專利名稱：一種新型冷板式換熱反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種氣固相催化反應(yīng)設(shè)備，用于流體催化反應(yīng)和傳熱過程，特別適 用于硫磺回收及尾氣處理，也可用于越烯氧化合成環(huán)氧乙烷，醋酸乙烯，苯酐合成，氨合成 等反應(yīng)過程及甲醇、甲醚、烴類等合成反應(yīng)過程的新型冷板式換熱反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
對(duì)于硫磺回收及尾氣處理中的硫化氫氧化反應(yīng)及加壓下甲醇合成，甲胺，甲醚， 氨，烴類等合成這類氣固相放熱催化反應(yīng)，隨著反應(yīng)過程的進(jìn)行，不斷放出的反應(yīng)熱使催化 劑床層溫度升高。為了提高反應(yīng)器的效率，需要及時(shí)把反應(yīng)熱移出以降低催化劑床層溫度。 在工業(yè)反應(yīng)器中，曾廣泛使用的是多段原料氣冷激來降低反應(yīng)溫度(房鼎業(yè)等編著，甲醇 生產(chǎn)技術(shù)及進(jìn)展，上海華東化工學(xué)院出版社，1990)。這種反應(yīng)器的主要缺點(diǎn)是(1)原料氣冷激時(shí)在降低反應(yīng)器溫度的同時(shí)也降低了反應(yīng)物濃度，影響了合成率。(1)氣體冷卻的傳熱效率低，移熱量有限，催化劑床層溫度的分布不理想。(2)軸向流動(dòng)的阻力大，生產(chǎn)能力受限。為強(qiáng)化移走反應(yīng)器的傳熱能力，也為了改進(jìn)催化劑床層的溫度分布，近20年來大 力發(fā)展了管殼式水冷反應(yīng)器。如德國Iurgi公司的列管式換熱反應(yīng)器(DE2123950)，杭州林 達(dá)化工技術(shù)有限公司的U型管換熱反應(yīng)器O00420116978. 6)，湖南安淳高新技術(shù)有限公司 發(fā)明的雙套管式換熱反應(yīng)器O00410046980. 5)，林德公司的盤管式換熱反應(yīng)器，卡薩爾公 司的水平螺旋型換熱反應(yīng)器(00808947. 7)，江蘇晟宜環(huán)?？萍加邢薰景l(fā)明的繞管式換熱 反應(yīng)器O00720169522.X)。雖形式各異，但都是采用換熱管作為換熱元件，存在共同的缺占.(1)換熱元件都采用管式，換熱管內(nèi)壁有滯留邊界層，熱阻大，傳熱系數(shù)小，換熱效 率低。(2)為保證換熱效果，不得不增加管數(shù)，金屬耗材量大。(3)管子排布致密，使催化劑裝填空間過小，催化劑裝卸困難。(4)反應(yīng)器的體積大，增加反應(yīng)器制造成本及占地面積。(5)反應(yīng)器的材質(zhì)要求高，又要大直徑厚管板，制造難度大。(6)反應(yīng)器裝填催化劑的利用率低，直徑很大，從而嚴(yán)重制約其單系列生產(chǎn)能力的 大型化。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了克服現(xiàn)有的管殼式換熱反應(yīng)器存在的技術(shù)缺點(diǎn)，為使 觸媒層溫差小，觸媒活性高，換熱效果好，大大減小反應(yīng)器體積，特提供一種新型冷板式換 熱反應(yīng)器。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種新型冷板式換熱反應(yīng)器，反應(yīng)器殼體與管箱筒體用螺栓、螺母通過法蘭連接，整個(gè)換熱板束可以從反應(yīng)器殼體中抽出，反應(yīng)器殼體與管箱筒體的法蘭之間卡裝有固定管 板，在固定管板前后兩側(cè)圓周平面上分別襯有密封墊。管箱筒體是以其內(nèi)端和其兩側(cè)固定 在內(nèi)側(cè)壁上，其外端懸浮邊連接密封在固定管板橫中心線凹槽中的橫隔板橫隔成兩個(gè)相同 大小的上腔室、下腔室，上腔室設(shè)置有冷卻介質(zhì)出口，下腔室設(shè)置有冷卻介質(zhì)進(jìn)口。催化劑支撐柵板固定安裝在反應(yīng)器殼體的中下部，催化劑床層中的換熱板豎向并 排放置。