专利名称：绝热-冷激-管壳外冷组合式气固相固定床催化反应器的制作方法
绝热一冷激一管壳外冷组合式气固相固定床催化反应器技术领域：
本发明涉及化工反应设备技术领域，具体地说，是一种绝热一冷激一管 壳外冷组合式气固相固定床催化反应器。背景技术：
在甲醇合成、氨合成、 一氧化碳变换、有机化合物加氢、二甲醚合成、 液体燃料合成、环氧乙烷合成等可逆放热反应中，都使用固体颗粒催化剂，都存在热量对反应结果的影响以及催化剂回收利用的问题；在成规模的工业 化生产过程中，都需要应用固定床催化反应器。 在催化反应器技术领域，主要的技术有(l)英国ICI反应器该反应器为固定床四段绝热段间冷激式轴向流动反应器，其热量是通过 特殊设计的菱形分布器将冷激气喷入床层中间带走，床层多段连续，压降约为0.5 0.6Mpa;该反应器适和做成大型化反应器，也易于安装维修；但是， 该反应器催化床温度分布不甚理想，反应器的操作和温度的控制难度较大， 气体返混严重，转化率低，能量利用效率较低。(2) 德国Lurgi反应器该反应器为列管式反应器，管内填充催化剂，由管间沸水移去反应热， 副产蒸汽；用过热蒸汽驱动离心式压縮机，用背压低压蒸汽作甲醇蒸馏热源。 但是，该反应器催化床存在严重的壁效应，影响催化剂时空收率，且催化剂 容易被原料气中的毒物侵害而丧失活性，影响使用寿命。(3) 日本三菱瓦斯公司(MGC/MHI)反应器曰本三菱重工业株式会社(简称MHI)和三菱瓦斯株式会社(简称MGC)共同开发了一种新的甲醇合成技术，其甲醇合成反应器是一种立式双套管换 热器，在列管式反应器的催化管内加一根冷管，用以预热原料气，催化剂装 填在内外管的环隙。此外，我国在本技术领域也有适应我国目前生产状况的固定床催化反应 器技术，根据生产发展的需要，这些技术有进一步发展和改进的空间。
发明内容本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种化工生产中适合单系 列大型化发展需求的、能合理利用能量、副产中压蒸汽、且操作快捷方便的 绝热 一 冷激 一 管壳外冷组合式气固相固定床催化反应器。为实现上述目的，本发明采取的技术方案为一种绝热一冷激一管壳外冷组合式气固相固定床催化反应器，含有筒体、 上封头、绝热反应段、管壳外冷段和下封头，在上封头上设有气体入口和装 填催化剂的人孔，在管壳外冷段内设置有上管板、下管板、 一组换热管、换 热介质进口和换热介质出口，在下封头上设有气体出口、卸催化剂口，其特 征是，在绝热反应段设置有1 2个绝热层，绝热层后设有原料气体冷激，绝 热反应段的高度为反应器催化剂层总高度的5 30%;在管壳外冷段的一组换热管内填装催化剂，填装催化剂的高度为反应器催化剂层总高度的50 95%。 所述的原料气体冷激由冷激气分布器和冷激管构成，冷激气分布器为环形结构，在环形结构的下部分设有小孔；冷激管的上端固定设置在反应器上封头上，冷激管的下端连接在冷激气分布器上。所述的绝热层为一个绝热层设有一个原料气体冷激。 所述的原料气体冷激由一个冷激气分布器和一根冷激管构成。 所述的原料气体冷激由多个冷激气分布器和多根冷激管构成。 所述环形结构的冷激气分布器下部分小孔的直径为1 5毫米。 当可逆放热反应，如合成气制甲醇、合成氨反应、合成气制二甲醚、合成液体燃料等的反应气体进入反应器时，先通过由催化剂组成的绝热层，在 绝热层中随反应进行反应放热，使催化床层温度升高；反应后的气体与冷的 原料气进行热量交换，使反应气体温度降低到下一段反应的温度；催化床设 置绝热段，还可以吸附原料气体中对催化剂有害的气体，保证后面的催化剂 不受有害气体的影响，延长催化剂的使用寿命。