氫氣脫氧的等溫列管式反應器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于氫氣脫氧的等溫列管式反應器,該反應器通過列管壁將反應熱量傳遞給列管外冷卻劑,本發(fā)明還涉及反應器傳熱列管的排列方法、流道布置。
【背景技術】
[0002]近一二十年來為有效利用富含氫氣的廢氣、弛放氣,以裝有鈀催化劑的絕熱式脫氧反應器已得到廣泛應用,該裝置是將脫氧反應器和反應冷卻器獨立設置,即把被處理的氣體和循環(huán)氣混合后,進入絕熱反應器,進行脫氧反應。反應熱使反應氣溫度升高,高溫的反應氣再進入冷卻器,冷卻后的反應氣送至下工序。因氫氧混合氣O2含量在5?95.5%已進入爆炸范圍,其最低爆炸溫度僅400°C,為保證生產安全,反應氣應遠離爆炸區(qū),並反應器溫度不宜超過350°C,為此,必需將大量脫氧后的氫氣加壓回流至原料氣,既增加了運行成本及投資,還降低了反應熱的利用率。另外,冷卻器列管的排列方式都按正三角形或同心圓排列,管殼內設置若干折流板,每處折流板都有流道死角,死角處傳熱系數(shù)極低,使傳熱面積增大,該工藝裝置的占地面積多,投資、運行成本高。
【發(fā)明內容】
[0003]針對上述現(xiàn)有技術存在的缺陷,本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種氫氣脫氧的等溫列管式反應器,該反應器在大幅減少(甚至不用)循環(huán)氣的前提下,同時能控制反應器溫度和反應熱的合理利用,裝置的尺寸緊湊,傳熱系數(shù)高,實現(xiàn)流體有序流動。
[0004]為解決上述技術問題,本發(fā)明將傳統(tǒng)的絕熱反應器改變?yōu)榧磻鳠嵋惑w化的等溫反應器,即在列管內裝填催化劑進行脫氧反應,列管外進入冷卻劑同步移走反應熱,使脫氧反應溫度有效控制在許可范圍內。本發(fā)明反應氣進入上管板上的列管,放出熱量經(jīng)管壁迅速傳導給管外冷卻劑,反應器內各處溫度均衡、穩(wěn)定、可控。冷卻劑進入管外的外壁環(huán)形套,從壁孔進入漸開線流道外緣流至中央管,再折流進入中間殼程,由內流至外緣匯集管后離開反應器,熱量可作它用。冷卻后的反應氣經(jīng)連接到下管板的列管,從反應氣出口得到所需高純反應氣。
[0005]將反應器中央管作為漸開線的基準圓,列管采用漸開線排列,也是冷卻劑的流道,在基準圓周長上等分為若干份,再在等分點上逐一作漸開線,每條漸開線上勻布列管,直至把反應器全部列管排列完,漸開線的終端位置即為反應器罐體的內徑。為了提高傳熱系數(shù),保證冷卻劑都以適當流速、並按有序流方式流動,列管端頭穿于上管板與下管板的孔且固定,每組列管由相鄰導流板排成一獨立漸開線流道,在外壁環(huán)形套貼于罐體壁上,開液流壁孔。罐體內視冷卻劑流量大小,添加若干圓環(huán)形折流板,以確保冷卻劑在殼層中有適當流速,折流板上下兩面以及上、下管板對應單面開漸開線形凹槽,還可以采用其它固定件,用以安裝薄板材料導流板。
[0006]根據(jù)安全要求和催化劑最高工作溫度確定反應氣回流比η。對本實施例,反應放熱為:H2+ 1/20 2— H 20 (氣)—58.615kc/mol
對絕熱反應言,反應氣中每1% (體)02對應消耗2% (體)H2,反應溫度升高150°C多,若原料氣中含02達4.5%,反應氣溫度將升至700 °C,超出安全生產許可溫度范圍。為控制反應溫度不超過生產許可溫度350°C,原料氣中含O2量應< 2.0%,原料氣需返回部分己脫02的112氣。
[0007]回流比n = V回/ V原=(X原一X混)/ X混
若X原=4.5 %,X混=2.0 %,則η = 1.25,則回流H2是原料H 2的1.25倍,H 2的輸送都用機械效率較低的水環(huán)栗,動力消耗很大。若采用本發(fā)明的等溫反應器,對上述工況,僅使進入反應器混合氣中02含量降至4%安全范圍,則回流比η = (4.5% — 4%) /4% =
0.125,回流量僅是絕熱反應器的1/10。
[0008]如果列管排出較高溫度的反應氣,還可以直接在裝置下部安裝水噴淋冷卻器,在添加填料表面進行換熱,獲得較高的換熱效率。
[0009]本發(fā)明具有結構簡單,使用安全可靠,不消耗能源等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0010]下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明:
圖1是本發(fā)明氫氣脫氧的等溫列管式反應器剖面示意圖。
