带冷却水管的高温反应器及化工系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种带冷却水管的高温反应器及化工系统。化工系统包括带冷却水管的高温反应器、汽包和循环泵，带冷却水管的高温反应器包括外壳，外壳的内部设有内筒，内筒的外壁与外壳的内壁之间设有间隙气流通道及水冷管；内筒的内部由上至下设有催化剂床层和换热管，内筒的壁上设有与内筒的内部连通的内筒进气口和内筒出气口，内筒进气口的所在高度高于催化剂床层的底部的所在高度，内筒出气口的所在高度低于换热管的底部的所在高度；外壳的底部设有外壳进气口和外壳出气口，外壳进气口通过所述间隙气流通道与所述内筒进气口连通，外壳出气口与所述内筒出气口连通。带冷却水管的高温反应器的体积小、结构简单、安全性高、成本低。
【专利说明】
带冷却水管的高温反应器及化工系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及化工技术，尤其涉及一种带冷却水管的高温反应器及化工系统。
【背景技术】
[0002]在化工领域中，很多化学反应是需要在高温环境下进行的强放热反应(强放热反应通常是指焓值大于200kJ/mol的反应)，例如:甲烷化反应。由于这些强放热反应通常具有反应剧烈、放热量大、反应温度高等特点，因此现有技术中这些强放热反应大多在具有耐火衬里的高温反应器中进行。但是，现有技术中的高温反应器至少存在如下缺点:
[0003](I)为了避免强放热反应损伤高温反应器，现有高温反应器的耐火衬里通常具有相当大的厚度，这就使得现有高温反应器的整体体积很大，不利于安装、拆卸。
[0004](2)在经受设备震动和/或温度剧烈变动后，现有高温反应器的耐火衬里容易出现龟裂、脱落等损伤；一旦耐火衬里出现损伤，强放热反应将会直接损坏高温反应器的外壳，进而可能引发安全事故。
[0005](3)由于高温反应器在进行强放热反应时的温度过高，因此配合高温反应器使用的后续加工流程中的生产设备(例如:高温反应器的出口管道、用于回收热量的废热锅炉等)也需要具有相当强的耐高温性能，这就给后续加工流程中生产设备的选型和加工制造带来很多困难，同时也增加了投资和运行成本。
实用新型内容
[0006]本实用新型的目的是提供一种结构简单、安全可靠、成本低的带冷却水管的高温反应器及化工系统。
[0007]本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的:
[0008]本实用新型的带冷却水管的高温反应器，包括外壳，所述外壳的内部设有内筒，所述内筒的外壁与外壳的内壁之间设有间隙气流通道及水冷管；
[0009]所述内筒的内部由上至下设有催化剂床层和换热管，所述内筒的壁上设有与内筒的内部连通的内筒进气口和内筒出气口，所述内筒进气口的所在高度高于所述催化剂床层的底部的所在高度，所述内筒出气口的所在高度低于所述换热管的底部的所在高度；
[0010]所述外壳的底部设有外壳进气口和外壳出气口，所述外壳进气口通过所述间隙气流通道与所述内筒进气口连通，所述外壳出气口与所述内筒出气口连通。
[0011]本实用新型的化工系统，包括上述的带冷却水管的高温反应器、汽包和循环泵；
[0012]所述带冷却水管的高温反应器的换热管进水口分别与所述循环泵的出水口和汽包的出水口连通，该带冷却水管的高温反应器的换热管出水口与汽包的进水口连通，所述循环泵的进水口与汽包的出水口连通；
[0013]所述换热管进水口与所述汽包的出水口之间设有补水用入水口和/或所述循环泵的进水口与汽包的出水口之间设有补水用入水口。
