列管式固定床反应器及其应用制造技术

本发明专利技术涉及一种列管式固定床反应器，所述反应器包括至少一根装有催化剂的反应管，所述反应管沿与所述反应器轴向平行的纵向延伸，所述反应管的高度与其横截面的水力学直径的比为1-2000，优选为10-1000，和更优选为50-500，其中所述反应管包括：一个或多个催化剂腔，用于装填催化剂形成催化剂固定床；一个或多个入口分配腔，用于引导反应物流进入反应管并分配进入催化剂固定床；和一个或多个出口收集腔，用于收集反应物流并引导所述反应物流离开反应管；其中设置所述入口分配腔和所述出口收集腔使得所述反应物流沿与所述反应器轴向垂直的横向通过催化剂固定床层，由此与催化剂接触并发生反应。本发明专利技术还涉及所述列管式固定床反应器在化学反应如吸热或放热反应中的应用。

【技术实现步骤摘要】
列管式固定床反应器及其应用
本专利技术涉及一种新型列管式固定床反应器以及所述列管式固定床反应器在化学反应如吸热或放热反应中的应用。
技术介绍
列管式固定床反应器是化工领域中常用的一种反应器，一般用于固体催化剂催化气相或液相反应的过程，其中催化剂形成固定床，反应物流通过所述固定床层进行反应。列管式固定床反应器一般由多根反应管并联构成，一般在所述反应管内设置有催化剂固定床，气体和/或液体反应物流沿所述反应管轴向通过所述催化剂固定床层，在其中与催化剂接触并发生反应，而热载体则流经所述反应管之间进行加热或冷却。因此，列管式固定床反应器通常适用于反应热效应较大的反应。列管式固定床反应器的局限性是传热较差，通常会产生热点，并由此导致反应温度不均匀、催化剂使用寿命缩短和使用效率低等；另外，考虑到反应流体通过催化剂固定床时的压降，反应器负荷一般较低，致使单台反应器生产能力有限。这些缺点使列管式固定床反应器的应用受到一定限制。现有技术中，人们一直尝试获得更好的列管式固定床反应器，来解决列管式固定床反应器的传热、压降和效率以及制造成本问题。针对现有技术的现状，本专利技术人提出了一种新的列管式固定床反应器，其中进一步使反应物流降低流速和缩短流程，由此降低了反应管压降；另外，进一步提高了反应管的传热效率，由此减少甚至消除了热点。
技术实现思路
因此，本专利技术提供了一种新的用于催化反应的列管式固定床反应器，该列管式固定床反应器进一步提高了反应器的传热效率和催化剂的利用效率，大幅度降低了反应器压降，并且更容易实现反应系统大型化。具体地，本专利技术提供了一种列管式固定床反应器，所述反应器包括至少一根装有催化剂的反应管，所述反应管沿与所述反应器轴向平行的纵向延伸，所述反应管的高度与其横截面的水力学直径的比为1-2000，优选为10-1000，和更优选为50-500，其中所述反应管包括:一个或多个催化剂腔，用于装填催化剂形成催化剂固定床；一个或多个入口分配腔，用于引导反应物流进入反应管并分配进入催化剂固定床；和一个或多个出口收集腔，用于收集反应物流并引导所述反应物流离开反应管；其中设置所述入口分配腔和所述出口收集腔使得所述反应物流沿与所述反应器轴向垂直的横向通过催化剂固定床层，由此与催化剂接触并发生反应。按照本专利技术，在所述列管式固定床反应器中，所述反应管的横截面可以为任意合适的形状，例如可以为规则形状如圆形、矩形、椭圆形、蛋形或对应这些形状的环形，也可以为其它形状如多边形或辐射形状如星形，具体如五角形和六角形等。在此，以化工领域通常采用的管道水力学直径来表征所述反应管横截面的大小，所述水力学直径为四倍的管道流通截面积除以润湿周边后得到的结果。按照本专利技术，在所述列管式固定床反应器中，所述反应管的材质可以为本领域常用的任何合适材质，只要导热效果足够好即可，例如可以为金属、不锈钢、碳钢、合金钢等。