芳烃转化反应器的制作方法

本实用新型涉及芳烃转化技术领域，尤其是指一种芳烃转化反应器。

背景技术：

芳烃转化中二甲苯液相氧化是在催化剂作用下，芳烃被氧化为酸后迅速与醇反应生成酯，同时放出大量热的过程，其中需要有氧气(或空气)参与。因此均匀的气体分布、高效的换热、反应效率的提升、出口气液分离将作为反应器结构开发重点。现有的芳烃转化反应器是气体以鼓泡形式通过液体(浆液)层，以实现反应过程的反应器。目前国内大多数气体分布器主要通过单一入口经环形分布器进入床层，且反应器内常用的换热结构有C形环管、蛇形管和螺旋盘管等。

其中，现有技术芳烃转化反应器大多具有鼓泡不均匀、鼓泡较大导致反应效率较低以及换热不均匀等缺点。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种鼓泡均匀，且鼓泡较小从而有效提高反应效率的芳烃转化反应器。

为达到上述目的，本实用新型提供了一种芳烃转化反应器，其中，所述芳烃转化反应器包括壳体，所述壳体的内部由下至上顺次设有气体分布器、至少一组换热装置、碎泡组件和气液分离器，所述壳体的侧壁上开设有多个进气孔，所述进气孔连通所述气体分布器的内部与所述壳体的外部，所述壳体的侧壁上还开设有换热入口和换热出口，所述换热入口与所述换热出口分别与所述换热装置连通，且所述壳体的顶部开设有排气孔，所述排气孔与所述气液分离器连通，所述壳体的底部开设有能启闭的产物出口；

所述气体分布器包括多根进气主管，各所述进气主管均沿所述壳体的径向延伸设置，各所述进气主管均包括一个封闭端和一个开放端，所述开放端穿过多个所述进气孔中的一个伸出至所述壳体的外部，且所述封闭端延伸至所述壳体的径向截面的中心处，各所述进气主管的下方连通设有多个沿所述壳体的轴向向下延伸的竖直支管，每个所述进气主管下方的多根所述竖直支管沿所述壳体的径向间隔排列，各所述竖直支管的下端均连通设有一个弧形支管，且各所述弧形支管的底部表面开设有多个喷孔。

如上所述的芳烃转化反应器，其中，所述碎泡组件包括支撑架和多个碎泡环，所述支撑架固定在所述壳体的内壁上，且所述支撑架位于所述气体分布器的上方，多个所述碎泡环均匀分布于所述支撑架上。

如上所述的芳烃转化反应器，其中，所述碎泡环包括环形外框和位于所述环形外框内部的圆盘，所述圆盘与所述环形外框同心设置，所述圆盘与所述环形外框之间通过多个碎泡片连接，各所述碎泡片均沿所述圆盘的径向延伸设置，且多个所述碎泡片均匀分布于所述圆盘与所述环形外框之间，且所述圆盘上均匀分布设有通孔。

如上所述的芳烃转化反应器，其中，所述支撑架包括第一环、第二环和多个筋板，所述第一环通过所述筋板固定在所述壳体的内壁上，所述第二环位于所述第一环的内部，所述第一环与所述壳体的内壁之间均匀分布设有多个所述碎泡环，且所述第一环与所述第二环之间均匀分布设有多个碎泡环，各所述碎泡环均通过所述筋板与所述第一环、所述第二环和/或所述壳体的内壁连接，所述第一环和所述第二环上分别连接设有多个定位管，所述换热装置的下端能插入多个所述定位管中进行定位。

如上所述的芳烃转化反应器，其中，所述换热装置包括多组换热管束和集合管件，所述集合管件包括冷却水集合管、蒸汽集合管和两个封堵片，两个所述封堵片分别封闭所述蒸汽集合管的两端，所述冷却水集合管位于所述蒸汽集合管的内部，且所述蒸汽集合管与所述冷却水集合管同轴设置，所述冷却水集合管的两端分别与两所述封堵片密封连接，所述冷却水集合管与所述蒸汽集合管之间形成密闭的第一环腔，所述冷却水集合管的内部通过管道与所述换热入口连通，所述第一环腔通过管道与所述换热出口连通，所述换热管束与所述第一环腔和所述冷却水集合管的内部连通。

