专利名称：一种换热反应设备的制作方法
技术领域：
本发明是一种催化反应设备，用于流体催化反应和传热过程，属化学工程领域，特别适用于甲醇、甲胺、氨、甲烷、甲醚、烃类等合成反应过程，也可用于一氧化碳变换环氧乙烷等化学反应过程。
发明的背景对于由加压下甲醇合成、甲胺、甲醚、氨、烃类等合成这类放热催化反应，随着反应过程的进行，不断放出的反应热使催化剂层温度提高。为了提高反应器的效率，需要把反应热移出以降低反应温度。
在现有工业反应器例如甲醇、氨合成等，因装置的大型化可显著降低投资、减少产品成本而向大型化方向发展，例如甲醇合成从日产2000吨到日产5000吨和日产10000吨发展，但装置的大型化给设备加工制造运输带来困难，例如Lurgi管壳甲醇合成塔日产1000吨甲醇，若用一台外径就要超过4米，因此需用2台，因此增加了投资。
本发明的任务，根据化学反应器大型化的需要，克服现有技术的缺点，采用化整为零、化大为小的方法，即采用将壳体中的内件由现有的一个整体内件变成多个子内件，提供一种生产能力大、结构可靠、制造加工、运输容易、满足大型化需要反应器。
发明的概述本发明提供一种换热反应设备，主要由带有受压壳体A、置于壳体A中的换热内件I和催化剂层K组成，壳体A是一受压容器，顶部封头有管口1，底部封头有管口2，底部支架T支承换热内件I，主要是换热内件I是多个子内件I1、I2……Ii并行排列组合而成，每一个子内件Ii各由导气管C或F、分流管D或E1、多排换热管B组成，分流管D或E1与导气管C或F和换热管B连接，原料气由管口1或2进入分流室M或L，并行进入各个子内件Ii的导气管C或F、分流管D或E1、换热管B，再经换热管外催化剂层K反应，并与管B内气体换热，再由管口2或1出气。
在本发明的一个较好实例中，换热反应设备的壳体A顶部封头有隔板U把受压容器分为分流室M和反应室N，底部有多孔板V支承催化剂层K，组成换热内件I的各个子内件Ii的导气管C上端开口通过壳体A顶部隔板U上的填料函H活动密封，多排换热管B一端与分流管D相连，另一端与下部的集气管E相连，集气管E与多排上端开口的上行管Bu相连，气体由导气管C、分流管D到换热管B，再由集气管E到上行管Bu出口进管外催化剂层K反应，或者一端与分流管D相连的换热管B为U形管，U形管另一上端开口，气体由导气管C、分流管D到U形换热管B一端进口向下流动，再由U形管另一端向上流动出U形管后进入管外催化剂层K反应。
在本发明的另一个较好实例中，换热反应设备的壳体A底部隔板W将受压容器分为上部反应室N和下部分流室L，组成换热内件I的子内件Ii的导气管F下端开口与经壳体A底部有隔板W的填料函G连通底部分流室L，导气管F上部与分流管E1相连，分流管E1与多排上部开口的换热冷管B连结，原料气由底部管口2进气后平行进入各导气管F、分流管E1到各换热管B由顶部出口到管外催化剂层K自上到下进行反应，并与换热管B内气体逆流换热。
在本发明的另一个较好实例中，换热反应设备的壳体A顶部隔板U将受压容器分为上部集流室M和反应室N，底部隔板W分为底部分流室L和反应室N，组成换热内件I的子内件Ii的多排换热管B下端与分流管E1连结，分流管E1与穿过壳体A底部隔板W、填料函G的导气管F连结，换热管B上端与集气管D1连结，集气管D1与通过上部隔板U的填料函H的导气管C相接，原料气或锅炉水等冷却介质由底部进口管2进入，均匀分布到各子内件Ii的各导气管F、分流管E1、换热管B与管外催化剂层气体逆流换热，再到集气管D1、导流管C到顶部出口1出塔。
在本发明的另一个较好实例中，组成内件I的多个子内件I1、I2……Ii中的分流管E或分流管D和集流管E是圆形直管，每根分流直管E与多排冷管B连接，每个子内件的冷管分布排列的横截面为矩形，子内件Ii按长方格子排列组成内件。
