本發(fā)明涉及一種徑向反應(yīng)器。

背景技術(shù)：

固定床反應(yīng)器主要有兩種類型，一種是軸向固定床反應(yīng)器，另一種是徑向固定床反應(yīng)器。軸向固定床反應(yīng)器設(shè)計(jì)、加工過(guò)程相對(duì)容易、操作簡(jiǎn)單，但存在反應(yīng)器設(shè)備尺寸龐大、床層壓降大、容易出現(xiàn)局部飛溫、移熱緩慢、轉(zhuǎn)化率低、放大效應(yīng)明顯等問(wèn)題。徑向床反應(yīng)器高徑比較大、床層壓降小、反應(yīng)物在催化劑床層停留時(shí)間短，但很難實(shí)現(xiàn)反應(yīng)物在徑向上的均勻分布，容易出現(xiàn)反應(yīng)物溝流或短路現(xiàn)象，降低了反應(yīng)器整體催化反應(yīng)性能。

為了克服傳統(tǒng)化工中存在傳熱、傳質(zhì)效率低的問(wèn)題，二十世紀(jì)八九十年代興起了微化工技術(shù)。微反應(yīng)器作為微化工技術(shù)的核心組成部分，它是以毫米、微米為量級(jí)的化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)。一方面微反應(yīng)器具有微尺度化、較大的比表面、擴(kuò)散距離短、停留時(shí)間短、阻力小等特點(diǎn)，其傳質(zhì)、傳熱和反應(yīng)效果較普通反應(yīng)器高1-3數(shù)量級(jí)；另一方面，可以根據(jù)實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)能力要求，通過(guò)具有功能化的微反應(yīng)器模塊集成以及數(shù)量的增減達(dá)到控制和調(diào)節(jié)生產(chǎn)，有利于實(shí)現(xiàn)設(shè)備的最大利用效率，同時(shí)縮短設(shè)備的加工時(shí)間。

近年來(lái)，微通道反應(yīng)器在氣固相催化反應(yīng)、液固相催化反應(yīng)中受到越來(lái)越多的關(guān)注。公告號(hào)為cn204841617u、cn204816459u的中國(guó)專利，將微通道反應(yīng)器運(yùn)用于煤制sng甲烷化工藝，目標(biāo)產(chǎn)物具有較高的選擇性；公告號(hào)為cn203540513u的中國(guó)專利公開了一種用于甲烷化工藝的微通道反應(yīng)器，該微反應(yīng)通道固定在反應(yīng)器中部的支撐板上，難以消除熱脹冷縮產(chǎn)生的應(yīng)力；公告號(hào)為cn102151531a的中國(guó)專利公開了一種微通道反應(yīng)器及其 合成氣完全甲烷化的方法，該微反應(yīng)器由若干反應(yīng)通道和移熱通道交替平行排布，反應(yīng)器的壓降較大，同時(shí)難以承受高壓。

