專利名稱：內(nèi)冷－管殼復(fù)合型固定床組合式催化反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于化工反應(yīng)器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氣固相固定床催化反應(yīng)器。
冷激式反應(yīng)器，如英國(guó)ICI多段冷激式反應(yīng)器，反應(yīng)過程與冷激過程分開，反應(yīng)為絕熱反應(yīng)，移熱采用冷氣體激冷。該類反應(yīng)器生產(chǎn)能力大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，但反應(yīng)溫度不夠理想，操作控制難度大，氣體返混嚴(yán)重，轉(zhuǎn)化率低，能量利用不合理。
外冷式反應(yīng)器，如德國(guó)Lurgi管殼式反應(yīng)器(專利DE2123950)，日本超轉(zhuǎn)化反應(yīng)器(專利J63123433)，均為管殼外冷型反應(yīng)器，該類反應(yīng)器床層溫度平穩(wěn)，操作方便，回收能量合理，但也存在顯著缺點(diǎn)，單塔生產(chǎn)能力低，反應(yīng)器催化床存在嚴(yán)重壁效應(yīng)，影響催化劑時(shí)空收率，且催化劑易中毒，影響使用壽命。
內(nèi)冷式反應(yīng)器，如國(guó)內(nèi)中小型化工企業(yè)氨合成、甲醇過程常用的單管逆流，雙套管并流，三套管并流，單管并流反應(yīng)器。該類反應(yīng)器用未反應(yīng)的冷原料氣冷卻反應(yīng)催化床層。其優(yōu)點(diǎn)是可利用反應(yīng)熱對(duì)原料氣進(jìn)行預(yù)熱。缺點(diǎn)是反應(yīng)溫度不甚理想，不能利用反應(yīng)熱副產(chǎn)蒸汽，且單系列大型化有困難。
本實(shí)用新型構(gòu)思如下本實(shí)用新型組合式反應(yīng)器由前后兩段組合而成。前段為內(nèi)冷式，后段為管殼式，原料氣先通過前段內(nèi)冷式反應(yīng)器的冷管，移走反應(yīng)熱，而原料氣升溫。預(yù)熱后的原料氣出內(nèi)冷式反應(yīng)器，進(jìn)入后段管殼式反應(yīng)器的列管內(nèi)催化床，在接近等溫下反應(yīng)，由于此時(shí)與反應(yīng)的化學(xué)平衡相差甚遠(yuǎn)，所以反應(yīng)劇烈，反應(yīng)放出熱量迅速傳給殼程的冷卻水，使之副產(chǎn)蒸汽。反應(yīng)后的氣體出管殼式反應(yīng)器，又返回前段內(nèi)冷式反應(yīng)器的催化床管間，繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)，由于進(jìn)入反應(yīng)后期，此時(shí)反應(yīng)溫度低于管殼段催化床的反應(yīng)溫度，對(duì)反應(yīng)的化學(xué)平衡有利，整個(gè)反應(yīng)床層的溫度序列合理，可提高最終轉(zhuǎn)化率，提高催化劑生產(chǎn)強(qiáng)度。
本實(shí)用新型的反應(yīng)器包括內(nèi)冷段和管殼段。
所說的內(nèi)冷段包括密封的內(nèi)冷段筒體、內(nèi)冷管、原料氣進(jìn)口、原料氣出口、反應(yīng)氣進(jìn)口、產(chǎn)品氣出口。內(nèi)冷管固定在密封的筒體內(nèi)，內(nèi)冷管之間的空腔為催化劑床，原料氣進(jìn)口和原料氣出口設(shè)置在密封的筒體上，與內(nèi)冷管相連通，反應(yīng)氣進(jìn)口和產(chǎn)品氣出口設(shè)置在密封的筒體上，與催化劑床相連通。
所說的管殼段包括密封的管殼段筒體、列管、進(jìn)水口、蒸汽出口、管殼段原料氣進(jìn)口、管殼段反應(yīng)氣出口。列管固定在管板上，列管中填充催化劑，為管殼段催化劑床層，管殼段原料氣進(jìn)口和管殼段反應(yīng)氣出口設(shè)置在管殼段筒體上，與管殼段催化劑床層相連通，進(jìn)水口和蒸汽出口設(shè)置在管殼段筒體上，與管殼段筒體中的空腔相連通。
內(nèi)冷段的原料氣出口通過管線與管殼段原料氣進(jìn)口相連通；內(nèi)冷段的反應(yīng)氣進(jìn)口通過管線與管殼段反應(yīng)氣出口相連通。
原料氣首先從內(nèi)冷段的原料氣進(jìn)口進(jìn)入反應(yīng)器，與催化劑床中的反應(yīng)氣進(jìn)行熱交換，移走反應(yīng)熱，溫度升高；然后進(jìn)入管殼段的催化劑床層進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)放出的熱量由殼程的水移走，殼程的水吸收熱量后成為蒸汽；反應(yīng)后的反應(yīng)氣進(jìn)入內(nèi)冷段的催化劑床，繼續(xù)反應(yīng)，被原料氣移走反應(yīng)熱后，由原料氣出口流出反應(yīng)器。
