列管式固定床反應(yīng)器及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種列管式固定床反應(yīng)器，所述反應(yīng)器包括至少一根裝有催化劑的反應(yīng)管，所述反應(yīng)管沿與所述反應(yīng)器軸向平行的縱向延伸，所述反應(yīng)管的高度與其橫截面的水力學(xué)直徑的比為1-2000，優(yōu)選為10-1000，和更優(yōu)選為50-500，其中所述反應(yīng)管包括：一個或多個催化劑腔，用于裝填催化劑形成催化劑固定床；一個或多個入口分配腔，用于引導(dǎo)反應(yīng)物流進(jìn)入反應(yīng)管并分配進(jìn)入催化劑固定床；和一個或多個出口收集腔，用于收集反應(yīng)物流并引導(dǎo)所述反應(yīng)物流離開反應(yīng)管；其中設(shè)置所述入口分配腔和所述出口收集腔使得所述反應(yīng)物流沿與所述反應(yīng)器軸向垂直的橫向通過催化劑固定床層，由此與催化劑接觸并發(fā)生反應(yīng)。本發(fā)明還涉及所述列管式固定床反應(yīng)器在化學(xué)反應(yīng)如吸熱或放熱反應(yīng)中的應(yīng)用。
【專利說明】列管式固定床反應(yīng)器及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新型列管式固定床反應(yīng)器以及所述列管式固定床反應(yīng)器在化學(xué)反應(yīng)如吸熱或放熱反應(yīng)中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]列管式固定床反應(yīng)器是化工領(lǐng)域中常用的一種反應(yīng)器，一般用于固體催化劑催化氣相或液相反應(yīng)的過程，其中催化劑形成固定床，反應(yīng)物流通過所述固定床層進(jìn)行反應(yīng)。
[0003]列管式固定床反應(yīng)器一般由多根反應(yīng)管并聯(lián)構(gòu)成，一般在所述反應(yīng)管內(nèi)設(shè)置有催化劑固定床，氣體和/或液體反應(yīng)物流沿所述反應(yīng)管軸向通過所述催化劑固定床層，在其中與催化劑接觸并發(fā)生反應(yīng)，而熱載體則流經(jīng)所述反應(yīng)管之間進(jìn)行加熱或冷卻。因此，列管式固定床反應(yīng)器通常適用于反應(yīng)熱效應(yīng)較大的反應(yīng)。
[0004]列管式固定床反應(yīng)器的局限性是傳熱較差，通常會產(chǎn)生熱點(diǎn)，并由此導(dǎo)致反應(yīng)溫度不均勻、催化劑使用壽命縮短和使用效率低等；另外，考慮到反應(yīng)流體通過催化劑固定床時的壓降，反應(yīng)器負(fù)荷一般較低，致使單臺反應(yīng)器生產(chǎn)能力有限。這些缺點(diǎn)使列管式固定床反應(yīng)器的應(yīng)用受到一定限制。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中，人們一直嘗試獲得更好的列管式固定床反應(yīng)器，來解決列管式固定床反應(yīng)器的傳熱、壓降和效率以及制造成本問題。
[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀，本發(fā)明人提出了一種新的列管式固定床反應(yīng)器，其中進(jìn)一步使反應(yīng)物流降低流速和縮短流程，由此降低了反應(yīng)管壓降；另外，進(jìn)一步提高了反應(yīng)管的傳熱效率，由此減少甚至消除了熱點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]因此，本發(fā)明提供了一種新的用于催化反應(yīng)的列管式固定床反應(yīng)器，該列管式固定床反應(yīng)器進(jìn)一步提高了反應(yīng)器的傳熱效率和催化劑的利用效率，大幅度降低了反應(yīng)器壓降，并且更容易實(shí)現(xiàn)反應(yīng)系統(tǒng)大型化。