因此，為了進(jìn)一步提高徑向反應(yīng)器的流體均勻度，減小反應(yīng)器的設(shè)備尺寸、提高反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率、充分延長(zhǎng)催化劑的使用壽命、滿足反應(yīng)器大型化的需求仍然是目前亟待解決的技術(shù)問(wèn)題，同時(shí)也是未來(lái)徑向固定床反應(yīng)器的發(fā)展方向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種徑向反應(yīng)器，該反應(yīng)器催化劑使用量少、壓降低、停留時(shí)間短、空間利用率高、無(wú)氣體偏流和短路現(xiàn)象。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種徑向反應(yīng)器，該反應(yīng)器包括徑向圓筒形密封承壓殼體、從殼體頂部伸入到殼體內(nèi)部的1#直管、從殼體底部伸入到殼體內(nèi)部的2#直管、以及設(shè)置在殼體內(nèi)1#直管下方2#直管上方的與殼體同軸的圓筒形催化反應(yīng)單元；催化反應(yīng)單元的上下由頂部密封板和底部密封板密封，催化反應(yīng)單元的外側(cè)壁與殼體的內(nèi)側(cè)壁之間形成有環(huán)隙；環(huán)隙的下端封閉且上端與1#直管流體連通；催化反應(yīng)單元包括中心管和徑向套設(shè)在中心管上的圓筒形的徑向微通道反應(yīng)區(qū)和徑向催化反應(yīng)區(qū)，徑向微通道反應(yīng)區(qū)和徑向催化反應(yīng)區(qū)之間具有1#集流道；中心管的上端由頂部密封板封閉，下端穿過(guò)底部密封板與2#直管流體連通；徑向微通道反應(yīng)區(qū)具有一個(gè)或者徑向套設(shè)在一起的多個(gè)徑向微通道反應(yīng)單元，相鄰二個(gè)徑向微通道反應(yīng)單元之間具有2#集流道；每一個(gè)徑向微通道反應(yīng)單元的筒壁上具有多個(gè)徑向微反應(yīng)通道，徑向微通道反應(yīng)單元的筒體內(nèi)外僅通過(guò)該徑向微反應(yīng)通道流體連通；徑向催化反應(yīng)區(qū)的側(cè)壁上具有至少一個(gè)用于容納催化劑床層的夾層構(gòu)件，該夾層構(gòu)件的側(cè)壁為流體可透過(guò)結(jié)構(gòu)，并且徑向催化反應(yīng)區(qū)的筒體內(nèi)外通過(guò)該流體可透過(guò)的夾層構(gòu)件的側(cè)壁而流體連通。

優(yōu)選地，徑向催化反應(yīng)區(qū)位于徑向微通道反應(yīng)區(qū)的筒體內(nèi)部或者外部。

優(yōu)選地，徑向微反應(yīng)通道的內(nèi)表面負(fù)載有催化活性組分。

優(yōu)選地，徑向微反應(yīng)通道為選自錐形管、喇叭形管、梯形管和y形管中的其中一種

優(yōu)選地，徑向微反應(yīng)通道的直徑從微通道外側(cè)口向微通道內(nèi)側(cè)口的方向逐漸減??；徑向微反應(yīng)通道的直徑在2-50毫米之間；微通道外側(cè)口的直徑與微通道內(nèi)側(cè)口的直徑的比值為(1.1-25)：1；單個(gè)徑向微通道反應(yīng)單元中多個(gè)徑向微反應(yīng)通道的內(nèi)部空間的總體積為該徑向微通道反應(yīng)單元的筒壁體積的30％-90％。

優(yōu)選地，徑向催化反應(yīng)區(qū)內(nèi)設(shè)置有用于軸向分隔催化劑床層的隔板，隔板的數(shù)量為2-16個(gè)。

優(yōu)選地，徑向催化反應(yīng)區(qū)內(nèi)夾層構(gòu)件的徑向內(nèi)側(cè)設(shè)置有氣體再分布板，氣體再分布板的數(shù)量為1-6個(gè)。

優(yōu)選地，徑向催化反應(yīng)區(qū)中的夾層構(gòu)件的側(cè)壁為約翰遜網(wǎng)。

優(yōu)選地，1#直管的下部設(shè)置有至少一個(gè)用于分布送入反應(yīng)器的反應(yīng)氣的氣體分布器。

優(yōu)選地，催化反應(yīng)單元的底部與殼體的底部之間設(shè)置有隔熱材料區(qū)。

本發(fā)明提供的反應(yīng)器適用于強(qiáng)放熱反應(yīng)，尤其適用于反應(yīng)前后有強(qiáng)烈體積變化的放熱反應(yīng)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、將徑向微通道反應(yīng)區(qū)與常規(guī)的徑向催化反應(yīng)區(qū)相結(jié)合，既能達(dá)到提高流體均勻度，提高原料轉(zhuǎn)化率，又能夠降低反應(yīng)器內(nèi)全部使用微反應(yīng)通道的設(shè)備成本；