[0014]由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型实施例提供的带冷却水管的高温反应器及化工系统，由于高温反应器设有间隙气流通道和水冷管，通过采用气冷壁和水冷管换热相结合的复合换热技术可有效降低反应器内筒外壁的温度，使反应器内筒无需使用耐火材料，外壳不承受高温，缩小了高温反应器的体积，避免了传统反应器因耐火材料脱落或损伤而对反应器造成的损坏及可能引起的安全事故。同时，通过复合换热能有效保证进入催化剂床层原料气温度的恒定，使反应温度更易控制，操作简单易行，安全可靠。另外，该高温反应器将催化剂床层和换热管均设置在了内筒的内部，从反应器内部进行移热，可使该高温反应器排出物料的温度大幅降低(正常可控制在100?300°C之间)。从而为后续流程中生产设备的选型和加工制造创造了有利条件，并能有效减少设备投资。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型实施例一提供的带冷却水管的高温反应器的结构示意图；
[0016]图2为本实用新型实施例二提供的带冷却水管的高温反应器的结构示意图；
[0017]图3为本实用新型实施例提供的化工系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]下面将对本实用新型实施例作进一步地详细描述。
[0019]首先需要说明的是，本申请文件中所述的“上”、“下”、“顶”、“底”等表示方位的词语，仅是为了清楚描述出本实用新型实施例的各部件之间的相对位置关系，是基于本实用新型实施例在采用附图1和附图2中所示的放置方位时的一种表述形式，并不是本实用新型所有实施例的绝对位置关系，因此这并不构成对本实用新型的限制，本领域普通技术人员可以理解的，当本实用新型实施例的放置方位发生改变时，相应的绝对位置关系也将发生变化，但这仍属于本实用新型的保护范围。本申请文件中所述的术语“和/或”是指包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。本实用新型所提供的高温反应器主要用于气体之间进行强放热反应，例如:可以用于温度高达750°C的甲烷化反应。
[0020]本实用新型的带冷却水管的高温反应器，其较佳的【具体实施方式】如图1、图2所示:
[0021]包括外壳I,所述外壳I的内部设有内筒2,所述内筒2的外壁与外壳I的内壁之间设有间隙气流通道3及水冷管7 ；
[0022]所述内筒2的内部由上至下设有催化剂床层5和换热管6，所述内筒2的壁上设有与内筒2的内部连通的内筒进气口 21和内筒出气口 22，所述内筒进气口 21的所在高度高于所述催化剂床层5的底部的所在高度，所述内筒出气口 22的所在高度低于所述换热管6的底部的所在高度；
[0023]所述外壳I的底部设有外壳进气口 11和外壳出气口 12，所述外壳进气口 11通过所述间隙气流通道3与所述内筒进气口 21连通，所述外壳出气口 12与所述内筒出气口 22连通。
[0024]所述内筒2的内部设有封头4或支撑管或支撑板，所述封头4或支撑管或支撑板将所述内筒2的内部分隔为内筒上部腔体23和内筒下部腔体24，并且该封头4或支撑管或支撑板上设有将所述内筒上部腔体23与内筒下部腔体24连通的气体连通管41 ；
[0025]所述催化剂床层5设于所述内筒上部腔体23中，所述换热管6设于所述内筒下部腔体24中。
[0026]外壳I的侧壁上设有换热管进水口 61，该换热管进水口 61穿过所述外壳I与水冷管7及设于所述内筒下部腔体24中的换热管6连通；
[0027]所述外壳I的顶部设有换热管出水口 62，所述的封头4或支撑管或支撑板为水夹套结构，设于所述内筒下部腔体24中的换热管6与所述封头4或支撑管或支撑板连通，并且通过封头4或支撑管或支撑板与所述换热管出水口 62连通,所述水冷管7的冷却水出口也与所述换热管出水口 62连通。
[0028]所述外壳I的内部设有支撑件13，所述内筒2通过支撑件13固定于所述外壳I的内部。
[0029]还包括测温装置8，该测温装置8由所述外壳I的顶部伸入到所述内筒2的内部。
[0030]所述的内筒进气口 21包括多个进气孔，这些进气孔分布在所述内筒2的顶部和/或与所述内筒上部腔体23相对应的内筒2的侧壁上。
