一种相变吸热的控温反应器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种相变吸热的控温反应器，包括承压壳体和设置于承压壳体内的催化剂框和移热管束；所述移热管束包括进水管、出水管、下环管、多个换热水管、上环管、水支管、集汽包；所述进水管连通下环管，下环管设置于承压壳体的底部，上环管位于下环管之上，多个换热水管依次并联在上环管和下环管之间，水支管分别连通集汽包和上环管，出水管和集汽包相连通，多个换热水管位于催化剂框内。催化剂框、移热管束与承压壳体分离，便于检修、催化剂自卸、催化剂装填；将移热水管埋在催化剂床层内部能够将催化剂床层内部反应热及时移走，避免原有变换、合成及加氢催化剂被烧结现象发生。
【专利说明】-种相变吸热的控温反应器
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种固定床催化反应器，尤其涉及的是一种相变吸热的控温反应器。
【背景技术】
[0002] C0变换反应后器作为化工行业的一种广泛应用反应器，其间，人们对变换反应器 进行了多次的改进，由原来全轴向改为全径向，在催化剂床层阻力方面取得很好效果，但催 化剂床层仍为绝热反应，催化剂床层分为若干床层，每床层之间采取间接换热或用水冷激。 该种间接换热回收变换系统热能品位低，回收显热和潜热效率低、催化剂易超温、同时变换 还拌有甲焼化等副反应等缺陷。
[0003] 煤制己二醇的撰基化合成反应器，目前采用425X2的管内装填催化剂，管外用水 移热，一台列管反应器由数千个全轴向*21圆柱形催化剂床层组成，气体分布不均匀、畐U 反应物多、催化剂床层阻力大、热应力大、设备泄漏、一套20万吨/年的己二醇装置的撰基 化合成反应器需要6台管壳反应器并联运行，工程投资大等缺陷。
[0004] 煤制己二醇的醋化加氨反应器，目前采用43細2的管内装填催化剂，管外用水移 热，一台列管反应器由数千个全轴向*34圆柱形催化剂床层组成，气体分布不均匀、副反 应物多、催化剂床层阻力大、热应力大、设备泄漏、工程投资大等缺陷。
[0005] 煤制天然气的反应采用；n个绝热床层和n个废过热锅炉的移热方式，而且需要增 加反应物水蒸气来抑制第一、第二绝热床层反应，同时配置循环气，否则出现第一、第二绝 热床层飞温现象，运行能耗高、装置投资大、系统阻力大等缺陷。
[0006] 煤制油、煤制石蜡的费巧合成反应还没有在运行的大型化装置，部分在运行的小 型费巧合成装置反应器也为列管式反应器，Fe (或Co)系催化剂装填在4 76X4管内，仍然存 在气体分布不均匀、超温、积碳、长碳链焼姪收率低、阻力大、设备泄漏、难W大型化等缺陷。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种相变吸热的控温反应器，通 过换热管内水转化为蒸汽发生相变吸热及时移走催化剂床层内反应热量。
[0008] 本发明是通过W下技术方案实现的，本发明包括承压壳体和设置于承压壳体内的 催化剂框和移热管束；所述移热管束包括进水管、出水管、下环管、多个换热水管、上环管、 水支管、集汽包；所述进水管连通下环管，下环管设置于承压壳体的底部，上环管位于下环 管之上，多个换热水管依次并联在上环管和下环管之间，水支管分别连通集汽包和上环管， 出水管和集汽包相连通，多个换热水管位于催化剂框内。
[0009] 所述换热水管为曲线型，换热水管的一端连通下环管，另一端连通上环管。曲线型 能够更为有效的提高换热效率。
[0010] 所述承压壳体包括上封头、下封头和筒体，所述上封头和筒体通过法兰相连，下封 头和筒体一体成型，上封头上开设用于进气的进气口和用于连接出水管的出水口，下封头 上开设用于催化剂卸料的自卸口、用于出气的出气口和用于连接进水管的进水口。
