一种内置电加热式流化床裂解反应器制造技术

一种内置电加热式流化床裂解反应器，由流化床床体、气体分布器、固定床层、流化床层、内置电加热装置和旋风分离器等部分组成。本发明专利技术采用内置电加热管加热，所述的气体分布器将流化床分为固定床层和流化床层两部分。利用流化床良好的传热和混合特性，使原料气体迅速升温达到所需的反应温度，可实现高温和短停留时间的裂解操作，从而提高裂解反应的转化率和选择性，提高反应器的热效率。另外流化颗粒可以有效清除结焦，从而延长反应器的操作周期。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种流化床反应器，特别涉及一种用于裂解反应的内置电加热式流化床反应器，属于化工设备

技术介绍
裂解反应是有机物在高温和隔绝空气条件下发生分解的反应过程，在化工生产中有广泛应用。热裂解最典型的反应为乙烯生产，其它的过程如由醋酸裂解制乙烯酮，二氯乙烷裂解制氯乙烯等。热裂解反应一般具有以下几个特点1)反应温度高；2)强吸热；3)要求短停留时间；4)一般为串级反应，产品为中间产物，反应过程中伴有结焦现象。因此，要达到较高的反应转化率和选择性，且能长周期稳定运行，反应器需要满足以下几方面的要求1)要把反应器及流进反应器的物料加热到高温，因而需向反应器供给大量热量；2)由于停留时间短，因此要求较高的传热速率，以满足在短时间内供给反应所需的大量热量；3)反应器有较好的清除结焦的性能；4)反应器还应有较高热效率以降低能耗。管式炉反应器是应用最为广泛的裂解反应器。该类反应器从管壁外向管内物料加热，为裂解反应提供热量，热量通过高温管壁传递给裂解物料。这种外加热方式有以下缺点首先，裂解温度受管壁温度的限制，而管壁温度又受金属材料耐热程度的限制。按现有技术即使采用高温合金材料，工业管式炉炉管的温度被限制在1000℃以下。由于管壁和管内流体间的传热也需要温差ΔT，因而流体能达到的温度为1000-ΔT.由于通过管壁加热时，管内壁存在层流热边界层使传热阻力增大，ΔT较大。为降低此项传热阻力，要求有较高的管内流速，裂解时间一定时，就需要较长的炉管，炉子变得细长，向环境的散热较大，热效率就较低。第二，为增加管壁向管内流体传热的面积，以降低单位面积上的热负荷，从而降低传热温差ΔT，使管内流体达较高的裂解温度，反应器不得不采用并联的多组小管径炉管，这种反应器清焦困难；第三，温度分布不均匀，在轴向上存在明显的温度分布，当管径较大时，还存在明显的径向分布，因此对温度敏感的反应体系，其应用受到限制。尽管存在以上缺点，由于管式炉能使用火焰的高温辐射热，并具有物料在管内停留时间分布窄等特点，反应的转化率和选择性均较高，因此在乙烯裂解等大规模裂解过程中广泛采用该类反应器。但对于规模较小，采用电加热的易结焦的裂解过程，上述管式炉反应器的缺点则非常突出。一方面反应器设计成细长的外型，易于散热，热效率低，耗电大。另一方面由于结焦的问题使反应器经常停车处理，这些都增大了生产成本。另外，有些反应对温度敏感，需要反应器内的温度分布均匀。因此，需要提供一种热效率高，可操作温度高、温度分布均匀和便于清焦等优点的热裂解反应器。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有热效率高，可操作温度高、温度分布均匀和便于清焦等优点的裂解反应器。本专利技术的目的是通过提供如下技术方案实现的一种内置电加热式流化床裂解反应器，包括装有固体颗粒的流化床床体，设置在床体内下部的气体分布器以及设置在床体内上部的旋风分离器，其特征在于所述的气体分布器设置在距床体底部20～80cm处，将流化床分为固定床层和流化床层两部分；在所述的流化床床体内设有电加热装置，该装置包括金属电加热管、与电加热管相连接的金属导电棒以及设置在金属导电棒末端的密封件和电源接线端子；所述的金属电加热管垂直设置在流化床层内，所述的金属导电棒的一部分设置在固定床层内，其另一部分从流化床床体底部伸出，并在其外部设有冷却夹套。采用以上的结构设计，本专利技术的内置电加热式流化床热裂解反应器可实现以下效果1)可实现高温短停留时间操作。由于床层内有流化颗粒，颗粒在电加热管之间的频繁碰撞极大地提高了电加热管和颗粒之间的换热系数，降低了传热温差ΔT，提高了最高可操作温度；另外，由于固体颗粒和反应气体之间为直接换热，可以使反应气体进入流化床层后迅速达到反应温度；由于传热速率快，可在短时间内提供反应所需要的热量，因此可实现短停留时间操作。