[0031]所述的气体连通管41上设有多个通气孔，这些通气孔分布在气体连通管41的两端及侧壁上，并且至少一个通气孔位于所述内筒上部腔体23，至少一个通气孔位于所述内筒下部腔体24 ；
[0032]该气体连通管41的顶部所在高度高于所述催化剂床层5的底部所在高度，并且低于催化剂床层5的顶部所在高度，该气体连通管41的顶部与所述催化剂床层5的顶部之间至少存在1mm的高度差；
[0033]该气体连通管41的底部所在高度高于所述换热管6的顶部所在高度。
[0034]还包括加热体9，该加热体9由所述外壳I的顶部伸入到设于所述内筒2内部的加热区25，该加热区25位于所述催化剂床层5的上方；
[0035]所述的内筒进气口 21设于所述内筒2的顶部。
[0036]所述的气体连通管41上设有至少两个通气孔，并且至少一个通气孔位于内筒上部腔体23、至少一个通气孔位于内筒下部腔体24 ；
[0037]该气体连通管41的顶部伸入到催化剂床层5的长度至多为300mm ；
[0038]该气体连通管41的底部所在高度高于所述换热管6的顶部所在高度。
[0039]本实用新型的化工系统，其较佳的【具体实施方式】如图3所示:
[0040]包括上述的带冷却水管的高温反应器A、汽包B和循环泵C ；
[0041]所述带冷却水管的高温反应器A的换热管进水口 61分别与所述循环泵C的出水口和汽包B的出水口连通，该带冷却水管的高温反应器A的换热管出水口 62与汽包B的进水口连通，所述循环泵C的进水口与汽包B的出水口连通；
[0042]所述换热管进水口 61与所述汽包B的出水口之间设有补水用入水口和/或所述循环泵C的进水口与汽包B的出水口之间设有补水用入水口。
[0043]本实用新型的带冷却水管的高温反应器及化工系统，高温反应器采用气冷壁和水冷管换热相结合的复合换热技术来有效降低反应器内筒外壁的温度，使反应器内筒无需使用耐火材料，外壳不承受高温，缩小了高温反应器的体积，避免了传统反应器因耐火材料脱落或损伤而对反应器造成的损坏及可能引起的安全事故。同时，通过复合换热能有效保证进入催化剂床层原料气温度的恒定，使反应温度更易控制，操作简单易行，安全可靠。另外，该高温反应器从反应器内部进行移热，可使该高温反应器排出物料的温度大幅降低，从而为后续流程中生产设备的选型和加工制造创造了有利条件，并能有效减少设备投资。
[0044]下面对本实用新型实施例所提供的高温反应器进行详细描述。
[0045]如图1和图2所示，一种带冷却水管的高温反应器，其具体结构可以包括:外壳1、内筒2和水冷管7 ;内筒2设于外壳I的内部，并且内筒2的外壁与外壳I的内壁之间设有间隙气流通道3和水冷管7 ；
[0046]内筒2的内部由上至下设有催化剂床层5和换热管6 ;内筒2上设有与内筒2的内部连通的内筒进气口 21和内筒出气口 22 ;内筒进气口 21的所在高度高于催化剂床层5的底部的所在高度；内筒出气口 22的所在高度低于换热管6的底部的所在高度；
[0047]外壳I的底部设有外壳进气口 11和外壳出气口 12 ;外壳进气口 11通过间隙气流通道3与内筒进气口 21连通；外壳出气口 12与内筒出气口 22连通。
[0048]水冷管7的进口及出口分别与换热管6的进口管及出口管相连。
[0049]具体地，该带冷却水管的高温反应器的具体工作原理如下:
[0050](I)气体运行原理:原料气体(原料气体是一种混合气体，其中至少包含了进行同一个强放热反应所需要的所有气体，例如:在甲烷化反应中，该原料气体中可以至少包含氢气和一氧化碳，或者，该原料气体中可以至少包含氢气和二氧化碳)由外壳进气口 11进入到外壳I的内部；由于外壳进气口 11是与间隙气流通道3的下部连通的，因此进入外壳I的内部的原料气体只能通过间隙气流通道3向上流动；在间隙气流通道3内，原料气体与内筒2的外壁及水冷管7进行复合换热，以保证入催化剂床层原料气温度的恒定；当原料气体流动到与间隙气流通道3的上部连通的内筒进气口 