[0011] 所述催化剂框包括密封板、支撑座、气体分布器和集气筒，所述密封板设置于气体 分布器的顶部形成框架结构，气体分布器的底部和支撑座密封连接，支撑座支承下环管，出 水管穿过密封板连接到对应的出水口，集气筒沿气体分布器的径向设置在气体分布器的中 央，集气筒的底部连接出气口，气体分布器和筒体沿径向的间隙形成气体分布室，换热水管 位于气体分布器内，气体分布器内装填催化剂。
[0012] 所述出水口和出水管的连接处设有第一密封组件，密封板和出水管的连接处设有 第二密封组件，出气口和集气筒的连接处设有第H密封组件。
[0013] 所述气体分布器和集气筒沿径向均匀开设多个通气孔，能够有效的均匀分布气 体。
[0014] 本发明适用于C0变换反应、撰化合成反应、醋化加氨反应、甲焼化反应、甲醇合成 反应、费巧合成反应等反应器。
[0015] 本发明针对C0变换反应反应器存在问题和不足，W及现在高水/气、高C0水煤气 变换的需求，开发出水移热的径向恒温变换反应器，利用换热水管内水转化为蒸汽发生相 变吸热的原理，将〇)+&0 - H2+CO2+Q%变换反应放出热量及时移出催化剂床层，确保催化剂 床层温度《38(TC，并副产0. 8?9. 0M化的饱和蒸汽，利于催化剂自卸和便于移热水管束部 分的维修。有效解决了现有变换反应器回收热能品位低、回收热能效率低、催化剂易超温、 甲焼化副反应、催化剂难自卸及工程投资大缺陷。
[0016] 本发明针对装填Pd/Al2化系催化剂、己二醇的撰基化列管式合成反应器存在问题 和不足，开发出水移热的径向恒温撰基化合反应器，利用换热水管内水转化为蒸汽发生相 变吸热的原理，将CO+C&ONO -（〇)0邸3)2+側+9^^^反应放出热量及时移出催化剂床层，确保 催化剂床层温度《14(TC，并副产0. 2?0. 3MPa的饱和蒸汽，催化剂床层采用全径向结构。 有效解决了现有撰基化合成反应器催化剂易超温、副反应大、床层阻力大、难W大型化、催 化剂难自卸及工程投资大缺陷。
[0017] 本发明针对装填化系催化剂、己二醇的醋化加氨列管式合成反应器存在问题和 不足，开发出水移热的径向恒温加氨反应器，利用换热水管内水转化为蒸汽发生相变吸热 的原理将C&ONO加&反应（轴2+(〇)0邸3)2 -（0肥&〇 H20H)2+2CH30H+Q放）放出热量及时移 出催化剂床层，确保催化剂床层温度《25(TC，并副产1. 8?3. 2M化的饱和蒸汽，催化剂床 层采用全径向结构。有效解决了现有醋化加氨反应器催化剂易超温、副反应大、床层阻力 大、难W大型化、催化剂难自卸及工程投资大缺陷。
[0018] 本发明针对在320?42CTC使用温度的Ni系催化剂，开发出水移热的径向恒温甲 焼合成反应器，利用换热水管内水转化为蒸汽发生相变吸热的原理，将C0与的甲焼化反 应（C0+H2 - CH4+H2O+Q%)放出热量及时移出催化剂床层，确保催化剂床层温度《42(TC，并 副产3. 8?12. OMPa的饱和蒸汽，催化剂床层采用全径向结构。有效解决了现有甲焼合成 反应器催化剂易超温、床层阻力大、运行能耗高、装置投资大、系统阻力大等缺陷。
[0019] 本发明针对装填化（或Co)系催化剂的费巧列管式合成反应器存在问题和不足， 开发出水移热的径向恒温费巧合成反应器，利用换热水管内水转化为蒸汽发生相变吸热的 原理，将C0与馬的费巧合成反应（nC0+〇n+l)H2 - C"H 2"+2+nH2〇+Qj^t)放出热量及时移出 催化剂床层，确保Co催化剂床层温度《24(TC，并副产1. 8?2. 8M化的饱和蒸汽；化催化 剂床层温度《26(TC，并副产1. 6?3. 8M化的饱和蒸汽，催化剂床层采用全径向结构。有效 解决了现有费巧合成反应器存在的缺陷。
[0020] 本发明的工作原理如下：
