專利名稱:采用流化床換熱的列管式固定床反應(yīng)器的制作方法
本發(fā)明涉及高溫列管式固定床反應(yīng)器中新的換熱方式。
熱效應(yīng)較大的催化反應(yīng)一般在列管式反應(yīng)器中進(jìn)行，有效的換熱方式可使釋放的大量反應(yīng)熱及時移出催化床層，避免發(fā)生催化劑燒結(jié)事故。
國內(nèi)外一般采用熔鹽作為高溫下的列管式固定床反應(yīng)器的換熱介質(zhì)。(基本有機(jī)化學(xué)工程，天津大學(xué)編，1978，人民教育出版社)通過熔鹽在列管束間的強(qiáng)制流動達(dá)到移熱目的。熔鹽流動性差，給熱系數(shù)小，往往造成反應(yīng)器內(nèi)較大的軸徑向溫差，熔鹽在高溫下具有強(qiáng)腐蝕性，因腐蝕造成洩漏時，將導(dǎo)致惡性爆炸事故。熔鹽泵價值昂貴，采用熔鹽體系換熱時，需要較高的投資費(fèi)用。
本發(fā)明的目的在于保持原有的列管式固定床反應(yīng)器形式而提供一種新型的換熱方式，即舍棄熔鹽換熱方案，改用氣一固流化床換熱方式。這一新的換熱方式具有傳熱系數(shù)大，床層溫度均勻，節(jié)約投資等優(yōu)點(diǎn)。用作催化反應(yīng)的垂直列管兼有流化床內(nèi)構(gòu)件的作用，抑制氣泡的聚并長大并限制氣泡向床中心集中。
本發(fā)明的特征在于在列管式固定床反應(yīng)器的管束之間裝填固體顆粒(例如球形硅膠)作為換熱介質(zhì)，流化所用氣體(例如空氣)經(jīng)過氣體分布器均勻布?xì)夂笠敕磻?yīng)器內(nèi)，使固體顆粒維持正常流化狀態(tài)，達(dá)到換熱目的。
本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)由附圖給出，結(jié)合附圖詳細(xì)闡述發(fā)明如下圖1為反應(yīng)器及附屬設(shè)備的工程流程，圖2為多管式分布器在反應(yīng)器內(nèi)的布置形式，圖3為多管式分布器的結(jié)構(gòu)形式。圖中〔2〕為列管式固定床反應(yīng)器的主體部分，在列管〔10〕內(nèi)充填催化劑，用作催化反應(yīng)。反應(yīng)氣體(原料氣)沿箭頭〔12〕方向流動，經(jīng)反應(yīng)器頂部文丘里形的進(jìn)口氣體分布器〔6〕，由上至下流經(jīng)列管，進(jìn)行催化反應(yīng)，最后引出反應(yīng)器。在管束間充填固體顆粒(例如球形硅膠)，用作流化換熱，其用量由工藝計算確定。反應(yīng)器中列管束以花板〔9〕固定。流化所用氣體(如空氣)經(jīng)流化氣體分布器〔8〕由下至上進(jìn)入管束間進(jìn)行換熱，然后經(jīng)廢熱鍋爐〔1〕回收熱量，再經(jīng)旋風(fēng)分離器〔4〕回收夾帶的固體顆粒后放空，所回收的固體顆?？少A存于中間儲槽〔5〕，或再經(jīng)加料裝置〔7〕加入反應(yīng)器。本發(fā)明可根據(jù)工藝要求設(shè)計為不循環(huán)式或部分循環(huán)式，為此，在反應(yīng)器下部側(cè)面設(shè)有固體顆粒循環(huán)用儲槽〔3〕，循環(huán)顆粒由反應(yīng)器流出后，用空氣提升，經(jīng)旋風(fēng)分離器〔4〕收塵后存于中間儲槽〔5〕，再經(jīng)加料裝置〔7〕后進(jìn)入反應(yīng)器，完成部份循環(huán)。循環(huán)用儲槽〔3〕亦可供停車時卸出換熱固體介質(zhì)使用。
流化氣體分布器〔8〕是本發(fā)明的主要部件，承擔(dān)著均勻布?xì)猓峁┝己玫某跏剂骰瘲l件的任務(wù)，為滿足正常流化操作要求，必須合理選擇和設(shè)計流化氣體分布器。考慮到列管式固定床反應(yīng)器內(nèi)具有大量列管的特點(diǎn)，本發(fā)明中采用多管式氣體分布器，圖2中列出多管式分布器在反應(yīng)器內(nèi)與列管的布置形式，流化氣體由反應(yīng)器兩側(cè)進(jìn)入集氣管〔13〕，再分別進(jìn)入分布器支管〔8〕，向下噴出。分布器支管部分的結(jié)構(gòu)如圖3所示，圖中列出兩種結(jié)構(gòu)形式供用戶選擇，其特征在于氣體出氣口〔14〕〔15〕設(shè)在支管的下方，將氣體向下噴入流化床層，在穿透一定床層厚度后，返回改為向上鼓泡穿過顆粒床層。為防止停車時顆粒進(jìn)入氣體分布管道造成堵塞，分布器的支管出氣口〔14〕為短管或采用套管式的支管，內(nèi)管開孔向上，外管出氣口〔5〕向下(見圖3)，兩種結(jié)構(gòu)形式均可達(dá)到同樣效果。
