[发明专利]一种气固轴径向二维流反应器

说明书

本发明提供一种气固轴径向二维流反应器，所述气固轴径向二维流反应器至少包括：外壳筒体、外多孔分布筒、内多孔分布筒、多层分形几何结构通道；所述外多孔分布筒和所述内多孔分布筒同轴设置于所述外壳筒体内，且所述外多孔分布筒的侧壁和所述内多孔分布筒的侧壁之间形成催化反应区；所述分形几何结构通道设置于所述催化反应区中，且所述分形几何结构通道与所述内多孔分布筒连通；所述分形几何结构通道表面设有多个孔体。本发明通过所述多层分形几何结构通道，可以使反应气沿床层分布更加均匀，从而改进气固两相间的反应效率，提高反应产物选择性及床层的热稳定性，同时内多孔分布筒的控制压降更小，降低了操作过程的能耗，有利于减少成本。

技术领域

本发明属于化工设备装置领域，涉及一种气固轴径向二维流反应器，特别是涉及一种具有分形结构以促进流体沿床层均匀分布的轴径向二维流固定床反应器。

背景技术

在化学工业和石油化工中，固定床反应器是一种最广泛应用的核心装置，主要包括轴向反应器和径向反应器两种型式。轴向反应器设计加工相对简单，但设备尺寸大、床层压降大，容易出现局部飞温及转化率低等问题；径向反应器具有床层压降小、空速大、生产能力高、可使用小颗粒催化剂、易于大型化等优点，但由于流体流道截面积大，催化剂床层一般很薄，存在着流体沿轴向分布不均匀问题。

反应气均布与否，直接影响到床层的温度与浓度分布，进而影响反应转化率、产物选择性及床层热稳定性。以往设计中通常采用控制分布筒开孔率，以增加开孔压降的方式来实现流体的均布。开孔率越小，开孔压降越大，均布的效果越好，但反应器运行能耗越大。因此低控制压降或无控制压降的均布技术是径向反应器的发展趋势，也成为径向反应器放大设计的关键。

分形几何最早由美国数学家B.B.Mandelbrot于1967年提出，分形结构具有自相似性，各分支流道可以起到均匀分流的作用。分叉网络中母管与子管间的最优化关系可由Murray定律确定。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种气固轴径向二维流反应器，用于解决现有技术中利用增加分布筒开孔压降实现流体均布的方式存在能耗大的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种气固轴径向二维流反应器，所述气固轴径向二维流反应器至少包括：外壳筒体、外多孔分布筒、内多孔分布筒、多层分形几何结构通道；

所述外多孔分布筒和所述内多孔分布筒同轴设置于所述外壳筒体内，且所述外多孔分布筒的侧壁和所述内多孔分布筒的侧壁之间形成催化反应区；

所述分形几何结构通道设置于所述催化反应区中，且所述分形几何结构通道与所述内多孔分布筒连通；

所述分形几何结构通道表面设有多个孔体。

作为本发明气固轴径向二维流反应器的一种优化的方案，所述分形几何结构通道包括三至五个3级～5级对称双分叉结构，分叉角度介于73°～77°之间，同级支管的直径与长度均相同，后一级支管的直径与长度为前一级支管的0.75～0.85倍。

作为本发明气固轴径向二维流反应器的一种优化的方案，所述分形几何结构通道表面设有的所述孔体呈非均匀分布，所述孔体之间的间距根据变质量流动规律计算确定，以保证各开孔的流出气量一致。

作为本发明气固轴径向二维流反应器的一种优化的方案，所述分形几何结构通道沿所述内多孔分布筒的径向呈平行分布。

作为本发明气固轴径向二维流反应器的一种优化的方案，所述分形几何结构通道的上表面和下表面设有多个所述孔体。

作为本发明气固轴径向二维流反应器的一种优化的方案，所述分形几何结构通道的层间间距为所述内多孔分布筒直径的2倍～3倍。

作为本发明气固轴径向二维流反应器的一种优化的方案，所述孔体形状包括圆孔状及长条状中的一种，开孔直径介于0.8mm～1.5mm之间。