专利名称：一种用于耐硫变换工艺的轴径向反应器结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及到化工设备领域，具体指一种用于耐硫变换工艺的轴径向反应器结构。
背景技术：
随着煤气化技术的日益发展，以及石油价格高居不下，使得以煤为源头的Cl化工在近几年中迅猛发展，并且规模日益增大。随着一大批炼油配套制氢装置、MTO以及煤制乙二醇等大型煤化工项目的上马，通过实际工程设计，发现变换单元在总投资额中比例在逐步增大，几乎等价于低温甲醇洗单元，甚至超过其投资。之所以出现这种现象，是由于规模的放大使得设备管道的投资大幅度的增长。其中变换炉就是增加最多的一块，因此能否设计出合理的变换炉就成了降低能耗以及减少投资的关键所在。当前，耐硫变换反应器大多采用固定床反应器，根据流体流动方式可分为轴向反应器、径向反应器和轴径向反应器。其中，轴向反应器，气体由顶部进入，自上而下轴向穿过催化剂床层，反应后的气体自下部出口离开反应器；径向反应器，气体由顶部进入，通过床层与反应器间的气体分布器进入催化剂，径向通过催化剂床层，最后通过内收集器出反应器；轴径向反应器，气体由顶部进入，主气流穿过收集器的孔壁进入床层，径向通过床层，另一部分仍按照轴向进入床层顶部，离开床层的变换气穿入内收集器的孔壁离开反应器。轴向变换炉由于其结构形式简单是在耐硫变换工艺中得以广泛的应用，但随着规模不断地扩大，其压降大、反应器直径大，设备材质要求高的缺点逐渐凸现出来；径向反应器通过增大流通面积，减少气流流通路径，很好的解决了压降、设备尺寸以及材质的问题，但是径向反应器中催化剂收缩易造成气流短路，必须在径向床上部留有一段不开孔区，也称催化剂封，这一块催化剂封不参与变换反应，这样就会导致催化剂和反应器有效容积的浪费。授权公告号为CN1141279C的中国发明专利所公开的《乙苯催化脱氢生产苯乙烯的方法》中提出了一种轴径向反应器，该轴径向反应器的径向反应段位于轴向反应段的下方，在内分布筒的轴向段壁上连接有一深入催化剂床层的环形凸缘，其中环形凸缘深入催化剂床层的顶部，与内分布筒圆周面的直线间距为5mm 催化剂床层厚度的50%,环形凸缘的下端点与内分布筒径向段和轴向段的交接处相连，内分布筒的轴向段部分不开小孔。该反应器仅是将轴向反应器和径向反应器简单地上下串接在一起，反应器中的催化剂分轴向和径向装填，轴向段顶部开孔，但是催化剂外框和中心管在轴向段不开孔，此种设计与径向反应器的形式基本一致，极其少量的流体会通过轴向顶部的通道进入催化剂床层，轴向效果不明显；另外催化剂外框直接与筒体下封头接触，整个反应器筒体的温度依然很高，不仅对设备材质要求高，而且对设备的加工精度要求高，同时其仍然存在不参与反应的催化剂封，整个反应器的 容积仍然不能得到充分的利用。
发明内容[0006]本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种能够充分利用反应器的内部容积且能够有效降低反应器筒壁温度的用于耐硫变换工艺的轴径向反应器结构。本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为:该用于耐硫变换工艺的轴径向反应器结构,包括:壳体，壳体的顶部设有气流入口，壳体的底部设有气流出口 ；其特征在于该反应器结构还包括:第一气体分布器，设置在所述壳体内，用于对进入壳体内的气流进行一次再分布，该第一气体分布器的入口连接所述的气流入口；第二气体分布器，设置在所述壳体内，用于对进入壳体内的气流进行二次再分布，以使气流均匀进入催化剂床层；该第二气体分布器包括筒状结构的外筒体和分别设置在外筒体上、下两端的罩网和底板，所述外筒体上设有气孔，所述底板的中部设有连接孔，并且该底板坐落在第一隔热层上；所述第一隔热层由填充在所述壳体底部的耐火球构成；所述外筒体与所述壳体的内壁之间间隔有间隙；气体收集器，套设在所述的外筒体内，用于收集反应后气流，包括内筒体和设置在该内筒体的上端口上的封盖，该内筒体的下端口穿过所述的连接孔连通所述的气流出口，所述内筒体设有进气孔；所述封盖与所述罩网之间间隔有间隙；格栅，径向设置在所述的壳体内，位于所述第二气体分布器的上方，所述格栅和所述罩网之间填充有由耐火球构成的第二隔热层。所述封盖与所述罩网之间的距离为所述内筒体与所述外筒体之间距离的0.5^2.0
