一种轴径向反应器的制作方法

本发明涉及煤化工合成装置的技术领域，具体涉及一种轴径向反应器。

背景技术

目前，在煤化工领域合成装置中反应器设备，包括甲醇合成塔，乙二醇合成塔等，一般采用轴向固定管板式反应设备，合成气从管程进口进入反应器内，在反应管中催化剂作用下进行合成反应，反应热通过壳程水带走。如图7所示为传统的轴向固定管板式反应器，管程介质为反应气，壳程介质为水。催化剂装填在换热管内，利用壳程的水，吸收反应热，从而起到稳定反应温度，实现利用反应热副产蒸汽的目的。上述传统的反应器结构，存在以下缺陷：（1）由于管、壳程的温度有差异，管程（换热管）和壳程（壳程筒体）之间的热膨胀量不一致，为了控制热膨胀量差，导致该反应器的换热管长度一般不超7000mm，换热管长度限制了催化剂的装填量，进而限制了单台反应器的产能；（2）由于管、壳程介质的特性，以及催化剂对材质要求，一般情况下壳程选择碳钢材料即可，管程（换热管）需要选择不锈钢以上级别的材料。即使控制了换热管的长度，由于普通奥氏体不锈钢和碳钢之间线膨胀系数差别较大，热膨胀仍然不能满足要求，换热管需要选择材料等级更高的双相不锈钢，导致反应器的造价因为采用了特殊的双相不锈钢大幅度增加；（3）由于催化剂装填在换热管内部，换热管直径一般较小，大都为44mm或者38mm。整台反应器装填量同时受到换热管直径和换热管长度的限制，制约了催化剂的装填量，进而限制了单台反应器的产能；（4）由于结构的原因，传统反应器合成气沿轴向通过催化剂床层，床层厚度较厚，工艺侧压降较大，导致能量损失较大。

技术实现要素：

本发明目的是为了改进已有技术的缺点，提供一种轴径向反应器，能解决传统反应器催化剂装填量小，压降大，反应管材质等级高的问题。

一种轴径向反应器，所述轴径向反应器由上至下依次包括上封头3、筒体11、反应机构、下封头20和裙座22；所述上封头3的顶端开设有进气口1，进气口1的两侧对称设有进水口2，与进水口2相邻上封头3的两侧设有出水口4；所述上封头3内设有旋风分布器5，所述旋风分布器5的进气端和进气口1连通；所述筒体11内由上至下依次设有水收集箱、上瓷球层10、催化剂床层12和支撑瓷球层18；所述水收集箱、上瓷球层10、催化剂床层12和支撑瓷球层18构成反应机构；上瓷球层10、支撑瓷球层18和下封头20内分别装填瓷球，下封头20内装填的瓷球粒径大于支撑瓷球层18内装填的瓷球粒径；

所述水收集箱包括上部的进水收集箱6和下部的出水收集箱8，所述进水收集箱6的底板为上管板7，所述出水收集箱8的底板为下管板9，进水收集箱6通过管道连通至进水口2，出水收集箱8通过管道连通至出水口4；所述进水收集箱6和上封头3之间轴向形成第一进风腔，所述出水收集箱8和上瓷球层10之间轴向形成第二进风腔；所述筒体11内同轴设有上端封闭的中心管14，所述中心管14由上至下依次贯穿于上瓷球层10、催化剂床层12、支撑瓷球层18和下封头20，且和下封头20底端开设的出气口24连通；对应于催化剂床层12的中心管14侧壁上均布设有中心管孔；

所述催化剂床层12包括轴向设置的若干根换热管和侧壁分布器13，所述换热管由同轴设置的外管17和内管16组成，每根换热管的内管16底端和外管17底端设有间距，所述若干根换热管中心对称均布于中心管14的四周形成圆柱状管群；沿若干根换热管的管身等间距设有2块以上水平的支撑板171，所述外管17的下端延伸至支撑瓷球层18内，所述外管17的上端延伸至出水收集箱8内，且外管17的上端管口固设在下管板9上，且相邻外管17之间的间隙内装填催化剂；所述内管16的上端延伸至进水收集箱6内，且内管16的上端管口固设在上管板7上；