如上所述的芳烃转化反应器，其中，所述换热管束包括内管以及套设于所述内管外侧的外管，所述内管与所述外管同轴设置，所述内管与所述外管之间形成第二环腔，所述内管的上端顺次贯穿所述蒸汽集合管和所述冷却水集合管并与所述冷却水集合管的内部连通，所述内管的下端向下延伸至所述外管的下端处并与所述第二环腔连通，所述外管的下端通过封头密封，所述外管的上端贯穿所述蒸汽集合管伸入至所述第一环腔中，所述第一环腔与所述第二环腔连通。

如上所述的芳烃转化反应器，其中，所述换热管束还包括多根蒸发管，多根所述蒸发管均与所述外管平行，且多根所述蒸发管均匀分布于所述外管的周围，每根所述蒸发管的上端均贯穿所述外管的上端侧壁与所述第二环腔连通，且每根所述蒸发管的下端均贯穿所述外管的下端侧壁与所述第二环腔连通。

如上所述的芳烃转化反应器，其中，所述气液分离器包括内筒，所述内筒的上端与所述壳体的顶部内壁密封连接，所述内筒的下端能拆装地安装有底板，所述底板封闭所述内筒的下端，所述内筒的内部通过所述排气孔与所述壳体的外部连通，所述内筒的侧壁上开设有多个穿孔，且各所述穿孔上均覆设有丝网。

如上所述的芳烃转化反应器，其中，所述气液分离器还包括外筒，所述外筒套设在所述内筒的外侧，且所述内筒与所述外筒同轴设置，所述内筒与所述外筒之间形成第三环腔，所述外筒的上端与所述壳体的顶部内壁连接，所述外筒的内壁上设有多个第一挡板，沿着朝向靠近所述内筒的轴线的方向，各所述第一挡板均由上至下倾斜，所述内筒的外壁上设有多个第二挡板，沿着朝向远离所述内筒的轴线的方向，各所述第二挡板均由上至下倾斜。

如上所述的芳烃转化反应器，其中，所述内筒与所述外筒之间通过多根拉筋连接。

与现有技术相比，本实用新型的优点如下：

本实用新型提供的芳烃转化反应器，气体分布器通过多根进气主管、竖直支管以及弧形支管的设置，在壳体的底部形成有均匀分布的许多个喷孔，能够在壳体的底部均匀的向壳体内部鼓泡；同时通过设置碎泡组件能在多个气泡汇聚成大气泡时将大气泡打碎成小气泡，从而增大气体与反应物的接触面积，从而提高反应效率。

