气固相催化反应器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种气固相催化反应器。该气固相催化反应器包括：反应器壳体，其侧壁上形成有沿侧壁切线方向延伸的气体入口管线；催化剂床层，设置在反应器壳体内，与反应器壳体之间形成环状的旋流腔，催化剂床层为中空圆柱体，催化剂床层的壳体上设置有与催化剂床层内部相通的通孔；换热装置，设置在催化剂床层内。本实用新型专利技术的气固相催化反应器，反应气切向进气在旋流腔内旋流的方式相对于直接径向进气的方式将获得更长的停留时间，将有更长的时间在旋流腔内均匀旋流扩散后才进入催化剂床层在催化剂的作用下进行反应，使得反应气在反应器整个催化剂床层轴向空间内更为均匀分布。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及气固相催化反应
，具体而言，涉及一种气固相催化反应器。
技术介绍
在化工生产过程中，常常因为合成反应器催化剂床层温度不均、反应温度过高、或过反应温度过低等反应器催化剂床层温度不宜控制的因素导致副产物过多。对于由加压下甲胺、甲醚、甲醇合成、氨合成和CO变换这类气固相放热催化反应，随着反应的进行，不断放出的反应热使催化剂床层温度提高。为了减少副产物和提高反应器的效率，需要把反应热移出以使反应温度处于一个合理的范围。在工业反应器中曾广为使用的一种是多段绝热反应，二段之间用原料气激冷来降低反应气温度，这种反应器因原料气激冷时在降低反应气温度的同时也降低了反应物浓度，影响了合成效率。另一种用于甲醇合成的Lurgi公司的列管式反应器，在壳体中有上下管板间的多根圆管，管中装有催化剂，原料气从上部进气口进入分布到各管中，在管内装触媒层中合成甲醇，管间侧面进水。反应管被管外沸腾水连续移出热量，产生蒸汽由侧面管出，反应器由底部出气管出塔，该塔温差小，但触媒装填系数小。另一种DAVY公司开发的甲醇合成技术，其合成反应器结构示意图如图1所示，催化剂装填在反应器100’的壳侧，换热管130’内产生中压蒸汽。新鲜的合成气从反应器100’底部的中心管120’进入，中心管120’管壁上有分配孔以保证气体的分布均匀。气体沿径向从内到外通过反应器100’的催化剂床层110’。从汽包来的锅炉水进入反应器100’的底部然后向上流动并部分汽化带走甲醇合成反应所产生的反应热。反应温度通过换热管130’内蒸汽的压力来调节。该技术能将反应温度控制在一定范围内，且反应器100’生产能力的扩大可以通过加长反应器长度来实现，在甲醇合成大型化方面有其技术优势，目前被甲醇合成厂家逐渐广泛采用，但是本身还存在着一些不足。现有davy技术合成流程示意图，如图2所示，其中，反应系统包括反应器100’、汽包200’、水冷器300’、空冷器400’、循环气压缩机500’等，新鲜的合成气从反应器100’底部的中心管120’进入，中心管120’管壁上有分配孔以保证气体的分布均匀。气体沿径向从内到外通过反应器100’的催化剂床层110’。因为新鲜的合成气从反应器100’底部的中心管120’进入，所以较大比例合成气首先由反应器100’中下部中心管120’管壁上的分配孔沿径向从内到外进入到反应器100’中下部催化剂床层110’进行反应；沿着中心管120’越往上，合成气就越稀薄，也就是反应器100’下部催化剂床层110’相对于反应器100’上部催化剂床层110’而言就会有更多合成气参与反应，这样反应器100’下部催化剂的活性相对于反应器100’上部催化剂的活性将会下降得更快。这样，到了催化剂使用寿命的中后期时，进入反应器100’下部中心管120’管壁上分配孔的合成气中的大部分沿径向从内到外进入到反应器100’下部催化剂床层110’后往往还没有来得及进行化学反应就离开了催化剂床层110’，又因为在反应器100’下部进行反应的合成气比例比中上部的都大，即使合成气在反应器100’上部的活性较高的催化剂处的转化率还保持较高水平，但因为反应器100’上部的合成气量相对较小，使得总体上合成气反应生成甲醇的单程转化率将急速下降，使得甲醇产量也会随之下降；如果要保持甲醇产量，就需要加大未反应的合成气的循环量和循环次数，这无疑又增加了能耗。