2、徑向微通道反應(yīng)區(qū)由若干大小相同的微反應(yīng)通道構(gòu)成，起到分布反應(yīng)物料的作用；徑向催化反應(yīng)區(qū)中設(shè)置隔板在一定程度上也起到了分布反應(yīng) 物料的作用；另外，徑向微通道反應(yīng)區(qū)和徑向催化反應(yīng)區(qū)之間以及徑向催化反應(yīng)單元之間的集流道起到緩沖物料的作用，使得催化反應(yīng)單元無(wú)反應(yīng)死區(qū)和氣體的偏流現(xiàn)象，床層的溫度較為均勻，不會(huì)出現(xiàn)熱點(diǎn)，充分保證了整個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)的平穩(wěn)運(yùn)行；

3、采用涂覆反應(yīng)活性催化劑于徑向微反應(yīng)通道內(nèi)表面，活性金屬使用量為同等處理能力常規(guī)固定床反應(yīng)器所用量的5％-25％，有效地降低了催化劑生產(chǎn)成本；

4、反應(yīng)產(chǎn)物在反應(yīng)器中停留時(shí)間較短，延長(zhǎng)了催化劑的使用壽命(壽命可以提高15％-40％)，床層壓降較同處理量的徑向反應(yīng)器低(30％-65％)；

5、該反應(yīng)器的原料轉(zhuǎn)化率、目標(biāo)產(chǎn)物選擇性高，單位反應(yīng)器生產(chǎn)強(qiáng)度較常規(guī)固定床、流化床都高，達(dá)到同等條件下的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物收率時(shí)，該反應(yīng)器的處理能力更大(提高了10％-25％)；

6、對(duì)于體積縮小的催化反應(yīng)而言，采用涂覆反應(yīng)活性催化劑的微通道反應(yīng)器，隨著反應(yīng)物從微反應(yīng)通道較大直徑端向小直徑端流動(dòng)，反應(yīng)通道越來(lái)越小，增大了體積縮小反應(yīng)向產(chǎn)物方向轉(zhuǎn)化的推動(dòng)力，同時(shí)氣體流速越來(lái)越大，使得氣體在微反應(yīng)通道中的停留時(shí)間較短，產(chǎn)生的反應(yīng)熱也很快的被帶離催化反應(yīng)單元；對(duì)于體積增大的反應(yīng)而言，反應(yīng)物從微反應(yīng)通道較小直徑端向大直徑端流動(dòng)，反應(yīng)通道越來(lái)越大，增大了體積增大反應(yīng)向產(chǎn)物方向轉(zhuǎn)化的推動(dòng)力；

7、可以根據(jù)實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)能力要求，通過(guò)徑向催化反應(yīng)單元和具有功能化的微反應(yīng)器模塊集成以及數(shù)量的增減達(dá)到控制和調(diào)節(jié)生產(chǎn)，有利于實(shí)現(xiàn)設(shè)備的最大利用效率，無(wú)明顯放大效應(yīng)，同時(shí)縮短設(shè)備的加工時(shí)間，進(jìn)一步降低反應(yīng)器生產(chǎn)成本；

8、不僅可以運(yùn)用于煤制替代天然氣和焦?fàn)t煤氣甲烷化工藝，還可用于甲醇合成、費(fèi)托合成等固定床催化放熱反應(yīng)。

本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

附圖是用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書的一部分，與下面的具體實(shí)施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1是本發(fā)明提供的徑向反應(yīng)器的一種具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明提供的徑向反應(yīng)器的一種具體實(shí)施方式的剖視圖(即圖1中a-a面的剖視圖)；

圖3是本發(fā)明提供的徑向反應(yīng)器的另一種具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明提供的徑向反應(yīng)器的另一種具體實(shí)施方式的剖視圖(即圖3中a-a面的剖視圖)；

圖5是本發(fā)明提供的徑向反應(yīng)器的第三種具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明提供的徑向反應(yīng)器的第三種具體實(shí)施方式的剖視圖(即圖5中a-a面的剖視圖)；

圖7是本發(fā)明提供的徑向反應(yīng)器的第四種具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是本發(fā)明提供的徑向反應(yīng)器的第四種具體實(shí)施方式的剖視圖(即圖7中a-a面的剖視圖)；

