[發(fā)明專利]一種適用于強(qiáng)放熱體積減小的催化反應(yīng)器

有效

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• 申請日: 2018-05-04
• 公開（公告）號: CN108554321B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 許光文;石磊;韓振南;李盼盼
• 申請（專利權(quán)）人: 沈陽化工大學(xué)
• 主分類號: B01J8/02
• 分類號: B01J8/02;B01J8/04
• 代理公司: 沈陽技聯(lián)專利代理有限公司 21205
• 代理人: 張志剛

一種適用于強(qiáng)放熱體積減小的催化反應(yīng)器，涉及一種催化反應(yīng)器，所述反應(yīng)器軸心呈U形結(jié)構(gòu)，U形軸心為內(nèi)氣筒（7），內(nèi)氣筒（7）四周，從內(nèi)向外對稱的設(shè)置有催化劑床層Ⅰ（6）、催化劑床層Ⅱ（5）、催化劑床層Ⅲ（3）、氣體分布筒（2）、外氣筒（1）；與外氣筒（1）相通的外部設(shè)有進(jìn)氣口（4）；催化劑床層Ⅲ（3）中設(shè)有換熱管（8）；反應(yīng)原料氣沿反應(yīng)器四周進(jìn)入催化劑床層、從反應(yīng)器中心排出，匹配氣體體積與流路通道面積的變化；調(diào)控不同徑向位置發(fā)生的反應(yīng)量；匹配催化劑的梯度裝填，催化劑床層內(nèi)梯度移熱管束，平衡床層反應(yīng)熱與換熱管束移熱完成。本發(fā)明反應(yīng)器尤其適合強(qiáng)放熱體積減小反應(yīng)實(shí)現(xiàn)床層氣體流速、床層溫度等的均勻化的場所。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種催化反應(yīng)器，特別是涉及一種適用于強(qiáng)放熱體積減小的催化反應(yīng)器。

背景技術(shù)

固定床反應(yīng)器廣泛應(yīng)用于化工領(lǐng)域的氣-固相催化反應(yīng)過程中，對于強(qiáng)放熱，體積減小的反應(yīng)如費(fèi)托合成，合成氨，甲烷化等，傳統(tǒng)的固定床反應(yīng)器由于有限的傳熱性能導(dǎo)致催化劑床層中軸-徑向存在一定的溫差，進(jìn)而導(dǎo)致催化劑床層中形成局部熱點(diǎn)或催化劑床層飛溫，引起催化劑燒結(jié)甚至失活。此外，傳統(tǒng)的固定床反應(yīng)設(shè)計還存在反應(yīng)氣穿過催化劑床層時壓降大的缺點(diǎn)。

而工業(yè)上現(xiàn)用的列管式反應(yīng)器在管束內(nèi)裝填催化劑、管外是冷卻介質(zhì)。反應(yīng)生成的熱量一部分由反應(yīng)物料帶走,大部分由反應(yīng)器列管外的換熱介質(zhì)帶走。相比于傳統(tǒng)固定床甲烷化反應(yīng)器，列管式反應(yīng)器傳熱性能得到提升，但是存在著氣體在反應(yīng)器列管中分布不均、局部集中或氣體死區(qū)的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響反應(yīng)器的處理效果和反應(yīng)效率。由于強(qiáng)放熱反應(yīng)過程中產(chǎn)生的熱量比較大，反應(yīng)器列管中的氣量分配不均可能導(dǎo)致列管溫差過大，進(jìn)而發(fā)生爆管。此外，現(xiàn)用的列管式反應(yīng)器還存在著催化劑裝填少、床層阻力高，熱應(yīng)力消除不徹底等問題。

現(xiàn)有列管式徑向反應(yīng)器，換熱介質(zhì)走管程，催化劑裝填在換熱管之間，大大提升了催化劑的裝填量，也在一定程度上消除了熱應(yīng)力，減小了反應(yīng)氣的壓力降，但是催化劑裝填形式單一，無法良好的控制催化劑床層內(nèi)不同徑向位置的反應(yīng)量，對于強(qiáng)放熱反應(yīng)難以實(shí)現(xiàn)床層溫度的均勻化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種適用于強(qiáng)放熱體積減小的催化反應(yīng)器，本發(fā)明解決了強(qiáng)放熱體積減小催化反應(yīng)過程中原料氣穿過催化劑床層壓力降大、反應(yīng)熱移出慢以及催化劑床層溫差大問題，提供一種適用于強(qiáng)放熱體積減小催化反應(yīng)的徑向反應(yīng)器。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種適用于強(qiáng)放熱體積減小的催化反應(yīng)器，包括外氣筒、氣體分布筒、催化劑床層、進(jìn)氣口、內(nèi)氣筒、換熱管，所述反應(yīng)器軸心呈U形結(jié)構(gòu)，U形軸心為內(nèi)氣筒，內(nèi)氣筒四周，從內(nèi)向外對稱的設(shè)置有催化劑床層Ⅰ、催化劑床層Ⅱ、催化劑床層Ⅲ、氣體分布筒、外氣筒；與外氣筒相通的外部設(shè)有進(jìn)氣口；催化劑床層Ⅲ中設(shè)有換熱管；

所述催化反應(yīng)器的流程如下：

反應(yīng)原料氣沿反應(yīng)器四周進(jìn)入催化劑床層、從反應(yīng)器中心排出，匹配氣體體積與流路通道面積的變化；沿徑向梯度裝填不同活性的催化劑或催化劑與惰性載體的混合物，調(diào)控不同徑向位置發(fā)生的反應(yīng)量；匹配催化劑的梯度裝填，催化劑床層內(nèi)梯度移熱管束，平衡床層反應(yīng)熱與換熱管束移熱完成。

所述的一種適用于強(qiáng)放熱體積減小的催化反應(yīng)器，所述流程中催化劑床層四周設(shè)置反應(yīng)氣均勻進(jìn)入不同高度催化劑床層的分布器，該分布器對反應(yīng)氣進(jìn)入催化劑床層的阻力大于反應(yīng)氣在反應(yīng)器四周通道內(nèi)流向不同高度處的流動阻力；催化劑床層中心通道四周設(shè)置氣體流通阻力盡可能小的產(chǎn)品氣均勻流出催化劑床層的分布器。

所述的一種適用于強(qiáng)放熱體積減小的催化反應(yīng)器，所述流程中催化劑的梯度裝填通過沿徑向?qū)⒎磻?yīng)器分成兩個及兩個以上區(qū)域，匹配反應(yīng)速度在每個區(qū)域裝填不同活性催化劑或催化劑與惰性載體的混合物。