专利名称：内冷换热式轴向流动固定床催化反应器的制作方法
技术领域：
本发明涉及化工反应设备技术领域，具体地说，是一种内冷换热式轴向流动固定床催化反应器。
背景技术：
在甲醇合成、氨合成、一氧化碳变换、有机化合物加氢、二甲醚合成、环氧乙烷合成、合成气制甲烷等可逆放热反应中，都要使用固体颗粒催化剂，在成规模的工业化生产过程中，都需要应用固定床催化反应器。可逆放热反应的特点是在反应过程中会释放大量的热量，这些热量如果不能及时移走，就会导致反应温度上升，而反应温度的上升又会引起放热量的进一步加大，这会使反应很快飞温，从而烧毁催化剂。因此，该领域需要研究解决的问题包括①释放的热量影响反应结果的问题；② 对释放的热量进行回收和利用的问题；③在大规模工业化生产过程中为可逆放热反应提供科学合理的反应器的问题。目前，在工业化生产中多采用轴向流动气固相固定床催化反应器。随着甲醇合成、 氨合成、一氧化碳变换、有机化合物加氢、二甲醚合成、环氧乙烷合成、合成气制甲烷等可逆放热反应工业化规模的不断扩大，管内装填催化剂，管间通过换热介质换热的轴向流动气固相固定床催化反应器由于(扩大其)直径受运输条件的影响，使利用目前的轴向流动气固相固定床催化反应器扩大生产规模的空间受到限制。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种采用管间装填催化剂、管内通换热介质的轴向流动固定床反应器，为可逆放热反应工业化规模的不断扩大提供设备上的 ■石出。由于这种形式的固定床催化反应器的换热管需要集总在反应器的上下端，换热管的端部需要弯曲后与环形总管相连，这不仅制造难度加大，热应力难于消除，而且换热管间催化剂的装填和卸出比较麻烦。因此，本发明在结构上的构思是这样的反应器采用管间装填催化剂、管内通换热介质的轴向流动固定床反应器，与此同时，换热系统采用直管到顶， 分别连接分布与集总部分；分布与集总部分与换热管直接焊接，避免以前换热管的端部需要弯曲的缺点，在分布与集总部分设置气体进出口与催化剂装填卸出口，方便气体进出与催化剂装卸。在分布与集总部分与上下封头之间设置膨胀节，消除换热装置产生的应力。为实现上述目的，本发明采取的技术方案为
内冷换热式轴向流动固定床催化反应器，包括上封头、下封头和筒体，在所述上封头上设有换热介质出口、气体进口端和人孔，在所述下封头上设有气体出口、催化剂卸出口和换热介质进口，其特征是，在上封头与筒体的连接处通过换热装置汇集系统设置上管板，在下封头与筒体的连接处通过换热装置分布系统设置下管板；换热装置汇集系统为由换热装置汇集系统顶部与上管板构成的箱形结构，焊接在上封头上；上管板(在本发明中，上管板与换热装置汇集系统底部是同一个部件)由一块圆板与伸出圆板的换热管管体部分焊接而成，所述换热装置汇集系统顶部为一块呈圆弧形的圆板，圆板的中间设有气体进口通道，气体进口通道的周边设有与换热介质出口相通的贯通通道；
换热装置分布系统为由换热装置分布系统底部与换热装置分布系统顶部构成的箱形结构，焊接在下封头上；所述换热装置分布系统底部由换热管伸出下管板的管体部分与一块圆板焊接而成，所述换热装置分布系统顶部为一块呈圆弧形的圆板，圆板的中间设有换热介质进口的开口，开口的周边设有4 8个均勻分布的贯通通道开口，换热装置分布系统底部与换热装置分布系统顶部之间通过贯通通道连接，在换热介质进口的管道上设有膨胀节(以缓解换热装置因热胀冷缩产生的应力)；
在上管板与下管板之间的筒体内设置反应器中心管和纵向排列的换热管，反应器中心管的上端设有圆板形结构，所述圆板形结构与相邻的换热管焊接，圆板形结构的下端通过支撑板与反应器中心管的上端相连，所述反应器中心管为不开孔密闭的筒形结构，其向下延伸焊接于下管板上；换热管纵向排列，与上管板和下管板直管连接，在换热管与换热管之间以间隔的方式设置花板(以保证换热管的稳定)，在换热管与换热管之间装填有催化剂， 换热管内走换热介质。所述换热管的直径为20 40mm。所述气体进口端的连接管道由上封头穿过换热装置汇集系统顶部、上管板、圆板形结构和支撑板与反应器中心管贯通，因此，气体进口端也可作为催化剂入口使用；在装填催化剂时，操作人员可以通过气体进口端进入到圆板形结构内进行催化剂的装填。所述贯通通道的直径为50 80mm，是为换热气体的通道。本发明内冷换热式轴向流动固定床催化反应器的积极效果是不受运输条件的影响；为可逆放热反应工业化规模的不断扩大打下设备上的基础。