本實(shí)用新型是一種十分有前途的固定床催化反應(yīng)器。本實(shí)用新型綜合了現(xiàn)有技術(shù)外冷與內(nèi)冷反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種內(nèi)冷-管殼復(fù)合型固定床組合式催化反應(yīng)器，達(dá)到單系列生產(chǎn)能力大、合理利用能量、副產(chǎn)蒸汽、床層溫度合理、催化劑使用壽命長(zhǎng)的目的。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是十分明顯的①組合后可適應(yīng)單系列、大型化的裝置，如對(duì)于年產(chǎn)60萬噸以上的甲醇合成、環(huán)氧乙烷反應(yīng)器，單個(gè)反應(yīng)器不能實(shí)現(xiàn)，本實(shí)用新型可以實(shí)現(xiàn)。②有效利用反應(yīng)熱，副產(chǎn)0.1～0.4Mpa的水蒸汽。③溫度序列合理，反應(yīng)氣在進(jìn)入催化床層前在在內(nèi)冷段利用反應(yīng)熱升溫，反應(yīng)主要在管殼段較高的溫度(接近等溫)下進(jìn)行，然后在在內(nèi)冷段催化床較低溫度下進(jìn)行。④催化劑時(shí)空收率提高。⑤催化劑使用壽命延長(zhǎng)。
本實(shí)用新型可用于氨合成、甲醇合成、一氧化碳變換、環(huán)氧乙烷合成、有機(jī)物加氫與其他可逆放熱反應(yīng)過程。
圖2為并流內(nèi)冷-管殼式復(fù)合型固定床組合式催化反應(yīng)器示意圖。
圖3為本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例。
圖4為組合成一體的內(nèi)冷-管殼復(fù)合型固定床組合式催化反應(yīng)器總結(jié)構(gòu)圖。
所說的內(nèi)冷段包括密封的內(nèi)冷段筒體4、上封頭7、下封頭3、內(nèi)冷管6、原料氣進(jìn)口1、原料氣出口8、反應(yīng)氣進(jìn)口10、產(chǎn)品氣出口2。內(nèi)冷管6固定在密封的筒體4內(nèi)，內(nèi)冷管6之間的空腔為催化劑床5，原料氣出口8和原料氣進(jìn)口1設(shè)置在密封的筒體4上，與內(nèi)冷管6相連通，反應(yīng)氣進(jìn)口10和產(chǎn)品氣出口2設(shè)置在密封的筒體4上，與催化劑床5相連通。
所說的管殼段包括密封的管殼段筒體15、列管16、進(jìn)水口18、蒸汽出口14、管殼段原料氣進(jìn)口11、管殼段反應(yīng)氣出口21。列管16固定在上管板13和下管板20上，列管16中填充催化劑，為管殼段催化劑床層17，管殼段原料氣進(jìn)口11和管殼段反應(yīng)氣出口21設(shè)置在管殼段筒體15上，與管殼段催化劑床層17相連通，進(jìn)水口18和蒸汽出口14設(shè)置在管殼段筒體15上，與管殼段筒體15中的空腔相連通。
內(nèi)冷段的原料氣出口8通過管線9與管殼段原料氣進(jìn)口11相連通；內(nèi)冷段的反應(yīng)氣進(jìn)口10通過管線22與管殼段反應(yīng)氣出口21相連通。
由


圖1同時(shí)可見，原料氣進(jìn)口1和產(chǎn)品氣出口2設(shè)置在內(nèi)冷段筒體4的底部，而原料氣出口8和反應(yīng)氣進(jìn)口10設(shè)置在內(nèi)冷段筒體4的頂部，原料氣與反應(yīng)氣逆流熱交換，因此稱為逆流內(nèi)冷-管殼復(fù)合型固定床組合式催化反應(yīng)器。
參見圖2，其基本結(jié)構(gòu)與
圖1相同，但其原料氣進(jìn)口1設(shè)置在內(nèi)冷段筒體4的頂部，而原料氣出口8設(shè)置在內(nèi)冷段筒體4的底部，原料氣與反應(yīng)氣并流熱交換，因此稱為并流內(nèi)冷-管殼復(fù)合型固定床組合式催化反應(yīng)器。
參見圖3，為進(jìn)一步提高管殼層反應(yīng)器進(jìn)管內(nèi)的速度，在管殼段的上管板13的上面置放一層絕熱反應(yīng)層催化劑。
參見圖4，可將內(nèi)冷段和管殼段相互疊加，構(gòu)成組合成一體的內(nèi)冷-管殼復(fù)合型固定床組合式催化反應(yīng)器。