圖9是本發(fā)明提供的徑向反應(yīng)器所采用的微反應(yīng)通道的一種具體實(shí)施方式(錐形管)的示意圖；

圖10是本發(fā)明提供的徑向反應(yīng)器所采用的微反應(yīng)通道的一種具體實(shí)施方式(喇叭形管)的示意圖；

圖11是本發(fā)明提供的徑向反應(yīng)器所采用的微反應(yīng)通道的一種具體實(shí)施方式(y形管)的示意圖；

圖12是本發(fā)明提供的徑向反應(yīng)器所采用的微反應(yīng)通道的一種具體實(shí)施 方式(梯形管)的示意圖。

附圖標(biāo)記說(shuō)明

1殼體21#直管32#直管4催化反應(yīng)單元

5頂部密封板6底部密封板7環(huán)隙8徑向催化反應(yīng)區(qū)

9徑向微通道反應(yīng)區(qū)10徑向微通道反應(yīng)單元

11中心管12微通道外側(cè)口13微通道內(nèi)側(cè)口

141#集流道15徑向微反應(yīng)通道16第一氣體分布器

17第二氣體分布器18隔熱材料區(qū)

192#集流道20隔板21氣體再分布板

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。

本發(fā)明提供一種徑向反應(yīng)器，該反應(yīng)器包括徑向圓筒形密封承壓殼體1、從殼體1頂部伸入到殼體內(nèi)部的1#直管2、從殼體1底部伸入到殼體內(nèi)部的2#直管3、以及設(shè)置在殼體1內(nèi)1#直管2下方2#直管3上方的與殼體1同軸的圓筒形催化反應(yīng)單元4；催化反應(yīng)單元4的上下由頂部密封板5和底部密封板6密封，催化反應(yīng)單元4的外側(cè)壁與殼體1的內(nèi)側(cè)壁之間形成有環(huán)隙7；環(huán)隙7的下端封閉且上端與1#直管2流體連通；催化反應(yīng)單元4包括中心管11和徑向套設(shè)在中心管11上的圓筒形的徑向微通道反應(yīng)區(qū)9和徑向催化反應(yīng)區(qū)8，徑向微通道反應(yīng)區(qū)9和徑向催化反應(yīng)區(qū)8之間具有1#集流道14；中心管11的上端由頂部密封板5封閉，下端穿過(guò)底部密封板6與2#直管3流體連通；徑向微通道反應(yīng)區(qū)9具有一個(gè)或者徑向套設(shè)在一起的多個(gè)徑向微通 道反應(yīng)單元10，相鄰二個(gè)徑向微通道反應(yīng)單元10之間具有2#集流道19；每一個(gè)徑向微通道反應(yīng)單元10的筒壁上具有多個(gè)徑向微反應(yīng)通道15，徑向微通道反應(yīng)單元10的筒體內(nèi)外僅通過(guò)該徑向微反應(yīng)通道15流體連通；徑向催化反應(yīng)區(qū)8的側(cè)壁上具有至少一個(gè)用于容納催化劑床層的夾層構(gòu)件，該夾層構(gòu)件的側(cè)壁為流體可透過(guò)結(jié)構(gòu)，并且徑向催化反應(yīng)區(qū)8的筒體內(nèi)外通過(guò)該流體可透過(guò)的夾層構(gòu)件的側(cè)壁而流體連通。

根據(jù)本發(fā)明，為了達(dá)到提高流體均勻度，提高原料轉(zhuǎn)化率的目的，徑向催化反應(yīng)區(qū)8可以位于徑向微通道反應(yīng)區(qū)9的筒體內(nèi)部或者外部，只要保證反應(yīng)物的流動(dòng)方向?yàn)橄冉?jīng)過(guò)徑向微通道反應(yīng)區(qū)9后經(jīng)過(guò)徑向催化反應(yīng)區(qū)8即可，也即，當(dāng)徑向催化反應(yīng)區(qū)8位于徑向微通道反應(yīng)區(qū)9的筒體內(nèi)部時(shí)，反應(yīng)物從1#直管2進(jìn)入反應(yīng)器，依次經(jīng)過(guò)徑向微通道反應(yīng)區(qū)9和徑向催化反應(yīng)區(qū)8，在中心管11處匯集后經(jīng)2#直管3排出反應(yīng)器，而當(dāng)徑向催化反應(yīng)區(qū)8位于徑向微通道反應(yīng)區(qū)9的筒體外部時(shí)，反應(yīng)物則從反應(yīng)器底部的2#直管3進(jìn)入反應(yīng)器，依次經(jīng)過(guò)徑向微通道反應(yīng)區(qū)9和徑向催化反應(yīng)區(qū)8后經(jīng)1#直管2排出反應(yīng)器。徑向催化反應(yīng)區(qū)8與徑向微通道反應(yīng)區(qū)9的體積比可以為適合的任意比。

根據(jù)本發(fā)明，微通道催化反應(yīng)單元10內(nèi)部可以空心，可以實(shí)心，只要能夠容納徑向微反應(yīng)通道15即可。徑向催化反應(yīng)區(qū)8為常規(guī)的徑向催化反應(yīng)單元，原料通過(guò)徑向催化反應(yīng)區(qū)8的側(cè)壁進(jìn)入徑向催化反應(yīng)區(qū)8，通過(guò)夾層構(gòu)件上的催化劑床層進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)后再通過(guò)徑向催化反應(yīng)區(qū)8的側(cè)壁流出，此過(guò)程為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，本發(fā)明不再贅述，其中，夾層構(gòu)件的數(shù)量可以根據(jù)需要確定。

根據(jù)本發(fā)明，為了使反應(yīng)器能夠用于化學(xué)反應(yīng)，徑向微反應(yīng)通道15的內(nèi)表面可以負(fù)載有催化活性組分。催化活性組分可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的催化活性組分，例如運(yùn)用于甲烷化反應(yīng)時(shí)，催化活性組分可以是具有 甲烷化反應(yīng)活性的鎳、釕和銠等金屬；所述的負(fù)載是指可以通過(guò)浸漬、離子濺射、涂覆或裝填等方法將含有活性組分的催化劑或直接將活性組分負(fù)載到微反應(yīng)通道內(nèi)。其中，活性金屬組分涂覆負(fù)載過(guò)程可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的包括金屬基體的預(yù)處理和催化劑沉積兩個(gè)階段的涂覆方法。

根據(jù)本發(fā)明，徑向微反應(yīng)通道15可以為選自錐形管、喇叭形管、y形管和梯形管中的其中一種(分別如圖9、圖10、圖11和圖12所示)；所述錐形管、喇叭形管、y形管和梯形管可以采用金屬材質(zhì)管、陶瓷材質(zhì)管，優(yōu)選采用不與反應(yīng)系統(tǒng)中的氣體發(fā)生反應(yīng)的金屬管。需要說(shuō)明的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員常規(guī)使用的錐形管是指兩端開口的圓臺(tái)形中空型材，而非軸向截面為錐形的型材。

根據(jù)本發(fā)明，為了保證化學(xué)反應(yīng)的效率，徑向微反應(yīng)通道15的直徑可以在2-50毫米之間。當(dāng)運(yùn)用于總體積縮小的反應(yīng)時(shí)，徑向微反應(yīng)通道15的直徑可以從微通道外側(cè)口12向微通道內(nèi)側(cè)口13的方向逐漸減小(保證微通道外側(cè)口12的直徑大于微通道內(nèi)側(cè)口13的直徑即可，也包括通道直徑先減小后不變的情況)。微通道外側(cè)口12的直徑與微通道內(nèi)側(cè)口13的直徑的比值可以為(1.1-25)：1，優(yōu)選為(2-10)：1。

根據(jù)本發(fā)明，該反應(yīng)器運(yùn)用于反應(yīng)前后體積有強(qiáng)烈變化的放熱反應(yīng)，為了兼顧反應(yīng)效率和反應(yīng)器的溫度控制，單個(gè)徑向微通道反應(yīng)單元10中所述多個(gè)徑向微反應(yīng)通道15的內(nèi)部空間的總體積為該徑向微通道反應(yīng)單元10的筒壁體積的30％-90％，優(yōu)選為40％-65％。

