一种等温反应器制造技术

本发明专利技术公开了一种等温反应器，该反应器包括径向圆筒形密封承压壳体(1)、1#管(9)、2#管(11)、催化反应区、以及用于与所述催化反应区换热的换热设备；所述催化反应区包括至少一个柱体(12)，每一个所述柱体(12)内设置有多个轴向穿过所述柱体(12)的微反应通道(6)，所述微反应通道(6)内设置有增加流体湍动作用的导流组件(5)。该反应器催化剂活性组分使用量少、压降低、产物停留时间短、原料转化率高、无气体偏流和床层飞温现象。

An isothermal reactor

The invention discloses an isothermal reactor, the reactor includes radial cylindrical sealed bearing shell (1), 1# (9), 2# (11), heat transfer equipment, as well as for the catalytic reaction zone and the catalytic reaction heat; the catalytic reaction zone includes at least one column (12), each of the column (12) are arranged in a plurality of axially through the column (12) of the micro channel response (6), the micro reaction channel (6) is arranged in the guide assembly to increase fluid turbulence effect (5). The reactor catalyst use less pressure to reduce the product of short residence time, high conversion rate of the raw materials, no gas drift and bed temperature runaway phenomenon.

【技术实现步骤摘要】
一种等温反应器
本专利技术涉及一种等温反应器。
技术介绍
固定床反应器主要有两种类型，一种是轴向固定床反应器，另一种是径向固定床反应器。轴向固定床反应器设计、加工过程相对容易、操作简单，但存在反应器设备尺寸庞大、床层压降大、容易出现局部飞温、移热缓慢、转化率低、放大效应明显等问题。径向床反应器高径比较大、床层压降小、反应物在催化剂床层停留时间短，但很难实现反应物在径向上的均匀分布、单位催化剂床层的生产强度较低。为了克服传统化工中存在传热、传质效率低的问题，二十世纪八九十年代兴起了微化工技术。微反应器作为微化工技术的核心组成部分，它是以毫米、微米为量级的化学反应系统。一方面微反应器具有微尺度化、较大的比表面、扩散距离短、停留时间短、阻力小等特点，其传质、传热和反应效果较普通反应器高1～3数量级；另一方面，可以根据实际的工业生产能力要求，通过具有功能化的微反应器模块集成以及数量的增减达到控制和调节生产，有利于实现设备的最大利用效率，同时缩短设备的加工时间。近年来，微通道反应器在气固相催化反应、液固相催化反应中受到越来越多的关注。公告号为CN202893334U的中国专利公开了一种微通道反应器，该微通道反应器采用钛合金板式结构，每个钛合金冷却盖板内设置有冷却仓和反应仓，该微通道反应器能够承受高压和抗蚀性，不足之处在于反应物在反应仓内停留时间短，生产效率较低。公告号为CN203540513U的中国专利公开了一种用于甲烷化工艺的微通道反应器，该反应器将微反应通道固定在反应器中部的支撑板上，难以消除热胀冷缩产生的应力。公告号为CN102151531A的中国专利公开了一种甲烷化反应器及其合成气完全甲烷化的方法，该微反应器由若干反应通道和移热通道交替平行排布，反应器的压降较大，同时难以承受高压。公告号为CN204841617U、CN204816459U的中国专利，将甲烷化反应器运用于煤制SNG甲烷化工艺，目标产物具有较高的选择性，不足之处在于原料气在该类反应器的停留时间较短，造成原料转化率偏低。因此，减小反应器的设备尺寸、降低压降损失，避免原料在催化剂床层中出现的沟流和短路现象，提高反应物的转化效率，充分延长反应器的使用寿命，满足反应器大型化的需求是目前亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种等温反应器，该反应器催化剂活性组分使用量少、压降低、产物停留时间短、原料转化率高、无气体偏流和床层飞温现象。为了实现上述目的，本专利技术提供一种等温反应器，其特征在于：该反应器包括径向圆筒形密封承压壳体、从所述壳体顶部伸入到壳体内部的1#管、从所述壳体底部伸入到壳体内部的2#管、设置在所述壳体内所述1#管下方所述2#管上方的催化反应区、以及用于与所述催化反应区换热的换热设备；所述催化反应区包括至少一个柱体，所述柱体与所述壳体同轴，且所述柱体的外侧面与所述壳体的内侧面相抵触或相重合；相邻两个柱体之间、最下方的柱体与壳体的底面之间形成有空隙；每一个所述柱体内设置有多个轴向穿过所述柱体的微反应通道，所述1#管与最上面的空隙之间以及相邻两个空隙之间仅通过微反应通道流体连通，最下方的空隙与所述2#管流体连通；所述微反应通道内设置有增加流体湍动作用的导流组件。