一种多床层反应器结构的制作方法

本实用新型涉及反应器领域，尤其涉及一种多床层反应器结构。

背景技术：

目前，从天然气出发制取乙烯的方法有直接法和间接法。直接法有氧化偶联、氯化偶联、直接脱氢法；间接法是先将天然气转化为合成气，再由合成气制烯烃，包括改良F—T法、甲醇裂解制烯烃等方法。

从技术、资源利用、环境保护等方面考虑，间接法不是经济合理的选择，而天然气即甲烷氧化偶联制乙烯（OCM）是最直接的方法，因此几十年来，OCM一直是世界各国科学家研究的重点。

然而，从化学性质的角度讲，甲烷十分稳定，目的产物之一的乙烯却十分活泼，高温和氧气的存在也使得甲烷和产物(乙烷和乙烯，总称C2烃)都有可能被深度氧化为CO及COx ，并且该反应是强放热反应，这在本质上导致了OCM过程进行的难度。虽然催化剂的开发和反应机理的研究是目前的重点，但是反应器的设计、工程放大及流程安排也是工业化过程中必须考虑的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术中的缺陷，提出了一种适用于甲烷偶联制乙烯反应的多床层反应器结构，当反应器在高温、大尺寸下，保证各处结构的应力在许用范围内、流体分配均匀、变形协调、内外温度合理等，最终使反应器有较高的转化效率及较高的使用寿命。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种多床层反应器结构，包括进口腔体、反应腔体和出口腔体，并相应设置进口壳体、反应壳体和出口壳体，所述进口腔体和所述出口腔体的截面积均为渐变形式，所述反应腔体内设置床层，所述床层上铺设催化剂，所述床层的数量为1~n层，各个床层在垂直方向上布置，除了第n层床层外，其余所述床层的下方均设置冷料分级进料分配管；其中n为大于等于1的整数。

优选的，所述多床层反应器结构为甲烷偶联制乙烯反应器。

优选的，所述进口壳体、反应壳体和出口壳体的材质均为钢材。

优选的，所述进口腔体为渐扩形式，所述出口腔体为渐缩形式。

优选的，所述进口腔体为渐缩形式，所述出口腔体为渐扩形式。

优选的，所述床层的形式为刚玉板拼接，在所述床层上设有大量均匀分布的流体孔道。

优选的，所述床层由位于其底部的支撑件支撑，并设置膨胀缝。

优选的，在所述多床层反应器结构内部的所述冷料分级进料分配管上设有垂直向下的开口，每一所述床层下方的所述冷料分级进料分配管的数量为2个。

优选的，所述反应器结构内部设置固定于所述进口壳体、反应壳体和出口壳体的内表面上的耐高温隔热衬里，所述耐高温隔热衬里设置膨胀缝。

优选的，所述床层、所述支撑件与所述反应壳体的连接方式为可拆卸连接，所述进口壳体、反应壳体和出口壳体之间的连接方式为焊接、法兰连接中的一种。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

采用变截面型式的进口腔体和出口腔体，适配流量和压力，使原料气均匀进入和流出反应腔体并通过催化剂及催化剂床层，均匀的流体分配有利于提高反应器的转化率，延长催化剂的使用寿命，并可灵活地调整反应腔体内催化剂床层数量，以达到最佳转化率需求；

反应器结构设置冷料分级进料分配管，采用分级进料的方式，其有利于降低床层反应热的聚集，降低床层局部过热，减少副反应，有利于反应热循环利用，维持反应温度，维持反应物浓度，减少甲烷的深度氧化，减少C2烃被氧化，提高乙烯转化率；

催化剂床层采用刚玉板，同时配合开孔的方式，保证流体均匀的通过催化剂，有利于改善其在高温下的应力分布，有利于高温膨胀吸收及制造安装，床层无膨胀应力，变形小，高温下强度刚度较好；

反应器结构壳体为钢材质，具有承受反应内压以及一定的支撑作用，且在壳体内部设置耐高温隔热衬里，既可保护外部钢结构被高温破坏，又能减少能量损失，提高经济效益；同时在耐高温隔热衬里设有膨胀缝，吸收支撑墙及衬里的高温膨胀量以及金属壳体与衬里的高温膨胀差。

附图说明

图1是本实用新型所述的多床层反应器结构的示意图；

图中的附图标记为：

1、进口腔体；2、反应腔体；3、出口腔体；4、进口壳体；5、反应壳体；6、出口壳体；7、床层；8、冷料分级进料分配管；9、支撑件；10、耐高温隔热衬里。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

图1为本实用新型所述的多床层反应器结构的示意图。如图1所示，本实用新型所述的多床层反应器结构，包括进口腔体1、反应腔体2和出口腔体3，并相应设置进口壳体4、反应壳体5和出口壳体6，所述进口腔体1和所述出口腔体3的截面积均为渐变形式，所述反应腔体2内设置床层7，所述床层7上铺设催化剂，所述床层7的数量为1~n层，各个床层7在垂直方向上布置，除了第n层床层外，其余所述床层的下方均设置冷料分级进料分配管8；其中n为大于等于1的整数。

实施例一

本实用新型所述的多床层反应器结构适用于为甲烷偶联制乙烯反应器，其壳体4、5、6的材质均钢材，进口腔体1为渐扩形式，出口腔体2为渐缩形式，床层7的形式为刚玉板拼接，并由位于其底部的支撑件9支撑，并设置膨胀缝，在所述床层7上设有大量均匀分布的流体孔道，所述孔道的数量及开孔尺寸根据设备尺寸、催化剂规格、原料气流量等调整确定，所述冷料分级进料分配管8上设有垂直向下的开口，每一所述床层下方的所述冷料分级进料分配管8的数量为2个，所述壳体4、5、6的内表面上设置耐高温隔热衬里10，所述耐高温隔热衬里10设置膨胀缝；所述床层7、所述支撑件9与所述反应壳体5的连接方式为可拆卸连接，所述壳体4、5、6之间的连接方式为焊接、法兰连接中的一种；

实施例二

所述进口腔体1为渐缩形式，所述出口腔体3为渐扩形式，其余均与实施例一相同。

实施例三

所述床层7的数量为1层，其余均与实施例一或实施例二相同。

实施例四

所述床层7的数量为5层，其余均与实施例一或实施例二相同。

实施例五

所述床层7的数量为10层，其余均与实施例一或实施例二相同。

实施例六

所述床层7的数量为15层，其余均与实施例一或实施例二相同。

由上述实施例可知，本实用新型所述的多床层反应器结构保证了各处结构的应力在许用范围内、流体分配均匀、变形协调、内外温度合理等，最终使反应器有较高的转化效率及较高的使用寿命。

以上对本实用新型的具体实施例进行了详细描述，但其只作为范例，本实用新型并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对该实用进行的等同修改和替代也都在本实用新型的范畴之中。因此，在不脱离本实用新型的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本实用新型的范围内。