【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種化工反應(yīng)器，具體的說是一種控溫反應(yīng)器。
技術(shù)介紹
1、對(duì)于受熱力學(xué)平衡控制且放熱量巨大的反應(yīng)，如甲烷化反應(yīng)，反應(yīng)器的移熱控溫能力至關(guān)重要。實(shí)驗(yàn)研究表明，對(duì)于甲烷化反應(yīng)，在幾乎相同的入口組成和操作條件下，具有優(yōu)良移熱能力的反應(yīng)器的出口溫度比絕熱反應(yīng)器低300℃以上，出口碳轉(zhuǎn)化率高50％以上。
2、就移熱式反應(yīng)器而言，傳統(tǒng)的列管式反應(yīng)器雖已在工業(yè)生產(chǎn)中有大量應(yīng)用，但其移熱效率低的缺陷易導(dǎo)致局部熱量集中和熱應(yīng)力分布不均，從而造成燒管甚至換熱管從管板上拉脫，導(dǎo)致管殼程介質(zhì)泄漏。近年來，繞管式反應(yīng)器憑借其單位體積換熱面積大、熱應(yīng)力分散等優(yōu)點(diǎn)，已逐步在工業(yè)生產(chǎn)中得到應(yīng)用。現(xiàn)有專利公開了一些纏繞管式反應(yīng)器設(shè)計(jì)型式，專利cn213528584u公開了一種分層纏繞管式等溫反應(yīng)器，該型式換熱效率高，同時(shí)解決了熱膨脹問題。不過，該類型反應(yīng)器存在內(nèi)部纏繞結(jié)構(gòu)復(fù)雜、匯管段排布雜亂、不利于催化劑裝卸的明顯缺陷。
3、為增加反應(yīng)深度，工業(yè)生產(chǎn)中通常采用反應(yīng)器多級(jí)串聯(lián)。如專利cn103373887b公開了一種等溫甲烷化反應(yīng)器，通過在其后串聯(lián)一臺(tái)絕熱反應(yīng)器來增加反應(yīng)深度。專利cn213824710u公開了一種氯乙烯合成反應(yīng)器，其將列管式反應(yīng)器與絕熱式反應(yīng)器耦合為一臺(tái)；類似地，專利cn206553480u公開了一種多段一體化的甲烷化反應(yīng)器，其將兩臺(tái)列管式反應(yīng)器耦合為一臺(tái)。然而，由于耦合了多段反應(yīng)床層，以上反應(yīng)器引入了段間混合區(qū)，由此增加了反應(yīng)器體積和設(shè)備造價(jià)。專利cn216770279u公開了一種管束及換熱器及臥式反應(yīng)器，
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的是為了解決上述技術(shù)問題，提供一種結(jié)構(gòu)極為簡(jiǎn)單、換熱效率高、單程轉(zhuǎn)化率高、反應(yīng)深度可控、催化劑裝卸簡(jiǎn)單無死角的控溫反應(yīng)器。
2、本專利技術(shù)控溫反應(yīng)器包括設(shè)有殼程進(jìn)、出口的殼體以及殼體內(nèi)的多根換熱管，所述換熱管外填裝催化劑層，所述換熱管由中段的螺旋纏繞段以及兩側(cè)的列管段組成，兩側(cè)的列管段末端分別連接上環(huán)形匯管器和下環(huán)形匯管器，所述上、下環(huán)形匯管器分別連接殼體上的介質(zhì)管口。
3、所述殼體中心沿軸向設(shè)有中心筒，多根換熱管沿中心筒外周均勻排布。
4、所述上、下環(huán)形匯管器的外側(cè)對(duì)應(yīng)裝有可拆式的上、下氣體分布孔板。
5、沿氣體流動(dòng)方向，在所述上、下氣體分布孔板之間的殼程兩端填充瓷球?qū)樱卸翁畛渲辽僖粚哟呋瘎樱覂啥诵杼畛浯汕驅(qū)樱噜弮蓪哟呋瘎又g也用瓷球?qū)痈糸_。
6、將所述上、下氣體分布孔板之間的殼程劃分為設(shè)有換熱管的移熱控溫區(qū)域和無換熱管的絕熱區(qū)，所述絕熱區(qū)域僅填裝瓷球?qū)踊蛘咧炼嗵钛b2層催化劑層，所述移熱控溫區(qū)域至少裝填1層催化劑層。
7、所述絕熱區(qū)域的催化劑層使用變換催化劑；所述移熱控溫區(qū)域的催化劑層使用耐硫甲烷化催化劑。
8、所述殼體上的殼程進(jìn)、出口位于殼體的兩端，所述中心筒兩端封閉。