換熱板是由兩片金屬板在其周邊以密封焊縫焊接固定，中間通過定距柱點(diǎn)焊形成 網(wǎng)狀通道，金屬板中間設(shè)置有一條鋼筋條與其上下兩邊密封焊縫相平行且終端留有相當(dāng)長 流通余量形成直焊縫，使內(nèi)部通道形成一個(gè)往返的U形通路，換熱板一端的上下部分連接 進(jìn)出口介質(zhì)的通路口處分別固定有連接管與管箱筒體的固定管板連接。換熱板的另一端可 自由伸縮，消除溫差應(yīng)力。反應(yīng)器上部并排設(shè)有裝填催化劑的人孔，中下部設(shè)有卸載催化劑的人孔，卸載人 孔的下邊緣與催化劑支撐柵板等高。換熱板之間裝填催化劑，在換熱板內(nèi)側(cè)通入鍋爐給水 等冷卻介質(zhì)。熱電偶豎直埋于催化劑床層中用于監(jiān)測(cè)床層上中下各部位的溫度。換熱板支撐條水平放置于與反應(yīng)器軸線垂直的稍高于催化劑支撐柵板的位置，換 熱板支撐條的兩端卡裝固定于反應(yīng)器內(nèi)部兩側(cè)的托槽內(nèi)，托槽固定在焊接于反應(yīng)器殼體內(nèi) 壁上的三角支架上；換熱板支撐條上開有一排與換熱板數(shù)量相等的換熱板支撐槽，換熱板 支撐槽的寬度等于換熱板焊接邊緣的寬度，換熱板支撐槽與換熱板采用間隙配合以方便換 熱板的抽出及插入。裝配時(shí)，在安裝完催化劑支撐柵板并在其上鋪好金屬絲網(wǎng)后，再將換熱 板支撐條卡裝固定于兩端的托槽中。本實(shí)用新型具有以下有益效果(1)傳熱系數(shù)高。新型換熱板在水氣相換熱無相變時(shí)總傳熱系數(shù)可達(dá)382W/m2 ·Κ， 遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的管殼式換熱方式(17 ^OW/m2 · K)。(2)單位體積內(nèi)的傳熱面積比通常的管殼式換熱反應(yīng)器約大3. 5倍，使設(shè)備體積 減小，用料減少。(3)換熱板板內(nèi)部通過定距柱點(diǎn)焊的方式，不使換熱板板變形，大大減小了點(diǎn)焊處 的應(yīng)力集中，降低了點(diǎn)焊處開裂的風(fēng)險(xiǎn)。無壓力流體泵送的步驟，使制造工藝大大筒化。(4)換熱板一端可自由伸縮，能自動(dòng)補(bǔ)償溫差應(yīng)力，無需設(shè)置膨脹節(jié)。(5)換熱板束可隨封頭一起抽出，便于清洗和檢修。
圖1是本冷板式換熱反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本冷板式換熱反應(yīng)器的左視圖。圖3是本冷板式換熱反應(yīng)器的換熱板結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本冷板式換熱反應(yīng)器的換熱板內(nèi)部剖面圖。圖5是本冷板式換熱反應(yīng)器的換熱板支撐條結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是本冷板式換熱反應(yīng)器的托槽及三角支架主視圖。圖7是本冷板式換熱反應(yīng)器的托槽及三角支架左視圖。圖中1、下腔室，2橫隔板，3、冷卻介質(zhì)進(jìn)口，4、換熱板進(jìn)口，5、換熱板出口，6、催 化劑支撐柵板，7、換熱板支撐條，8、氣體出口，9、反應(yīng)器支座，10、人孔，11、定距柱，12、封頭，13、直焊縫，14、人孔，15、熱電偶，16、氣體進(jìn)口，17、反應(yīng)器殼體，18、換熱板，19、固定管 板，20、法蘭，21、冷卻介質(zhì)出口，22、上腔室，23、管箱筒體，24、換熱板焊接邊緣，25、換熱板 支撐槽，26、托槽，27、三角支架。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明如圖1所示，根據(jù)介質(zhì)性質(zhì)、壓力大小、生產(chǎn)規(guī)模及筒殼內(nèi)徑的尺寸選用合適的材 料和相應(yīng)厚度的金屬板卷制出反應(yīng)器殼體17和管箱筒體23，在其端部分別對(duì)焊出壓制的 封頭12，和在另一端的外圓周面角焊固定以厚金屬板旋制的法蘭20。