专利名称：一种高效热交换反应器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种浆态床反应器，适用于强放热浆态床反应。
背景技术：
浆态床反应器主要应用于生物化工、污水处理、医药化工、农副产品加工、精细化工、石油化工、煤化工、化工冶金等领域。有的浆态床在常温常压下操作，有的在常温高压下操作，有的在常压加温下操作，有的在加温加压下操作。申请号为01118470. I的中国专利公开了一种浆态床合成反应装置。该装置用于合成气制取甲醇和二甲醚。原料气体从反应器底部气体分布器进入床层，浆液和固体催化剂则通过器外循环增强热、质传递作用。申请号为200410012366. 7公开了一种高效浆态床反应器，其主要用途也是以合成气制取甲醇和二甲醚。申请号为03151109. O的中国专利公开了一种连续操作的气液固三相浆态床工业反应器，用于费-托合成制取燃料油。合成气从反应器底部经分布器进入床层，床层设置多段换热器移取反应过程产生的热量。申请号为200620024844. O的中国专利公开了一种煤液化合成油反应器，也用于费-托合成制取燃料油。申请号为200720155903的中国专利公开一种新型内循环浆态床反应器，用于合成气制取烃类、醇类、醚类、脂类等有机物。该反应器中心设置一上大下小的提升管，气体和浆液从中向上流动。提升管管壁缠绕盘管，用于移取反应释放热量。这种反应器用于煤直接液化或油煤浆临氢转化时首先会遇到浆液短路问题，即入口浆液直接从底部出口流出，而不进入提升管；其次在工业化生产时，采用一个所谓提升管，由于直径大，很难保证气体分布均匀；第三，气泡在一个提升管内向上流动，如果床层较高，由于气泡的聚散作用，会形成太多的大气泡，大气泡破裂时造成床层不稳定；第四，反应器底部设计没有考虑固体颗粒沉降问题，如果用于煤液化反应操作，容易形成死角，引发结焦。申请号为200710037008. 5的中国专利专利公开了一种带内循环和外部换热的浆态床反应装置及其应用。所谓的内循环是指反应器底部存在的的气体内循环，这种反应器主要用于合成气生产液体燃料。对于强放热反应来说，及时移走反应器非常重要。单纯使用换热器来移取热量可以解决一部分浆态床强放热问题。而有些浆态床反应器内浆液流动速率较低，仅靠换热器效果并不理想。
发明内容
本发明的目的是提供一种换热效果较好，能及时将反应热移走的热交换反应器。为了达到上述目的，本发明提供了一种高效热交换反应器，包括反应器主体，反应器主体为设有上封头及下封头的圆柱体，反应器主体上设有进料口、出料口、导热介质进料口、导热介质出料口、气体进料口及气体出料口，其特征在于，反应器主体内设有至少一根套管，每根套管由相互嵌套的内管及外管组成，内管的两端从外管的两端露出；外管的两端封闭且分别与导热介质进料口、导热介质出料口连通；气体进料口与内管或排气管连通；当气体进料口与内管连通时，内管的底部封闭；当气体进料口与排气管连通时，从排气管中释放的气体将每根套管周围的浆液包围。优选地，所述内管的内径为O. 01 I. O米，内管与所述外管之间的距离为O. 01 O. 3 米。进一步地，所述内管的内径为0.01 O. 2米，内管与所述外管之间的距离为O. 01 O. I 米。进一步地，所述内管的内径为O. I O. 5米，内管与所述外管之间的距离为
O.05 O. 2 米。优选地，所述套管的高度为反应器高度的1/2 4/5。 优选地，所述内管的顶端低于反应器内液面O. 5 5. O米。进一步地，所述内管的顶端低于反应器内液面O. 6 3. O米。反应器主体内径一般在O. 05 10米之间，小型或中型试实验规模装置内径较小。反应器高度一般在O. 5米 50米之间，具体高度由反应过程要求确定。下封头可以是部分圆球形或椭圆形，也可以是圆锥形。上封头是部分圆球或椭圆形。上封头与筒体的接合方式为可拆卸式，便于套管安装与检修。套管均布于反应器内，由内构件固定，套管数量在I 200根之间，均为可拆卸形式。