一种模块化控温反应器制造技术

本发明专利技术涉及化学反应装置技术领域，尤其涉及一种模块化控温反应器。包括：反应腔室，反应腔室内设置有至少一个模块化的换热单元，换热单元中设有气体环隙分布筒中心筒，换热单元的外部设有气体环隙分布筒，反应腔室还连通有原料气进口、反应气出口、至少一个换热介质进口和至少一个与换热介质进口相对应的换热介质出口，原料气进口和反应气出口这两者中的其中一个与气体环隙分布筒连通，另一个与中心筒相连通，换热介质进口和换热介质出口与换热单元连通，换热单元包括围绕中心筒分布的多个可相互拼接且独立拆卸的控温反应模块。针对不同放热或吸热反应，换热单元可以分别装填相同或不同量甚至不同种类的催化剂，实现多种反应的集成。

【技术实现步骤摘要】
一种模块化控温反应器
本专利技术涉及化学反应装置
，尤其涉及一种模块化控温反应器。
技术介绍
多数化学反应过程往往伴随放热或吸热现象，如CO变换、合成气制甲烷、合成甲醇、合成二甲醚、二甲醚制乙醇、醇制烯烃、合成氨及加氢反应等等。随着人们对化学反应热力学和动力学的研究，绝热式反应器由于其温升高，催化剂易失活，导致反应选择性下降，转化率低，同时由于催化剂耐温区间较小，绝热反应需要多台反应器与多台换热器串联，导致整个工艺流程复杂、压降过大及投资高等问题，已逐渐被等温反应所取代。现有的等温反应工艺中，通常采用列管式反应器或板式反应器两种不同形式。如CN102059078A提出了《一种等温径向变换反应器》，将固定管板式换热器集成在等温反应器中。换热装置包括多根换热管和位于换热管两端的上管板和下管板，在两块管板之间有一桶状的配流管，催化剂分布于管板和配流管内的空间中。原料气经过顶部的入口进入反应器，进入配流管与反应器外壳组成的配流环隙空间，通过配流管径向进入催化剂床层，然后由中心管出反应器。反应热由分布于催化剂床层中的换热管移出反应器。该设计解决了反应床层温度过高的问题。CN101304803A提出了《等温化学反应器》，采用了径向板式反应器形式，包括圆柱形壳体,长侧与圆柱形外壳的轴平行且短侧与壳垂直延伸的板片。换热板片以等角度扇形排布形成一个个从中心筒向壳体延伸的等体积催化剂床层。在具体应用中，等温反应器通常采用列管式反应器，但是换热管的传热系数不高，需要较多的换热面积，反应器体积大；催化剂多数装填在换热管内，一个反应器内换热管数量有成千上万根，催化剂装卸工作量大，检漏维修等较为复杂；即使催化剂装填于壳体内，由于上下管板的存在，催化剂的装填仍然复杂繁琐；尤其是需要实现高产能和单台设备高产量时，列管式反应器往往面临压降大、热点高以及体积大等问题。采用径向列管式反应器虽然可以解决压降大、能耗高的问题，但同时也存在以下问题：管板导致催化剂装卸困难，且管板结构不适合现场焊接，在运输上存在尺寸限制；采用管箱或环管结构，换热管需特殊弯制，工序繁多，加工难度大；管束支撑设置困难；列管有管径和管心距等要求，使得移热组件占比总反应器空间小，且在剧烈放热或吸热区域，换热面积及换热能力不足，容易导致飞温或反应骤停，在反应放热量小或吸热量少的区域，换热面积大量富余，导致反应器体积增加，成本增加。板式等温反应器虽然避免了列管式径向反应器的某些缺点，但同时也存在弊端，比如由于径向板式结构中，板呈径向发散形式，这样就导致在靠近中心管处的板片比催化剂外围床层处密集，造成换热效果不均匀。另外，考虑到催化剂活性，需要同时兼顾热点温度或最低温度和出口温度，往往板对间角度较小，造成靠近中心筒处的板对太过密集，换热面积大量富余；且装填催化剂时，易造成搭桥阻塞；换热介质进出支管设置紧密，且管径受限，不能满足换热介质流量大的情况除此之外，如图1所示，不同反应的放热或吸热过程各有不同，其热点温度出现的位置各有不同，单一的排列形式难以适用，难免会在放热最强或吸热最强而换热面积不足的地方出现温度积累或温度降低，造成局部温度过高或温度不足和局部催化剂结焦失活或未达到起活温度，从而影响反应的选择性及反应速度，更有可能使反应器处于失稳状态，出现飞温或反应骤停等。