一种气固轴径向二维流反应器制造技术

本发明专利技术提供一种气固轴径向二维流反应器，所述气固轴径向二维流反应器至少包括：外壳筒体、外多孔分布筒、内多孔分布筒、多层分形几何结构通道；所述外多孔分布筒和所述内多孔分布筒同轴设置于所述外壳筒体内，且所述外多孔分布筒的侧壁和所述内多孔分布筒的侧壁之间形成催化反应区；所述分形几何结构通道设置于所述催化反应区中，且所述分形几何结构通道与所述内多孔分布筒连通；所述分形几何结构通道表面设有多个孔体。本发明专利技术通过所述多层分形几何结构通道，可以使反应气沿床层分布更加均匀，从而改进气固两相间的反应效率，提高反应产物选择性及床层的热稳定性，同时内多孔分布筒的控制压降更小，降低了操作过程的能耗，有利于减少成本。

A Gas-Solid Axis Radial Two-Dimensional Flow Reactor

The invention provides a gas-solid axial radial two-dimensional flow reactor, which comprises at least a shell cylinder, an outer porous distributor, an inner porous distributor and a multi-layer fractal geometric structure channel; the outer porous distributor and the inner porous distributor are coaxially arranged in the shell cylinder, and the side wall of the outer porous distributor and the inner porous part are arranged in the shell cylinder. A catalytic reaction zone is formed between the side walls of the cloth barrel; the fractal geometric structure channel is arranged in the catalytic reaction zone, and the fractal geometric structure channel is connected with the inner porous distribution barrel; the surface of the fractal geometric structure channel is provided with a plurality of porous bodies. By the multi-layer fractal geometric structure channel, the reaction gas can be distributed more uniformly along the bed layer, thereby improving the reaction efficiency between gas and solid phases, improving the selectivity of reaction products and the thermal stability of the bed layer, and reducing the control pressure drop of the inner porous distributor, reducing the energy consumption of the operation process and reducing the cost.

【技术实现步骤摘要】
一种气固轴径向二维流反应器
本专利技术属于化工设备装置领域，涉及一种气固轴径向二维流反应器，特别是涉及一种具有分形结构以促进流体沿床层均匀分布的轴径向二维流固定床反应器。
技术介绍
在化学工业和石油化工中，固定床反应器是一种最广泛应用的核心装置，主要包括轴向反应器和径向反应器两种型式。轴向反应器设计加工相对简单，但设备尺寸大、床层压降大，容易出现局部飞温及转化率低等问题；径向反应器具有床层压降小、空速大、生产能力高、可使用小颗粒催化剂、易于大型化等优点，但由于流体流道截面积大，催化剂床层一般很薄，存在着流体沿轴向分布不均匀问题。反应气均布与否，直接影响到床层的温度与浓度分布，进而影响反应转化率、产物选择性及床层热稳定性。以往设计中通常采用控制分布筒开孔率，以增加开孔压降的方式来实现流体的均布。开孔率越小，开孔压降越大，均布的效果越好，但反应器运行能耗越大。因此低控制压降或无控制压降的均布技术是径向反应器的发展趋势，也成为径向反应器放大设计的关键。分形几何最早由美国数学家B.B.Mandelbrot于1967年提出，分形结构具有自相似性，各分支流道可以起到均匀分流的作用。分叉网络中母管与子管间的最优化关系可由Murray定律确定。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种气固轴径向二维流反应器，用于解决现有技术中利用增加分布筒开孔压降实现流体均布的方式存在能耗大的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种气固轴径向二维流反应器，所述气固轴径向二维流反应器至少包括：外壳筒体、外多孔分布筒、内多孔分布筒、多层分形几何结构通道；所述外多孔分布筒和所述内多孔分布筒同轴设置于所述外壳筒体内，且所述外多孔分布筒的侧壁和所述内多孔分布筒的侧壁之间形成催化反应区；所述分形几何结构通道设置于所述催化反应区中，且所述分形几何结构通道与所述内多孔分布筒连通；所述分形几何结构通道表面设有多个孔体。作为本专利技术气固轴径向二维流反应器的一种优化的方案，所述分形几何结构通道包括三至五个3级～5级对称双分叉结构，分叉角度介于73°～77°之间，同级支管的直径与长度均相同，后一级支管的直径与长度为前一级支管的0.75～0.85倍。作为本专利技术气固轴径向二维流反应器的一种优化的方案，所述分形几何结构通道表面设有的所述孔体呈非均匀分布，所述孔体之间的间距根据变质量流动规律计算确定，以保证各开孔的流出气量一致。作为本专利技术气固轴径向二维流反应器的一种优化的方案，所述分形几何结构通道沿所述内多孔分布筒的径向呈平行分布。作为本专利技术气固轴径向二维流反应器的一种优化的方案，所述分形几何结构通道的上表面和下表面设有多个所述孔体。作为本专利技术气固轴径向二维流反应器的一种优化的方案，所述分形几何结构通道的层间间距为所述内多孔分布筒直径的2倍～3倍。作为本专利技术气固轴径向二维流反应器的一种优化的方案，所述孔体形状包括圆孔状及长条状中的一种，开孔直径介于0.8mm～1.5mm之间。作为本专利技术气固轴径向二维流反应器的一种优化的方案，所述外多孔分布筒和所述内多孔分布筒表面的开孔形状包括圆孔状及长条状中的一种，开孔直径介于1mm～3mm之间。作为本专利技术气固轴径向二维流反应器的一种优化的方案，所述外壳筒体上设有与所述催化反应区连通的催化剂入口，通过所述催化剂入口往所述催化反应区输入催化剂形成催化剂床层。作为本专利技术气固轴径向二维流反应器的一种优化的方案，所述外壳筒体上还设有与所述内多孔分布筒连通的反应气入口。作为本专利技术气固轴径向二维流反应器的一种优化的方案，所述外壳筒体上还设有反应产物出口和催化剂卸料口。作为本专利技术气固轴径向二维流反应器的一种优化的方案，反应气进入所述内多孔分布筒，一部分所述反应气通过所述内多孔分布筒表面的开孔沿径向进入所述催化剂反应区进行反应，另一部分所述反应气通过所述分形几何结构通道上下表面的孔体沿轴向进入所述催化剂反应区进行反应。如上所述，本专利技术的气固轴径向二维流反应器，具有以下有益效果：1、本专利技术通过轴径向二维流动的方式促进反应气在催化剂床层中均匀分布，与传统通过加大分布筒控制压降的方式相比，降低了操作过程的能耗，有利于降低成本。2、本专利技术通过分形几何结构通道，可以使反应气沿催化剂床层分布更加均匀，改进了气固两相间的反应效率，提高了反应产物选择性及床层的热稳定性，避免了径向方向上由于反应物浓度的不同，而造成放热不均。3、本专利技术的轴径向二维流反应器与传统径向反应器相比，通过分形几何结构通道可以分流一部分气体沿轴向通过催化剂床层，这样可以减小内多孔分布筒直径和反应器高度，有利于反应器工业化放大。附图说明图1为本专利技术气固轴径向二维流反应器的结构示意图。图2为本专利技术气固轴径向二维流反应器中分形几何结构通道的主视图。图3为本专利技术气固轴径向二维流反应器中分形几何结构通道的俯视图。元件标号说明1外壳筒体2外多孔分布筒3内多孔分布筒4多层分形几何结构通道5催化反应区6催化剂入口7反应气入口8反应产物出口9催化剂卸料口具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。如图1所示，本专利技术提供一种气固轴径向二维流反应器，所述气固轴径向二维流反应器至少包括：外壳筒体1、外多孔分布筒2、内多孔分布筒3、多层分形几何结构通道4；所述外多孔分布筒2和所述内多孔分布筒3同轴设置于所述外壳筒体1内，且所述外多孔分布筒2的侧壁和所述内多孔分布筒3的侧壁之间形成催化反应区5；所述分形几何结构通道4设置于所述催化反应区5中，且所述分形几何结构通道4与所述内多孔分布筒3连通；所述分形几何结构通道4表面设有多个孔体(未予以图示)。本专利技术提供的轴径向二维流固定床反应器具有多层分形几何结构通道4，在较低的分布筒控制压降下，通过多层分形几何结构通道4促进反应物沿床层均匀分布，以提高反应器的空间利用率和时空产率，改进反应效率，并降低反应器的能耗。其中，所述内多孔分布筒3围成区域为分流主流道，外多孔分布筒2与外壳筒体1间构成集流主流道，多层分形几何结构通道4与分流主流道连通。作为示例，所述外壳筒体1上设有与所述催化反应区5连通的催化剂入口6，通过所述催化剂入口6往所述催化反应区5输入催化剂形成催化剂床层。所述外壳筒体1上还设有与所述内多孔分布筒3连通的反应气入口7。另外，所述外壳筒体1上还设有反应产物出口8和催化剂卸料口9。作为示例，所述分形几何结构通道4包括三至五个3级～5级对称双分叉结构，分叉角度介于73°～77°之间，同级支管的直径与长度均相同，后一级支管的直径与长度为前一级支管的0.75～0.85倍。本实施例中，如图2和图3所示，所述分形几何结构通道4优选为四个3级对称双分叉结构，分叉角度为75°，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气固轴径向二维流反应器，其特征在于，所述气固轴径向二维流反应器至少包括：外壳筒体、外多孔分布筒、内多孔分布筒、多层分形几何结构通道；所述外多孔分布筒和所述内多孔分布筒同轴设置于所述外壳筒体内，且所述外多孔分布筒的侧壁和所述内多孔分布筒的侧壁之间形成催化反应区；所述分形几何结构通道设置于所述催化反应区中，且所述分形几何结构通道与所述内多孔分布筒连通；所述分形几何结构通道表面设有多个孔体。

【技术特征摘要】
1.一种气固轴径向二维流反应器，其特征在于，所述气固轴径向二维流反应器至少包括：外壳筒体、外多孔分布筒、内多孔分布筒、多层分形几何结构通道；所述外多孔分布筒和所述内多孔分布筒同轴设置于所述外壳筒体内，且所述外多孔分布筒的侧壁和所述内多孔分布筒的侧壁之间形成催化反应区；所述分形几何结构通道设置于所述催化反应区中，且所述分形几何结构通道与所述内多孔分布筒连通；所述分形几何结构通道表面设有多个孔体。2.根据权利要求1所述的气固轴径向二维流反应器，其特征在于：所述分形几何结构通道包括三至五个3级～5级对称双分叉结构，分叉角度介于73°～77°之间，其中，同级支管的直径与长度均相同，后一级支管的直径与长度为前一级支管的0.75～0.85倍。3.根据权利要求1所述的气固轴径向二维流反应器，其特征在于：所述分形几何结构通道表面设有的所述孔体呈非均匀分布，所述孔体之间的间距根据变质量流动规律计算确定，以保证各开孔的流出气量一致。4.根据权利要求1所述的气固轴径向二维流反应器，其特征在于：所述分形几何结构通道沿所述内多孔分布筒的径向呈平行分布。5.根据权利要求1所述的气固轴径向二维流反应器，其特征在于：所述分形几何结构通道的上表面和下表面设有多个所述孔体，以使反应气经过所述分形几何结构通道后沿轴向进入所述催化...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙予罕，张亚恒，唐志永，王刚，
申请(专利权)人：中国科学院上海高等研究院，
类型：发明
国别省市：上海,31