專利名稱：一種固定床反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固定床反應(yīng)器，尤其是一種由法蘭連接的筒體和封頭構(gòu)成的殼體中央設(shè) 置有加熱裝置的高溫高壓固定床反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
化工生產(chǎn)和研究中常常涉及到高溫高壓反應(yīng)工藝條件，如，甲烷二氧化碳重整反應(yīng)是強(qiáng)
吸熱反應(yīng)，需要在高溫(70o iioo°c)條件下進(jìn)行反應(yīng)；研究加壓條件下甲烷二氧化碳重整
制合成氣時，通常是壓力高達(dá)(6Mpa 10Mpa)下進(jìn)行反應(yīng)，又如，煤的甲烷化通常是在溫度 為500 90(TC,壓力為3 6Mpa條件下發(fā)生反應(yīng)。這類熱導(dǎo)入(吸熱)反應(yīng)的苛刻的反應(yīng)條 件對反應(yīng)設(shè)備結(jié)構(gòu)和材質(zhì)提出了很高的要求，迫切需要有能夠同時具備高溫(IIO(TC)和高 壓(10Mpa)條件的反應(yīng)器。
現(xiàn)有高溫高壓反應(yīng)器有釜式反應(yīng)器和管式反應(yīng)器，采用不銹鋼材料或不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)襯 防腐非金屬材料制成，反應(yīng)器工作時是通過外部加熱。存在的問題一是不銹鋼材料不耐強(qiáng)酸 或強(qiáng)堿的腐蝕；二是不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)襯采用防腐非金屬材料降低了反應(yīng)器的傳熱效率；三是 不銹鋼反應(yīng)釜在高溫G10(TC)下不能夠承受較高的壓力(10Mpa)。
現(xiàn)有文獻(xiàn)CN1785492A公開報道了 "一種等壓內(nèi)冷式高溫高壓化學(xué)反應(yīng)器"，該反應(yīng)器采 用雙層結(jié)構(gòu)，層間采用液體冷卻。外部設(shè)置有壓力控制器，由反應(yīng)器內(nèi)部的壓力控制冷卻液 的壓力，使反應(yīng)器內(nèi)部的壓力和層間冷卻液壓力基本保持相同，確保反應(yīng)器內(nèi)層承受高溫， 反應(yīng)器外層承受高壓。整個反應(yīng)器未設(shè)置有加熱裝置，因此，該反應(yīng)器主要是用于熱導(dǎo)出(放 熱反應(yīng))反應(yīng)的反應(yīng)過程，不適合熱導(dǎo)入(吸熱反應(yīng))反應(yīng)的反應(yīng)過程。
現(xiàn)有文獻(xiàn)CN1446621A公開報道了 "一種管式高溫高壓水熱反應(yīng)裝置"，管式反應(yīng)器本體 設(shè)計成環(huán)形管，反應(yīng)管采用普通鋼管內(nèi)襯防腐材料，熱量由反應(yīng)器本體外部加熱裝置提供， 在反應(yīng)升溫升壓過程中，將漿液的膨脹部分和反應(yīng)器內(nèi)未排完的氣體經(jīng)閥門排入反應(yīng)器頂部 安裝的氣液分離器中。由于該反應(yīng)器在0.1 22Mpa的壓力下工作，所以采用普通鋼材制成的 反應(yīng)管不能夠承受較高溫度，導(dǎo)致該反應(yīng)器的溫度相對比較低。不具備同時滿足高溫高壓條 件進(jìn)行的反應(yīng)工藝條件。
由于高溫(700 110(TC)和高壓(6 10Mpa)條件的限制，現(xiàn)有的反應(yīng)設(shè)備不能滿足像 甲垸二氧化碳重整反應(yīng)、煤的甲垸化這類熱導(dǎo)入(吸熱)反應(yīng)的溫度和壓力的要求。因此， 為熱導(dǎo)入(吸熱)反應(yīng)過程提供一種高溫高壓固定床反應(yīng)器是化工非標(biāo)設(shè)備設(shè)計中迫切需要