附图为本发明内冷换热式轴向流动固定床催化反应器的结构示意图； 图中的标号分别为
2、换热介质进口 ； 5、换热管； 8、上封头； 11、人孔； 15、上管板； 18、花板；
1、气体出口 ；
4、贯通通道；
7、催化剂；
10、气体进口端；
13、换热装置汇集系统顶部
17、支撑板；
20、下管板；
22、换热装置分布系统顶部
3、下封头； 6、筒体；
9、换热介质出口 ； 12、气体进口通道； 16、圆板形结构； 19、反应器中心管；
21、换热装置分布系统底部；
23、膨胀节；24、催化剂卸出口。
具体实施例方式以下通过附图给出本发明内冷换热式轴向流动固定床催化反应器的具体实施方式
，但是应当指出，本发明的实施不限于以下的实施方式。参见附图1，一种内冷换热式轴向流动固定床催化反应器，其外形结构与现有的固定床催化反应器基本相同，包括上封头8、下封头3和筒体6，在所述上封头8上设有换热介质出口 9、气体进口端10和人孔11，在所述下封头3上设有气体出口 1、催化剂卸出口 2和换热介质进口 24。本发明的特征结构是在上封头8与筒体6的连接处通过换热装置汇集系统设置上管板15，在下封头3与筒体6的连接处通过换热装置分布系统设置下管板20。 采用的换热装置汇集系统为由换热装置汇集系统顶部13与上管板15构成的箱形结构采用一块呈圆弧形的圆板，在圆板的中间开设气体进口通道12的开口，在气体进口通道12开口的周边开设与换热介质出口 9相通的贯通通道4开口，做成换热装置汇集系统顶部13，在本发明的实施中，上管板15与换热装置汇集系统底部是同一个部件，由一块圆板与伸出圆板的换热管5管体部分焊接而成。上管板15与换热装置汇集系统顶部13通过设置在贯通通道开口上的贯通通道4相连接，贯通通道4采用直径为50 80mm的管材，是为换热气体的通道。将换热装置汇集系统通过换热装置汇集系统顶部13和上管板15焊接在上封头8 上。所述气体进口端10的连接管道由上封头8穿过换热装置汇集系统顶部13、上管板15、 圆板形结构16和支撑板17与反应器中心管19贯通，因此，气体进口端10也可作为催化剂入口使用。在装填催化剂时，操作人员可以通过气体进口端10进入到圆板形结构16内进行催化剂的装填。采用的换热装置分布系统为由换热装置分布系统底部21与换热装置分布系统顶部22构成的箱形结构将由换热管5伸出下管板20的管体部分与一块圆板焊接成换热装置分布系统底部21，(同时也完成了换热装置分布系统与下管板20的连接)，采用一块呈圆弧形的圆板，在圆板的中间开设换热介质进口 2的开口，在此开口的周边开设4个均勻分布的贯通通道4开口构成换热装置分布系统顶部22，换热装置分布系统底部21与换热装置分布系统顶部22之间通过设置在贯通通道4开口上的4根贯通通道4连接；贯通通道4采用直径为50 80mm的管材，是为换热气体的通道。换热装置分布系统通过换热装置分布系统底部21与换热装置分布系统顶部22焊接在下封头3上。换热介质进口 2的连接管道由换热装置分布系统顶部22中间的开口导出，穿过下封头3，形成换热介质进口 2，在其换热装置分布系统顶部22至下封头3的管道上设置一个膨胀节23，以缓解换热装置因热胀冷缩产生的应力。在上管板15与下管板20之间的筒体6内设置反应器中心管19和纵向排列的换热管5。所述的反应器中心管19为不开孔密闭的筒形结构，在其上端设置圆板形结构16并将圆板形结构16与相邻的换热管5焊接起来；圆板形结构16为一筒形结构，将圆板形结构16的下端通过中空的管道，由支撑板17与反应器中心管19的上端相连；反应器中心管 19向下延伸并焊接在下管板20的中间。换热管5采用直径为20 40mm的管材，成纵向排列，与上管板15和下管板20直管连接(焊接)，在换热管5与换热管5之间以间隔的方式设置花板18以保证换热管5的稳定，在换热管5与换热管5之间装填有催化剂7 (因对催化剂7没有特殊要求，所以对此不再赘述);换热管5内走换热介质(因对换热介质没有特殊要求，所以对此也不再赘述)。