2)反应器具有较小的高/径比，结构紧凑，保温效果好，热效率高。3)由于流化床中颗粒相具有良好的混合特性，因此温度场分布均匀，可以明显减少由于反应器温度分布不均匀引起的反应转化率和选择性的下降。4)流化颗粒在反应器器壁以及电加热管之间频繁碰撞，使电加热管壁和反应器器壁上的结焦得到清除，通过更换颗粒，还能实现向反应器外排焦，延长了反应器操作周期。附图说明图1为内置电加热式流化床裂解反应器整体结构示意图。图2为金属电加热管和气体分布管的分布图，为图1的A-A剖视图。图3为金属棒末端的密封件和接线端子的结构图。图4为具有二级分支结构的管式气体分布器结构示意图。其中各标号为1.流化床床体；2.保温套；3.金属电加热管；4.颗粒卸料口；5.金属导电棒；6.冷却夹套；7.密封件和接线端子；8.气体进料管；9.气体分布管；10.旋风分离器料腿；11.旋风分离器进料口；12.旋风分离器气体出口；13.颗粒进料口；14.旋风分离器；15.流化床层；16.固定床层；17.垫圈；18.聚四氟乙烯密封圈；19.六角锁紧螺母；20.接线鼻；21.二级气体分布管。具体实施例方式以下结合附图对本专利技术的具体结构及工作过程作进一步详细说明，图示和解释不构成对本专利技术权利要求的限制。图1为内置电加热式流化床裂解反应器整体结构示意图。该反应器由流化床床体1，保温套2，金属电加热管3，颗粒卸料口4，金属导电棒5，冷却夹套6，密封件和接线端子7，气体进料管8，气体分布管9，颗粒进料口13和旋风分离器14等部分组成。首先在床层装入一定量的固体颗粒，颗粒装填量超出气体分布管的高度为反应器主体高度的1/8至1/3。颗粒可选用二氧化硅、二氧化钛或α-氧化铝等材料，粒径为0.05至1mm。采用管式气体分布器，反应原料经预加热器汽化后由气体进料管8分配到各气体分布管9，由气体分布管9均匀分布到反应器中。气体分布器设置在距床体底部20～80cm处，将流化床分为固定床层和流化床层两部分；气体分布管9的气体出口向下，以提高均匀布气性能。原料气体使气体分布管9之上的颗粒床层流化，形成流化床层15。在流化床床体内设有电加热装置，该装置包括金属电加热管3、与电加热管相连接的金属导电棒5以及设置在金属导电棒末端的密封件和电源接线端子7；金属电加热管垂直设置在流化床层15内，所述的金属导电棒5的一部分设置在固定床层16内，其另一部分从流化床床体底部伸出。通过内置金属电加热管进行加热，加热管个数和排布由体系的供热要求确定，利用流化床良好的传热和混合特性，使原料气体迅速升温至所需的反应温度。采用内置电加热方式和流化床操作，可以在短时间内提供大量热量，从而实现高温和短停留时间的反应条件，提高热裂解反应的转化率和选择性以及反应器热效率。图2为加热管分布和气体分布管的分布图。气体分布管的个数和分支级数由反应器尺寸确定，当反应器直径较小时(≤300mm)，可采用一级分支结构，如图2所示；而当反应器直径较大时(＞300mm)，可在一级气体分布管上再引出二级气体分布管21，即采用二级分支结构，如图4所示。内置电加热采用如下方式在流化颗粒床层中采用金属电加热管3作为加热元件，一般为不锈钢加热管，管径为10-100mm，优选为30-70mm，壁厚为1.5-5mm，优选为2-3mm。在靠近反应器底部法兰的一端，将不锈钢电加热管3和金属导电棒5相焊接，金属导电棒最后采用不锈钢棒；不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种内置电加热式流化床裂解反应器，包括装有固体颗粒的流化床床体，设置在床体内下部的气体分布器以及设置在床体内上部的旋风分离器，其特征在于：所述的气体分布器设置在距床体底部２０～８０ｃｍ处，将流化床分为固定床层和流化床层两部分；在所述的流化床床体内设有电加热装置，该装置包括金属电加热管、与电加热管相连接的金属导电棒以及设置在金属导电棒末端的密封件和电源接线端子；所述的金属电加热管垂直设置在流化床层内，所述的金属导电棒的一部分设置在固定床层内，其另一部分从流化床床体底部伸出，并在其外部设有冷却夹套。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王光润，王铁峰，王金福，朱佳麒，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]