本發(fā)明對換熱用固體顆粒種類及物性有一定要求顆粒材質(zhì)為球形硅膠、金屬鋁粉或砂粒顆粒平均直徑
dp＝80～120μ顆粒球形度＞0.95以保證良好的流化質(zhì)量。
本發(fā)明的實施核心在于正確設(shè)計氣體分布器，已編有設(shè)計軟件備用。開孔率、孔間距、列管間距及多管式分布器壓降為設(shè)計主要參數(shù)，所用范圍為開孔率 0.5～0.8%孔間距 80～120mm列管間距(見附圖2)t1＝(1.5～2.5)dt2＝(1.25～1.75)d式中d-列管管徑分布器壓降為確保布?xì)饩鶆颍植计鞅仨毦哂幸欢▔航?，選用合適的分布?xì)鈮航担欠植计髟O(shè)計的重要一環(huán)，本發(fā)明給出選用分布器壓降的依據(jù)如下△P分布器＝(0.5～0.8)H0ρ堆式中H0-流化床靜床高ρ堆-堆比重實施例在生產(chǎn)異煙肼工藝中，生產(chǎn)4-氫基吡啶的反應(yīng)過程，采用直徑為16米的列管式固定床反應(yīng)器，內(nèi)裝637根外徑為32毫米、內(nèi)徑為25毫米的列管。管內(nèi)充填dp＝3毫米球形硅膠顆粒。所用分布器為多管式下吹型，開孔率0.6%，孔間距100毫米，列管間距t1＝70毫米，t2＝45毫米。為保證布?xì)饩鶆颍x用分布器壓降為1500毫米水柱。反應(yīng)器在360℃下操作，換熱介質(zhì)的流化線速度為0.3米/秒。該反應(yīng)器可以達(dá)到年產(chǎn)2000噸4-氰基吡啶的生產(chǎn)能力。
采用本發(fā)明的上述反應(yīng)器，保持了固定床反應(yīng)器原有的優(yōu)點(diǎn)，可以達(dá)到較高的轉(zhuǎn)化率和收率，換熱方式則以流化床換熱取化常用的熔鹽換熱，節(jié)約大量投資，操作簡便，由于具有較高的傳熱系數(shù)，反應(yīng)器內(nèi)溫度均勻，軸徑向溫差小于5℃，防止催化劑因受熱不均，局部過熱造成燒結(jié)，從而延長了催化劑的使用壽命。在具有副產(chǎn)品的催化反應(yīng)中，反應(yīng)器內(nèi)溫度均勻，有利于抑制副反應(yīng)產(chǎn)生，使產(chǎn)品收率、轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)品質(zhì)量得到提高。
權(quán)利要求
1.一種列管式固定床反應(yīng)器的換熱方法，其特征在于用氣-固流化床換熱。
2.按權(quán)利要求
1所述的列管式固定床反應(yīng)器的換熱方法，其特征在于夾帶固體顆粒的流化氣體先回收熱量后回收固體顆粒。
3.按權(quán)利要求
1所述的列管式固定床反應(yīng)器的換熱方法，其特征在于設(shè)有循環(huán)用儲槽〔3〕，以實現(xiàn)固體顆粒的部分循環(huán)。
4.按照權(quán)利要求
1所述的列管式固定床反應(yīng)器的換熱方法，其特征在于流化氣體分布器〔8〕的出氣口〔14〕，〔15〕設(shè)在支管的下方。
5.按照權(quán)利要求
1，4所述的列管式固定床反應(yīng)器的換熱方法，其特征在于流化氣體分布器〔8〕的設(shè)計參數(shù)為開孔率為0.5～0.8%，孔間距為80～120mm，列管間距為t1＝(1.5～2.5)d，t2＝(1.25～1.75)d。
專利摘要
采用流化床換熱的列管式固定床反應(yīng)器。本技術(shù)屬列管式固定床催化反應(yīng)器中新的換熱方式，以流化床換熱取代高溫下常用的熔鹽換熱形式。發(fā)明由多管式下吹型氣體分布器及固體顆粒循環(huán)系統(tǒng)組成，具有換熱均勻，軸徑向溫差小，操作簡便，投資費(fèi)用少等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號B01J8/02GK85100111SQ85100111
公開日1986年7月9日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者金涌, 姚文虎 申請人:清華大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan