一種可控移熱反應(yīng)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可控移熱反應(yīng)器,移熱管束包括出水總管、進(jìn)水總管、環(huán)管、隔板、盲腸式換熱管和導(dǎo)水管；所述隔板設(shè)置于環(huán)管的中部，將環(huán)管的上部和下部分隔為分水箱和集水箱，進(jìn)水總管連通環(huán)管上部的分水箱，出水總管連通環(huán)管下部的集水箱，導(dǎo)水管套設(shè)在盲腸式換熱管內(nèi)，盲腸式換熱管的一端開口另一端封閉，盲腸式換熱管的開口端連通環(huán)管下部的集水箱，導(dǎo)水管兩端開口，導(dǎo)水管的頂部連通環(huán)管上部的分水箱，導(dǎo)水管的底部位于盲腸式換熱管的封閉端之上。本發(fā)明的催化劑框、移熱管束與承壓殼體分離，便于檢修、催化劑自卸、催化劑裝填；將移熱水管埋在催化劑床層內(nèi)部能夠?qū)⒋呋瘎┐矊觾?nèi)部反應(yīng)熱及時移走。
【專利說明】一種可控移熱反應(yīng)器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種固定床催化反應(yīng)裝置，尤其涉及的是一種可控移熱反應(yīng)器。

【背景技術(shù)】
[0002] C0變換反應(yīng)后器作為化工行業(yè)的一種廣泛應(yīng)用反應(yīng)器，其間，人們對變換反應(yīng)器 進(jìn)行了多次的改進(jìn)，由原來全軸向改為全徑向，在催化劑床層阻力方面取得很好效果，但催 化劑床層仍為絕熱反應(yīng)，催化劑床層分為若干床層，每床層之間采取間接換熱或用水冷激。 這種間接換熱回收變換系統(tǒng)熱能品位低，回收顯熱和潛熱效率低、催化劑易超溫、同時變換 還拌有甲烷化等副反應(yīng)等缺陷。
[0003] 煤制乙二醇的羰基化合成反應(yīng)器，目前采用425X2的管內(nèi)裝填催化劑，管外用水 移熱，一臺列管反應(yīng)器由數(shù)千個全軸向421圓柱形催化劑床層組成，氣體分布不均勻、副 反應(yīng)物多、催化劑床層阻力大、熱應(yīng)力大、設(shè)備泄漏、一套20萬噸/年的乙二醇裝置的羰基 化合成反應(yīng)器需要6臺管殼反應(yīng)器并聯(lián)運(yùn)行，工程投資大等缺陷。
[0004] 煤制乙二醇的酯化加氫反應(yīng)器，目前采用438X2的管內(nèi)裝填催化劑，管外用水移 熱，一臺列管反應(yīng)器由數(shù)千個全軸向4 34圓柱形催化劑床層組成，氣體分布不均勻、副反 應(yīng)物多、催化劑床層阻力大、熱應(yīng)力大、設(shè)備泄漏、工程投資大等缺陷。
[0005] 煤制天然氣的反應(yīng)采用：n個絕熱床層配合n個廢過熱鍋爐的移熱方式，而且需要 增加反應(yīng)物水蒸氣來抑制第一、第二絕熱床層反應(yīng)，同時配置循環(huán)氣，否則出現(xiàn)第一、第二 絕熱床層飛溫現(xiàn)象，運(yùn)行能耗高、裝置投資大、系統(tǒng)阻力大等缺陷。
[0006] 煤制油、煤制石蠟的費(fèi)托合成反應(yīng)還沒有在運(yùn)行的大型化裝置，部分在運(yùn)行的小 型費(fèi)托合成裝置反應(yīng)器也為列管式反應(yīng)器，F(xiàn)e (或Co)系催化劑裝填在4 76X4管內(nèi)，仍然存 在氣體分布不均勻、超溫、積碳、長碳鏈烷烴收率低、阻力大、設(shè)備泄漏、難以大型化等缺陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種可控移熱反應(yīng)器，通過換熱 管內(nèi)水轉(zhuǎn)化為蒸汽發(fā)生相變吸熱及時移走催化劑床層內(nèi)反應(yīng)熱量。
