专利名称：多管式反应器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种多管式反应器，特别是关于催化领域的多管式反应器。
背景技术：
在石油化工领域，催化剂的研制和开发一直是石化工业快速发展的主要推动力。在催化剂的开发研制过程中，反应机理的深入分析、动力学特征的准确描述以及催化剂活性的快速评价等无论对催化剂的开发、还是对工业过程放大均具有极为重要的意义。
就目前而言，尽管已经发展了多种有关反应机理、动力学及催化剂评价的方法，但众多高等院校及科研院所仍采用传统的单一管式积分或微分固定床装置进行上述工作。这类装置尽管简单实用，但存在效率低、获取信息量有限等缺点。实质上很多反应就是因为装置本身的缺陷而无法进行准确的机理分析；不少动力学研究常常因为实验装置不合理而不得不进行大量的实验工作，且给后续的动力学参数估值增加了困难；众多催化剂的开发过程也常常因为评价装置不足或评价装置不甚合理而无法进行有效的科研实践或进展缓慢。不容忽视的是很多反应过程常常因为实验室单管反应器结构的缺陷而无法进行适度放大的热态实验。
文献CN1032117A公开了一种适用催化工艺的多管式反应器。包括基本直立的长容器，许多安置在容器中与其中心纵轴平行的端部开口反应管，该反应管上端固定于上管板并与上管板上面的流体室相通，下端固定于下管板并与下管板下面的流出物收集室相通；用于将液体送入流体室的液体进料分部管；用于将气体送入流体室的气体进料分布管；和流出物收集室上设置的流出物出口；其中在各反应管的上端部装有气体和液体供给器，该器包括具有气体入口孔，液体入口和出口的入口室，和增大正常操作过程中在流体室中存在的液面和入口室内的液体入口之间差距的升液区。该多管式反应器结构复杂且对原料的使用范围窄。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是以往文献技术中实验获得信息量小，装置复杂、操作繁琐、原料浪费严重且原料适应范围较窄的问题，提供一种新的多管式反应器。该多管式反应器具有结构简单，操作方便、原料节约且原料适用范围宽，以及数据误差小，准确度高等优点。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下一种多管式反应器，包括加热炉、加热器、导热棒和至少2个反应管，导热棒位于加热炉内部设置的空心区域；加热器位于加热炉内，空心区域外；导热棒内设置有至少2个反应管导热通道，以放置反应管，每个反应管的进料口和出料口呈串联或并联连接。
上述技术方案中，导热棒优选方案呈圆柱体，空心区域位于加热炉中心，且呈圆筒形，以便与导热棒尺寸相匹配；导热棒内设置的反应管导热通道处还设置了管线连接槽。反应管的数量优选范围为2～150个，更优选范围为2～20个。
本实用新型中，加热炉采用一套温度控制系统，这样不仅减少温度控制仪表的数量，节约投资成本，同时，装置集成度高，操作方便。每个反应管内设置热电偶，并通过导线与测温仪相连，这样每一反应管内的准确温度均可实时测量。导热棒为圆柱形，且导热棒内至少2个反应管导热通道沿圆形分布是为了达到良好的传热效果以及理想的温度分布。导热棒内每一导热通道沿外圆法线方向设置管线连接导槽，其目的在于充分利用加热炉本身热量保障各反应管反应流出物输送过程中，样品不冷凝不失真。反应器在每个反应管出料口外可连接一多通道切换阀，以便确保各反应管出口样品同时或任意时刻无干扰取样。圆柱形导热棒的设置是为了满足不同反应管数量，不同反应管直径的需要，从而达到灵活多样，通用性强的实验应用目的。本实用新型中，也可通过将不同反应管放置在加热器中不同恒温区来实现相同或彼此不同温度条件的组合工艺条件实验。
本实用新型中从总体上讲可以实现多管串联或并联连接。对于并联连接，至少2个反应管的每一反应管出口均与多通道切换阀相连，每一反应管进料口均与流量分配器相连。并联连接使得在同一套反应器内，可以同时开展不同的条件实验，尤其对于同时进行不同反应条件的长周期催化剂寿命实验，可以大大提高实验效率，节约劳动时间。流量分配器的使用，保障不同反应管可以采用相同或不同的操作条件。反应管出口设置的多通道切换阀可以实现每一反应管同时或任意时刻在线无干扰取样分析。对于串联连接，至少2个反应管依次串连，且每一反应管出口均与多通道切换阀相连。依次串联连接使得一次进料依次通过各反应管，而通过与每一反应管出口相连的多通道切换阀取样在线分析，可以获得不同床层处反应混合物组分的信息，同时也相当于一次投料获得不同空速或不同停留时间时反应的信息。这对于反应机理研究，工艺条件考察，动力学实验等均具有单管反应器无法具备的优势。同时，对于稀缺原料进行相关反应性能研究时，其对原料用量较少的优点是显而易见的。
本实用新型的核心是将多个反应管集成在一个反应加热炉内集中加热，但每一反应管可以实现相同或彼此不同的反应温度。同时，对于串联连接而言，每一反应器出口同多通道切换阀相连，从而实现不同反应管出口处反应流出物无干扰在线取样分析，最终获得不同反应管床层处的组分分布，实现一次进料同时获得大量数据信息。对于并联连接而言，通过设置流量分配器可以确保每一反应管保持相同或不同的实验条件，同样，每一反应器出口同多通道切换阀相连，从而实现不同反应管出口处反应流出物无干扰在线取样并分析。