在本发明的另一个较好实例中，组成内件I的多个子内件I1、I2……Ii中的分流管E1或分流管D和集流管E或D1是圆形环管，每根环管与多排冷管B连接，各个子内件Ii按同心圆或六角形并行排列组合。
在本发明的另一个较好实例中，组成换热内件I的子内件I1、I2……Ii中与分流管E和集气管D相连的换热管B是螺旋形管，连结分流管的进气管和连结集气管的出气管可与壳体A上隔板H和壳体底部隔板W焊接固定。
在本发明的另一个较好实例中，换热反应设备的壳体A中由圆筒形多孔气体分布器X和多孔集气器Y，气体在分气器X和集气器Y间的催化剂层径向流动，与分气器X和集气器Y之间的成同心圆式六角形并行排列的子内件Ii中的冷气换热。
下面结合附图进一步说明本发明。
图1是组合式折流气冷反应器。
图2是管内气冷逆流组合式换热反应器。
图3是管内水冷蒸汽上升式组合式换热反应器。
图4是管内气冷径向流组合式换热反应器。
图5是组合换热反应器中子内件成矩形排列图。
下面结合
具体实施应用。
图1是冷管是折流式气冷组合型换热反应器，主要由带有受压壳体A、置于壳体A中的换热内件I和催化剂层K组成，壳体A是一受压容器，顶部封头有管口1，底部封头有管口2，底部支架T支承换热内件I，主要是换热内件I是7个子内件I1、I2……I7成六角形并行排列组合而成。换热反应设备的壳体A顶部封头有隔板U把受压容器分为分流室M和反应室N，底部有多孔板V支承催化剂层K，组成换热内件I的各个子内件Ii的导气管C上端开口通过壳体A顶部隔板U上的填料函H活动密封，隔板U与图中上下法兰用螺栓J紧固，多排换热管B一端与分流管D相连，另一端与下部的集气管E相连，集气管E与多排上端开口的上行管Bu相连，气体由顶部管口1进入分气室M，再由导气管C、分流管D到换热管B，再由集气管E到上行管Bu出口进管外催化剂层K反应，并与管B内冷气换热，反应气由底部孔2出塔。图中上述换热管B也可以是U形管，这时U形管一端与分流管D相连，U形管另一上端开口，气体由导气管C、分流管D到U形换热管B一端进口向下流动，再由U形管另一端向上流动出U形管后进入管外催化剂层K反应。
图2是组合型逆流换热反应设备，壳体A底部隔板W将受压容器分为上部反应室N和下部分流室L，组成换热内件I的7个子内件Ii的导气管F下端开口与经壳体A底部有隔板W的填料函G连通底部分流室L，导气管F上部与分流管E1相连，分流管E1与多排上部开口的换热冷管B连结，原料气由底部管口2进气后平行进入各导气管F、分流管E1到各换热管B由顶部出口到管外催化剂层K自上到下进行反应，并与换热管B内气体逆流换热，反应器由管口3出塔，盖板O与壳体A用法兰J连接，在安装内件I和催化剂K时需打开盖板O。
图3是组合型管内水冷或气冷的换热反应设备，壳体A顶部隔板U将受压容器分为上部集流室M和反应室N，底部隔板W分为底部分流室L和反应室N，组成换热内件I的7个子内件Ii的多排换热管B下端与分流管E1连结，分流管E1与穿过壳体A底部隔板W、填料函G的导气管F连结，换热管B上端与集气管D1连结，集气管E与通过上部隔板U的填料函H、导气管C相接，原料气或锅炉水等冷却介质由底部进口管2进入分气室L，均匀分布到各子内件Ii的各导气管F、分流管E1、换热管B与管外催化剂层气体逆流换热，再到集气管D1、导流管C到顶部集气室M由出口1出塔。图中顶部R为小筒体，底部3为卸催化剂口，附图3为画有7个子内件I1、I2……I7在壳体A中成六角形布置排列的示意图，虽然图中是7个子内件，但不限于7个子内件。当子内件I1内为冷气时，则为逆流气冷式，可用于水冷-气冷组成的联合反应器。
在图3中组成换热内件I的子内件I1、I2……Ii中与分流管E1和集气管D1相连的换热管B也可以是螺旋形管，这时连结分流管的进气管F和连结集气管的出气管C可与壳体A上隔板U和壳体底部隔板W焊接固定。
图3中下面一张图是位于壳体A中7个子内件的平面位置图，图中表示组成内件I的多个子内件I1、I2……Ii中的分流管E或分流管D和集流管E是圆形环管，每根环管与多排冷管B连接，各个子内件Ii六角形并行排列组合。在这个图中各子内件Ii由一根圆形环管分流管D和集流管E组成，但不限于一根环管，可以由二根或多根圆形环管同心套装组成。
在上述图2、图3各换热反应器中，除各换热内件Ii管外有催化剂K，可在各内件下部位置装有绝热催化剂床层，也可在下部只装耐火陶瓷球。
图4是气体在催化剂床中为径向流动的组合式换热反应器，与图1不同的是，换热反应设备的壳体A中由圆筒形多孔气体分布器X和多孔集气器Y，X和Y之间有支撑催化剂的封板S，气体由管口1进入经各换热子内件Ii出冷管后，在分气器X和集气器Y间的催化剂层径向流动，与分气器X和集气器Y之间的成同心圆或六角形并行排列的子内件中的冷气换热，由底部管口2出塔。由于中心集气器Y占位，故少了一个中心的子内件。
图5表示组成内件I的多个子内件I1、I2……Ii中的分流管E是圆形直管，每根分流直管E与多排冷管B连接，每个子内件的冷管分布排列的横截面为矩形，子内件Ii按长方格子排列组成内件。在图中各子内件Ii分流直管是单根圆管，但不限于一根圆管，而可以是二根或多根直管并排连接组成。
本发明有效地解决大型化反应器的制造、运输、安装的难题，例如对内径达5～6米反应器采用现有技术制造运输难度大，我国公路限宽4米，采用本发明将内件化整为零，外壳也可分段运输到工厂现场组焊，各子内件到现场组装，妥善解决了这一难题。
实施例日产3000吨低压甲醇合成塔，合成压力6MPa，采用138m3NC306甲醇合成催化剂，合成塔壳体A内径5米，采用图3的管内蒸汽上升型组合内件，共62个，分4层呈同心圆排列，每个子内件Ii外径小于1米，可以由图3打开上部法兰J，拆下小封头R和隔板U，逐个吊进子内件Ii成同心圆或六角形安装好，装好催化剂K再装隔板U、导流管C、填料函H、法兰J和小封头R，安装完毕即可投入使用。
在阅读了本发明的详细描述以后，在不偏离本发明的精神和范围的情况下本领域的普通技术人员能容易地对本发明进行各种变化和改进。本发明包括在所附权利要求范围内的各种变化和改进。本发明不仅可广泛用于各种大型换热反应器，还可用于各种大型换热器，即采用一个壳体内多个并列换热管胆，此即一壳多胆换热反应器或一壳多胆换热器。
权利要求
1.一种换热反应设备，主要由带有受压壳体(A)、置于壳体(A)中的换热内件(I)和催化剂层(K)组成，壳体(A)是一受压容器，顶部封头有管口(1)，底部封头有管口(2)，底部支架(T)支承换热内件(I)，其特征是换热内件(I)是多个子内件(I1)、(I2)……(Ii)并行排列组合而成，每一个子内件(Ii)各由导气管(C)或(F)、分流管(D)或(E1)、多排换热管(B)组成，分流管(D)或(E1)与导气管(C)或(F)和换热管(B)连接，原料气由管口(1)或(2)进入分流室(M)或(L)，并行进入各个子内件(Ii)的导气管(C)或(F)、分流管(D)或(E1)、换热管(B)，再经换热管外催化剂层(K)反应，并与管(B)内气体换热，再由管口(2)或(1)出气。
2.如权利要求1所述的换热反应设备，其特征是壳体(A)顶部封头有隔板(U)把受压容器分为分流室(M)和反应室(N)，底部有多孔板(V)支承催化剂层(K)，组成换热内件(I)的各个子内件(Ii)的导气管(C)上端开口通过壳体(A)顶部隔板(U)上的填料函(H)活动密封，多排换热管(B)一端与分流管(D)相连，另一端与下部的集气管(E)相连，集气管(E)与多排上端开口的上行管(Bu)相连，气体由导气管(C)、分流管(D)到换热管(B)，再由集气管(E)到上行管(Bu)出口进管外催化剂层(K)反应，或者一端与分流管(D)相连的换热管(B)为U形管，U形管另一上端开口，气体由导气管(C)、分流管(D)到U形换热管(B)一端进口向下流动，再由U形管另一端向上流动出U形管后进入管外催化剂层(K)反应。
3.根据权利要求1所述的换热反应设备，其特征是壳体(A)底部隔板(W)将受压容器分为上部反应室(N)和下部分流室(L)，组成换热内件(I)的子内件(Ii)的导气管(F)下端开口与经壳体(A)底部有隔板(W)的填料函(G)连通底部分流室(L)，导气管(F)上部与分流管(E1)相连，分流管(E1)与多排上部开口的换热冷管(B)连结，原料气由底部管口(2)进气后平行进入各导气管(F)、分流管(E1)到各换热管(B)由顶部出口到管外催化剂层(K)自上到下进行反应，并与换热管(B)内气体逆流换热。
4.如权利要求1所述的换热反应设备，其特征是壳体(A)顶部隔板(U)将受压容器分为上部集流室(M)和反应室(N)，底部隔板(W)分为底部分流室(L)和反应室(N)，组成换热内件(I)的子内件(Ii)的多排换热管(B)下端与分流管(E1)连结，分流管(E1)与穿过壳体(A)底部隔板(W)、填料函(G)的导气管(F)连结，换热管(B)上端与集气管(D1)连结，集气管(D1)与通过上部隔板(U)的填料函(H)的导气管(C)相接，原料气或锅炉水等冷却介质由底部进口管(2)进入，均匀分布到各子内件(Ii)的各导气管(F)、分流管(E1)、换热管(B)与管外催化剂层气体逆流换热，再到集气管(D1)、导流管(C)到顶部出口(1)出塔。
5.根据权利要求1的换热反应设备，其特征是组成内件(I)的多个子内件(I1)、(I2)……(Ii)中的分流管(E)或分流管(D)和集流管(E)是圆形直管，每根分流直管(E)与多排冷管(B)连接，每个子内件的冷管分布排列的横截面为矩形，子内件(Ii)按长方格子排列组成内件。
6.根据权利要求1的换热反应设备，其特征是组成内件(I)的多个子内件(I1)、(I2)……(Ii)中的分流管(E1)或分流管(D)和集流管(E)是圆形环管，每根环管与多排冷管(B)连接，各个子内件(Ii)按同心圆或六角形并行排列组合。
7.根据权利要求1的换热反应设备，其特征是组成换热内件(I)的子内件(I1)、(I2)……(Ii)中与分流管(E1)和集气管(D)相连的换热管(B)是螺旋形管，连结分流管的进气管和连结集气管的出气管可与壳体(A)上隔板(H)和壳体底部隔板(W)焊接固定。
8.根据权利要求1的换热反应设备，其特征是壳体(A)中由圆筒形多孔气体分布器(X)和多孔集气器(Y)，气体在分气器(X)和集气器(Y)间的催化剂层径向流动，与分气器(X)和集气器(Y)之间的成同心圆或六角形并行排列的子内件(Ii)中的冷气换热。
全文摘要
一种换热催化反应器，主要由带有顶部开口管(1)、底部出口管(2)的受压壳体(P)和支承于壳体底部支承架上的内部换热内件(I)，内件(I)由多个子内件组成，支承于底部催化剂多孔支承板(R)的管外催化剂(K)，采用气冷和水冷换热用于制造大塔径实现大型化目的。
文档编号B01J8/02GK1857766SQ200510070519
公开日2006年11月8日 申请日期2005年4月30日 优先权日2005年4月30日
发明者楼韧, 楼寿林 申请人:杭州林达化工技术工程有限公司