一種等溫反應器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種等溫反應器。所述等溫反應器包括殼體、催化劑床層、管板和換熱管，所述換熱管上端安裝在所述管板上，所述換熱管下端伸入所述催化劑床層內，所述管板包括至少兩個所述換熱管布置密度不一的安裝區(qū)。本發(fā)明根據(jù)反應氣體在等溫反應器中的反應特點，將管板劃分為多個安裝區(qū)，每個安裝區(qū)布置安裝數(shù)量不等的換熱管，既解決了現(xiàn)有等溫反應器催化劑失活的問題，又實現(xiàn)了節(jié)能降耗，節(jié)省了換熱管材料，降低了設備成本。
【專利說明】
一種等溫反應器
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種等溫反應器，具體為煤、石油、天然氣以及工業(yè)氣體處理領域，用來實現(xiàn)CO的變換反應、甲烷化反應以及硫回收等功能的等溫反應器。
【背景技術】
[0002]煤、石油、天然氣以及工業(yè)氣體處理領域，有很多強放熱反應，比如CO的變換反應、甲烷化反應以及硫回收的直接氧化反應。
[0003]以CO變換反應為例，每變換I%的⑶，溫度升高9-10 °C ;對于硫回收的直接氧化反應，體積分數(shù)I %的H2S轉化為硫的反應熱導致的溫升為70°C，因此，反應溫度必須加以控制，防止超溫而使催化劑失活，甚至燒壞催化劑的現(xiàn)象出現(xiàn)?，F(xiàn)有的反應器中，為了控制反應溫度，均采用水管移熱，達到等溫反應，保護催化劑不被燒壞。然而，現(xiàn)有等溫反應器中的換熱管布置方式均存在一定問題而導致:移熱不及時，出現(xiàn)催化反應超溫的隱患，且存在材料浪費，設備成本增加的問題。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明提供了一種等溫反應器可以很好的解決以上問題。
[0005 ]本發(fā)明采用的技術方案是:
[0006]—種等溫反應器，包括殼體、催化劑床層、管板和換熱管，所述換熱管上端安裝在所述管板上，所述換熱管下端伸入所述催化劑床層內，所述管板包括至少兩個所述換熱管布置密度不一的安裝區(qū)。
[0007]反應氣體在等溫反應器的催化劑床層內流動并進行催化反應時，流經(jīng)催化劑床層不同的區(qū)域所進行的反應階段不一樣，每個反應階段，催化反應產(chǎn)生的熱量不一樣，所需要的換熱管數(shù)量也不一樣，因此可以按反應階段數(shù)在管板上劃分出相應數(shù)量的區(qū)域，在每個區(qū)域內均勻布置安裝相應數(shù)量的換熱管，這樣便可滿足每個反應階段的移熱需要，避免了現(xiàn)有技術中在整個管板上以固定的密度均勻布置換熱管而導致的在某個反應階段換熱管數(shù)量不夠出現(xiàn)超溫的現(xiàn)象，或在某個反應階段換熱管數(shù)量過多出現(xiàn)浪費材料的現(xiàn)象。
[0008]進一步的，每個所述安裝區(qū)為以所述管板中心為圓心的圓環(huán)區(qū)域。
[0009]等溫反應器一般為圓柱形，安裝在等溫反應器內的管板為圓形，因此在管板上劃分的安裝區(qū)為圓環(huán)區(qū)域。
[0010]進一步的，所述安裝區(qū)為兩個，分別為密集區(qū)和稀疏區(qū)，所述密集區(qū)的所述換熱管布置密度大于所述稀疏區(qū)。
[0011 ]進一步的，如果反應氣體從所述殼體的內壁向所述催化劑床層的中心流動，所述密集區(qū)為靠近所述管板邊緣的圓環(huán)區(qū)域，所述稀疏區(qū)為靠近所述管板中心的圓環(huán)區(qū)域。
[0012]進一步的，如果反應氣體從所述催化劑床層的中心向所述殼體的內壁流動，所述密集區(qū)為靠近所述管板中心的圓環(huán)區(qū)域，所述稀疏區(qū)為靠近所述管板邊緣的圓環(huán)區(qū)域。
[0013]對于高濃度的強放熱反應，比如反應氣體⑶的含量高達65%以上或者H2S含量高達25%以上的反應，這些反應氣進入等溫反應器的催化劑床層內剛開始進行反應時，催化反應非常劇烈，放熱量大而且放熱速度快，需要迅速移熱，需要數(shù)量較多的換熱管;經(jīng)過初始反應后，這些反應氣體一邊在的催化劑床層內流動，一邊進行后續(xù)反應，在后續(xù)反應時，經(jīng)初始反應過的氣體中CO含量或H2S含量已大大降低，這時的反應速度明顯下降，放熱量明顯降低，只需要少量的換熱管。根據(jù)以上特點，可以將常用的小尺寸等溫反應器的管板分為密集區(qū)和稀疏區(qū)，反應氣體首先經(jīng)過的區(qū)域為密集區(qū)，在該區(qū)域安裝數(shù)量較多的換熱管，滿足反應氣體初始反應的需要;反應氣體后續(xù)經(jīng)過的區(qū)域為稀疏區(qū)，在該區(qū)域安裝數(shù)量較少的換熱管，滿足反應氣體后續(xù)反應的需要。