本实用新型中，采用加热炉、加热器、导热棒、至少2个反应管、多通道切换阀，测温仪、温度控制仪，导热棒位于加热炉内部设置的空心区域；加热器位于加热炉内，空心区域外；导热棒内设置有至少2个反应管导入通道以放置反应管，每个反应管内的测温元件均与测温仪相连；加热炉内的加热器与温度控制仪相连，实现反应管内的温度控制。对于并联连接而言，各反应管入口均与流量分配器相连；对于串联连接而言，各反应管依次串联，上述各技术方案，均取得了较好的技术效果。
本实用新型通过多管式反应器技术，不仅可以通过有限的实验获取丰富的研究信息，以几何数量级提高科研效率；而且还具有研究功能强、集成度高、系统稳定性好、操作灵活方便、投资成本少以及建造周期短等多方面优点，可广泛应用于石油化工、环境化工、制药等领域。同时具有如下显著优点(1)具有结构简单、操作方便、运行安全可靠。(2)数据误差小，重复性高；(3)节约原料；(4)应用范围广。
附图1为多管式反应器结构示意图。
图1中1为原料入口、2为加热炉、3为加热器、4为导热棒、5为反应管入口、6为测温热电偶、7为反应管、8为催化剂床层、9为产物出口、10为多通道切换阀、11为测温仪、12为温度控制仪、13为流量分配器、14为多通道切换阀控制器。
附图2为导热棒结构示意图。
图2中4为导热棒、15为反应管导入通道、16为管线连接导槽。
下面通过实施例对本实用新型作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。
具体实施方式
实施例1本实用新型采用并联连接方案。其主体由原料入口、加热炉、加热器、导热棒、反应管入口、测温热电偶、反应管、催化剂床层、产物出口、多通道切换阀、测温仪、温度控制仪、多通道切换阀控制器组成。导热棒位于加热炉内部设置的空心区域；加热器位于加热炉内，空心区域外；导热棒内设置有6个反应管导热通道以放置反应管，每个反应管的进料口均与流量分配器相连接，每个反应管的出料口均与多通道切换阀相连接；每个反应管内的测温元件均与测温仪相连；加热炉内的加热器与温度控制仪相连，实现反应管内的温度控制。
采用该图1的多管反应器，用1-丁烯进料，以ZSM-5分子筛为催化剂，其硅铝摩尔比SiO2/Al2O3为200，在各反应管反应温度450℃，480℃，500℃，530℃，550℃，580℃，各反应器装填相等催化剂，重量空速均为5小时-1的条件下同时进行催化剂寿命考察，乙烯丙烯收率见表1和表2。
表1 不同反应时间乙烯重量收率，％
表2 不同反应时间丙烯重量收率，％
若采用单管反应器，至少需要六倍的时间才能完成上述实验，多管式组合反应装置极大提高工作效率是显而易见的。
实施例2按照实施例1所述的多管式反应器、只是反应管为9个反应管，并且各反应管依次串联连接。采用1-丁烯进料，以ZSM-5分子筛为催化剂，其硅铝摩尔比SiO2/Al2O3为500，在反应温度550℃，反应压力为常压，总重量空速为6.36小时-1的条件下不同床层处乙烯丙烯收率及原料转化率见表3。
表3 不同反应器出口原料转化率及乙烯丙烯收率
实施例3按照实施例1所述的多管式反应器、只是反应管为20个反应管，并且各反应管依次串联连接。采用1-丁烯进料，以ZSM-5分子筛为催化剂，其硅铝摩尔比SiO2/Al2O3为300，在反应温度580℃，反应压力为常压，总重量空速为4.29小时-1的条件下部分不同床层处乙烯丙烯收率及原料转化率见表4。
表4 不同反应器出口原料转化率及乙烯丙烯收率
对比例1采用传统单管反应器完成实施例1的相同内容，总共需要时间1404小时(包括升降温及催化剂更换)，而采用本实用新型中6管串联多管式反应器，只需约230小时，显然时间大大缩短，效率得到极大提高。
权利要求1.一种多管式反应器，包括加热炉、加热器、导热棒和至少2个反应管，导热棒位于加热炉内部设置的空心区域；其特征在于加热器位于加热炉内，空心区域外；导热棒内设置有至少2个反应管导热通道，以放置反应管，每个反应管的进料口和出料口呈串联或并联连接。
2.根据权利要求1所述多管式反应器，其特征在于导热棒呈圆柱体，空心区域位于加热炉中心，且呈圆筒形，以便与导热棒尺寸相匹配；导热棒内设置的反应管导热通道处还设置了管线连接槽。
3.根据权利要求1所述多管式反应器，其特征在于反应管的数量为2～150个。
4.根据权利要求3所述多管式反应器，其特征在于反应管的数量为2～20个。
专利摘要本实用新型涉及多管式反应器，主要解决以往技术中数据信息量小、效率低、原料浪费、制作成本高、操作繁琐、实验误差大的问题。本实用新型通过采用多管式反应器包括加热炉、加热器、导热棒和至少2个反应管，导热棒位于加热炉内部设置的空心区域；加热器位于加热炉内，空心区域外；导热棒内设置有至少2个反应管导热通道，以放置反应管，每个反应管的进料口和出料口呈串联或并联连接的技术方案较好地解决了上述问题，可用于多管式反应器的工业生产中。
文档编号B01J8/06GK2855523SQ20052004484
公开日2007年1月10日 申请日期2005年9月7日 优先权日2005年9月7日
发明者刘俊涛, 钟思青, 王华文, 刘国强 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院