一種相變吸熱的控溫反應(yīng)器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種相變吸熱的控溫反應(yīng)器，包括承壓殼體和設(shè)置于承壓殼體內(nèi)的催化劑框和移熱管束；所述移熱管束包括進水管、出水管、下環(huán)管、多個換熱水管、上環(huán)管、水支管、集汽包；所述進水管連通下環(huán)管，下環(huán)管設(shè)置于承壓殼體的底部，上環(huán)管位于下環(huán)管之上，多個換熱水管依次并聯(lián)在上環(huán)管和下環(huán)管之間，水支管分別連通集汽包和上環(huán)管，出水管和集汽包相連通，多個換熱水管位于催化劑框內(nèi)。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，避免原有變換、合成及加氫催化劑被燒結(jié)現(xiàn)象發(fā)生。
【專利說明】一種相變吸熱的控溫反應(yīng)器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種固定床催化反應(yīng)器，尤其涉及的是一種相變吸熱的控溫反應(yīng) 器。

【背景技術(shù)】
[0002] CO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 進行了多次的改進，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Φ25Χ2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Φ21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Φ38Χ2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Φ34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：η個絕熱床層和η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、煤制石蠟的費托合成反應(yīng)還沒有在運行的大型化裝置，部分在運行的小 型費托合成裝置反應(yīng)器也為列管式反應(yīng)器，F(xiàn)e(或Co)系催化劑裝填在Φ76Χ4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。 實用新型內(nèi)容
[0007] 本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種相變吸熱的控溫反應(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] 本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本實用新型包括承壓殼體和設(shè)置于承壓 殼體內(nèi)的催化劑框和移熱管束；所述移熱管束包括進水管、出水管、下環(huán)管、多個換熱水管、 上環(huán)管、水支管、集汽包；所述進水管連通下環(huán)管，下環(huán)管設(shè)置于承壓殼體的底部，上環(huán)管位 于下環(huán)管之上，多個換熱水管依次并聯(lián)在上環(huán)管和下環(huán)管之間，水支管分別連通集汽包和 上環(huán)管，出水管和集汽包相連通，多個換熱水管位于催化劑框內(nèi)。
[0009] 所述換熱水管為曲線型，換熱水管的一端連通下環(huán)管，另一端連通上環(huán)管。曲線型 能夠更為有效的提高換熱效率。
[0010] 所述承壓殼體包括上封頭、下封頭和筒體，所述上封頭和筒體通過法蘭相連，下封 頭和筒體一體成型，上封頭上開設(shè)用于進氣的進氣口和用于連接出水管的出水口，下封頭 上開設(shè)用于催化劑卸料的自卸口、用于出氣的出氣口和用于連接進水管的進水口。
[0011] 所述催化劑框包括密封板、支撐座、氣體分布器和集氣筒，所述密封板設(shè)置于氣體 分布器的頂部形成框架結(jié)構(gòu)，氣體分布器的底部和支撐座密封連接，支撐座支承下環(huán)管，出 水管穿過密封板連接到對應(yīng)的出水口，集氣筒沿氣體分布器的徑向設(shè)置在氣體分布器的中 央，集氣筒的底部連接出氣口，氣體分布器和筒體沿徑向的間隙形成氣體分布室，換熱水管 位于氣體分布器內(nèi)，氣體分布器內(nèi)裝填催化劑。
[0012] 所述出水口和出水管的連接處設(shè)有第一密封組件，密封板和出水管的連接處設(shè)有 第二密封組件，出氣口和集氣筒的連接處設(shè)有第三密封組件。
[0013] 所述氣體分布器和集氣筒沿徑向均勻開設(shè)多個通氣孔，能夠有效的均勻分布氣 體。
[0014] 本實用新型適用于CO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)、費托合成反應(yīng)等反應(yīng)器。
[0015] 本實用新型針對CO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CO水 煤氣變換的需求，開發(fā)出水移熱的徑向恒溫變換反應(yīng)器，利用換熱水管內(nèi)水轉(zhuǎn)化為蒸汽發(fā) 生相變吸熱的原理，將CCHH 2O - H2+C02+Qk變換反應(yīng)放出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。