根據(jù)本發(fā)明，為了進(jìn)一步提高反應(yīng)物料在徑向催化反應(yīng)區(qū)8內(nèi)的均勻分布，徑向催化反應(yīng)區(qū)8內(nèi)可以設(shè)置有用于軸向分隔床層的隔板20，隔板20的數(shù)量為2-64個(gè)，進(jìn)一步地，優(yōu)選數(shù)量為2-16個(gè)，隔板20密封固定于底部密封板6和頂部密封板5。徑向催化反應(yīng)區(qū)8內(nèi)還可以設(shè)置有氣體再分布板21，氣體再分布板21的數(shù)量為1-25個(gè)，進(jìn)一步地，優(yōu)選數(shù)量為1-6個(gè)。

根據(jù)本發(fā)明，為了進(jìn)一步提高反應(yīng)物料的均勻分布，氣體再分布板21上可以設(shè)置有大小相同的氣體分布孔。需要說(shuō)明的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員常說(shuō)的氣體分布孔，可以是正方形孔、長(zhǎng)方形孔、圓形孔、橢圓形孔、錐形孔等孔形式。

根據(jù)本發(fā)明，氣體再分布板21、隔板20可以采用金屬材質(zhì)或陶瓷材質(zhì)，優(yōu)選采用不與反應(yīng)系統(tǒng)中的氣體發(fā)生反應(yīng)的金屬材質(zhì)。

根據(jù)本發(fā)明，徑向催化反應(yīng)區(qū)8中的夾層構(gòu)件的側(cè)壁可以為約翰遜網(wǎng)，所述約翰遜網(wǎng)是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，本發(fā)明不再贅述。

根據(jù)本發(fā)明，1#直管2的下部可以設(shè)置有至少一個(gè)用于分布送入所述反應(yīng)器的反應(yīng)氣的氣體分布器。氣體分布器可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所常規(guī)使用的，本發(fā)明不再贅述，氣體分布器優(yōu)選設(shè)置有兩個(gè)。

根據(jù)本發(fā)明，為了防止殼體1的底部過(guò)度受熱以及阻止催化反應(yīng)單元4向下移動(dòng)，催化反應(yīng)單元4的底部與殼體1的底部之間可以設(shè)置有隔熱材料區(qū)18。隔熱材料區(qū)18內(nèi)可以放置有本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的單一材質(zhì)或多種復(fù)合材質(zhì)的隔熱球、隔熱氈毯或隔熱帶等隔熱材料。

下面將結(jié)合附圖通過(guò)實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但是本發(fā)明并不因此而受到任何限制。

實(shí)施例1

如圖1所示，本實(shí)施例所采用的徑向反應(yīng)器包括上端設(shè)有1#直管2、下端設(shè)有2#直管3的承壓殼體1，1#直管2的下部設(shè)有第一氣體分布器16，第一氣體分布器16的下方設(shè)置有第二氣體分布器17。殼體1內(nèi)1#直管2的下方具有中心管11、徑向催化反應(yīng)區(qū)8和徑向微通道反應(yīng)區(qū)9，徑向微通道反應(yīng)區(qū)9包括一個(gè)徑向微通道反應(yīng)單元10。徑向微通道反應(yīng)區(qū)9設(shè)置在徑向催化反應(yīng)區(qū)8的筒體外部，徑向微通道反應(yīng)單元10的側(cè)壁與殼體1的內(nèi)側(cè)壁 形成有環(huán)隙7，徑向催化反應(yīng)區(qū)8和徑向微通道反應(yīng)單元10之間形成有1#集流道14，徑向催化反應(yīng)區(qū)8和徑向微通道反應(yīng)單元10與殼體1的底面之間設(shè)置有由隔熱氈毯構(gòu)成的隔熱材料區(qū)18。如圖2所示，所述徑向微通道反應(yīng)單元10包括由24900根(為清楚顯示，未全部示出)內(nèi)表面涂覆有活性催化劑的徑向微反應(yīng)通道15，徑向微反應(yīng)通道15采用如圖9所示的錐形管。徑向催化反應(yīng)區(qū)8的側(cè)壁上具有2個(gè)用于容納催化劑床層的夾層構(gòu)件，徑向催化反應(yīng)區(qū)8內(nèi)設(shè)置有4個(gè)均勻分隔床層的隔板20、2個(gè)氣體再分布板21，氣體再分布板21的徑向間距為85mm，內(nèi)層氣體再分布板21距離中心管11的徑向間距為35mm。