[0008]具體地，本發(fā)明提供了一種列管式固定床反應(yīng)器，所述反應(yīng)器包括至少一根裝有催化劑的反應(yīng)管，所述反應(yīng)管沿與所述反應(yīng)器軸向平行的縱向延伸，所述反應(yīng)管的高度與其橫截面的水力學(xué)直徑的比為1-2000，優(yōu)選為10-1000，和更優(yōu)選為50-500，其中所述反應(yīng)管包括:
[0009]一個或多個催化劑腔，用于裝填催化劑形成催化劑固定床；
[0010]一個或多個入口分配腔，用于引導(dǎo)反應(yīng)物流進(jìn)入反應(yīng)管并分配進(jìn)入催化劑固定床；和
[0011]一個或多個出口收集腔，用于收集反應(yīng)物流并引導(dǎo)所述反應(yīng)物流離開反應(yīng)管；
[0012]其中設(shè)置所述入口分配腔和所述出口收集腔使得所述反應(yīng)物流沿與所述反應(yīng)器軸向垂直的橫向通過催化劑固定床層，由此與催化劑接觸并發(fā)生反應(yīng)。
[0013]按照本發(fā)明，在所述列管式固定床反應(yīng)器中，所述反應(yīng)管的橫截面可以為任意合適的形狀，例如可以為規(guī)則形狀如圓形、矩形、橢圓形、蛋形或?qū)?yīng)這些形狀的環(huán)形，也可以為其它形狀如多邊形或輻射形狀如星形，具體如五角形和六角形等。
[0014]在此，以化工領(lǐng)域通常采用的管道水力學(xué)直徑來表征所述反應(yīng)管橫截面的大小，所述水力學(xué)直徑為四倍的管道流通截面積除以潤濕周邊后得到的結(jié)果。
[0015]按照本發(fā)明，在所述列管式固定床反應(yīng)器中，所述反應(yīng)管的材質(zhì)可以為本領(lǐng)域常用的任何合適材質(zhì)，只要導(dǎo)熱效果足夠好即可，例如可以為金屬、不銹鋼、碳鋼、合金鋼等。
[0016]按照本發(fā)明，在所述列管式固定床反應(yīng)器中，所述入口分配腔和所述出口收集腔可以以各種方式適當(dāng)設(shè)置，只要能夠使反應(yīng)物流橫向流過催化劑固定床層并與催化劑充分接觸即可。
[0017]具體地，在本發(fā)明的列管式固定床反應(yīng)器中，所述入口分配腔和所述出口收集腔可以分別設(shè)置在所述反應(yīng)管內(nèi)橫截面上距離最遠(yuǎn)的相對周邊處，如圖2-7和9中的設(shè)置方式，使得反應(yīng)物流沿與所述反應(yīng)器軸向垂直的橫向通過催化劑固定床層。
[0018]替代地，在本發(fā)明的列管式固定床反應(yīng)器中，所述入口分配腔可以設(shè)置在所述反應(yīng)管內(nèi)橫截面的中心處和所述出口收集腔可以設(shè)置在所述反應(yīng)管內(nèi)橫截面的周邊處，如圖11中的設(shè)置方式，使得反應(yīng)物流沿與所述反應(yīng)器軸向垂直的橫向通過催化劑固定床層。
[0019]替代地，在本發(fā)明的列管式固定床反應(yīng)器中，所述入口分配腔可以設(shè)置在所述反應(yīng)管內(nèi)橫截面的周邊處和所述出口收集腔可以設(shè)置在所述反應(yīng)管內(nèi)橫截面的中心處，如圖12中的設(shè)置方式，使得反應(yīng)物流沿與所述反應(yīng)器軸向垂直的橫向通過催化劑固定床層。
[0020]替代地，在本發(fā)明的列管式固定床反應(yīng)器中，所述入口分配腔和所述出口收集腔可以均設(shè)置在所述反應(yīng)管內(nèi)橫截面的中心處，如圖8和10中的設(shè)置方式，使得反應(yīng)物流沿與所述反應(yīng)器軸向垂直的橫向通過催化劑固定床層。
[0021]按照本發(fā)明，在所述列管式固定床反應(yīng)器中，所述入口分配腔和所述出口收集腔可以分別為本領(lǐng)域常用的合適形式，例如可以包括多孔管、多孔板、燒結(jié)管或燒結(jié)板，和材質(zhì)可以分別為本領(lǐng)域常用的合適材質(zhì)，例如可以為金屬、合金、陶瓷或玻璃等。例如，所述入口分配腔和所述出口收集腔可以為各種合適的管狀形式如圓形管、半圓形管、月牙形管或矩形管等(參見圖2-12)。
[0022]按照本發(fā)明，在所述列管式固定床反應(yīng)器中，在所述反應(yīng)管外部的反應(yīng)器腔室內(nèi)可以存在導(dǎo)熱介質(zhì)，由此為反應(yīng)管內(nèi)的反應(yīng)移除或供應(yīng)反應(yīng)熱，從而可以使具有熱效應(yīng)的反應(yīng)順利進(jìn)行并相應(yīng)提高所述反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率。
[0023]按照這種方式，在所述列管式固定床反應(yīng)器的筒體上可以設(shè)置有導(dǎo)熱介質(zhì)入口和導(dǎo)熱介質(zhì)出口以引入或?qū)С鰧?dǎo)熱介質(zhì)，其中導(dǎo)熱介質(zhì)可以在反應(yīng)器的殼程內(nèi)循環(huán)流通，由此在反應(yīng)管壁外實(shí)現(xiàn)反應(yīng)熱量的移除或供應(yīng)，或者其中導(dǎo)熱介質(zhì)可以在反應(yīng)器的殼程內(nèi)儲存和在反應(yīng)器殼程內(nèi)設(shè)置換熱管，利用導(dǎo)熱介質(zhì)實(shí)現(xiàn)反應(yīng)管與換熱管之間的熱量交換。
[0024]在此，所使用的導(dǎo)熱介質(zhì)可以為本領(lǐng)域常用的任何合適導(dǎo)熱介質(zhì)，例如可以為流體或可流化固體顆粒，其中所述流體導(dǎo)熱介質(zhì)通?？梢赃x自空氣、水、油和熔融鹽等，在適當(dāng)情況下也可以為反應(yīng)物流本身。
[0025]另外，按照本發(fā)明，在所述列管式固定床反應(yīng)器中，也可以以熱輻射或微波加熱所述反應(yīng)管，也可以在所述反應(yīng)管外部的反應(yīng)器腔室內(nèi)燃燒燃料，由此為反應(yīng)管內(nèi)的反應(yīng)供應(yīng)反應(yīng)熱，從而可以使反應(yīng)管內(nèi)的吸熱反應(yīng)順利進(jìn)行并相應(yīng)提高反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率。[0026]當(dāng)在所述反應(yīng)管外部的反應(yīng)器腔室內(nèi)燃燒燃料進(jìn)行供熱時，可以在所述反應(yīng)管外部的反應(yīng)器腔室內(nèi)設(shè)置有耐火層，和其中還可以設(shè)置有燃燒噴嘴，用于在助燃?xì)怏w存在下燃燒燃料，在此，所述燃料可以為天然氣和適當(dāng)沸程內(nèi)的烴混合物如汽油、柴油等，所述助燃?xì)怏w可以為空氣、富氧空氣或純氧。
[0027]相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了所述列管式固定床反應(yīng)器用于進(jìn)行吸熱或放熱反應(yīng)的用途。
[0028]具體地，所述吸熱反應(yīng)可以為烴類裂解反應(yīng)如乙烷蒸汽裂解、石腦油蒸汽裂解，也可以為烷烴脫氫反應(yīng)如丙烷脫氫反應(yīng)；所述放熱反應(yīng)可以為含氧化合物裂解反應(yīng)如甲醇等制烯烴、制油和制芳烴，可以為烯烴或烷烴氧化裂解反應(yīng)如丁烯或丁烷氧化脫氫，也可以為烯烴或炔烴加成(合成)反應(yīng)如乙炔和氯化氫加成制氯乙烯等。
[0029]按照本發(fā)明，在所述列管式固定床反應(yīng)器中，反應(yīng)物流沿與所述反應(yīng)器軸向垂直的橫向通過催化劑固定床層，從而大幅度增加了反應(yīng)物流流經(jīng)的截面，進(jìn)而降低了反應(yīng)物流的流速，而且通過催化劑固定床層的距離縮短，因此，反應(yīng)物流的壓降損失可以非常??；另外，由于流經(jīng)截面增大，使得反應(yīng)管的有效傳熱面積增大，因此，可大幅度減少、甚至消除反應(yīng)管內(nèi)的反應(yīng)熱點(diǎn)；最后，由于反應(yīng)物流沿與所述反應(yīng)器軸向垂直的橫向低速經(jīng)過催化劑固定床層，使得催化劑的利用率大幅度提升。
