一种管壳式固定床等温反应器制造技术

本发明专利技术公开的一种等温轴向管壳式反应器，包含壳体、上管箱、上封头、兼做下管箱的下封头、换热管束和下固定管板，上封头和兼做下管箱的下封头分别固定在壳体上两端；下固定管板固定壳体的下端与下封头之间，其还包括一上管箱和若干柔性反应气输送管以及上浮动管板，上管箱和上浮动管板浮动位于壳体中上部内，上浮动管板与上管箱的底部固定连接，换热管束的上下端分别与上浮动管板和下固定管板固定连接；若干柔性反应气输送管的第一端连接在上管箱上以便向上管箱送入反应气，第二端连接在上封头或者/壳体上并延伸至外界，以便外界的反应气进入每一柔性反应气输送管。本发明专利技术解决了传统的固定管板管壳式反应器管壳程温差热应力问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
一种管壳式固定床等温反应器


[0001]本专利技术属于煤化工及天然气化工
，涉及一种适用于固定床气固相放热型催化反应的管壳式固定床等温反应器，该管壳式固定床等温反应器的反应气沿换热管轴向通过催化剂，反应热被迅速带走并副产饱和蒸汽，床层基本均温。特别适用于CO变换反应、甲醇合成、乙二醇合成、甲烷合成等。

