浆态床反应器的制作方法

本发明涉及化工设备领域，尤其是涉及一种浆态床反应器。

背景技术：

浆态床反应器是一种重要的气-液-固多相反应装置，适合乙炔催化加氢制乙烯、费托合成等多相催化反应体系。在利用浆态反应器进行乙炔催化加氢制乙烯等反应时，上述反应会放出大量的热，为确保整个反应体系温度稳定，并防止飞温的发生，需通过换热冷却将这些热量及时移走。因此，有效的冷却装置是浆态床反应器的关键部件。

相关技术中，采用内置的列管式换热器对浆态床反应器内的浆料进行换热冷却，浆料主要通过换热管的管壁与换热管内的冷却介质换热，导致换热面积有限较小；而且靠近换热管的浆料的换热效果较好，远离换热管的浆料的换热效果较差。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种浆态床反应器，这种浆态床反应器的换热面积较大、换热效果较好，确保了整个浆态床反应器的温度的稳定。

根据本发明的浆态床反应器，包括：壳体，所述壳体的底部形成有进口且顶部形成有出口；至少一个换热板，所述换热板设在所述壳体内，所述换热板为平板结构且沿上下方向延伸，所述换热板内具有空腔，所述换热板上形成有与所述空腔相通的冷却介质进口和冷却介质出口。

根据本发明的浆态床反应器，通过在浆态床反应器内设置至少一个具有空腔的、结构为平板结构的换热板，且换热板上形成有与空腔相通的冷却介质进口和冷却介质出口，从而浆态床反应器内的浆料可以通过换热板的壁面与冷却介质进行换热，增大了换热面积，增强了换热效果，防止了飞温的发生，进而确保了整个浆态床反应器的温度的稳定。

另外，根据本发明的浆态床反应器还可具有如下附加技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述换热板的侧面与所述壳体的内周壁彼此间隔开。

根据本发明的一个实施例，所述换热板的侧面与所述壳体的内周壁之间的最小间隔距离为x，x满足：10mm≤x≤30mm。

根据本发明的一个实施例，所述换热板大体为平面板形结构或波纹面板形结构。

根据本发明的一个实施例，所述换热板沿竖直方向延伸。

根据本发明的一个实施例，所述换热板为多个，多个所述换热板彼此间隔开地设在所述壳体内。

根据本发明的一个实施例，所述壳体为圆筒形，每个所述换热板的邻近所述壳体的内周壁的一侧表面形成为弧形面。

根据本发明的一个实施例，所述壳体上设有冷却介质进口管，所述冷却介质进口管穿过多个所述换热板且与多个所述换热板的所述空腔相通；所述壳体上设有冷却介质出口管，所述冷却介质出口管穿过多个所述换热板且与多个所述换热板的所述空腔相通。

根据本发明的一个实施例，多个所述换热板在所述壳体内均匀间隔设置。

根据本发明的一个实施例，所述冷却介质进口形成在所述换热板的上端，且所述冷却介质出口形成在所述换热板的下端。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的浆态床反应器的示意图；

图2是沿图1中A-A线的剖视图；

图3是沿图1中B-B线的剖视图；

图4是沿图1中C-C线的剖视图；

图5是根据本发明另一个实施例的浆态床反应器的示意图；

图6是沿图5中D-D线的剖视图；

图7是沿图5中E-E线的剖视图；

图8是沿图5中F-F线的剖视图。

附图标记：

100：浆态床反应器；

1：壳体；10a：进口；10b：出口；11：筒体；12：封头；

2：换热板；3：冷却介质进口管；4：冷却介质出口管。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面参考图1-图8描述根据本发明实施例的浆态床反应器100。

如图1-图8所示，根据本发明实施例的浆态床反应器100，包括壳体1和至少一个换热板2。

壳体1的底部形成有进口10a，且壳体1的顶部形成有出口10b，换热板2设在壳体1内，换热板2为平板结构，且换热板2沿上下方向延伸，换热板2内具有空腔，换热板2上形成有与空腔相通的冷却介质进口和冷却介质出口。

例如，如图1和图5所示，壳体1可以包括筒体11和两个封头12，其中，两个封头12分别位于筒体11的上端和下端，进口10a可以形成在筒体11下端的封头12上，出口10b可以形成在筒体11上端的封头12上。壳体1内设置至少一个沿上下方向延伸的换热板2，且换热板2内均限定出空腔，换热板2上的冷却介质进口和冷却介质出口均与空腔相通。由此，通过在浆态床反应器100的壳体1内设置至少一个具有空腔的、结构为平板结构的换热板2，且换热板2上形成有与空腔相通的冷却介质进口和冷却介质出口，从而浆态床反应器100内的浆料可以通过换热板2的壁面与冷却介质进行换热，增大了换热面积，增强了换热效果，防止了飞温的发生，进而确保了整个浆态床反应器100的温度的稳定。这里，需要说明的是，“上下方向”为壳体1的轴向，换热板2可以沿上下方向竖直延伸，也可以沿上下方向倾斜延伸。

具体地，壳体1内注有一定高度的浆料，浆料中含有均匀分布的固体颗粒的催化剂，反应原料气a从进口10a进入壳体1内，并通过壳体1底部的气体分布器(图未示出)分布到壳体1内的浆料内。由于浆料对反应原料气a和产品气b的溶解性不同，反应原料气a在一定温度和催化剂的作用下发生反应并放出大量的热，生成并分离出产品气b，产品气b从出口10b流出。同时，低温冷却介质c从冷却介质进口流入换热板2内，并在换热板2内通过换热板2的壁面与浆料进行换热，低温冷却介质c换热后温度升高，变成高温冷却介质d，高温冷却介质d从冷却介质出口流出。由此，浆态床反应器100内的热量被冷却介质及时带走，防止了飞温的发生，从而确保了整个浆态床反应器100的温度的稳定。这里，需要说明的是，“低温冷却介质”和“高温冷却介质”为相对概念。

根据本发明实施例的浆态床反应器100，通过在浆态床反应器100内设置至少一个具有空腔的、结构为平板结构的换热板2，且换热板2上形成有与空腔相通的冷却介质进口和冷却介质出口，从而浆态床反应器100内的浆料可以通过换热板2的壁面与换热板2内的冷却介质进行换热，增大了浆料与冷却介质的换热面积，增强了换热效果，防止了飞温的发生，进而确保了整个浆态床反应器100的温度的稳定。

如图1和图5所示，换热板2的长度H可以满足：H＝6000mm。可以理解的是，换热板2的长度H可以根据壳体1的高度、浆料的高度等参数设置。实际应用中，在条件允许的情况下，换热板2的长度H越长越好，从而可以增大换热面积，增强换热效果。

在本发明的一个实施例中，换热板2的侧面与壳体1的内周壁彼此间隔开，其中，最小间隔距离为x，x满足：10mm≤x≤30mm。当换热板2为一个时，换热板2的侧面包括其与壳体1的内周壁邻近的所有侧面；当换热板2为多个时，换热板2的侧面包括每个换热板2的与壳体1的内周壁邻近的所有侧面。例如，如图1-图8所示，换热板2的邻近壳体1的内周壁的侧面可以与壳体1内周壁的形状相适配，通过设置换热板2的邻近壳体1的内周壁的侧面与壳体1的内周壁之间的最小间隔距离，使得浆料中的催化剂不会堆积在换热板2的侧面与壳体1的内周壁之间，保证了催化剂的均匀分布，加快了浆态床反应器100内的反应速率，而且方便了将换热板2安装在壳体1内。当然，换热板2的侧面与壳体1的内周壁之间的最小间隔距离可以根据实际应用中所用催化剂的粒径来调节，以更好地满足实际应用。

可选地，换热板2大体为平面板形结构或波纹面板形结构等。例如，如图1-图4所示，换热板2大体为平面板形结构，换热板2的左侧面和右侧面均为平面，从而方便了换热板2的加工。如图5-图8所示，换热板2大体为波纹面板形结构，换热板2的左侧面和右侧面均为沿壳体1的轴向延伸的波纹面，从而进一步增大了浆料与冷却介质之间的换热面积，增强了换热效果，防止了飞温的发生，进而确保了整个浆态床反应器100的温度的稳定。当然，换热板2大体为波纹板结构时，换热板2左侧和右侧的波纹面还可以沿壳体1的横向延伸。而且，换热板2还可以为其他类型的板结构，例如换热板2的左侧面为平面，同时换热板2的右侧面为波纹面。

如图1和图5所示，换热板2沿竖直方向延伸。壳体1的轴向为竖直方向，换热板2沿上下方向竖直延伸，也就是说，换热板2沿与壳体1的轴向平行的方向延伸，由此，进一步方便了换热板2的安装。

