一种相变吸热的控温反应器制造技术

本发明专利技术公开了一种相变吸热的控温反应器，包括承压壳体和设置于承压壳体内的催化剂框和移热管束；所述移热管束包括进水管、出水管、下环管、多个换热水管、上环管、水支管、集汽包；所述进水管连通下环管，下环管设置于承压壳体的底部，上环管位于下环管之上，多个换热水管依次并联在上环管和下环管之间，水支管分别连通集汽包和上环管，出水管和集汽包相连通，多个换热水管位于催化剂框内。催化剂框、移热管束与承压壳体分离，便于检修、催化剂自卸、催化剂装填；将移热水管埋在催化剂床层内部能够将催化剂床层内部反应热及时移走，避免原有变换、合成及加氢催化剂被烧结现象发生。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种固定床催化反应器，尤其涉及的是一种相变吸热的控温反应器。 
技术介绍
CO变换反应后器作为化工行业的一种广泛应用反应器，其间，人们对变换反应器进行了多次的改进，由原来全轴向改为全径向，在催化剂床层阻力方面取得很好效果，但催化剂床层仍为绝热反应，催化剂床层分为若干床层，每床层之间采取间接换热或用水冷激。这种间接换热回收变换系统热能品位低，回收显热和潜热效率低、催化剂易超温、同时变换还拌有甲烷化等副反应等缺陷。 煤制乙二醇的羰基化合成反应器，目前采用ф25X2的管内装填催化剂，管外用水移热，一台列管反应器由数千个全轴向ф21圆柱形催化剂床层组成，气体分布不均匀、副反应物多、催化剂床层阻力大、热应力大、设备泄漏、一套20万吨/年的乙二醇装置的羰基化合成反应器需要6台管壳反应器并联运行，工程投资大等缺陷。 煤制乙二醇的酯化加氢反应器，目前采用ф38X2的管内装填催化剂，管外用水移热，一台列管反应器由数千个全轴向ф34圆柱形催化剂床层组成，气体分布不均匀、副反应物多、催化剂床层阻力大、热应力大、设备泄漏、工程投资大等缺陷。 煤制天然气的反应采用：n个绝热床层和n个废过热锅炉的移热方式，而且需要增加反应物水蒸气来抑制第一、第二绝热床层反应，同时配置循环气，否则出现第一、第二绝热床层飞温现象，运行能耗高、装置投资大、系统阻力大等缺陷。 煤制油、煤制石蜡的费托合成反应还没有在运行的大型化装置，部分在运行的小型费托合成装置反应器也为列管式反应器，Fe(或Co)系催化剂装填在ф76X4管内，仍然存在气体分布不均匀、超温、积碳、长碳链烷烃收率低、阻力大、设备泄漏、难以大型化等缺陷。 
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种相变吸热的控温反应器，通过换热管内水转化为蒸汽发生相变吸热及时移走催化剂床层内反应热量。 本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术包括承压壳体和设置于承压壳体内的催化剂框和移热管束；所述移热管束包括进水管、出水管、下环管、多个换热水管、上环管、水支管、集汽包；所述进水管连通下环管，下环管设置于承压壳体的底部，上环管位于下环管之上，多个换热水管依次并联在上环管和下环管之间，水支管分别连通集汽包和上环管，出水管和集汽包相连通，多个换热水管位于催化剂框内。 所述换热水管为曲线型，换热水管的一端连通下环管，另一端连通上环管。曲线型能够更为有效的提高换热效率。 所述承压壳体包括上封头、下封头和筒体，所述上封头和筒体通过法兰相连，下封头和筒体一体成型，上封头上开设用于进气的进气口和用于连接出水管的出水口，下封头上开设用于催化剂卸料的自卸口、用于出气的出气口和用于连接进水管的进水口。 所述催化剂框包括密封板、支撑座、气体分布器和集气筒，所述密封板设置于气体分布器的顶部形成框架结构，气体分布器的底部和支撑座密封连接，支撑座支承下环管，出水管穿过密封板连接到对应的出水口，集气筒沿气体分布器的径向设置在气体分布器的中央，集气筒的底部连接出气口，气体分布器和筒体沿径向的间隙形成气体分布室，换热水管位于气体分布器内，气体分布器内装填催化剂。 所述出水口和出水管的连接处设有第一密封组件，密封板和出水管的连接处设有第二密封组件，出气口和集气筒的连接处设有第三密封组件。 所述气体分布器和集气筒沿径向均匀开设多个通气孔，能够有效的均匀分布气体。 本专利技术适用于CO变换反应、羰化合成反应、酯化加氢反应、甲烷化反应、甲醇合成反应、费托合成反应等反应器。 本专利技术针对CO变换反应反应器存在问题和不足，以及现在高水/气、高CO水煤气变换的需求，开发出水移热的径向恒温变换反应器，利用换热水管内水转化为蒸汽发生相变吸热的原理，将CO+H2O→H2+CO2+Q放变换反应放出热量及时移出催化剂床层，确保催化剂床层温度≤380℃，并副产0.8～9.0MPa的饱和蒸汽，利于催化剂自卸和便于移热水管束部分的维修。有效解决了现有变换反应器回收热能品位低、回收热能效率低、催化剂易超温、甲烷化副反应、催化剂难自卸及工程投资大缺陷。 本专利技术针对装填Pd/AI2O3系催化剂、乙二醇的羰基化列管式合成反应器存在问题和不足，开发出水移热的径向恒温羰基化合反应器，利用换热水管内水转化为蒸汽发生相变吸热的原理，将CO+CH3ONO→(COOCH3)2+NO+Q放反应放出热量及时移出催化剂床层，确保催化剂床层温度≤140℃，并副产0.2～0.3MPa的饱和蒸汽，催化剂床层采用全径向结构。有效解决了现有羰基化合成反应器催化剂易超温、副反应大、床层阻力大、难以大型化、催化剂难自卸及工程投资大缺陷。 本专利技术针对装填Cu系催化剂、乙二醇的酯化加氢列管式合成反应器存在问题和不足，开发出水移热的径向恒温加氢反应器，利用换热水管内水转化为蒸汽发生相变吸热的原理将CH3ONO加H2反应(4H2+(COOCH3)2→(OHCH2C H2OH)2+2CH3OH+Q放)放出热量及时移出催化剂床层，确保催化剂床层温度≤250℃，并副产1.8～3.2MPa的饱和蒸汽，催化剂床层采用全径向结构。 有效解决了现有酯化加氢反应器催化剂易超温、副反应大、床层阻力大、难以大型化、催化剂难自卸及工程投资大缺陷。 本专利技术针对在320～420℃使用温度的Ni系催化剂，开发出水移热的径向恒温甲烷合成反应器，利用换热水管内水转化为蒸汽发生相变吸热的原理，将CO与H2的甲烷化反应(CO+H2→CH4+H2O+Q放)放出热量及时移出催化剂床层，确保催化剂床层温度≤420℃，并副产3.8～12.0MPa的饱和蒸汽，催化剂床层采用全径向结构。有效解决了现有甲烷合成反应器催化剂易超温、床层阻力大、运行能耗高、装置投资大、系统阻力大等缺陷。 本专利技术针对装填Fe(或Co)系催化剂的费托列管式合成反应器存在问题和不足，开发出水移热的径向恒温费托合成反应器，利用换热水管内水转化为蒸汽发生相变吸热的原理，将CO与H2的费托合成反应(nCO+(2n+1)H2→CnH 2n+2+nH2O+Q放)放出热量及时移出催化剂床层，确保Co催化剂床层温度≤240℃，并副产1.8～2.8MPa的饱和蒸汽；Fe催化剂床层温度≤260℃，并副产1.6～3.8MPa的饱和蒸汽，催化剂床层采用全径向结构。有效解决了现有费托合成反应器存在的缺陷。 本专利技术的工作原理如下： 气体自进气管进入上封头内部，然后进入气体分布室，通过气体分布器均匀径向进入催化剂框，在有Co-Mo(或pd/AI2O3、或Cu、或Ni、或Cu-Zn、或Fe(或Co))系催化剂催在条件下完成变换、合成、加氢等放热反应，反应后的气体通过集气筒由出气口排出相变吸热的控温反应器。变换、合成或加氢等放热反应放出的热量由埋在催化剂框内部的换热水管内水转化为蒸汽及时移走催化剂床层内反应热量，并副产不同压力下的饱和蒸汽。 不饱和水由进水管进入下环管，由下环管分配到换热水管，不饱和水在换热水管内自下而上流动，并在换热水管内部完成对催化剂床热量的吸收，发生水转化为蒸汽的相变，并成为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相变吸热的控温反应器，其特征在于，包括承压壳体(1)和设置于承压壳体(1)内的催化剂框(2)和移热管束(3)；所述移热管束(3)包括进水管(31)、出水管(32)、下环管(33)、多个换热水管(34)、上环管(35)、水支管(36)、集汽包(37)；所述进水管(31)连通下环管(33)，下环管(33)设置于承压壳体(1)的底部，上环管(35)位于下环管(33)之上，多个换热水管(34)依次并联在上环管(35)和下环管(33)之间，水支管(36)分别连通集汽包(37)和上环管(35)，出水管(32)和集汽包(37)相连通，多个换热水管(34)位于催化剂框(2)内。

【技术特征摘要】
1.一种相变吸热的控温反应器，其特征在于，包括承压壳体(1)和设置于承压壳体(1)
内的催化剂框(2)和移热管束(3)；所述移热管束(3)包括进水管(31)、出水管(32)、
下环管(33)、多个换热水管(34)、上环管(35)、水支管(36)、集汽包(37)；所述进水管
(31)连通下环管(33)，下环管(33)设置于承压壳体(1)的底部，上环管(35)位于下
环管(33)之上，多个换热水管(34)依次并联在上环管(35)和下环管(33)之间，水支
管(36)分别连通集汽包(37)和上环管(35)，出水管(32)和集汽包(37)相连通，多个
换热水管(34)位于催化剂框(2)内。
2.根据权利要求1所述的一种相变吸热的控温反应器，其特征在于，所述换热水管(34)
为曲线型，换热水管(34)的一端连通下环管(33)，另一端连通上环管(35)。
3.根据权利要求1所述的一种相变吸热的控温反应器，其特征在于，所述承压壳体(1)
包括上封头(11)、下封头(12)和筒体，所述上封头(11)和筒体通过法兰(14)相连，下
封头(12)和筒体一体成型，上封头(11)上开设用于进气的进气口(15)和用于连接出水
管(32)的出水口(16)，下封头(12)上开设用于催化剂卸料的自卸口(17...

【专利技术属性】
技术研发人员：王庆新，王揽月，
申请(专利权)人：安徽新月化工设备有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34