用於催化反應的等溫床反應器的製作方法

2023-12-01 08:59:31

專利名稱：用於催化反應的等溫床反應器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用於催化反應的等溫床反應器。
背景技術：
在石油化工領域中，反應器是工藝流程中的主要單元設備，工業上目前主要採用兩種類型反應器，即固定床(軸向反應器，徑向反應器等)和流動床(流化反應器，移動床反應器等)。但在試驗裝置中一般採用是固定床等溫反應器。由於受到其他技術的限制，以前基本都是微反裝置，設備及控制較簡單，易卸裝，易操作，但反應器體積太小，要求催化劑的粒徑較小，對催化劑的擴散及流體分布等影響因素就無從考察，進而對催化劑放大及工藝開發的研究就無法開展，因此只能作為催化劑初步研究階段—催化劑篩選研究使用。
隨著科學技術的發展，目前大都採用一種單管反應器流程，用於催化劑的開發和模試研究。該工藝流程基本上可模擬工業裝置的流程，反應器進行放大，使其可以考察工業上所使用的催化劑的顆粒度，並能進一步考察流體分布的情況，從而使催化劑的研究工作更具有實用性。
單管反應器工藝流程中，反應器是其核心部分。雖然已有各種型式的反應器，但還是以固定等溫床反應器為主。就目前等溫床反應器的情況來看，存在以下缺陷1、反應器的熱穩定性較差，反應器內的恆溫段較短，從而使催化劑床層不能完全處於恆溫段，同時，由於反應本身有放熱或吸熱效應，更加會影響反應床層的溫度，這樣整個反應就不是等溫反應，並且易受外來因素影響，床層的溫度變化較大，那麼，催化劑考察數據的準確性，穩定性，重複性較差。
2、該裝置用於催化劑考察，裝卸催化劑比較頻繁，有的催化劑一天要考查幾批，甚至在床層溫度較高的情況下就要裝卸催化劑。按照現在裝填催化劑的方法，即將反應器上法蘭打開，裝入填料和催化劑，這種裝填方法不但增加了工作強度和工作時間，而且有時還增加了裝填難度和安全隱患。另外，法蘭的卸裝頻繁不但浪費許多墊片，而且對法蘭面有損傷，對裝置的密封性能不利，特別對中高壓的反應過程，則更加不利。
3、由於裝卸催化劑比較頻繁，還會產生另一個問題，就是在卸催化劑時，由於催化劑的下落過程中發生碰撞，經常會有催化劑的顆粒進入反應器出料口，以至於被帶入後處理系統，一般會堵塞過濾器，嚴重的情況會損壞後系統的調節閥等控制元件。
文獻中國專利CN1225850中介紹了一種用於催化反應的固定床反應器。它包括一個中空的、封閉的反應容器，容器帶有一個產物入口和一個產物出口，其中至少一部分容器由冷卻套管包圍，套管有一個冷卻介質入口和一個冷卻介質出口。該發明的目的是一種用於放熱反應的催化固定床反應器，其中的催化固定床反應器的催化劑體積得以增大，因而使反應在反應器中有一個較大的停留時間，同時還有一個較低的溫度來獲得期望的轉化。
文獻中國專利CN1140628中介紹了一種固定床反應器催化劑的裝卸方法及其主要設備。該發明所述裝、卸催化劑的方法是指採用由吸粒管為主要部件組成的裝、卸催化劑系統，裝填和卸出直徑≤15毫米的催化劑或填料顆粒的過程。其主要設備吸粒管的入口端有三個圓周各間隔120°的平齒，用來疏通反應管內催化劑顆粒架橋，清除催化劑顆粒粘結、掛壁和堵塞現象。
上述文獻中都沒涉及保持反應床層等溫的問題，另外催化劑裝卸系統結構仍較複雜，操作時仍易阻塞。

發明內容
本實用新型所要解決的技術問題是以往技術中以往固定床裝置不能保持較好的熱穩性，催化劑裝填麻煩，催化劑易進入裝置後處理系統的問題，提供一種新的用於催化反應的等溫床反應器。該反應器具有熱穩定性好，催化劑裝填方便，裝置後處理系統不易堵塞的優點。
為解決上述技術問題，本實用新型採用的技術方案如下一種用於催化反應的等溫床反應器，包括原料入口5、產物出口6和反應器殼體7，反應器殼體7中設置催化劑床層4，其中在反應器殼體7內催化劑床層4的下面設置金屬圓柱體1，金屬圓柱體1的長度L2與反應器長度L1的比值L2∶L1＝1∶3～5，金屬圓柱體1的直徑D2與反應器內徑D1的差值為0.5～5釐米。
上述技術方案中，金屬圓柱體1的優選方案為上下不同直徑的同軸金屬圓柱體，金屬圓柱體1的上段直徑D3與反應器內徑D1的差值為1～10釐米，下段直徑為D2，金屬圓柱體1上段的長度L3為金屬圓柱體1長度L2的5～30％，金屬圓柱體1的直徑D2與反應器內徑D1的差值為0.5～2釐米。金屬圓柱體1的上段直徑D3與反應器內徑D1的差值為1～5釐米，金屬圓柱體1上段的長度L3為金屬圓柱體1長度L2的10～20％。催化劑床層4的下面，金屬圓柱體的上面優選方案為安裝有網狀材料9；催化劑床層4的上面，反應器的上部優選方案為斜向安裝一圓筒管，圓筒管與反應器軸向成20°～80°的夾角α，夾角α的優選範圍為30°～60°。
本實用新型中，在反應器的下段，安裝上下不同直徑的金屬圓柱體，連結到下法蘭上，這樣可以最大限度的消除散熱效應對反應器內恆溫段的影響，達到採用較少的控溫加熱塊，可得到較長的恆溫段，同時，又可起到支撐填料的作用。針對催化劑的裝填，在反應器的上部斜向安裝一根圓筒管，直接連到反應器上，圓筒管大部分裸露在外面，不受加熱溫度的影響，根據催化劑的形狀以及粒徑和比重的不同，對圓筒管與反應器的夾角要求不同，一般要求圓筒管與反應器的夾角a在20°～80°，優選範圍30°～60°，從而使催化劑在裝填時保持均勻，不會影響催化劑的考察結果。針對裝置後處理系統易堵塞的情況，本實用新型通過在催化劑床層4的下面，金屬圓柱體的上面安裝有網狀材料9(半圓型網狀結構)的技術方案，可防止在卸催化劑過程中，催化劑帶入後處理系統，堵塞過濾器的情況發生，較好地解決了上述問題，取得了較好的技術效果。