按照本专利技术，在所述列管式固定床反应器中，所述入口分配腔和所述出口收集腔可以以各种方式适当设置，只要能够使反应物流横向流过催化剂固定床层并与催化剂充分接触即可。具体地，在本专利技术的列管式固定床反应器中，所述入口分配腔和所述出口收集腔可以分别设置在所述反应管内横截面上距离最远的相对周边处，如图2-7和9中的设置方式，使得反应物流沿与所述反应器轴向垂直的横向通过催化剂固定床层。替代地，在本专利技术的列管式固定床反应器中，所述入口分配腔可以设置在所述反应管内横截面的中心处和所述出口收集腔可以设置在所述反应管内横截面的周边处，如图11中的设置方式，使得反应物流沿与所述反应器轴向垂直的横向通过催化剂固定床层。替代地，在本专利技术的列管式固定床反应器中，所述入口分配腔可以设置在所述反应管内横截面的周边处和所述出口收集腔可以设置在所述反应管内横截面的中心处，如图12中的设置方式，使得反应物流沿与所述反应器轴向垂直的横向通过催化剂固定床层。替代地，在本专利技术的列管式固定床反应器中，所述入口分配腔和所述出口收集腔可以均设置在所述反应管内横截面的中心处，如图8和10中的设置方式，使得反应物流沿与所述反应器轴向垂直的横向通过催化剂固定床层。按照本专利技术，在所述列管式固定床反应器中，所述入口分配腔和所述出口收集腔可以分别为本领域常用的合适形式，例如可以包括多孔管、多孔板、烧结管或烧结板，和材质可以分别为本领域常用的合适材质，例如可以为金属、合金、陶瓷或玻璃等。例如，所述入口分配腔和所述出口收集腔可以为各种合适的管状形式如圆形管、半圆形管、月牙形管或矩形管等(参见图2-12)。按照本专利技术，在所述列管式固定床反应器中，在所述反应管外部的反应器腔室内可以存在导热介质，由此为反应管内的反应移除或供应反应热，从而可以使具有热效应的反应顺利进行并相应提高所述反应的转化率。按照这种方式，在所述列管式固定床反应器的筒体上可以设置有导热介质入口和导热介质出口以引入或导出导热介质，其中导热介质可以在反应器的壳程内循环流通，由此在反应管壁外实现反应热量的移除或供应，或者其中导热介质可以在反应器的壳程内储存和在反应器壳程内设置换热管，利用导热介质实现反应管与换热管之间的热量交换。在此，所使用的导热介质可以为本领域常用的任何合适导热介质，例如可以为流体或可流化固体颗粒，其中所述流体导热介质通常可以选自空气、水、油和熔融盐等，在适当情况下也可以为反应物流本身。另外，按照本专利技术，在所述列管式固定床反应器中，也可以以热辐射或微波加热所述反应管，也可以在所述反应管外部的反应器腔室内燃烧燃料，由此为反应管内的反应供应反应热，从而可以使反应管内的吸热反应顺利进行并相应提高反应的转化率。当在所述反应管外部的反应器腔室内燃烧燃料进行供热时，可以在所述反应管外部的反应器腔室内设置有耐火层，和其中还可以设置有燃烧喷嘴，用于在助燃气体存在下燃烧燃料，在此，所述燃料可以为天然气和适当沸程内的烃混合物如汽油、柴油等，所述助燃气体可以为空气、富氧空气或纯氧。相应地，本专利技术还提供了所述列管式固定床反应器用于进行吸热或放热反应的用途。具体地，所述吸热反应可以为烃类裂解反应如乙烷蒸汽裂解、石脑油蒸汽裂解，也可以为烷烃脱氢反应如丙烷脱氢反应；所述放热反应可以为含氧化合物裂解反应如甲醇等制烯烃、制油和制芳烃，可以为烯烃或烷烃氧化裂解反应如丁烯或丁烷氧化脱氢，也可以为烯烃或炔烃加成(合成)反应如乙炔和氯化氢加成制氯乙烯等。