所述侧壁分布器13为套管状，同轴套设于若干根换热管形成的管群上，所述侧壁分布器13的上端通过连接板131固连于筒体11内壁上，下端通过环板132固连于筒体11内壁上，且所述侧壁分布器13与筒体11内壁之间轴向形成第三进风腔，所述侧壁分布器13上均布设有侧壁孔；工作时，合成气从进气口1进入反应器内，经旋风分布器5形成一次均匀分布，之后经第一进风腔、第二进风腔、第三进风腔和侧壁分布器13形成二次均匀分布，使得径向穿入催化剂床层12内的合成气和催化剂充分接触反应，反应后的气体进入中心管14内从出气口24排出反应器；同时水从进水口2进入到进水收集箱6内，然后进入内管16，再从间距进入内管16和外管17之间的环隙空间，最后经出水收集箱8从出水口4排出，水经过内管16和外管17之间的环隙空间时吸收反应热，从而副产蒸汽。

进一步的，所述中心管孔的总面积和侧壁孔的总面积相等，且为侧壁分布器13和筒体11内壁形成的圆环面积的2~2.5倍；所述中心管孔和侧壁孔的孔径均为催化剂粒径的0.5~0.8倍。

进一步的，所述第一进气腔高度为2500~3000mm，所述第二进气腔高度为1500~2000mm；；所述第三进气腔高度为200mm以上，且满足侧壁分布器13和筒体11内壁形成的圆环面积为进气口1横截面积的2倍。

进一步的，所述内管16直径为16~44mm，所述外管17直径为32~57mm，所述中心管14直径为800~1500mm。

进一步的，所述上瓷球层10的高度为100~200mm。

进一步的，所述支撑瓷球层18高度为200~300mm。

进一步的，所述中心管14的下端配适设有中心管底座23。

进一步的，所述外管17的下端延伸至支撑瓷球层18内，且延伸深度为100mm。

进一步的，所述下封头20的底部径向对称设有催化剂卸料口21。

进一步的，所述内管16的外壁上沿管身等间距设有2组以上三角支撑，每组三角支撑包括三个沿内管16径向布置的支撑板161。

本发明的有益技术效果包括：

1、本发明的新型轴径向反应器反应器，换热管由两端固定管板式优化为其一端固定，另一端可自由膨胀式的内管套设于外管内的换热管；催化剂由装填在管程内（换热管内）优化为装填在壳程内（换热管外），实现管程走水，壳程内装填催化剂；横截面的催化剂装填量较传统方式能够增加30%以上，而且实现换热管可自由膨胀，解决了换热管和壳程筒体之间膨胀量差的问题，从而解决了换热管需要采用材料等级较高的双相不锈钢的问题，换热管只需要采用普通的不锈钢，能够降低设备造价30%以上；同时换热管的长度不再是影响催化剂装填量的制约因素，换热管长度可以从7000mm增加至12500mm；从换热管长度考虑，对比传统的反应器，催化装填量可提高50%以上，能够大幅度提高单台反应器的产能。

2、本发明改变传统反应器合成气沿轴向通过催化剂床层，床层厚度较厚，工艺侧压降较大，导致能量损失大，本发明反应气沿径向通过催化剂床层，大大降低了合成气通过反应床层的厚度，能够减少工艺侧压降50%以上。

3、合成气通过旋风分布器，旋风分布器把合成气一次均匀分布到反应器的内部，之后经第一进风腔、第二进风腔、第三进风腔和侧壁分布器形成二次均匀分布，使得径向穿入催化剂床层内的合成气和催化剂充分接触，反应的更充分，增加反应效率，同时内管和外管环隙中的锅炉给水带走合成反应产生的反应热，从而起到稳定反应温度，实现利用反应热副产蒸汽的目的。

附图说明

图1为本发明新型轴径向反应器的结构示意图。

图2为新型轴径向反应器的a-a剖视图。

图3为新型轴径向反应器的b-b剖视图。

图4为单根换热管的局部结构示意图。

图5为结构ⅰ的局部放大图。

图6为内管支撑的结构示意图。

图7为轴向固定管板式反应器。

其中：1-进气口；11-筒体；2-进水口；3-上封头；4-出水口；5-旋风分布器；6-进水收集箱；7-上管板；8-出水收集箱；9-下管板；10-上瓷球层；11-筒体；12-催化剂床层；13-侧壁分布器；131-连接板；132-环板；14-中心管，16-内管；161-支撑板；17外管；171-支撑板；18-支撑瓷球层；20-下封头；21-催化剂卸料口；22-裙座；23-中心管底座；24-出气口。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1~6及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种轴径向反应器，反应器直径为4000mm，所述轴径向反应器由上至下依次包括上封头3、筒体11、下封头20和裙座22；所述上封头3的顶端开设有进气口1，进气口1的两侧对称设有进水口2，与进水口2相邻上封头3的两侧设有出水口4；所述上封头3内设有旋风分布器5，所述旋风分布器5进风端和进气口1连通；所述筒体11内由上至下依次设有水收集箱、上瓷球层10、催化剂床层12和支撑瓷球层18；所述水收集箱、上瓷球层10、催化剂床层12和支撑瓷球层18构成反应机构；上瓷球层10、支撑瓷球层18和下封头20内分别装填瓷球，下封头20内装填的瓷球粒径大于支撑瓷球层18内装填的瓷球粒径；