[0030]按照本發(fā)明，由于壓降損失小，反應(yīng)熱點(diǎn)基本消除，催化劑的利用率大幅度提升，使得所述反應(yīng)器的操作彈性和穩(wěn)定性都得到提高，另外，由于反應(yīng)管的長度幾乎不受限制，也可大幅度提高單臺反應(yīng)器的反應(yīng)能力；最后，在本發(fā)明的列管式固定床反應(yīng)器中，所述反應(yīng)管的型號和排列方式均可以適當(dāng)選擇，因此，所述反應(yīng)器的設(shè)計非常靈活。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]下面參照附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明，其中:
[0032]圖1是本發(fā)明的列管式固定床反應(yīng)器的反應(yīng)管示意圖，右圖是主視圖和左圖是沿反應(yīng)管的A-A截面的俯視圖；
[0033]圖2-12的示意圖分別給出了本發(fā)明的列管式固定床反應(yīng)器中反應(yīng)管的不同形式及其中入口分配腔和出口收集腔的形式和排布方式；
[0034]圖13是本發(fā)明的列管式固定床反應(yīng)器的一種實(shí)施方式,其中在反應(yīng)器殼程內(nèi)存在導(dǎo)熱介質(zhì)，該導(dǎo)熱介質(zhì)在反應(yīng)器殼程內(nèi)循環(huán)流通；
[0035]圖14是圖13的反應(yīng)器沿B-B截面的仰視圖及單個反應(yīng)管的放大視圖，其中采用圖5中所示的反應(yīng)管形式及入口分配腔和出口收集腔形式和排布方式；
[0036]圖15是本發(fā)明的列管式固定床反應(yīng)器的另一種實(shí)施方式,其中在反應(yīng)器殼體內(nèi)鋪有耐火層和設(shè)有燃燒噴嘴，所述燃燒噴嘴在助燃?xì)怏w存在下燃燒燃料；和
[0037]圖16是圖15的反應(yīng)器沿C-C截面的仰視圖及單個反應(yīng)管的放大視圖，其中采用圖3中所示的反應(yīng)管形式及入口分配腔和出口收集腔形式和排布方式。
【具體實(shí)施方式】
[0038]參照圖1，其中給出的是本發(fā)明的列管式固定床反應(yīng)器中反應(yīng)管I的示意圖，右圖是主視圖和左圖是沿反應(yīng)管I的A-A截面的俯視圖。具體地，反應(yīng)物流通過反應(yīng)管I的物流入口 2進(jìn)入入口分配腔3，然后進(jìn)入催化劑腔6，橫向通過催化劑固定床層，在其中與催化劑接觸并發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)后的流體通過出口收集腔4收集，然后經(jīng)物流出口 5流出反應(yīng)管。
[0039]參照圖2-12，其中例舉了本發(fā)明的列管式固定床反應(yīng)器中反應(yīng)管的不同形式及其中入口分配腔和出口收集腔的形式和排布方式。
[0040]具體地，圖2中的反應(yīng)管為矩形管，入口分配腔3和出口收集腔4亦為矩形管，二者分別連接在所述反應(yīng)管矩形截面的兩個寬邊處；
[0041]圖3中的反應(yīng)管為橢圓形管，入口分配腔3和出口收集腔4為圓形管，二者分別設(shè)置在所述反應(yīng)管橢圓形截面長軸的兩端處；
[0042]圖4中的反應(yīng)管為矩形管，入口分配腔3和出口收集腔4為圓形管，二者分別連接在所述反應(yīng)管矩形截面的兩個寬邊處；
[0043]圖5中的反應(yīng)管為帶有弧形兩端的矩形管，入口分配腔3和出口收集腔4為月牙形管，二者分別連接在所述反應(yīng)管矩形截面的弧形兩端處；
[0044]圖6中的反應(yīng)管為帶有弧形兩端的矩形管，入口分配腔3和出口收集腔4為圓形管，二者分別設(shè)置在所述反應(yīng)管矩形截面的弧形兩端處；
[0045]圖7中的反應(yīng)管為帶有倒角的矩形管，入口分配腔3和出口收集腔4為圓形管，二者分別設(shè)置在所述反應(yīng)管矩形截面的兩個帶有倒角的寬邊處；
[0046]圖8中的反應(yīng)管為圓環(huán)形管，入口分配腔3和出口收集腔4為半圓形管，二者均設(shè)直在所述反應(yīng)管圓環(huán)形截面的中心圓內(nèi)；
[0047]圖9中的反應(yīng)管為圓環(huán)形管，入口分配腔3和出口收集腔4為圓形管，二者分別設(shè)置在所述反應(yīng)管圓環(huán)形截面直徑的兩端；