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：

图1是本实用新型提供的芳烃转化反应器的结构示意图；

图2是本实用新型提供的芳烃转化反应器的换热装置的结构示意图；

图3是沿图2中A-A剖面线的剖面结构示意图；

图4是本实用新型提供的芳烃转化反应器的换热装置的换热管束的结构示意图；

图5是本实用新型提供的芳烃转化反应器的气体分布器沿壳体轴向的剖面示意图；

图6是沿图5中B-B剖面线的剖面示意图；

图7是沿图6中C-C剖面线的剖面示意图；

图8是本实用新型提供的芳烃转化反应器的碎泡组件的结构示意图；

图9是本实用新型提供的芳烃转化反应器的碎泡组件的碎泡环的结构示意图；

图10是本实用新型提供的芳烃转化反应器的气液分离器的结构示意图。

附图标号说明：

1 壳体

2 气体分布器

21 进气主管

22 竖向支管

23 弧形支管

231 喷孔

3 换热装置

31 换热管束

311 内管

312 外管

313 第二环腔

314 蒸发管

32 集合管件

321 冷却水集合管

322 蒸汽集合管

323 第一环腔

33 丝堵

34 封头

4 碎泡组件

41 支撑架

411 第一环

412 第二环

413 筋板

414 定位管

42 碎泡环

421 环形外框

422 圆盘

423 碎泡片

5 气液分离器

51 内筒

511 底板

512 丝网

513 第二挡板

52 外筒

521 第一挡板

53 拉筋

54 第三环腔

具体实施方式

为了对本实用新型的技术方案、目的和效果有更清楚的理解，现结合附图说明本实用新型的具体实施方式。

如图1所示，本实用新型提供了一种芳烃转化反应器，其中，芳烃转化反应器包括(密闭的)壳体1，壳体1的内部由下至上顺次设有气体分布器2、至少一组换热装置3、碎泡组件4和气液分离器5，碎泡组件4是用于将壳体1内部较大的气泡打碎成小气泡，以增加气体与反应物的接触面积，提高反应效率。当换热装置3设置为多组时，多组换热装置3为上下间隔排列设置(图1中是设置有两组换热装置3，本领域技术人员可以根据实际需要选取换热装置3的组数，本实用新型并不以此为限)，壳体1的侧壁上(靠近壳体1的下端处)开设有多个进气孔，进气孔连通气体分布器2的内部与壳体1的外部，即气体分布器2的内部通过进气孔与壳体1的外部连通，壳体1外部的气体通过进气孔进入至气体分布器2的内部，并通过气体分布器2均匀鼓入壳体1的内部，为芳烃转化反应提供氧气，壳体1的侧壁上还开设有与换热装置3连通的换热入口和换热出口，换热介质通过换热入口进入换热装置3中吸收芳烃转换反应产生的热量，然后从换热出口排出，将芳烃转换反应产生的多余热量带走，以保证壳体1内的温度处于芳烃转化反应所需要的温度范围内，且壳体1的顶部开设有排气孔，排气孔与气液分离器5连通，芳烃转化反应后产生的气相在向上运动过程中会夹带一些细小的液滴，通过气液分离器5能将与气相混合在一起的液滴从气相中分离出来并留在壳体1的内部，而气相则会穿过排气孔排出至壳体1的外部，壳体1的底部开设有能启闭的产物出口，芳烃转化反应产生的液相产物从产物出口排出至壳体1的外部；

如图5～图7所示，气体分布器2包括多根进气主管21，各进气主管21均沿壳体1的径向延伸设置，各进气主管21的一端穿过多个进气孔中的一个伸出至壳体1的外部，壳体1外部的气体通过进气主管21的伸入至壳体1外部的一端进入至进气主管21的内部，进气主管21的外壁与进气孔之间焊接，防止壳体1内部的反应物通过进气孔泄漏，且各进气主管21的另一端延伸至壳体1的径向截面的中心处，即，各进气主管21均包括一个端部封闭的封闭端和一个端部贯通的开放端，开放端穿过多个进气孔中的一个伸出至壳体1的外部，且封闭端延伸至壳体1的径向截面的中心处；在壳体1的径向截面上，每两个相邻的进气主管21之间形成的夹角相同，即多个进气主管21均匀分布在壳体1的其中一个径向截面上；各进气主管21的下方连通设有多个沿壳体1的轴向向下延伸的竖直支管22，每个进气主管21中的气体无法从封闭端排出，只能均匀进入与其相连通的多个竖直支管22中，每个进气主管21下方的多根竖直支管22沿壳体1的径向间隔排列，各竖直支管22的下端均连通设有一个弧形支管23，使得各竖直支管22下端的弧形支管23沿着壳体1的径向间隔排列，连通于多个进气主管21的多个竖直支管22下端的弧形支管23在壳体1的内部围合形成了多个同心圆，且各弧形支管23的底部表面均匀开设有多个喷孔231，通过竖直支管22进入对应的弧形支管23中的气体均匀分布并沿着弧形支管23底部的多个喷孔231均匀喷出，即气体沿着围合形成多个同心圆的弧形支管23的底部均匀的向壳体1的内部喷气，使得床层鼓泡均匀，从而保证芳烃转化反应均匀进行。其中喷孔231的分布方式不仅限于图中所示，且喷孔231的直径为2mm～20mm，对于喷孔231的位置和尺寸，本领域技术人员可以根据具体的芳烃转化反应灵活选用，本实用新型并不以此为限。