在管壳外冷段催化床中，反 应气体在管内催化剂床层反应时所产生的反应热由壳程的介质冷却，该介质 可以是水，也可以是其它热介质；如果是水，应从反应器下部的换热介质进 口进入，吸收热量后形成中压蒸汽从反应器管壳外冷段上部的换热介质出口 排出；如该介质为其它热介质，应能产生相变，从反应器下部的换热介质进 口进入，吸收热量产生相变后从反应器管壳外冷段上部的换热介质出口排出。 本发明绝热一冷激一管壳外冷组合式气固相固定床催化反应器的积极效 果是(1) 是针对可逆放热反应的特点而提出的一种反应器组合形式，它充分 考虑了可逆放热反应的热效应，合理地布置催化剂，在反应器的上部设置绝 热层和原料气体冷激，既加大了催化剂的装填量，增加了产能，又能及时移 走反应热——反应器下部的管壳外冷结构通过壳程冷却介质移走反应热，保 证可逆放热反应在最佳温度范围内进行，同时副产中压蒸汽，充分合理地利 用了能量。(2) 在反应器上部的绝热反应段增加了绝热层，它可以过滤掉由反应气 体带入的微量的对催化剂有害的物质，从而延长了催化剂的使用寿命。(3) 反应器由绝热层、原料气体冷激和管壳外冷段的换热管组成，结构 简单，催化剂装卸方便，催化剂升温还原容易，催化床层温度调节简单，可 回收高位能反应热，副产蒸汽，适合大规模化工生产。
附图为本发明绝热一冷激一管壳外冷组合式气固相固定床催化反应器的结构示意图。图中的标号分别为1、气体入口， 2、第一绝热层，3、第一冷激气分布器，4、第二绝热层， 5、第二冷激气分布器，6、管壳段催化剂层，7、换热管，8、气体出口， 9、 卸催化剂口， 10、下封头，11、下管板，12、换热介质进口， 13、换热介质 出口， 14、上管板，15、筒体，16、上封头，17、人孔，18、第二冷激管， 19、第一冷激管。
具体实施方式以下通过附图给出本发明的具体实施方式
，但是，本发明不限于以下的 实施方式。一种绝热一冷激一管壳外冷组合式气固相固定床催化反应器，由筒体15、 上封头16、绝热反应段、管壳外冷段和下封头10构成，在上封头16上设有 气体入口1和人孔17，在反应器的下封头10上设有气体出口8、卸催化剂口 9。筒体15的内径为3. 8米，上部为绝热反应段，设有两个绝热层第一绝 热层2和第二绝热层4，第一绝热层2设置在第二绝热层4的上方；在第一绝 热层2后设有原料气体冷激，它由第一冷激气分布器3和第一冷激管19构成， 第一冷激气分布器3为环形结构，在环形结构的下部分设有小孔，小孔的直 径为1 5毫米，第一冷激气分布器3的下端连接着第一冷激管19，第一冷激 管19的上端固定连接在反应器的上封头16上，同时起到将第一冷激气分布 器3固定在第一绝热层2后面的作用；在第二绝热层4后设有原料气体冷激， 它由第二冷激气分布器5 (结构同第一冷激气分布器3)和第二冷激管18 (结 构同第一冷激管19)构成，第二冷激气分布器5的下端连接着第二冷激管18， 第二冷激管18的上端固定连接在反应器上封头16上，同时起到将第二冷激 气分布器5固定在第二绝热层4后面的作用；每个绝热层高度为1. 5米，绝热反应段的高度为反应器催化剂层总高度的5 30%，可装填34立方米催化剂。本发明的原料气体冷激可由一个冷激气分布器和一根冷激管构成，本发 明的原料气体冷激也可由多个冷激气分布器和多根冷激管构成。筒体15的下部为管壳外冷段，内径同样为3.8米，其内设有上管板14、 下管板11、 一组换热管7、换热介质进口 12和换热介质出口 13，在上管板 14和下管板ll之间焊接有一组直径为44mm、管壁厚2mm的换热管，在壳程 与换热管7之间通介质冷却，在换热管7内填装催化剂，填装催化剂的高度 为反应器催化剂层总高度的50 95%，可装填37立方米催化剂，整个反应器 总共可装填催化剂71立方米。