[0008] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括承壓殼體和設(shè)置于承壓殼體內(nèi)的 密封式催化劑框和水路自循環(huán)的移熱管束，密封式催化劑框包覆于所述移熱管束之外；所 述移熱管束包括出水總管、進(jìn)水總管、環(huán)管、隔板、盲腸式換熱管和導(dǎo)水管；所述隔板設(shè)置于 環(huán)管的中部，將環(huán)管的上部和下部分隔為分水箱和集水箱，進(jìn)水總管連通環(huán)管上部的分水 箱，出水總管連通環(huán)管下部的集水箱，導(dǎo)水管套設(shè)在盲腸式換熱管內(nèi)，盲腸式換熱管的一端 開口另一端封閉，盲腸式換熱管的開口端連通環(huán)管下部的集水箱，導(dǎo)水管兩端開口，導(dǎo)水 管的頂部連通環(huán)管上部的分水箱，導(dǎo)水管的底部位于盲腸式換熱管的封閉端之上。
[0009] 所述密封式催化劑框包括密封板、氣體分布筒、集氣筒；所述氣體分布筒設(shè)置于承 壓殼體內(nèi)，密封板固定在氣體分布筒的頂部，氣體分布筒和承壓殼體之間的間隙沿承壓殼 體的徑向形成氣體分布室，集氣筒沿氣體分布筒的徑向設(shè)置于氣體分布筒內(nèi)，氣體分布筒 內(nèi)裝填催化劑，所述環(huán)管、盲腸式換熱管和導(dǎo)水管分別位于氣體分布筒內(nèi)。
[0010] 所述承壓殼體包括上封頭、殼體本體、下封頭；所述上封頭通過法蘭連接在殼體本 體上，殼體本體和下封頭一體成型；上封頭上分別開設(shè)用于連接進(jìn)水總管的進(jìn)水口、用于連 接出水總管的出水口和進(jìn)氣口，下封頭上分別開設(shè)催化劑自卸短接和用于連接集氣筒的出 氣口。
[0011] 所述殼體本體內(nèi)設(shè)有支撐座和支撐板，所述支撐座固定在殼體本體的內(nèi)壁上，支 撐板的兩端支撐在支撐座上，氣體分布筒、環(huán)管和集氣筒依次支承在支撐板上。
[0012] 所述密封板與出水總管和進(jìn)水總管之間分別設(shè)有第一密封件，氣體分布筒的底部 與下封頭之間設(shè)有第二密封件，出氣口和集氣筒的出氣管之間設(shè)有第三密封件。
[0013] 所述氣體分布筒的內(nèi)側(cè)和集氣筒的外側(cè)分別設(shè)置氣體分布板，所述氣體分布板上 均勻開設(shè)多個通氣孔。
[0014] 氣體自進(jìn)氣口進(jìn)入上封頭內(nèi)部，然后進(jìn)入氣體分布室，再通過氣體分布筒均勻徑 向進(jìn)入催化劑內(nèi)，在有Co-Mo、pd/AI 203、Cu、Ni、Cu-Zn、Fe、Co系催化劑在催化條件下完成 變換、合成、加氫等放熱反應(yīng)，反應(yīng)后的氣體通過集氣筒進(jìn)入出氣管，然后流出可控移熱反 應(yīng)器。變換、合成或加氫等放熱反應(yīng)放出的熱量由埋在催化劑內(nèi)部的盲腸式換熱管內(nèi)的水 轉(zhuǎn)化為蒸汽及時移走催化劑床層內(nèi)反應(yīng)熱量，并副產(chǎn)出不同壓力下的飽和蒸汽。
[0015] 不飽和水由進(jìn)水總管進(jìn)入分水箱，由分水箱分配到導(dǎo)水管，不飽和水在導(dǎo)水管下 端流出，然后進(jìn)入盲腸式換熱管的封閉端，自下而上流動，并在盲腸式換熱管內(nèi)部完成對催 化劑床熱量的吸收，并成為過飽和水，然后進(jìn)入集水箱，然后由出水總管排出到可控移熱反 應(yīng)器外圍的汽包內(nèi)閃蒸出飽和蒸汽。
[0016] 本發(fā)明適用C0變換反應(yīng)、羰化合成反應(yīng)、酯化加氫反應(yīng)、甲烷化反應(yīng)、甲醇合成反 應(yīng)、費(fèi)托合成反應(yīng)等反應(yīng)器。
[0017] 本發(fā)明針對C0變換反應(yīng)反應(yīng)器存在問題和不足，以及現(xiàn)在高水/氣、高C0水煤氣 變換的需求，開發(fā)出了可控移熱反應(yīng)器，將盲腸式換熱管埋在催化劑床層內(nèi)，利用盲腸式換 熱管內(nèi)水轉(zhuǎn)化為蒸汽發(fā)生相變吸熱的原理，將co+H 2o - 112+〇)2+^^變換反應(yīng)放出的熱量及 時移出催化劑床層，確保催化劑床層溫度<380°c，并副產(chǎn)0.8?9.OMPa的飽和蒸汽，利于 催化劑自卸和便于移熱水管束部分的維修。有效解決了現(xiàn)有變換反應(yīng)器回收熱能品位低、 回收熱能效率低、催化劑易超溫、甲烷化副反應(yīng)、催化劑難自卸及工程投資大缺陷。
