无热点列管式固定床反应器的制作方法

文档序号:5016214阅读:1023来源:国知局
专利名称:无热点列管式固定床反应器的制作方法
技术领域
本发明涉及一种列管式固定床反应器,属于化工设备技术领域背景技术列管式固定床反应器广泛应用于多相催化反应过程,这类反应大都反应速度较快,而且是强放热过程,热量必须及时有效地通过反应物或热载体移走,有效的换热方式可将释放的大量反应热及时移出催化剂床层,避免发生催化剂烧结事故及一些副反应的发生。国内外目前多采用普通的列管式反应器,管程由一束管组成,这种反应器不利于提高传热效率、并且会使管中心温度较高,导致副反应的发生。
反应条件,特别是反应温度控制,需要特别注意多种因素,反应器内有大量的管,要求反应物能同时且稳定地进入整个截面的所有管之中,只有这样,所述反应才能在所有管中以同样的速率进行,而不会在一些管中进行得特别地快而另一些管中进行的特别慢。如反应速度过快,不能被有效移出的大量的热可能会导致催化剂在单个管中烧结、熔化或变得不具有活性。这对于生产是十分危险的。物料通过量的不均匀,也会导致管中不同的反应条件,这会使得副产物的形成数量增加,使收率降低,且会增加后面的纯化步骤,提高生产成本。
有效控制反应温度的目的是降低反应器截面温度的不均匀性,快速移出反应放出的热量,并防止发生不希望的高热点。有效的移热方式就是增加传热面积,但是增加管束会给加工带来困难,且管束中心温度仍会较高,对反应不利。目前我国已有的列管式固定床反应器大多存在径向温度分布不均匀的缺点,使得反应选择性下降。这不但增加能耗,而且会使催化剂局部结焦严重,影响产品质量。列管式固定床反应器管束之间的温度控制取决于管间流动的载热体的分布均匀度。这是一个与载热体及反应器流体力学密切相关的技术问题。如何保证管间充分均匀的热传递,也是列管式固定床反应器需要解决的关键技术。

发明内容
本发明的目的在于提供一种无热点列管式固定床反应器,使其在径向反应截面具有更均匀的温度分布,并能够大大减少反应截面的热点,降低热点温度,提高传热面积、强化传热速度,使得操作具有更大的安全性,避免局部过热导致的催化剂失活和结焦,从而进一步提高生产效率。
本发明的技术方案如下一种无热点列管式固定床反应器,包括反应器罐体,反应器下封头,反应器上封头,设置在反应器上下封头之间的列管,冷却介质进口,冷却介质出口以及用于固定列管的上、下支撑板,其特征在于所述列管中的每支管采用由内管和外管组成的套管结构,内管两端封闭,套管内管和外管的管径比可根据反应速率及操作温度进行调整,在套管内管和外管构成的间隙装填催化剂形成催化剂床层,使其中产生的反应热可以向两侧传递。在所述的内管和外管两端侧壁通过管道与反应器壳程相连,冷却介质同时流过内管管程与列管反应器壳程;在列管底部和顶部布置有冷却介质分布板,所述分布板上的每个孔有一支套管穿过。通过调整冷却介质分布板开孔尺寸及内套管两端侧壁的开口尺寸控制冷却介质在内管与反应器壳程之间的分配。
为减小流动阻力,所述的内管上端采用锥形结构。
本发明与现有技术相比,具有以下优点及突出性效果本发明由于对每支管采用内管两端封闭的套管结构,在套管间隙装填催化剂形成催化剂床层,而冷却介质通过内管和反应器壳程,从而增加了传热面积,强化了传热速率。通过调节内管侧壁的开孔尺寸及反应器顶部和底部的冷却介质分布板的开孔尺寸,并充分考虑内管的流动阻力,实现内管与反应器壳程之间冷却介质的合理分配,降低套管间隙内催化剂床层径向温度分布的不均匀程度,减小热点的发生;本发明通过在反应器罐体增加冷却介质进出口的数量,保证了冷却介质在反应器罐体内具有更均匀的径向分布,使得冷却介质沿罐体径向温差尽可能小,使各反应器处在基本相同的介质温度下运行。本发明在无需大量增加列管数量的条件下,即可大幅度增加列管式固定床反应器的换热面积,同时缩短传热路径,有效降低或消除放热反应过程产生的热点。


