[发明专利]副产蒸汽的组合式轴向流动气固相固定床催化反应器

说明书

【技术领域】

本发明涉及化工反应设备技术领域，具体地说，是一种副产蒸汽的组合式轴向流动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；在大规模的工业化生产过程中，都需要应用固定床催化反应器。

目前，与本发明相关的技术主要有：

(1)Linde反应器

与德国的列管式Lurgi反应器相比，Linde反应器在装填催化剂时，是将催化剂装填在换热管的管间，而换热管内采用锅炉水来移走反应热，实现等温操作。由于Linde反应器的换热管采用的是螺旋盘管的形式，使加工制造较为复杂，设备费用较高。

(2)Casale反应器

Casale公司开发出了适用于放热和吸热非均相反应的带板式换热元件的催化反应器，并应用于甲醇生产。该反应器是一种水冷反应器，催化剂装填在壳程，换热元件内走水；换热元件为一种板式换热器；该反应器可利用原有的反应器的外壳，改造原反应器的内部器件，使得在设备上的投资减少；但其不足之处是该反应器的换热元件比较复杂。

【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、合理利用能量、且操作快捷方便的副产蒸汽的组合式轴向流动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：

一种副产蒸汽的组合式轴向流动气固相固定床催化反应器，含有筒体、上封头、绝热反应段、管内水冷段和下封头，在上封头上设有气体入口和人孔，在下封头上设有卸催化剂口和气体出口，其特征是，在绝热反应段设置有1～2个绝热层，每个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％；在管内水冷段设有换热介质集合管、管内水冷段催化床、换热管、换热介质分布管、下托板，换热管连接在换热介质集合管与换热介质分布管之间，换热介质分布管上连接着冷却介质入口的上端、冷却介质入口的下端固定设置在下封头上；换热介质集合管上连接着冷却介质出口的下端，冷却介质出口的上端固定设置在上封头上；在换热管内通冷却介质，催化剂装填在换热管之间，装填的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；冷激管的下端连接在冷激气分布器上，冷激管的上端固定设置在反应器上封头上。

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。

所述的换热介质集合管为环形管，管上连接有换热管的上端和冷却介质出口的下端。

所述的换热介质分布管为环形管，管上连接有换热管的下端和冷却介质入口的上端。

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、合成液体燃料等的反应气体轴向进入反应器时，先通过上述由工业粒度催化剂组成的绝热层，经绝热反应后的气体再经原料气体冷激，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反应温度；在反应器的上部分设置绝热层，可吸附反应气体中对催化剂有害有毒的气体，保证反应器下部的催化剂不受有害有毒气体的影响，延长催化剂的使用寿命。

当反应气体轴向流经管内水冷段催化剂层时所产生的反应热由换热管内的介质冷却移走，该介质可以是水，也可以是其它热介质；如果是水，应从反应器下部的冷却介质入口进入，吸收热量后形成中压蒸汽从反应器上部的冷却介质出口排出；该介质如果是其他热介质，应能产生相变，从反应器下部的冷却介质入口进入，吸收热量产生相变后从反应器上部的冷却介质出口排出。在某些情况下，也可以从反应器上部的冷却介质出口进入，从反应器下部的冷却介质入口排出。

本发明副产蒸汽的组合式轴向流动气固相固定床催化反应器的效果是：