[实用新型]轴向流固定床气固催化反应器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种轴向流固定床气固催化反应器，特别是关于一种可用于草酸酯加氢生产乙二醇催化反应的轴向流固定床气固催化反应器。

背景技术

众所周知，工业化学反应器的设计包含对其内部发生的化学反应和流体流动两个方面的认识。前者是化学问题，后者则属于工程问题。这两个方面密切联系，相互影响。良好的流体流动是化学反应得以顺利进行的保证。

轴向流固定床气固催化反应器是常见的工业气/固催化反应器型式之一。它沿轴向通常由进口气体预分布器、均化空间、固定床层(包括催化剂床层和惰性填料层)及出口气体收集段等区段组成。具有床层内流体的流动接近活塞流，结构简单、操作方便，投资费用低，床层中催化剂机械磨损小等特点。

轴向流固定床气固催化反应器性能优劣的重要标志之一，是催化剂床层中各部位的催化剂能否获得均匀利用。一台设计不良的轴向流固定床气固催化反应器，会由于气流分布不均匀，使催化剂床层中出现死区和短路，致使一部分催化剂超负荷而过早失活，另一部分催化剂却几乎不起作用，从而导致反应器内整个反应过程恶化，反应器性能下降。

多年来，工业固定床气/固催化反应器的流体力学行为一直受到研究者们的重视。早期，由于工厂规模较小，反应器直径不大，流体均布问题并不突出，人们的注意力集中于牵涉到风机选型和动力消耗的固定床层压力降之估算。近年来，随着石油化学工业的发展和规模的扩大，工厂单线生产能力日趋大型化，大直径轴向流固定床气固催化反应器的气流均布问题日显突出，并受到重视。国内外研究者对轴向流固定床气固催化反应器的进口气体预分布器和惰性填料层等的均布作用进行了研究。提出各种型式的进口气体预分布器。美国Howard F.Rase所著《化学反应器设计》(中译本，化学工业出版社，1982年12月)第一卷(原理与方法)第190页表7-2罗列了若干进口气体预分布器型式，诸如平板形单级挡板、多级挡板(包括盘-环式、同心圆锥式等)、径向扩散器(包括平板扩散器、叶片扩散器及锥形百叶窗等)、筛网、多孔板、条形锐边筛板及惰性填料层等。这些用来改善进口气流分布状况的反应器内置构件在各自的特定条件下是有效的，起到了把进口气体流束沿反应器径向分散开来的作用，克服了流入反应器进料口的高速喷射气流束直接冲击催化剂床层，使催化剂床层中央形成凹坑(空穴)的弊病，在反应器内沿径向截面形成不同均匀程度的轴向速度分布。在反应器内置构件中，最重要的是进口气体预分布器。如在小直径的反应器中，在反应器入口管的出口端设置一个单级挡板气体预分布器就可以满足催化剂床层内气体均匀分布的要求，但对于大直径反应器，其反应器进口处设置的气体预分布器要求比较高，单级挡板气体预分布器很难满足催化剂床层内气流均匀分布的要求，还必须通过较厚的上部惰性填料层来消除床层内的气流不均匀分布，造成反应器压降损失较大。

专利CN2675241公开了一种应用于轴向流固定床气固催化反应器的圆锥形单级挡板气体预分布器，相对于《化学反应器设计》一书中所述的单级挡板气体预分布器，虽在一定程度上改善了催化剂床层内气流均匀分布的程度，但在圆锥形单级挡板周边和底部仍存在一定的回流现象，仍需较厚的上部惰性填料层来消除床层内的气流不均匀分布，反应器压降损失较大.

专利CN2075277公开了一种组合式流速均布器，同《化学反应器设计》一书中所述的多级挡板气体预分布器一样，应用于轴向流固定床气固催化反应器时，虽然催化剂床层内的气流分布相对比较均匀，但均存在着气体预分布器的结构复杂，反应器压降损失大的缺点。

虽然每种型式的进口气体预分布器一般都曾有人对其进行过专门的测试研究，但这类研究大多是针对进口气体预分布器构件本身进行的，而结合整个反应器进行的测试研究则很少。即使结合某一具体反应器进行的研究，因条件不同，它所总结的规律也难以推广应用于其它反应器。

图1所示的是典型轴向流固定床气固催化反应器，它内部自上而下包括进料口、气体预分布器、上部均化空间、上部惰性填料层、催化剂床层、下部惰性填料层、支撑筛板、下部均化空间和出料口等区段。这些区段密切联系，相互影响，并且都围绕一个共同的目标——在低能量消耗的情况下，实现反应物气流均匀分布于催化剂床层的各个截面上，使全部催化剂都能获得均匀而充分的利用。但在实际操作过程中，往往存在反应物气流分布不均匀，催化剂不能均匀而充分地被利用，以及压降损失大的问题。

发明内容