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种模块化控温反应器，通过绕中心筒相互连接的多个可相互拼接拆卸的控温反应模块的结构，将反应器内部分割成一个个完全独立且灵活，多变的反应腔体，便于操作、安装、运输，有利于设备大型化；而且针对不同放热或吸热反应，基于反应和传热的分析，做出不同调整，使得反应在放热最强或吸热最强的位置上获得最大最好的传热效果，在反应最弱的部位减少或移除换热元件，节能减排，实现高经济性。完全独立的模块可以分别装填相同或不同量甚至不同种类的催化剂，实现多种反应的集成。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一种模块化控温反应器，包括：反应腔室，所述反应腔室内设置有至少一个模块化的换热单元，所述换热单元中设有气体环隙分布筒中心筒，所述换热单元的外部还套设有气体环隙外分布筒气体环隙分布筒，所述反应腔室还连通有原料气进口、反应气出口、至少一个换热介质进口和至少一个与换热介质进口相对应的换热介质出口，所述原料气进口和反应气出口这两者中的其中一个与气体环隙外分布筒相连通，另一个与中心筒相连通，所述换热介质进口和换热介质出口均与换热单元连通，所述换热单元包括围绕中心筒分布的多个可相互拼接且独立拆卸的控温反应模块，且每个控温反应模块可以填装不同的催化剂。作为本技术方案的优选方案之一，所述控温反应模块包括与外部相连通的控制腔体，所述控制腔体的内部设置有至少一个换热元件，所述控制腔体至少开设有一个用于放置催化剂的开口，所述开口上连接有可拆卸的盖板。作为本技术方案的优选方案之一，多个所述控制腔体均以中心筒的轴心为中心呈放射状分布，所述控温反应模块包括前弧形板片和后弧形板片，所述前弧形板片和后弧形板片与连接在其左、右边的两个换热元件构成中空的控制腔体，且所述控制腔体的上部和下部均为开口，所述开口上连接有可拆卸的盖板；所述前弧形板片和/或后弧形板片开设有用于引导反应气体的导流孔。作为本技术方案的优选方案之一，所述前弧形板片和后弧形板片上对应开设有多个卡槽，所述换热元件可拆卸的卡接在设定的卡槽上，且每个控温反应模块所设定的换热元件的数量可调。作为本技术方案的优选方案之一,所述控制腔体包括由催化剂上盖板和催化剂下盖板沿边连接形成的板程腔体，属于同一个控温反应模块的换热元件成为一个换热元件组，每个换热元件组通过配流管顺次连接每一个换热元件，所述配流管分别内嵌在每一个换热元件的顶端和底端的板缝中，所述板程腔体上开设有分别与换热分配支管和换热收集支管相连通的通口，且所述换热分配支管和换热收集支管分别与内嵌在换热元件的顶端和底端的的板缝中的配流管相连。作为本技术方案的优选方案之一，每一个所述换热元件组的配流管的两端分别连接有换热分配支管和换热收集支管，每一个所述换热分配支管通过立管连接到同一换热介质的换热分配总管，每一个所述换热收集支管通过立管连接到同一换热介质的换热收集总管上，同一换热介质的换热分配总管通过管路连通同一换热介质的换热介质进口，同一换热介质的换热收集总管通过管路连通同一换热介质的换热介质出口。作为本技术方案的优选方案之一，所述换热单元还包括环绕中心筒的支撑架，所述支撑架包括环绕反应腔室中心轴设置的多个环梁和连接在环梁之间的竖梁，最内层的环梁下端还连接有锥型桶，所述锥型桶连接在下封头上。作为本技术方案的优选方案之一，所述换热单元包括至少一个由多个控温反应模块拼接组成的控温反应层。作为本技术方案的优选方案之一，所述换热单元还包括至少一个由控温反应模块和/或隔绝模块拼接组成的控温反应层。作为本技术方案的优选方案之一，不同的所述控温反应层的层厚不同。有益效果：绕中心筒相互连接的多个可相互拼接拆卸的控温反应模块的结构，将反应器内部分割成一个个完全独立且灵活，多变的反应腔体，不仅便于操作、安装、运输，提高生产效率，有利于设备大型化；而且针对不同放热或吸热反应，基于反应和传热的分析，做出不同调整，使得反应在放热最强或吸热最强的位置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模块化控温反应器，其特征在于，包括：反应腔室(11)，所述反应腔室(11)内设置有至少一个模块化的换热单元(9)，所述换热单元(9)中设有中心筒(4)，所述换热单元(9)的外部还套设有气体环隙外分布筒(5)，所述反应腔室(11)还连通有原料气进口(1)、反应气出口(6)、至少一个换热介质进口(7)和至少一个与换热介质进口(7)相对应的换热介质出口(8)，所述原料气进口(1)和反应气出口(6)这两者中的其中一个与气体环隙外分布筒(5)相连通，另一个与中心筒(4)相连通，所述换热介质进口(7)和换热介质出口(8)均与换热单元(9)连通，所述换热单元(9)包括围绕中心筒(4)分布的多个可相互拼接并独立拆卸的控温反应模块，且每个控温反应模块可以装填不同的催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种模块化控温反应器，其特征在于，包括：反应腔室(11)，所述反应腔室(11)内设置有至少一个模块化的换热单元(9)，所述换热单元(9)中设有中心筒(4)，所述换热单元(9)的外部还套设有气体环隙外分布筒(5)，所述反应腔室(11)还连通有原料气进口(1)、反应气出口(6)、至少一个换热介质进口(7)和至少一个与换热介质进口(7)相对应的换热介质出口(8)，所述原料气进口(1)和反应气出口(6)这两者中的其中一个与气体环隙外分布筒(5)相连通，另一个与中心筒(4)相连通，所述换热介质进口(7)和换热介质出口(8)均与换热单元(9)连通，所述换热单元(9)包括围绕中心筒(4)分布的多个可相互拼接并独立拆卸的控温反应模块，且每个控温反应模块可以装填不同的催化剂。2.根据权利要求1所述的模块化控温反应器，其特征在于，所述控温反应模块包括与外部相连通的控制腔体，所述控制腔体的内部设置有至少一个换热元件(93)，所述控制腔体至少开设有一个用于放置催化剂的开口，所述开口上连接有可拆卸的盖板。3.根据权利要求2所述的模块化控温反应器，其特征在于，多个所述控制腔体均以中心筒(4)的轴心为中心呈放射状分布，所述控温反应模块包括前弧形板片(91)和后弧形板片(92)，所述前弧形板片(91)和后弧形板片(92)与连接在其左、右边的两个换热元件(93)构成中空的控制腔体，且所述控制腔体的上部和下部均为开口，所述开口上连接有可拆卸的盖板；所述前弧形板片(91)和/或后弧形板片(92)开设有用于引导反应气体的导流孔(95)。4.根据权利要求3所述的模块化控温反应器，其特征在于，所述前弧形板片(91)和后弧形板片(92)上对应开设有多个卡槽，所述换热元件(93)可拆卸的卡接在设定的卡槽上，且每个控温反应模块所设...

【专利技术属性】
技术研发人员：余圣婴，李凤清，刘英民，倪昊尹，徐月亭，
申请(专利权)人：德艾柯工程技术上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31