按照本专利技术，在所述列管式固定床反应器中，反应物流沿与所述反应器轴向垂直的横向通过催化剂固定床层，从而大幅度增加了反应物流流经的截面，进而降低了反应物流的流速，而且通过催化剂固定床层的距离缩短，因此，反应物流的压降损失可以非常小；另外，由于流经截面增大，使得反应管的有效传热面积增大，因此，可大幅度减少、甚至消除反应管内的反应热点；最后，由于反应物流沿与所述反应器轴向垂直的横向低速经过催化剂固定床层，使得催化剂的利用率大幅度提升。按照本专利技术，由于压降损失小，反应热点基本消除，催化剂的利用率大幅度提升，使得所述反应器的操作弹性和稳定性都得到提高，另外，由于反应管的长度几乎不受限制，也可大幅度提高单台反应器的反应能力；最后，在本专利技术的列管式固定床反应器中，所述反应管的型号和排列方式均可以适当选择，因此，所述反应器的设计非常灵活。【附图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种列管式固定床反应器，所述反应器包括至少一根装有催化剂的反应管，所述反应管沿与所述反应器轴向平行的纵向延伸，所述反应管的高度与其横截面的水力学直径的比为1‑2000，优选为10‑1000，和更优选为50‑500，其中所述反应管包括：一个或多个催化剂腔，用于装填催化剂形成催化剂固定床；一个或多个入口分配腔，用于引导反应物流进入反应管并分配进入催化剂固定床；和一个或多个出口收集腔，用于收集反应物流并引导所述反应物流离开反应管；其中设置所述入口分配腔和所述出口收集腔使得所述反应物流沿与所述反应器轴向垂直的横向通过催化剂固定床层，由此与催化剂接触并发生反应。

【技术特征摘要】
1.一种列管式固定床反应器，所述反应器包括至少一根装有催化剂的反应管，所述反应管沿与所述反应器轴向平行的纵向延伸，所述反应管的高度与其横截面的水力学直径的比为1-2000，优选为10-1000，和更优选为50-500，其中所述反应管包括: 一个或多个催化剂腔，用于装填催化剂形成催化剂固定床； 一个或多个入口分配腔，用于引导反应物流进入反应管并分配进入催化剂固定床；和 一个或多个出口收集腔，用于收集反应物流并引导所述反应物流离开反应管； 其中设置所述入口分配腔和所述出口收集腔使得所述反应物流沿与所述反应器轴向垂直的横向通过催化剂固定床层，由此与催化剂接触并发生反应。2.权利要求1的列管式固定床反应器，其中所述入口分配腔和所述出口收集腔分别设置在所述反应管内横截面上距离最远的相对周边处，使得反应物流沿与所述反应器轴向垂直的横向通过催化剂固定床层。3.权利要求1的列管式固定床反应器，其中所述入口分配腔设置在所述反应管内横截面的中心处和所述出口收集腔设置在所述反应管内横截面的周边处，使得反应物流沿与所述反应器轴向垂直的横向通过催化剂固定床层。4.权利要求1的列管式固定床反应器，其中所述入口分配腔设置在所述反应管内横截面的周边处和所述出口收集腔设置在所述反应管内横截面的中心处，使得反应物流沿与所述反应器轴向垂直的横向通过催化剂固定床层。5.权利要求1的列管式固定床反应器，其中所述入口分配腔和所述出口收集腔均设置在所述反应管内横截面的中心处，使得反应物流沿与所述反应器轴向垂直的横向通过催化剂固定床层。6.权利要求1-5任一项的列管式固定床反应器，其中所述反应管横截面为圆形、矩形、椭圆形、蛋形或对应这些形状的环形，或者为辐射形状如五角形或六角形。7.权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏小波，韩国茹，陈伟，
申请(专利权)人：上海融熠投资管理有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31