作为优选，如图6所示，本实用新型提供的芳烃转化反应器中，进气主管21设有四根，每两根相邻的进气主管21之间的夹角均为90°，从图6可以看出气体分布器2被划分为四个区，能够保证基本的进气量。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要将进气主管21的根数设为其他数目，本实用新型并不以此为限。

本实用新型提供的芳烃转化反应器，能有效解决现有的反应器的分布器各喷嘴气量不均、床层鼓泡不均匀、反应不均匀、床层横截面上温度分布不均匀、不利于反应热的移出、大鼓泡较多、与床层反应物料接触面积小、反应效率较低、换热结构制造复杂、不利于反应器放大、必须采用强制循环换热，在极限停电工况下将彻底失去换热的动能，易造成飞温以及气相出口带液量大等技术问题，具有鼓泡更加均匀、反应效率更高、换热效果更好、床层温度梯度小、换热结构制造简单，易于放大且大大减少气相出口带液量等优点。

进一步地，如图8所示，本实用新型提供了一种芳烃转化反应器，其中，碎泡组件4包括支撑架41和多个碎泡环42，支撑架41固定在壳体1的内壁上，且支撑架41位于气体分布器2的上方，多个碎泡环42均匀分布于支撑架41上。从气体分布器2喷入液体中的气泡由下至上运动，到达碎泡环42时，对于一些较大尺寸的气泡，碎泡环42将其破碎，使其变成为多个小气泡，从而增大气泡与反应物的接触面积，提高反应效率。

更进一步地，如图8及图9所示，本实用新型提供了一种芳烃转化反应器，其中，碎泡环42包括环形外框421和位于环形外框421内部的圆盘422，圆盘422与环形外框421同心设置，圆盘422与环形外框421之间通过多个碎泡片423连接，各碎泡片423均沿圆盘422的径向延伸设置，且多个碎泡片423均匀分布于圆盘422与环形外框421之间，且圆盘422上均匀分布设有通孔。在本实用新型运行的过程中，由壳体1底部的气体分布器2进入床层的气泡在上升过程中会不断聚集为较大的气泡，而碎泡环42的作用，就是当大气泡穿过时将其打碎为小气泡，进而增大气体与床层物料的接触面积，提高反应效率。较大尺寸的气泡向上运动过程中碰触到碎泡片423时会破碎成多个小气泡，小气泡从每两个相邻的碎泡片423之间穿过或从圆盘422上的通孔穿过并继续向上运动，其中为提高破碎效果，可以将碎泡片423的边缘设为锯齿状，需要说明的是，对于碎泡环42的个数、碎泡环42的分布位置以及各碎泡环42的每两个相邻的碎泡片423之间供气泡穿过的尺寸可以根据实际所需反应速率灵活选用，本实用新型并不以此为限。

进一步地，如图8所示，本实用新型提供了一种芳烃转化反应器，其中，支撑架41包括第一环411、第二环412和多个筋板413，第一环411通过筋板413固定在壳体1的内壁上，第二环412位于第一环411的内部，第一环411与壳体1的内壁之间均匀分布设有多个碎泡环42，且第一环411与第二环412之间均匀分布设有多个碎泡环42，各碎泡环42均通过筋板413与第一环411、第二环412和/或壳体1的内壁连接，可以理解的是，第一环411与第二环412之间可以是通过分别连接于位于二者之间的碎泡环42连接而间接固定在一起，或者，第一环411和第二环412之间也可以直接设置多个筋板413至直接连接在一起，本实用新型并不以此为限；对应于换热装置3的下端，第一环411和第二环412上分别连接设有多个定位管414，换热装置3的下端能插入多个定位管414中进行定位，以保证换热装置3能始终与壳体1的轴线保持平行，约束换热装置3的水平位移，避免换热装置3振动而在壳体1的内部晃动并碰撞壳体1的内壁。

其中，请一并参见图3和图8，从图3和图8中可以看出，图3中各个换热管束31的外管312的位置分别对应于图8中各个定位管414的位置，在安装时，将各个换热管束31的外管312的下端插入至对应的各个定位管414中，以使各个换热管束31的轴线与壳体1的轴线保持平行，约束换热管束31的水平位移。

进一步地，如图2所示，本实用新型提供了一种芳烃转化反应器，其中，换热装置3包括多组换热管束31和集合管件32，集合管件32包括冷却水集合管321、蒸汽集合管322和两个封堵片，两个封堵片分别封闭蒸汽集合管322的两端，冷却水集合管321位于蒸汽集合管322的内部，且蒸汽集合管322与冷却水集合管321同轴设置，冷却水集合管321的两端分别与两封堵片密封连接，冷却水集合管321与蒸汽集合管322之间形成密闭的第一环腔323，即两个封堵片与冷却水集合管321、蒸汽集合管322之间形成了两个密闭的空间，其中一个是位于冷却水集合管321与蒸汽集合管322之间的第一环腔323，另一个是冷却水集合管321的内部，冷却水集合管321的内部通过管道与换热入口连通，第一环腔323通过管道与换热出口连通，换热管束31与第一环腔323和冷却水集合管321的内部连通。温度较低的换热介质从换热入口进入冷却水集合管321中，冷却水集合管321中的换热介质分别进入多组换热管束31中进行换热，换热后各组换热管束31中温度较高的换热介质均进入第一环腔323中，并通过换热出口从第一环腔323中排出，完成一次换热。

更进一步地，如图3及图4所示，本实用新型提供了一种芳烃转化反应器，其中，换热管束31包括内管311以及套设于内管311外侧的外管312，内管311与外管312同轴设置，内管311与外管312之间形成第二环腔313，内管311的上端顺次贯穿蒸汽集合管322和冷却水集合管321并与冷却水集合管321的内部连通，即可以理解为，内管311的上端贯穿第一环腔323后伸入至冷却水集合管321的内部并与冷却水集合管321的内部连通，内管311不与第一环腔323连通，内管311的下端向下延伸至外管312的下端处并与第二环腔313连通，即内管311的下端与外管312的下端不连接，使内管311的下端与外管312的下端之间具有一定间隙，且内管311的内部通过该间隙与第二环腔313连通，外管312的下端通过封头34密封，外管312的上端贯穿蒸汽集合管322并与伸入至蒸汽集合管322的内部(即伸入第一环腔323中)，第一环腔323与第二环腔313连通。如此设置，温度较低的换热介质从冷却水集合管321中进入内管311中，并沿内管311的上端向下运动至内管311的下端，在内管311的内部，温度较低的换热介质进行初步换热，在抵达封头34后折返，通过内管311的下端与外管312的下端之间的间隙进入第二环腔313中，然后随着进入的换热介质逐渐增多，第二环腔313中换热介质的液面逐渐升高并进入第一环腔323，最后换热后温度较高的换热介质通过换热出口排出至第一环腔323的外部，完成整个换热过程。

其中，为保证在本实用新型芳烃转化反应器的截面换热均匀，最大限度减小温度梯度，各组换热管束31在本实用新型芳烃转化反应器的径向截面排布如图7所示，使得各管束均匀分布在壳体1的内部，从而保证本实用新型的芳烃转化反应器能均匀换热。对于上述的换热装置3的各换热管束31的排布方式以及换热管束31的结构形式均为本实用新型较佳实施例，需要说明的是，换热装置3中各换热管束31的排布方式可以根据实际需要灵活排放，同时换热管束31也可以具有其他结构，只要能起到本实用新型有效提高换热效率的作用即可，本实用新型并不以此为限。

作为优选，如图2～图4所示，本实用新型提供了一种芳烃转化反应器，其中，换热管束31还包括多根蒸发管314，多根蒸发管314均与外管312平行，且多根蒸发管314均匀分布于外管312的周围，每根蒸发管314的上端均贯穿外管312的上端侧壁与第二环腔313连通，且每根蒸发管314的下端均贯穿外管312的下端侧壁与第二环腔313连通。在换热介质进入第二环腔313的同时，根据连通器的原理，换热介质同时进入与第二环腔313连通的各个蒸发管314中，且各个蒸发管314中的液面与第二环腔313内的液面始终保持平齐，在第二环腔313内的换热介质与反应物进行换热的同时，蒸发管314的换热介质也与反应物进行换热，因此，通过设置蒸发管314能有效增大换热介质与反应物的换热面积，有效提高换热效率。

作为优选，如图4所示，本实用新型提供的芳烃转化反应器中，由于换热管束31是竖直放置，在本实用新型运行的过程中，换热介质内的杂质容易在封头34内堆积造成气象空间的减少，因此，本实用新型在外管312的底部设置丝堵33，方便对其进行检修及清理。

进一步地，如图10所示，本实用新型提供了一种芳烃转化反应器，其中，气液分离器5包括内筒51，内筒51的上端与壳体1的顶部内壁密封连接，内筒51的下端能拆装地安装有底板511，底板511封闭内筒51的下端，内筒51的内部通过排气孔与壳体1的外部连通，内筒51的侧壁上开设有多个穿孔，且各穿孔上均覆设有丝网512。反应产生的气相穿过丝网512后进入内筒51的内部，并从排气孔排出，其中，在气相穿过丝网512的过程中，气相中夹带的液滴会在丝网512被聚集成液流并流回至壳体1内的反应物中，从而减少气相排出时夹带的液体，有效去除气相产物的含水率，为下游脱水作业减小压力，节约成本。

更进一步地，如图10所示，本实用新型提供了一种芳烃转化反应器，其中，气液分离器5还包括外筒52，外筒52套设在内筒51的外侧，且内筒51与外筒52同轴设置，内筒51与外筒52之间形成下端开口的第三环腔54，外筒52的上端与壳体1的顶部内壁连接，外筒52的内壁上设有多个第一挡板521，沿着朝向靠近内筒51的轴线的方向，各第一挡板521均由上至下倾斜，内筒51的外壁上设有多个第二挡板513，沿着朝向远离内筒51的轴线的方向，各第二挡板513均由上至下倾斜。第一挡板521和第二挡板513的设置相当于在第三环腔54中形成了蛇形的气相通道，气相在该通道中运动时，遇到多个第一挡板521和第二挡板513后，气相中夹带的一部分液滴会沿着第一挡板521和第二挡板513的坡度留下来，而气相中夹带的另一部分液滴则会在丝网512处聚集并形成液流向下流回至反应物中。

作为优选，如图10所示，本实用新型提供了一种芳烃转化反应器，其中，内筒51与外筒52之间通过多根拉筋53连接。通过设置拉筋53保证内筒51与外筒52始终处于同心状态，以保证气相能够均匀快速的排出至壳体1的外部。

本实用新型提供的芳烃转化反应器在使用时，气体由进气主管21均匀进入壳体1内部，自下向上鼓泡参与反应，气泡在上升过程中经过碎泡组件4后会被打碎为小气泡，以增加气泡与反应物的接触面积，随着反应的进行床层温度逐渐升高，温度较低的换热介质(通常为冷却水)由换热入口进入换热装置3，经蒸发管314和第二环腔313换热后(冷却水变为蒸汽)由换热出口排出至换热装置3外部，带走反应热量，而反应器内生成的液相产物从壳体1底部的产物出口排出，气相产物将夹带着液体进入壳体1顶部的气液分离器5，分离液体后气相产物由壳体1顶部的排气口排出去往下游。

与现有技术相比，本实用新型的优点如下：

1、本实用新型提供的芳烃转化反应器，气体分布器通过多根进气主管、竖直支管以及弧形支管的设置，在壳体的底部形成有均匀分布的许多个喷孔，能够在壳体的底部均匀的向壳体内部鼓泡，使芳烃、催化剂及氧气充分反应，提高产品收益率。

2、本实用新型提供的芳烃转化反应器，通过设置碎泡组件能在多个气泡汇聚成大气泡时将大气泡打碎成小气泡，从而增大气体与反应物的接触面积，从而提高反应效率。

3、本实用新型提供的芳烃转化反应器，能高效移出反应热，通过均匀布置的换热管束，在移出反应的热量外，副产的蒸汽也可用作汽轮机发电。

4、本实用新型提供的芳烃转化反应器，通过顶部气液分离器，有效去除气相产物的含水率，为下游脱水减小压力，节约成本。

综上所述，采用此结构的新型芳烃转化一体式反应器，较其他反应器有较明显的经济性。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。