由含量为74.64%氢气、含量为10.89%—氧化碳、含量为1.36%二氧化碳 以及少量的甲烷(CH4)、氮气(N2)、氩气(Ar)组成的合成气体进入反应器， 温度为189°C，压力为8.0Mpa，经过第一冷激气分布器3冷激后的反应温度 为20rC，经过第二冷激气分布器5冷激后的反应温度为209-C，进入管壳外 冷段后热点温度为235r，反应器气体出口8温度为232"C，进入反应器的气 体流量为725141 NmVh。本发明可生产甲醇51. 2万吨/年(按300天计算)， 产生中压蒸汽1.2吨/吨甲醇。在具体实施中，绝热 一冷激一管壳外冷组合式固定床催化反应器可以采 用多种组合形式，如绝热一冷激一绝热一冷激一管壳外冷的组合形式；或， 绝热一冷激一管壳外冷的组合形式；当绝热层很薄时，也可以是绝热一管壳 外冷的组合形式，不设冷激结构。
权利要求
1. 一种绝热-冷激-管壳外冷组合式气固相固定床催化反应器，含有筒体、上封头、绝热反应段、管壳外冷段和下封头，在上封头上设有气体入口和装填催化剂的人孔，在管壳外冷段内设置有上管板、下管板、一组换热管、换热介质进口和换热介质出口，在下封头上设有气体出口、卸催化剂口，其特征在于，在绝热反应段设置有1～2个绝热层，绝热层后设有原料气体冷激，绝热反应段的高度为反应器催化剂层总高度的5～30％；在管壳外冷段的一组换热管内填装催化剂，填装催化剂的高度为反应器催化剂层总高度的50～95％。
2、 根据权利要求l所述的绝热一冷激一管壳外冷组合式气固相固定床催 化反应器，其特征在于，所述的原料气体冷激由冷激气分布器和冷激管构成， 冷激气分布器为环形结构，在环形结构的下部分设有小孔；冷激管的上端固 定设置在反应器上封头上，冷激管的下端连接在冷激气分布器上。
3、 根据权利要求1所述的绝热一冷激一管壳外冷组合式气固相固定床催 化反应器，其特征在于，所述的绝热层为一个绝热层设有一个原料气体冷激。
4、 根据权利要求l、或2所述的绝热一冷激一管壳外冷组合式气固相固 定床催化反应器，其特征在于，所述的原料气体冷激由一个冷激气分布器和 一根冷激管构成。
5、 根据权利要求l、或2所述的绝热一冷激一管壳外冷组合式气固相固 定床催化反应器，其特征在于，所述的原料气体冷激由多个冷激气分布器和 多根冷激管构成。
6、 根据权利要求2所述的绝热一冷激一管壳外冷组合式气固相固定床催化反应器，其特征在于，所述环形结构的冷^:气分布器下部分小孔的直径为 1 5毫米。
全文摘要
一种绝热—冷激—管壳外冷组合式气固相固定床催化反应器，含有设有气体入口和人孔的上封头，设有上管板、下管板、一组换热管、换热介质进口、换热介质出口的管壳外冷段，设有气体出口、卸催化剂口的下封头，其特征是，在绝热反应段设有两个绝热层，绝热层后设有由冷激气分布器和冷激管构成原料气体冷激，绝热反应段高度为反应器催化剂层总高度的5～30％；在换热管内填装催化剂，填装的高度为反应器催化剂层总高度的50～95％。本发明的优点是是针对可逆放热反应的特点而专门设计的，反应器结构简单，催化剂装卸方便，催化剂升温还原容易，催化床层温度调节简单，可回收高位能反应热，副产蒸汽，非常适合大规模化工生产。
文档编号B01J8/02GK101249406SQ20081003578
公开日2008年8月27日 申请日期2008年4月9日 优先权日2008年4月9日
发明者应卫勇, 张海涛, 房鼎业, 进 蔡, 马宏方 申请人:华东理工大学