专利名称：一种固定床催化反应器的制作方法
技术领域：
本实用新型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、烃类等合成反应过程，也可用于甲烷、甲醚等合成过程。
背景技术：
对于由加压下甲醇合成、甲醚、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。在工业反应器中曾广为使用的如西德Lurgi公司的用于甲醇合成的列管式 反应器，原料气从上部进气口进入分布到各管中，在管内装催化剂层中合成甲醇，管间侧面 进水。反应热被管外沸腾水连续移热，产生蒸汽由侧面管出，反应气由底部出气管出塔，该 塔温差小，但上下管板与换热管固定焊接，为解决热应力需用双相不锈钢且仍易损坏。本实用新型的任务是依据催化放热可逆反应的特点，克服现有技术的缺点，提供 一个生产能力大、触媒活性高、结构简单可靠、操作性能好的反应器。发明内容本实用新型提供一种固定床催化反应器，包括壳体1，上封头2，下封头3，壳体1与 上封头2、下封头3连接，上封头2有出汽管5，下封头3有进气管6和出气管7，壳体有进水 管8或者下封头3有进水管9，内装催化剂的换热外管10连接上管板11和下管板12，主要 是上封头2有冷气进气管4，上封头2内有上内封头23，上内封头23与上管板11连接构成 上部内腔24，上内封头23有进气管25与上封头2的进气管4通过密封填料26活动连结， 下封头3内有内封板18与下封头3连接或者下封头3内有下内封头19与内封板18连接 构成气体分布室20，气体导管21连结气体分布室20和换热内管22，下管板12与下封头3 连接或者下管板12与下内封头19内封板18连接构成下部内腔17，下内封头接管15上有 支承陶瓷球和催化剂的多孔顶盖的接管15由填料14与出气管7活动密封，上管板11和下 管板12间有换热外管10连接，换热外管10内有上部开口的换热内管22构成内外管间内 装催化剂18的双套管40，或者双套管40之间还有间隔布置内装催化剂的换热单管27，换 热外管10和换热单管27与上部内腔24和下部内腔17相通，原料气由进气管6进入气体分布室20，经各气体导管21到换热内管22吸收管外 反应热升高温度到上部内腔24，与顶部进气管4来的冷气混合，再进入换热外管10和换热 内管22间的环形空间的催化剂层18催化反应，或者其中一部分经换热单管27的催化剂层 催化反应，反应热被换热外管10外的水和换热内管22的冷气吸收，反应气经底部有多孔顶 盖的接管15、出气管7出反应器。本实用新型提供一种固定床催化反应器，主要是上封头2有冷气进气管4，上内封 头23连接进气管25构成上部内腔24。本实用新型提供一种固定床催化反应器，主要是底部有连接冷气的进气管6的气 体分布室20，连结气体分布室20和换热内管22的导管21是柔性接管，与分气管接头或者 和换热内管22可拆卸活动连接。[0009]本实用新型提供一种固定床催化反应器，主要是下管板12与壳体1连结，壳体1 有进水管8。本实用新型提供一种固定床催化反应器，主要是下管板2与下内封头19连结，下 封头3有进水管9。本实用新型提供一种固定床催化反应器，主要是在有换热内管22和换热外管10 组成的双套管40间有换热单管27。本实用新型提供一种固定床催化反应器，主要是双套管40的换热外管10内径为 50 100mm，换热内管22外径为10 30mm，换热单管27内径为15 50mm。本实用新型提供一种固定床催化反应器，主要是上封头2与壳体1直接焊接或者 通过上封头2和壳体1上的法兰30和螺栓31螺母32连结并用唇形焊密封。本实用新型提供一种固定床催化反应器，主要是下管板12下面装有下部绝热催 化剂层41。本实用新型提供一种固定床催化反应器，主要是下管板12上可装有上部绝热催 化剂层42，绝热层42和上管板11间有冷激气分布管43。
以下结合附图具体说明。
图1是有一个内封头的固定床换热催化反应器示意图。图2是有上下内封头的固定床换热催化反应器示意图。图3是是有上下绝热层的固定床换热催化反应器示意图。图4是同时有双套管和单管换热管的固定床换热催化反应器示意图。图5是
