專利名稱：多層徑向合成反應器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于氨和甲醇合成反應設備。
氨和甲醇合成反應器是生產(chǎn)的關鍵設備，其性能的好壞明顯的影響工廠的生產(chǎn)能力和經(jīng)濟效益，合成反應器的性能主要決定于其結(jié)構(gòu)能否充分滿足合成反應全工藝過程的要求。
目前合成反應器有多種多樣的結(jié)構(gòu)型式基本上可分為三類第一類采用一連續(xù)的軸向催化床，在催化床內(nèi)布置移走反應熱的冷管冷管有單管，雙套管，三套管，U形管等形式。第二類有幾個軸向流動的催化床，床層之間通入冷激氣降底調(diào)節(jié)反應溫度，即冷激式合成反應器。第三類采用軸徑向催化床，第一催化床為軸向流動，在一二催化床之間用冷激氣降底調(diào)節(jié)溫度，在二三催化床之間用間接式熱交換器移走反應熱，此熱交換器布置在床層與其它部件的軸向空間內(nèi)，間接熱交換器的冷氣流量不能單獨調(diào)節(jié)。
這三類結(jié)構(gòu)分別存在阻力大，合成率低，結(jié)構(gòu)復雜，使用期短不便維修等缺點。
本實用新型的目的是為了克服合成反應器存在的上述缺點，提供一種阻力小，合成率高、結(jié)構(gòu)可靠的新型合成反應器。
本實用新型提出的多層徑向合成反應器，全部催化床均是徑向流動，各床層之間采用間接式熱交換器，并將其布置在催化床與中心管的環(huán)向空間，冷卻氣量可單獨控制。不僅結(jié)構(gòu)簡單可靠而且能滿足合成反應全過程的工藝要求，達到增產(chǎn)節(jié)能降耗的目的。
本實用新型采用多層絕熱徑向流動催化床的結(jié)構(gòu)，催化床內(nèi)不設冷管，消除了冷管效應的影響，冷管使其周圍的催化劑溫度降低，不僅催化劑還完不徹底降低活性而且在正常生產(chǎn)中還存在過冷失活的影響。
徑向流動催化床的流通切面大，氣體流速低，徑向流道很短，這兩方面的因素都使流動阻力大幅度降低，這樣就有條件選用活性高而阻力大的小顆粒催化劑，小顆粒催化劑內(nèi)擴散影響小，還原較完全，能獲得較大的比表面積，提高了合成反應的轉(zhuǎn)化率。
各催化床依靠隔板支承其重量，隔板同時又隔開相鄰催化床并形成徑向流道，利用催化劑的重量和氣體流動的壓差使隔板與筒體形成自緊密封，為防止生產(chǎn)操作失誤發(fā)生倒流影響此密封性能，隔板與筒體加以必要固定，隔板上下兩面均與催化劑接觸，不占空間，提高催化劑的裝填率，隔板隨相應的催化床層同時裝入和取出，結(jié)構(gòu)簡單，裝卸方便。
本實用新型采用層間間接式熱交換器，冷卻氣體從入口冷氣管線直接引入，冷卻氣量可單獨調(diào)節(jié)，此一特性較好的滿足合成反應全過程的工藝要求，在催化劑的還原階段，可調(diào)節(jié)伐門使冷卻氣不進入間接式熱交換器，也就消除移走還原所需熱量的不利作用，此時由電加熱器提供的熱量可全部用于提高催化劑還完所需的溫度。由于各段間接式熱交換器均可單獨控制，也就能使各層催化劑還原徹底，各層催化劑都能獲得較高活性，催化劑還原結(jié)束在正常生產(chǎn)時，通過調(diào)節(jié)各間接式熱交換器的冷氣量，使各催化床的反應溫度在不同情況時都能處于最佳反應溫度，有效地提高反應的合成率，通入間接式熱交換器的冷氣只能移走反應氣體的熱量并不與其混合，也就不存在冷激氣與反應氣混合后，雖可降低溫度但同時又稀釋合成反應生成物濃度的不利影響。
在催化床與中心管構(gòu)成的環(huán)向空間內(nèi)設置間接式熱交換器，其型式為螺旋管式熱交換器，不僅其傳熱系數(shù)高，而且在結(jié)構(gòu)上可做到能自由膨脹，這對管內(nèi)外溫差高達300℃以上并經(jīng)常出現(xiàn)溫度波動，防止巨大的溫差應力造成設備損壞極為重要。
在催化床內(nèi)外筒體上，開一定數(shù)量的小孔，以增加進出催化床的局部阻力，氣流的分布就由這些小孔確定，從而保證徑向氣流分布均勻。
本實用新型可與承壓外殼同時設計，也可按已有外殼配套設計，合成工段的原有設備可不變動。
以φ1000mm直徑反應器為例就本實用新型與目前使用較普遍的三套管式和軸徑向式的主要技術性能比較見表1。
主要技術性能比較表表1
從表1可見本實用新型具有增產(chǎn)節(jié)能的效果。
