氣固相催化反應(yīng)器制造技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種氣固相催化反應(yīng)器。該氣固相催化反應(yīng)器包括：反應(yīng)器殼體，其側(cè)壁上形成有沿側(cè)壁切線方向延伸的氣體入口管線；催化劑床層，設(shè)置在反應(yīng)器殼體內(nèi)，與反應(yīng)器殼體之間形成環(huán)狀的旋流腔，催化劑床層為中空?qǐng)A柱體，催化劑床層的殼體上設(shè)置有與催化劑床層內(nèi)部相通的通孔；換熱裝置，設(shè)置在催化劑床層內(nèi)。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)的氣固相催化反應(yīng)器，反應(yīng)氣切向進(jìn)氣在旋流腔內(nèi)旋流的方式相對(duì)于直接徑向進(jìn)氣的方式將獲得更長(zhǎng)的停留時(shí)間，將有更長(zhǎng)的時(shí)間在旋流腔內(nèi)均勻旋流擴(kuò)散后才進(jìn)入催化劑床層在催化劑的作用下進(jìn)行反應(yīng)，使得反應(yīng)氣在反應(yīng)器整個(gè)催化劑床層軸向空間內(nèi)更為均勻分布。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專(zhuān)利技術(shù)涉及氣固相催化反應(yīng)
，具體而言，涉及ー種氣固相催化反應(yīng)器。
技術(shù)介紹
在化工生產(chǎn)過(guò)程中，常常因?yàn)楹铣煞磻?yīng)器催化劑床層溫度不均、反應(yīng)溫度過(guò)高、或過(guò)反應(yīng)溫度過(guò)低等反應(yīng)器催化劑床層溫度不宜控制的因素導(dǎo)致副產(chǎn)物過(guò)多。對(duì)于由加壓下甲胺、甲醚、甲醇合成、氨合成和CO變換這類(lèi)氣固相放熱催化反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，不斷放出的反應(yīng)熱使催化劑床層溫度提高。為了減少副產(chǎn)物和提高反應(yīng)器的效率，需要把反應(yīng)熱移出以使反應(yīng)溫度處于ー個(gè)合理的范圍。在エ業(yè)反應(yīng)器中曾廣為 使用的ー種是多段絕熱反應(yīng)，ニ段之間用原料氣激冷來(lái)降低反應(yīng)氣溫度，這種反應(yīng)器因原料氣激冷時(shí)在降低反應(yīng)氣溫度的同時(shí)也降低了反應(yīng)物濃度，影響了合成效率。另ー種用于甲醇合成的Lurgi公司的列管式反應(yīng)器，在殼體中有上下管板間的多根圓管，管中裝有催化劑，原料氣從上部進(jìn)氣ロ進(jìn)入分布到各管中，在管內(nèi)裝觸媒層中合成甲醇，管間側(cè)面進(jìn)水。反應(yīng)管被管外沸騰水連續(xù)移出熱量，產(chǎn)生蒸汽由側(cè)面管出，反應(yīng)器由底部出氣管出塔，該塔溫差小，但觸媒裝填系數(shù)小。另ー種DAVY公司開(kāi)發(fā)的甲醇合成技術(shù)，其合成反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖如圖I所示，催化劑裝填在反應(yīng)器100’的殼側(cè)，換熱管130’內(nèi)產(chǎn)生中壓蒸汽。新鮮的合成氣從反應(yīng)器100’底部的中心管120’進(jìn)入，中心管120’管壁上有分配孔以保證氣體的分布均勻。氣體沿徑向從內(nèi)到外通過(guò)反應(yīng)器100’的催化劑床層110’。從汽包來(lái)的鍋爐水進(jìn)入反應(yīng)器100’的底部然后向上流動(dòng)并部分汽化帶走甲醇合成反應(yīng)所產(chǎn)生的反應(yīng)熱。反應(yīng)溫度通過(guò)換熱管130’內(nèi)蒸汽的壓力來(lái)調(diào)節(jié)。