图1至图3中双套管换热管的截面图。图6是图3中同时有双套管和单管换热管截面图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的技术方案进行详细地说明。
图1是有一个内封头的固定床换热催化反应器示意图。
图1中壳体1与上封头2、 下封头3连接构成受压外壳，上封头2有冷气进气管4和出汽管5，下封头3有进气管6，出 气管7和壳体1上有进水管8，内装催化剂的换热外管10连接上管板11和下管板12，上封 头2内有上内封头23，上内封头23与上管板11连接构成上部内腔24，上内封头23有进气 管25与上封头2的进气管4通过密封填料26活动连结，下封头3内有内封板18连接构成 气体分布室20，气体导管21连结气体分布室20和换热内管22，下管板12与下封头3连接 构成下部内腔17，出气管7内有支承陶瓷球和催化剂的多孔顶盖的接管15与出气管7活动 装配，上管板11和下管板12间有换热外管10连接，换热外管10内有上部开口的换热内管 22构成内外管间内装催化剂18的双套管40，换热外管10与上部内腔24和下部内腔17相 通。
图1至图3中双套换热管的截面示意图见图5。原料气例如合成甲醇的H2、C0、C02等加压到5 12MPa，按循环比2 3的循环气 混合，温度80 120°C，由进气管6进入下封头3内的气体分布室20，经各气体导管21到 换热内管22吸收管外反应热升高温度约220°C到上部内腔24，与顶部进气管4来的约90°C冷气混合调节温度，再进入换热外管10和换热内管22间的环形空间的甲醇催化剂层18催 化反应，反应热被换热外管10外的水和换热内管22的冷气吸收，反应气温度220 280°C， CH3OH含量8 16%，经底部多孔顶盖的接管15出反应器，由进水管8进口的水，在传热外 管10外吸收反应热，副产20 50MPa蒸汽，经顶部上封头2和上内封头23间，由出气口 5 引出。图2是有上下内封头的固定床换热催化反应器示意图。图2与
图1结构不同之处 在于一是下部有内封头19，下内封头19通过底部支承板16支承在下封头3上，气体分布室 20由内封板18和内封头19焊接构成，下管板12与下封头3连接构成下部内腔17，下内封 头接管15上有支承陶瓷球和催化剂的多孔顶盖的接管15通过填料14与出气管7活动装 配，内封头19气体分布室20进气管28通过填料29与下封头3进气口 6活动连接，冷气由 进气口 6进入进气管28与内封头19内的分气室20 ；二是壳体1与上封头2间通过法兰30 和螺栓31螺母32并用唇形焊连续下封头3构成受压外壳，这样打开法兰30，由上下封头、 管板和换热管构成的内件可以吊出外壳，以便检修。图3是有上下绝热层的固定床换热催化反应器示意图。图3与图2不同的是下管 板下部有一绝热催化剂层41，上管板上部有上部绝热催化剂层42，换热内管22加长伸到上 部绝热催化剂层上部，由换热内管22出口气与冷气进气管4来的冷气混合调节温度，合成 气先经上绝热催化剂层42反应升高温度后，再进入换热外管10内催化剂层18和下绝热层 41反应，设置上、下绝热层可提高催化剂装量，达到增加产量目的。图4是同时有双套管40和换热单管27的固定床换热催化反应器示意图。与
图1 至图3不同的是图4中利用直径较大的双套管空间，设置内装催化剂换热单管27，截面示意 图见附图6，增设单管换热管可增加催化剂装量和生产能力。有益效果本实用新型与已有技术相比有显著效果，一是连接换热管的上管板和上封头可上 下自由伸缩，避免管壳式反应器因温度变化引起热应力导致换热管或壳体拉裂，由此换热 管可由国产不锈钢管替代原来管壳式换热管需由国外进口的大批双相不锈钢；二是采用内 外换热双套管同时进行外冷管水冷和内冷管气冷换热、加强换热效果，可比管壳式降低循 环比，由管壳式的5降低到2 3，提高反应产物含量，采用双管间加单管结构，提高反应器 催化剂装填量，增加生产能力；三是采用塔底主线进气口和塔顶冷付线进气口，增加了反应 温度调节手段，使温度控制更加方便正确，优化操作条件；四是下封头内装催化剂，提高催 化剂装填系数，增加了转化率和产量。以上通过众多图例对本实用新型的主题作了充分描述，根据本实用新型的构思精 神，本领域的普通技术人员能容易地进行各种变化并应用到合成气制合成甲醇、二甲醚、烃 等，实际实施中可根据实际需要选用
