氢气脱氧的等温列管式反应器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于氢气脱氧的等温列管式反应器，该反应器通过列管壁将反应热量传递给列管外冷却剂，本发明还涉及反应器传热列管的排列方法、流道布置。
【背景技术】
[0002]近一二十年来为有效利用富含氢气的废气、弛放气，以装有钯催化剂的绝热式脱氧反应器已得到广泛应用，该装置是将脱氧反应器和反应冷却器独立设置，即把被处理的气体和循环气混合后，进入绝热反应器，进行脱氧反应。反应热使反应气温度升高，高温的反应气再进入冷却器，冷却后的反应气送至下工序。因氢氧混合气O2含量在5?95.5%已进入爆炸范围，其最低爆炸温度仅400°C，为保证生产安全，反应气应远离爆炸区，並反应器温度不宜超过350°C，为此，必需将大量脱氧后的氢气加压回流至原料气，既增加了运行成本及投资，还降低了反应热的利用率。另外，冷却器列管的排列方式都按正三角形或同心圆排列，管壳内设置若干折流板，每处折流板都有流道死角，死角处传热系数极低，使传热面积增大，该工艺装置的占地面积多，投资、运行成本高。
【发明内容】
[0003]针对上述现有技术存在的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供一种氢气脱氧的等温列管式反应器，该反应器在大幅减少(甚至不用)循环气的前提下，同时能控制反应器温度和反应热的合理利用，装置的尺寸紧凑，传热系数高，实现流体有序流动。
[0004]为解决上述技术问题，本发明将传统的绝热反应器改变为集反应、传热一体化的等温反应器，即在列管内装填催化剂进行脱氧反应，列管外进入冷却剂同步移走反应热，使脱氧反应温度有效控制在许可范围内。本发明反应气进入上管板上的列管，放出热量经管壁迅速传导给管外冷却剂，反应器内各处温度均衡、稳定、可控。冷却剂进入管外的外壁环形套，从壁孔进入渐开线流道外缘流至中央管，再折流进入中间壳程，由内流至外缘汇集管后离开反应器，热量可作它用。冷却后的反应气经连接到下管板的列管，从反应气出口得到所需高纯反应气。
[0005]将反应器中央管作为渐开线的基准圆，列管采用渐开线排列，也是冷却剂的流道，在基准圆周长上等分为若干份，再在等分点上逐一作渐开线，每条渐开线上匀布列管，直至把反应器全部列管排列完，渐开线的终端位置即为反应器罐体的内径。为了提高传热系数，保证冷却剂都以适当流速、並按有序流方式流动，列管端头穿于上管板与下管板的孔且固定，每组列管由相邻导流板排成一独立渐开线流道，在外壁环形套贴于罐体壁上，开液流壁孔。罐体内视冷却剂流量大小，添加若干圆环形折流板，以确保冷却剂在壳层中有适当流速，折流板上下两面以及上、下管板对应单面开渐开线形凹槽，还可以采用其它固定件，用以安装薄板材料导流板。
[0006]根据安全要求和催化剂最高工作温度确定反应气回流比η。对本实施例，反应放热为:H2+ 1/20 2— H 20 (气)—58.615kc/mol
对绝热反应言，反应气中每1% (体)02对应消耗2% (体)H2，反应温度升高150°C多，若原料气中含02达4.5%，反应气温度将升至700 °C，超出安全生产许可温度范围。为控制反应温度不超过生产许可温度350°C，原料气中含O2量应< 2.0%，原料气需返回部分己脱02的112气。
[0007]回流比n = V回/ V原=(X原一X混)/ X混
若X原=4.5 %，X混=2.0 %，则η = 1.25，则回流H2是原料H 2的1.25倍，H 2的输送都用机械效率较低的水环栗，动力消耗很大。若采用本发明的等温反应器，对上述工况，仅使进入反应器混合气中02含量降至4%安全范围，则回流比η = (4.5% — 4%) /4% =
0.125，回流量仅是绝热反应器的1/10。
[0008]如果列管排出较高温度的反应气，还可以直接在装置下部安装水喷淋冷却器，在添加填料表面进行换热，获得较高的换热效率。
[0009]本发明具有结构简单，使用安全可靠，不消耗能源等优点。
【附图说明】
[0010]下面结合附图对本发明作进一步详细说明:
图1是本发明氢气脱氧的等温列管式反应器剖面示意图。