由于本實用新型各催化床均為徑向流動，阻力小可以全部采用活性高的小顆粒催化劑，各催化床的溫度在還原階段和生產(chǎn)階段都可以單獨調(diào)節(jié)控制，各床催化劑能徹底還原，催化劑能獲得更高的活性，生產(chǎn)階段各床能調(diào)節(jié)在最佳反應溫度，獲得較高的合成率，催化床為絕熱反應消除了冷管效應的不利影響，同時避免了冷激氣稀釋反應生成物濃度降低合成率的不利作用，從而實現(xiàn)增產(chǎn)節(jié)能的效果。隔板結(jié)構(gòu)簡單并與相應層的催化劑一起裝入和取出，催化劑裝卸方便，間接式熱交換器可自由膨脹，防止溫度應力造成的損壞，反應器結(jié)構(gòu)可靠能長周期安全使用。


圖1是本實用新型的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
本實用新型的工作情況按
圖1進行說明入口氣體經(jīng)外殼內(nèi)壁(15)與反應器筒體外壁(14)的環(huán)隙從上向下流動，此氣流冷卻外殼(15)防止超溫，從外殼(15)底部流出至反應器外的加熱器被加熱后再從底部返回，進入換熱器(18)管間被加熱后，通過中心管(2)電加熱器(12)進入反應器筒體(14)與催化劑外筒(16)形成的外環(huán)隙由外向內(nèi)徑向流經(jīng)第一催化床(5)，隔板(6)支承第一催化床(5)的重量并與第二催化床(7)及外環(huán)隙隔開，在第一催化床(5)反應后，進入一二催化床(5)(7)間的第一間接式熱交換器管外(4)，間接式熱交換器(4)設置在催化劑內(nèi)筒(17)與中心管(2)形成的內(nèi)環(huán)隙空間內(nèi)，反應氣被冷卻降溫后，由內(nèi)向外流經(jīng)第二催化床上部(7)，再經(jīng)外部環(huán)隙折回，由外向內(nèi)流經(jīng)第二催化床下部(10)，中間隔板(9)支承第二催化床上部(7)的重量，并與第二催化床的下部及內(nèi)環(huán)隙隔開，下隔板(11)支承第二催化床下部(10)的重量，并與第三催化床(13)及外環(huán)隙隔開，經(jīng)第二催化床下部(10)反應后進入第二間接式熱交換器管間(8)，反應氣被再次冷卻降溫后，由內(nèi)向外流經(jīng)第三催化床(13)反應后，從外環(huán)隙進入換熱器管內(nèi)(18)，從底部流出反應器。
部分入口氣分別經(jīng)進氣管(20)(1)直接進入第一和第二間接式熱交換器(4)(8)，在此冷卻反應氣而自身被加熱后，分別從出氣管(21)(3)進入催化劑筒體的上部空間與從中心管(2)出來的主氣流混合后一起進入第一催化床(5)，以后按上述流程進行。
底部冷氣付線管(19)的氣流直接進入中心管(2)與主氣流混合后按上述流程進行。
圖1是以三層催化床為例說明工作情況，本實用新型的催化床可設計為二層、三層或更多層。
權利要求1.一種氨和甲醇反應器，其特征在于采用多層徑向流動催化床，即全部催化床均為徑向流動，使用高活性小顆粒催化劑，在兩催化床之間設置間接式熱交換器，此熱交換器為螺旋管式結(jié)構(gòu)，可自由膨脹，間接式熱交換器設置在催化床與中心管構(gòu)成的環(huán)向空間內(nèi)，各催化床由隔板承重，并利用承重及流動的壓差形成隔板與筒體的密封，隔板形成徑向流道。
2.根據(jù)權利要求1所述的反應器，其特征在于間接式熱交換器可用冷激器代替。
3.根據(jù)權利要求1所述的反應器，其特征在于催化床的層數(shù)可設計為三層也可設計為二層或四層。
專利摘要目前國內(nèi)主要采用冷管式，冷激式，軸徑向結(jié)構(gòu)的合成反應器生產(chǎn)氨和甲醇，本實用新型提出了一種多層徑向合成反應器，催化床均為徑向流動，在催化床的環(huán)向空間設置間接螺旋管式熱交換器，此結(jié)構(gòu)可自由膨脹，各熱交換器的換熱量可單獨控制，保證各床催化劑還原徹底溫度處于最佳反應溫度，提高合成率達到增產(chǎn)節(jié)能的效果，隔板支承并分隔催化床并與催化劑一起裝入和取出，結(jié)構(gòu)簡單可靠，反應器可長時期運行。
文檔編號B01J8/04GK2243938SQ95241849
公開日1997年1月1日 申請日期1995年7月12日 優(yōu)先權日1995年7月12日
發(fā)明者孔繁修 申請人:孔繁修