兩法蘭內(nèi)側(cè)凹入的子 口內(nèi)嵌裝一個(gè)固定管板19，其前后兩個(gè)各與筒體端部邊緣接觸貼合的圓周側(cè)平面上分別用 密封墊密封。并使用螺栓、螺母以及必要的墊圈、彈簧墊圈連接緊固使合成一個(gè)筒殼形體。 內(nèi)有一端通過換熱板進(jìn)口 4和換熱板出口 5的連接管與固定管板19連接，另一端可自由伸 縮的多塊換熱板18，換熱板18是由兩塊金屬板在其周邊以密封焊縫焊接固定，中間通過定 距柱11點(diǎn)焊，定距柱可根據(jù)介質(zhì)壓力大小及溫差情況采用菱形或棋盤形均勻排列布置。金 屬板中間設(shè)置有一條鋼筋條與其上下兩邊密封焊縫相平行且終端留有相當(dāng)長流通余量形 成直焊縫13，使內(nèi)部通道形成一個(gè)往返的U形通路。板片厚度為1 1.5毫米為宜。從強(qiáng) 度觀點(diǎn)看，它所能承受壓力遠(yuǎn)比設(shè)計(jì)壓力高，并且又有很好的冷壓成形制造工藝。從設(shè)備經(jīng) 濟(jì)性和耐用方面考慮選用1毫米304不銹鋼板為好。當(dāng)然若介質(zhì)無腐蝕性，其板片亦可選 用1. 5 2毫米碳鋼板制造，使設(shè)備成本更為經(jīng)濟(jì)。一般情況下兩板板間內(nèi)側(cè)距離以8 10毫米為適宜。務(wù)使換熱板進(jìn)口 4和換熱板出口 5的內(nèi)徑流通截面積與兩塊金屬板間擬 選擇確定的流通截面積大小相接近或略大一些。換熱板進(jìn)口 4和換熱板出口 5的連接管外 端漲緊或焊接在固定管板19的縱向垂直線上。換熱板18之間裝填催化劑，反應(yīng)器殼體17 中下部有催化劑支撐柵板6，原料氣由反應(yīng)器殼體17上部氣體進(jìn)口 16均勻地進(jìn)入換熱板間 催化劑層由上而下進(jìn)行反應(yīng)直到底部流經(jīng)催化劑支撐柵板6后匯集由氣體出口8流出反應(yīng) 器。在管箱筒體23橫中心面上固定一塊其內(nèi)端與兩側(cè)均焊接在其內(nèi)壁上的橫隔板2，其外 端懸浮邊則嵌入并密封連接到固定管板橫中心線的凹槽內(nèi)，以使管箱筒體分隔成兩個(gè)互不 連接但形狀大小完全相同的上腔室22和下腔室1。下腔室1有冷卻介質(zhì)進(jìn)口 3，上腔室22 有冷卻介質(zhì)出口 21。換熱介質(zhì)可以是水，也可以是其它介質(zhì)，本實(shí)施例則主要以水為例進(jìn)行 說明。來自裝置的鍋爐給水先進(jìn)入汽包，然后由下降管經(jīng)管箱筒體23上冷卻介質(zhì)進(jìn)口 3進(jìn) 入下腔室1后進(jìn)入換熱板18流動(dòng)，一邊流動(dòng)一邊吸收板外催化劑層的反應(yīng)熱，經(jīng)折流反向 后由上腔室22的冷卻介質(zhì)出口 21流出經(jīng)由上升管返回汽包并副產(chǎn)蒸汽，而整個(gè)催化劑床 層的溫度則由汽包的壓力加以控制，因此反應(yīng)器催化劑床層始終處于非常穩(wěn)定的接近等溫 的狀態(tài)下運(yùn)行。由于換熱板18內(nèi)的移熱介質(zhì)是飽和水汽的共存物，因而換熱板18是一種 接近等溫的移熱體。反應(yīng)器內(nèi)催化劑的裝填可通過反應(yīng)器殼體17上部開設(shè)的人孔14及氣 體進(jìn)口 6裝入。底部催化劑支撐柵板6可分成多塊，除可用氣體出口 8卸催化劑外，反應(yīng)器 中下部還可開設(shè)多個(gè)人孔10用于卸載催化劑。卸載人孔10的下邊緣與催化劑支撐柵板6 等尚。所述的換熱板支撐條7水平放置于與反應(yīng)器軸線垂直的稍高于催化劑支撐柵板6 的位置，換熱板支撐條7的兩端卡裝固定于反應(yīng)器內(nèi)部兩側(cè)的托槽沈內(nèi)，托槽沈固定在焊接于反應(yīng)器殼體17內(nèi)壁上的三角支架27上；換熱板支撐條7上開有一排與換熱板18數(shù)量 相等的換熱板支撐槽25，換熱板支撐槽25的寬度等于換熱板焊接邊緣M的寬度，換熱板 支撐槽25與換熱板18采用間隙配合以方便換熱板18的抽出及插入。裝配時(shí)，在安裝完催 化劑支撐柵板6并在其上鋪好金屬絲網(wǎng)后，再將換熱板支撐條7卡裝固定于兩端的托槽沈 中。
