一种间隙式固定床反应器及其应用方法技术

本发明专利技术提供了一种间隙式固定床反应器及其应用方法，属于化工反应或处理装置技术领域，本发明专利技术在间隙式固定床反应器的间隙通道内外侧实行双通道换热，放大时精准调控间隙通道径向宽度保持良好的换热效率和传质性能，实现了固定床反应器体积数量级的放大而不影响反应转化率和选择性

【技术实现步骤摘要】
一种间隙式固定床反应器及其应用方法


[0001]本专利技术属于化工反应或处理装置
，尤其涉及一种间隙式固定床反应器及其应用方法
。

技术介绍

[0002]在石油
、
医药
、
农药
、
材料和精细化学品等工业化生产中，经常将固相催化剂或固相试剂在固定床反应装置内进行填装，形成一定高度或厚度的堆积床层，气体物料
、
液体物料或气液两相物料通过输送进入堆积床层流过固体间或固体内间隙，实现非均相反应过程
。
[0003]现有的固定床反应器主要以轴向固定床反应器为主，结构简单
、
便于维护和连续化生产，但存在以下缺点：在装置大型化满足生产通量要求时一般是通过反应器尺寸放大，反应器轴向高度过高会导致流体流过床层时压降过大，而增加反应器直径会导致换热面积减小产生径向温差，不仅影响反应效率和选择性以及催化剂寿命，还容易出现飞温等安全风险；更加重要的是，装置大型化后气体和液体在催化剂床层的径向和轴向上的均匀分布十分关键，而分布不均的问题在大型工业反应器中尤为突出
。
[0004]专利
CN201410563140.X
通过分层设置气液分配盘和催化剂床层提升气液分布的均一性，在催化剂床层加装环形折流板改善催化剂床层内气液分布情况，在同样催化剂装填量的情况下实现了反应效率的提升
。
但催化剂床层的分层设计和环形折流板的加装，加大了催化剂装填
‑
卸料
‑r/>换装新催化剂的难度，而分层设计未考虑反应器内部的径向传热，对于放热大的反应不能有效解决换热效率低引起的飞温等问题
。
[0005]专利
CN201711421857.0
采用螺旋板固定床反应器增加反应器壳程换热系数，使总传热系数增大来强化传热效率，减小传热温差
。
但装置制作复杂，多层设计难以更换催化剂，导致维护成本高，并且该反应器仅能满足气固相反应，对于气液固三相反应适用性低
。
[0006]专利
CN202110811847.8
采用
U
型槽结构和环形槽结构构建出环隙通道，在部分通道内进行催化剂的装填，相邻通道进行气体的预热和催化剂装填层的传热强化，提高反应效率和热交换效率
。
但需要使用筋条固定反应装置和扩气器减缓气体冲击力，装置结构复杂，催化剂更换难度大，对气液固三相反应适用性差
。
[0007]因此，针对固定床反应器中存在的规模化放大时传热效率差
、
催化剂装填繁琐
、
气液相分布不均
、
气液固三相体系适用性差等问题开发新型固定床反应器具有重要意义
。