优选地，每一个所述柱体中由该柱体的各内壁及各微反应通道的外壁共同形成有一个柱体腔室；所述换热设备包括在对应于每一个柱体的侧面的所述壳体上设置的至少一对相互远离的换热介质入口和换热介质出口，所述换热介质入口通过所述柱体腔室与所述换热介质出口流体连通。优选地，所述取热设备包括在对应于每一个所述空隙的侧面的所述壳体上设置的至少一对相互远离的换热介质入口、换热介质出口和穿过空隙的热交换组件，所述换热介质入口通过所述热交换组件与所述换热介质出口流体连通，所述热交换组件为选自筒状绕制管线、环状绕制管线、盘状绕制管线和换热板中的至少一种。优选地，所述柱体的数量为2-500个。优选地，所述导流组件包括与所述微反应通道固定连接的固定轴和串联在所述固定轴上的导流元件，所述导流元件朝向所述微反应通道进气方向的一端为凸形。优选地，所述导流元件为选自实心圆锥体、空心椎体、圆锥面、半球体、半球面、球体和球面中的至少一种。优选地，所述实心圆锥体、空心椎体和圆锥面的底面直径小于微反应通道的下侧开口的直径与上侧开口的直径中的较大者；所述半球体、半球面、球面和球体的球面直径小于微反应通道的下侧开口的直径与上侧开口的直径中的较大者；相邻两个所述导流元件的间距不小于所述导流元件的高度。优选地，每个所述导流组件包括3-100个所述导流元件。优选地，所述微反应通道的内表面和/或导流元件的外表面负载有催化活性组分。优选地，所述微反应通道为选自锥形管、喇叭形管、Y形管和梯形管中的其中一种；所述微反应通道的直径在2-50毫米之间；所述上侧开口的直径与下侧开口的直径的比值为(0.04-25)：1；所述微反应通道的内部空间的总体积为所有柱体的总体积的30％-90％。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1、微反应通道内设置有增加流体湍动作用的导流组件，且导流组件与微反应通道同轴，增加了反应原料在微通道内的湍流程度，提高了原料作用于催化剂活性位上的概率，从而提高了原料转化率；2、该反应器由若干大小相同的微反应通道构成的反应区，无反应死区和气体的偏流现象，换热设备能迅速移除或提供反应所需的热量，床层的温度较为均匀，不会出现热点，充分保证了整个运行周期内的平稳运行；3、对于体积缩小的催化反应而言，采用涂覆反应活性组分的微通道反应器，随着反应物从微反应通道较大直径端向较小直径端流动，反应通道越来越小，增大了体积缩小反应向产物方向转化的推动力，同时流速越来越大，使得产物在微反应通道中的停留时间较短，产生的反应热也很快的被带离催化反应区；对于体积增大的反应而言，反应物从微反应通道较小直径端向较大直径端流动，反应通道越来越大，增大了催化反应向产物方向转化的推动力；4、采用涂覆反应活性组分于微通道内表面和/或导流元件的外表面，活性金属使用量为同等处理能力常规固定床反应器所用量的1％-35％，节约了活性金属的使用量，特别能够降低贵金属催化剂的生产成本；5、反应物从流体主体到催化活性位之间的扩散阻力几乎为零，提高了反应速率，同时生成的产物能够很快扩散到流体主体，产物在反应器中停留时间较短，延长了催化剂的使用寿命(寿命可以提高15％-60％)，床层压降较同处理量的轴向反应器低(30％-90％)；6、可以根据实际的工业生产能力要求，通过具有功能化的微反应器模块集成以及数量的增减达到控制和调节生产，有利于实现设备的最大利用效率，无明显放大效应，同时缩短设备的加工时间，进一步降低反应器生产成本。本专利技术的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是本专利技术提供的反应器的一种具体实施方式的结构示意图；图2是本专利技术提供的反应器的另一种具体实施方式的结构示意图；图3是本专利技术提供的反应器的第三种具体实施方式的结构示意图；图4是本专利技术提供的反应器的第四种具体实施方式的结构示意图；图5是本专利技术提供的反应器的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等温反应器，其特征在于：该反应器包括径向圆筒形密封承压壳体(1)、从所述壳体(1)顶部伸入到壳体内部的1#管(9)、从所述壳体(1)底部伸入到壳体内部的2#管(11)、设置在所述壳体(1)内所述1#管(9)下方所述2#管(11)上方的催化反应区、以及用于与所述催化反应区换热的换热设备；所述催化反应区包括至少一个柱体(12)，所述柱体(12)与所述壳体(1)同轴，且所述柱体(12)的外侧面与所述壳体(1)的内侧面相抵触或相重合；相邻两个柱体(12)之间、最下方的柱体(12)与壳体(1)的底面之间形成有空隙(8)；每一个所述柱体(12)内设置有多个轴向穿过所述柱体(12)的微反应通道(6)，所述1#管(9)与最上面的空隙(8)之间以及相邻两个空隙(8)之间仅通过微反应通道(6)流体连通，最下方的空隙(8)与所述2#管(11)流体连通；所述微反应通道(6)内设置有增加流体湍动作用的导流组件(5)。

