專利名稱：自平衡列管式等溫反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
自平衡列管式等溫反應(yīng)器屬于一種在石油、石油化工、煤化工等行業(yè)中使 用的固定床列管式等溫反應(yīng)器，其特征在于利用反應(yīng)放熱來(lái)預(yù)熱反應(yīng)進(jìn)料，原 料預(yù)熱器和反應(yīng)器合理集成，反應(yīng)熱量實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)自平衡。
背景技術(shù)：
目前，國(guó)內(nèi)石油、石油化工、化工等行業(yè)中使用的列管式反應(yīng)器，普遍存
在以下缺點(diǎn)1)結(jié)構(gòu)不緊湊；2)控制等溫困難；3)附屬設(shè)備多，投資大；4) 控制點(diǎn)多且繁鎖；5)熱利用率低，耗能高；6)補(bǔ)熱和取熱自平衡困難。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有等溫反應(yīng)器的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明為自平衡列管式等溫反應(yīng)器。 本發(fā)明自平衡列管式等溫反應(yīng)器可廣泛適用于石油、石油化工、化工等行業(yè)中 的各種固定床強(qiáng)放熱性氣相反應(yīng)或強(qiáng)放熱性氣液相反應(yīng)，特別適合于要求催化 劑床層等溫的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。
本實(shí)用新型構(gòu)思如下本實(shí)用新型組合式反應(yīng)器由上下兩段組合而成。上
段為原料預(yù)熱段，下段為反應(yīng)段，上下兩段連接處設(shè)置原料再分配器，正常反
應(yīng)時(shí)原料先通過(guò)預(yù)熱段管程，被預(yù)熱段殼程的蒸汽加熱到所需的反應(yīng)溫度，然 后經(jīng)原料再分配器后進(jìn)入下段反應(yīng)段，反應(yīng)在裝載有催化劑的列管管程中進(jìn)行，
反應(yīng)所放出的熱量迅速傳給殼程的冷卻水，使之產(chǎn)生蒸汽，并返回預(yù)熱段作為 原料加熱熱源；通過(guò)冷媒加入和熱媒定壓排放保證反應(yīng)器內(nèi)熱量實(shí)現(xiàn)自平衡，
反應(yīng)列管內(nèi)溫度基本恒定，整個(gè)反應(yīng)列管處于等溫?zé)崦街畠?nèi)。通過(guò)控制預(yù)熱段 壓力來(lái)控制反應(yīng)段溫度，通過(guò)控制冷媒流量來(lái)控制預(yù)熱段的液位。同時(shí)在反應(yīng)段殼體內(nèi)設(shè)置折流板，降液管設(shè)置流體推進(jìn)器強(qiáng)化傳熱。
本實(shí)用新型自平衡列管式等溫反應(yīng)器由兩段組成，上段為預(yù)熱段，下段為 反應(yīng)段。包括設(shè)備筒體、上下封頭、列管管板、原料再分配器、冷原料補(bǔ)充口、 冷熱媒升氣管和降液管、排氣口、液位控制器口、冷熱媒進(jìn)出口、排污口及人 孔。預(yù)熱段筒體上設(shè)置有升氣管入口及降液管出口，反應(yīng)段筒體上設(shè)置有升氣 管出口及降液管入口，升氣管與降液管的出入口與兩段筒體殼程相通，換熱介 質(zhì)走筒體殼程，原料走列管管程，列管固定在上下管板上，原料進(jìn)口設(shè)置在預(yù) 熱段上封頭處，反應(yīng)物料出口設(shè)置在筒體下封頭處，排污口設(shè)置在筒體上，與 殼程相連通，冷原料補(bǔ)充口設(shè)置在兩段筒體連接處，與原料再分配器相通；換 熱介質(zhì)入口設(shè)置在反應(yīng)段筒體上，在預(yù)熱段筒體上設(shè)置排氣口及液位控制器口 ， 以便與控制壓力及冷凝液液位；同時(shí)為進(jìn)一步強(qiáng)化傳熱，在反應(yīng)段殼體內(nèi)設(shè)置 折流板，在降液管上設(shè)置流體推進(jìn)器。
本實(shí)用新型自平衡列管式等溫反應(yīng)器為集成設(shè)備，整體安裝在使用現(xiàn)場(chǎng)， 打開(kāi)進(jìn)料分布器附近的人孔裝填催化劑，打開(kāi)下封頭上的人孔可以放出催化劑， 上下封頭和殼體之間采用焊接或法蘭連接方式。
根據(jù)工藝介質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)和物理狀態(tài)(相態(tài)、壓力、溫度)不同，本發(fā)明 的材質(zhì)和設(shè)計(jì)壓力等級(jí)也不同，根據(jù)反應(yīng)物不同預(yù)熱段和反應(yīng)段長(zhǎng)度不同。原 料預(yù)熱列管和反應(yīng)列管的直徑和排列多少也隨原料和催化劑不同變化。列管排 列方式可以是正三角形或正方形排列。材質(zhì)可以選用碳鋼、不銹鋼、其它金屬 材料等。其溫度使用范圍《40(TC;壓力使用范圍《10.0MPa。反應(yīng)列管中可以 裝入瓷球、專用催化劑等。冷媒或熱媒可采用水、蒸汽、導(dǎo)熱油等，理想換熱 介質(zhì)為水。
本發(fā)明自平衡列管式等溫反應(yīng)器的反應(yīng)列管和預(yù)熱列管管徑從25-100mra， 列管排列方式是正三角形或正方形排列。如果列管和殼體材質(zhì)不同時(shí)，反應(yīng)器 殼體設(shè)置膨脹節(jié)。本實(shí)用新型反應(yīng)器可應(yīng)用于草酸酯加氫合成乙二醇的工業(yè)試驗(yàn)裝置中，該 反應(yīng)放熱效應(yīng)較大，采用本實(shí)用新型反應(yīng)器，可使正常操作時(shí)反應(yīng)溫度波動(dòng)控
制在操作點(diǎn)溫度士rc范圍內(nèi)。而使用普通列管反應(yīng)器時(shí)，溫度波動(dòng)范圍為10 —20°C。
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明自平衡列管式等溫反應(yīng)器的組成進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

圖1是自平衡列管式等溫反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖
圖1中l(wèi)一工藝介質(zhì)(反應(yīng)進(jìn)料)進(jìn)口， 2 —上封頭人孔，3 —上封頭，4一預(yù) 熱段上管板，5 —原料預(yù)熱管，6 —排氣口， 7—封頭和筒體連接，8-預(yù)熱段筒體， 9、 IO —液位計(jì)口， ll一升氣管，12—預(yù)熱段排污口， 13 —冷原料補(bǔ)入口， 14-預(yù)熱段下管板，15-原料再分配器，16-反應(yīng)列管，17-人孔，18-降液管，19-反 應(yīng)段上管板，20-反應(yīng)段筒體，21-反應(yīng)段排污口， 22-下封頭，23-反應(yīng)產(chǎn)物出 口， 24-人孔和催化劑卸出口， 25-反應(yīng)段下管板，26-冷媒或熱媒進(jìn)口， 27-折 流板，28-液體推進(jìn)器。
具體實(shí)施方式
附圖1所示的自平衡列管式等溫反應(yīng)器的工作過(guò)程詳細(xì)敘述如下首先將 瓷球或其它惰性材料通過(guò)反應(yīng)列管充滿下封頭，然后在反應(yīng)列管內(nèi)裝入催化劑。 開(kāi)始使用時(shí)，在反應(yīng)段殼體內(nèi)充滿水，然后通過(guò)冷媒進(jìn)口切換通入蒸汽加熱水 到預(yù)定的反應(yīng)溫度，再切換成水開(kāi)始循環(huán)。規(guī)定溫度和壓力的反應(yīng)進(jìn)料從工藝
介質(zhì)進(jìn)口 1進(jìn)入到上封頭3內(nèi)，在上封頭3充分混合之后進(jìn)入原料預(yù)熱列管5， 原料在預(yù)熱段內(nèi)被加熱到設(shè)定的反應(yīng)入口溫度，進(jìn)入反應(yīng)器下段即反應(yīng)段。反 應(yīng)段上部設(shè)置原料再分配器15，如果原料預(yù)熱溫度超過(guò)預(yù)設(shè)的溫度，冷原料從 冷原料補(bǔ)入口 13進(jìn)入原料再分配器15，再與預(yù)熱器進(jìn)來(lái)的熱原料混合降溫后進(jìn)入反應(yīng)列管16。如果原料預(yù)熱溫度達(dá)到預(yù)設(shè)值，直接進(jìn)入反應(yīng)列管16。反應(yīng)列 管16內(nèi)裝入催化劑。原料在反應(yīng)列管內(nèi)反應(yīng)后進(jìn)入下封頭22，然后從反應(yīng)物出 口23流出。