[實用新型]一種適用于強(qiáng)放熱反應(yīng)的列管式固定床反應(yīng)器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201721694674.1
• 申請日: 2017-12-08
• 公開（公告）號: CN207756118U
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李德寶;劉巖;賈麗濤;侯博;馬中義;夏銘
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所
• 主分類號: B01J8/06
• 分類號: B01J8/06
• 代理公司: 太原市科瑞達(dá)專利代理有限公司 14101
• 代理人: 劉寶賢

一種適用于強(qiáng)放熱反應(yīng)的列管式固定床反應(yīng)器包括反應(yīng)器殼體（7）、上封頭（2）、下封頭（12）、上管板（3）、下管板（11）、進(jìn)料口（1）、出料口（13）、冷卻介質(zhì)入口（14）、冷卻介質(zhì)出口（4）、固定在上下管板之間若干根反應(yīng)列管，每根反應(yīng)列管由上段列管（5）、中段列管（8）、下段列管（10）三段組成，三段列管的直徑由上至下逐漸增大。本實用新型具有管程與殼程的傳熱效果好，反應(yīng)器徑向和軸向溫度梯度小，床層利用率高，產(chǎn)能得到大幅提高的優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種適用于強(qiáng)放熱反應(yīng)的列管式固定床反應(yīng)器。

背景技術(shù)

固定床反應(yīng)器在化學(xué)工業(yè)以及石油工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。甲醇制汽油、甲醇制丙稀、蒸汽重整、甲醇合成、費托合成等反應(yīng)過程通常都在固定床反應(yīng)器中進(jìn)行。這些過程都是強(qiáng)放熱過程，控制反應(yīng)溫度是維持較高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率以及選擇性的關(guān)鍵，反應(yīng)過程中生成的熱量需要及時從床層中移除，因而反應(yīng)器選型、設(shè)計以及監(jiān)控對這些過程至關(guān)重要。

列管式固定床反應(yīng)器通過多根反應(yīng)管并聯(lián)，在管內(nèi)裝填催化劑進(jìn)行反應(yīng)，冷卻介質(zhì)在管外流動進(jìn)行移熱，列管式固定床反應(yīng)器相對于普通固定床反應(yīng)器傳熱面積更大，更加適合放熱量大的反應(yīng)過程。然而，一些放熱量大的化學(xué)反應(yīng)在不適當(dāng)工藝操作條件下，仍容易產(chǎn)生溫度失控現(xiàn)象（“飛溫”），其后果往往是災(zāi)難性的。

設(shè)計和操作在列管反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行強(qiáng)放熱反應(yīng)時，避免“飛溫”現(xiàn)象發(fā)生是需要考慮的關(guān)鍵問題之一。反應(yīng)器的速率和效率將受到嚴(yán)格限制，反應(yīng)工藝條件必須控制在防止出現(xiàn)“熱點”溫度、產(chǎn)生飛溫、影響催化劑的活性和壽命的范圍內(nèi)，特別是在反應(yīng)器筒體直徑較大情況下，反應(yīng)器熱點徑向溫差會迅速增大。因此設(shè)計新型高效換熱列管反應(yīng)器，降低床層“熱點”，拓寬反應(yīng)穩(wěn)定溫區(qū)，對提高列管式固定床反應(yīng)器的生產(chǎn)能力、反應(yīng)效率，進(jìn)一步節(jié)約能源，提高經(jīng)濟(jì)效益有著重要意義。

列管式固定床反應(yīng)器管束之間的溫度控制取決于管間流動的熱載體的分布均勻度，因此如何保證管間充分均勻的熱傳遞，解決冷卻介質(zhì)在列管式固定床反應(yīng)器管間流動不均引起的換熱問題，是列管式固定床反應(yīng)器需要解決的關(guān)鍵技術(shù)。

專利CN 1736574A將每只反應(yīng)管采用套管結(jié)構(gòu)，在套管間隙中裝填催化劑形成催化劑床層，冷卻介質(zhì)同時流過內(nèi)管管程和反應(yīng)器殼程，增加列管式固定床反應(yīng)的換熱面積，同時縮短傳熱路徑，使得反應(yīng)溫度軸徑向均勻。這種方法通過增加管束來增加傳熱面積確實能夠強(qiáng)化傳熱效果，但是會帶來加工方面的困難，且大大影響催化劑的有效裝填量。

專利US 3801634、JP53-30688B及JP在催化劑床層用惰性顆粒分段稀釋催化劑（采用不同稀釋比例），以控制催化活性和反應(yīng)速率，消除熱點。這種方法一方面增加了催化劑床層高度，減少了整個裝置的產(chǎn)能，另一方面造成整個催化劑床層在物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)的不一樣，使得傳質(zhì)傳熱出現(xiàn)明顯的不連續(xù)和不穩(wěn)定現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型目的是提供一種能克服床層溫度的不均勻分布的適用于強(qiáng)放熱反應(yīng)的列管式固定床反應(yīng)器。

本實用新型是基于化學(xué)反應(yīng)的放熱與床層溫度的關(guān)系是非線性的，而應(yīng)用于移熱過程的冷卻規(guī)律是線性的，兩者結(jié)合使得固定床反應(yīng)器中的床層溫度呈現(xiàn)非線性分布，具體表現(xiàn)為床層中上段容易出現(xiàn)“熱點”溫度和多態(tài)行為。根據(jù)放熱反應(yīng)特性，通過不同段反應(yīng)器催化劑裝填量不同，并保持催化劑床層物理結(jié)構(gòu)、化學(xué)性質(zhì)的一致性，使得列管反應(yīng)器中的反應(yīng)放熱與床層溫度呈非線性分布，最終實現(xiàn)床溫溫度的均一性。