专利名称:采用流化床换热的列管式固定床反应器的制作方法
本发明涉及高温列管式固定床反应器中新的换热方式。
热效应较大的催化反应一般在列管式反应器中进行，有效的换热方式可使释放的大量反应热及时移出催化床层，避免发生催化剂烧结事故。
国内外一般采用熔盐作为高温下的列管式固定床反应器的换热介质。(基本有机化学工程，天津大学编，1978，人民教育出版社)通过熔盐在列管束间的强制流动达到移热目的。熔盐流动性差，给热系数小，往往造成反应器内较大的轴径向温差，熔盐在高温下具有强腐蚀性，因腐蚀造成洩漏时，将导致恶性爆炸事故。熔盐泵价值昂贵，采用熔盐体系换热时，需要较高的投资费用。
本发明的目的在于保持原有的列管式固定床反应器形式而提供一种新型的换热方式，即舍弃熔盐换热方案，改用气一固流化床换热方式。这一新的换热方式具有传热系数大，床层温度均匀，节约投资等优点。用作催化反应的垂直列管兼有流化床内构件的作用，抑制气泡的聚并长大并限制气泡向床中心集中。
本发明的特征在于在列管式固定床反应器的管束之间装填固体颗粒(例如球形硅胶)作为换热介质，流化所用气体(例如空气)经过气体分布器均匀布气后引入反应器内，使固体颗粒维持正常流化状态，达到换热目的。
本发明的具体结构由附图给出，结合附图详细阐述发明如下图1为反应器及附属设备的工程流程，图2为多管式分布器在反应器内的布置形式，图3为多管式分布器的结构形式。图中〔2〕为列管式固定床反应器的主体部分，在列管〔10〕内充填催化剂，用作催化反应。反应气体(原料气)沿箭头〔12〕方向流动，经反应器顶部文丘里形的进口气体分布器〔6〕，由上至下流经列管，进行催化反应，最后引出反应器。在管束间充填固体颗粒(例如球形硅胶)，用作流化换热，其用量由工艺计算确定。反应器中列管束以花板〔9〕固定。流化所用气体(如空气)经流化气体分布器〔8〕由下至上进入管束间进行换热，然后经废热锅炉〔1〕回收热量，再经旋风分离器〔4〕回收夹带的固体颗粒后放空，所回收的固体颗粒可贮存于中间储槽〔5〕，或再经加料装置〔7〕加入反应器。本发明可根据工艺要求设计为不循环式或部分循环式，为此，在反应器下部侧面设有固体颗粒循环用储槽〔3〕，循环颗粒由反应器流出后，用空气提升，经旋风分离器〔4〕收尘后存于中间储槽〔5〕，再经加料装置〔7〕后进入反应器，完成部份循环。循环用储槽〔3〕亦可供停车时卸出换热固体介质使用。
流化气体分布器〔8〕是本发明的主要部件，承担着均匀布气，提供良好的初始流化条件的任务，为满足正常流化操作要求，必须合理选择和设计流化气体分布器。考虑到列管式固定床反应器内具有大量列管的特点，本发明中采用多管式气体分布器，图2中列出多管式分布器在反应器内与列管的布置形式，流化气体由反应器两侧进入集气管〔13〕，再分别进入分布器支管〔8〕，向下喷出。分布器支管部分的结构如图3所示，图中列出两种结构形式供用户选择，其特征在于气体出气口〔14〕〔15〕设在支管的下方，将气体向下喷入流化床层，在穿透一定床层厚度后，返回改为向上鼓泡穿过颗粒床层。为防止停车时颗粒进入气体分布管道造成堵塞，分布器的支管出气口〔14〕为短管或采用套管式的支管，内管开孔向上，外管出气口〔5〕向下(见图3)，两种结构形式均可达到同样效果。
本发明对换热用固体颗粒种类及物性有一定要求颗粒材质为球形硅胶、金属铝粉或砂粒颗粒平均直径
dp＝80～120μ颗粒球形度＞0.95以保证良好的流化质量。
本发明的实施核心在于正确设计气体分布器，已编有设计软件备用。开孔率、孔间距、列管间距及多管式分布器压降为设计主要参数，所用范围为开孔率 0.5～0.8%孔间距 80～120mm列管间距(见附图2)t1＝(1.5～2.5)dt2＝(1.25～1.75)d式中d-列管管径分布器压降为确保布气均匀，分布器必须具有一定压降，选用合适的分布气压降，是分布器设计的重要一环，本发明给出选用分布器压降的依据如下△P分布器＝(0.5～0.8)H0ρ堆式中H0-流化床静床高ρ堆-堆比重实施例在生产异烟肼工艺中，生产4-氢基吡啶的反应过程，采用直径为16米的列管式固定床反应器，内装637根外径为32毫米、内径为25毫米的列管。管内充填dp＝3毫米球形硅胶颗粒。所用分布器为多管式下吹型，开孔率0.6%，孔间距100毫米，列管间距t1＝70毫米，t2＝45毫米。为保证布气均匀，选用分布器压降为1500毫米水柱。反应器在360℃下操作，换热介质的流化线速度为0.3米/秒。该反应器可以达到年产2000吨4-氰基吡啶的生产能力。
采用本发明的上述反应器，保持了固定床反应器原有的优点，可以达到较高的转化率和收率，换热方式则以流化床换热取化常用的熔盐换热，节约大量投资，操作简便，由于具有较高的传热系数，反应器内温度均匀，轴径向温差小于5℃，防止催化剂因受热不均，局部过热造成烧结，从而延长了催化剂的使用寿命。在具有副产品的催化反应中，反应器内温度均匀，有利于抑制副反应产生，使产品收率、转化率、产品质量得到提高。
权利要求
1.一种列管式固定床反应器的换热方法，其特征在于用气-固流化床换热。
2.按权利要求
1所述的列管式固定床反应器的换热方法，其特征在于夹带固体颗粒的流化气体先回收热量后回收固体颗粒。
3.按权利要求
1所述的列管式固定床反应器的换热方法，其特征在于设有循环用储槽〔3〕，以实现固体颗粒的部分循环。
4.按照权利要求
1所述的列管式固定床反应器的换热方法，其特征在于流化气体分布器〔8〕的出气口〔14〕，〔15〕设在支管的下方。
5.按照权利要求
1，4所述的列管式固定床反应器的换热方法，其特征在于流化气体分布器〔8〕的设计参数为开孔率为0.5～0.8%，孔间距为80～120mm，列管间距为t1＝(1.5～2.5)d，t2＝(1.25～1.75)d。
专利摘要
采用流化床换热的列管式固定床反应器。本技术属列管式固定床催化反应器中新的换热方式，以流化床换热取代高温下常用的熔盐换热形式。发明由多管式下吹型气体分布器及固体颗粒循环系统组成，具有换热均匀，轴径向温差小，操作简便，投资费用少等优点。
文档编号B01J8/02GK85100111SQ85100111
公开日1986年7月9日 申请日期1985年4月1日
发明者金涌, 姚文虎 申请人:清华大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan