氣固相催化反應器制造技術

本實用新型專利技術公開了一種氣固相催化反應器。該氣固相催化反應器包括：反應器殼體，其側壁上形成有沿側壁切線方向延伸的氣體入口管線；催化劑床層，設置在反應器殼體內，與反應器殼體之間形成環狀的旋流腔，催化劑床層為中空圓柱體，催化劑床層的殼體上設置有與催化劑床層內部相通的通孔；換熱裝置，設置在催化劑床層內。本實用新型專利技術的氣固相催化反應器，反應氣切向進氣在旋流腔內旋流的方式相對于直接徑向進氣的方式將獲得更長的停留時間，將有更長的時間在旋流腔內均勻旋流擴散后才進入催化劑床層在催化劑的作用下進行反應，使得反應氣在反應器整個催化劑床層軸向空間內更為均勻分布。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及氣固相催化反應
，具體而言，涉及一種氣固相催化反應器。
技術介紹
在化工生產過程中，常常因為合成反應器催化劑床層溫度不均、反應溫度過高、或過反應溫度過低等反應器催化劑床層溫度不宜控制的因素導致副產物過多。對于由加壓下甲胺、甲醚、甲醇合成、氨合成和CO變換這類氣固相放熱催化反應，隨著反應的進行，不斷放出的反應熱使催化劑床層溫度提高。為了減少副產物和提高反應器的效率，需要把反應熱移出以使反應溫度處于一個合理的范圍。在工業反應器中曾廣為使用的一種是多段絕熱反應，二段之間用原料氣激冷來降低反應氣溫度，這種反應器因原料氣激冷時在降低反應氣溫度的同時也降低了反應物濃度，影響了合成效率。另一種用于甲醇合成的Lurgi公司的列管式反應器，在殼體中有上下管板間的多根圓管，管中裝有催化劑，原料氣從上部進氣口進入分布到各管中，在管內裝觸媒層中合成甲醇，管間側面進水。反應管被管外沸騰水連續移出熱量，產生蒸汽由側面管出，反應器由底部出氣管出塔，該塔溫差小，但觸媒裝填系數小。另一種DAVY公司開發的甲醇合成技術，其合成反應器結構示意圖如圖1所示，催化劑裝填在反應器100’的殼側，換熱管130’內產生中壓蒸汽。新鮮的合成氣從反應器100’底部的中心管120’進入，中心管120’管壁上有分配孔以保證氣體的分布均勻。氣體沿徑向從內到外通過反應器100’的催化劑床層110’。從汽包來的鍋爐水進入反應器100’的底部然后向上流動并部分汽化帶走甲醇合成反應所產生的反應熱。反應溫度通過換熱管130’內蒸汽的壓力來調節。該技術能將反應溫度控制在一定范圍內，且反應器100’生產能力的擴大可以通過加長反應器長度來實現，在甲醇合成大型化方面有其技術優勢，目前被甲醇合成廠家逐漸廣泛采用，但是本身還存在著一些不足。現有davy技術合成流程示意圖，如圖2所示，其中，反應系統包括反應器100’、汽包200’、水冷器300’、空冷器400’、循環氣壓縮機500’等，新鮮的合成氣從反應器100’底部的中心管120’進入，中心管120’管壁上有分配孔以保證氣體的分布均勻。氣體沿徑向從內到外通過反應器100’的催化劑床層110’。因為新鮮的合成氣從反應器100’底部的中心管120’進入，所以較大比例合成氣首先由反應器100’中下部中心管120’管壁上的分配孔沿徑向從內到外進入到反應器100’中下部催化劑床層110’進行反應；沿著中心管120’越往上，合成氣就越稀薄，也就是反應器100’下部催化劑床層110’相對于反應器100’上部催化劑床層110’而言就會有更多合成氣參與反應，這樣反應器100’下部催化劑的活性相對于反應器100’上部催化劑的活性將會下降得更快。這樣，到了催化劑使用壽命的中后期時，進入反應器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到外進入到反應器100’下部催化劑床層110’后往往還沒有來得及進行化學反應就離開了催化劑床層110’，又因為在反應器100’下部進行反應的合成氣比例比中上部的都大，即使合成氣在反應器100’上部的活性較高的催化劑處的轉化率還保持較高水平，但因為反應器100’上部的合成氣量相對較小，使得總體上合成氣反應生成甲醇的單程轉化率將急速下降，使得甲醇產量也會隨之下降；如果要保持甲醇產量，就需要加大未反應的合成氣的循環量和循環次數，這無疑又增加了能耗。在催化劑使用壽命的中后期時，如果采用大幅提高催化劑床層110’溫度的方法來提高催化劑的活性，一方面會使催化劑使用壽命更快下降，另一方面會才產生更多的蠟(尤其在床層溫度高于280°c以上時)。這樣，往往本來能使用較長或更長時間的床層催化劑更換的時間大為提前，而在反應器100’上部還保持較高活性的催化劑也同反應器100’下部幾乎無法使用的催化劑一同更換(一般使用過的甲醇合成催化劑更換時，整體反應器100’的催化劑都和空氣接觸，一旦在空氣氛圍內，尚有活性的催化劑也必將因快速中毒損壞而無法使用)，在經濟上造成了浪費。現有DAVY技術中，甲醇合成塔為徑向流反應器，在合成反應器的上部，熱氣體需向下折流后才能流出塔外，在塔內滯留時間較長，造成移出反應熱的速率較催化劑床層其他位置的反應熱移出速率要慢，使得反應器催化劑床層常常出現局部超溫，尤其當床層溫度高于280°C時，往往會產生大量的蠟，同時使得催化劑活性加快衰減，間接地造成催化劑的浪費。現有DAVY技術中，汽包內的鍋爐給水均從反應器的底部進入換熱管，吸收反應熱后變成蒸汽循環回汽包，這樣，溫度較低的鍋爐給水在反應器中下部時大量吸收反應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低于溫度較低的鍋爐給水，使得反應器上部產生的反應熱不能及時被帶走，往往導致反應器催化劑床層上部的溫度大大高出反應器催化劑床層中下部的溫度。
技術實現思路
本技術旨在提供一種氣固相催化反應器，以解決現有技術中合成氣在催化劑床層分布不均勻的技術問題。為了實現上述目的，根據本技術的一個方面，提供了一種氣固相催化反應器。該氣固相催化反應器包括反應器殼體，其側壁上形成有沿側壁切線方向延伸的氣體入口管線；催化劑床層，設置在反應器殼體內，與反應器殼體之間形成環狀的旋流腔，催化劑床層為中空圓柱體，催化劑床層的殼體上設置有與催化劑床層內部相通的通孔；換熱裝置，設置在催化劑床層內。進一步地，反應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器殼體的外周。進一步地，反應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稱地設置在催化劑床層的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稱地設置在催化劑床層的2/3高度處。進一步地，催化劑床層的中軸線上設置有中心管，中心管的管壁上均勻地設置有中心管集氣孔，中心管上下兩端形成反應生成氣出口。進一步地，換熱裝置包括多條均勻地設置在催化劑床層內的換熱管，其中，部分換熱管內介質的流動方向與剩余部分的換熱管內介質的流動方向相反。進一步地，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，介質的流動方向不同的各換熱管組間隔排列。進一步地，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，換熱管組內介質的流動方向不同的換熱管之間間隔排列。進一步地，換熱管與汽包相通，汽包內的水進入換熱管的管線上設置有調節閥，催化劑床層內在換熱管附近設置有熱電偶，調節閥與熱電偶形成控制換熱管內水的流量的控制回路。進一步地，汽包與換熱管形成回路。進一步地，汽包內的水自上而下進入的部分換熱管的管線上設置有用于調節水壓的變頻泵，該部分換熱管的出口端及多相泵的出口端分別設置有壓差計，壓差計與多相泵形成抑制蒸汽倒流的控制回路。本技術的氣固相催化反應器，具有由套設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，旋流腔通過催化劑床層殼體上設置的通孔與催化劑床層內部相通，且旋流腔的氣體入口管線沿殼體的切線方向設置，使得反應氣由氣體入口管線沿旋流腔切向方向進入旋流腔。反應氣切向進入后將緊貼本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種氣固相催化反應器，其特征在于，包括：反應器殼體(101)，其側壁上形成有沿側壁切線方向延伸的氣體入口管線(150)；催化劑床層(110)，設置在所述反應器殼體(101)內，與所述反應器殼體(101)之間形成環狀的旋流腔(140)，所述催化劑床層(110)為中空圓柱體，所述催化劑床層(110)的殼體上設置有與所述催化劑床層(110)內部相通的通孔(111)；換熱裝置，設置在所述催化劑床層(110)內。

