專利名稱：一種高效熱交換反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種漿態(tài)床反應(yīng)器，適用于強放熱漿態(tài)床反應(yīng)。
背景技術(shù)：
漿態(tài)床反應(yīng)器主要應(yīng)用于生物化工、污水處理、醫(yī)藥化工、農(nóng)副產(chǎn)品加工、精細化工、石油化工、煤化工、化工冶金等領(lǐng)域。有的漿態(tài)床在常溫常壓下操作，有的在常溫高壓下操作，有的在常壓加溫下操作，有的在加溫加壓下操作。申請?zhí)枮?1118470. I的中國專利公開了一種漿態(tài)床合成反應(yīng)裝置。該裝置用于合成氣制取甲醇和二甲醚。原料氣體從反應(yīng)器底部氣體分布器進入床層，漿液和固體催化劑則通過器外循環(huán)增強熱、質(zhì)傳遞作用。申請?zhí)枮?00410012366. 7公開了一種高效漿態(tài)床反應(yīng)器，其主要用途也是以合成氣制取甲醇和二甲醚。申請?zhí)枮?3151109. O的中國專利公開了一種連續(xù)操作的氣液固三相漿態(tài)床工業(yè)反應(yīng)器，用于費-托合成制取燃料油。合成氣從反應(yīng)器底部經(jīng)分布器進入床層，床層設(shè)置多段換熱器移取反應(yīng)過程產(chǎn)生的熱量。申請?zhí)枮?00620024844. O的中國專利公開了一種煤液化合成油反應(yīng)器，也用于費-托合成制取燃料油。申請?zhí)枮?00720155903的中國專利公開一種新型內(nèi)循環(huán)漿態(tài)床反應(yīng)器，用于合成氣制取烴類、醇類、醚類、脂類等有機物。該反應(yīng)器中心設(shè)置一上大下小的提升管，氣體和漿液從中向上流動。提升管管壁纏繞盤管，用于移取反應(yīng)釋放熱量。這種反應(yīng)器用于煤直接液化或油煤漿臨氫轉(zhuǎn)化時首先會遇到漿液短路問題，即入口漿液直接從底部出口流出，而不進入提升管；其次在工業(yè)化生產(chǎn)時，采用一個所謂提升管，由于直徑大，很難保證氣體分布均勻；第三，氣泡在一個提升管內(nèi)向上流動，如果床層較高，由于氣泡的聚散作用，會形成太多的大氣泡，大氣泡破裂時造成床層不穩(wěn)定；第四，反應(yīng)器底部設(shè)計沒有考慮固體顆粒沉降問題，如果用于煤液化反應(yīng)操作，容易形成死角，引發(fā)結(jié)焦。申請?zhí)枮?00710037008. 5的中國專利專利公開了一種帶內(nèi)循環(huán)和外部換熱的漿態(tài)床反應(yīng)裝置及其應(yīng)用。所謂的內(nèi)循環(huán)是指反應(yīng)器底部存在的的氣體內(nèi)循環(huán)，這種反應(yīng)器主要用于合成氣生產(chǎn)液體燃料。對于強放熱反應(yīng)來說，及時移走反應(yīng)器非常重要。單純使用換熱器來移取熱量可以解決一部分漿態(tài)床強放熱問題。而有些漿態(tài)床反應(yīng)器內(nèi)漿液流動速率較低，僅靠換熱器效果并不理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種換熱效果較好，能及時將反應(yīng)熱移走的熱交換反應(yīng)器。為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種高效熱交換反應(yīng)器，包括反應(yīng)器主體，反應(yīng)器主體為設(shè)有上封頭及下封頭的圓柱體，反應(yīng)器主體上設(shè)有進料口、出料口、導(dǎo)熱介質(zhì)進料口、導(dǎo)熱介質(zhì)出料口、氣體進料口及氣體出料口，其特征在于，反應(yīng)器主體內(nèi)設(shè)有至少一根套管，每根套管由相互嵌套的內(nèi)管及外管組成，內(nèi)管的兩端從外管的兩端露出；外管的兩端封閉且分別與導(dǎo)熱介質(zhì)進料口、導(dǎo)熱介質(zhì)出料口連通；氣體進料口與內(nèi)管或排氣管連通；當(dāng)氣體進料口與內(nèi)管連通時，內(nèi)管的底部封閉；當(dāng)氣體進料口與排氣管連通時，從排氣管中釋放的氣體將每根套管周圍的漿液包圍。優(yōu)選地，所述內(nèi)管的內(nèi)徑為O. 01 I. O米，內(nèi)管與所述外管之間的距離為O. 01 O. 3 米。進一步地，所述內(nèi)管的內(nèi)徑為0.01 O. 2米，內(nèi)管與所述外管之間的距離為O. 01 O. I 米。進一步地，所述內(nèi)管的內(nèi)徑為O. I O. 5米，內(nèi)管與所述外管之間的距離為