21时，原料气体会通过内筒进气口21流入到内筒2的内部；由于内筒进气口 21的所在高度高于催化剂床层5的底部的所在高度，因此原料气体流入内筒2的内部后，会与催化剂床层5相接触，并且会在催化剂床层5的催化作用下发生强放热反应，从而生成温度很高的产品气；产品气在内筒2的内部会逐渐向下流动，并流经换热管6的外部，由于换热管6内部是温度低的冷却水，因此当产品气流经换热管6时，产品气会与换热管6内部的冷却水发生热量交换，从而使产品气得以大幅降温；产品气在降温后会依次穿过内筒出气口 22和外壳出气口 12，并排出到该高温反应器的外部，即完成了气体在该高温反应器内的整个运行过程。
[0051](2)水冷原理:换热管6的内部设有温度低的冷却水，当产品气流经换热管6的外部时，冷却水会与产品气进行热量交换，从而可以升高冷却水的温度(或使少部分冷却水发生汽化)，并且降低产品气的温度(即水冷)；为了保持对产品气具有良好的冷却效果，可以向换热管6的内部补入新的温度低的冷却水，并且可以将升温后的冷却水从换热管6的内部排出；在实际应用中，当使用本实用新型所提供的高温反应器进行强放热反应时，冷却水的排出和更换过程可以实时进行，从而可以保证该换热管6对产品气具有良好的冷却效果，能够使产品气的温度大幅下降，为后续流程中生产设备的选型和加工制造创造了有利条件。
[0052](3)复合换热原理:为降低内筒2外壁的温度，同时保证入反应器原料气温度的恒定，米用气冷壁(气气换热)和水冷管(水气换热)换热相结合的方式。原料气体在位于内筒2内部的催化剂床层5中发生强放热反应，致使内筒2内部自催化剂床层5及以下的部分温度均高于内筒2的外部；由于内筒2的外部是间隙气流通道3，而间隙气流通道3内流动的是刚进入外壳I内部的温度较低的原料气体，因此这部分原料气体可以与内筒2进行热量交换，从而使这部分原料气体的温度升高，并且使内筒2外壁的温度下降(即气冷壁)；原料气体温度的升高有利于原料气体在遇到催化剂床层5时使催化剂床层5中的催化剂达到起活温度，以保证强放热反应的正常进行。同时内筒2与外壳I之间设有水冷管7，冷却水温度低且恒定，与入反应器的原料气体也同时进行换热(换热过程中少部分冷却水发生汽化)，能有效保证入催化剂床层原料气温度的恒定(水冷管换热)，从而使催化剂床层的反应温度更加容易控制，操作更加安全可靠。采用复合换热后，不仅可以使内筒2无需设置耐火材料或水冷壁，降低内筒2在选材时的耐温要求，延长内筒2的使用寿命，而且还能保证入催化剂床层原料气体温度的恒定，从而使反应能够顺利可控的进行。
[0053]其中，该带冷却水管的高温反应器中各部件的具体实现方案可以包括:
[0054](I)内筒2的内部设有封头4(或支撑管、支撑板)；该封头4 (或支撑管、支撑板)将内筒2的内部分隔为内筒上部腔体23和内筒下部腔体24，催化剂床层5设于内筒上部腔体23中，换热管6设于内筒下部腔体24中；该封头4 (或支撑管、支撑板)可以对内筒上部腔体23中的催化剂床层5起到支撑作用；在实际应用中，该封头4 (或支撑管、支撑板)最好采用水夹套结构，即封头4 (或支撑管、支撑板)的内部可以流动冷却水(例如:可以采用与换热管6连通的方式实现)，从而可以避免封头4 (或支撑管、支撑板)受到强放热反应所产生高温的影响。该封头4(或支撑管、支撑板)上可以设有将内筒上部腔体23和内筒下部腔体24连通的气体连通管41，以使内筒上部腔体23中产品气能够通过气体连通管41流入到内筒下部腔体24中。
[0055](2)外壳I与内筒2之间设有水冷管7，冷却水温度恒定，可与流经间隙气流通道3的原料气体进行热量交换。
