[發(fā)明專利]一種等溫反應(yīng)器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610342292.6
• 申請(qǐng)日: 2016-05-20
• 公開（公告）號(hào): CN107398238A
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張旭;戴文松;蔣榮興
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國石化工程建設(shè)有限公司;中石化煉化工程（集團(tuán)）股份有限公司
• 主分類號(hào): B01J8/02
• 分類號(hào): B01J8/02;B01J19/00
• 代理公司: 北京英創(chuàng)嘉友知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11447
• 代理人: 周建秋,王浩然

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種等溫反應(yīng)器。

背景技術(shù)

固定床反應(yīng)器主要有兩種類型，一種是軸向固定床反應(yīng)器，另一種是徑向固定床反應(yīng)器。軸向固定床反應(yīng)器設(shè)計(jì)、加工過程相對(duì)容易、操作簡單，但存在反應(yīng)器設(shè)備尺寸龐大、床層壓降大、容易出現(xiàn)局部飛溫、移熱緩慢、轉(zhuǎn)化率低、放大效應(yīng)明顯等問題。徑向床反應(yīng)器高徑比較大、床層壓降小、反應(yīng)物在催化劑床層停留時(shí)間短，但很難實(shí)現(xiàn)反應(yīng)物在徑向上的均勻分布、單位催化劑床層的生產(chǎn)強(qiáng)度較低。

為了克服傳統(tǒng)化工中存在傳熱、傳質(zhì)效率低的問題，二十世紀(jì)八九十年代興起了微化工技術(shù)。微反應(yīng)器作為微化工技術(shù)的核心組成部分，它是以毫米、微米為量級(jí)的化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)。一方面微反應(yīng)器具有微尺度化、較大的比表面、擴(kuò)散距離短、停留時(shí)間短、阻力小等特點(diǎn)，其傳質(zhì)、傳熱和反應(yīng)效果較普通反應(yīng)器高1～3數(shù)量級(jí)；另一方面，可以根據(jù)實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)能力要求，通過具有功能化的微反應(yīng)器模塊集成以及數(shù)量的增減達(dá)到控制和調(diào)節(jié)生產(chǎn)，有利于實(shí)現(xiàn)設(shè)備的最大利用效率，同時(shí)縮短設(shè)備的加工時(shí)間。

近年來，微通道反應(yīng)器在氣固相催化反應(yīng)、液固相催化反應(yīng)中受到越來越多的關(guān)注。公告號(hào)為CN202893334U的中國專利公開了一種微通道反應(yīng)器，該微通道反應(yīng)器采用鈦合金板式結(jié)構(gòu)，每個(gè)鈦合金冷卻蓋板內(nèi)設(shè)置有冷卻倉和反應(yīng)倉，該微通道反應(yīng)器能夠承受高壓和抗蝕性，不足之處在于反應(yīng)物在反應(yīng)倉內(nèi)停留時(shí)間短，生產(chǎn)效率較低。公告號(hào)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(yīng)器，該反應(yīng)器將微反應(yīng)通道固定在反應(yīng)器中部的支撐板上，難以消除熱脹冷縮產(chǎn)生的應(yīng)力。公告號(hào)為CN102151531A的中國專利公開了一種甲烷化反應(yīng)器及其合成氣完全甲烷化的方法，該微反應(yīng)器由若干反應(yīng)通道和移熱通道交替平行排布，反應(yīng)器的壓降較大，同時(shí)難以承受高壓。公告號(hào)為CN204841617U、CN204816459U的中國專利，將甲烷化反應(yīng)器運(yùn)用于煤制SNG甲烷化工藝，目標(biāo)產(chǎn)物具有較高的選擇性，不足之處在于原料氣在該類反應(yīng)器的停留時(shí)間較短，造成原料轉(zhuǎn)化率偏低。

因此，減小反應(yīng)器的設(shè)備尺寸、降低壓降損失，避免原料在催化劑床層中出現(xiàn)的溝流和短路現(xiàn)象，提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化效率，充分延長反應(yīng)器的使用壽命，滿足反應(yīng)器大型化的需求是目前亟待解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種等溫反應(yīng)器，該反應(yīng)器催化劑活性組分使用量少、壓降低、產(chǎn)物停留時(shí)間短、原料轉(zhuǎn)化率高、無氣體偏流和床層飛溫現(xiàn)象。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種等溫反應(yīng)器，其特征在于：該反應(yīng)器包括徑向圓筒形密封承壓殼體、從所述殼體頂部伸入到殼體內(nèi)部的1#管、從所述殼體底部伸入到殼體內(nèi)部的2#管、設(shè)置在所述殼體內(nèi)所述1#管下方所述2#管上方的催化反應(yīng)區(qū)、以及用于與所述催化反應(yīng)區(qū)換熱的換熱設(shè)備；所述催化反應(yīng)區(qū)包括至少一個(gè)柱體，所述柱體與所述殼體同軸，且所述柱體的外側(cè)面與所述殼體的內(nèi)側(cè)面相抵觸或相重合；相鄰兩個(gè)柱體之間、最下方的柱體與殼體的底面之間形成有空隙；每一個(gè)所述柱體內(nèi)設(shè)置有多個(gè)軸向穿過所述柱體的微反應(yīng)通道，所述1#管與最上面的空隙之間以及相鄰兩個(gè)空隙之間僅通過微反應(yīng)通道流體連通，最下方的空隙與所述2#管流體連通；所述微反應(yīng)通道內(nèi)設(shè)置有增加流體湍動(dòng)作用的導(dǎo)流組件。

優(yōu)選地，每一個(gè)所述柱體中由該柱體的各內(nèi)壁及各微反應(yīng)通道的外壁共同形成有一個(gè)柱體腔室；所述換熱設(shè)備包括在對(duì)應(yīng)于每一個(gè)柱體的側(cè)面的所述殼體上設(shè)置的至少一對(duì)相互遠(yuǎn)離的換熱介質(zhì)入口和換熱介質(zhì)出口，所述換熱介質(zhì)入口通過所述柱體腔室與所述換熱介質(zhì)出口流體連通。

優(yōu)選地，所述取熱設(shè)備包括在對(duì)應(yīng)于每一個(gè)所述空隙的側(cè)面的所述殼體上設(shè)置的至少一對(duì)相互遠(yuǎn)離的換熱介質(zhì)入口、換熱介質(zhì)出口和穿過空隙的熱交換組件，所述換熱介質(zhì)入口通過所述熱交換組件與所述換熱介質(zhì)出口流體連通，所述熱交換組件為選自筒狀繞制管線、環(huán)狀繞制管線、盤狀繞制管線和換熱板中的至少一種。

優(yōu)選地，所述柱體的數(shù)量為2-500個(gè)。

優(yōu)選地，所述導(dǎo)流組件包括與所述微反應(yīng)通道固定連接的固定軸和串聯(lián)在所述固定軸上的導(dǎo)流元件，所述導(dǎo)流元件朝向所述微反應(yīng)通道進(jìn)氣方向的一端為凸形。

優(yōu)選地，所述導(dǎo)流元件為選自實(shí)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(yōu)選地，所述實(shí)心圓錐體、空心椎體和圓錐面的底面直徑小于微反應(yīng)通道的下側(cè)開口的直徑與上側(cè)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(yīng)通道的下側(cè)開口的直徑與上側(cè)開口的直徑中的較大者；相鄰兩個(gè)所述導(dǎo)流元件的間距不小于所述導(dǎo)流元件的高度。