技术介绍

[0002]随着化工生产的发展，为适应不同的传热要求和传热方式，出现多种固定床反应器的结构形式，其中尤以利用气态的反应物料，通过由固体催化剂所构成的床层进行反应的气固相催化反应器在化工生产中应用最为广泛。
[0003]固定床反应器从反应原理上主要分为绝热式和换热式两大类。
[0004]绝热式固定床反应器结构简单，应用广泛。但在实际操作中，绝热式反应器不能达到很高的效率，主要有两方面的限制：
[0005]①
化学平衡的限制；对于放热反应而言，温度越高，越不利于反应趋于平衡，而降低温度则会降低反应速率；
[0006]②
反应温升使催化剂床层温度远远超出了催化剂使用范围，会导致催化剂表面的活性组分熔结，比表面积大幅度下降，活性下降，副反应加剧，甚至造成飞温，损坏设备；所以对于放热型催化反应装置，要达到更深的反应，通常采用多段带换热式绝热床工艺，流程冗长，换热网络复杂，受全厂能量平衡的牵制，对于负荷波动及原料气组份变化影响较大，不利于装置长期稳定安全运行。
[0007]等温型反应器由换热元件及时移走反应热，保持床层基本恒温，其主要优点为：
[0008]①
等温操作使得实际反应温度曲线接近最大反应速率曲线，大大提高反应速率，使反应趋于平衡；
[0009]②
等温反应给催化剂提供了温和的运行环境，从而延长了催化剂的寿命；
[0010]③
利用水循环副产蒸汽带走催化剂床层反应热的方式经过几十年的实践证明是有效的，具有较强的可控性，通过调节副产蒸汽压力可有效控制催化剂床层温度；
[0011]④
等温反应有效杜绝了催化剂床层超温现象的发生，同时避免了某些反应可能发生的副反应，提高了装置的安全性。
[0012]随着装置大型化、煤气化技术多元化等特点，等温反应器的使用，或者等温反应器与绝热反应器的联合使用会更适应某些工艺的要求。
[0013]现有技术中，常用的轴向等温反应器为固定管板式的等温列管反应器，催化剂装填于换热管内，管板与壳体相焊接，反应气在管内沿轴向流动，壳侧的水汽移走反应热并副产蒸汽。考虑管壳程温差问题，换热管采用双相钢，催化剂由下管箱内的氧化铝球支撑。但工程实践中出现由于换热管与管板变形不协调导致换热管管接头失效、管板出现裂纹、管板与壳体焊缝失效等问题；同时随着反应器规格的放大，大量使用氧化铝球，带来设备操作重量大、更换催化剂较难分拣等问题。
[0014]专利技术目的
[0015]本专利技术即针对上述现有固定管板式的等温列管反应器所存在的上述问题而公开一种等温轴向管壳式反应器。
[0016]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0017]一种等温轴向管壳式反应器，包含壳体、上管箱、上封头、兼做下管箱的下封头、换热管束和下固定管板，所述上封头和兼做下管箱的下封头分别固定在所述壳体轴线方向的上下两端；所述下固定管板固定所述壳体轴线方向的下端与所述兼做下管箱的下封头之间，其特征在于，还包括一上管箱和若干柔性反应气输送管以及上浮动管板，所述上管箱和上浮动管板浮动位于所述壳体中上部内，所述上浮动管板与所述上管箱的底部固定连接，所述换热管束的上下端分别与上浮动管板和下固定管板固定连接并平行于所述壳体的轴线；若干柔性反应气输送管的第一端连接在所述上管箱上以便向上管箱送入反应气，若干柔性反应气输送管的第二端连接在所述上封头或者/所述壳体上并延伸至外界，以便外界的反应气进入每一柔性反应气输送管。
[0018]在本专利技术的一个优选实施例中，在所述上浮动管板与所述下固定管板之间的壳体内、沿所述壳体轴线方向间隔设置有若干换热管支撑板，每一换热管支撑板上开设有数量与所述换热管束中的换热管数量相同的换热管孔，每一换热管支撑板的外周缘与壳体固定连接，所述换热管束中的每一换热管穿所述所有换热管支撑板上对应的换热管孔，每一换热管的外径与对应的换热管孔的内径之间滑动配合。
[0019]在本专利技术的一个优选实施例中，在每一换热管支撑板上开设有通水孔。
[0020]在本专利技术的一个优选实施例中，若干柔性反应气输送管沿着所述上封头的内部和所述壳体的内部弯曲盘旋至所述上管箱，留出中间通道空间。
[0021]在本专利技术的一个优选实施例中，所述柔性反应气输送管为四根，四根柔性反应气输送管的第一端采用均布方式连接在所述上管箱上以便向上管箱送入反应气，每两根柔性反应气输送管的第二端并接后与一反应气管接头连接，两个反应气管接头采用均布方式连接在所述上封头或者/所述壳体上并延伸至外界，以便外界的反应气进入每一柔性反应气输送管。
[0022]在本专利技术的一个优选实施例中，在每一换热管内填充有催化剂，在所述下固定管板的底部设置有催化剂支撑结构，用以支撑每一换热管内的催化剂。
[0023]在本专利技术的一个优选实施例中，在每一换热管位于所述下固定管板中的这一段内设置有压缩金属丝网，所述压缩金属丝网用以支撑每一换热管内的催化剂，所述压缩金属丝网的下端支撑在所述催化剂支撑结构上。
[0024]在本专利技术的一个优选实施例中，所述催化剂支撑结构为V型网催化剂支承结构；所述V型网催化剂支承结构包括若干V型网、若干支撑板，在每一支撑板上开设有若干V型槽，所有的支撑板固定在所述兼做下管箱的下封头的内壁上，每一V型网卡入所有的支撑板对应的V型槽内。
[0025]在本专利技术的一个优选实施例中，相邻V型网之间留有一能够使空气流动又不至于使催化剂掉落的V型网缝隙。
[0026]在本专利技术的一个优选实施例中，所有的V型网与所有的支撑板之间可以采用分拆式结构组合起来，也可以采用固定形成一个整体。
[0027]由于采用了如上的技术方案，本专利技术通过将下固定管板与壳体固定连接，上浮动管板与上管箱固定连接，上管箱浮动设置在壳体内并通过柔性反应气输送管与上封头连接，壳体、上浮动管板、下固定管板、上管箱及换热管束组成传热的基本元件，相比较传统的固定管板管壳式反应器，其首先解决了传统的固定管板管壳式反应器管壳程温差热应力问题。相比较传统的固定管板反应器温差应力和变形得以释放，避免换热管管接头、管板焊缝等失效问题，增强设备的可靠性。其次解决了传统固定管板管壳式反应器为减小换热管与壳体热膨胀差，通常采用双相钢材料同时反应温度控制于300℃以下的问题。采用本专利技术可降低选材，只依据反应气腐蚀特性选材即可，同时可接受温差更大的化学反应。
[0028]另外，通过在每一换热管位于下固定管板中的这一段内设置压缩金属丝网并配合设置在下固定管板底部的V型网催化剂支承结构，对催化剂可起到良好的支撑作用，同时不影响气体流通，避免传统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种等温轴向管壳式反应器，包含壳体、上管箱、上封头、兼做下管箱的下封头、换热管束和下固定管板，所述上封头和兼做下管箱的下封头分别固定在所述壳体轴线方向的上下两端；所述下固定管板固定所述壳体轴线方向的下端与所述兼做下管箱的下封头之间，其特征在于，还包括一上管箱和若干柔性反应气输送管以及上浮动管板，所述上管箱和上浮动管板浮动位于所述壳体中上部内，所述上浮动管板与所述上管箱的底部固定连接，所述换热管束的上下端分别与上浮动管板和下固定管板固定连接并平行于所述壳体的轴线；若干柔性反应气输送管的第一端连接在所述上管箱上以便向上管箱送入反应气，若干柔性反应气输送管的第二端连接在所述上封头或者/所述壳体上并延伸至外界，以便外界的反应气进入每一柔性反应气输送管。2.根据权利要求1所述的一种等温轴向管壳式反应器，其特征在于，在所述上浮动管板与所述下固定管板之间的壳体内、沿所述壳体轴线方向间隔设置有若干换热管支撑板，每一换热管支撑板上开设有数量与所述换热管束中的换热管数量相同的换热管孔，每一换热管支撑板的外周缘与壳体固定连接，所述换热管束中的每一换热管穿所述所有换热管支撑板上对应的换热管孔，每一换热管的外径与对应的换热管孔的内径之间滑动配合。3.根据权利要求2所述的一种等温轴向管壳式反应器，其特征在于，在每一换热管支撑板上开设有通水孔。4.根据权利要求1所述的一种等温轴向管壳式反应器，其特征在于，若干柔性反应气输送管沿着所述上封头的内部和所述壳体的内部弯曲盘旋至所述上管箱，留出中间通道空间。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘磊，李挺，顾鹤燕，于洪芹，
申请(专利权)人：上海国际化建工程咨询有限公司，
类型：发明
国别省市：