[0014]進一步的，所述密集區(qū)和所述稀疏區(qū)都以等間距均勻布置所述換熱管，所述密集區(qū)的布管間距小于所述稀疏區(qū)。
[0015]更進一步的，所述各安裝區(qū)的所述換熱管外徑不等。
[0016]為了更好的滿足催化反應移熱的需要，在管板每個安裝區(qū)布置的換熱管的外徑可不一致，對催化反應強烈的區(qū)域可采用外徑尺寸大的換熱管，對催化反應弱的區(qū)域可采用外徑尺寸小的換熱管。
[0017]進一步的，所述換熱管底端裝有錐形彈簧。
[0018]進一步的，所述換熱管底端裝有頂針。
[0019]進一步的，所述換熱管底端裝有套筒，該換熱管的下端伸入所述套筒內，所述套筒底部封閉，上端與所述換熱管之間形成密封區(qū)。
[0020]換熱管周圍和底部填滿了催化劑顆粒，當催化劑床層溫度發(fā)生劇烈變化時，換熱管會發(fā)生熱脹冷縮，而這些催化劑顆?？赡軙璧K換熱管的熱脹冷縮，從而使換熱管擠壞或拉裂。換熱管底端安裝的錐形彈簧、頂針或套筒，可使換熱管熱脹冷縮時自由的在軸向方向上伸縮，可以保護換熱管不因熱脹冷縮而破壞。
[0021]與現(xiàn)在技術相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0022]根據(jù)反應氣體在等溫反應器中的反應特點，將管板劃分為多個安裝區(qū)，每個安裝區(qū)安裝數(shù)量不等的換熱管，以滿足反應氣體在等溫反應器中不同反應階段的移熱需要，本發(fā)明避免了現(xiàn)有技術中在整個管板上以固定的密度均勻布置換熱管而導致的在某個反應階段換熱管數(shù)量不夠出現(xiàn)超溫的現(xiàn)象，或在某個反應階段換熱管數(shù)量過多出現(xiàn)浪費材料的現(xiàn)象，且提高了催化反應效率，降低了設備成本。
【附圖說明】
[0023]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0024]圖1是本發(fā)明一種實施例的結構示意圖；
[0025]圖2是本發(fā)明一種實施例中所述換熱管在所述管板上的安裝布置示意圖；
[0026]圖3是本發(fā)明所述換熱管一種實施例的結構示意圖；
[0027]圖4是本發(fā)明所述換熱管另一種實施例的結構示意圖；
[0028]圖5是本發(fā)明所述換熱管另一種實施例的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0029]—種等溫反應器，如圖1所示，包括殼體1、催化劑床層2、管板3和換熱管4，所述換熱管4上端安裝在所述管板3上，所述換熱管4下端伸入所述催化劑床層2內，所述管板3包括至少兩個所述換熱管4布置密度不一的安裝區(qū)。
[0030]如圖2所示，每個所述安裝區(qū)為以所述管板3中心為圓心的圓環(huán)區(qū)域。圖2中，所述的安裝區(qū)為兩個，分別為密集區(qū)和稀疏區(qū)，密集區(qū)的換熱管4布置密度要大于稀疏區(qū)。如圖1所示，反應氣體從等溫反應器殼體的內壁向催化劑床層的中心流動，所述密集區(qū)為靠近所述管板邊緣的圓環(huán)區(qū)域31，所述稀疏區(qū)為靠近所述管板中心的圓環(huán)區(qū)域32。如果反應氣體是從等溫反應器催化劑床層的中心向殼體的內壁流動，則所述密集區(qū)為靠近所述管板中心的圓環(huán)區(qū)域，所述稀疏區(qū)為靠近所述管板邊緣的圓環(huán)區(qū)域。如圖2所示，所述密集區(qū)和所述稀疏區(qū)都以等間距均勻布置所述換熱管4，所述密集區(qū)的布管間距小于所述稀疏區(qū)。此外，密集區(qū)和稀疏區(qū)所布置的換熱管4的外徑可以不等。
[0031 ]以高CO變換為例，從外工段來的脫碳氣體，CO含量約為70 %，氣體溫度為210°C，氣體壓力為3.0MPa。如圖1所示，脫碳氣體從等溫反應器底部進入，從底部沿殼體I內壁中的間隙上升，同時從殼體I內壁往催化劑床層2的中心按徑向方向流動。脫碳氣體首先要經(jīng)過催化劑床層2內靠近殼體I內壁的圓環(huán)區(qū)域(即管板3密集區(qū)31對應的區(qū)域)，這時CO含量濃度高達70%，反應劇烈，迅速放熱，放熱量大，因該區(qū)域安裝的換熱管4密度大，換熱效果好，溫度下降較快，經(jīng)過該區(qū)域反應后，CO濃度迅速降低;經(jīng)過初步反應的脫碳氣體繼續(xù)向催化劑床層2中心區(qū)域流動，在流經(jīng)催化劑床層2中心區(qū)域(即管板3稀疏區(qū)32對應的區(qū)域)時，CO含量濃度降為20%-40%，反應速度下降，放熱量減少，而該反應區(qū)域安裝的換熱管4密度小，換熱速度相對較慢，這樣就保證了整個催化劑床層2的溫度在合適的范圍之內，不會出現(xiàn)局部溫度過高使催化劑失活，甚至燒壞催化劑的現(xiàn)象。
[0032]如圖1所示的等溫反應器尺寸較小，管板3只包括兩個安裝區(qū)，如果等溫反應器尺寸較大，管板3可包括3個或更多的安裝區(qū)。
[0033]如圖3所示，為了防止換熱管4底部的催化劑影響換熱管4因熱脹冷縮而在軸向方向上的伸縮，在換熱管4的底部安裝了錐形彈簧41，該錐形彈簧41的彈性為換熱管4的熱脹冷縮提供了空間。
[0034]如圖4所示，為了防止換熱管4底部的催化劑影響換熱管4因熱脹冷縮而在軸向方向上的伸縮，在換熱管4的底部安裝了頂針42，該頂針42可很方便的插入和抽出催化劑層，這樣可使換熱管4熱脹冷縮時在催化劑床層2中伸縮更自如。
[0035]如圖5所示，為了防止換熱管4底部的催化劑影響換熱管4因熱脹冷縮而在軸向方向上的伸縮，在換熱管4的底部安裝了套筒43，該換熱管4的下端伸入所述套筒43內，所述套筒43底部封閉，上端與所述換熱管4之間形成密封區(qū)。該套筒43的內腔為換熱管4的熱脹冷縮提供了空間。
[0036]最后應說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制;盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明各實施例技術方案的精神和 y
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【主權項】
1.一種等溫反應器，包括殼體(I)、催化劑床層(2)、管板(3)和換熱管(4)，所述換熱管(4)上端安裝在所述管板(3)上，所述換熱管(4)下端伸入所述催化劑床層(2)內，其特征在于:所述管板(3)包括至少兩個所述換熱管(4)布置密度不一的安裝區(qū)。2.根據(jù)權利要求1所述的等溫反應器，其特征在于:每個所述安裝區(qū)為以所述管板(3)中心為圓心的圓環(huán)區(qū)域。3.根據(jù)權利要求2所述的等溫反應器，其特征在于:所述安裝區(qū)為兩個，分別為密集區(qū)和稀疏區(qū)，所述密集區(qū)的所述換熱管(4)布置密度大于所述稀疏區(qū)。4.根據(jù)權利要求3所述的等溫反應器，其特征在于:所述密集區(qū)為靠近所述管板(3)邊緣的圓環(huán)區(qū)域，所述稀疏區(qū)為靠近所述管板(3)中心的圓環(huán)區(qū)域。5.根據(jù)權利要求3所述的等溫反應器，其特征在于:所述密集區(qū)為靠近所述管板(3)中心的圓環(huán)區(qū)域，所述稀疏區(qū)為靠近所述管板(3)邊緣的圓環(huán)區(qū)域。6.根據(jù)權利要求4或5所述等溫反應器，其特征在于:所述密集區(qū)和所述稀疏區(qū)都以等間距均勻布置所述換熱管(4)，所述密集區(qū)的布管間距小于所述稀疏區(qū)。7.根據(jù)權利要求1-5之一所述的等溫反應器，其特征在于:所述各安裝區(qū)的所述換熱管(4)外徑不等。8.根據(jù)權利要求1-5之一所述的等溫反應器，其特征在于:所述換熱管(4)底端裝有錐形彈簧(41)。9.根據(jù)權利要求1-5之一所述的等溫反應器，其特征在于:所述換熱管(4)底端裝有頂針(42)。10.根據(jù)權利要求1-5之一所述的等溫反應器，其特征在于:所述換熱管(4)底端裝有套筒(43)，該換熱管(4)的下端伸入所述套筒(43)內，所述套筒(43)底部封閉，上端與所述換熱管(4)之間形成密封區(qū)。
【文檔編號】B01J8/02GK105854736SQ201610195152
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月31日
【發(fā)明人】謝定中
【申請人】湖南安淳高新技術有限公司