多段間接換熱徑向固定床反應(yīng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于放熱化學(xué)反應(yīng)的徑向流動固定床反應(yīng)器。具體地，本發(fā)明涉及這樣一種用于放熱化學(xué)反應(yīng)的徑向流動固定床反應(yīng)器，其具有上下封頭的圓柱形外殼，在所述圓柱形外殼內(nèi)具有被限定裝置劃分的至少一個或多個具有反應(yīng)物進(jìn)口和反應(yīng)產(chǎn)物出口的催化劑反應(yīng)區(qū)域，使得不同反應(yīng)區(qū)域的進(jìn)口溫度和出口溫度控制在預(yù)定的最佳值附近的有限范圍內(nèi)。
【背景技術(shù)】
[0002]徑向固定床反應(yīng)器具有這樣的優(yōu)點(diǎn):1、流動面積大、壓降小，可使用小顆粒催化劑，故反應(yīng)速率較高、生產(chǎn)強(qiáng)度大;2、結(jié)構(gòu)簡單，基建投資小;3、強(qiáng)制氣流均勻分布等。
[0003]近年來，徑向固定床反應(yīng)器在工業(yè)裝置上得到了廣泛的應(yīng)用，但受限于徑向固定床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和流動特點(diǎn)，其應(yīng)用于強(qiáng)放熱反應(yīng)時，徑向固定床反應(yīng)器有明顯的不足。如何用簡單有效的方法將在徑向固定床催化劑床層中的反應(yīng)熱移出反應(yīng)器、控制床層溫度在預(yù)定的最佳值附近，相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)行了大量的工作。
[0004]—種本專業(yè)熟知的方法是通過在催化劑床層中流動的反應(yīng)物流將產(chǎn)生的熱量帶走，為了強(qiáng)化這種作用，需要在反應(yīng)物流中增加非主要反應(yīng)組份。限于所述流股的物理特性和徑向反應(yīng)器的流動特點(diǎn)，為了達(dá)到有效控制床層溫度的目的，在反應(yīng)器流股中增加的非主要反應(yīng)組份必須要達(dá)到很大的量，并在系統(tǒng)中循環(huán)流動帶走熱量，有時甚至要達(dá)到主要反應(yīng)組份質(zhì)量的數(shù)倍到數(shù)十倍，使系統(tǒng)中循環(huán)機(jī)的功耗大大增加。
[0005]中國專利CN10455731A公開了一種降低循環(huán)機(jī)能耗的方法，在反應(yīng)物流中加入了兩種用于帶走反應(yīng)生成熱的非主要反應(yīng)組份:干氣和水。干氣是反應(yīng)副產(chǎn)品，水另外加入。在分離工序后，將干氣用循環(huán)機(jī)送到催化床層進(jìn)口端，同時用水栗將水循環(huán)至催化床層進(jìn)口端，并再次升溫氣化后與反應(yīng)物、干氣混合后進(jìn)入反應(yīng)器床層，其實(shí)質(zhì)是用效率較高的液體栗分擔(dān)了氣體循環(huán)機(jī)的工作能耗，但反應(yīng)物中水分的增加，給這種方法的應(yīng)用帶來了限制，水的不斷冷卻和氣化也消耗了大量的能量。
[0006]中國專利0吧039166261]、0吧039443581]、0吧01088911￥和0吧030759231]公開了在徑向固定床催化劑床層中敷設(shè)換熱冷管控制催化劑床層溫度的方法。用這種方法控制催化劑床層的溫度，會使反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造工藝要求高，提高了制造難度和建設(shè)成本，同時還帶來了催化劑裝卸難、裝填系數(shù)低等問題，尤其劣化了催化劑床層中反應(yīng)物流的流動狀況，增加了流動阻力、反混和壁效應(yīng)。由于徑向反應(yīng)器的流動特點(diǎn)，采用在催化劑床層中敷設(shè)冷管的方法移除熱量，效率很低，為了達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，需使用特殊的設(shè)備或敷設(shè)大量的冷管，使得由此引起的問題更加嚴(yán)重。