[0018] 本發(fā)明針對裝填Pd/AI203系催化劑、乙二醇的羰基化列管式合成反應(yīng)器存在問題 和不足，開發(fā)出了可控移熱羰基化合成反應(yīng)器，將盲腸式換熱管埋在催化劑床層內(nèi)，利用盲 腸式換熱管內(nèi)水轉(zhuǎn)化為蒸汽發(fā)生相變吸熱的原理，將C0+CH 30N0 - (C00CH3)2+N0+QM反應(yīng)放 出的熱量及時移出催化劑床層，確保催化劑床層溫度< 140°c，并副產(chǎn)0. 2?0. 3MPa的飽和 蒸汽，催化劑床層采用全徑向結(jié)構(gòu)。有效解決了現(xiàn)有羰基化合成反應(yīng)器催化劑易超溫、副反 應(yīng)大、床層阻力大、難以大型化、催化劑難自卸及工程投資大缺陷。
[0019] 本發(fā)明針對裝填Cu系催化劑、乙二醇的酯化加氫列管式合成反應(yīng)器存在問題和 不足，開發(fā)出了可控移熱羰基化合成反應(yīng)器，將盲腸式換熱管埋在催化劑床層內(nèi)，利用盲腸 式換熱管內(nèi)水轉(zhuǎn)化為蒸汽發(fā)生相變吸熱的原理，將CH 30N0加H2反應(yīng)（4H2+ (C00CH3) 2 - (0HC H2C H20H)2+2CH30H+QM)放出的熱量及時移出催化劑床層，確保催化劑床層溫度< 250°C，并 副產(chǎn)2. 0?3. 2MPa的飽和蒸汽，催化劑床層采用全徑向結(jié)構(gòu)。有效解決了現(xiàn)有酯化加氫反 應(yīng)器催化劑易超溫、副反應(yīng)大、床層阻力大、難以大型化、催化劑難自卸及工程投資大缺陷。
[0020] 本發(fā)明針對在320?420°C使用溫度的Ni系催化劑，開發(fā)出可控移熱甲烷合成反 應(yīng)器，將盲腸式換熱管埋在催化劑床層內(nèi)，利用盲腸式換熱管內(nèi)水轉(zhuǎn)化為蒸汽發(fā)生相變吸 熱的原理，將C0與H 2的甲烷化反應(yīng)（C0+H2 - CH4+H20+QM)放出的熱量及時移出催化劑床 層，確保催化劑床層溫度< 420°C，并副產(chǎn)3. 8?12. OMPa的飽和蒸汽，催化劑床層采用全徑 向結(jié)構(gòu)。有效解決了現(xiàn)有甲烷合成反應(yīng)器催化劑易超溫、床層阻力大、運(yùn)行能耗高、裝置投 資大、系統(tǒng)阻力大等缺陷。
[0021] 本發(fā)明針對裝填Fe (或Co)系催化劑的費(fèi)托列管式合成反應(yīng)器存在問題和不足， 開發(fā)出了可控移熱費(fèi)托合成反應(yīng)器，將采用盲腸式換熱管埋在催化劑床層內(nèi)，利用盲腸式 換熱管內(nèi)水轉(zhuǎn)化為蒸汽發(fā)生相變吸熱的原理，將C0與H 2的費(fèi)托合成反應(yīng)（nC0+(2n+l) H2 - CnH2n+2+nH20+QM)放出的熱量及時移出催化劑床層，確保Co催化劑床層溫度< 240°C， 并副產(chǎn)1. 8?2. 8MPa的飽和蒸汽；Fe催化劑床層溫度彡260°C，并副產(chǎn)2. 0?3. 8MPa的飽 和蒸汽，催化劑床層采用全徑向結(jié)構(gòu)。有效解決了現(xiàn)有費(fèi)托合成反應(yīng)器存在的缺陷。
[0022] 本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1)本發(fā)明的催化劑框、移熱管束與承壓殼 體分離，便于檢修、催化劑自卸、催化劑裝填；
[0023] (2)將移熱水管埋在催化劑床層內(nèi)部能夠?qū)⒋呋瘎┐矊觾?nèi)部反應(yīng)熱及時移走，避 免原有變換、合成及加氫催化劑被燒結(jié)現(xiàn)象發(fā)生，有效解決了現(xiàn)有變換、合成及加氫等催化 劑使用壽命短、易超溫、副反應(yīng)物多、床層溫不易控制、開車時間長、難以大型化、運(yùn)行能耗 高、工程投資大等缺陷；
[0024] (3)催化劑床層的溫度通過副產(chǎn)蒸汽壓力來調(diào)節(jié)，確保調(diào)節(jié)方面靈活、易控制；同 時也確保開車時，采取向水循環(huán)系統(tǒng)添加蒸汽，迅速將可控移熱反應(yīng)器溫升起來，以縮短開 車時間；
[0025] (4)水路采取自然循環(huán)，突然停車時，可控移熱反應(yīng)器內(nèi)部殘余部分的反應(yīng)物繼續(xù) 反應(yīng)，水路也仍然保持循環(huán)，并將催化劑床層內(nèi)部熱量移出，確保在突然停車狀態(tài)可控移熱 反應(yīng)器的床層溫度也不會超，有效保護(hù)催化劑使用壽命；
[0026] (5)可控移熱反應(yīng)器的氣體分布器和集氣筒實(shí)現(xiàn)內(nèi)外的雙項(xiàng)補(bǔ)償，使徑向氣體分 布誤差彡5. 0%，確保氣體分布均勻；可控移熱反應(yīng)器床層整體阻力彡0. OIMPa ;
[0027] (6)采用全徑向催化劑床層，易于裝置大型化，不僅解決運(yùn)輸難題，同時降低工程 投資。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028] 圖1是本發(fā)明反應(yīng)器的剖視圖；
[0029] 圖2是承壓殼體的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖3是移熱管束的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0031] 下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行 實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施 例。
[0032] 實(shí)施例1
[0033] 如圖1、圖2和圖3所不，本實(shí)施例包括承壓殼體1和設(shè)置于承壓殼體1內(nèi)的密封 式催化劑框2和水路自循環(huán)的移熱管束3,密封式催化劑框2包覆于所述移熱管束3之外； 移熱管束3包括出水總管31、進(jìn)水總管32、環(huán)管33、隔板34、盲腸式換熱管35和導(dǎo)水管36 ; 所述隔板34設(shè)置于環(huán)管33的中部，將環(huán)管33的上部和下部分隔為分水箱37和集水箱38， 進(jìn)水總管32連通環(huán)管33上部的分水箱37,出水總管31連通環(huán)管33下部的集水箱38,導(dǎo) 水管36套設(shè)在盲腸式換熱管35內(nèi)，盲腸式換熱管35的一端開口另一端封閉，盲腸式換熱 管35的開口端連通環(huán)管33下部的集水箱38,導(dǎo)水管36兩端開口，導(dǎo)水管36的頂部連通 環(huán)管33上部的分水箱37,導(dǎo)水管36的底部位于盲腸式換熱管35的封閉端之上；密封式催 化劑框2包括密封板21、氣體分布筒22、集氣筒23 ;所述氣體分布筒22設(shè)置于承壓殼體1 內(nèi)，密封板21固定在氣體分布筒22的頂部，氣體分布筒22和承壓殼體1之間的間隙沿承 壓殼體1的徑向形成氣體分布室24,集氣筒23沿氣體分布筒22的徑向設(shè)置于氣體分布筒 22內(nèi)，氣體分布筒22內(nèi)裝填催化劑，所述環(huán)管33、盲腸式換熱管35和導(dǎo)水管36分別位于 氣體分布筒22內(nèi)；承壓殼體1包括上封頭11、殼體本體12、下封頭13 ;所述上封頭11通過 法蘭14連接在殼體本體12上，殼體本體12和下封頭13 -體成型；上封頭11上分別開設(shè) 用于連接進(jìn)水總管32的進(jìn)水口 15、用于連接出水總管31的出水口 16和進(jìn)氣口 17,下封 頭13上分別開設(shè)催化劑自卸短接18和用于連接集氣筒23的出氣口 19。
[0034] 殼體本體12內(nèi)設(shè)有支撐座121和支撐板122,所述支撐座121固定在殼體本體12 的內(nèi)壁上，支撐板122的兩端支撐在支撐座121上，氣體分布筒22、環(huán)管33和集氣筒23依 次支承在支撐板122上。
[0035] 密封板21與出水總管31和進(jìn)水總管32之間分別設(shè)有第一密封件25,氣體分布筒 22的底部與下封頭13之間設(shè)有第二密封件26,出氣口 19和集氣筒23的出氣管之間設(shè)有 第三密封件27。
[0036] 氣體分布筒22的內(nèi)側(cè)和集氣筒23的外側(cè)分別設(shè)置氣體分布板，氣體分布板上均 勻開設(shè)多個通氣孔。能夠方便氣體均勻的進(jìn)入催化劑框2內(nèi)并使得反應(yīng)后的氣體均勻的收 集排出。
[0037] 將本實(shí)施例的反應(yīng)器應(yīng)用到22萬噸/年合成氨裝置高水/氣比裝置：
[0038] 1、設(shè)計(jì)條件及要求：
[0039]