O.05 O. 2 米。優(yōu)選地，所述套管的高度為反應(yīng)器高度的1/2 4/5。 優(yōu)選地，所述內(nèi)管的頂端低于反應(yīng)器內(nèi)液面O. 5 5. O米。進一步地，所述內(nèi)管的頂端低于反應(yīng)器內(nèi)液面O. 6 3. O米。反應(yīng)器主體內(nèi)徑一般在O. 05 10米之間，小型或中型試實驗規(guī)模裝置內(nèi)徑較小。反應(yīng)器高度一般在O. 5米 50米之間，具體高度由反應(yīng)過程要求確定。下封頭可以是部分圓球形或橢圓形，也可以是圓錐形。上封頭是部分圓球或橢圓形。上封頭與筒體的接合方式為可拆卸式，便于套管安裝與檢修。套管均布于反應(yīng)器內(nèi)，由內(nèi)構(gòu)件固定，套管數(shù)量在I 200根之間，均為可拆卸形式。每只套管由兩根直徑不同的管材焊接而成，套管管程走氣體與漿液的混合流體，在反應(yīng)器內(nèi)形成內(nèi)循環(huán)；殼程流經(jīng)導(dǎo)熱介質(zhì)，可及時移走反應(yīng)熱。套管殼程之間導(dǎo)熱介質(zhì)管線并聯(lián)連接，可上進下出，也可下進上出，視反應(yīng)熱效應(yīng)而定。套管底部設(shè)置的出氣管采用氣體分布器，內(nèi)徑較小時可設(shè)置氣體噴管或噴嘴。套管底部邊緣可根據(jù)反應(yīng)器下部封頭的幾何形狀進行高度調(diào)整，以避免反應(yīng)器底部漿液流動“死區(qū)”。液相出口可以在反應(yīng)器下部，也可以在反應(yīng)器上部液面處。其位置的確定主要依據(jù)反應(yīng)體系的需求，如費托合成反應(yīng)可將液相出口設(shè)在反應(yīng)器底部，油煤臨氫共煉反應(yīng)可將液相出口設(shè)在反應(yīng)器上部。氣相出口設(shè)在反應(yīng)器頂部。本發(fā)明的優(yōu)點是漿液在反應(yīng)器內(nèi)不斷循環(huán)流動，增強了熱、質(zhì)傳遞效率，換熱效果良好，適用于強放熱漿態(tài)床反應(yīng)，及時移走反應(yīng)熱。


圖I為氣體進料口與內(nèi)管連接的熱交換反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為氣體進料口與排氣管連接的熱交換反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中I、反應(yīng)器主體；2、進料口；3、出料口；4、導(dǎo)熱介質(zhì)進料口 ；5、導(dǎo)熱介質(zhì)出料口 ； 6、氣體進料口 ；7、氣體出料口；8、內(nèi)管；9、外管；10、排氣管；11、上封頭；12、下封頭；13、氣、液界面。
具體實施方式
為使本發(fā)明更明顯易懂，茲以優(yōu)選實施例，并配合附圖作詳細說明如下。實施例I如圖I所示,為本發(fā)明提供的高效熱交換反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖，包括包括反應(yīng)器主體1，反應(yīng)器主體I為設(shè)有上封頭11及下封頭12的圓柱體。反應(yīng)器主體I的頂部設(shè)有進料口 2、氣體出料口 7，底部設(shè)有出料口 3、導(dǎo)熱介質(zhì)進料口 4、氣體進料口 6，側(cè)面上部設(shè)有導(dǎo)熱介質(zhì)出料口 5。反應(yīng)器主體I內(nèi)設(shè)有4根套管，每根套管由相互嵌套的內(nèi)管8及外管9組成，內(nèi)管8的兩端從外管9的兩端露出。外管9的兩端封閉，底端與導(dǎo)熱介質(zhì)進料口 4連通，頂端與導(dǎo)熱介質(zhì)出料口 5連通。內(nèi)管8的底端封閉，該端部與氣體進料口 6連通。當(dāng)用于費托合成反應(yīng)時，反應(yīng)器操作壓力2. 