3解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
問題的提出，甲垸二氧化碳重整反應(yīng)，以及煤的甲烷化反應(yīng)，這類化學(xué)反應(yīng)在反應(yīng)器中進(jìn)行吸熱反應(yīng)時，需要同時在溫度為800 120(TC和壓力為6 12Mpa的高溫高壓下進(jìn)行反應(yīng)，迫切需要提供一種同時具備高溫120(TC和高壓12Mpa的固定床反應(yīng)器。
為了解決上述問題，以達(dá)到上述提出的目的，本發(fā)明所采取的措施包括由法蘭連接的筒體和封頭構(gòu)成的殼體，其特征在于法蘭密封面右邊的殼體中央設(shè)置有直徑占反應(yīng)器內(nèi)徑1/10的石英反應(yīng)管，石英反應(yīng)管一端至法蘭密封面，并與反應(yīng)器內(nèi)腔連通，另一端延伸至殼體外；在石英反應(yīng)管外套設(shè)有電加熱裝置，其左端位于距法蘭密封面1/8處，其長度為石英反應(yīng)管的2/5;法蘭密封面左邊的殼體中央設(shè)置有直徑占反應(yīng)器內(nèi)徑1/10的氣體通管，氣體通管的右端與石英反應(yīng)管的左端相對接，并與反應(yīng)器內(nèi)腔連通，另一端延伸至殼體外；在殼體中空填充有耐高溫材料。
本發(fā)明上述技術(shù)方案中所述反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置的石英反應(yīng)管的反應(yīng)溫度是800 1200°C，反應(yīng)壓力是6 12Mpa;或者是在反應(yīng)溫度是1120'C，反應(yīng)壓力是11Mpa;所述的電加熱裝置是內(nèi)置電阻絲的陶瓷筒，通過導(dǎo)線接口中的導(dǎo)電棒外接電源；所述的耐高溫材料是高質(zhì)纖維棉或莫來石輕質(zhì)保溫磚。
本發(fā)明固定床反應(yīng)器采用上述結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)點與積極效果在于在殼體中央設(shè)置石英反應(yīng)管和氣體通管，石英反應(yīng)管一端與氣體通管的一端在法蘭密封面處相對接，氣體可以通過石英管與氣體通道管對接處進(jìn)入殼體，使得石英管在高溫反應(yīng)時，其內(nèi)部和外部的壓力維持相等，使得石英管能夠在高壓條件下進(jìn)行正常的工藝反應(yīng)，而壓力主要作用在反應(yīng)器壁上。另外，石英管為惰性材料，其本身對反應(yīng)的影響很小，而且抗酸堿腐蝕性能好。通過在石英管外部套接有電加熱裝置，直接對反應(yīng)氣進(jìn)行加熱反應(yīng)，大大地提高了傳熱效率，節(jié)省了能源。電加熱裝置采用內(nèi)置電阻絲的陶瓷筒構(gòu)成，加熱均勻，能夠完全滿足甲烷二氧化碳重整制合成氣反應(yīng)、煤的甲烷化這類熱導(dǎo)入(吸熱)反應(yīng)的溫度要求。本發(fā)明通過在殼體中空填充耐高溫材料，使得反應(yīng)器高溫區(qū)的溫度傳遞到反應(yīng)器壁面時，溫度下降到5(TC以下，解決了反應(yīng)器殼體的材料以及加工問題，降低了成本。本發(fā)明導(dǎo)線接口由絕緣材料包裹導(dǎo)電棒構(gòu)成，不僅解決了導(dǎo)線接口的密封問題，使得反應(yīng)過程能夠維持在所需要的工藝壓力下進(jìn)行，而且也解決了導(dǎo)線與反應(yīng)器殼體的絕緣問題，提高了操作的安全性。同時反應(yīng)器殼體上設(shè)置的熱電偶能夠準(zhǔn)確地測量到反應(yīng)區(qū)的溫度，提高了反應(yīng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。在反應(yīng)器殼體上設(shè)置的法蘭，方便與對反應(yīng)器的維修和清理。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。附1是本發(fā)明固定床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1:封頭I; 2:封頭II ; 3:法蘭；4:反應(yīng)氣出口管；5:反應(yīng)氣入口管；6:氣體通管；7:石英反應(yīng)管；8:加熱裝置；9:導(dǎo)線接口； 10:熱電偶；11:安全閥；12:耐高溫材料；13:電阻絲；14:陶瓷管；15:導(dǎo)電棒；16:絕緣材料；17:法蘭密封面；18:殼體
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖
通過具體實施方式
進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明提出的一種固定床反應(yīng)器，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解和實現(xiàn)本發(fā)明所述的技術(shù)方案，并且也能夠達(dá)到本發(fā)明的所述效果。實施方式1
實施本發(fā)明所述的固定床反應(yīng)器，包括對固定床反應(yīng)器的成型方法，以及對由法蘭連接
的筒體和封頭構(gòu)成殼體的加工工藝方法，制作反應(yīng)器殼體的材料采用0Crl8Ni9，筒體直徑為370mm、壁厚為40ran。封頭I和封頭II均采用了受力最好的球形封頭，焊接到筒體上，封頭I的中心端頭焊接有反應(yīng)氣出口管4，并連接法蘭。封頭I1的中心端頭焊接有反應(yīng)氣入口管5，并連接法蘭。在筒體上設(shè)置有法蘭3，法蘭3中的法蘭密封面17右邊的殼體18中央設(shè)置有直徑為37imk長度為1000mm的石英反應(yīng)管7，其一端至法蘭密封面17，并與反應(yīng)器內(nèi)腔連通，另一端延伸至殼體18外的反應(yīng)氣入口管5中密封固定。在石英反應(yīng)管7外表面套設(shè)有電加熱裝置8，其左端位于距法蘭密封面17的125mm處，長度為400mm，電加熱裝置8是內(nèi)置有電阻絲13的陶瓷筒14構(gòu)成，通過導(dǎo)線接口 9中的導(dǎo)電棒15與外接電源連接，加熱溫為800 1200°C;法蘭3中的法蘭密封面17左邊的殼體中央設(shè)置有直徑為37mm、長度為700咖的氣體通管6，氣體通管6的右端口與石英管7的左端口在法蘭密封面處相對應(yīng)連接，即兩端管口相接觸連接并留有縫隙，連通反應(yīng)器內(nèi)腔，使得石英反應(yīng)管7和氣體通管6內(nèi)的壓力與反應(yīng)器內(nèi)腔的壓力相等，以使石英管能夠在高壓下進(jìn)行正常的工藝反應(yīng)；氣體通管6的另
一端延伸至殼體is外的反應(yīng)氣出口管4中密封固定。在封頭n上設(shè)置有導(dǎo)線接口 9是由絕緣
材料16包裹導(dǎo)電棒15連接密封構(gòu)成。在殼體中空填充有耐高溫材料12為高質(zhì)纖維棉或者是莫來石輕質(zhì)保溫磚，以使反應(yīng)器內(nèi)的石英反應(yīng)管7的高溫溫度漸降到5(TC以下，使得殼體在5(TC以下承壓，耐高溫材料12選用高質(zhì)纖維棉的效果最好。筒體上安裝有測溫?zé)犭娕?0，通過在筒體上設(shè)置直徑為13m的通孔延伸到加熱裝置8的外表面測溫。在反應(yīng)器的殼體上安裝有安全閥11。
本發(fā)明通過甲烷二氧化碳重整制合成氣的工藝方法，以進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明固定床反應(yīng)器的具體結(jié)構(gòu)如下將甲烷和二氧化碳反應(yīng)氣通過封頭I上的反應(yīng)氣入口管5通入石英反應(yīng)管7中，通過石英反應(yīng)管7與氣體通管6的對接處進(jìn)入反應(yīng)器，使反應(yīng)器內(nèi)的壓力維持并穩(wěn)定在6 12Mpa的壓力下，穩(wěn)定在llMpa的壓力下反應(yīng)效果最好，壓力可通過反應(yīng)器外部的壓力控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制。