一种组合式固定床反应器及由其形成的装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及化工设备技术领域，具体涉及一种组合式固定床反应器。
【背景技术】
[0002]固定床反应器又称填充床反应器，装填有固体催化剂或固体反应物用以实现多相反应过程的一种反应器。固体物通常呈颗粒状，粒径2?15_左右，堆积成一定高度(或厚度)的床层。床层静止不动，流体通过床层进行反应。固定床反应器主要用于实现气固相催化反应，如氨合成塔、二氧化硫接触氧化器、烃类蒸汽转化炉等，广泛应用于石油炼制工业、无机化工工业，有机化工工业等领域。
[0003]在实际使用过程中，对于复杂的多级反应，其一般需要将多个固定床反应器串联使用，以满足不同反应阶段的要求，但多级串联的装置设备部件多、占地面积大且投资成本高。为此，中国专利文献CN104069777A公开了一种等温绝热径向复合式反应器，它由壳体和内件组成，其中，壳体由外壳上部封头和外壳下部筒体连接；内件包括等温径向段的催化剂床层、上分气筒、上集气筒、换热管、换热管进口管箱、换热管出口管箱、冷激器；绝热径向段的冷激汽化层、催化剂床层、下分气筒和下集气筒；内件为径向设置，其中内件的上部设有等温径向段的催化剂床层，该等温径向段的催化剂层设在上分气筒和上集气筒之间以及换热管之外；内件的下部设有绝热径向段的催化剂床层，该催化剂层设在下分气筒和下集气筒之间。
[0004]但上这装置中换热器的设置方式，一方面，使得等温床层仍存在温度分布不均匀的问题，其不仅仅影响反应效果，甚至局部出现飞温，严重影响反应的选择性和催化剂的使用活性及寿命；另一方面，床层内的气体遇到换热管后，会改变气体的流动方向，造成气体在床层的流动方向混乱，浓度分布不均匀，床层内的停留时间不均，容易出现“返混”。返混会影响沿主流方向上的浓度分布和温度分布，使浓度趋向于出口浓度。对于传质过程，这样的浓度变化使浓度推动力减小，从而减小了传递速度。对于反应过程，这样的浓度变化使反应物浓度降低，产物浓度增加，从而使主反应速度降低和串连副反应速度增加，反应选择性下降。另工艺气体可能在床层内短路，影响床层内催化剂的利用率(即空速降低)和换热器的换热效果。
[0005]由于上述专利文献中换热器效果不佳，其必须设置激冷器，激冷液在反应器内汽化冷却工艺气的同时，稀释了工艺气的浓度，浓度变化使浓度推动力减小，反应选择性下降，进一步的，激冷气还会参与后续反应，或造成进入绝热床层的总气量增加，增加了催化剂的负荷，降低反应效率。
[0006]最后，上述装置反应床层内气体是由外向中心流动，对于气体量增大的反应，该反应器床层的流体流通面积逐渐减小，流体流速逐渐增大，工艺气停留时间缩短，催化剂利用率降低，反应不完全。
【发明内容】
[0007]因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的等温床层温度分布不均匀、工艺气容易“返混”、催化剂利用率降低等缺陷，从而提供一种组合式固定床反应器。
[0008]为此，本申请采取的技术方案为，
[0009]—种组合式固定床反应器，包括，顶部设置有生成气出口的壳体，和设置于所述壳体内部的等温反应床层、绝热反应床层和气体分布器，所述等温反应床层套设在所述气体分布器的外部，且与所述气体分布器间设置有间隙，所述绝热反应床层套设在所述等温反应床层的外部，且所述等温反应床层与所述绝热反应床层间设置有间隙；所述气体分布器与设置于所述壳体上的工艺气进口相联通，且所述气体分布器的周壁上设置有气孔；所述等温反应床层内设置有换热结构，其包括沿轴向贯穿所述等温反应床层的若干换热件，所述若干换热件沿所述等温反应床层的周向均匀设置；还包括导气结构，其包括设置于所述等温反应床层内、外周壁的多孔壁板和设置于所述绝热反应床层内、外周壁的多孔壁板，及套设于所述绝热反应床层外部的气体导流板，所述气体导流板与所述绝热反应床层外周壁间设置有间隙。