倍。 上述各方案中，为了保证催化剂床层内各向反应的均匀性，所述气孔的大小及其在所述外筒体上的分布以控制气流以均匀的速度进入催化剂床层为宜，且该速度为2 20米/秒；所述进气孔的大小及其在所述内筒体上的分布以控制气流进入所述内筒体内的流速为 l(T30m/s。所述壳体包括筒状主体和设置在该筒状主体的上、下两端的上封头和下封头，所述筒状主体的长径比为1.(Γ5.0。壳体的长径比由催化剂的装填量、床层压降以及设备的重量综合考虑确定，长径比在该范围内除了能满足工艺要求以及压降的条件下，可使整个反应器的重量最轻。所述外筒体的内壁上、所述内筒体的外壁上均设有用于止挡催化剂的丝网。与现有技术相比，本实用新型所提供的轴径向反应器，流体可同时轴向和径向通过催化剂床层，通过调节罩网与封盖之间的距离，可有效提高催化剂的利用率，充分利用壳体内的空间，解决了纯径向反应器中出现的催化剂封不参与反应，造成催化剂和反应器有效容积的浪费的问题；同时第二气体分布器与壳体之间的间隙使得反应所产生的反应热不直接传递到壳体上，壳体为冷壁壳体，降低了壳体的设计温度，从而降低反应器对设备材质的要求，减少了设备重量，降低了投资；另一方面主气流通过气体收集器径向通过催化剂床层有效降低了反应压降，可通过增大长径比减小反应器的直径，降低承压壳体的壁厚，从而减少设备投资。
图1为本实用新型实施例装配结构的纵向剖视图；图2为本实用新型实施例中格栅的平面结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。如图1和图2所示，该用于耐硫变换工艺的轴径向反应器结构，包括:壳体I，壳体的顶部设有气流入口 11，壳体的底部设有气流出口 12 ;本实施例中的壳体包括筒状主体13和设置在该筒状主体的上、下两端的上封头14和下封头15，筒状主体的长径比为2。筒状主体的长径比可以根据需要而定，较好的，可以为1.(Γ5.0，该范围内在满足工艺及压降的条件下，可使整个反应器的重量最轻。下封头15内填充有耐火球，这些耐火球构成本实施例中的第一隔热层16。第一气体分布器2,设置在上封头的空间内，用于对进入壳体内的气流进行一次再分布，该第一气体分布器的入口连接所述的气流入口。第一气体分布器可以使用现有技术中的任意一种。第二气体 分布器3，设置在壳体的筒状主体13内，用于对进入壳体内的气流进行二次再分布，以使气流均匀进入催化剂床层；该第二气体分布器包括筒状结构的外筒体31上、下罩网32和底板33，其中，外筒体31上均有气孔，气孔的大小及其在外筒体上的分布以控制气流以2 20米/秒均匀的速度进入催化剂床层为宜，该结构能够保证催化剂床层内各向反应的均匀性。具体可根据工艺需要以及反应器内的压降计算而定。底板为平板状结构，其中部设有连接孔，用于气体收集器下端穿出。第二气体分布器的内表面敷设有金属丝网34，丝网开孔的大小依据催化剂颗粒大小而定，以止挡住催化剂颗粒不漏出且又不影响气流的流通为准。第二气体分布器3坐落在第一隔热层16上,并且第二气体分布器的外筒体31与壳体之间间隔有间隙35。间隙的存在使得壳体变为冷壁壳体，该设计能够有效的降低设备的材质要求，减少设备投资。间隙的大小可依据工艺需求而定。除了第一隔热层的支承外，壳体内还设有其它的支撑件用于第二气体分布器与壳体之间的定位。支撑件本身以及装配结构可使用现有技术中的任意一种。气体收集器4，套设在外筒体31内，用于收集反应后气流，包括内筒体41和设置在该内筒体的上端口上的封盖42，该内筒体的下端口穿过连接孔连通所述的气流出口 12，内筒体上均设有多个均匀分布的进气孔；封盖上不开孔。进气孔的大小及其在内筒体上的分布以控制气流以l(T30m/s的流速均匀进入内筒体内为宜，以保证反应生成的合成气能够及时移走。封盖与罩网之间间隔有间隙LI。内筒体41与外筒体31之间的距离为L2。本实施例中Ll=0.5L2。LI的大小可以在0.5^2.0倍L2之间选择，在这个范围内，一方面可使得气体通过催化剂封的平均停留时间与经过床层平均停留时间相等，从而令气体以相同的速度在径向和轴向方向上更均匀地进入催化剂床层；另一方面LI的存在避免了由于催化剂的沉降造成的气体短路问题，可使填充在反应器内的催化剂颗粒全部参与反应，充分利用了反应器的空间，在不改变反应器大小的情况下增加了反应能力。