帶有新型內構件的環流反應器的製作方法

2023-05-31 11:12:51 1

專利名稱：帶有新型內構件的環流反應器的製作方法
涉及領域本發明屬化學反應工程領域，涉及一種強放熱、要求氣相一次轉化率高的氣液兩相和氣液固三相反應的新型環流反應器，應用領域包括費託合成、催化加氫、催化氧化等反應過程，具體地說，是帶有新型內構件的環流反應器。
背景技術：
一般的無內部導流管的氣液鼓泡反應器或者氣液固鼓泡淤漿反應器，氣泡在軸向上升過程中發生聚並和破碎，氣含率降低，影響氣液傳質和反應，而且由於壁效應的作用，反應器中心氣液速高，而接近壁面出氣液速低，兩種作用引起嚴重的氣相返混，尤其在高氣速條件操作時，難以達到高的氣相一次轉化率。另一方面反應集中在反應器的下部，隨氣泡的上升，反應物濃度逐漸降低，反應趨緩，這導致在軸向因反應放熱溫升也會不均勻，單靠氣泡的擾動難以使反應器內溫度分布均勻。
採用導流管內氣升式反應器由於存在循環液流，氣泡聚並與傳熱問題會改善，但是必須採用大直徑的導流管，導流管內的壁效應沒有解決，且給加入換熱管束等其它內構件帶來不便。

發明內容
本發明的目的在於提供一種可抑制氣相返混、提高氣相的一次轉化率、強化液固相循環流動、傳熱性能良好、操作穩定、結構簡單，維修容易的帶有新型內構件的環流反應器。
本發明是這樣實現的包括外筒1、徑向擋板2、密相下行導流管3、錐體4和分布板5，外筒1內分別置有徑向擋板2、密相下行導流管3、錐體4和分布板5，密相下行導流管3可以採用直徑均勻的管，其直徑與反應器外筒1直徑之比為0.1～0.5之間，與導流管3內氣升式反應器相比，密相下行導流管小許多，有利於加入換熱管束等其它內構件，結構簡單，易於檢修。導流管3上部距液面100-1000mm，以保證氣相與液固相完全分離。
密相下行導流管3也可以採用上大下小的錐形管，底部直徑與反應器外筒1直徑之比為0.1-0.5之間，上部直徑視氣相反應減少比例，與反應器外筒1直徑之比為0.1-0.8之間。
密相下行導流3管的下部裝有一錐體4，錐角為30°-60°，錐體與密相下行導流管3之間的空隙距離20～100mm。防止氣相進入導流管，氣相沿環隙鼓泡上升，在反應器上部與液固兩相分離，由於密度差液固相由導流管下行，經底部的錐形引流裝置進入環隙反應區，以使氣液固三相流體形成從環隙上升，液固密相由導流管下降的循環流動。
內外管環隙之間裝有多孔擋板2，在液面下部100-1000mm，孔徑1-10mm，開孔率1-10％，孔均勻分布，在高氣速操作時可以再破碎聚並的大氣泡。
本發明的反應器具有抑制氣相返混、提高氣相的一次轉化率、強化液固相循環流動、傳熱性能良好、操作穩定、結構簡單，維修容易的特點。
環隙區同時受到外筒和導流管壁效應作用，徑向速度、濃度和溫度分布趨於均勻。
環隙區為主反應區，反應器利用效應高。
液固相循環流動，有利於強化傳熱和傳質。
環隙區氣液固三相併流向上，有利於抑制氣泡的聚並與軸向返混，氣固相在軸向分布均勻，在高氣速條件下維持在穩定的湍流鼓泡區操作，有利於氣相的一次通過轉化率。
本發明可用做氣液兩相及氣液固三相反應器，特別適用於要求氣相一次轉化率高、強放熱的反應過程，在費託合成、催化加氫和催化氧化等方面具有廣闊的應用前景。


附圖為本發明的結構示意圖。
具體實施下面結合附圖對本發明做進一步的描述。
實施例在直徑為100×2000mm的反應器，加入直徑為42×1500mm的導流管3和孔徑為5mm開孔率10％的徑向多孔擋板2，氣液固三相體系為空氣-水和50～74μm的石英砂。分別對空管反應器和加入以上內構件的反應器研究。
固含率在軸向不同高度的分布結果見表1，空管反應器固含率分布不均勻，隨軸向高度增加，固含率明顯減少，而加入內構件的反應器固含率軸向分布均勻，有利於在整個反應器內強化反應，提高反應轉化率，同時使得反應的放熱在整個反應器內部分布均勻。
表2為空管反應器和加入內構件反應器在不同表觀氣速條件下的氣相返混係數。加入內構件後反應器的氣相返混係數明顯減少，而且隨表觀氣速的增加氣相返混係數增加趨勢變緩。這是由於壁效應和環隙上升循環液流共同作用導致的，有利於提高氣相的一次通過轉化率。
表1 空管反應器與加入內構件反應器固含率分布(平均固含率為11％)軸向位置，mm 表觀氣速，m/s0.068 0.102空管反應器加入內構件反應器空管反應器 加入內構件反應器50 11.11 11.13 10.03 10.58450 10.69 11.81 10.96 11.78850 9.55 11.35 9.57 11.481250 7.89 11.38 9.05 11.93表2空管反應器與加入內構件反應器氣相返混係數(平均固含率為11％)表觀氣速，m/s 返混係數，m2/s空管反應器 加入內構件反應器0.034 0.0165 0.00580.068 0.0315 0.01110.102 0.0473 0.01650.136 0.0632 0.019權利要求
1.帶有新型內構件的環流反應器，包括外筒(1)、徑向擋板(2)、密相下行導流管(3)、錐體(4)和分布板(5)，其特徵在於該裝置為多孔板或者管式噴嘴結構，密相下行導流管(3)與分布板(5)之間有錐形引流結構，環隙之間有徑向擋板(2)。
2.根據權利要求1所述的帶有新型內構件的環流反應器，其特徵在於密相下行導流管(3)可以採用直徑均勻的管，其直徑與反應器外筒(1)直徑之比為0.1～0.5之間，導流管3上部距液面100～1000mm。
3.根據權利要求2所述的帶有新型內構件的環流反應器，其特徵在於密相下行導流管(3)也可以採用上大下小的錐形管，底部直徑與反應器外筒(1)直徑之比為0.1～0.5之間，上部直徑與反應器外筒1直徑之比為0.1～0.8之間。
4.根據權利要求1所述的帶有新型內構件的環流反應器，其特徵在於密相下行導流(3)管的下部裝有錐體(4)，其錐角為30°～60°，錐體與密相下行導流管3之間的空隙距離20～100mm。
5.根據權利要求1所述的帶有新型內構件的環流反應器，其特徵在於內外管環隙之間裝有多孔擋板(2)，在液面下部100～1000mm，孔徑1～10mm，開孔率1～10％，孔均勻分布。
全文摘要
本發明為帶有新型內構件的環流反應器，其技術特點是在圓柱形反應器中裝有密相下行導流管，在內外管之間設有徑向多孔擋板，擋板可以是一個或多個。其目的在於規整氣液兩相和氣液固三相反應器三相流動行為，抑制氣相返混，並強化傳質與傳熱。本發明可用於氣液兩相反應及三相反應的反應器，尤其適用於強放熱、要求氣相一次轉化率高的反應。
文檔編號B01J8/08GK1506152SQ0215377
公開日2004年6月23日 申請日期2002年12月6日 優先權日2002年12月6日
發明者劉昌見, 鮑曉軍, 魏偉勝, 孫淑蘭, 石岡 申請人:中國石油天然氣股份有限公司, 石油大學(北京)