專利名稱：雙軸徑向流反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體反應(yīng)器，尤其是一種反應(yīng)更加充分，無偏流及反應(yīng)死角的以徑向流為主的反應(yīng)器，具體地說是一種雙軸徑向流反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
眾所擊知，徑向流動反應(yīng)器的開發(fā)與應(yīng)用已有幾十年的歷史，最早出現(xiàn)的是全徑向流反應(yīng)器(見圖1-1)，即氣流從外圍到中心(也可以從中心到外圍)全部以半徑方向通過催化劑床層進行反應(yīng)，其最大優(yōu)點是流體阻力低(僅為軸向流反應(yīng)器10% 50%)，而且可以使用高活性小顆粒催化劑，從而大幅度提升反應(yīng)器的能力。隨著技術(shù)的發(fā)展后人認(rèn)為全徑向反應(yīng)器a區(qū)的催化劑因下沉等因素引起短路而降低其利用率，故而又發(fā)展出軸徑向流反應(yīng)器(見圖1-2)，即取消頂蓋使該部分催化劑呈部分軸向流狀態(tài)，故而形成所謂軸徑向流反應(yīng)器。但是隨著反應(yīng)器直徑加大和應(yīng)用范圍的擴大，以及實踐經(jīng)驗的積累，發(fā)現(xiàn)這類反應(yīng)器底部b區(qū)也存在問題一是大型反應(yīng)器的下部蝶形封頭內(nèi)的部分催化劑存在“死角”，引起氣流的偏流；同時由于底部催化劑的受壓緊縮及粉化等因素更加大其偏流的程度，這對于一些強放熱反應(yīng)，極易造成b區(qū)催化劑過熱失活， 甚至燒結(jié)；二是徑向反應(yīng)器當(dāng)內(nèi)部需要設(shè)置移熱單元，如冷管(板)時(見圖1-3)，在a區(qū)和 b區(qū)需布置大小聯(lián)箱和連接管，而中間主區(qū)則布置冷管(板)，因此a區(qū)、b區(qū)及中間主區(qū)的徑向流動有很大區(qū)別，這樣b區(qū)存在偏流、死角等問題更為嚴(yán)重。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的徑向流反應(yīng)器存在偏流、死角而影響反應(yīng)效率的問題，設(shè)計一種無偏流和反應(yīng)死角的雙軸徑向流反應(yīng)器。本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種雙軸徑向流反應(yīng)器，它包括外殼2和反應(yīng)器內(nèi)件3,反應(yīng)器內(nèi)件3位于外殼2中,所述的外殼2上設(shè)有反應(yīng)器入口 I和反應(yīng)器出口 8，反應(yīng)器內(nèi)件3包括分布筒4和集氣筒6， 在集氣筒6和分布筒4之間安裝有催化劑床層5，反應(yīng)器出口 8與集氣筒6的出口端相連通，其特征是所述的反應(yīng)器內(nèi)件3的上端和下端各形成有一個上軸向反應(yīng)段14和下軸向反應(yīng)段16，在上軸向反應(yīng)段14和下軸向反應(yīng)段16之間形成有徑向反應(yīng)段15 ;在所述的催化劑床層5的上端安裝有多孔上蓋及絲網(wǎng)12，下端安裝有多孔筐底及絲網(wǎng)7 ;反應(yīng)氣從反應(yīng)器入口 I進入后分別從上軸向反應(yīng)段14、下軸向反應(yīng)段16和徑向反應(yīng)段15進入催化劑中反應(yīng)后流入集氣筒6，再從與集氣筒6相連通的反應(yīng)器出口 8流出反應(yīng)器外殼2。所述的催化劑床層5中還安裝有移熱裝置23。所述的移熱裝置23由移熱管板21、大聯(lián)箱18、小聯(lián)箱19、聯(lián)接管20、冷卻流體入口管17及冷卻流體出口管22組成，各移熱管板21的進、出口端分別通過各自的聯(lián)接管20 與對應(yīng)的小聯(lián)箱19相連通，各小聯(lián)箱19與對應(yīng)的大聯(lián)箱18相連通，大聯(lián)箱18與對應(yīng)的冷卻流體入口管17或冷卻流體出口管22相連通。