[0056](3)外壳I的侧壁上可以设有换热管进水口 61 ;该换热管进水口 61可以穿过外壳I与水冷管7及设于内筒2下部腔体24中的换热管6连通；外壳I的顶部可以设有换热管出水口 62 ;设于内筒下部腔体24中的换热管6可以与封头4 (或支撑管、支撑板)连通，并且通过封头4(或支撑管、支撑板)与换热管出水口 62连通。水冷管7的出水口也与换热管出水口 62连通。温度低的冷却水可以从换热管进水口 61流入换热管6及水冷管7,而温度升高后(或部分汽化后)的冷却水可以通过换热管出水口 62排出；为了实现冷却水的自然循环，并且使传热推动力最大化，该高温反应器中流经换热管6的冷却水最好采用由下而上的全逆流方式。
[0057](4)外壳I的内部设有支撑件13 ;内筒2通过支撑件13设置于外壳I的内部。
[0058](5)该高温反应器还可以包括:测温装置8 ;该测温装置8由外壳I的顶部伸入到内筒2的内部，以测量该高温反应器的反应温度。
[0059]可见，该高温反应器至少具备以下优点:
[0060](I)本实用新型所提供的带冷却水管的高温反应器设有间隙气流通道3和水冷管7，通过采用气冷壁和水冷管换热相结合的复合换热技术可有效降低反应器内筒2外壁的温度，使反应器内筒2无需使用耐火材料，外壳I不承受高温，缩小了高温反应器的体积，降低反应器在选材时的耐温要求，避免了传统反应器因耐火材料脱落或损伤而对反应器造成的损坏及可能引起的安全事故。
[0061](2)通过复合换热能有效保证进入催化剂床层原料气温度的恒定，保证反应的顺利进行，并使反应温度更容易控制，操作简单易行，安全可靠。
[0062](3)该带冷却水管的高温反应器将催化剂床层5和换热管6均设置在内筒2的内部，从反应器内部进行移热，可使该高温反应器排出物料的温度大幅降低(正常可控制在100?300°C之间)。从而为后续流程中生产设备的选型和加工制造创造了有利条件，并能有效减少设备投资。
[0063]为使本实用新型的实用新型目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面通过实例，并结合相应附图，对本实用新型实施例作进一步详细描述。
[0064]实施例一
[0065]如图1所示，一种带冷却水管的高温反应器，与上述技术方案相比，该实施例一更为具体地采用了如下技术方案:
[0066](I)所述的内筒进气口 21包括多个进气孔；这些进气孔分布在内筒2的顶部，和/或，与内筒上部腔体23相对应的内筒2的侧壁上；在实际应用中，内筒2的顶部和与内筒上部腔体23相对应的内筒2的侧壁上最好均设有进气孔，从而使原料气体能够从轴向和径向的多个部位进入到内筒2的内部，并均能与催化剂床层5相接触。
[0067](2)所述的气体连通管41上设有多个通气孔；这些通气孔分布在气体连通管41的两端及侧壁上，并且至少一个通气孔位于内筒上部腔体23、至少一个通气孔位于内筒下部腔体24 ;在实际应用中，该气体连通管41最好为一根，并且设于封头4 (或支撑管、支撑板)的中心部位，气体连通管41的两端及侧壁上均分布多个通气孔，从而使产品气能够均匀地进入到气体连通管41。
[0068]该气体连通管41的顶部所在高度高于催化剂床层5的底部所在高度，并且低于催化剂床层5的顶部所在高度；该气体连通管41的顶部与催化剂床层5的顶部之间至少存在1mm的高度差，这不仅能够避免原料气未经反应就直接进入到气体连通管41内，而且能够使产品气均匀地进入到气体连通管41中，因而降低了该高温反应器的阻力降，易于大型化使用。该气体连通管41的底部所在高度可以低于换热管6的顶部所在高度，但最好是高于换热管6的顶部所在高度，在实际应用中，该气体连通管41的底部伸入到内筒下部腔体24的长度最好尽量短，从而可以保证产品气能够与换热管6充分进行热量交换。
[0069]具体地，若采用本实施例中的带冷却水管的高温反应器进行甲烷化反应，则其具体的流程如下:
