專利名稱：無熱點(diǎn)列管式固定床反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種列管式固定床反應(yīng)器，屬于化工設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域背景技術(shù)列管式固定床反應(yīng)器廣泛應(yīng)用于多相催化反應(yīng)過程，這類反應(yīng)大都反應(yīng)速度較快，而且是強(qiáng)放熱過程，熱量必須及時(shí)有效地通過反應(yīng)物或熱載體移走，有效的換熱方式可將釋放的大量反應(yīng)熱及時(shí)移出催化劑床層，避免發(fā)生催化劑燒結(jié)事故及一些副反應(yīng)的發(fā)生。國內(nèi)外目前多采用普通的列管式反應(yīng)器，管程由一束管組成，這種反應(yīng)器不利于提高傳熱效率、并且會(huì)使管中心溫度較高，導(dǎo)致副反應(yīng)的發(fā)生。
反應(yīng)條件，特別是反應(yīng)溫度控制，需要特別注意多種因素，反應(yīng)器內(nèi)有大量的管，要求反應(yīng)物能同時(shí)且穩(wěn)定地進(jìn)入整個(gè)截面的所有管之中，只有這樣，所述反應(yīng)才能在所有管中以同樣的速率進(jìn)行，而不會(huì)在一些管中進(jìn)行得特別地快而另一些管中進(jìn)行的特別慢。如反應(yīng)速度過快，不能被有效移出的大量的熱可能會(huì)導(dǎo)致催化劑在單個(gè)管中燒結(jié)、熔化或變得不具有活性。這對于生產(chǎn)是十分危險(xiǎn)的。物料通過量的不均勻，也會(huì)導(dǎo)致管中不同的反應(yīng)條件，這會(huì)使得副產(chǎn)物的形成數(shù)量增加，使收率降低，且會(huì)增加后面的純化步驟，提高生產(chǎn)成本。
有效控制反應(yīng)溫度的目的是降低反應(yīng)器截面溫度的不均勻性，快速移出反應(yīng)放出的熱量，并防止發(fā)生不希望的高熱點(diǎn)。有效的移熱方式就是增加傳熱面積，但是增加管束會(huì)給加工帶來困難，且管束中心溫度仍會(huì)較高，對反應(yīng)不利。目前我國已有的列管式固定床反應(yīng)器大多存在徑向溫度分布不均勻的缺點(diǎn)，使得反應(yīng)選擇性下降。這不但增加能耗，而且會(huì)使催化劑局部結(jié)焦嚴(yán)重，影響產(chǎn)品質(zhì)量。列管式固定床反應(yīng)器管束之間的溫度控制取決于管間流動(dòng)的載熱體的分布均勻度。這是一個(gè)與載熱體及反應(yīng)器流體力學(xué)密切相關(guān)的技術(shù)問題。如何保證管間充分均勻的熱傳遞，也是列管式固定床反應(yīng)器需要解決的關(guān)鍵技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種無熱點(diǎn)列管式固定床反應(yīng)器，使其在徑向反應(yīng)截面具有更均勻的溫度分布，并能夠大大減少反應(yīng)截面的熱點(diǎn)，降低熱點(diǎn)溫度，提高傳熱面積、強(qiáng)化傳熱速度，使得操作具有更大的安全性，避免局部過熱導(dǎo)致的催化劑失活和結(jié)焦，從而進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種無熱點(diǎn)列管式固定床反應(yīng)器，包括反應(yīng)器罐體，反應(yīng)器下封頭，反應(yīng)器上封頭，設(shè)置在反應(yīng)器上下封頭之間的列管，冷卻介質(zhì)進(jìn)口，冷卻介質(zhì)出口以及用于固定列管的上、下支撐板，其特征在于所述列管中的每支管采用由內(nèi)管和外管組成的套管結(jié)構(gòu)，內(nèi)管兩端封閉，套管內(nèi)管和外管的管徑比可根據(jù)反應(yīng)速率及操作溫度進(jìn)行調(diào)整，在套管內(nèi)管和外管構(gòu)成的間隙裝填催化劑形成催化劑床層，使其中產(chǎn)生的反應(yīng)熱可以向兩側(cè)傳遞。在所述的內(nèi)管和外管兩端側(cè)壁通過管道與反應(yīng)器殼程相連，冷卻介質(zhì)同時(shí)流過內(nèi)管管程與列管反應(yīng)器殼程；在列管底部和頂部布置有冷卻介質(zhì)分布板，所述分布板上的每個(gè)孔有一支套管穿過。通過調(diào)整冷卻介質(zhì)分布板開孔尺寸及內(nèi)套管兩端側(cè)壁的開口尺寸控制冷卻介質(zhì)在內(nèi)管與反應(yīng)器殼程之間的分配。
為減小流動(dòng)阻力，所述的內(nèi)管上端采用錐形結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性效果本發(fā)明由于對每支管采用內(nèi)管兩端封閉的套管結(jié)構(gòu)，在套管間隙裝填催化劑形成催化劑床層，而冷卻介質(zhì)通過內(nèi)管和反應(yīng)器殼程，從而增加了傳熱面積，強(qiáng)化了傳熱速率。通過調(diào)節(jié)內(nèi)管側(cè)壁的開孔尺寸及反應(yīng)器頂部和底部的冷卻介質(zhì)分布板的開孔尺寸，并充分考慮內(nèi)管的流動(dòng)阻力，實(shí)現(xiàn)內(nèi)管與反應(yīng)器殼程之間冷卻介質(zhì)的合理分配，降低套管間隙內(nèi)催化劑床層徑向溫度分布的不均勻程度，減小熱點(diǎn)的發(fā)生；本發(fā)明通過在反應(yīng)器罐體增加冷卻介質(zhì)進(jìn)出口的數(shù)量，保證了冷卻介質(zhì)在反應(yīng)器罐體內(nèi)具有更均勻的徑向分布，使得冷卻介質(zhì)沿罐體徑向溫差盡可能小，使各反應(yīng)器處在基本相同的介質(zhì)溫度下運(yùn)行。本發(fā)明在無需大量增加列管數(shù)量的條件下，即可大幅度增加列管式固定床反應(yīng)器的換熱面積，同時(shí)縮短傳熱路徑，有效降低或消除放熱反應(yīng)過程產(chǎn)生的熱點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明提供的無熱點(diǎn)列管式固定床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為單根套管的截面圖。
圖中1-反應(yīng)器下封頭；2-冷卻介質(zhì)進(jìn)口；3-進(jìn)口導(dǎo)管；4-冷卻介質(zhì)分布板；5-管束外管；6-管束內(nèi)管；7-反應(yīng)器罐體；8-出口導(dǎo)管；9-冷卻介質(zhì)出口；10-反應(yīng)器上封頭；11-反應(yīng)物進(jìn)口；12-反應(yīng)物分布器；13-上支撐板；14-下支撐板；15-催化劑柵板。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理、具體結(jié)構(gòu)及實(shí)施方式詳細(xì)描述圖1為本發(fā)明提供的無熱點(diǎn)列管式固定床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。它主要包括反應(yīng)器下封頭1，反應(yīng)器上封頭10，設(shè)置在反應(yīng)器上下封頭之間的列管，設(shè)置在反應(yīng)器底部的冷卻介質(zhì)進(jìn)口2和頂部的冷卻介質(zhì)出口9，用于固定列管的上支撐板13和下支撐板14；所述列管中的每支管采用由內(nèi)管6和外管5組成的套管結(jié)構(gòu)，內(nèi)管6兩端封閉，上端采用錐形結(jié)構(gòu)，用于減小流動(dòng)阻力，在套管間隙中裝填催化劑形成催化劑床層，在所述的內(nèi)管和外管兩端側(cè)壁通過管道3與反應(yīng)器殼程相連，冷卻介質(zhì)可以同時(shí)流過內(nèi)管管程與反應(yīng)器殼程；在列管底部和頂部布置有冷卻介質(zhì)分布板4，所述分布板上的每個(gè)孔有一支套管穿過。
套管結(jié)構(gòu)的俯視圖如圖2所示，由外管5和內(nèi)管6組成，內(nèi)管6和外管5間的間隙裝填催化劑，反應(yīng)物經(jīng)由其間進(jìn)行反應(yīng)；外管5與內(nèi)管6的側(cè)壁開孔并由導(dǎo)管3相連，實(shí)現(xiàn)將反應(yīng)物與冷卻介質(zhì)的隔離，冷卻介質(zhì)進(jìn)入反應(yīng)器后，分成兩部分，一部分經(jīng)反應(yīng)器殼程、另一部分經(jīng)導(dǎo)管3進(jìn)入內(nèi)管6，再經(jīng)另一端的導(dǎo)管3離開內(nèi)管6，重新進(jìn)入反應(yīng)器殼程，冷卻介質(zhì)自內(nèi)外兩側(cè)對催化劑床層進(jìn)行冷卻，從而實(shí)現(xiàn)增加傳熱面積、降低管程溫度分布的不均勻度、減少熱點(diǎn)的發(fā)生。