[0011]圖2是圖1所示反應器內部結構立體圖。
【具體實施方式】
[0012]圖1為本發(fā)明氫氣脫氧的等溫列管式反應器剖面圖。列管I鉚接或焊接在上管板3與下管板7上,殼層內加二層圓環(huán)形折流板5,每二排漸開線列管2由相鄰導流板I組成一根流道,若干流道通向反應器罐體9外壁環(huán)形套10的冷卻劑流道上,本裝置冷卻劑選用冷卻水,也可以采用導熱油(240°C)代替,以獲取能級更高的熱量。為使反應器熱量有效利用,本裝置外壁環(huán)形套10罩住反應器罐體9處開液流孔6。反應氣從11進入管板上的列管2,列管2內裝填脫氧的鈀催化劑,下管板7下設置隔渣網(wǎng)8,在此進行脫氧反應,放出熱量經(jīng)管壁迅速傳導給管外冷卻劑,在整個反應列管內,溫度基本保持一致。冷卻劑從33進入反應器外壁環(huán)形套,再從壁孔6進入各漸開線流道,經(jīng)折流后,再從44流出,高純氫氣從22出。還有另一種實施方式:脫氧后的反應氣進入布淋管用冷卻水噴淋下部填料表面,將反應氣冷卻后再從22出。
[0013]圖1中還包含反應器冷卻劑流程示意圖。冷卻劑的折返流程數(shù)視具體情況而定,確保流體處于湍流狀態(tài)。冷卻水從33進入,通過壁孔6進入上下兩程,由外至內,再從中間層由內向外,經(jīng)壁孔6從44流出。
[0014]圖2為反應器列管排列及內部結構,列管2勻布在按中央管4為基準圓作的漸開線上,相鄰漸開線的間距約2.5倍管徑,並恰能等分中心管的圓周,管板上管子數(shù)要滿足反應所需的管子數(shù)(整數(shù)),列管的傳熱面積要滿足反應器的傳熱要求,二排列管構成一根漸開線型流道。上管板3示出一部分可看出,列管2端部穿過上管板3開孔而固定。
[0015]本發(fā)明不局限于氫氣脫氧的絕熱反應器改革為等溫反應器,同樣適用于其它氣體凈化或反應器的改造,包括采用傳統(tǒng)的列管排列方式,這樣的變換均落在本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種氫氣脫氧列管式等溫反應器,其結構形式為將絕熱反應器和列管式冷卻器合二為一,包括列管、流道的排列,其特征在于:所述反應器從反應氣進口(11)進入上管板(3)上的列管(2),列管(2)內裝填催化劑進行脫氧反應,放出熱量經(jīng)管壁迅速傳導給管外冷卻劑,反應器內各處溫度均衡、穩(wěn)定、可控;所述冷卻劑從冷卻劑進口(33)進入反應器罐體(9)的外壁環(huán)形套(10),從壁孔(6)進入漸開線流道外緣流至中央管(4),經(jīng)折流板(5)折流后由內流至外緣匯集,再從冷卻劑出口(44)流出;冷卻后的反應氣,經(jīng)連接到下管板(7)的列管(2),從反應氣出口(22)得到所需反應氣。2.按照權利要求1所述氫氣脫氧列管式等溫反應器,其特征在于:所述列管(2)端頭穿于上管板(3)與下管板(7)的孔且固定,殼層內加折流板(5),每組列管(2)由相鄰漸開線形導流板(I)排成一獨立流道,在外壁環(huán)形套(10)貼于罐體(9)壁上,開液流壁孔(6),中央管(4)為漸開線的基準圓,也是冷卻劑的流道。3.按照權利要求1所述氫氣脫氧列管式等溫反應器,其特征在于:所述折流板(5)上下兩面開有漸開線形凹槽,上管板(3)和下管板(7)對應單面開漸開線形凹槽,用以崁裝薄板材料導流板(1),相鄰導流板(I)間距相等,恰能等分中心管的圓周,形成漸開線流道。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種氫氣脫氧的等溫列管式反應器裝置,反應氣在反應列管內放熱反應,熱量通過管壁傳遞給進入的冷卻劑同步移走,使反應溫度比絕熱方式大為降低,從而大大減少了為控制反應溫度而加入的循環(huán)氣量,節(jié)省了循環(huán)加壓泵功率,流出的冷卻劑熱量可作它用。列管及流道按中央管為基圓的漸開線軌跡排列,且相鄰漸開線形導流板勻布列管組成一獨立流道,保證每個流道的冷卻流體為有序流,根據(jù)具體狀況可將殼程由折流板分隔成若干程,以提高傳熱效率,使裝置更為緊湊。
【IPC分類】C01B3/58, B01J8/06, B01D53/86
【公開號】CN105126708
【申請?zhí)枴緾N201510453177
【發(fā)明人】劉永言, 邱明志, 王聯(lián)華
【申請人】成都深藍高新技術發(fā)展有限公司
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年7月29日