[0007]中國專利CN201978732U公開了一種將催化劑床層軸向分段、在段間加入冷激氣體控制催化劑床層溫度的固定床反應(yīng)器，其可以有效的控制反應(yīng)器床層的溫度。但為了使冷、熱流股在段間良好混合，必須給予必要的混合空間或相應(yīng)的混合設(shè)備，使得段間空間增大、設(shè)備復(fù)雜，如果采用原料氣實(shí)施冷激，還會造成反混，影響目標(biāo)產(chǎn)物的收率和催化劑的使用效率。對于多級反應(yīng)器通過冷激氣調(diào)節(jié)進(jìn)口溫度控制床層的溫升，也有一定局限性，主要由于冷激氣在各級進(jìn)口的分配存在相互干擾，很難保證穩(wěn)定工作，由此也影響了在大型設(shè)備中的使用。
[0008]中國專利CN101616730B、CN202570121U和CN202570115U所公開的是一種在多段絕熱反應(yīng)器段間換熱控制溫度的徑向固定床反應(yīng)器。換熱器是光管、翅片管、螺旋管或異型管等組成的管束。通過管束將由催化劑床層流出的熱工藝氣(反應(yīng)物)與未進(jìn)入床層的冷工藝氣(非反應(yīng)組份:循環(huán)氣)換熱，一方面將冷工藝氣升溫至催化劑床層進(jìn)口所需溫度，另一方面使已經(jīng)部分反應(yīng)的工藝氣適當(dāng)降溫，以進(jìn)入下一段催化劑床層繼續(xù)反應(yīng)。該方法有效的利用了反應(yīng)產(chǎn)生的熱能，但仍然存在循環(huán)比大、換熱效率低等帶來的問題，使得設(shè)備復(fù)雜、制作工藝要求高、換熱器體積大、催化劑裝填比低等問題，而且，由于工藝的限制，操作范圍較窄，溫度不易控制在預(yù)定值附近。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是提供一種能夠?qū)⒋呋磻?yīng)床層溫度控制在預(yù)定的最佳值附近范圍內(nèi)的多段間接換熱徑向固定床反應(yīng)器。該多段間接換熱徑向固定床反應(yīng)器在具備較大的生產(chǎn)能力和轉(zhuǎn)換產(chǎn)量的同時，具有能量利用率高、易于操作和結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于含氧化合物為原料制液體烴工藝的大型裝置。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種多段間接換熱徑向固定床反應(yīng)器，其包括:
[0011]殼體，其為圓柱形，所述殼體的上下封頭，在所述殼體上設(shè)置至少一個原料氣進(jìn)口和反應(yīng)產(chǎn)物出口、換熱介質(zhì)進(jìn)口和換熱介質(zhì)出口。
[0012]至少一個或多個催化反應(yīng)裝置，其設(shè)置在所述殼體內(nèi)，所述至少一個或多個催化反應(yīng)裝置置于催化反應(yīng)裝置底板上，催化反應(yīng)裝置底板通過焊接或其它方式與殼體相接；所述至少一個或多個催化反應(yīng)裝置，其由催化劑筐和置于其中的催化劑組成;所述催化劑筐由內(nèi)篩網(wǎng)、外篩網(wǎng)、內(nèi)氣流分布板、外氣流分布板、構(gòu)成;其中所述催化劑筐可以進(jìn)一步包括分氣道擋板，所述分氣道擋板構(gòu)成所述至少一個或多個催化反應(yīng)裝置的外緣;在工藝要求不設(shè)分氣道擋板時，所述殼體或其它與催化劑筐外氣流分布板形成環(huán)隙的元件構(gòu)成所述催化劑筐的外緣;催化劑筐可以是徑向流動結(jié)構(gòu)，優(yōu)選軸徑向結(jié)構(gòu)，使得在其中流動的反應(yīng)物流沿著反應(yīng)器的徑向做Z型流動。
[0013]套管式換熱器，其設(shè)置在殼體中心，且其外管壁構(gòu)成催化劑筐集氣道擋板和催化反應(yīng)裝置內(nèi)緣，所述套管式換熱器由雙層套管組成，二層間留有環(huán)隙，形成換熱介質(zhì)通道；所述套管式換熱器的下端設(shè)有換熱介質(zhì)進(jìn)口均布器和進(jìn)口聯(lián)箱;套管式換熱器的上端設(shè)有換熱介質(zhì)出口均布器和出口聯(lián)箱;進(jìn)口聯(lián)箱和出口聯(lián)箱通過殼體上的換熱介質(zhì)進(jìn)出口與殼體外相關(guān)設(shè)備相聯(lián)接。
[0014]套管式換熱器的外壁設(shè)有翅片，在套管式換熱器與每一個催化劑筐高度相當(dāng)或略延伸的范圍內(nèi)，所述翅片平行于所述套管式換熱器軸向中心線，超過這一范圍的翅片與換熱器軸向中心線形成斜角；套管式換熱器外壁和外壁上的翅片表面均作滾花處理;套管式換熱器內(nèi)環(huán)隙中設(shè)擾流子，套管式換熱器管內(nèi)設(shè)麻花狀導(dǎo)流片或渦流葉片。
[0015]在所述套管式換熱器環(huán)隙中流通的換熱介質(zhì)，可以是處于飽和狀態(tài)的水或?qū)嵊?。?dāng)反應(yīng)工藝需高壓環(huán)境時，優(yōu)選飽和水做換熱介質(zhì)；當(dāng)反應(yīng)器應(yīng)用于常壓或低壓工藝時，優(yōu)選導(dǎo)熱油做換熱介質(zhì)。
[0016]本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn):
[0017]1、可以用簡單的手段在較大范圍內(nèi)穩(wěn)定地將催化劑床層溫度控制在預(yù)定的最佳值附近。
[0018]2、催化劑使用效率高，裝填比大，裝卸容易。
[0019]3、結(jié)構(gòu)簡單，制造和安裝工藝要求相對較低，基建成本和操作成本低。
[0020]4、熱能散失小，熱量利用系數(shù)高。
【附圖說明】
[0021]本發(fā)明的方法和裝置具有其它特征和優(yōu)點(diǎn)，這些特征和優(yōu)點(diǎn)將在納入本文的附圖以及隨后與附圖一起用于解釋本發(fā)明的某些原理的【具體實(shí)施方式】中顯現(xiàn)或更詳細(xì)地闡明，在這些附圖中:
[0022]圖1為根據(jù)本發(fā)明的多段換熱徑向固定床反應(yīng)器示意圖；
[0023]圖2為根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施方案的多段換熱徑向固定床反應(yīng)器示意圖；
[0024]圖3為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方案的多段換熱徑向固定床反應(yīng)器示意圖。
[0025]應(yīng)了解，附圖并不必須按比例繪制，其示出了某種程度上經(jīng)過簡化了的在此公開的本發(fā)明的各個優(yōu)選的特征，包括例如特定的尺寸、定向、位置和形狀，將部分地由特定目的的應(yīng)用和使用環(huán)境加以確定。
【具體實(shí)施方式】
[0026]根據(jù)本發(fā)明的多段間接換熱徑向固定床反應(yīng)器，在殼體內(nèi)中心軸線上設(shè)置套管式換熱器，所述套管式換熱器的外壁構(gòu)成催化反應(yīng)器裝置的內(nèi)緣和催化劑筐的集氣道擋板。
[0027]在所述套管式換熱器環(huán)隙中流通換熱介質(zhì)。換熱介質(zhì)通過套管式換熱器的外管壁與從催化劑床層中流出的反應(yīng)物流進(jìn)行熱交換，使反應(yīng)物流降溫后進(jìn)入下一個催化反應(yīng)裝置。通過調(diào)節(jié)換熱介質(zhì)的溫度和流量，可以有效地控制進(jìn)入下一個催化反應(yīng)裝置的反應(yīng)物流的溫度。經(jīng)套管式換熱器內(nèi)管從設(shè)置在殼體上的反應(yīng)物流進(jìn)口引入的非主要反應(yīng)物組分(也稱循環(huán)氣)流股通過內(nèi)管壁與換熱介質(zhì)換熱，使該流股