图1为本发明提供的无热点列管式固定床反应器的结构示意图。
图2为单根套管的截面图。
图中1-反应器下封头;2-冷却介质进口;3-进口导管;4-冷却介质分布板;5-管束外管;6-管束内管;7-反应器罐体;8-出口导管;9-冷却介质出口;10-反应器上封头;11-反应物进口;12-反应物分布器;13-上支撑板;14-下支撑板;15-催化剂栅板。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的原理、具体结构及实施方式详细描述图1为本发明提供的无热点列管式固定床反应器的结构示意图。它主要包括反应器下封头1,反应器上封头10,设置在反应器上下封头之间的列管,设置在反应器底部的冷却介质进口2和顶部的冷却介质出口9,用于固定列管的上支撑板13和下支撑板14;所述列管中的每支管采用由内管6和外管5组成的套管结构,内管6两端封闭,上端采用锥形结构,用于减小流动阻力,在套管间隙中装填催化剂形成催化剂床层,在所述的内管和外管两端侧壁通过管道3与反应器壳程相连,冷却介质可以同时流过内管管程与反应器壳程;在列管底部和顶部布置有冷却介质分布板4,所述分布板上的每个孔有一支套管穿过。
套管结构的俯视图如图2所示,由外管5和内管6组成,内管6和外管5间的间隙装填催化剂,反应物经由其间进行反应;外管5与内管6的侧壁开孔并由导管3相连,实现将反应物与冷却介质的隔离,冷却介质进入反应器后,分成两部分,一部分经反应器壳程、另一部分经导管3进入内管6,再经另一端的导管3离开内管6,重新进入反应器壳程,冷却介质自内外两侧对催化剂床层进行冷却,从而实现增加传热面积、降低管程温度分布的不均匀度、减少热点的发生。
套管由与反应器罐体7相连的上支撑板13和下支撑板14固定,上、下支撑板上开有孔与外管5相连,实现管程与壳程的隔离,将反应物或产物与冷却介质隔开;为了使反应物能够均匀地进入到各个催化剂床层内,在反应器顶部安装有反应物分布器12,使得反应物能够均匀的进入到各催化剂床层中去。
为了更好的降低催化剂床层温度分布的不均匀度,反应器壳程与内管6间的冷却介质流量需进行合理的分配,根据内管的流动阻力,可以通过调节导管3的直径及冷却介质分布板4的开孔尺寸对这种分配进行调节。
内管6的直径与外管5的直径之比可根据反应的放热速率及操作温度进行确定,冷却介质根据操作温度可选择水(蒸汽)、油、融盐或烟道气等。
管程内的催化剂由位于列管下支撑板下部的栅板15支撑,栅板上开有小于催化剂粒径的小孔,既具有支撑催化剂的作用、又能使反应物和产物顺利地离开催化剂床层。
冷却介质可根据反应的温度要求进行选择,如水(蒸汽)、油、融盐、烟气。为了保证冷却介质在罐体内具有均匀的径向温度分布,可以通过增加冷却介质进口2的数量和冷却介质出口9的数量,实现冷却介质的分散进入,增加反应器罐体的温度均匀分布程度。
权利要求
1.一种无热点列管式固定床反应器,包括反应器下封头(1),反应器上封头(10),设置在反应器上下封头之间的列管,冷却介质进口(2),冷却介质出口(9)以及用于固定列管的上、下支撑板(13、14),其特征在于所述列管中的每支管采用由内管(6)和外管(5)组成的套管结构,内管两端封闭,在所述的内管和外管两端侧壁通过管道(3)与反应器壳程相连,在套管间隙中装填催化剂形成催化剂床层,冷却介质能同时流过内管管程与反应器壳程;在列管底部和顶部布置有冷却介质分布板(4),所述分布板上的每个孔有一支套管穿过。
2.按照权利要求1所述的无热点列管式固定床反应器,其特征在于所述的内管的上端采用锥形结构。
3.按照权利要求1所述的无热点列管式固定床反应器,其特征在于所述的冷却介质的入口和出口采用多个。
全文摘要
一种无热点列管式固定床反应器,其技术特点是反应器列管中的每支管采用套管结构,内管两端封闭,在内管和外管两端侧壁通过管道与反应器壳程相连,在套管间隙中装填催化剂形成催化剂床层,冷却介质能同时流过内管管程与反应器壳程;在列管底部和顶部布置有冷却介质分布板。套管内管和外管的管径比可根据反应速率及操作温度进行调整,使其中产生的反应热可以向两侧传递。通过调整冷却介质分布板开孔尺寸及内管两端侧壁的开口尺寸控制冷却介质在内管与反应器壳程之间的分配。本发明在无需大量增加列管数量的条件下,即可大幅度增加列管式固定床反应器的换热面积,同时缩短传热路径,有效降低或消除放热反应过程产生的热点。
文档编号B01J8/02GK1736574SQ20051001211
公开日2006年2月22日 申请日期2005年7月8日 优先权日2005年7月8日
发明者王金福, 张同旺, 王铁峰, 王光润, 王德峥 申请人:清华大学
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