同時，接通套接在石英管7上的電加熱裝置8電源，將溫度加熱到800 120(TC溫度，加熱到112(TC其效果最好，其溫度設(shè)定可通過反應(yīng)器外部的程序溫度控制器實現(xiàn)，當(dāng)甲烷和二氧化碳?xì)怏w在石英反應(yīng)管7中進(jìn)行反應(yīng)后，通過氣體通管6輸出。反應(yīng)器上安裝有安全閥11，避免反應(yīng)器內(nèi)壓力升高，以防止出現(xiàn)危險事故。殼體上安裝有測溫?zé)犭娕?0，測量甲垸和二氧化碳的反應(yīng)溫度。
權(quán)利要求
1.一種固定床反應(yīng)器，包括由法蘭連接的筒體和封頭構(gòu)成的殼體，其特征在于法蘭密封面(17)右邊的殼體(18)中央設(shè)置有直徑占反應(yīng)器內(nèi)徑1/10的石英反應(yīng)管(7)，石英反應(yīng)管(7)一端至法蘭密封面(17)，并與反應(yīng)器內(nèi)腔連通，另一端延伸至殼體(18)外；在石英反應(yīng)管(7)外套設(shè)有電加熱裝置(8)，其左端位于距法蘭密封面(17)的1/8處，其長度為石英反應(yīng)管(7)的2/5；法蘭密封面(17)左邊的殼體(18)中央設(shè)置有直徑占反應(yīng)器內(nèi)徑1/10的氣體通管(6)，氣體通管(6)的右端與石英反應(yīng)管(7)的左端相對接，并與反應(yīng)器內(nèi)腔連通，另一端延伸至殼體(18)外；在殼體(18)中空填充有耐高溫材料(12)。
2. 權(quán)利要求1所述的一種固定床反應(yīng)器，其特征在于反應(yīng)器內(nèi)的石英反應(yīng)管(7)的反應(yīng)溫 度是800 120(TC，反應(yīng)壓力是6 12Mpa。
3. 權(quán)利要求1所述的一種固定床反應(yīng)器，其特征在于反應(yīng)器內(nèi)的石英反應(yīng)管(7)的反應(yīng)溫 度為1120。C，反應(yīng)壓力為llMpa。
4. 權(quán)利要求1所述的一種固定床反應(yīng)器，其特征在于電加熱裝置(8)是內(nèi)置電阻絲(13) 的陶瓷筒(14)，通過導(dǎo)線接口 (9)中的導(dǎo)電棒(15)外接電源。
5. 權(quán)利要求1所述的一種固定床反應(yīng)器，其特征在于耐高溫材料(12)為高質(zhì)纖維棉或莫 來石輕質(zhì)保溫磚。
全文摘要
一種固定床反應(yīng)器是在法蘭密封面右邊殼體中央設(shè)有石英反應(yīng)管，其一端至法蘭密封面與反應(yīng)器內(nèi)腔連通，另一端延伸至殼體外，并在石英反應(yīng)管外套設(shè)有電加熱裝置；法蘭密封面左邊的殼體中央設(shè)有氣體通管，氣體通管的右端與石英反應(yīng)管的左端相對接并與反應(yīng)器內(nèi)腔連通，另一端延伸至殼體外。本發(fā)明在殼體中填充有耐高溫材料，使反應(yīng)高溫傳到器壁面的溫度降到了50℃以下，在石英反應(yīng)管和氣體通管在法蘭密封面處對接，使得石英管在高溫反應(yīng)時的內(nèi)外壓力相等；在石英管上套接有電加熱裝置直接對反應(yīng)氣進(jìn)行加熱，大大地提高了傳熱效率，節(jié)省了能源。本發(fā)明適用于甲烷二氧化碳重整類反應(yīng)的高溫高壓反應(yīng)條件，而且結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。
文檔編號B01J8/06GK101537327SQ20091007427
公開日2009年9月23日 申請日期2009年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月29日
發(fā)明者張丙模, 張永發(fā), 王麗萍, 躍 董, 趙文軍 申請人:太原理工大學(xué)