[0070]将150?300°C、0.5?1MPa的原料气体(该原料气体为至少包含氢气和二氧化碳的混合气体，或者，至少包含氢气和一氧化碳的混合气体)从外壳进气口 11输入到外壳I的内部；该原料气体由间隙气流通道3向上流动，在间隙气流通道3内，原料气体与内筒2的外壁及水冷管7进行气气、水气复合换热，从而降低内筒2的外壁温度，并使该原料气体温度升高或降低并以恒定的温度(取决于水冷管温度)向上流动；当原料气体流动到设于内筒2侧壁或者内筒2顶部的进气孔21时，原料气体会通过进气孔21从轴向和径向的多个位置进入到内筒2的内部；进入内筒2的内部的原料气体会与催化剂床层5相接触，并在催化剂床层5的催化作用下发生强放热反应，生成产品气(即甲烷)，该强放热反应的反应温度可高达750°C ;产品气均匀地进入到气体连通管41，并由气体连通管41进入到内筒下部腔体24 ;进入内筒下部腔体24的产品气会流经换热管6的外部，并与换热管6进行热量交换；与换热管6进行热量交换后，产品气的温度降温至180?300°C，然后依次穿过内筒出气口 22和外壳出气口 12，并排出到该高温反应器的外部，即完成了整个甲烷化反应的运行过程。
[0071]需要说明的是，由于本实用新型实施例中的带冷却水管的高温反应器并不包含加热装置，因此催化剂床层5中所放置的催化剂需要事先采用现有技术进行预还原处理。
[0072]实施例二
[0073]如图2所示，一种带冷却水管的高温反应器，与实施例一相比，该实施例二更为具体地采用了如下不同的技术方案:
[0074](I)内筒进气口 21设于内筒2的顶部；在实际应用中，该内筒2的顶部最好整体上就是一个大的内筒进气口 21，从而可以在该高温反应器上设置加热体，并使加热体伸入到内筒进气口 21内，以提升进入催化剂床层5的气体的温度，从而为催化剂床层5的升温和还原创造了有利条件。
[0075](2)所述的气体连通管41上设有至少两个通气孔，并且至少一个通气孔位于内筒上部腔体23、至少一个通气孔位于内筒下部腔体24 ;在实际应用中，该气体连通管41最好为四根，并且均布在封头4 (或支撑管、支撑板)上，每根气体连通管41最好只有两个通气孔，并且分别设于气体连通管41的两端，这可以使产品气均匀地进入到气体连通管41。
[0076]该气体连通管41的顶部伸入到催化剂床层5的长度至多为300mm ;在实际应用中，该气体连通管41处于内筒上部腔体23的长度应该尽量短，这使得原料气体需要穿过整个催化剂床层5才能进入到气体连通管41中，因而使原料气体的反应能够更加充分。该气体连通管41的底部所在高度可以低于换热管6的顶部所在高度，但最好是高于换热管6的顶部所在高度，在实际应用中，该气体连通管41的底部伸入到内筒下部腔体24的长度最好尽量短，从而可以保证产品气能够与换热管6充分进行热量交换。
[0077](3)该带冷却水管的高温反应器还可以包括:加热体9 ;该加热体9由外壳I的顶部伸入到设于内筒2内部的加热区25 ;该加热区25位于催化剂床层5的上方；在实际应用中，如果内筒2的顶部整体上是一个大的内筒进气口 21，那么加热体9最好伸入到内筒进气口 21以下，以对进入内筒2的原料气体进行加热，进而提升原料气体进入催化剂床层5时的温度，从而为催化剂床层5的升温和还原创造了有利条件。
[0078]具体地，若采用本实施例中的带冷却水管的高温反应器进行甲烷化反应，则其具体的流程如下:
[0079]将150?300°C、0.5?1MPa的原料气体(该原料气体为至少包含氢气和二氧化碳的混合气体，或者，至少包含氢气和一氧化碳的混合气体)从外壳进气口 11输入到外壳I的内部；该原料气体由间隙气流通道3向上流动，在间隙气流通道3内，原料气体与内筒2的外壁及水冷管7进行气气、水气复合换热，从而使原料气体温度升高或降低并以恒定的温度(取决于水冷管温度)向上流动；当原料气体流动到设于内筒2顶部的内筒进气口21时，原料气体会通过内筒进气口 21从轴向进入到内筒2的内部；进入内筒2的内部的原料气体会与催化剂床层5相接触，并在催化剂床层5的催化作用下发生强放热反应，生成产品气(即甲烷)；刚刚生成的产品气的温度可高达750°C ;该高温产品气进入到气体连通管41,并由气体连通管41进入到内筒下部腔体24 ;进入内筒下部腔体24的产品气会流经换热管6的外部，并与换热管6进行热量交换；与换热管6进行热量交换，产品气的温度降温至180?300°C，然后依次穿过内筒出气口 22和外壳出气口 12，并排出到该高温反应器的外部，即完成了整个甲烷化反应的运行过程。
[0080]需要说明的是，由于本实用新型实施例中的带冷却水管的高温反应器能够进行加热，因此催化剂床层5中所放置的催化剂可以是未经预还原处理的，也可以是经过预还原处理的，同时，进入催化剂床层5的气体温度可通过加热体9的加热达到600°C。
[0081]除了上述技术方案外，本实用新型实施例还提供了一种化工系统，如图3所示，其具体结构可以包括:上述技术方案中所述的带冷却水管的高温反应器A、汽包B和循环泵C ；
[0082]原料气101通过外壳进气口 11流入该高温反应器A后进入间隙气流通道3，在间隙气流通道3内，原料气自下向上流动并与内筒2的外壁及水冷管7进行气气、水气复合换热，一方面显著降低了反应器内筒2的外壁温度，另一方面使原料气温度升高或降低至某一相对恒定的数值(取决于水冷管温度)；之后原料气由内筒2的顶部进入催化剂床层5，并在催化剂的催化作用下发生强放热反应，生成产品气102。该产品气经封头4上设置的气体连通管进入换热管6,与换热管6进行换热降温后,依次穿过内筒2及外壳I的底部后排出。
[0083]该高温反应器A的换热管进水口 61分别与循环泵C的出水口和汽包B的出水口连通；该带冷却水管的高温反应器A的换热管出水口 62与汽包B的进水口连通；循环泵C的进水口与汽包B的出水口连通；
[0084]换热管进水口 61与汽包B的出水口之间设有补水用入水口，和/或，循环泵C的进水口与汽包B的出水口之间设有补水用入水口。
[0085]具体地，冷却水由换热管进水口 61流入该带冷却水管的高温反应器A，经与产品气102及流经间隙气流通道3的原料气体进行热量交换后，形成温度较高(或部分已汽化)的冷却水；冷却水依次经由换热管出水口 62和汽包B的进水口流入到汽包B中；在汽包B中，部分已汽化的冷却水形成蒸汽(可作为副产品)，从汽包B的出汽口排出，未汽化的冷却水从汽包B的出水口流出；从汽包B的出水口流出的冷却水直接流回到换热管进水口 61，或者通过循环泵C加压流回到换热管进水口 61。为了弥补排出的蒸汽所带来的冷却水不足问题，补充冷却水104可以通过补水用入水口直接流入到换热管进水口 61，或者，补充冷却水104可以通过补水用入水口流入到循环泵C的进入口，再由循环泵C流入到换热管进水Π 61。
[0086]可见，本实用新型实施例提供的化工系统实现了该带冷却水管的高温反应器A的换热和移热过程，冷却水在开车阶段可以采用循环泵C加压循环，在正常生产阶段可以停止运行循环泵C，使冷却水完全靠自然循环，这能够有效节约能源。该化工系统既能保证进入反应器催化剂床层原料气温度的恒定，又能使高温反应器排出产品气的温度大幅下降，从而为后续流程生产设备的选型和加工制造创造了有利条件。
[0087]以上所述，仅为本实用新型较佳的【具体实施方式】，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种带冷却水管的高温反应器，其特征在于，包括外壳(I)，所述外壳(I)的内部设有内筒(2)，所述内筒(2)的外壁与外壳⑴的内壁之间设有间隙气流通道(3)及水冷管(7)； 所述内筒(2)的内部由上至下设有催化剂床层(5)和换热管￠)，所述内筒(2)的壁上设有与内筒(2)的内部连通的内筒进气口(21)和内筒出气口(22)，所述内筒进气口(21)的所在高度高于所述催化剂床层(5)的底部的所在高度，所述内筒出气口(22)的所在高度低于所述换热管出)的底部的所在高度； 所述外壳(I)的底部设有外壳进气口(11)和外壳出气口(12),所述外壳进气口(11)通过所述间隙气流通道(3)与所述内筒进气口(21)连通，所述外壳出气口(12)与所述内筒出气口(22)连通。