[0016] 本實用新型針對裝填PdAI2O3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)出水移熱的徑向恒溫羰基化合反應(yīng)器，利用換熱水管內(nèi)水轉(zhuǎn)化為蒸汽發(fā) 生相變吸熱的原理，將C0+CH 30N0 - (COOCH3)2+腸+〇^反應(yīng)放出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。
[0017] 本實用新型針對裝填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)出水移熱的徑向恒溫加氫反應(yīng)器，利用換熱水管內(nèi)水轉(zhuǎn)化為蒸汽發(fā)生相變 吸熱的原理將〇1 30勵加 H2反應(yīng)（4H2+(COOCH3) 2- (OHCH2C H2OH) 2+2CH30H+Q放）放出熱量及 時移出催化劑床層，確保催化劑床層溫度< 250°C，并副產(chǎn)1. 8?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。
[0018] 本實用新型針對在320?420°C使用溫度的Ni系催化劑，開發(fā)出水移熱的徑向 恒溫甲烷合成反應(yīng)器，利用換熱水管內(nèi)水轉(zhuǎn)化為蒸汽發(fā)生相變吸熱的原理，將CO與4的 甲烷化反應(yīng)（C0+H 2-CH4+H20+QK)放出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、運行能耗高、裝置投資大、系統(tǒng)阻力大等缺 陷。
[0019] 本實用新型針對裝填Fe (或Co)系催化劑的費托列管式合成反應(yīng)器存在問題和不 足，開發(fā)出水移熱的徑向恒溫費托合成反應(yīng)器，利用換熱水管內(nèi)水轉(zhuǎn)化為蒸汽發(fā)生相變吸 熱的原理，將CO與4的費托合成反應(yīng)（nC0+(2n+l)H 2-CnH 2n+2+nH20+QK)放出熱量及時移 出催化劑床層，確保Co催化劑床層溫度< 240°C，并副產(chǎn)I. 8?2. 8MPa的飽和蒸汽；Fe催 化劑床層溫度< 260°C，并副產(chǎn)1. 6?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)有費托合成反應(yīng)器存在的缺陷。
[0020] 本實用新型的工作原理如下：
[0021] 氣體自進氣管進入上封頭內(nèi)部，然后進入氣體分布室，通過氣體分布器均勻徑向 進入催化劑框，在有Co-Mo (或pd/AI203、或Cu、或Ni、或Cu-Zn、或Fe (或Co))系催化劑催 在條件下完成變換、合成、加氫等放熱反應(yīng)，反應(yīng)后的氣體通過集氣筒由出氣口排出相變吸 熱的控溫反應(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框內(nèi)部的換熱水 管內(nèi)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)不同壓力下的飽和蒸汽。
[0022] 不飽和水由進水管進入下環(huán)管，由下環(huán)管分配到換熱水管，不飽和水在換熱水管 內(nèi)自下而上流動，并在換熱水管內(nèi)部完成對催化劑床熱量的吸收，發(fā)生水轉(zhuǎn)化為蒸汽的相 變，并成為過飽和水，然后進入水支管、集汽包、出水管，到相變的控溫反應(yīng)器外圍的汽包內(nèi) 閃蒸出飽和蒸汽。
[0023] 本實用新型相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點：
[0024] (1)本實用新型的催化劑框、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；
[0025] (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、運行能耗 高、工程投資大等缺陷；
[0026] (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；
[0027] (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，有效保護催化劑使用壽命；
[0028] (5)可控移熱反應(yīng)器的氣體分布器和集氣筒實現(xiàn)內(nèi)外的雙項補償，使徑向氣體分 布誤差< 5. 0%，確保氣體分布均勻；可控移熱反應(yīng)器床層整體阻力< 0. OlMPa ;
[0029] (6)采用全徑向催化劑床層，易于裝置大型化，不僅解決運輸難題，同時降低工程 投資。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030] 圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0031] 下面對本實用新型的實施例作詳細說明，本實施例在以本實用新型技術(shù)方案為前 提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本實用新型的保護范圍不限 于下述的實施例。
[0032] 如圖1所示，本實施例包括承壓殼體1和設(shè)置于承壓殼體1內(nèi)的催化劑框2和移 熱管束3 ;所述移熱管束3包括進水管31、出水管32、下環(huán)管33、多個換熱水管34、上環(huán)管 35、水支管36、集汽包37 ;所述進水管31連通下環(huán)管33,下環(huán)管33設(shè)置于承壓殼體1的底 部，上環(huán)管35位于下環(huán)管33之上，多個換熱水管34依次并聯(lián)在上環(huán)管35和下環(huán)管33之 間，水支管36分別連通集汽包37和上環(huán)管35,出水管32和集汽包37相連通，多個換熱水 管34位于催化劑框2內(nèi)。
[0033] 本實施例的換熱水管34為曲線型，換熱水管34的一端連通下環(huán)管33,另一端連通 上環(huán)管35。曲線型能夠更為有效的提高換熱效率。
[0034] 承壓殼體1包括上封頭11、下封頭12和筒體13,所述上封頭11和筒體13通過法 蘭14相連，下封頭12和筒體13 -體成型，上封頭11上開設(shè)用于進氣的進氣口 15和用于 連接出水管32的出水口 16,下封頭12上開設(shè)用于催化劑卸料的自卸口 17、用于出氣的出 氣口 18和用于連接進水管31的進水口 19。
[0035] 催化劑框2包括密封板21、支撐座22、氣體分布器23和集氣筒24,所述密封板21 設(shè)置于氣體分布器23的頂部形成框架結(jié)構(gòu)，氣體分布器23的底部和支撐座22密封連接， 支撐座22支承下環(huán)管33,出水管32穿過密封板21連接到對應(yīng)的出水口 16,集氣筒24沿 氣體分布器23的徑向設(shè)置在氣體分布器23的中央，集氣筒24的底部連接出氣口 18,氣體 分布器23和筒體13沿徑向的間隙形成氣體分布室25,換熱水管34位于氣體分布器23內(nèi)， 氣體分布器23內(nèi)裝填催化劑。
[0036] 出水口 16和出水管32的連接處設(shè)有第一密封組件4,密封板21和出水管32的連 接處設(shè)有第二密封組件5,出氣口 18和集氣筒24的連接處設(shè)有第三密封組件6。
[0037] 氣體分布器23和集氣筒24沿徑向均勻開設(shè)多個通氣孔，能夠有效的均勻分布氣 體。
[0038] 圖中空心箭頭為水流方向，實心箭頭為氣體流向。
[0039] 將本實施例的反應(yīng)器應(yīng)用到22萬噸/年合成氨裝置高水/氣比裝置：
[0040] 1、設(shè)計條件及要求：
[0041]

【權(quán)利要求】
1. 一種相變吸熱的控溫反應(yīng)器，其特征在于，包括承壓殼體（1)和設(shè)置于承壓殼體（I) 內(nèi)的催化劑框（2)和移熱管束（3);所述移熱管束（3)包括進水管（31)、出水管（32)、下環(huán) 管（33)、多個換熱水管（34)、上環(huán)管（35)、水支管（36)、集汽包（37);所述進水管（31)連 通下環(huán)管（33)，下環(huán)管（33)設(shè)置于承壓殼體（1)的底部，上環(huán)管（35)位于下環(huán)管（33)之 上，多個換熱水管（34)依次并聯(lián)在上環(huán)管（35)和下環(huán)管（33)之間，水支管（36)分別連通 集汽包（37)和上環(huán)管（35)，出水管（32)和集汽包（37)相連通，多個換熱水管（34)位于催 化劑框⑵內(nèi)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相變吸熱的控溫反應(yīng)器，其特征在于，所述換熱水管 (34)為曲線型，換熱水管（34)的一端連通下環(huán)管（33)，另一端連通上環(huán)管（35)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相變吸熱的控溫反應(yīng)器，其特征在于，所述承壓殼體（1) 包括上封頭（11)、下封頭（12)和筒體，所述上封頭（11)和筒體通過法蘭（14)相連，下封頭 (12)和筒體一體成型，上封頭（11)上開設(shè)用于進氣的進氣口（15)和用于連接出水管（32) 的出水口（16)，下封頭（12)上開設(shè)用于催化劑卸料的自卸口（17)、用于出氣的出氣口（18) 和用于連接進水管（31)的進水口（19)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種相變吸熱的控溫反應(yīng)器，其特征在于，所述催化劑框（2) 包括密封板（21)、支撐座（22)、氣體分布器（23)和集氣筒（24)，所述密封板（21)設(shè)置于氣 體分布器（23)的頂部形成框架結(jié)構(gòu)，氣體分布器（23)的底部和支撐座（22)密封連接，支 撐座（22)支承下環(huán)管（33)，出水管（32)穿過密封板（21)連接到對應(yīng)的出水口（16)，集氣 筒（24)沿氣體分布器（23)的徑向設(shè)置在氣體分布器（23)的中央，集氣筒（24)的底部連 接出氣口（18)，氣體分布器（23)和筒體沿徑向的間隙形成氣體分布室（25)，換熱水管（34) 位于氣體分布器（23)內(nèi)，氣體分布器（23)內(nèi)裝填催化劑。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種相變吸熱的控溫反應(yīng)器，其特征在于，所述出水口（16) 和出水管（32)的連接處設(shè)有第一密封組件（4)，密封板（21)和出水管（32)的連接處設(shè)有 第二密封組件（5)，出氣口（18)和集氣筒（24)的連接處設(shè)有第三密封組件（6)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種相變吸熱的控溫反應(yīng)器，其特征在于，所述氣體分布器 (23)和集氣筒（24)沿徑向均勻開設(shè)多個通氣孔。
【文檔編號】B01J8/02GK204261650SQ201420693116
【公開日】2015年4月15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, 王攬月 申請人:安徽新月化工設(shè)備有限公司