一種固定床催化反應器的製作方法

2023-07-22 10:54:51

專利名稱：一種固定床催化反應器的製作方法
技術領域：
本實用新型是一種催化反應設備，用於流體催化反應和傳熱過程，屬化學工程領域，特別適用於甲醇、烴類等合成反應過程，也可用於甲烷、甲醚等合成過程。
背景技術：
對於由加壓下甲醇合成、甲醚、烴類等合成這類放熱催化反應，隨著反應過程的進行，不斷放出的反應熱使催化劑層溫度提高。為了提高反應器的效率，需要把反應熱移出以 降低反應溫度。在工業反應器中曾廣為使用的如西德Lurgi公司的用於甲醇合成的列管式 反應器，原料氣從上部進氣口進入分布到各管中，在管內裝催化劑層中合成甲醇，管間側面 進水。反應熱被管外沸騰水連續移熱，產生蒸汽由側面管出，反應氣由底部出氣管出塔，該 塔溫差小，但上下管板與換熱管固定焊接，為解決熱應力需用雙相不鏽鋼且仍易損壞。本實用新型的任務是依據催化放熱可逆反應的特點，克服現有技術的缺點，提供 一個生產能力大、觸媒活性高、結構簡單可靠、操作性能好的反應器。發明內容本實用新型提供一種固定床催化反應器，包括殼體1，上封頭2，下封頭3，殼體1與 上封頭2、下封頭3連接，上封頭2有出汽管5，下封頭3有進氣管6和出氣管7，殼體有進水 管8或者下封頭3有進水管9，內裝催化劑的換熱外管10連接上管板11和下管板12，主要 是上封頭2有冷氣進氣管4，上封頭2內有上內封頭23，上內封頭23與上管板11連接構成 上部內腔24，上內封頭23有進氣管25與上封頭2的進氣管4通過密封填料26活動連結， 下封頭3內有內封板18與下封頭3連接或者下封頭3內有下內封頭19與內封板18連接 構成氣體分布室20，氣體導管21連結氣體分布室20和換熱內管22，下管板12與下封頭3 連接或者下管板12與下內封頭19內封板18連接構成下部內腔17，下內封頭接管15上有 支承陶瓷球和催化劑的多孔頂蓋的接管15由填料14與出氣管7活動密封，上管板11和下 管板12間有換熱外管10連接，換熱外管10內有上部開口的換熱內管22構成內外管間內 裝催化劑18的雙套管40，或者雙套管40之間還有間隔布置內裝催化劑的換熱單管27，換 熱外管10和換熱單管27與上部內腔24和下部內腔17相通，原料氣由進氣管6進入氣體分布室20，經各氣體導管21到換熱內管22吸收管外 反應熱升高溫度到上部內腔24，與頂部進氣管4來的冷氣混合，再進入換熱外管10和換熱 內管22間的環形空間的催化劑層18催化反應，或者其中一部分經換熱單管27的催化劑層 催化反應，反應熱被換熱外管10外的水和換熱內管22的冷氣吸收，反應氣經底部有多孔頂 蓋的接管15、出氣管7出反應器。本實用新型提供一種固定床催化反應器，主要是上封頭2有冷氣進氣管4，上內封 頭23連接進氣管25構成上部內腔24。本實用新型提供一種固定床催化反應器，主要是底部有連接冷氣的進氣管6的氣 體分布室20，連結氣體分布室20和換熱內管22的導管21是柔性接管，與分氣管接頭或者 和換熱內管22可拆卸活動連接。[0009]本實用新型提供一種固定床催化反應器，主要是下管板12與殼體1連結，殼體1 有進水管8。本實用新型提供一種固定床催化反應器，主要是下管板2與下內封頭19連結，下 封頭3有進水管9。本實用新型提供一種固定床催化反應器，主要是在有換熱內管22和換熱外管10 組成的雙套管40間有換熱單管27。本實用新型提供一種固定床催化反應器，主要是雙套管40的換熱外管10內徑為 50 100mm，換熱內管22外徑為10 30mm，換熱單管27內徑為15 50mm。本實用新型提供一種固定床催化反應器，主要是上封頭2與殼體1直接焊接或者 通過上封頭2和殼體1上的法蘭30和螺栓31螺母32連結並用唇形焊密封。本實用新型提供一種固定床催化反應器，主要是下管板12下面裝有下部絕熱催 化劑層41。本實用新型提供一種固定床催化反應器，主要是下管板12上可裝有上部絕熱催 化劑層42，絕熱層42和上管板11間有冷激氣分布管43。
以下結合附圖具體說明。


圖1是有一個內封頭的固定床換熱催化反應器示意圖。圖2是有上下內封頭的固定床換熱催化反應器示意圖。圖3是是有上下絕熱層的固定床換熱催化反應器示意圖。圖4是同時有雙套管和單管換熱管的固定床換熱催化反應器示意圖。圖5是