技术实现思路

[0008]为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种操作简单
、
维护成本低
、
压降可控
、
规模化放大时传热传质效率高
、
同时适用气固
、
液固和气液固多相反应体系的间隙式固定床反应器及其应用方法
。
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供了一种间隙式固定床反应器及其应用方法
。
[0010]一种多间隙式固定床反应器，包括内层筒体
、
中间筒体和外层筒体，所述内层筒
体
、
所述中间筒体和所述外层筒体的形状一致；由内向外依次为内层筒体
、
中间筒体和外层筒体；所述内层筒体和所述中间筒体存在间隙通道；
[0011]所述间隙通道用于填充固体催化剂
(
如雷尼镍
、Pd/C、
固体酸或固体碱
)
或惰性载体
。
惰性载体还可以是粒径均一或粒径分布范围窄的玻璃珠
、
石英砂
、
二氧化硅微球
、
聚苯乙烯小球或泡沫金属等，作用是作为填充物填充后，由于这些填充物粒径均一性好，堆积密度均一性也好，可以形成致密
、
通道窄
、
通道宽度一致性好的供流体流通的路径，能极大的提升气液两相
、
液液两相等非均相体系的传质强化，达到很好的混合效果，从而突破反应速率受传质效率的限制，大大提升非均相反应效率
。
[0012]本专利技术的一个优势在于提供一种易于规模化放大的间隙式固定床反应器，通过设置间隙结构控制催化剂床层的径向宽度，保持催化剂床层的比表面积一致，不随规模化放大时催化剂填充体积的变大而减小，避免催化剂床层在规模化放大时产生径向温差导致飞温等热量难以精确调控问题，消除放大过程中传质效率降低影响反应转化率和选择性等问题
。
所述内层筒体内部空间走换热流体进行热交换，所述中间筒体和所述外层筒体之间的间隔同样走换热流体进行热交换
。
[0013]进一步地，所述间隙通道设置有物料的进口和出口
。
[0014]进一步地，所述物料的进口处设置有物料预混合器或分布器，可实现多相物料的强化混合和均一地进入催化剂床层
。
[0015]进一步地，所述混合器和分布器的类型为
T
型微通道混合器
、Y
型微通道混合器
、
多次交叉型微通道混合器
、
多孔结构材料烧结或堆积构建的多孔型混合器的至少一种，混合器的通路和材料堆积形成的通路的宽度和高度为
50
μ
m
‑
5.0cm
，优选为
300
μ
m
‑
2.0cm。
本专利技术通过设置
T
型微通道混合器
、Y
型微通道混合器
、
多次交叉型微通道混合器
、
多孔型混合器等强化气气
、
气液
、
液液等均相或非均相体系在进入催化剂床层前的混合效率，并利用上述混合器将物料均匀的分配输送到填有催化剂床层的通道，避免规模化放大时物料在催化剂床层的分布不均问题
。
[0016]进一步地，所述固定床反应器沿垂直于反应器的轴向分割成数段，可在每段内填充不同催化剂进行多种反应的串联操作，高度为等高或不等高，相邻分割段之间用孔径小于催化剂或惰性载体粒径的带孔隔板或筛网隔开，避免催化剂或惰性载体的流失和不同分割段内催化剂或惰性载体的混合影响反应转化率和选择性
。
其中，分割段数为1‑
100
段，优选为1‑
10
段
。
[0017]进一步地，沿反应器的轴向进行分割得到多个单元，每个单元可独立快速地装卸，简单方便地更换催化剂
。
其中，单元数为1‑
10000
个，优选为1‑
300
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种间隙式固定床反应器，其特征在于，包括内层筒体
、
中间筒体和外层筒体，所述内层筒体
、
所述中间筒体和所述外层筒体的形状一致；由内向外依次为内层筒体
、
中间筒体和外层筒体；所述内层筒体和所述中间筒体存在间隙通道；所述间隙通道用于填充固体催化剂或惰性载体
。2.
根据权利要求1所述的间隙式固定床反应器，其特征在于，所述间隙通道设置有物料的进口和出口
。3.
根据权利要求1所述的间隙式固定床反应器，其特征在于，所述间隙式固定床反应器沿垂直于反应器的轴向分割成数段，高度为等高或不等高，相邻分割段之间用孔径小于催化剂或惰性载体粒径的带孔隔板或筛网隔开
。4.
根据权利要求1所述的间隙式固定床反应器，其特征在于，所述间隙通道的径向宽度为
0.1
‑
10cm。5.
根据权利要求4所述的间隙式固定床反应器，其特征在于，规模化放大时间隙通道的径向宽度变化为原有宽度的
50
％
‑
20000
％，轴向高度变化为原来的
50
％
‑
20000
％
。6.
根据权利要求5所述的间隙式固定床反应器，其特征在于，规模化放大时间隙通...

【专利技术属性】
技术研发人员：万力，周长路，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：