一种新型径向板式反应器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种用于放热或吸热反应的固定式反应器，尤其是一种新型径向板式反应器。
【背景技术】
[0002]化学反应过程往往伴随放热或吸热现象，若采用绝热式反应器，对于放热反应，尤其是对放热强度大的反应，通常有绝热温升高，催化剂易失活，反应选择性下降，转化率低，多个反应釜串联，工艺流程复杂及投资高等问题，如合成气制甲烷、合成甲醇、合成二甲醚、甲醇制烯烃、水气变换反应、合成氨及加氢反应等等；对于吸热反应，会出现反应温度降低到反应温度以下，反应速率降低，单个反应釜的处理量受限，需多釜串联，釜外换热，如乙苯制苯乙烯。若采用内换热式反应器，则可控制催化剂床层在合适的温度，保持较高的催化活性和反应速率，提高反应选择性即产品性能，扩大单个反应釜产能，减少反应器数量，缩短流程，减少投资。
[0003]列管式反应器是常见的内换热固定床反应器，但是列管的传热系数不高，需要较多的换热面积，增加反应器体积；催化剂装填在列管内，一个反应器内列管数量有成千上万根，催化剂装卸工作量大，检漏维修等较为复杂。当需要实现高产能和单台设备高产量时，列管式反应器往往面临压降大、热点高以及体积大等问题。在水气变换反应及甲醇合成反应的大型装置中，采用径向列管式反应器，可以解决压降大、能耗高的问题，但同时又存在以下问题:管板导致催化剂装卸困难，且管板结构不适合现场焊接，在运输上存在尺寸限制；采用管箱或环管结构，换热管需特殊弯制，工序繁多，加工难度大；管束支撑设置困难；列管有管径和管心距等要求，使得移热组件占反应器空间多，且在剧烈放热或吸热区域，换热面积及换热能力不足，导致飞温或反应骤停，在反应热量或吸热量少的区域，换热面积大量富余，导致反应器体积增加，成本增加。
[0004]在百万吨级甲醇装置中，Casale采用了径向反应器形式，避免了列管式径向反应器的缺点，但同时也存在弊端，比如由于径向板式结构中，板呈径向发散形式，这样就导致在靠近中心管处板密集，换热效率高，而在靠近催化剂外围床层处，板与板之间的距离大，换热效果差，而不同反应的放热或吸热过程各有不同，单一的排列形式难以适用各种放热或吸热过程，难免会在放热强或吸热强而换热面积不足的地方出现温度积累或温度降低，影响反应的选择性及反应速度，更有可能使反应器处于失稳状态，出现飞温或反应骤停等。
[0005]国内也已见径向板式反应器的相关专利，其结构为径向排布的板片与冷管结合，冷管位于催化剂外围即较大的板间距处，解决板间距增大导致的传热效果变差的问题。然而该冷管的截面呈三角形、梯形、正方形、菱形等形状，所占据的反应器空间较大，而且专利中提到板为冲压制成，这种制造过程形成的板难以承受较高的反应压力，所适用的工况受至IJ限制。
[0006]板式径向反应器在用于放热或吸热反应时，由于需要兼顾热点温度或最低温度和出口温度，往往板对间角度较小，造成靠近中心筒处，板对密集，换热面积大量富余；板间距很小，装填催化剂时，易造成搭桥阻塞；换热介质进出支管设置紧密，且管径受限，不能满足换热介质流量大的情况。
【实用新型内容】
[0007]本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种换热均匀、催化剂容易装填、体积较小的用于放热或吸热反应的新型径向板式反应器。
[0008]本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0009]一种新型径向板式反应器，包括反应器外壳、换热组件、中心筒和气体环隙，所述的反应器外壳包括筒体、上封头、下封头、原料气进口、反应气出口、换热介质进口和换热介质出口，所述的换热组件包括换热板对束、换热介质分配总管、换热介质分配支管、换热介质收集总管和换热介质收集支管，其特征在于，所述的换热板对束由多对换热板对扇形排布形成圆柱体状，所述的换热板对束呈多层排列结构。
