一種組合式固定床反應(yīng)器及由其形成的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及化工設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種組合式固定床反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]固定床反應(yīng)器又稱填充床反應(yīng)器，裝填有固體催化劑或固體反應(yīng)物用以實(shí)現(xiàn)多相反應(yīng)過(guò)程的一種反應(yīng)器。固體物通常呈顆粒狀，粒徑2?15_左右，堆積成一定高度(或厚度)的床層。床層靜止不動(dòng)，流體通過(guò)床層進(jìn)行反應(yīng)。固定床反應(yīng)器主要用于實(shí)現(xiàn)氣固相催化反應(yīng)，如氨合成塔、二氧化硫接觸氧化器、烴類蒸汽轉(zhuǎn)化爐等，廣泛應(yīng)用于石油煉制工業(yè)、無(wú)機(jī)化工工業(yè)，有機(jī)化工工業(yè)等領(lǐng)域。
[0003]在實(shí)際使用過(guò)程中，對(duì)于復(fù)雜的多級(jí)反應(yīng)，其一般需要將多個(gè)固定床反應(yīng)器串聯(lián)使用，以滿足不同反應(yīng)階段的要求，但多級(jí)串聯(lián)的裝置設(shè)備部件多、占地面積大且投資成本高。為此，中國(guó)專利文獻(xiàn)CN104069777A公開(kāi)了一種等溫絕熱徑向復(fù)合式反應(yīng)器，它由殼體和內(nèi)件組成，其中，殼體由外殼上部封頭和外殼下部筒體連接；內(nèi)件包括等溫徑向段的催化劑床層、上分氣筒、上集氣筒、換熱管、換熱管進(jìn)口管箱、換熱管出口管箱、冷激器；絕熱徑向段的冷激汽化層、催化劑床層、下分氣筒和下集氣筒；內(nèi)件為徑向設(shè)置，其中內(nèi)件的上部設(shè)有等溫徑向段的催化劑床層，該等溫徑向段的催化劑層設(shè)在上分氣筒和上集氣筒之間以及換熱管之外；內(nèi)件的下部設(shè)有絕熱徑向段的催化劑床層，該催化劑層設(shè)在下分氣筒和下集氣筒之間。
[0004]但上這裝置中換熱器的設(shè)置方式，一方面，使得等溫床層仍存在溫度分布不均勻的問(wèn)題，其不僅僅影響反應(yīng)效果，甚至局部出現(xiàn)飛溫，嚴(yán)重影響反應(yīng)的選擇性和催化劑的使用活性及壽命；另一方面，床層內(nèi)的氣體遇到換熱管后，會(huì)改變氣體的流動(dòng)方向，造成氣體在床層的流動(dòng)方向混亂，濃度分布不均勻，床層內(nèi)的停留時(shí)間不均，容易出現(xiàn)“返混”。返混會(huì)影響沿主流方向上的濃度分布和溫度分布，使?jié)舛融呄蛴诔隹跐舛取?duì)于傳質(zhì)過(guò)程，這樣的濃度變化使?jié)舛韧苿?dòng)力減小，從而減小了傳遞速度。對(duì)于反應(yīng)過(guò)程，這樣的濃度變化使反應(yīng)物濃度降低，產(chǎn)物濃度增加，從而使主反應(yīng)速度降低和串連副反應(yīng)速度增加，反應(yīng)選擇性下降。另工藝氣體可能在床層內(nèi)短路，影響床層內(nèi)催化劑的利用率(即空速降低)和換熱器的換熱效果。
[0005]由于上述專利文獻(xiàn)中換熱器效果不佳，其必須設(shè)置激冷器，激冷液在反應(yīng)器內(nèi)汽化冷卻工藝氣的同時(shí)，稀釋了工藝氣的濃度，濃度變化使?jié)舛韧苿?dòng)力減小，反應(yīng)選擇性下降，進(jìn)一步的，激冷氣還會(huì)參與后續(xù)反應(yīng)，或造成進(jìn)入絕熱床層的總氣量增加，增加了催化劑的負(fù)荷，降低反應(yīng)效率。