權(quán)利要求1.一種新型冷板式換熱反應(yīng)器，是由上腔室、下腔室、橫隔板、換熱板支撐條、反應(yīng)器 殼體、換熱板、固定管板、管箱筒體、法蘭、催化劑支撐柵板組成，其特征在于反應(yīng)器殼體(17)與管箱筒體用螺栓、螺母通過法蘭00)連接，反應(yīng)器殼體(17)與管箱筒體03) 的法蘭OO)之間卡裝固定管板(19)，在固定管板(19)前后兩側(cè)圓周平面上分別襯有密封 墊；管箱筒體是從其內(nèi)端和其兩側(cè)固定在內(nèi)側(cè)壁上，其外端懸浮邊連接密封在固定管 板(19)橫中心線凹槽中的橫隔板(2)橫隔成兩個(gè)相同大小的上腔室02)和下腔室(1)，在 上腔室0 設(shè)置有冷卻介質(zhì)出口(21)，在下腔室(1)設(shè)置有冷卻介質(zhì)進(jìn)口( ；催化劑支 撐柵板(6)固定安裝在反應(yīng)器殼體(17)的中下部，催化劑床層中的換熱板(18)豎向并排 放置，換熱板(18)的一端通過換熱板進(jìn)口(4)和換熱板出口( 的連接管與固定管板(19) 連接，另一端能自由伸縮；反應(yīng)器上部并排設(shè)置有兩個(gè)裝填催化劑的人孔(14)，下部并排 設(shè)置有兩個(gè)卸載催化劑的人孔(10)，卸載人孔(10)的下邊緣與催化劑支撐柵板(6)等高； 熱電偶(15)豎直埋于催化劑床層中，換熱板支撐條(7)放置于與反應(yīng)器軸線垂直的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱反應(yīng)器，其特征是上述換熱板(18)是由兩片金屬板在 其周邊以密封焊縫焊接固定，中間用定距柱(11)點(diǎn)焊構(gòu)成網(wǎng)狀通道；金屬板中間設(shè)置有一 條鋼筋條與其上下兩邊密封焊縫相平行且終端留有相當(dāng)長流通余量形成直焊縫(1 ，內(nèi)部 通道形成一個(gè)往返的U形通路；換熱板(18) —端的上下部分連接冷卻介質(zhì)進(jìn)口( 和冷卻 介質(zhì)出口 的通路口處分別固定有連接管與管箱筒體的固定管板(19)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱反應(yīng)器，其特征是上述換熱板支撐條(7)水平放置于 與反應(yīng)器軸線垂直的稍高于催化劑支撐柵板(6)的位置，換熱板支撐條(7)的兩端固定卡 裝于反應(yīng)器內(nèi)部兩側(cè)的托槽06)內(nèi)，托槽06)固定在焊接于反應(yīng)器殼體(17)內(nèi)壁上的三 角支架07)上；換熱板支撐條(7)上開有一排與換熱板數(shù)量相等的換熱板支撐槽(25)，換 熱板支撐槽0 的寬度等于換熱板焊接邊緣04)的寬度，換熱板支撐槽0 與換熱板(18)采用間隙配合。
專利摘要本實(shí)用新型是一種用于硫磺回收及尾氣處理的新型冷板式換熱反應(yīng)器。它可使觸媒層溫差小，觸媒活性高，換熱效果好，能較大減小反應(yīng)器體積。其技術(shù)方案是反應(yīng)器殼體與管箱筒體用螺栓、螺母通過法蘭連接，其間卡裝固定管板，在固定管板前后兩側(cè)圓周平面上分別襯有密封墊；在固定管板橫中心線凹槽中的橫隔板橫隔成兩個(gè)大小相同的上腔室和下腔室；催化劑支撐柵板安裝在反應(yīng)器殼體的中下部，催化劑床層中的換熱板豎向并排放置，換熱板一端通過連接管與固定管板連接，另一端能自由伸縮；反應(yīng)器上部設(shè)置有人孔，下部設(shè)置有人孔；熱電偶豎直埋于催化劑床層中。本實(shí)用新型傳熱系數(shù)高、結(jié)構(gòu)緊湊、觸媒裝填系數(shù)大，床層阻力小，可用于流體催化反應(yīng)和傳熱過程。
文檔編號(hào)B01J8/00GK201832621SQ201020524650
公開日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2010年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月7日
發(fā)明者何金龍, 常宏崗, 張勇, 艾志久, 陳昌介 申請(qǐng)人:西南石油大學(xué)