該技術(shù)能將反應(yīng)溫度控制在一定范圍內(nèi)，且反應(yīng)器100’生產(chǎn)能力的擴(kuò)大可以通過(guò)加長(zhǎng)反應(yīng)器長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)，在甲醇合成大型化方面有其技術(shù)優(yōu)勢(shì)，目前被甲醇合成廠家逐漸廣泛采用，但是本身還存在著ー些不足?，F(xiàn)有davy技術(shù)合成流程示意圖，如圖2所示，其中，反應(yīng)系統(tǒng)包括反應(yīng)器100’、汽包200’、水冷器300’、空冷器400’、循環(huán)氣壓縮機(jī)500’等，新鮮的合成氣從反應(yīng)器100’底部的中心管120’進(jìn)入，中心管120’管壁上有分配孔以保證氣體的分布均勻。氣體沿徑向從內(nèi)到外通過(guò)反應(yīng)器100’的催化劑床層110’。因?yàn)樾迈r的合成氣從反應(yīng)器100’底部的中心管120’進(jìn)入，所以較大比例合成氣首先由反應(yīng)器100’中下部中心管120’管壁上的分配孔沿徑向從內(nèi)到外進(jìn)入到反應(yīng)器100’中下部催化劑床層110’進(jìn)行反應(yīng)；沿著中心管120’越往上，合成氣就越稀薄，也就是反應(yīng)器100’下部催化劑床層110’相對(duì)于反應(yīng)器100’上部催化劑床層110’而言就會(huì)有更多合成氣參與反應(yīng)，這樣反應(yīng)器100’下部催化劑的活性相對(duì)于反應(yīng)器100’上部催化劑的活性將會(huì)下降得更快。這樣，到了催化劑使用壽命的中后期時(shí)，進(jìn)入反應(yīng)器100’下部中心管120’管壁上分配孔的合成氣中的大部分沿徑向從內(nèi)到外進(jìn)入到反應(yīng)器100’下部催化劑床層110’后往往還沒(méi)有來(lái)得及進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)就離開(kāi)了催化劑床層110’，又因?yàn)樵诜磻?yīng)器100’下部進(jìn)行反應(yīng)的合成氣比例比中上部的都大，即使合成氣在反應(yīng)器100’上部的活性較高的催化劑處的轉(zhuǎn)化率還保持較高水平，但因?yàn)榉磻?yīng)器100’上部的合成氣量相對(duì)較小，使得總體上合成氣反應(yīng)生成甲醇的單程轉(zhuǎn)化率將急速下降，使得甲醇產(chǎn)量也會(huì)隨之下降；如果要保持甲醇產(chǎn)量，就需要加大未反應(yīng)的合成氣的循環(huán)量和循環(huán)次數(shù)，這無(wú)疑又増加了能耗。在催化劑使用壽命的中后期時(shí)，如果采用大幅提高催化劑床層110’溫度的方法來(lái)提高催化劑的活性，一方面會(huì)使催化劑使用壽命更快下降，另一方面會(huì)才產(chǎn)生更多的蠟(尤其在床層溫度高于280°c以上吋)。這樣，往往本來(lái)能使用較長(zhǎng)或更長(zhǎng)時(shí)間的床層催化劑更換的時(shí)間大為提前，而在反應(yīng)器100’上部還保持較高活性的催化劑也同反應(yīng)器100’下部幾乎無(wú)法使用的催化劑一同更換(一般使用過(guò)的甲醇合成催化劑更換時(shí)，整體反應(yīng)器100’的催化劑都和空氣接觸，一旦在空氣氛圍內(nèi)，尚有活性的催化劑也必將因快速中毒損壞而無(wú)法使用)，在經(jīng)濟(jì)上造成了浪費(fèi)。現(xiàn)有DAVY技術(shù)中，甲醇合成塔為徑向流反應(yīng)器，在合成反應(yīng)器的上部，熱氣體需向下折流后才能流出塔外，在塔內(nèi)滯留時(shí)間較長(zhǎng)，造成移出反應(yīng)熱的速率較催化劑床層其他位置的反應(yīng)熱移出速率要慢，使得反應(yīng)器催化劑床層常常出現(xiàn)局部超溫，尤其當(dāng)床層溫度高于280°C時(shí)，往往會(huì)產(chǎn)生大量的蠟，同時(shí)使得催化劑活性加快衰減，間接地造成催化劑的浪費(fèi)。 