所述的上軸向反應(yīng)段14由集氣筒6上部的集氣筒上不開孔段13、分布筒4上段的分布筒上不開孔段11及所述的催化劑床層5上端安裝的多孔上蓋及絲網(wǎng)12所圍成，且集氣筒6的上底面為不能進氣的密閉結(jié)構(gòu)。所述的集氣筒上不開孔段13的長度L2不小于分布筒上不開孔段11的長度L1，且 I ^ L2A1 ^ 10。所述的下軸向反應(yīng)段16由集氣筒6下部的集氣筒下不開孔段9、分布筒4下段的分布筒下不開孔段10及所述的催化劑床層5下端安裝的多孔筐底及絲網(wǎng)7圍成，且集氣筒 6的下端出氣口與殼體2上的反應(yīng)器出口 8相連通。所述的集氣筒下不開孔段9的長度L2'不上于分布筒下不開孔段IOL1'的長度， 且 I 彡 V /L/ ( 10。所述的多孔上蓋及絲網(wǎng)12及多孔筐底及絲網(wǎng)7上的通氣開孔率為1% 100%。對于多孔上蓋及絲網(wǎng)12，當(dāng)開孔率達(dá)到100%時，則等于取消上蓋及絲網(wǎng)，這種結(jié)構(gòu)在簡化的反應(yīng)器經(jīng)常使用。本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明徹底消除了現(xiàn)有的反應(yīng)器存在的底部反應(yīng)死角，不會產(chǎn)生氣流偏流，更不會造成催化劑的部分過熱失活燒結(jié)現(xiàn)象，尤其是對于安裝有移熱單元的反應(yīng)器可消除因管板布置而造成的偏流死角問題。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，反應(yīng)效果好，不僅可提高反應(yīng)效率10%以上，而且可延長催化劑的使用壽命20%以上，經(jīng)濟效率顯著。


圖I是現(xiàn)有的徑向反應(yīng)流的結(jié)構(gòu)示意圖。其中
圖1-1現(xiàn)有的全徑向流反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖1-2是現(xiàn)有的單軸向加徑向流反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖1-3是帶有移熱單元的的單軸向加徑向流反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2本發(fā)明的雙軸徑向流反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。其中
圖2-1本發(fā)明的由外向內(nèi)流動的雙軸徑向流反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2-2本發(fā)明的由內(nèi)向外流動的雙軸徑向流反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2-3本發(fā)明的帶有移熱裝置的雙軸徑向流反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明的雙軸徑向流反應(yīng)器的常見類型結(jié)構(gòu)示意圖。其中
圖3-1是圖2-1的等效原理圖。圖3-2是圖2-2的等效原理圖。圖3-3是與圖3-1等效的進氣口與出氣口位于殼體同一端時的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3-4是與圖3-2等效的進氣口與出氣口位于殼體同一端時的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。實施例一。如圖2-1、3-3 所示?！N雙軸徑向流反應(yīng)器，它包括外殼2和反應(yīng)器內(nèi)件3,反應(yīng)器內(nèi)件3位于外殼2 中，所述的外殼2上設(shè)有反應(yīng)器入口 I和反應(yīng)器出口 8，反應(yīng)器內(nèi)件3包括分布筒4和集氣筒6，在集氣筒6和分布筒4之間安裝有催化劑床層5，反應(yīng)器出口 8與集氣筒6的出口端相連通，所述的反應(yīng)器內(nèi)件3的上端和下端各形成有一個上軸向反應(yīng)段14和下軸向反應(yīng)段 16，在上軸向反應(yīng)段14和下軸向反應(yīng)段16之間形成有徑向反應(yīng)段15 ;在所述的催化劑床層5的上端安裝有多孔上蓋及絲網(wǎng)12，下端安裝有多孔筐底及絲網(wǎng)7 ;反應(yīng)氣從反應(yīng)器入口 I進入后分別從上軸向反應(yīng)段14、下軸向反應(yīng)段16和徑向反應(yīng)段15進入催化劑中反應(yīng)后流入集氣筒6，再從與集氣筒6相連通的反應(yīng)器出口 8流出反應(yīng)器外殼2。