徑向催化反應(yīng)區(qū)8和徑向微通道反應(yīng)單元10的高度為1000mm，殼體1的內(nèi)徑為900mm，中心管11的直徑為150mm，環(huán)隙7的間距為35mm，1#集流道14的間距為15mm，徑向微通道反應(yīng)單元10所采用的錐形管微反應(yīng)通道的長(zhǎng)度為100mm，錐形管外側(cè)口處的直徑為10mm，內(nèi)側(cè)口處的直徑為4mm，所有錐形管微反應(yīng)通道內(nèi)部的總體積占徑向微通道反應(yīng)單元10的體積的比例為44.3％，徑向催化反應(yīng)區(qū)8的床層厚度為225mm。

將本實(shí)施例的反應(yīng)器應(yīng)用于合成氣甲烷化反應(yīng)，錐形管微反應(yīng)通道內(nèi)表面負(fù)載活性金屬nio的量為9.5g/m²。合成氣從1#直管2進(jìn)入反應(yīng)器，徑向穿過(guò)催化反應(yīng)單元后，在中心管11中匯集，從反應(yīng)器底部的2#直管3排出反應(yīng)器。原料氣h2/co體積比為3.02，反應(yīng)溫度為650℃，壓力為3.35mpa，體積空速為10038h^-1。

表1中給出的是本實(shí)施例的反應(yīng)器與現(xiàn)有技術(shù)中徑向反應(yīng)器對(duì)比情況。兩種反應(yīng)器催化反應(yīng)單元具有相同尺寸，從原料轉(zhuǎn)化率、床層均勻度、目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性、使用壽命、床層壓降以及活性金屬ni的用量六個(gè)指標(biāo)可以看出，本發(fā)明提出的反應(yīng)器都表現(xiàn)出了較為優(yōu)異的性能。

表1本實(shí)施例的反應(yīng)器與現(xiàn)有技術(shù)中的徑向反應(yīng)器對(duì)比

實(shí)施例2

如圖3、圖4所示，本實(shí)施例的反應(yīng)器與實(shí)施例1的反應(yīng)器的殼體內(nèi)徑、催化反應(yīng)單元高度等結(jié)構(gòu)參數(shù)相同。與實(shí)施例1不同之處在于，本實(shí)施例中有的徑向微通道反應(yīng)區(qū)9包括兩個(gè)徑向微通道反應(yīng)單元10。本實(shí)施例采用如圖10所示的喇叭形管微反應(yīng)通道，兩個(gè)徑向微通道反應(yīng)單元10內(nèi)包括44850根(為清楚顯示，未全部示出)內(nèi)表面涂覆有活性催化劑的喇叭形管微反應(yīng)通道。另外，本實(shí)施例的反應(yīng)器中徑向催化反應(yīng)區(qū)8中使用1個(gè)氣體再分布板21，氣體再分布板21距離中心管11的徑向間距仍為35mm。

徑向催化反應(yīng)區(qū)8和徑向微通道反應(yīng)單元10的高度為1000mm，殼體1的內(nèi)徑為900mm，中心管11的直徑為150mm，環(huán)隙7的間距為35mm，1#集流道14的間距為15mm，2#集流道19的間距為15mm，徑向微通道反應(yīng)單元10所采用的喇叭形管微反應(yīng)通道的長(zhǎng)度為67.5mm，喇叭形管外側(cè)口處的直徑為10mm，內(nèi)側(cè)口處的直徑為4mm，所有喇叭形管微反應(yīng)通道內(nèi)部的總體積占徑向微通道反應(yīng)區(qū)9的體積的比例為42.9％，徑向催化反應(yīng)區(qū)8的床層厚度為175mm。