[0011]图2是图1所示反应器内部结构立体图。
【具体实施方式】
[0012]图1为本发明氢气脱氧的等温列管式反应器剖面图。列管I铆接或焊接在上管板3与下管板7上，壳层内加二层圆环形折流板5，每二排渐开线列管2由相邻导流板I组成一根流道，若干流道通向反应器罐体9外壁环形套10的冷却剂流道上，本装置冷却剂选用冷却水，也可以采用导热油(240°C)代替，以获取能级更高的热量。为使反应器热量有效利用，本装置外壁环形套10罩住反应器罐体9处开液流孔6。反应气从11进入管板上的列管2，列管2内装填脱氧的钯催化剂，下管板7下设置隔渣网8，在此进行脱氧反应，放出热量经管壁迅速传导给管外冷却剂，在整个反应列管内，温度基本保持一致。冷却剂从33进入反应器外壁环形套，再从壁孔6进入各渐开线流道，经折流后，再从44流出，高纯氢气从22出。还有另一种实施方式:脱氧后的反应气进入布淋管用冷却水喷淋下部填料表面，将反应气冷却后再从22出。
[0013]图1中还包含反应器冷却剂流程示意图。冷却剂的折返流程数视具体情况而定，确保流体处于湍流状态。冷却水从33进入，通过壁孔6进入上下两程，由外至内，再从中间层由内向外，经壁孔6从44流出。
[0014]图2为反应器列管排列及内部结构，列管2匀布在按中央管4为基准圆作的渐开线上，相邻渐开线的间距约2.5倍管径，並恰能等分中心管的圆周，管板上管子数要满足反应所需的管子数(整数)，列管的传热面积要满足反应器的传热要求，二排列管构成一根渐开线型流道。上管板3示出一部分可看出，列管2端部穿过上管板3开孔而固定。
[0015]本发明不局限于氢气脱氧的绝热反应器改革为等温反应器，同样适用于其它气体净化或反应器的改造，包括采用传统的列管排列方式，这样的变换均落在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种氢气脱氧列管式等温反应器，其结构形式为将绝热反应器和列管式冷却器合二为一，包括列管、流道的排列，其特征在于:所述反应器从反应气进口(11)进入上管板(3)上的列管(2)，列管(2)内装填催化剂进行脱氧反应，放出热量经管壁迅速传导给管外冷却剂，反应器内各处温度均衡、稳定、可控；所述冷却剂从冷却剂进口(33)进入反应器罐体(9)的外壁环形套(10)，从壁孔(6)进入渐开线流道外缘流至中央管(4)，经折流板(5)折流后由内流至外缘汇集，再从冷却剂出口(44)流出；冷却后的反应气，经连接到下管板(7)的列管(2)，从反应气出口(22)得到所需反应气。2.按照权利要求1所述氢气脱氧列管式等温反应器，其特征在于:所述列管(2)端头穿于上管板(3)与下管板(7)的孔且固定，壳层内加折流板(5)，每组列管(2)由相邻渐开线形导流板(I)排成一独立流道，在外壁环形套(10)贴于罐体(9)壁上，开液流壁孔(6)，中央管(4)为渐开线的基准圆，也是冷却剂的流道。3.按照权利要求1所述氢气脱氧列管式等温反应器，其特征在于:所述折流板(5)上下两面开有渐开线形凹槽，上管板(3)和下管板(7)对应单面开渐开线形凹槽，用以崁装薄板材料导流板(1)，相邻导流板(I)间距相等，恰能等分中心管的圆周，形成渐开线流道。
【专利摘要】本发明涉及一种氢气脱氧的等温列管式反应器装置，反应气在反应列管内放热反应，热量通过管壁传递给进入的冷却剂同步移走，使反应温度比绝热方式大为降低，从而大大减少了为控制反应温度而加入的循环气量，节省了循环加压泵功率，流出的冷却剂热量可作它用。列管及流道按中央管为基圆的渐开线轨迹排列，且相邻渐开线形导流板匀布列管组成一独立流道，保证每个流道的冷却流体为有序流，根据具体状况可将壳程由折流板分隔成若干程，以提高传热效率，使装置更为紧凑。
【IPC分类】C01B3/58, B01J8/06, B01D53/86
【公开号】CN105126708
【申请号】CN201510453177
【发明人】刘永言, 邱明志, 王联华
【申请人】成都深蓝高新技术发展有限公司
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年7月29日