专利名称：一种轴径向流动气固相固定床催化反应器的制作方法
一种轴径向流动气固相固定床催化反应器技术领域：
本发明涉及化工反应设备技术领域，涉及一种径向流动气固相固定床催化反应 器，具体地说，涉及一种可调节进口反应气体工况的径向流动气固相固定床催化反应器。背景技术：
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、合成气制甲烷等可逆放热反应中，都使用固体颗粒催化剂，在成规模的工业化生产过程 中，都需要应用固定床催化反应器。可逆放热反应的特点是在反应过程中会释放大量的热 量，如果热量不能及时移走，就会导致反应温度上升，而上升的反应温度又会引起放热量的 进一步加大，这会使反应很快飞温，从而烧毁催化剂。因此，需要解决释放的热量影响反应 结果的问题以及对释放的热量进行回收和利用的问题，需要在大规模工业化可逆放热生产 过程中提供科学合理的反应器。
目前，在工业化生产中多采用轴向流动气固相固定床催化反应器。随着甲醇合成、 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、合成气制甲烷等可逆 放热反应工业化规模的不断扩大，传统的轴向流动固定床反应器由于直径受运输条件的影 响，使其增产的空间受到限制；此外，其换热效果还可有待提高。
而径向流动反应器则由于催化剂装填量大、流程短、压降小而成为上述可逆放热 反应工业大型化设备的优选反应器类型。但是，传统的径向反应器也存在某些缺点，例如 ①流程短，对可逆放热反应气体的工况(温度、压力、组成)要求高，要达到或接近最佳反应 状态，但是，传统的径向反应器自身却无法调节；②催化剂装填量虽然大，但径向流动反应 气体流过的催化剂量并不大，如果气体净化不好，更容易导致催化剂失活；③径向反应器换 热系统的设计排列也是一个难题。
中国专利文献(CN 101249406A)公开了一种绝热-冷激与管壳外冷相结合的轴 向流动反应器，该反应器虽然满足了可逆放热反应移热的要求，同时还能副产中压蒸汽，但 是，因反应器直径的限制，使其生产能力受到一定的限制。
另外，中国专利文献(CN 101254442A)公开了一种用于放热反应的加压催化方 法，其主要是采用由内向外的离心式径向流动反应器，该反应器的缺点主要是①反应气体 直接进入反应器，既没有预热过程，也没有降温措施，进入反应器的反应气体的温度主要依 靠换热器预热，随着生产负荷从50% 110%的变化，反应气体的温度波动较大，如果在反 应器内不设置调节温度的装置，将造成反应工况不稳定，从而影响催化剂的使用寿命；②由 于径向流动反应器流体流动与换热管束采用错流方式，该发明所述的单翅片或双翅片并未 在温度的较高处。
发明内容
本发明的目的在于克服上述轴向或径向流动反应器的缺点，设计一种能调节进口 反应气体温度的轴径向固定床催化反应器，解决反应器换热难的问题，适应单系列大型化生产的发展需求。
本发明的设计思路为，设计一种轴径向反应器(反应气体轴向通过上部绝热层催 化剂，径向通过下部催化剂)，催化剂主要装填在反应器的下部，同时在反应器上部设置由 催化剂组成的绝热层，可使进口反应气体温度上升，同时保证可过滤掉反应气体中含有的 少量有毒有害组分；在径向反应器气体外分布筒进口处设置冷激气体环管，环管下部伸入 气体外分布筒进口，用来降低进口反应气体的温度，这样通过绝热层和冷激装置调节使进 口反应气体达到最佳反应工况，可以在不增加反应器直径的前提下大幅度提高反应器的生 产能力。
同时为了克服传统径向流动反应器传热效果差的缺点，换热管束采用正三角或同 心圆排列方式，每个换热管设置4片翅片，每个换热管的翅片都指向正三角或同心圆排列 的中心点，以确保换热管间的气相物料处于湍流状态，使反应器换热效率显著提高。
为实现上述目的和设计思路，本发明采取的技术方案是
一种轴径向流动气固相固定床催化反应器，含有反应器外筒、上封头、下封头、绝 热层、催化剂层，筒体分为上下两部分结构，由承受高压的反应器外筒形成统一的整体，在 上封头上设有进口反应气体冷激进口、气体进口、人孔和换热介质出口，在下封头上设有卸 催化剂口、产物出口和换热介质进口，其特征是
反应气体轴向通过上部绝热层催化剂，径向通过下部催化剂，筒体上部由催化剂 堆成的绝热层的高度为催化剂层总高度的1 5% ；
绝热层下设置由进口反应气体冷激进口和进口反应气体冷激分布环管构成的进 口反应气体冷激装置，其中的进口反应气体冷激分布环管伸入分流流道，与换热介质集合 器处于反应器中同样的高度，进口反应气体冷激分布环管上设有小孔；