图1至图4结构，可以放置上绝热层或下绝热层或同时 设上下绝热层进行不同组合。
权利要求一种固定床催化反应器，包括壳体(1)，上封头(2)，下封头(3)，壳体(1)与上封头(2)、下封头(3)连接，上封头(2)有出汽管(5)，下封头(3)有进气管(6)和出气管(7)，壳体有进水管(8)或者下封头(3)有进水管(9)，内装催化剂的换热外管(10)连接上管板(11)和下管板(12)，其特征是上封头(2)有冷气进气管(4)，上封头(2)内有上内封头(23)，上内封头(23)与上管板(11)连接构成上部内腔(24)，上内封头(23)有进气管(25)与上封头(2)的进气管(4)通过密封填料(26)活动连结，下封头(3)内有内封板(18)与下封头(3)连接或者下封头(3)内有下内封头(19)与内封板(18)连接构成气体分布室(20)，气体导管(21)连结气体分布室(20)和换热内管(22)，下管板(12)与下封头(3)连接或者下管板(12)与下内封头(19)内封板(18)连接构成下部内腔(17)，下内封头接管(15)上有支承陶瓷球和催化剂的多孔顶盖的接管(15)由填料(14)与出气管(7)活动密封，上管板(11)和下管板(12)间有换热外管(10)连接，换热外管(10)内有上部开口的换热内管(22)构成内外管间内装催化剂(18)的双套管(40)，或者双套管(40)之间还有间隔布置内装催化剂的换热单管(27)，换热外管(10)和换热单管(27)与上部内腔(24)和下部内腔(17)相通。
2.根据权利要求1所述的一种固定床催化反应器，其特征是上封头(2)有冷气进气管 (4)，上内封头(23)连接进气管(25)构成上部内腔(24)。
3.根据权利要求1所述的一种固定床催化反应器，其特征是底部有连接冷气的进气管 (6)的气体分布室(20)，连结气体分布室(20)和换热内管(22)的导管(21)是柔性接管， 与分气管接头或者和换热内管(22)可拆卸活动连接。
4.根据权利要求1所述的一种固定床催化反应器，其特征是下管板(12)与壳体(1)连 结，壳体(1)有进水管(8)。
5.根据权利要求1所述的一种固定床催化反应器，其特征是下管板(2)与下内封头 (19)连结，下封头(3)有进水管(9)。
6.根据权利要求1所述的一种固定床催化反应器，其特征是在有换热内管(22)和换热 外管(10)组成的双套管(40)间有换热单管(27)。
7.根据权利要求1所述的一种固定床催化反应器，其特征是双套管(40)的换热外管 (10)内径为50 100mm，换热内管(22)外径为10 30mm，换热单管(27)内径为15 50mmo
8.根据权利要求1所述的一种固定床催化反应器，其特征是上封头(2)与壳体(1)直 接焊接或者通过上封头(2)和壳体(1)上的法兰(30)和螺栓(31)螺母(32)连结并用唇 形焊密封。
9.根据权利要求1所述的一种固定床催化反应器，其特征是下管板(12)下面装有下部 绝热催化剂层(41)。
10.根据权利要求1所述的一种固定床催化反应器，其特征是下管板(12)上可装有上 部绝热催化剂层(42)。
专利摘要一种固定床催化反应器，主要由壳体1，上封头2，下封头3，壳体1与上封头2、下封头3连接，上封头2有出汽管5，下封头3有进气管6和出气管7，壳体有进水管8或者下封头3有进水管9，内装催化剂的换热外管10连接上管板11和下管板12组成，用于甲醇、烃类等合成反应过程，也可用于甲烷、甲醚等合成过程，提供一个生产能力大、触媒活性高、结构简单可靠、操作性能好的反应器。
文档编号B01J8/02GK201551994SQ20092027715
公开日2010年8月18日 申请日期2009年12月3日 优先权日2009年12月3日
发明者徐荣良, 楼寿林, 楼韧 申请人:杭州林达化工技术工程有限公司