9MPa，操作溫度250°C，漿液從進料口2進入反應(yīng)器主體I內(nèi)，從上至下均勻分布在反應(yīng)器主體I及內(nèi)管8內(nèi)；以0)與!12為主的合成氣從氣體進料口 6進入反應(yīng)器主體I,通過氣體分配管從內(nèi)管8的底端進入內(nèi)管8內(nèi)，并向上運動。與內(nèi)管8內(nèi)的漿液(含一定量催化劑)混合后一起在內(nèi)管8內(nèi)向上流動(如 圖I中內(nèi)管8內(nèi)箭頭所示)，內(nèi)管8內(nèi)氣相空床速率在O. 05 O. 4m/s之間，反應(yīng)釋放的熱量被從導(dǎo)熱介質(zhì)進料口4進入外管9與內(nèi)管8之間的導(dǎo)熱介質(zhì)吸收。反應(yīng)器主體I內(nèi)的漿液向下流動參與內(nèi)循環(huán)(如圖I中反應(yīng)器主體I內(nèi)箭頭所示)，氣體則繼續(xù)向上運動，在氣、液界面13處與液相分離，氣體從氣體出料口 7流出反應(yīng)器主體I，經(jīng)過處理可與新鮮氣體一起循環(huán)使用。反應(yīng)器主體I內(nèi)，套管外的漿液向下流動，內(nèi)管8內(nèi)的漿液9向上流動，形成內(nèi)循環(huán)，使?jié){液的流動速率較大，也增強了換熱效果。導(dǎo)熱介質(zhì)溫度在150 230°C之間，從導(dǎo)熱介質(zhì)進料口 4進入反應(yīng)器主體1，再從內(nèi)管8的頂端的導(dǎo)熱介質(zhì)出料口 5中流出，吸收的熱量即從導(dǎo)熱介質(zhì)出料口 5流出反應(yīng)器主體1，經(jīng)過換熱后循環(huán)使用。導(dǎo)熱介質(zhì)采用烴油，也可以采用性質(zhì)穩(wěn)定的硅油。實施例2如圖2所示，為本發(fā)明提供的另一種高效熱交換反應(yīng)器，與實施例I不同之處在于，內(nèi)管8的底部為開放端，在反應(yīng)器主體I內(nèi)設(shè)置一根與套管垂直的排氣管10，排氣管10上開有多個小洞，小洞均勻分布在每根套管周圍。氣體從氣體進料口 6進入排氣管10后，釋放在套管周圍，將套管周圍的漿液包圍進行反應(yīng)(如圖2中套管周圍的箭頭所示)，氣體包裹著漿液在反應(yīng)器主體I中，在每根套管的周圍向上流動；漿液從進料口 2進入反應(yīng)器主體1，從內(nèi)管8的頂端流至內(nèi)管8底端排出(如圖2中內(nèi)管8內(nèi)箭頭所示)，與向上流動的氣液混合物形成循環(huán)。從氣體分布角度來說，當(dāng)套管數(shù)量較多時，實施例I的氣體分布優(yōu)于實施例2。實施例3在小型實驗裝置上，反應(yīng)器主體I的直徑為O. 07米，高度為2. O米。反應(yīng)器主體I內(nèi)設(shè)置一根套管，內(nèi)管8的內(nèi)徑為O. 03米，內(nèi)管8與外管9之間的間距為O. 012米，內(nèi)管8高度為I. 6米。氣體進料口 6的連接方式如實施例I。反應(yīng)器正常操作后，溫度250°C，操作壓力2. 9MPa，催化劑為鐵系催化劑，氣劑比為7. 5Nm3/b/kg，氣體在內(nèi)管8空速為O. 25m/s。反應(yīng)結(jié)果為C0轉(zhuǎn)化率為92%，&轉(zhuǎn)化率為85%，CO2選擇性為21%，014選擇性為2. 5%。以硅油為導(dǎo)熱介質(zhì)，入口溫度220°C可維持反應(yīng)器操作溫度穩(wěn)定。實施例4采用實施例I提供的高效熱交換反應(yīng)器。氣劑比為7. 3Nm3/h/kg，氣體在內(nèi)管8空速為O. 21m/S。反應(yīng)結(jié)果為C0轉(zhuǎn)化率為94%，H2轉(zhuǎn)化率為86 %，CO2選擇性為20 %，CH4選擇性為2. 2%。以硅油為導(dǎo)熱介質(zhì)，入口溫度230°C可維持反應(yīng)器操作溫度穩(wěn)定。實施例5采用實施例I提供的高效熱交換反應(yīng)器。氣劑比為7. 5Nm3/h/kg，氣體在內(nèi)管8空 速為O. 21m/s。反應(yīng)結(jié)果為C0轉(zhuǎn)化率為91%，H2R化率為84%，CO2選擇性為23% ,CH4選擇性為2. 3%。以硅油為導(dǎo)熱介質(zhì)，入口溫度232°C可維持反應(yīng)器操作溫度穩(wěn)定。