集氣筒6位于分布筒4的中間，如圖2-1所示，所述的上軸向反應(yīng)段14由集氣筒6上部的集氣筒上不開孔段13、分布筒4上段的分布筒上不開孔段11及所述的催化劑床層5上端安裝的多孔上蓋及絲網(wǎng)12所圍成，且集氣筒6的上底面為不能進氣的密閉結(jié)構(gòu)。所述的集氣筒上不開孔段 13的長度L2不小于分布筒上不開孔段11的長度L1，且I ( L2A1 ( 10。所述的下軸向反應(yīng)段16由集氣筒6下部的集氣筒下不開孔段9、分布筒4下段的分布筒下不開孔段10及所述的催化劑床層5下端安裝的多孔筐底及絲網(wǎng)7圍成，且集氣筒6的下端出氣口與殼體 2上的反應(yīng)器出口 8相連通。所述的集氣筒下不開孔段9的長度L2'不上于分布筒下不開孔段IOL1'的長度，且I SL2' /IV < 10。所述的多孔上蓋及絲網(wǎng)12及多孔筐底及絲網(wǎng) 7上的通氣開孔率為1% 100%。對于多孔上蓋及絲網(wǎng)12，當(dāng)開孔率達(dá)到100%時，則等于取消上蓋及絲網(wǎng)，這種結(jié)構(gòu)在簡化的反應(yīng)器經(jīng)常使用。如圖2-1所示，反應(yīng)氣體由反應(yīng)器入口 I進入，一部分氣體以軸向流動方式經(jīng)多孔上蓋及絲網(wǎng)12，進入上軸徑向段14與催化床層進行反應(yīng)后流入集氣筒6中，一部分氣體以全徑向流動方式經(jīng)分布筒4，通過中部全徑向段15進入集氣筒6中，另有一部分氣體流過外殼2與分布筒4之間的通道向下流動到下軸向反應(yīng)段16，以軸向流動方式經(jīng)底部多孔框底及絲網(wǎng)7與底部的催化劑床進行反應(yīng)后流入集氣筒6中，三股氣體全部由集氣筒6匯合，經(jīng)出口 8出反應(yīng)器。在分布筒4的上端11與下端10均設(shè)有一不開孔段LI和L1',在集氣筒 13的上端和下端，均設(shè)有一不開孔段L2和L2',由它們分別構(gòu)成了上端和下端的上軸向段14 和下軸向段16，而余下的則為中間全徑向流段15。作為本實施例等效結(jié)構(gòu)的圖3-3是將反應(yīng)器的入口和出口設(shè)置在反應(yīng)器殼體的同一端上，其余與圖2-1均相同或等效相同。要實現(xiàn)上中下層全部催化劑的均勻利用，必須實現(xiàn)全反應(yīng)器氣流合理的均勻分布，為此，必須對整個反應(yīng)器進行全面的流體力學(xué)計算，從而確定反應(yīng)器的各項結(jié)構(gòu)參數(shù)
(I)分布筒和集氣筒上下各不開孔長度LI、. L2、L'1、L'2是分配上段和下段軸徑向?qū)拥母叨缺壤拖鄳?yīng)的氣量分配的關(guān)鍵參數(shù)，必須首先確定并且與中間全徑向?qū)?5的高度比例和氣量分配相適應(yīng)，實現(xiàn)整個反應(yīng)器的氣流均布。(2)分布筒、集氣筒、多孔上蓋和多孔底筐四者的開孔孔徑d和開孔數(shù)量η也必須與各不開孔長度LI、. L2、L'UL'2通過計算配合加以確定，以滿足均布要求。(3)通常集氣筒的不開孔長度L2、L'2要大于分氣筒的不開孔長度Ll、L'l，各數(shù)值與反應(yīng)器直徑D的大小，和高度H，以及高徑比(Η/D)都直接相關(guān)。L2/L1和L'2/L'l在I 10倍之間。對于分氣筒、集氣筒、多孔上蓋和多孔框底上的開孔孔徑d和開孔數(shù)量η，則由計算而定，通氣開孔率為1% 100%，對于多孔上蓋及絲網(wǎng)12，當(dāng)開孔率達(dá)到100%時，則等于取消上蓋及絲網(wǎng)，這種結(jié)構(gòu)在簡化的反應(yīng)器經(jīng)常使用。具體開孔數(shù)一般多在每平方分米 I 100個之間。實施例二。如圖2-2、3-4。本實施例與實施例一的區(qū)別在于本實施例的分布筒4位于集氣筒中，而實施例一的集氣筒6位于分布筒4中，反應(yīng)氣體由反應(yīng)器入口 I進入，一部分氣體以軸向流動方式經(jīng)多孔上蓋及絲網(wǎng)12，進入上軸徑向段14與催化床層進行反應(yīng)后流入外圈的集氣筒6 中，中間全徑向反應(yīng)段的反應(yīng)氣是直接從反應(yīng)器中心的分布筒6由內(nèi)向外通過中部全徑向段15進入集氣筒中，另有一部分氣體流過分布筒4中間的全徑向段直接進入到下軸向反應(yīng)段16，以軸向流動方式經(jīng)底部多孔框底及絲網(wǎng)7與底部的催化劑床進行反應(yīng)后流入集氣筒 6中，三股氣體全部由集氣筒6匯合，經(jīng)出口 8出反應(yīng)器。