2n+l) H2 - CnH2n+2+nH20+QM)放出的熱量及時移出催化劑床層，確保Co催化劑床層溫度< 240°C， 並副產1. 8?2. 8MPa的飽和蒸汽；Fe催化劑床層溫度彡260°C，並副產2. 0?3. 8MPa的飽 和蒸汽，催化劑床層採用全徑向結構。有效解決了現有費託合成反應器存在的缺陷。
[0022] 本發明相比現有技術具有以下優點：（1)本發明的催化劑框、移熱管束與承壓殼 體分離，便於檢修、催化劑自卸、催化劑裝填；
[0023] (2)將移熱水管埋在催化劑床層內部能夠將催化劑床層內部反應熱及時移走，避 免原有變換、合成及加氫催化劑被燒結現象發生，有效解決了現有變換、合成及加氫等催化 劑使用壽命短、易超溫、副反應物多、床層溫不易控制、開車時間長、難以大型化、運行能耗 高、工程投資大等缺陷；
[0024] (3)催化劑床層的溫度通過副產蒸汽壓力來調節，確保調節方面靈活、易控制；同 時也確保開車時，採取向水循環系統添加蒸汽，迅速將可控移熱反應器溫升起來，以縮短開 車時間；
[0025] (4)水路採取自然循環，突然停車時，可控移熱反應器內部殘餘部分的反應物繼續 反應，水路也仍然保持循環，並將催化劑床層內部熱量移出，確保在突然停車狀態可控移熱 反應器的床層溫度也不會超，有效保護催化劑使用壽命；
[0026] (5)可控移熱反應器的氣體分布器和集氣筒實現內外的雙項補償，使徑向氣體分 布誤差彡5. 0%，確保氣體分布均勻；可控移熱反應器床層整體阻力彡0. OIMPa ;
[0027] (6)採用全徑向催化劑床層，易於裝置大型化，不僅解決運輸難題，同時降低工程 投資。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028] 圖1是本發明反應器的剖視圖；
[0029] 圖2是承壓殼體的結構示意圖；
[0030] 圖3是移熱管束的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0031] 下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行 實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施 例。
[0032] 實施例1
[0033] 如圖1、圖2和圖3所不，本實施例包括承壓殼體1和設置於承壓殼體1內的密封 式催化劑框2和水路自循環的移熱管束3,密封式催化劑框2包覆於所述移熱管束3之外； 移熱管束3包括出水總管31、進水總管32、環管33、隔板34、盲腸式換熱管35和導水管36 ; 所述隔板34設置於環管33的中部，將環管33的上部和下部分隔為分水箱37和集水箱38， 進水總管32連通環管33上部的分水箱37,出水總管31連通環管33下部的集水箱38,導 水管36套設在盲腸式換熱管35內，盲腸式換熱管35的一端開口另一端封閉，盲腸式換熱 管35的開口端連通環管33下部的集水箱38,導水管36兩端開口，導水管36的頂部連通 環管33上部的分水箱37,導水管36的底部位於盲腸式換熱管35的封閉端之上；密封式催 化劑框2包括密封板21、氣體分布筒22、集氣筒23 ;所述氣體分布筒22設置於承壓殼體1 內，密封板21固定在氣體分布筒22的頂部，氣體分布筒22和承壓殼體1之間的間隙沿承 壓殼體1的徑向形成氣體分布室24,集氣筒23沿氣體分布筒22的徑向設置於氣體分布筒 22內，氣體分布筒22內裝填催化劑，所述環管33、盲腸式換熱管35和導水管36分別位於 氣體分布筒22內；承壓殼體1包括上封頭11、殼體本體12、下封頭13 ;所述上封頭11通過 法蘭14連接在殼體本體12上，殼體本體12和下封頭13 -體成型；上封頭11上分別開設 用於連接進水總管32的進水口 15、用於連接出水總管31的出水口 16和進氣口 17,下封 頭13上分別開設催化劑自卸短接18和用於連接集氣筒23的出氣口 19。