筒体下部为径向反应段，由换热管、装填在管体间的催化剂、反应气体与产物进出 系统及换热系统构成；气体进口的管道通过上封头进入反应器筒内，经绝热层与分流流道 连通(即，反应气体通过气体进口进入反应器，经过绝热层催化剂升温后，与冷激原料气混 合后)进入催化剂层，再与合流流道连通并与下封头上的产物出口连通；换热介质进口的 管道通过下封头进入反应器筒内，与换热介质分布器连通，并通过换热管与换热介质集合 器连通，换热介质分布器上的管道与上封头上的换热介质出口连通，其中的换热管按正三 角或同心圆方式排列，由花板固定间距，每根换热管上设置四片翅片，换热管内通冷却介 质，换热管之间装填催化剂；
换热介质分布器、换热介质集合器设在催化剂层内，反应器下部的下托板托住换 热介质分布器。
所述换热管上设置的四片翅片互成90°设置，每个翅片都指向正三角或同心圆排 列的中心点，确保径向流动反应器的换热效果。
所述换热管的长度为催化剂层总高度的50 95%。
所述进口反应气体冷激分布环管上设有的小孔为2 3排直径为1 5毫米的小 孔。
本发明的积极效果是
提供了 一种能调节进口反应气体温度的轴径向固定床催化反应器，解决了反应器 换热难的问题，可以在不增加反应器直径的前提下大幅度提高反应器的生产能力。
图；
附图1为本发明一种轴径向流动气固相固定床催化反应器实施例1的结构示意附图2为本发明一种轴径向流动气固相固定床催化反应器实施例2的结构示意附图3为换热管排列方式和其上设置翅片的结构示意图； 图中的标号分别为1、进口反应气体冷激进口，2、气体进口， 4、进口反应气体冷激分布环管，6、换热管， 9、下托板， 12、换热介质进口， 15、合流流道， 18、外分布筒， 21、人孔，7、催化剂层， 10、卸催化剂口， 13、下封头 16、花板， 19、内合流筒， 22、换热介质出口，3、绝热层，5、换热介质集合器， 8、反应器外筒， 11、产物出口， 14、换热介质分布器， 17、分流流道， 20、上封头， 23、翅片。
具体实施方式
以下结合附图进一步解释本发明一种轴径向流动气固相固定床催化反应器，提供 4个实施例。
实施例1
参见附图1。一种轴径向流动气固相固定床催化反应器，由承受高压的反应器外 筒(8)、上封头(20)、下封头(1 构成筒体，在上封头00)上设有进口反应气体冷激进 口(1)、气体进口 (2)、换热介质出口 (22)和人孔(21)，在下封头(13)上设有卸催化剂口 (10)、产物出口(11)、换热介质进口(12)。
筒体分为上下两部分，反应气体轴向通过上部绝热层催化剂，径向通过下部催化 剂，上部由催化剂堆成的绝热层(3)的高度为催化剂层(7)总高度的1 5% ；在绝热层 ⑶下设置由进口反应气体冷激进口⑴和进口反应气体冷激分布环管⑷构成的进口反 应气体冷激装置，其中的进口反应气体冷激分布环管(4)伸入分流流道(17)，与换热介质 集合器( 处于反应器中同样的高度，进口反应气体冷激分布环管(4)上设有2 3排直 径1 5毫米小孔。
筒体下部为径向反应段，由换热管(6)、装填在换热管(6)的催化剂、反应气体与 产物进出系统及换热系统构成。气体进口(2)的管道通过上封头00)进入反应器筒内，经 绝热层C3)与分流流道(17)连通(即，反应气体通过气体进口进入反应器，经过绝热层催 化剂升温后，与冷激原料气混合后)进入催化剂层(7)，再与合流流道(1 连通并与下封 头(1 上的产物出口(11)连通；换热介质进口(1 的管道通过下封头(1 进入反应器 筒内，与换热介质分布器(14)连通，并通过换热管(6)与换热介质集合器( 连通，换热介 质集合器( 上的管道与上封头00)上的换热介质出口 0 连通，其中的换热管(6)由 花板(16)固定间距，换热管(6)内通冷却介质，换热管(6)之间装填催化剂，换热管(6)的长度为催化剂层(7)总高度的50 95%。
换热介质分布器(14)、换热介质集合器( 设在催化剂层(7)内，反应器下部的下 托板(9)托住换热介质分布器(14)。
由于径向流动反应器流道短，为了保证换热效果，将换热管(6)按正三角或同心 圆方式排列(参见附图幻，每根换热管(6)上设置四片翅片(23)，翅片互成90°设立，每个 翅片都指向正三角或同心圆排列的中心点，以确保径向流动反应器的换热效果。
实施例2
参见附图2。一种轴径向流动气固相固定床催化反应器，其基本结构与实施例1的 结构相同，其主要区别是气体出口流向不一样，具体的区别结构是产物出口(11)设置在 上封头00)上；气体进口( 的管道通过上封头00)进入反应器筒内，经绝热层C3)与分 流流道(17)连通并进入催化剂层(7)，再与合流流道(1 连通，通过合流流道(1 与设置 在上封头00)上的产物出口(11)连通。
实施例3