9、所述殼體上的殼程進(jìn)、出口位于殼體的頂端，所述中心筒的上端與殼程進(jìn)口連通，下端穿過下氣體分布孔板與殼程連通。
10、所述殼體的頂端和底端可拆。
11、針對(duì)
技術(shù)介紹
中存在的問題，專利技術(shù)人進(jìn)行了如下改進(jìn)：
12、1)設(shè)計(jì)所述換熱管由中段的螺旋纏繞段以及兩側(cè)的列管段組成，中段的螺旋纏繞段能夠大幅增加換熱面積、有效消除反應(yīng)器內(nèi)件的熱應(yīng)力，延長(zhǎng)反應(yīng)器及催化劑的使用壽命，兩側(cè)的列管可便于提供更大的催化劑填裝空間，便于催化劑的填裝。
13、2)解決了過去反應(yīng)器內(nèi)換熱管安裝的管板結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不便于催化劑裝填的問題，采用上環(huán)形匯管器和下環(huán)形匯管器替代了傳統(tǒng)的管板，將換熱管的兩端連接至對(duì)應(yīng)的上、下環(huán)形匯管器中再連通殼體上的管口，再配合可拆的上、下氣體分布孔板以及殼體兩端的蓋板，使床層與頂部空間直接相通，從而徹底打通了催化劑的裝卸通道，便于催化劑的快速裝填和卸劑，避免填裝死角，進(jìn)一步提高反應(yīng)速率。
14、3)現(xiàn)有技術(shù)通常將反應(yīng)區(qū)域局限在兩個(gè)管板之間設(shè)有換熱管的區(qū)域。但專利技術(shù)人克服的偏見，將所述上、下氣體分布孔板之間的殼程劃分為設(shè)有換熱管的移熱控溫區(qū)域和無換熱管的絕熱區(qū)，絕熱區(qū)域具有空間利用率高、催化劑裝填量大、裝劑簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，適用于反應(yīng)熱效應(yīng)較小的反應(yīng)場(chǎng)景，移熱控溫區(qū)具有軸向溫度相對(duì)均勻的特點(diǎn)，專利技術(shù)人可以利用上述特點(diǎn)，在同一區(qū)域設(shè)置一層或多層催化劑層，在不同區(qū)域設(shè)置不同的催化劑層，實(shí)現(xiàn)在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)耦合多個(gè)反應(yīng)，靈活控制反應(yīng)深度，延伸了催化劑裝填區(qū)域，可以達(dá)到反應(yīng)器不同位置發(fā)生不同特性反應(yīng)的效果，在沒有增加復(fù)雜內(nèi)構(gòu)件的情況下實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)器分區(qū)，提高了反應(yīng)器利用率。優(yōu)選的，所述絕熱區(qū)域僅填裝瓷球?qū)踊蛘咧炼嗵钛b2層催化劑層，所述移熱控溫區(qū)域至少裝填1層催化劑層，當(dāng)填裝2層以上催化劑層，填裝的催化劑可以相同或者不同，各催化劑層利用瓷球?qū)痈糸_，對(duì)于反應(yīng)速率較快的反應(yīng)，可以很好的控制各床層的反應(yīng)深度，達(dá)到控制床層溫度的目的；在所述絕熱區(qū)域的催化劑層使用變換催化劑，在所述移熱控溫區(qū)域的催化劑層使用耐硫甲烷化催化劑。
15、5)所述殼體上的殼程進(jìn)、出口可以分別位于殼體的兩端或者均設(shè)置在殼體的頂端，當(dāng)殼程進(jìn)、出口均設(shè)置殼體的頂端時(shí)，可以利用中心筒作為進(jìn)氣通道，使原料氣體穿過中心筒預(yù)熱后再送入殼體底部的殼程。
16、綜上，本專利技術(shù)結(jié)構(gòu)極為簡(jiǎn)單、換熱效率高、單程轉(zhuǎn)化率高、反應(yīng)深度可控、催化劑裝卸簡(jiǎn)單、無死角，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。
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1.一種控溫反應(yīng)器，包括設(shè)有殼程進(jìn)、出口的殼體以及殼體內(nèi)的多根換熱管，所述換熱管外填裝催化劑層，其特征在于，所述換熱管由中段的螺旋纏繞段以及兩側(cè)的列管段組成，兩側(cè)的列管段末端分別連接上環(huán)形匯管器和下環(huán)形匯管器，所述上、下環(huán)形匯管器分別連接殼體上的介質(zhì)管口。
2.如權(quán)利要求1所述的控溫反應(yīng)器，其特征在于，所述殼體中心沿軸向設(shè)有中心筒，多根換熱管沿中心筒外周均勻排布。
3.如權(quán)利要求1所述的控溫反應(yīng)器，其特征在于，所述上、下環(huán)形匯管器的外側(cè)對(duì)應(yīng)裝有可拆式的上、下氣體分布孔板。
4.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的控溫反應(yīng)器，其特征在于，沿氣體流動(dòng)方向，在所述上、下氣體分布孔板之間的殼程兩端填充瓷球?qū)樱卸翁畛渲辽僖粚哟呋瘎樱覂啥诵杼畛浯汕驅(qū)樱噜弮蓪哟呋瘎又g也用瓷球?qū)痈糸_。
5.如權(quán)利要求4所述的控溫反應(yīng)器，其特征在于，將所述上、下氣體分布孔板之間的殼程劃分為設(shè)有換熱管的移熱控溫區(qū)域和無換熱管的絕熱區(qū)，所述絕熱區(qū)域僅填裝瓷球?qū)踊蛘咧炼嗵钛b2層催化劑層，所述移熱控溫區(qū)域至少裝填1層催化劑層。
6.如權(quán)利要求5所述的控溫反應(yīng)
7.如權(quán)利要求4所述的控溫反應(yīng)器，其特征在于，所述殼體上的殼程進(jìn)、出口位于殼體的兩端，所述中心筒兩端封閉。
8.如權(quán)利要求4所述的控溫反應(yīng)器，其特征在于，所述殼體上的殼程進(jìn)、出口位于殼體的頂端，所述中心筒的上端與殼程進(jìn)口連通，下端穿過下氣體分布孔板與殼程連通。
9.如權(quán)利要求1所述的控溫反應(yīng)器，其特征在于，所述殼體的頂端和底端可拆。
10.如權(quán)利要求1所述的控溫反應(yīng)器，其特征在于，所述螺旋纏繞段的長(zhǎng)度占換熱管整體長(zhǎng)度的60％～96％。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種控溫反應(yīng)器，包括設(shè)有殼程進(jìn)、出口的殼體以及殼體內(nèi)的多根換熱管，所述換熱管外填裝催化劑層，其特征在于，所述換熱管由中段的螺旋纏繞段以及兩側(cè)的列管段組成，兩側(cè)的列管段末端分別連接上環(huán)形匯管器和下環(huán)形匯管器，所述上、下環(huán)形匯管器分別連接殼體上的介質(zhì)管口。
2.如權(quán)利要求1所述的控溫反應(yīng)器，其特征在于，所述殼體中心沿軸向設(shè)有中心筒，多根換熱管沿中心筒外周均勻排布。
3.如權(quán)利要求1所述的控溫反應(yīng)器，其特征在于，所述上、下環(huán)形匯管器的外側(cè)對(duì)應(yīng)裝有可拆式的上、下氣體分布孔板。
4.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的控溫反應(yīng)器，其特征在于，沿氣體流動(dòng)方向，在所述上、下氣體分布孔板之間的殼程兩端填充瓷球?qū)樱卸翁畛渲辽僖粚哟呋瘎樱覂啥诵杼畛浯汕驅(qū)樱噜弮蓪哟呋瘎又g也用瓷球?qū)痈糸_。
5.如權(quán)利要求4所述的控溫反應(yīng)器，其特征在于，將所述上、下氣...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：盧文新，孔令凱，王明國(guó)，張大洲，趙小平，李繁榮，鄭李斌，徐才福，肖敦峰，胡四斌，郭國(guó)清，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)五環(huán)工程有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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