2.根据权利要求1所述的带冷却水管的高温反应器，其特征在于，所述内筒(2)的内部设有封头(4)或支撑管或支撑板，所述封头(4)或支撑管或支撑板将所述内筒(2)的内部分隔为内筒上部腔体(23)和内筒下部腔体(24)，并且该封头(4)或支撑管或支撑板上设有将所述内筒上部腔体(23)与内筒下部腔体(24)连通的气体连通管(41)； 所述催化剂床层(5)设于所述内筒上部腔体(23)中，所述换热管(6)设于所述内筒下部腔体(24)中。
3.根据权利要求2所述的带冷却水管的高温反应器，其特征在于，外壳(I)的侧壁上设有换热管进水口(61)，该换热管进水口 ￠1)穿过所述外壳(I)与水冷管(7)及设于所述内筒下部腔体(24)中的换热管(6)连通； 所述外壳(I)的顶部设有换热管出水口(62)，所述的封头(4)或支撑管或支撑板为水夹套结构，设于所述内筒下部腔体(24)中的换热管(6)与所述封头(4)或支撑管或支撑板连通，并且通过封头(4)或支撑管或支撑板与所述换热管出水口 ￠2)连通，所述水冷管(7)的冷却水出口也与所述换热管出水口(62)连通。
4.根据权利要求3所述的带冷却水管的高温反应器，其特征在于，所述外壳(I)的内部设有支撑件(13)，所述内筒(2)通过支撑件(13)固定于所述外壳(I)的内部。
5.根据权利要求4所述的带冷却水管的高温反应器，其特征在于，还包括测温装置(8)，该测温装置⑶由所述外壳⑴的顶部伸入到所述内筒(2)的内部。
6.根据权利要求5所述的带冷却水管的高温反应器，其特征在于，所述的内筒进气口(21)包括多个进气孔，这些进气孔分布在所述内筒(2)的顶部和/或与所述内筒上部腔体(23)相对应的内筒(2)的侧壁上。
7.根据权利要求6所述的带冷却水管的高温反应器，其特征在于，所述的气体连通管(41)上设有多个通气孔，这些通气孔分布在气体连通管(41)的两端及侧壁上，并且至少一个通气孔位于所述内筒上部腔体(23)，至少一个通气孔位于所述内筒下部腔体(24)； 该气体连通管(41)的顶部所在高度高于所述催化剂床层(5)的底部所在高度，并且低于催化剂床层(5)的顶部所在高度，该气体连通管(41)的顶部与所述催化剂床层(5)的顶部之间至少存在1mm的高度差； 该气体连通管(41)的底部所在高度高于所述换热管￠)的顶部所在高度。
8.根据权利要求7所述的带冷却水管的高温反应器，其特征在于，还包括加热体(9)，该加热体(9)由所述外壳(I)的顶部伸入到设于所述内筒(2)内部的加热区(25)，该加热区(25)位于所述催化剂床层(5)的上方； 所述的内筒进气口(21)设于所述内筒(2)的顶部。
9.根据权利要求8所述的带冷却水管的高温反应器，其特征在于，所述的气体连通管(41)上设有至少两个通气孔，并且至少一个通气孔位于内筒上部腔体(23)、至少一个通气孔位于内筒下部腔体(24)； 该气体连通管(41)的顶部伸入到催化剂床层(5)的长度至多为300_ ； 该气体连通管(41)的底部所在高度高于所述换热管￠)的顶部所在高度。
10.一种化工系统，其特征在于，包括上述权利要求1至9中任一项所述的带冷却水管的高温反应器㈧、汽包⑶和循环泵(C)； 所述带冷却水管的高温反应器(A)的换热管进水口(61)分别与所述循环泵(C)的出水口和汽包(B)的出水口连通，该带冷却水管的高温反应器(A)的换热管出水口(62)与汽包⑶的进水口连通，所述循环泵(C)的进水口与汽包⑶的出水口连通； 所述换热管进水口 ￠1)与所述汽包(B)的出水口之间设有补水用入水口和/或所述循环泵(C)的进水口与汽包(B)的出水口之间设有补水用入水口。
【文档编号】B01J8/02GK204234071SQ201420636174
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年10月29日 优先权日:2014年10月29日
【发明者】汪勤亚, 刘廷斌, 王志远, 赵正绪, 陈兆文, 兰玉顺, 彭良华, 李会, 张欢迎 申请人:北京华福工程有限公司