[0048]圖10中的反應(yīng)管為正方形管，入口分配腔3和出口收集腔4為矩形管，二者均設(shè)置在所述反應(yīng)管正方形截面中心的小正方形內(nèi)；
[0049]圖11中的反應(yīng)管為五角形管，入口分配腔3和出口收集腔4為圓形管，入口分配腔3設(shè)置在所述五角形的中心處，和出口收集腔4分別設(shè)置在所述五角形各只角的終端處，在此，所述入口分配腔和出口收集腔也可以對調(diào)設(shè)置，即前者設(shè)置在所述五角形各只角的終端處，和后者設(shè)置在所述五角形的中心處；和
[0050]圖12中的反應(yīng)管為六角形管，入口分配腔3和出口收集腔4為圓形管，各入口分配腔3分別設(shè)置在所述六角形各只角的終端處，和出口收集腔4設(shè)置在所述六角形的中心處，在此，所述入口分配腔和出口收集腔也可以對調(diào)設(shè)置，即前者設(shè)置在所述六角形的中心處，和后者設(shè)置在所述六角形各只角的終端處。
[0051]由圖2-12中的這些示意圖可知，按照本發(fā)明，所述反應(yīng)管的形式及其中入口分配腔和出口收集腔形式和排布方式可以有多種選擇。
[0052]參照圖13和14，其中給出的是本發(fā)明的列管式固定床反應(yīng)器的一種實(shí)施方式，其中在反應(yīng)器殼程內(nèi)存在導(dǎo)熱介質(zhì)。具體地，所述列管式固定床反應(yīng)器包括反應(yīng)器殼體7和多根反應(yīng)管1，催化劑固定床層位于催化劑腔6內(nèi)，反應(yīng)器殼體7的底部填充有惰性物質(zhì)14，在此該惰性物質(zhì)可以為本領(lǐng)域常用的任何惰性物質(zhì)，如陶瓷小球等；原料從反應(yīng)器的原料入口 9進(jìn)入，然后由各反應(yīng)管的物流入口 2進(jìn)入入口分配腔3，然后進(jìn)入催化劑腔6，橫向通過催化劑固定床層，經(jīng)出口收集腔4收集后由物流出口 5流出，最后從產(chǎn)品出口 12流出反應(yīng)器；導(dǎo)熱介質(zhì)由導(dǎo)熱介質(zhì)入口 13進(jìn)入反應(yīng)器殼程，通過反應(yīng)管壁換熱，和由導(dǎo)熱介質(zhì)出口 10流出反應(yīng)器。按照本發(fā)明的這種實(shí)施方式，所述反應(yīng)器非常適合實(shí)施具有熱效應(yīng)的反應(yīng)如甲醇制烯烴反應(yīng)。
[0053]圖15和16是本發(fā)明的列管式固定床反應(yīng)器的另一種實(shí)施方式,其中在反應(yīng)器殼體內(nèi)鋪有耐火層和設(shè)有燃燒噴嘴，所述燃燒噴嘴在助燃?xì)怏w存在下燃燒燃料。具體地，所述反應(yīng)器包括反應(yīng)器殼體7和多根反應(yīng)管1，反應(yīng)器殼體7內(nèi)鋪有耐火層18,催化劑固定床層位于催化劑腔6內(nèi)；原料從原料入口 9進(jìn)入，然后由各個反應(yīng)管的物流入口 2進(jìn)入入口分配腔3，然后進(jìn)入催化劑腔6內(nèi)，橫向通過催化劑固定床層，經(jīng)出口收集腔4收集后由物流出口5流出，最后從產(chǎn)品出口 12流出反應(yīng)器；燃料和助燃?xì)怏w分別經(jīng)燃料入口 15和助燃?xì)怏w入口 16進(jìn)入，經(jīng)各燃燒噴嘴17混合后噴入反應(yīng)器室內(nèi)燃燒以供應(yīng)反應(yīng)熱，燃燒后的煙氣經(jīng)煙氣出口 19流出反應(yīng)器。按照本發(fā)明的這種實(shí)施方式，所述反應(yīng)器非常適合實(shí)施吸熱類化學(xué)反應(yīng)。
[0054]實(shí)施例
[0055]下面參照具體實(shí)施例描述本發(fā)明，所述實(shí)施例僅用于描述本發(fā)明，而不用于限制本發(fā)明。
[0056]實(shí)施例1
[0057]在該實(shí)施例中，采用的反應(yīng)器為單管反應(yīng)器，其中的反應(yīng)管如圖1所示，反應(yīng)管材質(zhì)為302不銹鋼，截面為矩形，所形成的催化劑腔的內(nèi)部尺寸為長0.05m和寬0.02m，反應(yīng)管高度為0.5m，反應(yīng)管外部用電爐絲加熱并用保溫棉保溫。