在本发明的一个实施例中，如图1-图8所示，换热板2为多个，多个换热板2彼此间隔开地设在壳体1内，且多个换热板2的上端可以均处于同一水平位置，多个换热板2的下端可以均处于同一水平位置，此时，冷却介质进口和冷却介质出口可以设在同一水平设置，且冷却介质进口和冷却介质出口可以分别设在多个换热板2的上下两端，从而可以同时最大程度地利用多个换热板2，进一步提高了换热板2的利用率。优选地，多个换热板2在壳体1内均匀间隔设置，由此，保证了换热效率的均衡，确保整个浆态床反应器100的温度的稳定。

在本发明的进一步实施例中，壳体1为圆筒形，每个换热板2的邻近壳体1的内周壁的一侧表面形成为弧形面。如图1-图4所示，壳体1可选为圆筒形，多个换热板2彼此间隔排布，且每个换热板2的邻近壳体1的内周壁的一侧表面为弧形面，由于弧形面与壳体1的内周壁的形状相适配，方便了调整多个换热板2与壳体1的内周壁之间的距离，使得换热板2便于安装在壳体1内，而且通过调整多个换热板2与壳体1的内周壁之间的距离，使得浆料中的催化剂不会堆积在换热板2与壳体1内壁之间，进一步保证了催化剂的均匀分布，加快了浆态床反应器100内的反应速率。

如图1-图8所示，壳体1上设有冷却介质进口管3，冷却介质进口管3穿过多个换热板2，且冷却介质进口管3与多个换热板2的空腔相通；壳体1上设有冷却介质出口管4，冷却介质出口管4穿过多个换热板2，且冷却介质出口管4与多个换热板2的空腔相通。冷却介质进口管3可以通过换热板2上的冷却介质进口与多个换热板2的空腔相通，冷却介质出口管4可以通过换热板2上的冷却介质出口与多个换热板2的空腔相通。壳体1外部的冷却管网系统可以通过冷却介质进口管3和冷却介质出口管4与换热板2的空腔相通，由此，冷却管网系统可以和冷却介质进口管3、冷却介质出口管4、换热板2构成冷却循环系统，使得冷却介质可以在冷却循环系统内循环流动，以保证冷却介质可以及时带走浆态床反应器100内的热量，从而保证了冷却介质与浆料之间的有效换热。

例如，如图1-图8所示，冷却介质进口管3设在壳体1的下部，冷却介质出口管4设在壳体1的上部，冷却介质进口管3和冷却介质出口管4均依次穿过壳体1和多个换热板2，以将冷却管网系统和多个换热板2连通，从而冷却管网系统和冷却介质进口管3、冷却介质出口管4、换热板2构成冷却循环系统。低温冷却介质c从冷却介质进口管3经冷却介质进口流入换热板2内，并与换热板2外、壳体1内的浆料进行换热，换热后成为高温冷却介质d，并从冷却介质出口经冷却介质出口管4回流至冷却管网系统。由此，冷却介质可以及时带走浆态床反应器100内的热量，从而实现了冷却介质与浆料之间的有效换热。

在本发明的一个实施例中，如图1和图5所示，冷却介质进口形成在换热板2的下端，且冷却介质出口形成在换热板2的上端，冷却介质在换热板2内从冷却介质进口流向冷却介质出口，通过将冷却介质进口和冷却介质出口分别设在换热板2的下端和上端，冷却介质在换热板2内从换热板2的上端流至换热板2的下端，从而最大程度地利用换热板2，提高了换热板2的利用率。

在本发明的另一个实施例中，冷却介质进口形成在换热板2的上端，且冷却介质出口形成在换热板2的下端(图未示出)。冷却介质在换热板2内从换热板2的上端流至换热板2的下端，同样最大程度地利用换热板2，提高了换热板2的利用率。

