[發明專利]一種催化反應器

在審

• 申請號: 201610342233.9
• 申請日: 2016-05-20
• 公開（公告）號: CN107398241A
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發明（設計）人: 張旭;竇雋虹;戴文松;蔣榮興
• 申請（專利權）人: 中國石化工程建設有限公司;中石化煉化工程（集團）股份有限公司
• 主分類號: B01J19/00
• 分類號: B01J19/00
• 代理公司: 北京英創嘉友知識產權代理事務所(普通合伙)11447
• 代理人: 周建秋,王浩然

技術領域

本發明涉及一種催化反應器。

背景技術

固定床反應器主要有兩種類型，一種是軸向固定床反應器，另一種是徑向固定床反應器。軸向固定床反應器設計、加工過程相對容易、操作簡單，但存在反應器設備尺寸龐大、床層壓降大、容易出現局部飛溫、移熱緩慢、轉化率低、放大效應明顯等問題。徑向床反應器高徑比較大、床層壓降小、反應物在催化劑床層停留時間短，但很難實現反應物在徑向上的均勻分布、單位催化劑床層的生產強度較低。

為了克服傳統化工中存在傳熱、傳質效率低的問題，二十世紀八九十年代興起了微化工技術。微反應器作為微化工技術的核心組成部分，它是以毫米、微米為量級的化學反應系統。一方面微反應器具有微尺度化、較大的比表面、擴散距離短、停留時間短、阻力小等特點，其傳質、傳熱和反應效果較普通反應器高1～3數量級；另一方面，可以根據實際的工業生產能力要求，通過具有功能化的微反應器模塊集成以及數量的增減達到控制和調節生產，有利于實現設備的最大利用效率，同時縮短設備的加工時間。

近年來，微通道反應器在氣固相催化反應、液固相催化反應中受到越來越多的關注。公告號為CN202893334U的中國專利公開了一種微通道反應器，該微通道反應器采用鈦合金板式結構，每個鈦合金冷卻蓋板內設置有冷卻倉和反應倉，該微通道反應器具有能夠承受高壓和抗蝕性，不足之處在于反應物在反應倉內停留時間短，生產效率較低。公告號為CN203540513U的中國專利公開了一種用于甲烷化工藝的微通道反應器，該微反應通道固定在 反應器中部的支撐板上，難以消除熱脹冷縮產生的應力。公告號為CN102151531A的中國專利公開了一種微通道反應器及其合成氣完全甲烷化的方法，該微反應器由若干反應通道和移熱通道交替平行排布，反應器的壓降較大，同時難以承受高壓。公告號為CN204841617U、CN204816459U的中國專利，將微通道反應器運用于煤制SNG甲烷化工藝，目標產物具有較高的選擇性，不足之處在于原料氣在該類反應器的停留時間較短，造成原料轉化率偏低。

因此，減小反應器的設備尺寸、降低壓降損失，提高反應物的轉化效率，充分延長反應器的使用壽命，滿足反應器大型化的需求是目前亟待解決的技術問題，同時也是未來微通道反應器的發展方向。

發明內容

本發明的目的是提供一種催化反應器，該反應器催化劑活性組分使用量少、壓降低、產物停留時間短、原料轉化率高、無氣體偏流和短路現象。

為了實現上述目的，本發明提供一種催化反應器，其特征在于，該反應器包括圓筒形密封承壓殼體、從所述殼體頂部伸入到殼體內部的1#管、從所述殼體底部伸入到殼體內部的2#管、以及設置在所述殼體內所述1#管下方所述2#管上方的軸向催化反應單元；所述軸向催化反應單元包括至少一個柱體，柱體與殼體同軸，且柱體的外側面與殼體的部分內側面相抵觸或相重合；上下相鄰的兩個柱體之間形成有空隙；每一個所述柱體內設置有多個軸向穿過柱體的微反應通道，且所述1#管與最上面的空隙之間、相鄰兩個空隙之間、以及最下方的空隙與所述2#管之間僅通過設置在所述柱體內的微反應通道流體連通；所述微反應通道內設置有增加流體湍動作用的導流組件。

優選地，所述柱體的數量為2-500個。

優選地，所述導流組件包括與所述微反應通道固定連接的固定軸和串聯 在所述固定軸上的導流元件，所述導流元件朝向所述微反應通道進氣方向的一端為凸形。

優選地，所述導流元件為選自實心圓錐體、空心椎體、圓錐面、半球體、半球面、球體和球面中的至少一種。

優選地，所述實心圓錐體、空心椎體和圓錐面的底面直徑小于微反應通道的下側開口的直徑與上側開口的直徑中的較大者；所述半球體、半球面、球面和球體的球面直徑小于微反應通道的下側開口的直徑與上側開口的直徑中的較大者；相鄰兩個所述導流元件的間距不小于所述導流元件的高度。

優選地，每個所述導流組件包括3-100個所述導流元件。

優選地，所述微反應通道的內表面負載有催化活性組分。

優選地，所述微反應通道為選自錐形管、喇叭形管、Y形管和梯形管中的其中一種。

優選地，所述微反應通道的直徑在2-50毫米之間；所述微反應通道的上側開口的直徑與下側開口的直徑的比值為(0.04-25)：1；所述微反應通道的內部空間的總體積為所述軸向催化反應單元的體積的30％-90％。

優選地，所述軸向催化反應單元的底部與所述殼體的底部之間設置有隔熱材料區。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：