圖1為原反應器。
圖2為本實用新型的用於催化反應的等溫床反應器。
圖1中，1為金屬圓柱體，3為過濾器，4為催化劑床層，5為反應器原料入口，6為反應器出料口，7為反應器殼體。
圖2中，1為上下不同直徑的金屬圓柱體，2為催化劑加料口，3為過濾器，4為催化劑床層，5為反應器原料進料口，6為反應器出料口，7為反應器殼體，8為反應器空間，9為網狀材料。D1為反應器內徑，D2為金屬圓柱體1的直徑，D3為金屬圓柱體1的上段直徑，L1為反應器長度，L2為金屬圓柱體1的長度，L3為金屬圓柱體1上段的長度。
反應原料經反應器原料進料口5進入反應器，在一定的工藝條件下發生化學反應，反應後的反應產物經反應器出料口6進入後系統。
下面通過實施例對本實用新型作進一步的闡述。
具體實施方式
比較例1在原反應器圖1，採用三段控溫加熱塊，恆溫段長度達到6釐米，溫差為1℃。卸裝催化劑需要兩人進行，要用30分鐘左右才能完成，並且影響密封效果。裝置運行二月後，就會發生過濾器堵塞現象，要更換過濾器，長期運行，在反應器後系統發現催化劑粉塵，經常損壞液位調節閥。
實施例1在甲苯歧化裝置使用該反應器，採用三段控溫加熱塊，恆溫段長度達到15釐米，溫差不到0.5℃。一個人卸裝催化劑只需要15分鐘左右，裝置經半年運行，沒有發生過濾器堵塞現象，在反應器後系統也未見催化劑顆粒和粉塵。
權利要求1.一種用於催化反應的等溫床反應器，包括原料入口(5)、產物出口(6)和反應器殼體(7)，反應器殼體(7)中設置催化劑床層(4)，其特徵在於在反應器殼體(7)內催化劑床層(4)的下面設置金屬圓柱體(1)，金屬圓柱體(1)的長度L2與反應器長度L1的比值L2∶L1＝1∶3～5，金屬圓柱體(1)的直徑D2與反應器內徑D1的差值為0.5～5釐米。
2.根據權利要求1所述用於催化反應的等溫床反應器，其特徵在於金屬圓柱體(1)的直徑D2與反應器內徑D1的差值為0.5～2釐米。
3.根據權利要求2所述用於催化反應的等溫床反應器，其特徵在於金屬圓柱體(1)為上下不同直徑的同軸金屬圓柱體，金屬圓柱體(1)的上段直徑D3與反應器內徑D1的差值為1～10釐米，下段直徑為D2，金屬圓柱體(1)上段的長度L3為金屬圓柱體(1)長度L2的5～30％。
4.根據權利要求3所述用於催化反應的等溫床反應器，其特徵在於金屬圓柱體(1)的上段直徑D3與反應器內徑D1的差值為1～5釐米，金屬圓柱體(1)上段的長度L3為金屬圓柱體(1)長度L2的10～20％。
5.根據權利要求1所述用於催化反應的等溫床反應器，其特徵在於催化劑床層(4)的下面，金屬圓柱體的上面安裝網狀材料(9)。
6.根據權利要求1所述用於催化反應的等溫床反應器，其特徵在於催化劑床層(4)的上面，反應器的上部斜向安裝一圓筒管，圓筒管與反應器軸向成20°～80°的夾角α。
7.根據權利要求6所述用於催化反應的等溫床反應器，其特徵在於圓筒管與反應器軸向的夾角α為30°～60°。
專利摘要本實用新型涉及一種用於催化反應的等溫床反應器。主要解決以往技術中固定床裝置不能保持較好的熱穩定性，催化劑裝填麻煩，催化劑易進入裝置後處理系統的問題。本實用新型通過採用反應器包括原料入口5、產物出口6和反應器殼體7，反應器殼體7中設置催化劑床層4，其中在反應器殼體7內，催化劑床層4的下面設置金屬圓柱體1，金屬圓柱體1的長度L
文檔編號B01J8/02GK2796822SQ20052004277
公開日2006年7月19日 申請日期2005年6月22日 優先權日2005年6月22日
發明者宋曙光, 唐之勤 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司上海石油化工研究院