權(quán)利要求1.一種內(nèi)冷一管殼復(fù)合型固定床組合式催化反應(yīng)器，其特征在于包括內(nèi)冷段和管殼段；所說的內(nèi)冷段包括密封的內(nèi)冷段筒體(4)、內(nèi)冷管(6)、原料氣進(jìn)口(1)、原料氣出口(8)、反應(yīng)氣進(jìn)口(10)、產(chǎn)品氣出口(2)，內(nèi)冷管(6)固定在筒體(4)內(nèi)，內(nèi)冷管(6)之間的空腔為催化劑床(5)，原料氣出口(8)和原料氣進(jìn)口(1)設(shè)置在密封的筒體(4)上，與內(nèi)冷管(6)相連通，反應(yīng)氣進(jìn)口(10)和產(chǎn)品氣出口(2)設(shè)置在密封的筒體(4)上，與催化劑床(5)相連通；所說的管殼段包括密封的管殼段筒體(15)、列管(16)、進(jìn)水口(18)、蒸汽出口(14)、管殼段原料氣進(jìn)口(11)、管殼段反應(yīng)氣出口(21)，列管(16)固定在上管板(13)和下管板(20)上，列管(16)中填充催化劑，為管殼段催化劑床層(17)，管殼段原料氣進(jìn)口(11)和管殼段反應(yīng)氣出口(21)設(shè)置在管殼段筒體(15)上，與管殼段催化劑床層(17)相連通，進(jìn)水口(18)和蒸汽出口(14)設(shè)置在管殼段筒體(15)上，與管殼段筒體(15)中的空腔相連通；內(nèi)冷段的原料氣出口(8)通過管線(9)與管殼段原料氣進(jìn)口(11)相連通；內(nèi)冷段的反應(yīng)氣進(jìn)口(10)通過管線(22)與管殼段反應(yīng)氣出口(21)相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于，原料氣進(jìn)口(1)和產(chǎn)品氣出口(2)設(shè)置在內(nèi)冷段筒體(4)的底部，原料氣出口(8)和反應(yīng)氣進(jìn)口(10)設(shè)置在內(nèi)冷段筒體(4)的頂部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于原料氣進(jìn)口(1)設(shè)置在內(nèi)冷段筒體(4)的頂部，原料氣出口(8)設(shè)置在內(nèi)冷段筒體(4)的底部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的反應(yīng)器，其特征在于在管殼段的上管板(13)的上面置放一層催化劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的反應(yīng)器，其特征在于內(nèi)冷段和管殼段相互疊加，構(gòu)成組合成一體的內(nèi)冷-管殼復(fù)合型固定床組合式催化反應(yīng)器。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的反應(yīng)器，其特征在于內(nèi)冷段和管殼段相互疊加，構(gòu)成組合成一體的內(nèi)冷-管殼復(fù)合型固定床組合式催化反應(yīng)器。
專利摘要本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種內(nèi)冷－管殼復(fù)合型固定床組合式催化反應(yīng)器。該反應(yīng)器包括內(nèi)冷段和管殼段。內(nèi)冷段包括密封的內(nèi)冷段筒體、內(nèi)冷管、原料氣進(jìn)口、原料氣出口、反應(yīng)氣進(jìn)口、產(chǎn)品氣出口。管殼段包括密封的管殼段筒體、列管、進(jìn)水口、蒸汽出口、管殼段原料氣進(jìn)口、管殼段反應(yīng)氣出口。內(nèi)冷段的原料氣出口通過管線與管殼段原料氣進(jìn)口相連通；內(nèi)冷段的反應(yīng)氣進(jìn)口通過管線與管殼段反應(yīng)氣出口相連通。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是十分明顯的①組合后可適應(yīng)單系列、大型化的裝置；②有效利用反應(yīng)熱；③溫度序列合理；④催化劑時(shí)空收率提高；⑤催化劑使用壽命長(zhǎng)。可用于氨合成、甲醇合成、一氧化碳變換、環(huán)氧乙烷合成、有機(jī)物加氫與其他可逆放熱反應(yīng)過程。
文檔編號(hào)B01J8/02GK2576323SQ0226097
公開日2003年10月1日 申請(qǐng)日期2002年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月24日
發(fā)明者房鼎業(yè), 應(yīng)衛(wèi)勇, 曹發(fā)海, 李濤, 劉殿華, 張海濤 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)