[0010]所述的换热板对束的排列结构包括单层简单扇形结构、两层独立扇形结构、两层非独立扇形结构以及多层扇形结构。
[0011]所述的单层简单扇形结构为每张换热板对的宽度等于催化剂床层的径向厚度；
[0012]所述的两层独立扇形结构为内、外两层换热板对束套接排列而成，其中内、外两层换热板对数量、夹角和径向长度相互独立；
[0013]所述的两层非独立扇形结构为内、外两层换热板对束嵌套排列而成，其中外层板对的长度小于内层板对的长度，外层板对设置在相邻内层板对之间，靠近催化剂框外围；
[0014]所述的多层扇形结构，其换热板对束在径向上分为多层，层与层之间套接排列或嵌套排列。
[0015]所述的两层非独立扇形结构中，与催化剂框外围连接的板对数量为与中心筒连接的板对数量的两倍或n+1倍，η为大于I的整数。
[0016]所述的换热板对在反应器横截面上呈直线形或弧形；所述的换热板对由两张金属板片通过焊接形成一个密闭的板程腔体，仅在两端各留一通口，为换热介质的流通通道，所述的换热板对上两张板片之间设置至少一处焊接，焊接方式为点形焊接或条形焊接，焊接位置交错设置，使板对表面形成凹凸形状。
[0017]所述的换热组件分成多个模块，每个模块相同的，由3?100张换热板对组成，每张换热板对两端分别设有一换热介质分配支管和换热介质收集支管，多张板对的支管焊接到同一换热介质分配总管或换热介质收集总管，换热介质分配总管或换热介质收集总管上留有一个与主管道的连接管，主管道再与本模块的换热介质进口或换热介质出口连接。
[0018]所述的原料气进口和反应气出口采用同心圆套管结构，原料气进口和反应气出口可以在反应器同一端；原料气进口和反应气出口也可以在反应器不同端。
[0019]所述的换热介质分配总管和换热介质收集总管位于径向反应器的中心筒或环隙。
[0020]与现有技术相比，本实用新型具有以下优点:
[0021](I)热点温度低，反应选择性高:
[0022]该新型反应器结构形式灵活，采用单层扇形、两层或多层同心圆扇形结构，严格按照反应热量的变化及热点温度的要求，分层设置换热板对数量和面积，换热曲线紧密贴合反应热量变化，使反应器内温度平缓，适用于不同反应热量及不同反应热量变化速率的反应，反应有利于生产操作的稳定及产品性能的稳定。
[0023](2)反应器体积小，催化剂装填率高:
[0024]首先，换热介质流通通道所占反应器体积小，在不考虑反应气体分流管和集流管的情况下，该反应器的催化剂装填率在60 %?90 %之间。
[0025]其次，因为不同床层深度的换热板对疏密程度根据反应放热量或吸热量随反应进度的变化设置，反应热量被及时移走或得到补充，温度波动范围小；与列管式径向反应器或传统径向反应器相比，同时在保证一定的换热面积余量的情况下，换热板对所占的反应器的空间是严格控制的，没有换热面积浪费的现象，有利于设备大型化；同时，从结构上看，靠近中心筒处板对排列较疏，为换热介质进出支管留下较大弹性空间，也方便催化剂的装填。
[0026](3)该新型换热板对换热效率高:
[0027]该新型换热板对的交错焊接形式和凹凸不平的表面强化了两侧流体的扰动，增强了换热效率，反应热及时移走，相邻板对之间的温度平缓分布，更接近等温反应，有利于减少副反应的发生，提高反应选择性和收率，延长催化剂的使用寿命，适用于双氧水法制环氧丙烧反应。
[0028](4)有利于设备大型化:
[0029]常规运输方式对于物体尺寸的限制，是反应器设备大型化的障碍之一。而该新型反应器中模块化结构的运用，则可以成功