管殼外冷—絕熱複合式固定床催化反應器的製作方法

2023-05-15 01:39:11 1

專利名稱：管殼外冷—絕熱複合式固定床催化反應器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種反應器，具體涉及一種氣固相固定床催化反應器。
背景技術：
大多數工業催化反應使用固體催化劑，所使用反應器為氣固相催化反應器。固定床催化反應器是化學工業中常用的設備，在甲醇合成、氨合成、一氧化碳變換、有機化合物加氫、二甲醚合成、環氧乙烷合成、其他可逆放熱催化反應中得到廣泛應用。固定床催化反應器按換熱方式可分為絕熱式和連續換熱式。多段絕熱式催化反應器可分為直接冷激式和間接換熱式，連續換熱式催化反應器可分為外冷式和內冷式。外冷式催化反應器，催化劑裝填在管內，管外為換熱介質，因此外冷式催化反應器也稱管殼外冷式。對於內冷式催化反應器，催化劑裝填在管間，管內為未反應的氣體。
管殼外冷式催化反應器，如德國Lurgi管殼式反應器(專利DE2123950)，日本超轉化反應器(專利JP63-123433)。該類反應器催化床層溫度平穩，操作方便，回收能量合理。但該反應器也存在明顯的缺點，單塔生產能力低，反應器催化床存在嚴重壁效應，影響催化劑時空產率，且催化劑易中毒，影響使用壽命。
多段絕熱段間冷激式反應器，如英國ICI多段冷激反應器(房鼎業等編著，甲醇生產技術及進展，上海華東化工學院出版社，1990)，多段為絕熱反應，段間移熱採用原料氣冷激方式。該類反應器生產能力大，結構簡單，製造容易，但催化床溫度分布不夠理想，反應器操作和溫度控制難度大，氣體返混嚴重，轉化率低，能量利用不盡合理。
多段絕熱段間間接換熱式反應器，如Topsφe徑向流動絕熱反應器(房鼎業等編著，甲醇生產技術及進展，上海華東化工學院出版社，1990)，反應系統由三臺絕熱操作的徑向流動反應器組成，三臺反應器之間設置外部換熱器移去反應熱。該類反應器氣體徑向流動，壓力降小，催化劑利用率高，生產能力大，回收能量合理，但設備投資較大，反應器製造複雜，催化床溫度分布不夠理想。

發明內容
本實用新型需要解決的技術問題是設計一種管殼外冷-絕熱複合式固定床催化反應器，以克服現有技術存在的上述缺陷，適應大型化發展的要求，使反應器溫度分布合理、操作控制簡便、能量回收率高。
本實用新型的構思是這樣的本實用新型所說的反應器至少包括串聯連接的絕熱反應段和管殼反應段。反應主要在管殼段，在管殼反應段，通過管壁，熱量傳給殼程的沸騰水，在接近等溫的情況下，氣體從上而下通過催化床，催化反應與催化床向殼程沸騰水傳熱同時進行，及時將反應放出熱量傳給沸騰水，副產蒸汽。
按照上述構思，發明人提出了如下的技術方案一種管殼外冷-絕熱複合式固定床催化反應器，至少包括相互串聯連接的一個絕熱反應段和一個管殼反應段；所說的絕熱反應段包括絕熱段筒體、絕熱段反應氣進口和絕熱段反應氣出口，催化劑裝填在絕熱段筒體中，絕熱段反應氣進口設置在絕熱段筒體頂端，絕熱段反應氣出口設置在絕熱段筒體底端；所說的管殼反應段包括管殼段筒體、上管板、下管板、列管、進水口、蒸汽出口、管殼段反應氣進口和管殼段反應氣出口，列管固定在上下管板上，催化劑裝填在列管中，管殼段原料氣進口設置在管殼段筒體上端，管殼段反應氣出口設置在管殼段筒體下端，進水口、蒸汽出口設置在管殼反應段筒體上並與管殼反應段筒體中殼程的空腔相通。