圖1至圖3中雙套管換熱管的截面圖。圖6是圖3中同時有雙套管和單管換熱管截面圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的技術方案進行詳細地說明。
圖1是有一個內封頭的固定床換熱催化反應器示意圖。
圖1中殼體1與上封頭2、 下封頭3連接構成受壓外殼，上封頭2有冷氣進氣管4和出汽管5，下封頭3有進氣管6，出 氣管7和殼體1上有進水管8，內裝催化劑的換熱外管10連接上管板11和下管板12，上封 頭2內有上內封頭23，上內封頭23與上管板11連接構成上部內腔24，上內封頭23有進氣 管25與上封頭2的進氣管4通過密封填料26活動連結，下封頭3內有內封板18連接構成 氣體分布室20，氣體導管21連結氣體分布室20和換熱內管22，下管板12與下封頭3連接 構成下部內腔17，出氣管7內有支承陶瓷球和催化劑的多孔頂蓋的接管15與出氣管7活動 裝配，上管板11和下管板12間有換熱外管10連接，換熱外管10內有上部開口的換熱內管 22構成內外管間內裝催化劑18的雙套管40，換熱外管10與上部內腔24和下部內腔17相 通。
圖1至圖3中雙套換熱管的截面示意圖見圖5。原料氣例如合成甲醇的H2、C0、C02等加壓到5 12MPa，按循環比2 3的循環氣 混合，溫度80 120°C，由進氣管6進入下封頭3內的氣體分布室20，經各氣體導管21到 換熱內管22吸收管外反應熱升高溫度約220°C到上部內腔24，與頂部進氣管4來的約90°C冷氣混合調節溫度，再進入換熱外管10和換熱內管22間的環形空間的甲醇催化劑層18催 化反應，反應熱被換熱外管10外的水和換熱內管22的冷氣吸收，反應氣溫度220 280°C， CH3OH含量8 16%，經底部多孔頂蓋的接管15出反應器，由進水管8進口的水，在傳熱外 管10外吸收反應熱，副產20 50MPa蒸汽，經頂部上封頭2和上內封頭23間，由出氣口 5 引出。圖2是有上下內封頭的固定床換熱催化反應器示意圖。圖2與
圖1結構不同之處 在於一是下部有內封頭19，下內封頭19通過底部支承板16支承在下封頭3上，氣體分布室 20由內封板18和內封頭19焊接構成，下管板12與下封頭3連接構成下部內腔17，下內封 頭接管15上有支承陶瓷球和催化劑的多孔頂蓋的接管15通過填料14與出氣管7活動裝 配，內封頭19氣體分布室20進氣管28通過填料29與下封頭3進氣口 6活動連接，冷氣由 進氣口 6進入進氣管28與內封頭19內的分氣室20 ；二是殼體1與上封頭2間通過法蘭30 和螺栓31螺母32並用唇形焊連續下封頭3構成受壓外殼，這樣打開法蘭30，由上下封頭、 管板和換熱管構成的內件可以吊出外殼，以便檢修。圖3是有上下絕熱層的固定床換熱催化反應器示意圖。圖3與圖2不同的是下管 板下部有一絕熱催化劑層41，上管板上部有上部絕熱催化劑層42，換熱內管22加長伸到上 部絕熱催化劑層上部，由換熱內管22出口氣與冷氣進氣管4來的冷氣混合調節溫度，合成 氣先經上絕熱催化劑層42反應升高溫度後，再進入換熱外管10內催化劑層18和下絕熱層 41反應，設置上、下絕熱層可提高催化劑裝量，達到增加產量目的。圖4是同時有雙套管40和換熱單管27的固定床換熱催化反應器示意圖。與
圖1 至圖3不同的是圖4中利用直徑較大的雙套管空間，設置內裝催化劑換熱單管27，截面示意 圖見附圖6，增設單管換熱管可增加催化劑裝量和生產能力。有益效果本實用新型與已有技術相比有顯著效果，一是連接換熱管的上管板和上封頭可上 下自由伸縮，避免管殼式反應器因溫度變化引起熱應力導致換熱管或殼體拉裂，由此換熱 管可由國產不鏽鋼管替代原來管殼式換熱管需由國外進口的大批雙相不鏽鋼；二是採用內 外換熱雙套管同時進行外冷管水冷和內冷管氣冷換熱、加強換熱效果，可比管殼式降低循 環比，由管殼式的5降低到2 3，提高反應產物含量，採用雙管間加單管結構，提高反應器 催化劑裝填量，增加生產能力；三是採用塔底主線進氣口和塔頂冷付線進氣口，增加了反應 溫度調節手段，使溫度控制更加方便正確，優化操作條件；四是下封頭內裝催化劑，提高催 化劑裝填係數，增加了轉化率和產量。以上通過眾多圖例對本實用新型的主題作了充分描述，根據本實用新型的構思精 神，本領域的普通技術人員能容易地進行各種變化並應用到合成氣制合成甲醇、二甲醚、烴 等，實際實施中可根據實際需要選用
圖1至圖4結構，可以放置上絕熱層或下絕熱層或同時 設上下絕熱層進行不同組合。
權利要求一種固定床催化反應器，包括殼體(1)，上封頭(2)，下封頭(3)，殼體(1)與上封頭(2)、下封頭(3)連接，上封頭(2)有出汽管(5)，下封頭(3)有進氣管(6)和出氣管(7)，殼體有進水管(8)或者下封頭(3)有進水管(9)，內裝催化劑的換熱外管(10)連接上管板(11)和下管板(12)，其特徵是上封頭(2)有冷氣進氣管(4)，上封頭(2)內有上內封頭(23)，上內封頭(23)與上管板(11)連接構成上部內腔(24)，上內封頭(23)有進氣管(25)與上封頭(2)的進氣管(4)通過密封填料(26)活動連結，下封頭(3)內有內封板(18)與下封頭(3)連接或者下封頭(3)內有下內封頭(19)與內封板(18)連接構成氣體分布室(20)，氣體導管(21)連結氣體分布室(20)和換熱內管(22)，下管板(12)與下封頭(3)連接或者下管板(12)與下內封頭(19)內封板(18)連接構成下部內腔(17)，下內封頭接管(15)上有支承陶瓷球和催化劑的多孔頂蓋的接管(15)由填料(14)與出氣管(7)活動密封，上管板(11)和下管板(12)間有換熱外管(10)連接，換熱外管(10)內有上部開口的換熱內管(22)構成內外管間內裝催化劑(18)的雙套管(40)，或者雙套管(40)之間還有間隔布置內裝催化劑的換熱單管(27)，換熱外管(10)和換熱單管(27)與上部內腔(24)和下部內腔(17)相通。
2.根據權利要求1所述的一種固定床催化反應器，其特徵是上封頭(2)有冷氣進氣管 (4)，上內封頭(23)連接進氣管(25)構成上部內腔(24)。
3.根據權利要求1所述的一種固定床催化反應器，其特徵是底部有連接冷氣的進氣管 (6)的氣體分布室(20)，連結氣體分布室(20)和換熱內管(22)的導管(21)是柔性接管， 與分氣管接頭或者和換熱內管(22)可拆卸活動連接。
4.根據權利要求1所述的一種固定床催化反應器，其特徵是下管板(12)與殼體(1)連 結，殼體(1)有進水管(8)。
5.根據權利要求1所述的一種固定床催化反應器，其特徵是下管板(2)與下內封頭 (19)連結，下封頭(3)有進水管(9)。
6.根據權利要求1所述的一種固定床催化反應器，其特徵是在有換熱內管(22)和換熱 外管(10)組成的雙套管(40)間有換熱單管(27)。
7.根據權利要求1所述的一種固定床催化反應器，其特徵是雙套管(40)的換熱外管 (10)內徑為50 100mm，換熱內管(22)外徑為10 30mm，換熱單管(27)內徑為15 50mmo
8.根據權利要求1所述的一種固定床催化反應器，其特徵是上封頭(2)與殼體(1)直 接焊接或者通過上封頭(2)和殼體(1)上的法蘭(30)和螺栓(31)螺母(32)連結並用唇 形焊密封。
9.根據權利要求1所述的一種固定床催化反應器，其特徵是下管板(12)下面裝有下部 絕熱催化劑層(41)。
10.根據權利要求1所述的一種固定床催化反應器，其特徵是下管板(12)上可裝有上 部絕熱催化劑層(42)。
專利摘要一種固定床催化反應器，主要由殼體1，上封頭2，下封頭3，殼體1與上封頭2、下封頭3連接，上封頭2有出汽管5，下封頭3有進氣管6和出氣管7，殼體有進水管8或者下封頭3有進水管9，內裝催化劑的換熱外管10連接上管板11和下管板12組成，用於甲醇、烴類等合成反應過程，也可用於甲烷、甲醚等合成過程，提供一個生產能力大、觸媒活性高、結構簡單可靠、操作性能好的反應器。
文檔編號B01J8/02GK201551994SQ20092027715
公開日2010年8月18日 申請日期2009年12月3日 優先權日2009年12月3日
發明者徐榮良, 樓壽林, 樓韌 申請人:杭州林達化工技術工程有限公司