該徑向反應(yīng)器同樣可以用于甲烷化反應(yīng)。按照與實(shí)施例1相同反應(yīng)條件，所得一氧化碳的轉(zhuǎn)化率為73.5％，甲烷的選擇性為98％。

實(shí)施例3

如圖5、圖6所示，本實(shí)施例的反應(yīng)器與實(shí)施例1的反應(yīng)器的殼體內(nèi)徑、催化反應(yīng)單元高度等結(jié)構(gòu)參數(shù)相同。與實(shí)施例1不同之處在于，本實(shí)施例的反應(yīng)器中將徑向催化反應(yīng)區(qū)8和徑向微通道反應(yīng)區(qū)9位置對(duì)調(diào)，且1#直管2的下部不設(shè)置氣體分布器。另外，本實(shí)例的反應(yīng)器中的徑向催化反應(yīng)區(qū)8內(nèi)使用2個(gè)氣體再分布板21，兩個(gè)氣體再分布板21的間距為60mm，最內(nèi)層氣體再分布板與徑向催化反應(yīng)區(qū)8的內(nèi)側(cè)壁的徑向間距為30mm。

本實(shí)施例采用的反應(yīng)器可應(yīng)用于合成氣在fe基催化劑合成c2、c3等小分子烯烴。錐形管中負(fù)載活性金屬fe量為10.5g/m²。合成氣從反應(yīng)器底部的2#直管3進(jìn)入反應(yīng)器，在中心管11中匯集，徑向穿過(guò)催化反應(yīng)單元后，從1#直管2排出反應(yīng)器。原料氣h2/co體積比為2，反應(yīng)溫度為320℃，壓力為0.5mpa，體積空速為3500h^-1。

表2中給出的是本實(shí)施例的反應(yīng)器與現(xiàn)有技術(shù)中徑向反應(yīng)器對(duì)比情況。兩種反應(yīng)器催化反應(yīng)單元具有相同尺寸，從原料轉(zhuǎn)化率、床層均勻度、目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性、使用壽命、床層壓降以及活性金屬fe的用量六個(gè)指標(biāo)可以看出，本發(fā)明提出的反應(yīng)器都表現(xiàn)出了較為優(yōu)異的性能。

表2本實(shí)施例的反應(yīng)器與現(xiàn)有技術(shù)中的徑向反應(yīng)器對(duì)比

實(shí)施例4

如圖7、圖8所示，本實(shí)施例反應(yīng)器與實(shí)施例3的反應(yīng)器殼體內(nèi)徑、催化反應(yīng)單元高度等結(jié)構(gòu)參數(shù)相同。與實(shí)施例3的不同之處在于，所述徑向催化反應(yīng)區(qū)8內(nèi)不設(shè)置氣體再分布板21。

本實(shí)施例的反應(yīng)器可應(yīng)用于合成氣在cu基催化劑合成甲醇，原料氣從反應(yīng)器底部的2#直管3進(jìn)入，徑向穿過(guò)催化反應(yīng)單元，從1#直管2離開反應(yīng)器。本實(shí)施例的反應(yīng)器中錐形管微反應(yīng)通道中負(fù)載活性金屬cu的量為18g/m²。原料氣h2/co體積比為2，反應(yīng)溫度為245℃，壓力為5.5mpa，體積空速為3000h^-1。單程co轉(zhuǎn)化率為8.6％，甲醇選擇性為99.5％，床層壓降比常規(guī)徑向反應(yīng)器低38％。

本發(fā)明提供的徑向反應(yīng)器結(jié)構(gòu)緊湊、活性金屬用量少、床層壓降小、氣體產(chǎn)物停留時(shí)間短，床層空間利用率高、無(wú)氣體偏流和短路現(xiàn)象。

以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡(jiǎn)單變型，這些簡(jiǎn)單變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

此外，本發(fā)明的各種不同的實(shí)施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。