[發(fā)明專利]絕熱－冷激－管殼外冷組合式氣固相固定床催化反應(yīng)器

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810035782.7
• 申請(qǐng)日: 2008-04-09
• 公開（公告）號(hào): CN101249406A
• 公開（公告）日: 2008-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 應(yīng)衛(wèi)勇;房鼎業(yè);張海濤;馬宏方;蔡進(jìn)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華東理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J8/02
• 分類號(hào): B01J8/02
• 代理公司: 上海翼勝專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 刁文魁;翟羽

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及化工反應(yīng)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是一種絕熱-冷激-管殼外冷組合式氣固相固定床催化反應(yīng)器。

【背景技術(shù)】

在甲醇合成、氨合成、一氧化碳變換、有機(jī)化合物加氫、二甲醚合成、液體燃料合成、環(huán)氧乙烷合成等可逆放熱反應(yīng)中，都使用固體顆粒催化劑，都存在熱量對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響以及催化劑回收利用的問題；在成規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)過程中，都需要應(yīng)用固定床催化反應(yīng)器。

在催化反應(yīng)器技術(shù)領(lǐng)域，主要的技術(shù)有：

(1)英國ICI反應(yīng)器

該反應(yīng)器為固定床四段絕熱段間冷激式軸向流動(dòng)反應(yīng)器，其熱量是通過特殊設(shè)計(jì)的菱形分布器將冷激氣噴入床層中間帶走，床層多段連續(xù)，壓降約為0.5～0.6Mpa；該反應(yīng)器適和做成大型化反應(yīng)器，也易于安裝維修；但是，該反應(yīng)器催化床溫度分布不甚理想，反應(yīng)器的操作和溫度的控制難度較大，氣體返混嚴(yán)重，轉(zhuǎn)化率低，能量利用效率較低。

(2)德國Lurgi反應(yīng)器

該反應(yīng)器為列管式反應(yīng)器，管內(nèi)填充催化劑，由管間沸水移去反應(yīng)熱，副產(chǎn)蒸汽；用過熱蒸汽驅(qū)動(dòng)離心式壓縮機(jī)，用背壓低壓蒸汽作甲醇蒸餾熱源。但是，該反應(yīng)器催化床存在嚴(yán)重的壁效應(yīng)，影響催化劑時(shí)空收率，且催化劑容易被原料氣中的毒物侵害而喪失活性，影響使用壽命。

(3)日本三菱瓦斯公司(MGC/MHI)反應(yīng)器

日本三菱重工業(yè)株式會(huì)社(簡稱MHI)和三菱瓦斯株式會(huì)社(簡稱MGC)共同開發(fā)了一種新的甲醇合成技術(shù)，其甲醇合成反應(yīng)器是一種立式雙套管換熱器，在列管式反應(yīng)器的催化管內(nèi)加一根冷管，用以預(yù)熱原料氣，催化劑裝填在內(nèi)外管的環(huán)隙。

此外，我國在本技術(shù)領(lǐng)域也有適應(yīng)我國目前生產(chǎn)狀況的固定床催化反應(yīng)器技術(shù)，根據(jù)生產(chǎn)發(fā)展的需要，這些技術(shù)有進(jìn)一步發(fā)展和改進(jìn)的空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種化工生產(chǎn)中適合單系列大型化發(fā)展需求的、能合理利用能量、副產(chǎn)中壓蒸汽、且操作快捷方便的絕熱-冷激-管殼外冷組合式氣固相固定床催化反應(yīng)器。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種絕熱-冷激-管殼外冷組合式氣固相固定床催化反應(yīng)器，含有筒體、上封頭、絕熱反應(yīng)段、管殼外冷段和下封頭，在上封頭上設(shè)有氣體入口和裝填催化劑的人孔，在管殼外冷段內(nèi)設(shè)置有上管板、下管板、一組換熱管、換熱介質(zhì)進(jìn)口和換熱介質(zhì)出口，在下封頭上設(shè)有氣體出口、卸催化劑口，其特征是，在絕熱反應(yīng)段設(shè)置有1～2個(gè)絕熱層，絕熱層后設(shè)有原料氣體冷激，絕熱反應(yīng)段的高度為反應(yīng)器催化劑層總高度的5～30％；在管殼外冷段的一組換熱管內(nèi)填裝催化劑，填裝催化劑的高度為反應(yīng)器催化劑層總高度的50～95％。

所述的原料氣體冷激由冷激氣分布器和冷激管構(gòu)成，冷激氣分布器為環(huán)形結(jié)構(gòu)，在環(huán)形結(jié)構(gòu)的下部分設(shè)有小孔；冷激管的上端固定設(shè)置在反應(yīng)器上封頭上，冷激管的下端連接在冷激氣分布器上。

所述的絕熱層為一個(gè)絕熱層設(shè)有一個(gè)原料氣體冷激。

所述的原料氣體冷激由一個(gè)冷激氣分布器和一根冷激管構(gòu)成。

所述的原料氣體冷激由多個(gè)冷激氣分布器和多根冷激管構(gòu)成。

所述環(huán)形結(jié)構(gòu)的冷激氣分布器下部分小孔的直徑為1～5毫米。

當(dāng)可逆放熱反應(yīng)，如合成氣制甲醇、合成氨反應(yīng)、合成氣制二甲醚、合成液體燃料等的反應(yīng)氣體進(jìn)入反應(yīng)器時(shí)，先通過由催化劑組成的絕熱層，在絕熱層中隨反應(yīng)進(jìn)行反應(yīng)放熱，使催化床層溫度升高；反應(yīng)后的氣體與冷的原料氣進(jìn)行熱量交換，使反應(yīng)氣體溫度降低到下一段反應(yīng)的溫度；催化床設(shè)置絕熱段，還可以吸附原料氣體中對(duì)催化劑有害的氣體，保證后面的催化劑不受有害氣體的影響，延長催化劑的使用壽命。在管殼外冷段催化床中，反應(yīng)氣體在管內(nèi)催化劑床層反應(yīng)時(shí)所產(chǎn)生的反應(yīng)熱由殼程的介質(zhì)冷卻，該介質(zhì)可以是水，也可以是其它熱介質(zhì)；如果是水，應(yīng)從反應(yīng)器下部的換熱介質(zhì)進(jìn)口進(jìn)入，吸收熱量后形成中壓蒸汽從反應(yīng)器管殼外冷段上部的換熱介質(zhì)出口排出；如該介質(zhì)為其它熱介質(zhì)，應(yīng)能產(chǎn)生相變，從反應(yīng)器下部的換熱介質(zhì)進(jìn)口進(jìn)入，吸收熱量產(chǎn)生相變后從反應(yīng)器管殼外冷段上部的換熱介質(zhì)出口排出。

本發(fā)明絕熱-冷激-管殼外冷組合式氣固相固定床催化反應(yīng)器的積極效果是：