套管由與反應(yīng)器罐體7相連的上支撐板13和下支撐板14固定，上、下支撐板上開有孔與外管5相連，實(shí)現(xiàn)管程與殼程的隔離，將反應(yīng)物或產(chǎn)物與冷卻介質(zhì)隔開；為了使反應(yīng)物能夠均勻地進(jìn)入到各個(gè)催化劑床層內(nèi)，在反應(yīng)器頂部安裝有反應(yīng)物分布器12，使得反應(yīng)物能夠均勻的進(jìn)入到各催化劑床層中去。
為了更好的降低催化劑床層溫度分布的不均勻度，反應(yīng)器殼程與內(nèi)管6間的冷卻介質(zhì)流量需進(jìn)行合理的分配，根據(jù)內(nèi)管的流動(dòng)阻力，可以通過調(diào)節(jié)導(dǎo)管3的直徑及冷卻介質(zhì)分布板4的開孔尺寸對這種分配進(jìn)行調(diào)節(jié)。
內(nèi)管6的直徑與外管5的直徑之比可根據(jù)反應(yīng)的放熱速率及操作溫度進(jìn)行確定，冷卻介質(zhì)根據(jù)操作溫度可選擇水(蒸汽)、油、融鹽或煙道氣等。
管程內(nèi)的催化劑由位于列管下支撐板下部的柵板15支撐，柵板上開有小于催化劑粒徑的小孔，既具有支撐催化劑的作用、又能使反應(yīng)物和產(chǎn)物順利地離開催化劑床層。
冷卻介質(zhì)可根據(jù)反應(yīng)的溫度要求進(jìn)行選擇，如水(蒸汽)、油、融鹽、煙氣。為了保證冷卻介質(zhì)在罐體內(nèi)具有均勻的徑向溫度分布，可以通過增加冷卻介質(zhì)進(jìn)口2的數(shù)量和冷卻介質(zhì)出口9的數(shù)量，實(shí)現(xiàn)冷卻介質(zhì)的分散進(jìn)入，增加反應(yīng)器罐體的溫度均勻分布程度。
權(quán)利要求
1.一種無熱點(diǎn)列管式固定床反應(yīng)器，包括反應(yīng)器下封頭(1)，反應(yīng)器上封頭(10)，設(shè)置在反應(yīng)器上下封頭之間的列管，冷卻介質(zhì)進(jìn)口(2)，冷卻介質(zhì)出口(9)以及用于固定列管的上、下支撐板(13、14)，其特征在于所述列管中的每支管采用由內(nèi)管(6)和外管(5)組成的套管結(jié)構(gòu)，內(nèi)管兩端封閉，在所述的內(nèi)管和外管兩端側(cè)壁通過管道(3)與反應(yīng)器殼程相連，在套管間隙中裝填催化劑形成催化劑床層，冷卻介質(zhì)能同時(shí)流過內(nèi)管管程與反應(yīng)器殼程；在列管底部和頂部布置有冷卻介質(zhì)分布板(4)，所述分布板上的每個(gè)孔有一支套管穿過。
2.按照權(quán)利要求1所述的無熱點(diǎn)列管式固定床反應(yīng)器，其特征在于所述的內(nèi)管的上端采用錐形結(jié)構(gòu)。
3.按照權(quán)利要求1所述的無熱點(diǎn)列管式固定床反應(yīng)器，其特征在于所述的冷卻介質(zhì)的入口和出口采用多個(gè)。
全文摘要
一種無熱點(diǎn)列管式固定床反應(yīng)器，其技術(shù)特點(diǎn)是反應(yīng)器列管中的每支管采用套管結(jié)構(gòu)，內(nèi)管兩端封閉，在內(nèi)管和外管兩端側(cè)壁通過管道與反應(yīng)器殼程相連，在套管間隙中裝填催化劑形成催化劑床層，冷卻介質(zhì)能同時(shí)流過內(nèi)管管程與反應(yīng)器殼程；在列管底部和頂部布置有冷卻介質(zhì)分布板。套管內(nèi)管和外管的管徑比可根據(jù)反應(yīng)速率及操作溫度進(jìn)行調(diào)整，使其中產(chǎn)生的反應(yīng)熱可以向兩側(cè)傳遞。通過調(diào)整冷卻介質(zhì)分布板開孔尺寸及內(nèi)管兩端側(cè)壁的開口尺寸控制冷卻介質(zhì)在內(nèi)管與反應(yīng)器殼程之間的分配。本發(fā)明在無需大量增加列管數(shù)量的條件下，即可大幅度增加列管式固定床反應(yīng)器的換熱面積，同時(shí)縮短傳熱路徑，有效降低或消除放熱反應(yīng)過程產(chǎn)生的熱點(diǎn)。
文檔編號B01J8/02GK1736574SQ20051001211
公開日2006年2月22日 申請日期2005年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月8日
發(fā)明者王金福, 張同旺, 王鐵峰, 王光潤, 王德崢 申請人:清華大學(xué)