[0034] 殼體本體12內設有支撐座121和支撐板122,所述支撐座121固定在殼體本體12 的內壁上，支撐板122的兩端支撐在支撐座121上，氣體分布筒22、環管33和集氣筒23依 次支承在支撐板122上。
[0035] 密封板21與出水總管31和進水總管32之間分別設有第一密封件25,氣體分布筒 22的底部與下封頭13之間設有第二密封件26,出氣口 19和集氣筒23的出氣管之間設有 第三密封件27。
[0036] 氣體分布筒22的內側和集氣筒23的外側分別設置氣體分布板，氣體分布板上均 勻開設多個通氣孔。能夠方便氣體均勻的進入催化劑框2內並使得反應後的氣體均勻的收 集排出。
[0037] 將本實施例的反應器應用到22萬噸/年合成氨裝置高水/氣比裝置：
[0038] 1、設計條件及要求：
[0039]
【權利要求】
1. 一種可控移熱反應器，其特徵在於，包括承壓殼體（1)和設置於承壓殼體（1)內的密 封式催化劑框（2)和水路自循環的移熱管束（3)，密封式催化劑框（2)包覆於所述移熱管束 (3)之外；所述移熱管束（3)包括出水總管（31)、進水總管（32)、環管（33)、隔板（34)、盲 腸式換熱管（35)和導水管（36);所述隔板（34)設置於環管（33)的中部，將環管（33)的 上部和下部分隔為分水箱（37)和集水箱（38)，進水總管（32)連通環管（33)上部的分水箱 (37)，出水總管（31)連通環管（33)下部的集水箱（38)，導水管（36)套設在盲腸式換熱管 (35)內，盲腸式換熱管（35)的一端開口另一端封閉，盲腸式換熱管（35)的開口端連通環管 (33)下部的集水箱（38)，導水管（36)兩端開口，導水管（36)的頂部連通環管（33)上部的 分水箱（37)，導水管（36)的底部位於盲腸式換熱管（35)的封閉端之上。
2. 根據權利要求1所述的一種可控移熱反應器，其特徵在於，所述密封式催化劑框（2) 包括密封板（21)、氣體分布筒（22)、集氣筒（23);所述氣體分布筒（22)設置於承壓殼體 (1)內，密封板（21)固定在氣體分布筒（22)的頂部，氣體分布筒（22)和承壓殼體（1)之間 的間隙沿承壓殼體（1)的徑向形成氣體分布室（24)，集氣筒（23)沿氣體分布筒（22)的徑 向設置於氣體分布筒（22)內，氣體分布筒（22)內裝填催化劑，所述環管（33)、盲腸式換熱 管（35)和導水管（36)分別位於氣體分布筒（22)內。
3. 根據權利要求2所述的一種可控移熱反應器，其特徵在於，所述承壓殼體（1)包括上 封頭（11)、殼體本體（12)、下封頭（13);所述上封頭（11)通過法蘭（14)連接在殼體本體 (12)上，殼體本體（12)和下封頭（13) -體成型；上封頭（11)上分別開設用於連接進水總 管（32)的進水口（15)、用於連接出水總管（31)的出水口（16)和進氣口（17)，下封頭（13) 上分別開設催化劑自卸短接（18)和用於連接集氣筒（23)的出氣口（19)。
4. 根據權利要求3所述的一種可控移熱反應器，其特徵在於，所述殼體本體（12)內設 有支撐座（121)和支撐板（122)，所述支撐座（121)固定在殼體本體（12)的內壁上，支撐板 (122)的兩端支撐在支撐座（121)上，氣體分布筒（22)、環管（33)和集氣筒（23)依次支承 在支撐板（122)上。
5. 根據權利要求3所述的一種可控移熱反應器，其特徵在於，所述密封板（21)與出水 總管（31)和進水總管（32)之間分別設有第一密封件（25)，氣體分布筒（22)的底部與下封 頭（13)之間設有第二密封件（26)，出氣口（19)和集氣筒（23)的出氣管之間設有第三密封 件（27)。
6. 根據權利要求3所述的一種可控移熱反應器，其特徵在於，所述氣體分布筒（22)的 內側和集氣筒（23)的外側分別設置氣體分布板，所述氣體分布板上均勻開設多個通氣孔。
【文檔編號】C01B3/16GK104399413SQ201410662794
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月18日 優先權日:2014年11月18日
【發明者】王慶新, 王攬月 申請人:安徽新月化工設備有限公司