現(xiàn)有DAVY技術(shù)中，汽包內(nèi)的鍋爐給水均從反應(yīng)器的底部進(jìn)入換熱管，吸收反應(yīng)熱后變成蒸汽循環(huán)回汽包，這樣，溫度較低的鍋爐給水在反應(yīng)器中下部時(shí)大量吸收反應(yīng)熱汽化形成高溫蒸汽，這些高溫蒸汽和接近催化劑床層溫度的高溫鍋爐給水吸收熱量的能力遠(yuǎn)低于溫度較低的鍋爐給水，使得反應(yīng)器上部產(chǎn)生的反應(yīng)熱不能及時(shí)被帶走，往往導(dǎo)致反應(yīng)器催化劑床層上部的溫度大大高出反應(yīng)器催化劑床層中下部的溫度。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)g在提供一種氣固相催化反應(yīng)器，以解決現(xiàn)有技術(shù)中合成氣在催化劑床層分布不均勻的技術(shù)問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)的ー個(gè)方面，提供了一種氣固相催化反應(yīng)器。該氣固相催化反應(yīng)器包括反應(yīng)器殼體，其側(cè)壁上形成有沿側(cè)壁切線方向延伸的氣體入口管線；催化劑床層，設(shè)置在反應(yīng)器殼體內(nèi)，與反應(yīng)器殼體之間形成環(huán)狀的旋流腔，催化劑床層為中空?qǐng)A柱體，催化劑床層的殼體上設(shè)置有與催化劑床層內(nèi)部相通的通孔；換熱裝置，設(shè)置在催化劑床層內(nèi)。進(jìn)ー步地，反應(yīng)器的氣體入口管線包括多條，各氣體入口管線的高度位置相同或者不同，并且各氣體入口管線在俯視方向的投影均勻地圍繞在反應(yīng)器殼體的外周。進(jìn)ー步地，反應(yīng)器的氣體入口管線包括第一氣體入口管線、第二氣體入口管線、第三氣體入口管線、及第四氣體入口管線，其中，第一氣體入口管線和第二氣體入口管線中心對(duì)稱(chēng)地設(shè)置在催化劑床層的1/3高度處，第三氣體入口管線和第四氣體入口管線中心對(duì)稱(chēng)地設(shè)置在催化劑床層的2/3高度處。進(jìn)ー步地，催化劑床層的中軸線上設(shè)置有中心管，中心管的管壁上均勻地設(shè)置有中心管集氣孔，中心管上下兩端形成反應(yīng)生成氣出ロ。進(jìn)ー步地，換熱裝置包括多條均勻地設(shè)置在催化劑床層內(nèi)的換熱管，其中，部分換熱管內(nèi)介質(zhì)的流動(dòng)方向與剩余部分的換熱管內(nèi)介質(zhì)的流動(dòng)方向相反。進(jìn)ー步地，換熱裝置包括多組以催化劑床層的中軸線為中心，呈圓形排布的換熱管組，介質(zhì)的流動(dòng)方向不同的各換熱管組間隔排列。進(jìn)ー步地，換熱裝置包括多組以催化劑床層的中軸線為中心，呈圓形排布的換熱管組，換熱管組內(nèi)介質(zhì)的流動(dòng)方向不同的換熱管之間間隔排列。進(jìn)ー步地，換熱管與汽包相通，汽包內(nèi)的水進(jìn)入換熱管的管線上設(shè)置有調(diào)節(jié)閥，催化劑床層內(nèi)在換熱管附近設(shè)置有熱電偶，調(diào)節(jié)閥與熱電偶形成控制換熱管內(nèi)水的流量的控制回路。進(jìn)ー步地，汽包與換熱管形成回路。進(jìn)ー步地，汽包內(nèi)的水自上而下進(jìn)入的部分換熱管的管線上設(shè)置有用于調(diào)節(jié)水壓的變頻泵，該部分換熱管的出口端及多相泵的出口端分別設(shè)置有壓差計(jì)，壓差計(jì)與多相泵形成抑制蒸汽倒流的控制回路。