一种缠绕管式大通量换热固定床反应器制造技术

一种缠绕管式大通量换热固定床反应器，属反应工程领域。这种固定床反应器的管程采用多流股缠绕式换热管，在第一过滤单元与第二过滤单元之间设有均匀分布支撑颗粒的气流分布层和支撑层、以及均匀分布支撑颗粒和催化剂颗粒的催化剂分布层，催化剂分布层中填充的催化剂颗粒体积占比随着反应器内的反应温度变化；该反应器通过调整催化剂分布层中催化剂的体积占比，可有效控制反应速度；在反应的同时，采用多流股缠绕式换热管即时换热，有利于提高换热紧凑性适应大通量换热，又能有效调节反应温度；利用设备法兰和管程总管内法兰连接结构，实现反应器可拆卸、管束可抽出，便于催化剂更换以及壳程结构的定期维护。

A Fixed Bed Reactor with Winding Tube and High Flux Heat Exchange

The utility model relates to a winding tubular fixed bed reactor with large flux heat transfer, belonging to the field of reaction engineering. The tube side of the fixed bed reactor is a multi-strand wound heat exchanger tube. Between the first filter unit and the second filter unit, there are airflow distribution layer and support layer with uniform distribution of supporting particles, and catalyst distribution layer with uniform distribution of supporting particles and catalyst particles. The volume proportion of catalyst particles filled in the catalyst distribution layer varies with the reaction temperature in the reactor. The reactor can effectively control the reaction speed by adjusting the volume proportion of catalyst in the catalyst distribution layer; at the same time, the multi-strand winding heat exchanger tube is used to heat transfer instantaneously, which is conducive to improving the heat transfer compactness, adapting to large flux heat transfer, and can effectively adjust the reaction temperature; the reactor can be disassembled and the tube can be realized by using the flange connection structure of the equipment flange and the main pipe of the pipe. The beam can be withdrawn to facilitate catalyst replacement and regular maintenance of shell side structure.

【技术实现步骤摘要】
一种缠绕管式大通量换热固定床反应器
本专利技术涉及一种缠绕管式大通量换热固定床反应器，属于反应工程领域。
技术介绍
换热固定床反应器，其特点是在催化床内设有换热装置，使催化床在进行化学反应的同时与外界进行热交换，这样可以使催化床的温度控制在更为靠近最佳温度范围条件下进行，反应速率较快，催化剂用量较少，反应的选择性也较高。然而传统的固定床反应器存在传热差、催化剂不易更换的问题，当放热反应剧烈时，温度急剧上升容易失控。当前反应器专利《一种可拆翅片管列管式固定床反应器》（授权公告号：205612395U）以及《一种列管式固定床反应器》（申请号：201820090388.2），虽然具有可拆卸功能，但很难适应不同的反应速度，无法达到对反应温度的精确控制。对于反应较为剧烈的过程，热量无法及时散出，温度急剧上升。
技术实现思路
为了克服现有技术中的存在问题，本专利技术提供一种缠绕管式大通量换热固定床反应器。在该反应器中壳程设置支撑颗粒，通过调整催化剂分布层中催化剂的体积占比(体积百分比)，可有效控制反应速度；在反应的同时，采用多流股缠绕式换热管即时换热，有利于提高换热紧凑性适应大通量换热，又能有效调节反应温度；利用设备法兰和管程总管内法兰连接结构，实现反应器可拆卸、管束可抽出，便于催化剂更换以及壳程结构的定期维护。本专利技术采用的技术方案是：一种缠绕管式大通量换热固定床反应器，反应器的壳程包括设有壳程入口和第一人孔的第一封头、设有夹套的筒体和设有壳程出口和第二人孔的第二封头，并采用两组连接法兰固定连接成一体，夹套设有进、出口夹套管道，在第一封头、第二封头上分别设有多个管程总管；所述反应器的管程采用多流股缠绕式换热管，在筒体内的第一连接法兰处设置第一过滤单元，在壳程出口处设置第二过滤单元，在第一过滤单元与第二过滤单元之间设有气流分布层、催化剂分布层和支撑层；在气流分布层和支撑层中全部放置支撑颗粒，在催化剂分布层中根据反应温度情况，放置均匀混合的催化剂颗粒与支撑颗粒，催化剂颗粒的体积占比为100-0.1％；所述换热管采用螺旋结构，每层各根换热管间留有间隙，最内层换热管通过中心管固定，不同层换热管间相互固定，并每层之间留有间隙；所述换热管的端部与管板连接，管板与设置在管程总管内的法兰环固定连接。所述换热管采用轴向布置的多层绕管式结构，每层由多根相同规格的换热管并行缠绕，各管之间和各层之间留有0.1-50倍管外径的间隙。所述催化剂分布层中催化剂颗粒的体积占比沿流动方向受反应介质浓度、吸热放热特性和催化剂耐受温度而呈梯度变化，范围在0.1%-100%之间。所述管程为多程时，其中一程用于反应介质预热或预冷，一程用于导热介质完成反应温度的控制调节。本专利技术的有益效果是：这种缠绕管式大通量换热固定床反应器管程采用多流股缠绕式换热管，在第一过滤单元与第二过滤单元之间设有均匀分布支撑颗粒的气流分布层和支撑层、以及均匀分布支撑颗粒和催化剂颗粒的催化剂分布层，催化剂分布层中填充的催化剂颗粒体积占比随着反应器内的反应温度变化。该反应器可以控制催化剂分布层中催化剂的体积占比，进而控制反应速度。采用绕管式结构，增强传热性能。同时多流股换热的结构旨在反应器内进行反应时，热量能够及时散发出去，防止反应飞温或反应停止现象的发生。利用两组筒体法兰结构和管程总管内的法兰结构，实现反应器可拆卸，从而可以实现催化剂的更换以及壳程结构的定期维修。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。图1是一种缠绕管式大通量换热固定床反应器的结构图。图2是图1中的A放大图。图中：1、壳程入口，2、第一封头，2a、第二封头，3、管程总管，4、法兰环，5、管板，6、换热管，7、第一人孔，7a、第二人孔，8、第一连接法兰，8a、第二连接法兰，9、第一过滤单元，9a、第二过滤单元，10、支撑颗粒，11、夹套管道，12、夹套,13、催化剂颗粒,14、中心管，15、筒体，16、壳程出口。具体实施方式图1、2示出了一种缠绕管式大通量换热固定床反应器的结构图。这种缠绕管式大通量换热固定床反应器，反应器的壳程包括设有壳程入口1和第一人孔7的第一封头2、设有夹套12的筒体15和设有壳程出口16和第二人孔7a的第二封头2a，并采用两组设备法兰固定连接成一体，夹套12设有进、出口夹套管道11，在第一封头2、第二封头2a上分别设有多个管程总管3。反应器的管程采用多流股缠绕式换热管6，在筒体15内的第一连接法兰8处设置第一过滤单元9，在壳程出口16处设置第二过滤单元9a，在第一过滤单元9与第二过滤单元9a之间设有气流分布层I、催化剂分布层Ⅱ和支撑层Ⅲ；在气流分布层I和支撑层Ⅲ中全部放置支撑颗粒10，在催化剂分布层Ⅱ中根据反应温度情况，放置均匀混合的催化剂颗粒13与支撑颗粒10，催化剂颗粒13的体积占比为100-0.1％；换热管6采用螺旋结构，每层各根换热管6间留有间隙，最内层换热管6通过中心管14固定，不同层换热管6间相互固定，并每层之间留有间隙。换热管6的端部与管板5连接，管板5与设置在管程总管3内的法兰环4固定连接。换热管6采用轴向布置的多层绕管式结构，每层由多根相同规格的换热管6并行缠绕，各管之间和各层之间留有0.1~50倍管外径的间隙。催化剂分布层（Ⅱ）中催化剂颗粒（13）的体积占比沿流动方向受反应介质浓度、吸热放热特性和催化剂耐受温度而呈梯度变化，范围在0.1%-100%之间。管程为多程时，其中一程用于反应介质预热或预冷，一程用于导热介质完成反应温度的控制调节。实施例1当反应为放热反应时，反应介质通过壳程入口进入反应器，通过气流分布层实现气流的均匀分配，在催化剂分布层发生反应，进行放热。通过控制催化剂颗粒在催化剂分布层中各个位置的体积占比，控制反应速度以防止反应飞温。随着反应的进行，反应介质中浓度减少，通过增大催化剂分布层中催化剂颗粒的体积占比，以防止反应速度下降或停止。催化剂分布层中催化剂颗粒的体积占比随着反应介质流动方向逐步增大，例如：催化剂分布层再分为6层，顺反应介质流动方向，催化剂颗粒的体积占比依次为40％、50％、60％、70％、80％、90％。反应后的介质通过壳程出口排出反应器。选择其中一个或多个流股的管程总管，通入低温介质，与壳程内介质及时换热，防止温度过高造成催化剂失效。实施例2当反应为吸热反应时，气流分布层对反应介质均匀分配。反应介质在催化剂分布层发生反应，进行吸热。随着反应的进行，反应温度降低，为了防止反应速度降低，需要增加催化剂分布层中催化剂颗粒的体积占比。催化剂分布层中催化剂颗粒的体积占比随着反应介质流动方向逐步增加，例如：催化剂分布层再分为8层，逆反应介质流动方向，催化剂颗粒的体积占比依次为100％、90％、80％、70％、60％、50％、40％、30％。反应后的介质通过壳程出口排出反应器。选择其中一个或多个流股的管程总管，通入高温介质，与壳程内介质及时换热，维持壳程内温度的稳定。采用上述的技术方案，反应器中设置支撑颗粒，形成气流分布层，使得反应介质流过气流分布层时能够均匀分布，同时气流分布层能够增加反应介质的湍流度，可以增加反应速率。以上功能使得反应介质可以均匀、高效的进行反应。通过将反应器内换热管设置成螺旋状，与传统的列管式反应器相比可显著提高换热紧凑性，换本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种缠绕管式大通量换热固定床反应器，反应器的壳程包括设有壳程入口（1）和第一人孔（7）的第一封头（2）、设有夹套（12）的筒体（15）和设有壳程出口（16）和第二人孔（7a）的第二封头（2a），并采用两组设备法兰固定连接成一体，夹套（12）设有进、出口夹套管道（11），在第一封头（2）、第二封头（2a）上分别设有一个或多个管程总管（3），其特征是：所述反应器的管程采用多流股缠绕式换热管（6），在筒体（15）内的第一连接法兰（8）处设置第一过滤单元（9），在壳程出口（16）处设置第二过滤单元（9a），在第一过滤单元（9）与第二过滤单元（9a）之间设有气流分布层（I）、催化剂分布层（Ⅱ）和支撑层（Ⅲ）；在气流分布层（I）和支撑层（Ⅲ）中全部放置支撑颗粒（10），在催化剂分布层（Ⅱ）中根据反应温度情况，放置均匀混合的催化剂颗粒（13）与支撑颗粒（10），催化剂颗粒（13）的体积占比为100‑0.1％；换热管（6）采用螺旋结构，每层各根换热管（6）间留有足够间隙，间隙中填充催化剂颗粒（13）与支撑颗粒（10），最内层换热管（6）通过中心管（14）固定，不同层换热管（6）间相互固定，并每层之间留有间隙；所述换热管（6）的端部与管板（5）连接，管板（5）与设置在管程总管（3）内的法兰环（4）固定连接。...

【技术特征摘要】
1.一种缠绕管式大通量换热固定床反应器，反应器的壳程包括设有壳程入口（1）和第一人孔（7）的第一封头（2）、设有夹套（12）的筒体（15）和设有壳程出口（16）和第二人孔（7a）的第二封头（2a），并采用两组设备法兰固定连接成一体，夹套（12）设有进、出口夹套管道（11），在第一封头（2）、第二封头（2a）上分别设有一个或多个管程总管（3），其特征是：所述反应器的管程采用多流股缠绕式换热管（6），在筒体（15）内的第一连接法兰（8）处设置第一过滤单元（9），在壳程出口（16）处设置第二过滤单元（9a），在第一过滤单元（9）与第二过滤单元（9a）之间设有气流分布层（I）、催化剂分布层（Ⅱ）和支撑层（Ⅲ）；在气流分布层（I）和支撑层（Ⅲ）中全部放置支撑颗粒（10），在催化剂分布层（Ⅱ）中根据反应温度情况，放置均匀混合的催化剂颗粒（13）与支撑颗粒（10），催化剂颗粒（13）的体积占比为100-0.1％；换热管（6）采用螺旋结构，每层各根换热管（...

【专利技术属性】
技术研发人员：代玉强，范志豪，胡大鹏，张博文，武锦涛，周一卉，白洪亮，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21