每只套管由两根直径不同的管材焊接而成，套管管程走气体与浆液的混合流体，在反应器内形成内循环；壳程流经导热介质，可及时移走反应热。套管壳程之间导热介质管线并联连接，可上进下出，也可下进上出，视反应热效应而定。套管底部设置的出气管采用气体分布器，内径较小时可设置气体喷管或喷嘴。套管底部边缘可根据反应器下部封头的几何形状进行高度调整，以避免反应器底部浆液流动“死区”。液相出口可以在反应器下部，也可以在反应器上部液面处。其位置的确定主要依据反应体系的需求，如费托合成反应可将液相出口设在反应器底部，油煤临氢共炼反应可将液相出口设在反应器上部。气相出口设在反应器顶部。本发明的优点是浆液在反应器内不断循环流动，增强了热、质传递效率，换热效果良好，适用于强放热浆态床反应，及时移走反应热。
图I为气体进料口与内管连接的热交换反应器的结构示意图；图2为气体进料口与排气管连接的热交换反应器的结构示意图。图中I、反应器主体；2、进料口；3、出料口；4、导热介质进料口 ；5、导热介质出料口 ； 6、气体进料口 ；7、气体出料口；8、内管；9、外管；10、排气管；11、上封头；12、下封头；13、气、液界面。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。实施例I如图I所示,为本发明提供的高效热交换反应器的结构示意图，包括包括反应器主体1，反应器主体I为设有上封头11及下封头12的圆柱体。反应器主体I的顶部设有进料口 2、气体出料口 7，底部设有出料口 3、导热介质进料口 4、气体进料口 6，侧面上部设有导热介质出料口 5。反应器主体I内设有4根套管，每根套管由相互嵌套的内管8及外管9组成，内管8的两端从外管9的两端露出。外管9的两端封闭，底端与导热介质进料口 4连通，顶端与导热介质出料口 5连通。内管8的底端封闭，该端部与气体进料口 6连通。当用于费托合成反应时，反应器操作压力2. 9MPa，操作温度250°C，浆液从进料口2进入反应器主体I内，从上至下均匀分布在反应器主体I及内管8内；以0)与!12为主的合成气从气体进料口 6进入反应器主体I,通过气体分配管从内管8的底端进入内管8内，并向上运动。与内管8内的浆液(含一定量催化剂)混合后一起在内管8内向上流动(如 图I中内管8内箭头所示)，内管8内气相空床速率在O. 05 O. 4m/s之间，反应释放的热量被从导热介质进料口4进入外管9与内管8之间的导热介质吸收。反应器主体I内的浆液向下流动参与内循环(如图I中反应器主体I内箭头所示)，气体则继续向上运动，在气、液界面13处与液相分离，气体从气体出料口 7流出反应器主体I，经过处理可与新鲜气体一起循环使用。反应器主体I内，套管外的浆液向下流动，内管8内的浆液9向上流动，形成内循环，使浆液的流动速率较大，也增强了换热效果。导热介质温度在150 230°C之间，从导热介质进料口 4进入反应器主体1，再从内管8的顶端的导热介质出料口 5中流出，吸收的热量即从导热介质出料口 5流出反应器主体1，经过换热后循环使用。导热介质采用烃油，也可以采用性质稳定的硅油。实施例2如图2所示，为本发明提供的另一种高效热交换反应器，与实施例I不同之处在于，内管8的底部为开放端，在反应器主体I内设置一根与套管垂直的排气管10，排气管10上开有多个小洞，小洞均匀分布在每根套管周围。气体从气体进料口 6进入排气管10后，释放在套管周围，将套管周围的浆液包围进行反应(如图2中套管周围的箭头所示)，气体包裹着浆液在反应器主体I中，在每根套管的周围向上流动；浆液从进料口 2进入反应器主体1，从内管8的顶端流至内管8底端排出(如图2中内管8内箭头所示)，与向上流动的气液混合物形成循环。从气体分布角度来说，当套管数量较多时，实施例I的气体分布优于实施例2。实施例3在小型实验装置上，反应器主体I的直径为O. 07米，高度为2. O米。反应器主体I内设置一根套管，内管8的内径为O. 