本專(zhuān)利技術(shù)的氣固相催化反應(yīng)器，具有由套設(shè)在催化劑床層的殼體外周的殼體及催化 劑床層的殼體形成的旋流腔，旋流腔通過(guò)催化劑床層殼體上設(shè)置的通孔與催化劑床層內(nèi)部相通，且旋流腔的氣體入口管線沿殼體的切線方向設(shè)置，使得反應(yīng)氣由氣體入口管線沿旋流腔切向方向進(jìn)入旋流腔。反應(yīng)氣切向進(jìn)入后將緊貼反應(yīng)器殼體內(nèi)壁本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種氣固相催化反應(yīng)器，其特征在于，包括：反應(yīng)器殼體(101)，其側(cè)壁上形成有沿側(cè)壁切線方向延伸的氣體入口管線(150)；催化劑床層(110)，設(shè)置在所述反應(yīng)器殼體(101)內(nèi)，與所述反應(yīng)器殼體(101)之間形成環(huán)狀的旋流腔(140)，所述催化劑床層(110)為中空?qǐng)A柱體，所述催化劑床層(110)的殼體上設(shè)置有與所述催化劑床層(110)內(nèi)部相通的通孔(111)；換熱裝置，設(shè)置在所述催化劑床層(110)內(nèi)。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種氣固相催化反應(yīng)器，其特征在于，包括 反應(yīng)器殼體(101)，其側(cè)壁上形成有沿側(cè)壁切線方向延伸的氣體入口管線(150)； 催化劑床層(110)，設(shè)置在所述反應(yīng)器殼體(101)內(nèi)，與所述反應(yīng)器殼體(101)之間形成環(huán)狀的旋流腔(140)，所述催化劑床層(110)為中空?qǐng)A柱體，所述催化劑床層(110)的殼體上設(shè)置有與所述催化劑床層(110)內(nèi)部相通的通孔(111)； 換熱裝置，設(shè)置在所述催化劑床層(110)內(nèi)。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述反應(yīng)器的氣體入口管線(150)包括多條，各所述氣體入口管線(150)的高度位置相同或者不同，并且各所述氣體入口管線(150)在俯視方向的投影均勻地圍繞在所述反應(yīng)器殼體(101)的外周。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述反應(yīng)器的氣體入口管線(150)包括第一氣體入口管線(151)、第二氣體入口管線(152)、第三氣體入口管線(153)、及第四氣體入口管線(154)，其中，所述第一氣體入口管線(151)和所述第二氣體入口管線(152)中心對(duì)稱(chēng)地設(shè)置在所述催化劑床層(110)的1/3高度處，所述第三氣體入口管線(153)和所述第四氣體入口管線(154)中心對(duì)稱(chēng)地設(shè)置在所述催化劑床層(110)的2/3高度處。4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述催化劑床層(110)的中軸線上設(shè)置有中心管(120)，所述中心管(120)的管壁上均勻地設(shè)置有中心管集氣孔(121)，所述中心管(120)上下兩端形成反...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：唐煜，胡先君，余建良，姜興劍，湯中文，李雪冰，張清海，閆國(guó)富，馮長(zhǎng)志，劉澤，孫高攀，鄭全海，蘇旭東，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：神華集團(tuán)有限責(zé)任公司，中國(guó)神華煤制油化工有限公司，中國(guó)神華煤制油化工有限公司包頭煤化工分公司，
類(lèi)型：發(fā)明
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