[0021] 气体自进气管进入上封头内部，然后进入气体分布室，通过气体分布器均匀径向 进入催化剂框，在有Co-Mo (或pd/Al2〇3、或化、或Ni、或化-Zn、或化（或Co))系催化剂催 在条件下完成变换、合成、加氨等放热反应，反应后的气体通过集气筒由出气口排出相变吸 热的控温反应器。变换、合成或加氨等放热反应放出的热量由埋在催化剂框内部的换热水 管内水转化为蒸汽及时移走催化剂床层内反应热量，并副产不同压力下的饱和蒸汽。
[0022] 不饱和水由进水管进入下环管，由下环管分配到换热水管，不饱和水在换热水管 内自下而上流动，并在换热水管内部完成对催化剂床热量的吸收，发生水转化为蒸汽的相 变，并成为过饱和水，然后进入水支管、集汽包、出水管，到相变的控温反应器外围的汽包内 闪蒸出饱和蒸汽。
[0023] 本发明相比现有技术具有W下优点：
[0024] (1)本发明的催化剂框、移热管束与承压壳体分离，便于检修、催化剂自卸、催化剂 装填；
[00巧](2)将移热水管埋在催化剂床层内部能够将催化剂床层内部反应热及时移走，避 免原有变换、合成及加氨催化剂被烧结现象发生，有效解决了现有变换、合成及加氨等催化 剂使用寿命短、易超温、副反应物多、床层温不易控制、开车时间长、难W大型化、运行能耗 高、工程投资大等缺陷；
[0026] (3)催化剂床层的温度通过副产蒸汽压力来调节，确保调节方面灵活、易控制；同 时也确保开车时，采取向水循环系统添加蒸汽，迅速将可控移热反应器温升起来，W缩短 开车时间；
[0027] (4)水路采取自然循环，突然停车时，可控移热反应器内部残余部分的反应物继续 反应，水路也仍然保持循环，并将催化剂床层内部热量移出，确保在突然停车状态可控移热 反应器的床层温度也不会超，有效保护催化剂使用寿命；
[0028] (5)可控移热反应器的气体分布器和集气筒实现内外的双项补偿，使径向气体分 布误差《5. 0%，确保气体分布均匀；可控移热反应器床层整体阻力《0. OlMPa ;
[0029] (6)采用全径向催化剂床层，易于装置大型化，不仅解决运输难题，同时降低工程 投资。
【专利附图】
【附图说明】
[0030] 图1是本发明的结构示意图。
【具体实施方式】
[0031] 下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在W本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。
[0032] 如图1所示，本实施例包括承压壳体1和设置于承压壳体1内的催化剂框2和移 热管束3 ;所述移热管束3包括进水管31、出水管32、下环管33、多个换热水管34、上环管 35、水支管36、集汽包37 ;所述进水管31连通下环管33,下环管33设置于承压壳体1的底 部，上环管35位于下环管33之上，多个换热水管34依次并联在上环管35和下环管33之 间，水支管36分别连通集汽包37和上环管35,出水管32和集汽包37相连通，多个换热水 管34位于催化剂框2内。
[0033] 本实施例的换热水管34为曲线型，换热水管34的一端连通下环管33,另一端连通 上环管35。曲线型能够更为有效的提高换热效率。
[0034] 承压壳体1包括上封头11、下封头12和筒体13,所述上封头11和筒体13通过法 兰14相连，下封头12和筒体13 -体成型，上封头11上开设用于进气的进气口 15和用于 连接出水管32的出水口 16,下封头12上开设用于催化剂卸料的自卸口 17、用于出气的出 气口 18和用于连接进水管31的进水口 19。
[00巧]催化剂框2包括密封板21、支撑座22、气体分布器23和集气筒24,所述密封板21 设置于气体分布器23的顶部形成框架结构，气体分布器23的底部和支撑座22密封连接， 支撑座22支承下环管33,出水管32穿过密封板21连接到对应的出水口 16,集气筒24沿 气体分布器23的径向设置在气体分布器23的中央，集气筒24的底部连接出气口 18,气体 分布器23和筒体13沿径向的间隙形成气体分布室25,换热水管34位于气体分布器23内， 气体分布器23内装填催化剂。