03米，内管8与外管9之间的间距为O. 012米，内管8高度为I. 6米。气体进料口 6的连接方式如实施例I。反应器正常操作后，温度250°C，操作压力2. 9MPa，催化剂为铁系催化剂，气剂比为7. 5Nm3/b/kg，气体在内管8空速为O. 25m/s。反应结果为C0转化率为92%，&转化率为85%，CO2选择性为21%，014选择性为2. 5%。以硅油为导热介质，入口温度220°C可维持反应器操作温度稳定。实施例4采用实施例I提供的高效热交换反应器。气剂比为7. 3Nm3/h/kg，气体在内管8空速为O. 21m/S。反应结果为C0转化率为94%，H2转化率为86 %，CO2选择性为20 %，CH4选择性为2. 2%。以硅油为导热介质，入口温度230°C可维持反应器操作温度稳定。实施例5采用实施例I提供的高效热交换反应器。气剂比为7. 5Nm3/h/kg，气体在内管8空 速为O. 21m/s。反应结果为C0转化率为91%，H2R化率为84%，CO2选择性为23% ,CH4选择性为2. 3%。以硅油为导热介质，入口温度232°C可维持反应器操作温度稳定。
权利要求
1.一种高效热交换反应器，包括反应器主体(I)，反应器主体(I)为设有上封头(11)及下封头(12)的圆柱体，反应器主体(I)上设有进料口(2)、出料口(3)、导热介质进料口(4)、导热介质出料口(5)、气体进料口(6)及气体出料口(7)，其特征在于，反应器主体(I)内设有至少一根套管，每根套管由相互嵌套的内管(8)及外管(9)组成，内管(8)的两端从外管(9)的两端露出；外管(9)的两端封闭且分别与导热介质进料口(4)、导热介质出料口(5)连通；气体进料口(6)与内管⑶或排气管(10)连通；当气体进料口(6)与内管(8)连通时，内管⑶的底部封闭；当气体进料口(6)与排气管(10)连通时，从排气管(10)中释放的气体将每根套管周围的浆液包围。
2.根据权利要求I所述的一种高效热交换反应器，其特征在于，所述内管(8)的内径为O.01 I. O米，内管⑶与所述外管(9)之间的距离为O. 01 O. 3米。
3.根据权利要求2所述的一种高效热交换反应器，其特征在于，所述内管(8)的内径为O.01 O. 2米，内管⑶与所述外管(9)之间的距离为O. 01 O. I米。
4.根据权利要求2所述的一种高效热交换反应器，其特征在于，所述内管(8)的内径为O.I O. 5米，内管⑶与所述外管(9)之间的距离为O. 05 O. 2米。
5.根据权利要求I所述的一种高效热交换反应器，其特征在于，所述套管的高度为反应器高度的1/2 4/5。
6.根据权利要求I所述的一种高效热交换反应器，其特征在于，所述内管(8)的顶端低于反应器内液面O. 5 5. O米。
7.根据权利要求6所述的一种高效热交换反应器，其特征在于，所述内管(8)的顶端低于反应器内液面O. 6 3. O米。
全文摘要
本发明公开了一种高效热交换反应器，包括反应器主体，反应器主体为设有上封头及下封头的圆柱体，反应器主体上设有进料口、出料口、导热介质进料口、导热介质出料口、气体进料口及气体出料口，其特征在于，反应器主体内设有至少一根套管，每根套管由相互嵌套的内管及外管组成，内管的两端从外管的两端露出；外管的两端封闭且分别与导热介质进料口、导热介质出料口连通；气体进料口与内管或排气管连通；当气体进料口与内管连通时，内管的底部封闭；当气体进料口与排气管连通时，从排气管中释放的气体将每根套管周围的浆液包围。浆液在反应器内不断循环流动，增强了热、质传递效率，换热效果良好，适用于强放热浆态床反应，及时移走反应热。
文档编号B01J8/22GK102962011SQ20121047349
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月20日 优先权日2012年11月20日
发明者邓国辉 申请人:迈瑞尔实验设备(上海)有限公司