權(quán)利要求
1.一種高效熱交換反應(yīng)器，包括反應(yīng)器主體(I)，反應(yīng)器主體(I)為設(shè)有上封頭(11)及下封頭(12)的圓柱體，反應(yīng)器主體(I)上設(shè)有進料口(2)、出料口(3)、導(dǎo)熱介質(zhì)進料口(4)、導(dǎo)熱介質(zhì)出料口(5)、氣體進料口(6)及氣體出料口(7)，其特征在于，反應(yīng)器主體(I)內(nèi)設(shè)有至少一根套管，每根套管由相互嵌套的內(nèi)管(8)及外管(9)組成，內(nèi)管(8)的兩端從外管(9)的兩端露出；外管(9)的兩端封閉且分別與導(dǎo)熱介質(zhì)進料口(4)、導(dǎo)熱介質(zhì)出料口(5)連通；氣體進料口(6)與內(nèi)管⑶或排氣管(10)連通；當(dāng)氣體進料口(6)與內(nèi)管(8)連通時，內(nèi)管⑶的底部封閉；當(dāng)氣體進料口(6)與排氣管(10)連通時，從排氣管(10)中釋放的氣體將每根套管周圍的漿液包圍。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高效熱交換反應(yīng)器，其特征在于，所述內(nèi)管(8)的內(nèi)徑為O.01 I. O米，內(nèi)管⑶與所述外管(9)之間的距離為O. 01 O. 3米。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高效熱交換反應(yīng)器，其特征在于，所述內(nèi)管(8)的內(nèi)徑為O.01 O. 2米，內(nèi)管⑶與所述外管(9)之間的距離為O. 01 O. I米。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高效熱交換反應(yīng)器，其特征在于，所述內(nèi)管(8)的內(nèi)徑為O.I O. 5米，內(nèi)管⑶與所述外管(9)之間的距離為O. 05 O. 2米。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高效熱交換反應(yīng)器，其特征在于，所述套管的高度為反應(yīng)器高度的1/2 4/5。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高效熱交換反應(yīng)器，其特征在于，所述內(nèi)管(8)的頂端低于反應(yīng)器內(nèi)液面O. 5 5. O米。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高效熱交換反應(yīng)器，其特征在于，所述內(nèi)管(8)的頂端低于反應(yīng)器內(nèi)液面O. 6 3. O米。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高效熱交換反應(yīng)器，包括反應(yīng)器主體，反應(yīng)器主體為設(shè)有上封頭及下封頭的圓柱體，反應(yīng)器主體上設(shè)有進料口、出料口、導(dǎo)熱介質(zhì)進料口、導(dǎo)熱介質(zhì)出料口、氣體進料口及氣體出料口，其特征在于，反應(yīng)器主體內(nèi)設(shè)有至少一根套管，每根套管由相互嵌套的內(nèi)管及外管組成，內(nèi)管的兩端從外管的兩端露出；外管的兩端封閉且分別與導(dǎo)熱介質(zhì)進料口、導(dǎo)熱介質(zhì)出料口連通；氣體進料口與內(nèi)管或排氣管連通；當(dāng)氣體進料口與內(nèi)管連通時，內(nèi)管的底部封閉；當(dāng)氣體進料口與排氣管連通時，從排氣管中釋放的氣體將每根套管周圍的漿液包圍。漿液在反應(yīng)器內(nèi)不斷循環(huán)流動，增強了熱、質(zhì)傳遞效率，換熱效果良好，適用于強放熱漿態(tài)床反應(yīng)，及時移走反應(yīng)熱。
文檔編號B01J8/22GK102962011SQ20121047349
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月20日
發(fā)明者鄧國輝 申請人:邁瑞爾實驗設(shè)備(上海)有限公司