[0006]最后，上述裝置反應(yīng)床層內(nèi)氣體是由外向中心流動(dòng)，對(duì)于氣體量增大的反應(yīng)，該反應(yīng)器床層的流體流通面積逐漸減小，流體流速逐漸增大，工藝氣停留時(shí)間縮短，催化劑利用率降低，反應(yīng)不完全。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的等溫床層溫度分布不均勻、工藝氣容易“返混”、催化劑利用率降低等缺陷，從而提供一種組合式固定床反應(yīng)器。
[0008]為此，本申請(qǐng)采取的技術(shù)方案為，
[0009]—種組合式固定床反應(yīng)器，包括，頂部設(shè)置有生成氣出口的殼體，和設(shè)置于所述殼體內(nèi)部的等溫反應(yīng)床層、絕熱反應(yīng)床層和氣體分布器，所述等溫反應(yīng)床層套設(shè)在所述氣體分布器的外部，且與所述氣體分布器間設(shè)置有間隙，所述絕熱反應(yīng)床層套設(shè)在所述等溫反應(yīng)床層的外部，且所述等溫反應(yīng)床層與所述絕熱反應(yīng)床層間設(shè)置有間隙；所述氣體分布器與設(shè)置于所述殼體上的工藝氣進(jìn)口相聯(lián)通，且所述氣體分布器的周壁上設(shè)置有氣孔；所述等溫反應(yīng)床層內(nèi)設(shè)置有換熱結(jié)構(gòu)，其包括沿軸向貫穿所述等溫反應(yīng)床層的若干換熱件，所述若干換熱件沿所述等溫反應(yīng)床層的周向均勻設(shè)置；還包括導(dǎo)氣結(jié)構(gòu)，其包括設(shè)置于所述等溫反應(yīng)床層內(nèi)、外周壁的多孔壁板和設(shè)置于所述絕熱反應(yīng)床層內(nèi)、外周壁的多孔壁板，及套設(shè)于所述絕熱反應(yīng)床層外部的氣體導(dǎo)流板，所述氣體導(dǎo)流板與所述絕熱反應(yīng)床層外周壁間設(shè)置有間隙。
[0010]優(yōu)選地，上述組合式固定床反應(yīng)器，所述等溫反應(yīng)床層、所述絕熱反應(yīng)床層和所述換熱結(jié)構(gòu)在軸向上長(zhǎng)度一致。
[0011]優(yōu)選地，上述組合式固定床反應(yīng)器，換熱件為換熱板，或，換熱組件，所述換熱組件由若干沿所述等溫反應(yīng)床層徑向排列的換熱管組成。
[0012]優(yōu)選地，上述組合式固定床反應(yīng)器，所述換熱管為鰭片管。
[0013]優(yōu)選地，上述組合式固定床反應(yīng)器，多個(gè)所述等溫反應(yīng)床層依次套設(shè)形成等溫反應(yīng)床層組，各所述等溫反應(yīng)床層間形成有間隙；和/或，
[0014]多個(gè)所述絕熱反應(yīng)床層依次套設(shè)形成絕熱反應(yīng)床層組，各所述絕熱反應(yīng)床層間形成有間隙。
[0015]優(yōu)選地，上述組合式固定床反應(yīng)器，所述等溫反應(yīng)床層的上、下兩端分別設(shè)置有固定所述換熱結(jié)構(gòu)的上、下管板，所述上、下管板上分別設(shè)置有催化劑裝填口和催化劑卸料
□ ο
[0016]優(yōu)選地，上述組合式固定床反應(yīng)器，所述下管板在遠(yuǎn)離所述等溫反應(yīng)床層的側(cè)面連接設(shè)置有下管箱，所述下管箱上設(shè)設(shè)置有換熱介質(zhì)入口管路，所述換熱介質(zhì)入口管路一端延伸到所述殼體的外部形成換熱介質(zhì)入口，換熱介質(zhì)從所述換熱介質(zhì)入口經(jīng)換熱介質(zhì)入口管路進(jìn)入所述下管箱，再經(jīng)下管板進(jìn)入換熱結(jié)構(gòu)，與所述等溫反應(yīng)床層實(shí)現(xiàn)熱交換；
[0017]所述上管板在遠(yuǎn)離所述等溫反應(yīng)床層的側(cè)面連接設(shè)置有上管箱，所述上管箱的頂部設(shè)置有換熱介質(zhì)出口管路，所述換熱介質(zhì)出口管路一端延伸到所述殼體的外部形成換熱介質(zhì)出口，完成熱交換的換熱介質(zhì)由經(jīng)所述下管板進(jìn)入所述下管箱，并最終經(jīng)換熱介質(zhì)出口管路，由換熱介質(zhì)出口排出。
[0018]優(yōu)選地，上述組合式固定床反應(yīng)器，所述上、下管箱包括上、下管箱本體和分別設(shè)置在所述上、下管箱本體上的上、下檢修法蘭，所述換熱介質(zhì)出口管路和換熱介質(zhì)入口管路分別設(shè)置在上、下檢修法蘭上。
[0019]優(yōu)選地，上述組合式固定床反應(yīng)器，所述絕熱反應(yīng)床層的上、下兩端分別設(shè)置有上、下板，所述上、下板上分別設(shè)置有第二催化劑裝填口和第二催化劑卸料口。
[0020]優(yōu)選地，上述組合式固定床反應(yīng)器，所述等溫反應(yīng)床層內(nèi)、外周壁的多孔壁板和設(shè)置于所述絕熱反應(yīng)床層內(nèi)、外周壁的多孔壁板的開(kāi)孔率不大于30% ;和/或，
[0021]所述氣體分布器的周壁上設(shè)置的氣孔的開(kāi)孔大小為l-10mm，開(kāi)孔率為1_10% ;和/或，所述絕熱反應(yīng)床層外周壁的多孔壁板和所述氣體導(dǎo)流板的間隙不大于500_。
[0022]優(yōu)選地，上述組合式固定床反應(yīng)器，所述絕熱反應(yīng)床層的床層厚度與鋪設(shè)于所述床層的顆粒直徑的比值不大于100。
[0023]本發(fā)明還公開(kāi)了一種組合式固定床反應(yīng)裝置，包括多個(gè)在軸向上連接的上述所述的組合式固定床反應(yīng)器。
[0024]本發(fā)明技術(shù)方案，具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0025]1、本發(fā)明提供的組合式固定床反應(yīng)器中，所述等溫反應(yīng)床層套設(shè)在所述氣體分布器的外部，且與所述氣體分布器間設(shè)置有間隙，所述絕熱反應(yīng)床層套設(shè)在所述等溫反應(yīng)床層的外部，且所述等溫反應(yīng)床層與所述絕熱反應(yīng)床層間設(shè)置有間隙，上述氣體分布器、等溫反應(yīng)床層與絕熱反應(yīng)床層在徑向上依次套設(shè)連接的方式，使得工藝氣進(jìn)入催化劑床層后，沿徑向流動(dòng)，這種外擴(kuò)式的流動(dòng)方式，對(duì)于氣體量增加的反應(yīng)而，避免了氣體流速的提高，延長(zhǎng)了工藝在催化劑床層內(nèi)的停留時(shí)間，促進(jìn)反應(yīng)能夠完全進(jìn)行，提高了催化劑的利用率。同時(shí)由于絕熱反應(yīng)床層設(shè)置在等溫反應(yīng)床層的外部，有利于吸收等溫反應(yīng)床層的熱量，一方面減少了換熱介質(zhì)的用量，另一方面促進(jìn)了絕熱反應(yīng)的進(jìn)行。
[0026]所述等溫反應(yīng)床層內(nèi)設(shè)置有換熱結(jié)構(gòu)，其包括沿軸向貫穿所述等溫反應(yīng)床層的若干換熱件，所述若干換熱件沿所述等溫反應(yīng)床層的周向均勻設(shè)置；這種設(shè)置方式進(jìn)一步規(guī)整了沿徑向流動(dòng)的氣體，使其程平推流狀態(tài)，避免了床層內(nèi)反應(yīng)的返混，提高了反應(yīng)效率。同時(shí)，上述設(shè)置方式換熱均勻，效率