【權(quán)利要求】
1. 一種可控移熱反應(yīng)器，其特征在于，包括承壓殼體（1)和設(shè)置于承壓殼體（1)內(nèi)的密 封式催化劑框（2)和水路自循環(huán)的移熱管束（3)，密封式催化劑框（2)包覆于所述移熱管束 (3)之外；所述移熱管束（3)包括出水總管（31)、進(jìn)水總管（32)、環(huán)管（33)、隔板（34)、盲 腸式換熱管（35)和導(dǎo)水管（36);所述隔板（34)設(shè)置于環(huán)管（33)的中部，將環(huán)管（33)的 上部和下部分隔為分水箱（37)和集水箱（38)，進(jìn)水總管（32)連通環(huán)管（33)上部的分水箱 (37)，出水總管（31)連通環(huán)管（33)下部的集水箱（38)，導(dǎo)水管（36)套設(shè)在盲腸式換熱管 (35)內(nèi)，盲腸式換熱管（35)的一端開口另一端封閉，盲腸式換熱管（35)的開口端連通環(huán)管 (33)下部的集水箱（38)，導(dǎo)水管（36)兩端開口，導(dǎo)水管（36)的頂部連通環(huán)管（33)上部的 分水箱（37)，導(dǎo)水管（36)的底部位于盲腸式換熱管（35)的封閉端之上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可控移熱反應(yīng)器，其特征在于，所述密封式催化劑框（2) 包括密封板（21)、氣體分布筒（22)、集氣筒（23);所述氣體分布筒（22)設(shè)置于承壓殼體 (1)內(nèi)，密封板（21)固定在氣體分布筒（22)的頂部，氣體分布筒（22)和承壓殼體（1)之間 的間隙沿承壓殼體（1)的徑向形成氣體分布室（24)，集氣筒（23)沿氣體分布筒（22)的徑 向設(shè)置于氣體分布筒（22)內(nèi)，氣體分布筒（22)內(nèi)裝填催化劑，所述環(huán)管（33)、盲腸式換熱 管（35)和導(dǎo)水管（36)分別位于氣體分布筒（22)內(nèi)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可控移熱反應(yīng)器，其特征在于，所述承壓殼體（1)包括上 封頭（11)、殼體本體（12)、下封頭（13);所述上封頭（11)通過法蘭（14)連接在殼體本體 (12)上，殼體本體（12)和下封頭（13) -體成型；上封頭（11)上分別開設(shè)用于連接進(jìn)水總 管（32)的進(jìn)水口（15)、用于連接出水總管（31)的出水口（16)和進(jìn)氣口（17)，下封頭（13) 上分別開設(shè)催化劑自卸短接（18)和用于連接集氣筒（23)的出氣口（19)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種可控移熱反應(yīng)器，其特征在于，所述殼體本體（12)內(nèi)設(shè) 有支撐座（121)和支撐板（122)，所述支撐座（121)固定在殼體本體（12)的內(nèi)壁上，支撐板 (122)的兩端支撐在支撐座（121)上，氣體分布筒（22)、環(huán)管（33)和集氣筒（23)依次支承 在支撐板（122)上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種可控移熱反應(yīng)器，其特征在于，所述密封板（21)與出水 總管（31)和進(jìn)水總管（32)之間分別設(shè)有第一密封件（25)，氣體分布筒（22)的底部與下封 頭（13)之間設(shè)有第二密封件（26)，出氣口（19)和集氣筒（23)的出氣管之間設(shè)有第三密封 件（27)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種可控移熱反應(yīng)器，其特征在于，所述氣體分布筒（22)的 內(nèi)側(cè)和集氣筒（23)的外側(cè)分別設(shè)置氣體分布板，所述氣體分布板上均勻開設(shè)多個通氣孔。
【文檔編號】C01B3/16GK104399413SQ201410662794
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月18日
【發(fā)明者】王慶新, 王攬?jiān)? 申請人:安徽新月化工設(shè)備有限公司