實施例三。如圖2-3所示。本實施例與實施一、二的區(qū)別在于在催化床層5中還安裝有移熱裝置23，移熱裝置23由移熱管板21、大聯(lián)箱18、小聯(lián)箱19、聯(lián)接管20、冷卻流體入口管17及冷卻流體出口管22組成，各移熱管板21的進、出口端分別通過各自的聯(lián)接管20與對應(yīng)的小聯(lián)箱19相連通，各小聯(lián)箱19與對應(yīng)的大聯(lián)箱18相連通，大聯(lián)箱18與對應(yīng)的冷卻流體入口管17或冷卻流體出口管22相連通，如圖2-3所示。本實施例的移熱裝置既可用于由外向內(nèi)流動結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器(實施例一)，也適用于由內(nèi)向外流動結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器(實施例二)。對于本實施例的催化劑床內(nèi)帶有移熱冷管(板)的雙軸徑向反應(yīng)器(見圖2-3)，為實現(xiàn)上中下層全部催化劑的均勻利用，必須實現(xiàn)全反應(yīng)器氣流合理的均勻分布，為此，必須對整個反應(yīng)器進行全面的流體力學(xué)計算，從而確定反應(yīng)器的各項結(jié)構(gòu)參數(shù)，此時還需要計入移熱管(板)21，大小聯(lián)箱18、19，聯(lián)接管20，冷卻流體、進出管17、22對上、中、下各段催化劑的軸徑向流阻力Λ ±與厶P〒和中間徑向流阻力Λ P +的影響，在流體均布計算中必須包括在內(nèi)。具體實施時，在圖2-1、圖2-2及圖2-3所示各圖的雙軸徑向反應(yīng)器的基本結(jié)構(gòu)圖的基礎(chǔ)上，在主氣流進出口的流向和徑向流的走向上還可以有多種變化，如圖3所示。(I)圖3-1，3-2，為主氣流由反應(yīng)器上端進入，下端流出(或相反)這屬于M型流， 而徑向流方向，則可以由外向里流動，或由里向外流動。(2)圖3-3、3_4，則為主氣流由反應(yīng)器同一端進出，可以都在上端，也可以都在下端，即為Π型流，而徑向氣流方向則也同樣可以是由外向里或由里向外流動。(3)在上述M型和Π型流的基礎(chǔ)上，反應(yīng)器的內(nèi)部可以有各種結(jié)構(gòu)的移熱單元 (冷卻管、板等)以及各種和聯(lián)箱結(jié)構(gòu)的配置，都可實現(xiàn)本發(fā)明的目的。(4) 一些簡化的雙軸徑向反應(yīng)器，可以取消多孔上蓋，只要設(shè)計適當(dāng)，同樣可以實現(xiàn)均勻分布。
此外，具體實施時，還可對實施例一至三進行等效替換，將多孔上蓋及絲網(wǎng)12及多孔筐底及絲網(wǎng)7上的通氣開孔率設(shè)為100%，相當(dāng)于取消上蓋及絲網(wǎng)，變?yōu)橥?。本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種雙軸徑向流反應(yīng)器，它包括外殼(2)和反應(yīng)器內(nèi)件(3)，反應(yīng)器內(nèi)件(3)位于外殼(2)中，所述的外殼(2)上設(shè)有反應(yīng)器入口(I)和反應(yīng)器出口(8)，反應(yīng)器內(nèi)件(3)包括分布筒(4)和集氣筒(6)，在集氣筒(6)和分布筒(4)之間安裝有催化劑床層(5)，反應(yīng)器出口(8)與集氣筒(6)的出口端相連通，其特征是所述的反應(yīng)器內(nèi)件(3)的上端和下端各形成有一個上軸向反應(yīng)段(14)和下軸向反應(yīng)段(16)，在上軸向反應(yīng)段(14)和下軸向反應(yīng)段 (16)之間形成有徑向反應(yīng)段(15);在所述的催化劑床層(5)的上端安裝有多孔上蓋及絲網(wǎng)(12)，下端安裝有多孔筐底及絲網(wǎng)(7);反應(yīng)氣從反應(yīng)器入口(I)進入后分別從上軸向反應(yīng)段(14)、下軸向反應(yīng)段(16)和徑向反應(yīng)段(15)進入催化劑中反應(yīng)后流入集氣筒(6)，再從與集氣筒(6)相連通的反應(yīng)器出口(8)流出反應(yīng)器外殼(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙軸徑向流反應(yīng)器，其特征是所述的催化劑床層(5)中還安裝有移熱裝置(23)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙軸徑向流反應(yīng)器，其特征是所述的移熱裝置(23)由移熱管 (板)(21)、大聯(lián)箱(18 )、小聯(lián)箱(19 )、聯(lián)接管(20 )、冷卻流體入口管(17 )及冷卻流體出口管 (22)組成，各移熱管(板)(21)的進、出口端分別通過各自的聯(lián)接管(20)與對應(yīng)的小聯(lián)箱 (19)相連通，各小聯(lián)箱(19)與對應(yīng)的大聯(lián)箱(18)相連通，大聯(lián)箱(18)與對應(yīng)的冷卻流體入口管(17)或冷卻流體出口管(22)相連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的雙軸徑向流反應(yīng)器，其特征是所述的上軸向反應(yīng)段(14) 由集氣筒(6)上部的集氣筒上不開孔段(13)、分布筒(4)上段的分布筒上不開孔段(11)及所述的催化劑床層(5)上端安裝的多孔上蓋及絲網(wǎng)(12)所圍成，且集氣筒(6)的上底面為不能進氣的密閉結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙軸徑向流反應(yīng)器，其特征是所述的集氣筒上不開孔段(13) 的長度L2不小于分布筒上不開孔段(11)的長度L1，且I彡L2A1 ( 10。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的雙軸徑向流反應(yīng)器，其特征是所述的下軸向反應(yīng)段(16) 由集氣筒(6)下部的集氣筒下不開孔段(9)、分布筒(4)下段的分布筒下不開孔段(10)及所述的催化劑床層(5)下端安裝的多孔筐底及絲網(wǎng)(7)圍成，且集氣筒(6)的下端出氣口與殼體(2)上的反應(yīng)器出口(8)相連通。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的雙軸徑向流反應(yīng)器，其特征是所述的集氣筒下不開孔段(9) 的長度L2'不上于分布筒下不開孔段(10) L1'的長度，且I SL2' AV <10。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙軸徑向流反應(yīng)器，其特征是所述的多孔上蓋及絲網(wǎng)(12)及多孔筐底及絲網(wǎng)(7)上的通氣開孔率為1% 100%。
全文摘要
一種雙軸徑向流反應(yīng)器，它包括外殼(2)和反應(yīng)器內(nèi)件(3)，反應(yīng)器內(nèi)件(3)位于外殼(2)中，所述的外殼(2)上設(shè)有反應(yīng)器入口(1)和反應(yīng)器出口(8)，反應(yīng)器內(nèi)件(3)包括分布筒(4)和集氣筒(6)，在集氣筒(6)和分布筒(4)之間安裝有催化劑床層(5)，反應(yīng)器出口(8)與集氣筒(6)的出口端相連通，其特征是所述的反應(yīng)器內(nèi)件(3)的上端和下端各形成有一個上軸向反應(yīng)段(14)和下軸向反應(yīng)段(16)，在上軸向反應(yīng)段(14)和下軸向反應(yīng)段(16)之間形成有徑向反應(yīng)段(15)；在所述的催化劑床層(5)的上端安裝有多孔上蓋及絲網(wǎng)(12)，下端安裝有多孔筐底及絲網(wǎng)(7)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，反應(yīng)效果好，不僅可提高反應(yīng)效率10%以上，而且可延長催化劑的使用壽命20%以上，經(jīng)濟效率顯著。
文檔編號B01J8/04GK102580626SQ20121007337
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月20日
發(fā)明者呂仲明 申請人:南京國昌化工科技有限公司