[發明專利]一種徑向反應器和使用該反應器的催化反應方法

在審

• 申請號: 202011439542.0
• 申請日: 2020-12-10
• 公開（公告）號: CN112604609A
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 王騰;張亞恒;孫清;趙陸海波;唐志永
• 申請（專利權）人: 上海睿碳能源科技有限公司
• 主分類號: B01J8/02
• 分類號: B01J8/02
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 江磊

本申請提供了一種徑向反應器，所述反應器包括內筒、換熱層、中筒、外殼和環隙，所述內筒和中筒的側壁各自具有多個開孔，所述換熱層中具有多個沿著徑向的反應氣通道，所述內筒在沿徑向的截面上的輪廓包括3至6個大型瓣狀部和0至6個小型瓣狀部，所述大型瓣狀部和小型瓣狀部的形狀均基于式I得到的圖形繪制。本申請還提供了使用所述徑向反應器進行催化反應的方法。

技術領域

本申請屬于化工設備裝置領域，具體涉及一種固定床催化反應器，特別是徑向反應器，該反應器包括具有特別優化的內筒側壁形狀和開孔形狀，能有效提高反應的反應速率，減小反應過程中的溫度梯度，具有較高的經濟效益。

背景技術

固定床反應器根據流動方式可分為軸向反應器和徑向反應器，相比軸向反應器，徑向反應器具有高徑比大，床層壓降小，反應物在催化劑床層停留時間短，操作費用低，生產能力高以及可大型化等優點，在石油化工，煉油等領域得到了廣泛的應用。在徑向反應器運作過程中，氣相反應物料從反應器中心流道穿過催化劑反應區進行反應，產物和未反應的物料在環隙流出。

但是，徑向反應器的缺陷在于其往往具有相對復雜的結構，其中流體的流動規律也相對復雜，徑向反應器的徑向流速的不均勻將會帶來催化劑的負荷不均，偏離最佳的操作條件，造成反應器操作惡化等問題；因此，在徑向反應器中對流體進行整流，使流體盡可能均勻地分布是徑向反應器設計的技術關鍵。

另外，在化學反應過程中經常會遇到強放熱反應，而目前徑向反應器在放熱強或是換熱面積小的區域內出現熱量積累從而導致反應器內的飛溫，由此會造成反應的轉化率下降，影響產物的正異比和選擇性，最嚴重的情況下甚至肯可能會導致極其嚴重的積碳和反應器故障。

因此，迄今為止，本領域已有的徑向反應器在實際化工生產中仍然存在傳熱效率低、徑向氣體反應不均勻以及流動不均等亟待解決的問題。針對上述問題，發明人開發了一種徑向反應器，通過對流道形狀進行優化，顯著地提高了徑向反應器的流動均勻性和反應過程中的溫度均勻性，并進一步提高了反應效率，由此解決了現有技術難以克服的上述問題。

發明內容

根據本申請的第一個方面，提供了一種徑向反應器，所述反應器按照徑向從內向外的順序包括內筒(1)、換熱層(3)、中筒(2)以及外殼(5)，在所述中筒(2)和外殼(5)之間設置有環隙(4)，所述內筒(1)為內部中空，具有第一內部空間，所述換熱層(3)為內部中空，具有第二內部空間，所述內筒(1)、換熱層(3)、中筒(2)、外殼(5)和環隙(4)在沿徑向的截面上具有中心對稱的形狀且共中心，所述內筒(1)和中筒(2)的側壁各自具有多個開孔，所述換熱層(3)中具有多個沿著徑向的反應氣通道；所述內筒(1)在沿徑向的截面上的輪廓包括3至6個大型瓣狀部和0至6個小型瓣狀部，所述大型瓣狀部和小型瓣狀部的形狀均基于式I得到的圖形繪制：

式I中L_i表示初始等邊三角形的邊長，L(n)表示基于初始等邊三角形繪制的三角形分形圖案中每條線段的長度，1n≤5。

根據本申請第一個方面的一個實施方式，所述內筒(1)和換熱層(3)之間包圍出第一外部空間，在所述換熱層(3)和中筒(2)之間包圍出第二外部空間，任選地所述內筒(1)自身包圍出第三外部空間，在所述第一外部空間、所述第二外部空間、換熱層的反應氣通道內和任選的第三外部空間中的至少一個填充有選自以下的至少一種材料：催化劑、填料、傳熱材料、固體或液體反應原料、固體或液體反應助劑。

根據本申請第一個方面的另一個實施方式，所述內筒(1)在沿徑向的截面上的輪廓包括6個大型瓣狀部和6個小型瓣狀部。

根據本申請第一個方面的另一個實施方式，所述內筒(1)的側壁的開孔率為15-50％。根據本申請第一個方面的另一個實施方式，所述中筒(2)的側壁的開孔率為18-50％。根據本申請第一個方面的另一個實施方式，換熱層(3)的反應氣通道在其側壁上所占面積比例為10-50％。