[發明專利]一種模塊化控溫反應器

在審

• 申請號: 201710320469.7
• 申請日: 2017-05-09
• 公開（公告）號: CN108854861A
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發明（設計）人: 余圣嬰;李鳳清;劉英民;倪昊尹;徐月亭
• 申請（專利權）人: 德艾柯工程技術（上海）有限公司
• 主分類號: B01J8/02
• 分類號: B01J8/02
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 胡彬

本發明涉及化學反應裝置技術領域，尤其涉及一種模塊化控溫反應器。包括：反應腔室，反應腔室內設置有至少一個模塊化的換熱單元，換熱單元中設有氣體環隙分布筒中心筒，換熱單元的外部設有氣體環隙分布筒，反應腔室還連通有原料氣進口、反應氣出口、至少一個換熱介質進口和至少一個與換熱介質進口相對應的換熱介質出口，原料氣進口和反應氣出口這兩者中的其中一個與氣體環隙分布筒連通，另一個與中心筒相連通，換熱介質進口和換熱介質出口與換熱單元連通，換熱單元包括圍繞中心筒分布的多個可相互拼接且獨立拆卸的控溫反應模塊。針對不同放熱或吸熱反應，換熱單元可以分別裝填相同或不同量甚至不同種類的催化劑，實現多種反應的集成。

技術領域

本發明涉及化學反應裝置技術領域，尤其涉及一種模塊化控溫反應器。

背景技術

多數化學反應過程往往伴隨放熱或吸熱現象，如CO變換、合成氣制甲烷、合成甲醇、合成二甲醚、二甲醚制乙醇、醇制烯烴、合成氨及加氫反應等等。隨著人們對化學反應熱力學和動力學的研究，絕熱式反應器由于其溫升高，催化劑易失活，導致反應選擇性下降，轉化率低，同時由于催化劑耐溫區間較小，絕熱反應需要多臺反應器與多臺換熱器串聯，導致整個工藝流程復雜、壓降過大及投資高等問題，已逐漸被等溫反應所取代。

現有的等溫反應工藝中，通常采用列管式反應器或板式反應器兩種不同形式。如CN102059078A提出了《一種等溫徑向變換反應器》，將固定管板式換熱器集成在等溫反應器中。換熱裝置包括多根換熱管和位于換熱管兩端的上管板和下管板，在兩塊管板之間有一桶狀的配流管，催化劑分布于管板和配流管內的空間中。原料氣經過頂部的入口進入反應器，進入配流管與反應器外殼組成的配流環隙空間，通過配流管徑向進入催化劑床層，然后由中心管出反應器。反應熱由分布于催化劑床層中的換熱管移出反應器。該設計解決了反應床層溫度過高的問題。

CN101304803A提出了《等溫化學反應器》，采用了徑向板式反應器形式，包括圓柱形殼體,長側與圓柱形外殼的軸平行且短側與殼垂直延伸的板片。換熱板片以等角度扇形排布形成一個個從中心筒向殼體延伸的等體積催化劑床層。

在具體應用中，等溫反應器通常采用列管式反應器，但是換熱管的傳熱系數不高，需要較多的換熱面積，反應器體積大；催化劑多數裝填在換熱管內，一個反應器內換熱管數量有成千上萬根，催化劑裝卸工作量大，檢漏維修等較為復雜；即使催化劑裝填于殼體內，由于上下管板的存在，催化劑的裝填仍然復雜繁瑣；尤其是需要實現高產能和單臺設備高產量時，列管式反應器往往面臨壓降大、熱點高以及體積大等問題。

采用徑向列管式反應器雖然可以解決壓降大、能耗高的問題，但同時也存在以下問題：管板導致催化劑裝卸困難，且管板結構不適合現場焊接，在運輸上存在尺寸限制；采用管箱或環管結構，換熱管需特殊彎制，工序繁多，加工難度大；管束支撐設置困難；列管有管徑和管心距等要求，使得移熱組件占比總反應器空間小，且在劇烈放熱或吸熱區域，換熱面積及換熱能力不足，容易導致飛溫或反應驟停，在反應放熱量小或吸熱量少的區域，換熱面積大量富余，導致反應器體積增加，成本增加。

板式等溫反應器雖然避免了列管式徑向反應器的某些缺點，但同時也存在弊端，比如由于徑向板式結構中，板呈徑向發散形式，這樣就導致在靠近中心管處的板片比催化劑外圍床層處密集，造成換熱效果不均勻。另外，考慮到催化劑活性，需要同時兼顧熱點溫度或最低溫度和出口溫度，往往板對間角度較小，造成靠近中心筒處的板對太過密集，換熱面積大量富余；且裝填催化劑時，易造成搭橋阻塞；換熱介質進出支管設置緊密，且管徑受限，不能滿足換熱介質流量大的情況

除此之外，如圖1所示，不同反應的放熱或吸熱過程各有不同，其熱點溫度出現的位置各有不同，單一的排列形式難以適用，難免會在放熱最強或吸熱最強而換熱面積不足的地方出現溫度積累或溫度降低，造成局部溫度過高或溫度不足和局部催化劑結焦失活或未達到起活溫度，從而影響反應的選擇性及反應速度，更有可能使反應器處于失穩狀態，出現飛溫或反應驟停等。

發明內容