所述水收集箱包括上部的进水收集箱6和下部的出水收集箱8，所述进水收集箱6的底板为上管板7，所述出水收集箱8的底板为下管板9，进水收集箱6通过管道连通至进水口2，出水收集箱8通过管道连通至出水口4；所述进水收集箱6和上封头3之间轴向形成第一进风腔，且高度为2500mm，所述出水收集箱8和上瓷球层10之间轴向形成第二进风腔，且高度为1800mm；所述筒体11内同轴设有上端封闭的中心管14，所述中心管14由上至下依次贯穿于上瓷球层10、催化剂床层12、支撑瓷球层18和下封头20，且和下封头20底端开设的出气口24连通；对应于催化剂床层12的中心管14侧壁上均布设有中心管孔；所述催化剂床层12包括轴向设置的若干根换热管和侧壁分布器13，所述根换热管包括同轴设置的内管16和外管17，所述若干根换热管中心对称均布于中心管14的四周形成圆柱状管群；

所述换热管由同轴设置的外管17和内管16组成，沿所述外管17的管身等间距设有4块水平的支撑板171，所述外管17的下端延伸至支撑瓷球层18内，所述外管17的上端延伸至出水收集箱8内，且外管17的上端管口固设在下管板9上，相邻外管17之间的间隙内装填催化剂；所述内管16底端和外管17底端设有间距，所述内管16的上端延伸至进水收集箱6内，且内管16的上端管口固设在上管板7上；换热管长度为12500mm，由于内管16和外管17的材质相同，热膨胀量一致，使得换热管长度增加，由原来反应器的换热管长度不超过7000mm增加到12500mm，增大换热量，增大单台轴径向换热器的产能；

所述侧壁分布器13为套管状，同轴套设于若干根换热管形成的管群上，且所述侧壁分布器13位于催化剂床层12的外侧，所述侧壁分布器13的上端通过连接板131固设在筒体11内壁上，下端通过环板132固连于筒体11内壁上，且所述侧壁分布器13与筒体11内壁之间轴向形成第三进风腔，高度为300mm，所述侧壁分布器13上均布设有侧壁孔；所述中心管孔和侧壁孔的孔径均为催化剂粒径的0.5~0.8倍；

工作时，合成气从进气口1进入反应器内，经旋风分布器5形成一次均匀分布，之后经第一进风腔、第二进风腔、第三进风腔和侧壁分布器13形成二次均匀分布，使得径向穿入催化剂床层12内的合成气和催化剂充分接触反应，反应后的气体进入中心管14内从出气口24排出反应器；同时水从进水口2进入到进水收集箱6内，然后进入内管16，再从间距进入内管16和外管17之间的环隙空间，最后经出水收集箱8从出水口4排出，水经过内管16和外管17之间的环隙空间时吸收反应热，从而副产蒸汽。

进一步的，所述中心管孔的面积和侧壁孔的面积相等，且为侧壁分布器13和筒体11内壁形成的圆环面积的2~2.5倍。保证合成气体能够顺利穿过侧壁分布器13，进入催化机床层12，反应后副产蒸汽从中心管14进入出气口24排出反应器，不会造成合成气多余或不足的情况。

进一步的，侧壁分布器13和筒体11内壁形成的圆环面积为进气口1横截面积的2倍。使得反应充分高效。

进一步的，所述内管16直径为32mm，所述外管17直径为44mm，所述中心管14直径为1200mm。

进一步的，所述上瓷球层10的高度为150mm。

进一步的，所述支撑瓷球层18高度为300mm。

进一步的，所述中心管14的下端配适设有中心管底座23。支撑中心管14的安放的稳定。

进一步的，所述外管17的下端延伸至支撑瓷球层18内，且延伸深度为100mm。

进一步的，所述下封头20的底部径向对称设有催化剂卸料口21。方便更换下封头20内填充的催化剂。

进一步的，所述内管16的外壁上沿管身等间距设有2组三角支撑，每组三角支撑包括三个沿内管16径向布置的支撑板161。防止内管16在使用时发生震颤，影响使用。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。