[0010]优选地，上述组合式固定床反应器，所述等温反应床层、所述绝热反应床层和所述换热结构在轴向上长度一致。
[0011]优选地，上述组合式固定床反应器，换热件为换热板，或，换热组件，所述换热组件由若干沿所述等温反应床层径向排列的换热管组成。
[0012]优选地，上述组合式固定床反应器，所述换热管为鳍片管。
[0013]优选地，上述组合式固定床反应器，多个所述等温反应床层依次套设形成等温反应床层组，各所述等温反应床层间形成有间隙；和/或，
[0014]多个所述绝热反应床层依次套设形成绝热反应床层组，各所述绝热反应床层间形成有间隙。
[0015]优选地，上述组合式固定床反应器，所述等温反应床层的上、下两端分别设置有固定所述换热结构的上、下管板，所述上、下管板上分别设置有催化剂装填口和催化剂卸料
□ ο
[0016]优选地，上述组合式固定床反应器，所述下管板在远离所述等温反应床层的侧面连接设置有下管箱，所述下管箱上设设置有换热介质入口管路，所述换热介质入口管路一端延伸到所述壳体的外部形成换热介质入口，换热介质从所述换热介质入口经换热介质入口管路进入所述下管箱，再经下管板进入换热结构，与所述等温反应床层实现热交换；
[0017]所述上管板在远离所述等温反应床层的侧面连接设置有上管箱，所述上管箱的顶部设置有换热介质出口管路，所述换热介质出口管路一端延伸到所述壳体的外部形成换热介质出口，完成热交换的换热介质由经所述下管板进入所述下管箱，并最终经换热介质出口管路，由换热介质出口排出。
[0018]优选地，上述组合式固定床反应器，所述上、下管箱包括上、下管箱本体和分别设置在所述上、下管箱本体上的上、下检修法兰，所述换热介质出口管路和换热介质入口管路分别设置在上、下检修法兰上。
[0019]优选地，上述组合式固定床反应器，所述绝热反应床层的上、下两端分别设置有上、下板，所述上、下板上分别设置有第二催化剂装填口和第二催化剂卸料口。
[0020]优选地，上述组合式固定床反应器，所述等温反应床层内、外周壁的多孔壁板和设置于所述绝热反应床层内、外周壁的多孔壁板的开孔率不大于30% ;和/或，
[0021]所述气体分布器的周壁上设置的气孔的开孔大小为l-10mm，开孔率为1_10% ;和/或，所述绝热反应床层外周壁的多孔壁板和所述气体导流板的间隙不大于500_。
[0022]优选地，上述组合式固定床反应器，所述绝热反应床层的床层厚度与铺设于所述床层的颗粒直径的比值不大于100。
[0023]本发明还公开了一种组合式固定床反应装置，包括多个在轴向上连接的上述所述的组合式固定床反应器。
[0024]本发明技术方案，具有如下优点:
[0025]1、本发明提供的组合式固定床反应器中，所述等温反应床层套设在所述气体分布器的外部，且与所述气体分布器间设置有间隙，所述绝热反应床层套设在所述等温反应床层的外部，且所述等温反应床层与所述绝热反应床层间设置有间隙，上述气体分布器、等温反应床层与绝热反应床层在径向上依次套设连接的方式，使得工艺气进入催化剂床层后，沿径向流动，这种外扩式的流动方式，对于气体量增加的反应而，避免了气体流速的提高，延长了工艺在催化剂床层内的停留时间，促进反应能够完全进行，提高了催化剂的利用率。同时由于绝热反应床层设置在等温反应床层的外部，有利于吸收等温反应床层的热量，一方面减少了换热介质的用量，另一方面促进了绝热反应的进行。
[0026]所述等温反应床层内设置有换热结构，其包括沿轴向贯穿所述等温反应床层的若干换热件，所述若干换热件沿所述等温反应床层的周向均匀设置；这种设置方式进一步规整了沿径向流动的气体，使其程平推流状态，避免了床层内反应的返混，提高了反应效率。同时，上述设置方式换热均匀，效率