本實用新型綜合了管殼外冷與絕熱反應器的優點，具有生產能力大、能量回收利用率高、副產蒸汽、床層溫度合理、催化劑使用壽命延長的優點①適應大型化生產裝置，如適合於年產60萬噸、90萬噸甲醇的生產規模；②有效利用反應熱，副產1～4Mpa的蒸汽；③溫度分布合理，原料氣在前段絕熱反應器中利用絕熱反應提高反應氣溫度，接近最佳溫度後進入管殼段反應器；④提高反應物轉化率，在後段絕熱反應器中，較低濃度的反應物再進行反應，進一步提高轉化率；⑤提高催化劑時空收率；⑥催化劑使用壽命延長。本實用新型可用於甲醇合成、氨合成、一氧化碳變換、有機化合物加氫、二甲醚合成、環氧乙烷合成、其他可逆放熱反應過程。本實用新型既適合於新建裝置，也適合原生產裝置擴能改造。


圖1為絕熱反應段設置在管殼反應段上部的管殼外冷-絕熱複合式固定床催化反應器示意圖。
圖2為另一種形式的絕熱反應段設置在管殼反應段上部的管殼外冷-絕熱複合式固定床催化反應器示意圖。
圖3為絕熱反應段設置在管殼反應段下部的管殼外冷-絕熱複合式固定床催化反應器示意圖。
圖4為另一種形式的絕熱反應段設置在管殼反應段下部的管殼外冷-絕熱複合式固定床催化反應器示意圖。
圖5為設有兩個絕熱反應段的管殼外冷-絕熱複合式固定床催化反應器示意圖。
圖6為另一種形式的設有兩個絕熱反應段的管殼外冷-絕熱複合式固定床催化反應器示意圖。
具體實施方式
參見圖1，本實用新型的管殼外冷-絕熱複合式固定床催化反應器，包括相互串聯連接的一個絕熱反應段1和一個管殼反應段2；所說的絕熱反應段1包括絕熱段筒體101、絕熱段反應氣進口102和絕熱段反應氣出口103，催化劑裝填在絕熱段筒體101中，絕熱段反應氣進口102設置在絕熱段筒體101頂端，絕熱反應氣出口103設置在絕熱段筒體101底端；所說的管殼反應段2包括管殼段筒體201、上管板202、下管板203、列管204、進水口205、蒸汽出口206、管殼段反應氣進口207和管殼段反應氣出口208，列管204固定在上、下管板202，203上，催化劑裝填在列管204中，管殼段反應氣進口207設置在管殼段筒體201上端，管殼段反應氣出口208設置在管殼段筒體201下端，進水口205、蒸汽出口206設置在管殼反應段筒體201上並與管殼反應段筒體中殼程的空腔相通。絕熱反應段1設置在管殼反應段2上部，絕熱段反應氣出口103與管殼段反應氣進口207相連通。
上述結構的管殼外冷-絕熱複合式固定床催化反應器適用於反應原料氣溫度較低以及原料氣中含有一定量的有毒成分的情況，可使原料氣在絕熱反應段達到反應較佳溫度、提高反應效率外，還有吸附濾去毒物的作用，延長管殼段催化劑的使用壽命，提高生產強度。
參見圖2，其基本結構與圖1相同，絕熱反應氣出口103與管殼段原料氣進口207通過管線3相連通。
參見圖3，絕熱反應段1和管殼反應段2結構與圖1相同，其特徵是，絕熱反應段1設置在管殼反應段2底部，管殼段反應氣出口208與絕熱段反應氣進口102相連通。上述結構的管殼外冷-絕熱複合式固定床催化反應器適用於反應原料氣溫度較高以及原料氣中有毒成分含量較低以及需要獲得較高反應效率的情況。
參見圖4，基本結構與圖3相同，其特徵是，管殼段反應氣出口208與絕熱反應氣進口102通過管線3相連通。
參見圖5，基本結構與圖1相同，其特徵是，管殼反應段2底部再設置一個絕熱反應段1，管殼段反應氣出口208與該絕熱反應段1的絕熱反應氣進口102相連通。