[0036] 出水口 16和出水管32的连接处设有第一密封组件4,密封板21和出水管32的连 接处设有第二密封组件5,出气口 18和集气筒24的连接处设有第H密封组件6。
[0037] 气体分布器23和集气筒24沿径向均匀开设多个通气孔，能够有效的均匀分布气 体。
[0038] 图中空也箭头为水流方向，实也箭头为气体流向。
[0039] 将本实施例的反应器应用到22万吨/年合成氨装置高水/气比装置：
[0040] 1、设计条件及要求：
[0041] 水煤气压为： 3. 718Mpa 水煤气温度： 208. 8 °C 变化系统出口 CO含量： 《1. 0% 水/气比： 0.9531
[0042] 水煤气气体成分：
[0043]
【权利要求】
1. 一种相变吸热的控温反应器，其特征在于，包括承压壳体（1)和设置于承压壳体（1) 内的催化剂框（2)和移热管束（3);所述移热管束（3)包括进水管（31)、出水管（32)、下环 管（33)、多个换热水管（34)、上环管（35)、水支管（36)、集汽包（37);所述进水管（31)连 通下环管（33)，下环管（33)设置于承压壳体（1)的底部，上环管（35)位于下环管（33)之 上，多个换热水管（34)依次并联在上环管（35)和下环管（33)之间，水支管（36)分别连通 集汽包（37)和上环管（35)，出水管（32)和集汽包（37)相连通，多个换热水管（34)位于催 化剂框⑵内。
2. 根据权利要求1所述的一种相变吸热的控温反应器，其特征在于，所述换热水管 (34)为曲线型，换热水管（34)的一端连通下环管（33)，另一端连通上环管（35)。
3. 根据权利要求1所述的一种相变吸热的控温反应器，其特征在于，所述承压壳体（1) 包括上封头（11)、下封头（12)和筒体，所述上封头（11)和筒体通过法兰（14)相连，下封头 (12)和筒体一体成型，上封头（11)上开设用于进气的进气口（15)和用于连接出水管（32) 的出水口（16)，下封头（12)上开设用于催化剂卸料的自卸口（17)、用于出气的出气口（18) 和用于连接进水管（31)的进水口（19)。
4. 根据权利要求3所述的一种相变吸热的控温反应器，其特征在于，所述催化剂框（2) 包括密封板（21)、支撑座（22)、气体分布器（23)和集气筒（24)，所述密封板（21)设置于气 体分布器（23)的顶部形成框架结构，气体分布器（23)的底部和支撑座（22)密封连接，支 撑座（22)支承下环管（33)，出水管（32)穿过密封板（21)连接到对应的出水口（16)，集气 筒（24)沿气体分布器（23)的径向设置在气体分布器（23)的中央，集气筒（24)的底部连 接出气口（18)，气体分布器（23)和筒体沿径向的间隙形成气体分布室（25)，换热水管（34) 位于气体分布器（23)内，气体分布器（23)内装填催化剂。
5. 根据权利要求4所述的一种相变吸热的控温反应器，其特征在于，所述出水口（16) 和出水管（32)的连接处设有第一密封组件（4)，密封板（21)和出水管（32)的连接处设有 第二密封组件（5)，出气口（18)和集气筒（24)的连接处设有第三密封组件（6)。
6. 根据权利要求4所述的一种相变吸热的控温反应器，其特征在于，所述气体分布器 (23)和集气筒（24)沿径向均匀开设多个通气孔。
【文档编号】B01J8/02GK104437266SQ201410662869
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月18日 优先权日:2014年11月18日
【发明者】王庆新, 王揽月 申请人:安徽新月化工设备有限公司