【技術特征摘要】
1.一種氣固相催化反應器，其特征在于，包括 反應器殼體(101)，其側壁上形成有沿側壁切線方向延伸的氣體入口管線(150)； 催化劑床層(110)，設置在所述反應器殼體(101)內，與所述反應器殼體(101)之間形成環狀的旋流腔(140)，所述催化劑床層(110)為中空圓柱體，所述催化劑床層(110)的殼體上設置有與所述催化劑床層(110)內部相通的通孔(111)； 換熱裝置，設置在所述催化劑床層(110)內。2.根據權利要求1所述的反應器，其特征在于，所述反應器的氣體入口管線(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器殼體(101)的外周。3.根據權利要求2所述的反應器，其特征在于，所述反應器的氣體入口管線(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)中心對稱地設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)中心對稱地設置在所述催化劑床層(110)的2/3高度處。4.根據權利要求1所述的反應器，其特征在于，所述催化劑床層(110)的中軸線上設置有中心管(120)，所述中心管(120)的管壁上均勻地設置有中心管集氣孔(121)，所述中心管(120)上下兩端形成反...

【專利技術屬性】
技術研發人員：唐煜，胡先君，余建良，姜興劍，湯中文，李雪冰，張清海，閆國富，馮長志，劉澤，孫高攀，鄭全海，蘇旭東，
申請(專利權)人：神華集團有限責任公司，中國神華煤制油化工有限公司，中國神華煤制油化工有限公司包頭煤化工分公司，
類型：實用新型
國別省市：