參見圖6，基本結構與圖2所示的實施例相同，其特徵是，管殼反應段2底部再設置一個絕熱反應段1，管殼段反應氣出口208與該絕熱反應段1的絕熱反應氣進口102通過管線3相連通。
權利要求1.一種管殼外冷-絕熱複合式固定床催化反應器，其特徵在於，至少包括相互串聯連接的一個絕熱反應段(1)和一個管殼反應段(2)；所說的絕熱反應段(1)包括絕熱段筒體(101)、絕熱段反應氣進口(102)和絕熱段反應氣出口(103)，催化劑裝填在絕熱段筒體(101)中，絕熱段反應氣進口(102)設置在絕熱段筒體(101)頂端，絕熱段反應氣出口(103)設置在絕熱段筒體(101)底端；所說的管殼反應段(2)包括管殼段筒體(201)、上管板(202)、下管板(203)、列管(204)、進水口(205)、蒸汽出口(206)、管殼段反應氣進口(207)和管殼段反應氣出口(208)，列管(204)固定在上、下管板(202，203)上，催化劑裝填在列管(204)中，管殼段反應氣進口(207)設置在管殼段筒體(201)上端，管殼段反應氣出口(208)設置在管殼段筒體(201)下端，進水口(205)、蒸汽出口(206)設置在管殼反應段筒體(201)上並與管殼反應段筒體中殼程的空腔相通。
2.根據權利要求1所述的管殼外冷-絕熱複合式固定床催化反應器，其特徵在於，絕熱反應段(1)設置在管殼反應段(2)上部，絕熱段反應氣出口(103)與管殼段反應氣進口(207)相連通。
3.根據權利要求1所述的管殼外冷-絕熱複合式固定床催化反應器，其特徵在於，絕熱反應段(1)設置在管殼反應段(2)上部，絕熱段反應氣出口(103)與管殼段反應氣進口(207)通過管線(3)相連通。
4.根據權利要求1所述的管殼外冷-絕熱複合式固定床催化反應器，其特徵在於，絕熱反應段(1)設置在管殼反應段(2)底部，管殼段反應氣出口(208)與絕熱段反應氣進口(102)相連通。
5.根據權利要求1所述的管殼外冷-絕熱複合式固定床催化反應器，其特徵在於，絕熱反應段(1)設置在管殼反應段(2)底部，管殼段反應氣出口(208)與絕熱段反應氣進口(102)通過管線(3)相連通。
6.根據權利要求2所述的管殼外冷-絕熱複合式固定床催化反應器，其特徵在於，管殼反應段(2)底部再設置一個絕熱反應段(1)，管殼段反應氣出口(208)與該絕熱反應段(1)的絕熱段反應氣進口(102)相連通。
7.根據權利要求3所述的管殼外冷-絕熱複合式固定床催化反應器，其特徵在於，管殼反應段(2)底部再設置一個絕熱反應段(1)，管殼段反應氣出口(208)與該絕熱反應段(1)的絕熱段反應氣進口(102)通過管線(3)相連通。
專利摘要一種管殼外冷—絕熱複合式固定床催化反應器，至少包括相互串聯連接的一個絕熱反應段和一個管殼反應段。本實用新型綜合了管殼外冷與絕熱反應器的優點，具有生產能力大、能量回收利用率高、副產蒸汽、床層溫度合理、催化劑使用壽命延長的優點。可用於甲醇合成、氨合成、一氧化碳變換、有機化合物加氫、二甲醚合成、環氧乙烷合成、其他可逆放熱反應過程。本實用新型既適合於新建裝置，也適合原生產裝置擴能改造。
文檔編號B01J8/02GK2621805SQ0323176
公開日2004年6月30日 申請日期2003年6月3日 優先權日2003年6月3日
發明者應衛勇, 房鼎業, 曹發海, 李濤, 劉殿華, 張海濤 申請人:華東理工大學