专利名称：管壳外冷—绝热复合式固定床催化反应器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种反应器，具体涉及一种气固相固定床催化反应器。
背景技术：
大多数工业催化反应使用固体催化剂，所使用反应器为气固相催化反应器。固定床催化反应器是化学工业中常用的设备，在甲醇合成、氨合成、一氧化碳变换、有机化合物加氢、二甲醚合成、环氧乙烷合成、其他可逆放热催化反应中得到广泛应用。固定床催化反应器按换热方式可分为绝热式和连续换热式。多段绝热式催化反应器可分为直接冷激式和间接换热式，连续换热式催化反应器可分为外冷式和内冷式。外冷式催化反应器，催化剂装填在管内，管外为换热介质，因此外冷式催化反应器也称管壳外冷式。对于内冷式催化反应器，催化剂装填在管间，管内为未反应的气体。
管壳外冷式催化反应器，如德国Lurgi管壳式反应器(专利DE2123950)，日本超转化反应器(专利JP63-123433)。该类反应器催化床层温度平稳，操作方便，回收能量合理。但该反应器也存在明显的缺点，单塔生产能力低，反应器催化床存在严重壁效应，影响催化剂时空产率，且催化剂易中毒，影响使用寿命。
多段绝热段间冷激式反应器，如英国ICI多段冷激反应器(房鼎业等编著，甲醇生产技术及进展，上海华东化工学院出版社，1990)，多段为绝热反应，段间移热采用原料气冷激方式。该类反应器生产能力大，结构简单，制造容易，但催化床温度分布不够理想，反应器操作和温度控制难度大，气体返混严重，转化率低，能量利用不尽合理。
多段绝热段间间接换热式反应器，如Topsφe径向流动绝热反应器(房鼎业等编著，甲醇生产技术及进展，上海华东化工学院出版社，1990)，反应系统由三台绝热操作的径向流动反应器组成，三台反应器之间设置外部换热器移去反应热。该类反应器气体径向流动，压力降小，催化剂利用率高，生产能力大，回收能量合理，但设备投资较大，反应器制造复杂，催化床温度分布不够理想。
发明内容
本实用新型需要解决的技术问题是设计一种管壳外冷-绝热复合式固定床催化反应器，以克服现有技术存在的上述缺陷，适应大型化发展的要求，使反应器温度分布合理、操作控制简便、能量回收率高。
本实用新型的构思是这样的本实用新型所说的反应器至少包括串联连接的绝热反应段和管壳反应段。反应主要在管壳段，在管壳反应段，通过管壁，热量传给壳程的沸腾水，在接近等温的情况下，气体从上而下通过催化床，催化反应与催化床向壳程沸腾水传热同时进行，及时将反应放出热量传给沸腾水，副产蒸汽。
按照上述构思，发明人提出了如下的技术方案一种管壳外冷-绝热复合式固定床催化反应器，至少包括相互串联连接的一个绝热反应段和一个管壳反应段；所说的绝热反应段包括绝热段筒体、绝热段反应气进口和绝热段反应气出口，催化剂装填在绝热段筒体中，绝热段反应气进口设置在绝热段筒体顶端，绝热段反应气出口设置在绝热段筒体底端；所说的管壳反应段包括管壳段筒体、上管板、下管板、列管、进水口、蒸汽出口、管壳段反应气进口和管壳段反应气出口，列管固定在上下管板上，催化剂装填在列管中，管壳段原料气进口设置在管壳段筒体上端，管壳段反应气出口设置在管壳段筒体下端，进水口、蒸汽出口设置在管壳反应段筒体上并与管壳反应段筒体中壳程的空腔相通。
本实用新型综合了管壳外冷与绝热反应器的优点，具有生产能力大、能量回收利用率高、副产蒸汽、床层温度合理、催化剂使用寿命延长的优点①适应大型化生产装置，如适合于年产60万吨、90万吨甲醇的生产规模；②有效利用反应热，副产1～4Mpa的蒸汽；③温度分布合理，原料气在前段绝热反应器中利用绝热反应提高反应气温度，接近最佳温度后进入管壳段反应器；④提高反应物转化率，在后段绝热反应器中，较低浓度的反应物再进行反应，进一步提高转化率；⑤提高催化剂时空收率；⑥催化剂使用寿命延长。本实用新型可用于甲醇合成、氨合成、一氧化碳变换、有机化合物加氢、二甲醚合成、环氧乙烷合成、其他可逆放热反应过程。本实用新型既适合于新建装置，也适合原生产装置扩能改造。
图1为绝热反应段设置在管壳反应段上部的管壳外冷-绝热复合式固定床催化反应器示意图。
图2为另一种形式的绝热反应段设置在管壳反应段上部的管壳外冷-绝热复合式固定床催化反应器示意图。
图3为绝热反应段设置在管壳反应段下部的管壳外冷-绝热复合式固定床催化反应器示意图。
图4为另一种形式的绝热反应段设置在管壳反应段下部的管壳外冷-绝热复合式固定床催化反应器示意图。
图5为设有两个绝热反应段的管壳外冷-绝热复合式固定床催化反应器示意图。
图6为另一种形式的设有两个绝热反应段的管壳外冷-绝热复合式固定床催化反应器示意图。
具体实施方式
参见图1，本实用新型的管壳外冷-绝热复合式固定床催化反应器，包括相互串联连接的一个绝热反应段1和一个管壳反应段2；所说的绝热反应段1包括绝热段筒体101、绝热段反应气进口102和绝热段反应气出口103，催化剂装填在绝热段筒体101中，绝热段反应气进口102设置在绝热段筒体101顶端，绝热反应气出口103设置在绝热段筒体101底端；所说的管壳反应段2包括管壳段筒体201、上管板202、下管板203、列管204、进水口205、蒸汽出口206、管壳段反应气进口207和管壳段反应气出口208，列管204固定在上、下管板202，203上，催化剂装填在列管204中，管壳段反应气进口207设置在管壳段筒体201上端，管壳段反应气出口208设置在管壳段筒体201下端，进水口205、蒸汽出口206设置在管壳反应段筒体201上并与管壳反应段筒体中壳程的空腔相通。绝热反应段1设置在管壳反应段2上部，绝热段反应气出口103与管壳段反应气进口207相连通。
上述结构的管壳外冷-绝热复合式固定床催化反应器适用于反应原料气温度较低以及原料气中含有一定量的有毒成分的情况，可使原料气在绝热反应段达到反应较佳温度、提高反应效率外，还有吸附滤去毒物的作用，延长管壳段催化剂的使用寿命，提高生产强度。
参见图2，其基本结构与图1相同，绝热反应气出口103与管壳段原料气进口207通过管线3相连通。
参见图3，绝热反应段1和管壳反应段2结构与图1相同，其特征是，绝热反应段1设置在管壳反应段2底部，管壳段反应气出口208与绝热段反应气进口102相连通。上述结构的管壳外冷-绝热复合式固定床催化反应器适用于反应原料气温度较高以及原料气中有毒成分含量较低以及需要获得较高反应效率的情况。
参见图4，基本结构与图3相同，其特征是，管壳段反应气出口208与绝热反应气进口102通过管线3相连通。
参见图5，基本结构与图1相同，其特征是，管壳反应段2底部再设置一个绝热反应段1，管壳段反应气出口208与该绝热反应段1的绝热反应气进口102相连通。
参见图6，基本结构与图2所示的实施例相同，其特征是，管壳反应段2底部再设置一个绝热反应段1，管壳段反应气出口208与该绝热反应段1的绝热反应气进口102通过管线3相连通。
权利要求1.一种管壳外冷-绝热复合式固定床催化反应器，其特征在于，至少包括相互串联连接的一个绝热反应段(1)和一个管壳反应段(2)；所说的绝热反应段(1)包括绝热段筒体(101)、绝热段反应气进口(102)和绝热段反应气出口(103)，催化剂装填在绝热段筒体(101)中，绝热段反应气进口(102)设置在绝热段筒体(101)顶端，绝热段反应气出口(103)设置在绝热段筒体(101)底端；所说的管壳反应段(2)包括管壳段筒体(201)、上管板(202)、下管板(203)、列管(204)、进水口(205)、蒸汽出口(206)、管壳段反应气进口(207)和管壳段反应气出口(208)，列管(204)固定在上、下管板(202，203)上，催化剂装填在列管(204)中，管壳段反应气进口(207)设置在管壳段筒体(201)上端，管壳段反应气出口(208)设置在管壳段筒体(201)下端，进水口(205)、蒸汽出口(206)设置在管壳反应段筒体(201)上并与管壳反应段筒体中壳程的空腔相通。
2.根据权利要求1所述的管壳外冷-绝热复合式固定床催化反应器，其特征在于，绝热反应段(1)设置在管壳反应段(2)上部，绝热段反应气出口(103)与管壳段反应气进口(207)相连通。
3.根据权利要求1所述的管壳外冷-绝热复合式固定床催化反应器，其特征在于，绝热反应段(1)设置在管壳反应段(2)上部，绝热段反应气出口(103)与管壳段反应气进口(207)通过管线(3)相连通。
4.根据权利要求1所述的管壳外冷-绝热复合式固定床催化反应器，其特征在于，绝热反应段(1)设置在管壳反应段(2)底部，管壳段反应气出口(208)与绝热段反应气进口(102)相连通。
5.根据权利要求1所述的管壳外冷-绝热复合式固定床催化反应器，其特征在于，绝热反应段(1)设置在管壳反应段(2)底部，管壳段反应气出口(208)与绝热段反应气进口(102)通过管线(3)相连通。
6.根据权利要求2所述的管壳外冷-绝热复合式固定床催化反应器，其特征在于，管壳反应段(2)底部再设置一个绝热反应段(1)，管壳段反应气出口(208)与该绝热反应段(1)的绝热段反应气进口(102)相连通。
7.根据权利要求3所述的管壳外冷-绝热复合式固定床催化反应器，其特征在于，管壳反应段(2)底部再设置一个绝热反应段(1)，管壳段反应气出口(208)与该绝热反应段(1)的绝热段反应气进口(102)通过管线(3)相连通。
专利摘要一种管壳外冷—绝热复合式固定床催化反应器，至少包括相互串联连接的一个绝热反应段和一个管壳反应段。本实用新型综合了管壳外冷与绝热反应器的优点，具有生产能力大、能量回收利用率高、副产蒸汽、床层温度合理、催化剂使用寿命延长的优点。可用于甲醇合成、氨合成、一氧化碳变换、有机化合物加氢、二甲醚合成、环氧乙烷合成、其他可逆放热反应过程。本实用新型既适合于新建装置，也适合原生产装置扩能改造。
文档编号B01J8/02GK2621805SQ0323176
公开日2004年6月30日 申请日期2003年6月3日 优先权日2003年6月3日
发明者应卫勇, 房鼎业, 曹发海, 李涛, 刘殿华, 张海涛 申请人:华东理工大学