【技术特征摘要】
1.一种等温反应器，其特征在于：该反应器包括径向圆筒形密封承压壳体(1)、从所述壳体(1)顶部伸入到壳体内部的1#管(9)、从所述壳体(1)底部伸入到壳体内部的2#管(11)、设置在所述壳体(1)内所述1#管(9)下方所述2#管(11)上方的催化反应区、以及用于与所述催化反应区换热的换热设备；所述催化反应区包括至少一个柱体(12)，所述柱体(12)与所述壳体(1)同轴，且所述柱体(12)的外侧面与所述壳体(1)的内侧面相抵触或相重合；相邻两个柱体(12)之间、最下方的柱体(12)与壳体(1)的底面之间形成有空隙(8)；每一个所述柱体(12)内设置有多个轴向穿过所述柱体(12)的微反应通道(6)，所述1#管(9)与最上面的空隙(8)之间以及相邻两个空隙(8)之间仅通过微反应通道(6)流体连通，最下方的空隙(8)与所述2#管(11)流体连通；所述微反应通道(6)内设置有增加流体湍动作用的导流组件(5)。2.根据权利要求1的反应器，其中，每一个所述柱体(12)中由该柱体(12)的各内壁及各微反应通道(6)的外壁共同形成有一个柱体腔室；所述换热设备包括在对应于每一个柱体(12)的侧面的所述壳体(1)上设置的至少一对相互远离的换热介质入口和换热介质出口，所述换热介质入口通过所述柱体腔室与所述换热介质出口流体连通。3.根据权利要求1的反应器，其中，所述换热设备包括在对应于每一个所述空隙(8)的侧面的所述壳体(1)上设置的至少一对相互远离的换热介质入口、换热介质出口和穿过空隙(8)的热交换组件，所述换热介质入口通过所述热交换组件(15)与所述换热介质出口流体连...

【专利技术属性】
技术研发人员：张旭，戴文松，蒋荣兴，
申请(专利权)人：中国石化工程建设有限公司，中石化炼化工程集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11