权利要求
1.内冷换热式轴向流动固定床催化反应器，包括上封头(8)、下封头(3)和筒体(6)， 在所述上封头(8)上设有换热介质出口(9)、气体进口端(10)和人孔(11)，在所述下封头 (3)上设有气体出口(1)、催化剂卸出口(24)和换热介质进口(2)，其特征在于，在上封头 (8 )与筒体(6 )的连接处通过换热装置汇集系统设置上管板(15)，在下封头(3 )与筒体(6 ) 的连接处通过换热装置分布系统设置下管板(20);换热装置汇集系统为由换热装置汇集系统顶部(13)与上管板(15)构成的箱形结构，焊接在上封头(8)上；上管板由一块圆板与伸出圆板的换热管(5)管体部分焊接而成，所述换热装置汇集系统顶部(13)为一块呈圆弧形的圆板，圆板的中间设有气体进口通道(12)，气体进口通道(12)的周边设有与换热介质出口(9)相通的贯通通道(4)；换热装置分布系统为由换热装置分布系统底部(21)与换热装置分布系统顶部(22)构成的箱形结构，焊接在下封头(3 )上；所述换热装置分布系统底部(21)由换热管(5 )伸出下管板(20)的管体部分与一块圆板焊接而成，所述换热装置分布系统顶部(22)为一块呈圆弧形的圆板，圆板的中间设有换热介质进口(2)的开口，开口的周边设有4 8个均勻分布的贯通通道(4)开口，换热装置分布系统底部(21)与换热装置分布系统顶部(22)之间通过贯通通道(4)连接，在换热介质进口(2)的管道上设有膨胀节(23)；在上管板(15)与下管板(20)之间的筒体6内设置反应器中心管(19)和纵向排列的换热管(5)，反应器中心管(19)的上端设有圆板形结构(16)，所述圆板形结构(16)与相邻的换热管(5)焊接，圆板形结构(16)的下端通过支撑板(17)与反应器中心管(19)的上端相连，所述反应器中心管(19)为不开孔密闭的筒形结构，其向下延伸焊接于下管板(20)上； 换热管(5)纵向排列，与上管板(15)和下管板(20)直管连接，在换热管(5)与换热管(5)之间以间隔的方式设置花板(18)，在换热管(5)与换热管(5)之间装填有催化剂(7)，换热管 (5)内走换热介质。
2.根据权利要求1所述的内冷换热式轴向流动固定床催化反应器，其特征在于，所述换热管的直径为20 40mm。
3.根据权利要求1所述的内冷换热式轴向流动固定床催化反应器，其特征在于，所述气体进口端(10)的连接管道由上封头(8)穿过换热装置汇集系统顶部(13)、上管板(15)、 圆板形结构(16)和支撑板(17)与反应器中心管(19)贯通。
4.根据权利要求1所述的内冷换热式轴向流动固定床催化反应器，其特征在于，气体进口端(10)可作为催化剂入口使用。
5.根据权利要求1所述的内冷换热式轴向流动固定床催化反应器，其特征在于，所述贯通通道(4)的直径为50 80mm，是为换热气体的通道。
全文摘要
本发明涉及化工反应设备，是内冷换热式轴向流动固定床催化反应器，在上封头上设有换热介质出口、气体进口端和人孔，在下封头上设有气体出口、催化剂卸出口和换热介质进口，其特征结构是在上封头和下封头与筒体的连接处通过换热装置汇集系统和换热装置分布系统设置上管板和下管板；在上管板与下管板之间的筒体内设置上连圆板形结构和支撑板，下连下管板的反应器中心管和纵向排列的、直径为20～40mm换热管，换热管与上管板和下管板直管焊接，在换热管间沿轴向间隔状设有花板，换热管间装填催化剂，换热管内走换热介质；本发明的积极效果是不受运输条件的影响；为可逆放热反应工业化规模的不断扩大打下设备上的基础。
文档编号B01J8/02GK102151521SQ20111010461
公开日2011年8月17日 申请日期2011年4月26日 优先权日2011年4月26日
发明者应卫勇, 张海涛, 房鼎业, 钱炜鑫, 马宏方 申请人:华东理工大学