[0058]所述反應(yīng)管的催化劑腔內(nèi)裝填有10-40目的ZSM-5型MTP催化劑，催化劑裝填量為300g，原料為甲醇:水質(zhì)量比為1:1的甲醇水溶液，原料入口溫度為200°C，出口收集腔壓力為常壓，反應(yīng)管外部控溫460°C時，反應(yīng)管內(nèi)部最高溫度為470°C，反應(yīng)物流沿與所述反應(yīng)器軸向垂直的橫向通過催化劑床層，和床層壓降〈lOOPa。
[0059]出口收集腔氣體通過氣相色譜檢測，結(jié)果表明平均的丙烯選擇性和乙烯選擇性分別為42%和8%，另外催化劑的單程壽命為860h。
[0060]對比例I
[0061]在該實(shí)施例中，采用的反應(yīng)器亦為單管反應(yīng)器，但其中的反應(yīng)管為圓形截面的軸向反應(yīng)管，反應(yīng)管材質(zhì)為302不銹鋼,管內(nèi)徑為0.0357m,反應(yīng)管高度為0.5m,反應(yīng)管外部用電爐絲加熱并用保溫棉保溫。
[0062]在所述軸向反應(yīng)管內(nèi)裝填10-40目的ZSM-5型MTP催化劑，催化劑裝填量為300g，原料為甲醇:水質(zhì)量比為1:1的甲醇水溶液，原料入口溫度為200°c，出口收集腔壓力為常壓，反應(yīng)管外部控溫440°C時，反應(yīng)管內(nèi)部最高溫度為550°C，反應(yīng)物流沿與所述反應(yīng)器軸向平行的縱向通過催化劑床層，和床層壓降為2-3kPa。
[0063]出口收集腔氣體通過氣相色譜檢測，結(jié)果表明平均的丙烯選擇性和乙烯選擇性分別為37%和9%，另外催化劑單程壽命為350h。
[0064]由上述實(shí)施例和對比例可以看出，在反應(yīng)管的截面積幾乎相等的情況下，按照本發(fā)明反應(yīng)物流沿與所述反應(yīng)器軸向垂直的橫向通過反應(yīng)管可以更好地控制反應(yīng)器的床層溫度，同時降低了床層壓降和消除了反應(yīng)熱點(diǎn)，并且大幅度延長了催化劑的壽命。
【權(quán)利要求】
1.一種列管式固定床反應(yīng)器，所述反應(yīng)器包括至少一根裝有催化劑的反應(yīng)管，所述反應(yīng)管沿與所述反應(yīng)器軸向平行的縱向延伸，所述反應(yīng)管的高度與其橫截面的水力學(xué)直徑的比為1-2000，優(yōu)選為10-1000，和更優(yōu)選為50-500，其中所述反應(yīng)管包括: 一個或多個催化劑腔，用于裝填催化劑形成催化劑固定床； 一個或多個入口分配腔，用于引導(dǎo)反應(yīng)物流進(jìn)入反應(yīng)管并分配進(jìn)入催化劑固定床；和 一個或多個出口收集腔，用于收集反應(yīng)物流并引導(dǎo)所述反應(yīng)物流離開反應(yīng)管； 其中設(shè)置所述入口分配腔和所述出口收集腔使得所述反應(yīng)物流沿與所述反應(yīng)器軸向垂直的橫向通過催化劑固定床層，由此與催化劑接觸并發(fā)生反應(yīng)。
2.權(quán)利要求1的列管式固定床反應(yīng)器，其中所述入口分配腔和所述出口收集腔分別設(shè)置在所述反應(yīng)管內(nèi)橫截面上距離最遠(yuǎn)的相對周邊處，使得反應(yīng)物流沿與所述反應(yīng)器軸向垂直的橫向通過催化劑固定床層。
3.權(quán)利要求1的列管式固定床反應(yīng)器，其中所述入口分配腔設(shè)置在所述反應(yīng)管內(nèi)橫截面的中心處和所述出口收集腔設(shè)置在所述反應(yīng)管內(nèi)橫截面的周邊處，使得反應(yīng)物流沿與所述反應(yīng)器軸向垂直的橫向通過催化劑固定床層。
4.權(quán)利要求1的列管式固定床反應(yīng)器，其中所述入口分配腔設(shè)置在所述反應(yīng)管內(nèi)橫截面的周邊處和所述出口收集腔設(shè)置在所述反應(yīng)管內(nèi)橫截面的中心處，使得反應(yīng)物流沿與所述反應(yīng)器軸向垂直的橫向通過催化劑固定床層。