下面参考图1-图4描述根据本发明的一个具体实施例。

浆态床反应器100用于乙炔加氢制乙烯，选用冷却水作为冷却介质，即反应原料气a由乙炔和氢气组成，产品气b为乙烯，低温冷却介质c为低温冷却水，高温冷却介质d为高温冷却水。浆态床反应器100主要包括壳体1、五个换热板2、冷却介质进口管3和冷却介质出口管4，其中，壳体1包括筒体11和位于筒体11上下两端的两个封头12，进口10a形成在筒体11下端的封头12上，出口10b形成在筒体11上端的封头12上，换热板2设在壳体1内，换热板2的左右两侧表面均为平面，冷却介质进口管3设在筒体11的下部，且冷却介质进口管3依次穿过壳体1和五个换热板2，冷却介质出口管4设在筒体11的上部，且冷却介质出口管4同样依次穿过壳体1和五个换热板2。

其中，筒体11高为7000mm、内径为600mm，壳体1内浆料的高度为5000mm，换热板2厚为50mm、长度H为6000mm，相邻两个换热板2之间间隔50mm，冷却介质进口管3的内径为100mm、长度为700mm，冷却介质出口管4的内径为100mm、长度为700mm。

具体而言，乙炔和氢气组成的反应原料气a从进口10a进入壳体1内，并通过壳体1底部的气体分布器分布到壳体1内的浆料内，反应原料气a的流量为300Nm³/h(通常叫标立方，表示在0℃，一个标准大气压下的流量)，浆料的温度在120℃～150℃之间，且浆料中含有均匀分布的固体颗粒的催化剂，由于浆料对乙炔具有高选择溶解性，对乙烯具有低选择溶解性，乙炔和氢气在上述温度和催化剂的作用下发生反应并放出大量的热，生成并分离出产品气b乙烯，乙烯从出口10b流出。同时，冷却管网系统向冷却介质进口管3内通入温度为25℃、流量为5t/h的低温冷却水，低温冷却水经冷却介质进口管3被均匀地分配到五个换热板2内，并在换热板2内通过换热板2的壁面与浆料进行换热，低温冷却水换热后温度升高，变成温度为50℃的高温冷却水，高温冷却水经冷却介质出口管4流至冷却管网系统。由此，浆态床反应器100内的热量被冷却水及时带走，确保了浆料温度保持在120℃～150℃之间，防止了飞温的发生。

下面参考图5-图8描述根据本发明的另一个具体实施例。

浆态床反应器100同样用于乙炔加氢制乙烯，选用导热油作为冷却介质，即反应原料气a由乙炔和氢气组成，产品气b为乙烯，低温冷却介质c为低温导热油，高温冷却介质d为高温导热油。浆态床反应器100主要包括壳体1、五个换热板2、冷却介质进口管3和冷却介质出口管4，其中，壳体1包括筒体11和位于筒体11上下两端的两个封头12，进口10a形成在筒体11下端的封头12上，出口10b形成在筒体11上端的封头12上，换热板2设在壳体1内，换热板2的左右两侧表面均为波纹面，冷却介质进口管3设在筒体11的下部，且冷却介质进口管3依次穿过壳体1和五个换热板2，冷却介质出口管4设在筒体11的上部，且冷却介质出口管4同样依次穿过壳体1和五个换热板2。

其中，筒体11高为7000mm、内径为600mm，壳体1内浆料的高度为5000mm，换热板2厚为50mm、长度H为6000mm，相邻两个换热板2之间间隔50mm，冷却介质进口管3的内径为100mm、长度为700mm，冷却介质出口管4的内径为100mm、长度为700mm。

具体而言，乙炔和氢气组成反应原料气a从进口进入壳体1内，并通过气体分布器分布到壳体1内的浆料内，反应原料气a的流量为300Nm³/h(通常叫标立方，表示在0℃，一个标准大气压下的流量)，浆料的温度在120℃～150℃之间，且浆料中含有均匀分布的固体颗粒的催化剂，由于浆料对乙炔具有高选择溶解性，对乙烯具有低选择溶解性，乙炔和氢气在上述温度和催化剂的作用下发生反应并放出大量的热，生成并分离出产品气b乙烯，乙烯从出口流出。同时，冷却管网系统向冷却介质进口管3内通入温度为25℃、流量为2t/h的低温导热油，低温导热油经冷却介质进口管3被均匀地分配到五个换热板2内，并在换热板2内通过换热板2的壁面与浆料进行换热，低温导热油换热后温度升高，变成温度为100℃的高温导热油，高温导热油经冷却介质出口管4流至冷却管网系统。由此，浆态床反应器100内的热量被导热油及时带走，确保了浆料温度保持在120℃～150℃之间，防止了飞温的发生。

根据本发明实施例的浆态床反应器100的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。