[0032]内筒体的直径、进气孔开孔大小、密度以及排布方式可依据工艺需求而定，以使工艺气能够均匀地进入内收集器中并以合适的流速出反应器为宜。气体收集器与第二气体分布器相对的外表面上敷设有金属丝网43，金属丝网的孔径依据催化剂颗粒大小而定，以止挡住催化剂颗粒使其不内漏为准。催化剂6填充在第二气体分布器和气体收集器之间的间隙中。格栅5,径向设置在壳体内，本实施例中的格栅位于罩网的上方且靠近上封头14和筒状主体13的交界位置。格栅5与壳体之间也具有环形的间隙，格栅和罩网之间填充有由耐火球构成的第二隔热层51。格栅的设计目的是为了与罩网之间形成填充耐火球的隔热层，但又不影响气流的轴向穿越。格栅5可以使用现有技术中的任意一种。该用于耐硫变换工艺的轴径向反应器的工作原理如下:上游来的气体，通过气流入口进入壳体I内，经过第一气体分布器均匀的分散于壳体中；由于格栅和第二隔热层的阻挡，主流体首先进入壳体与第二分布器之间的空隙内，然后通过第二气体分布器气孔径向进入催化剂床层；少量气体轴向通过格栅、第二隔热层轴向进入催化剂床层，在催化剂床层内反应后生成的气流穿过催化剂床层从进气孔进入气体收集器内经由气流出口出反应器。本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述问题，而提供一种新型的轴径向变换炉。·
权利要求1.一种用于耐硫变换工艺的轴径向反应器结构，包括: 壳体，壳体的顶部设有气流入口，壳体的底部设有气流出口 ； 其特征在于该反应器结构还包括: 第一气体分布器，设置在所述壳体内，用于对进入壳体内的气流进行一次再分布，该第一气体分布器的入口连接所述的气流入口； 第二气体分布器，设置在所述壳 体内，用于对进入壳体内的气流进行二次再分布，以使气流均匀进入催化剂床层；该第二气体分布器包括筒状结构的外筒体和分别设置在外筒体上、下两端的罩网和底板，所述外筒体上设有气孔，所述底板的中部设有连接孔，并且该底板坐落在第一隔热层上；所述第一隔热层由填充在所述壳体底部的耐火球构成；所述外筒体与所述壳体的内壁之间间隔有间隙； 气体收集器，套设在所述的外筒体内，用于收集反应后气流，包括内筒体和设置在该内筒体的上端口上的封盖，该内筒体的下端口穿过所述的连接孔连通所述的气流出口，所述内筒体上设有进气孔；所述封盖与所述罩网之间间隔有间隙； 格栅，径向设置在所述的壳体内，位于所述第二气体分布器的上方，所述格栅和所述罩网之间填充有由耐火球构成的第二隔热层。
2.根据权利要求1所述的用于耐硫变换工艺的轴径向反应器结构，其特征在于所述封盖与所述罩网之间的距离为所述内筒体与所述外筒体之间距离的0.5^2.0倍。
3.根据权利要求1或2所述的用于耐硫变换工艺的轴径向反应器结构，其特征在于所述气孔的大小及其在所述外筒体上的分布以控制气流以均匀的速度进入催化剂床层，且该速度为2 20米/秒；所述进气孔的大小及其在所述内筒体上的分布以控制气流进入所述内筒体内的流速为10 30米/秒。
4.根据权利要求3所述的用于耐硫变换工艺的轴径向反应器结构，其特征在于所述壳体包括筒状主体和设置在该筒状主体的上、下两端的上封头和下封头，所述筒状主体的长径比为1.0 5.0。
5.根据权利要求4所述的用于耐硫变换工艺的轴径向反应器结构，其特征在于所述外筒体的内壁上、所述内筒体的外壁上均设有用于止挡催化剂的丝网。
专利摘要本实用新型涉及到一种用于耐硫变换工艺的轴径向反应器结构，包括壳体，壳体的顶部设有气流入口，壳体的底部设有气流出口；其特征在于该反应器结构还包括第一气体分布器、用于对气流进行二次再分布后进入催化剂床层的第二气体分布器，第二气体分布器的外筒体与所述壳体的内壁之间间隔有间隙，和设置在第二气体分布器内的气体收集器；第二气体分布器的封盖与第一气体分布器的罩网之间间隔有间隙；第二气体分布器的上方还设有格栅，所述格栅和所述罩网之间填充有由耐火球构成的第二隔热层。与现有技术相比较，本实用新型所提供的反应器具有壳体壁温低、压降低、设备直径小、催化剂死区小、反应器空间利用率高、设备材质要求低、设备重量轻等特点。
文档编号B01J8/02GK203123947SQ201320071589
公开日2013年8月14日 申请日期2013年2月7日 优先权日2013年2月7日
发明者张骏驰, 杨俊岭, 胡力, 刘芹, 陆亚东 申请人:中石化宁波工程有限公司, 中石化宁波技术研究院有限公司, 中石化炼化工程(集团)股份有限公司