采用本发明内径为3. 6米的轴径向流动气固相固定床催化反应器，筒体上部设 0. 3米高度的绝热层(3)，设置原料气冷激，装填催化剂85m3，由煤基合成气与循环气组成的 入塔气进入反应器的温度为189°C，压力为8. OMPa，经调解后进入径向反应段(催化剂层7) 的温度为215°C，段后热点温度为235°C，反应器出口温度为232°C。这样的轴径向流动气 固相固定床催化反应器可年产甲醇70万吨(按300天计算)，产生中压蒸汽1. 2吨/吨甲
实施例4
采用本发明内径为4. O米的轴径向流动气固相固定床催化反应器，筒体上部设 0. 5米高度的绝热层(3)，设置原料气冷激，装填催化剂120m3，由煤基合成气与循环气组成 的入塔气进入反应器的温度为210°C，压力为8. OMPa，经调解后进入径向反应段(催化剂层 7)的温度为215°C，段后热点温度为235°C，反应器出口温度为232°C。这样的轴径向流动 气固相固定床催化反应器可年产甲醇100万吨(按300天计算)，产生中压蒸汽1. 2吨/吨 甲醇。
以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员而言， 在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本 发明的保护范围内。
权利要求
1.一种轴径向流动气固相固定床催化反应器，含有反应器外筒(8)、上封头(20)、下 封头(13)、绝热层(3)、催化剂层(7)，筒体分为上下两部分结构，由承受高压的反应器外筒(8)形成统一的整体，在上封头00)上设有进口反应气体冷激进口(1)、气体进口O)、人孔 (21)和换热介质出口(22)，在下封头(13)上设有卸催化剂口(10)、产物出口 (11)和换热 介质进口(12)，其特征在于反应气体轴向通过上部绝热层催化剂，径向通过下部催化剂，筒体上部由催化剂堆成 的绝热层(3)的高度为催化剂层(7)总高度的1 5% ；绝热层(3)下设置由进口反应气体冷激进口(1)和进口反应气体冷激分布环管(4)构 成的进口反应气体冷激装置，其中的进口反应气体冷激分布环管(4)伸入分流流道(17)， 与换热介质集合器(5)处于反应器中同样的高度，进口反应气体冷激分布环管(4)上设有 小孔；筒体下部为径向反应段，由换热管(6)、装填在管体间的催化剂、反应气体与产物进出 系统及换热系统构成；气体进口(2)的管道通过上封头00)进入反应器筒内，经绝热层 (3)与分流流道(17)连通进入催化剂层(7)，再与合流流道(1 连通并与下封头(13)上 的产物出口(11)连通；换热介质进口(1 的管道通过下封头(1 进入反应器筒内，与换 热介质分布器(14)连通，并通过换热管(6)与换热介质集合器( 连通，换热介质分布器 (19)上的管道与上封头00)上的换热介质出口 0 连通，其中的换热管(6)按正三角或 同心圆方式排列，由花板(16)固定间距，每根换热管(6)上设置四片翅片(23)，换热管(6) 内通冷却介质，换热管(6)之间装填催化剂；换热介质分布器(14)、换热介质集合器( 设在催化剂层(7)内，反应器下部的下托板(9)托住换热介质分布器(14)。
2.根据权利要求1所述的一种轴径向流动气固相固定床催化反应器，其特征在于，所 述换热管(6)上设置的四片翅片互成90°设置，每个翅片都指向正三角或同心圆排列 的中心点。
3.根据权利要求1所述的一种轴径向流动气固相固定床催化反应器，其特征在于，所 述换热管(6)的长度为催化剂层(7)总高度的50 95%。
4.根据权利要求1所述的一种轴径向流动气固相固定床催化反应器，其特征在于，所 述进口反应气体冷激分布环管(4)上设有的小孔为2 3排直径为1 5毫米的小孔。
全文摘要
本发明一种轴径向流动气固相固定床催化反应器，分为上下两部分结构，上部催化剂为轴向结构，下部催化剂为径向结构，筒体上部绝热层的高度为催化剂层总高度的1～5％；绝热层下设置进口反应气体冷激进口和进口反应气体冷激分布环管；筒体下部为径向反应段，由换热管、装填在管体间的催化剂、反应气体与产物进出系统及换热系统构成，换热管按正三角形或同心圆方式排列，其长度为催化剂层总高度的50～95％，换热管内通冷却介质，每根管上设有四片翅片；产物进出系统及换热系统设在催化剂层内，下托板托住换热介质分布器；本发明的积极效果是能调节进口反应气体温度，反应器换热容易，能在不增加直径的前提下大幅度提高反应器的生产能力。
文档编号B01J8/02GK102029129SQ200910196419
公开日2011年4月27日 申请日期2009年9月25日 优先权日2009年9月25日
发明者应卫勇, 张海涛, 房鼎业, 马宏方 申请人:华东理工大学