5.權(quán)利要求1的列管式固定床反應(yīng)器，其中所述入口分配腔和所述出口收集腔均設(shè)置在所述反應(yīng)管內(nèi)橫截面的中心處，使得反應(yīng)物流沿與所述反應(yīng)器軸向垂直的橫向通過催化劑固定床層。
6.權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)的列管式固定床反應(yīng)器，其中所述反應(yīng)管橫截面為圓形、矩形、橢圓形、蛋形或?qū)?yīng)這些形狀的環(huán)形，或者為輻射形狀如五角形或六角形。
7.權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)的列管式固定床反應(yīng)器，其中所述入口分配腔和所述出口收集腔各自獨(dú)立地包括多孔管、多孔板、燒結(jié)管或燒結(jié)板，和材質(zhì)各自獨(dú)立地為金屬、合金、陶瓷或玻璃。
8.權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)的列管式固定床反應(yīng)器，其中在所述反應(yīng)器的筒體上設(shè)置有導(dǎo)熱介質(zhì)入口和導(dǎo)熱介質(zhì)出口以引入或?qū)С鰧?dǎo)熱介質(zhì)，其中導(dǎo)熱介質(zhì)在反應(yīng)器的殼程內(nèi)循環(huán)流通，由此在反應(yīng)管壁外實(shí)現(xiàn)反應(yīng)熱量的移除或供應(yīng)，或者其中導(dǎo)熱介質(zhì)在反應(yīng)器的殼程內(nèi)儲存和在反應(yīng)器殼程內(nèi)設(shè)置換熱管，利用導(dǎo)熱介質(zhì)實(shí)現(xiàn)反應(yīng)管與換熱管之間的熱量交換。
9.權(quán)利要求8的列管式固定床反應(yīng)器，其中所述導(dǎo)熱介質(zhì)為流體或可流化固體顆粒，和其中流體導(dǎo)熱介質(zhì)選自空氣、水、油、熔融鹽和反應(yīng)物流。
10.權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)的列管式固定床反應(yīng)器，其中以熱輻射或微波加熱所述反應(yīng)管，由此為反應(yīng)管內(nèi)的反應(yīng)供應(yīng)反應(yīng)熱。
11.權(quán)利要求8的列管式固定床反應(yīng)器，其中在所述反應(yīng)管外部的反應(yīng)器腔室內(nèi)燃燒燃料，由此為反應(yīng)管內(nèi)的反應(yīng)供應(yīng)反應(yīng)熱。
12.權(quán)利要求11的列管式固定床反應(yīng)器，其中在所述反應(yīng)管外部的反應(yīng)器腔室內(nèi)設(shè)置有耐火層，和其中還設(shè)置有燃燒噴嘴，用于在助燃?xì)怏w存在下燃燒燃料，由此為反應(yīng)管內(nèi)的反應(yīng)供應(yīng)反應(yīng)熱。
13.權(quán)利要求1-12任一項(xiàng)的反應(yīng)器用于進(jìn)行吸熱或放熱反應(yīng)的用途。
14.權(quán)利要求13的用途，其中所述吸熱反應(yīng)為烴類轉(zhuǎn)化和裂解反應(yīng)如甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化、乙烷蒸汽裂解、石腦油蒸汽裂解，或者為烷烴脫氫反應(yīng)如丙烷脫氫反應(yīng)；所述放熱反應(yīng)為含氧化合物裂解反應(yīng)如甲醇等制烯烴、制油和制芳烴，或者為烯烴或烷烴氧化裂解反應(yīng)如丁烯或丁烷氧化脫氫，或者為烯烴或炔烴加成(合成)反應(yīng)如乙炔和氯化氫加成制氯乙烯、一氧化碳和氫氣合成制甲醇。
15.權(quán)利要求13或14的用途，其中所述反應(yīng)為甲醇制烯烴反應(yīng)。
【文檔編號】C07C11/04GK103990420SQ201310053827
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2013年2月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月20日
【發(fā)明者】魏小波, 韓國茹, 陳偉 申請人:上海融熠投資管理有限公司