由于反應(yīng)為強(qiáng)放熱反應(yīng)，熱量必須迅速取走，否則催化劑床層飛溫， 副反應(yīng)加劇，所以本發(fā)明把原料在反應(yīng)列管內(nèi)的反應(yīng)放熱由冷媒吸收。冷媒， 最好是用水從冷媒或熱媒進(jìn)口 26進(jìn)入反應(yīng)段，與反應(yīng)列管16內(nèi)的反應(yīng)混合物 逆流換熱逐步升溫后從升氣管11進(jìn)入預(yù)熱段汽化并與原料預(yù)熱列管5內(nèi)的原料 換熱同時(shí)部分冷凝液化，液化后的水從降液管18循環(huán)回到反應(yīng)段，降液管18 外加液體推進(jìn)器28強(qiáng)化循環(huán)，反應(yīng)段殼體內(nèi)設(shè)置折流板27強(qiáng)化傳熱。為了保 證換熱效果，預(yù)熱段和反應(yīng)段分別設(shè)置排污口 12和排污口 21。為了保證預(yù)熱段 殼體有足夠的蒸發(fā)空間，預(yù)熱段殼程液位通過(guò)液位檢測(cè)口 9和10自動(dòng)監(jiān)測(cè)并控 制。為了保證反應(yīng)段等溫，預(yù)熱段設(shè)置排氣口 6控制預(yù)熱段和反應(yīng)段的壓力。 封頭和筒體的連接7可以采用焊接或法蘭連接。
權(quán)利要求1. 自平衡列管式等溫反應(yīng)器，其特征在于由兩段組成，上段為預(yù)熱段，下段為反應(yīng)段；包括設(shè)備筒體、上下封頭、列管管板、進(jìn)料分布器、冷原料補(bǔ)充口、冷熱媒升氣管和降液管、排氣口、液位控制器口、冷熱媒進(jìn)出口、排污口及人孔；預(yù)熱段筒體上設(shè)置有升氣管入口及降液管出口，反應(yīng)段筒體上設(shè)置有升氣管出口及降液管入口，升氣管與降液管的出入口與兩段筒體殼程相通，換熱介質(zhì)走筒體殼程，原料走列管管程，列管固定在上下管板上，原料進(jìn)口設(shè)置在預(yù)熱段上封頭處，反應(yīng)物料出口設(shè)置在筒體下封頭處，排污口設(shè)置在筒體上，與殼程相連通，冷原料補(bǔ)充口設(shè)置在兩段筒體連接處，與原料再分配器相通；換熱介質(zhì)入口設(shè)置在反應(yīng)段筒體上，在預(yù)熱段筒體上設(shè)置排氣口及液位控制器口；在反應(yīng)段殼體內(nèi)設(shè)置折流板，在降液管上設(shè)置流體推進(jìn)器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自平衡列管式等溫反應(yīng)器,其特征為上下兩段集成一體 設(shè)備整體安裝，上段為原料預(yù)熱段，下段為反應(yīng)段，上下兩段連接處設(shè)置原料 再分配器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自平衡列管式等溫反應(yīng)器，其特征為封頭和筒體之間的 連接采用焊接或法蘭連接方式。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自平衡列管式等溫反應(yīng)器,其特征為反應(yīng)段殼體內(nèi)設(shè)置 折流板，降液管設(shè)置液體推進(jìn)器。
專利摘要適用于強(qiáng)放熱催化工藝的自平衡列管式反應(yīng)器，由原料預(yù)熱段和反應(yīng)段組成，包括設(shè)備筒體、上下封頭、列管管板、進(jìn)料再分配器、冷原料補(bǔ)充口、熱媒或冷媒升氣管和降液管、排氣口、液位控制器口、熱媒或冷媒進(jìn)出口、排污口、人孔。根據(jù)反應(yīng)放熱劇烈程度在反應(yīng)段殼體內(nèi)設(shè)置折流板，降液管上設(shè)置液體循環(huán)推進(jìn)器增加傳熱，達(dá)到反應(yīng)器等溫操作。自平衡列管式反應(yīng)器適用于強(qiáng)放熱反應(yīng)的精確控制。
文檔編號(hào)B01J8/02GK201295608SQ20082006046
公開(kāi)日2009年8月26日 申請(qǐng)日期2008年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月4日
發(fā)明者王保明, 王更新, 顧志華 申請(qǐng)人:上海戊正工程技術(shù)有限公司