[发明专利]一种列管式固定床反应器

说明书

本发明公开了一种列管式固定床反应器，包含壳体、列管、上管板、下管板、支持板，其中，所述壳体为中空结构，所述上管板和所述支持板分别固定在所述壳体内部，所述列管穿过所述支持板并设置在所述上管板和所述下管板之间，具有这样的特征，所述下管板通过列管与所述上管板连接，并且所述下管板不与所述壳体的内壁接触，所述下管板通过补偿装置与所述壳体连接。本发明提供的列管式固定床反应器不但能允许列管自由伸缩，还具有良好的密封效果，同时本发明提供的列管式固定床反应器的热传导效率高、填装催化剂容易、制造成本低。

技术领域

本发明涉及化工装备领域，特别涉及一种列管式固定床反应器。

背景技术

在生产费托、甲醇、环氧乙烷、合成氨等产品时，为保证催化剂的活性，反应温度一般控制在150～350℃之间，此类反应会放出大量的反应热，若产生的热量没有及时移走，会造成催化剂床层过热、催化剂烧结、床层压降快速增大甚至床层飞温、造成催化剂报废并严重威胁生产安全。列管式固定床反应器是用于解决上述问题的设备。其工作流程如下，原料气在一定的摩尔比下进入反应器床层，在催化剂的作用下反应合成产品，反应原料气走装载催化剂的列管内部，管外为冷却移热的水，通过水汽化的潜热带走反应热，同时副产饱和蒸汽。

最常见的列管式固定床反应器采用固定管板管壳结构，如图1所示，列管1-1安装在上管板1-2和下管板1-3之间，内部采用支持板1-4支撑定位固定；上封头1-5通过管箱筒体1-6与上管板1-2相连，上封头1-5上设置原料气入口1-51与人孔1-52；设备壳体1-7上开设冷却水入口1-71、水蒸汽出口1-72与壳程温度检测口1-73；下封头1-8通过下管箱筒体1-9与下管板1-3相连，其上设有卸催化剂口1-81、物料出口1-82，内部可设钟形罩1-83，在运行过程中，下封头1-8内可装填瓷球；催化剂装在列管1-1内，整个设备由裙座1-10支撑安装在设备基础上。

其中，支持板1-4不仅起到固定和定位换热列管1-1的作用，同时还有改变冷却流体流动方向、提高传热系数的作用。现有技术中的支持板1-4的结构参见图2所示，设置若干缺口1-41和周边的透汽孔1-42提供蒸汽的上升通道，导致中心部分大量的蒸汽必须平行移动到远处的缺口1-41处才能上升到上一层支持板1-4的空间，移动阻力大、路程长，易造成汽体在支持板1-4下部的停滞与积聚，影响反应管的传热/散热，且汽体在支持板1-4下部的横向流动会诱导列管1-1的振动、产生噪音等；反应管内的热量不能及时移走，易造成管内局部过热、催化剂部分烧结、床层压降增加等；另外，缺口1-41的设置和周边的透汽孔1-42占用了部分反应器横截面，导致反应器体积利用率下降。

此外，反应器催化剂装填，如图1所示，在下封头1-8内分层装填不同大小规格的瓷球，然后再装填列管1-1内的催化剂，内部设有钟形罩1-83。在实际操作中，通常需先在底部封头内装填瓷球后，才能开始装填固体催化剂。这需要耗用大量瓷球、且装填的平整度不易观察和控制。卸载催化剂时，瓷球与催化剂混合卸出，对催化剂回收过程造成困扰。此外，这些填充用瓷球的也造成额外的压降。

本发明申请人还发现，该类固定管板管壳式反应器，在运行过程中管内原料气在催化剂的作用下发生强放热反应，反应管内部与外部的温差较大，与反应器壳体1-7的温差更大，由温差导致材料膨胀量的不同而产生温差应力，特别是在列管1-1与管板连接处，温差应力很大，在运行过程中发生管板变形、列管1-1变形、列管1-1与管板的焊缝拉裂等严重影响反应器安全运行的现象。