在催化剂使用寿命的中后期时，如果采用大幅提高催化剂床层110’温度的方法来提高催化剂的活性，一方面会使催化剂使用寿命更快下降，另一方面会才产生更多的蜡(尤其在床层温度高于280°c以上时)。这样，往往本来能使用较长或更长时间的床层催化剂更换的时间大为提前，而在反应器100’上部还保持较高活性的催化剂也同反应器100’下部几乎无法使用的催化剂一同更换(一般使用过的甲醇合成催化剂更换时，整体反应器100’的催化剂都和空气接触，一旦在空气氛围内，尚有活性的催化剂也必将因快速中毒损坏而无法使用)，在经济上造成了浪费。现有DAVY技术中，甲醇合成塔为径向流反应器，在合成反应器的上部，热气体需向下折流后才能流出塔外，在塔内滞留时间较长，造成移出反应热的速率较催化剂床层其他位置的反应热移出速率要慢，使得反应器催化剂床层常常出现局部超温，尤其当床层温度高于280°C时，往往会产生大量的蜡，同时使得催化剂活性加快衰减，间接地造成催化剂的浪费。现有DAVY技术中，汽包内的锅炉给水均从反应器的底部进入换热管，吸收反应热后变成蒸汽循环回汽包，这样，温度较低的锅炉给水在反应器中下部时大量吸收反应热汽化形成高温蒸汽，这些高温蒸汽和接近催化剂床层温度的高温锅炉给水吸收热量的能力远低于温度较低的锅炉给水，使得反应器上部产生的反应热不能及时被带走，往往导致反应器催化剂床层上部的温度大大高出反应器催化剂床层中下部的温度。
技术实现思路
本技术旨在提供一种气固相催化反应器，以解决现有技术中合成气在催化剂床层分布不均匀的技术问题。为了实现上述目的，根据本技术的一个方面，提供了一种气固相催化反应器。该气固相催化反应器包括反应器壳体，其侧壁上形成有沿侧壁切线方向延伸的气体入口管线；催化剂床层，设置在反应器壳体内，与反应器壳体之间形成环状的旋流腔，催化剂床层为中空圆柱体，催化剂床层的壳体上设置有与催化剂床层内部相通的通孔；换热装置，设置在催化剂床层内。进一步地，反应器的气体入口管线包括多条，各气体入口管线的高度位置相同或者不同，并且各气体入口管线在俯视方向的投影均匀地围绕在反应器壳体的外周。进一步地，反应器的气体入口管线包括第一气体入口管线、第二气体入口管线、第三气体入口管线、及第四气体入口管线，其中，第一气体入口管线和第二气体入口管线中心对称地设置在催化剂床层的1/3高度处，第三气体入口管线和第四气体入口管线中心对称地设置在催化剂床层的2/3高度处。进一步地，催化剂床层的中轴线上设置有中心管，中心管的管壁上均匀地设置有中心管集气孔，中心管上下两端形成反应生成气出口。进一步地，换热装置包括多条均匀地设置在催化剂床层内的换热管，其中，部分换热管内介质的流动方向与剩余部分的换热管内介质的流动方向相反。进一步地，换热装置包括多组以催化剂床层的中轴线为中心，呈圆形排布的换热管组，介质的流动方向不同的各换热管组间隔排列。进一步地，换热装置包括多组以催化剂床层的中轴线为中心，呈圆形排布的换热管组，换热管组内介质的流动方向不同的换热管之间间隔排列。进一步地，换热管与汽包相通，汽包内的水进入换热管的管线上设置有调节阀，催化剂床层内在换热管附近设置有热电偶，调节阀与热电偶形成控制换热管内水的流量的控制回路。进一步地，汽包与换热管形成回路。进一步地，汽包内的水自上而下进入的部分换热管的管线上设置有用于调节水压的变频泵，该部分换热管的出口端及多相泵的出口端分别设置有压差计，压差计与多相泵形成抑制蒸汽倒流的控制回路。本技术的气固相催化反应器，具有由套设在催化剂床层的壳体外周的壳体及催化剂床层的壳体形成的旋流腔，旋流腔通过催化剂床层壳体上设置的通孔与催化剂床层内部相通，且旋流腔的气体入口管线沿壳体的切线方向设置，使得反应气由气体入口管线沿旋流腔切向方向进入旋流腔。反应气切向进入后将紧贴本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气固相催化反应器，其特征在于，包括：反应器壳体(101)，其侧壁上形成有沿侧壁切线方向延伸的气体入口管线(150)；催化剂床层(110)，设置在所述反应器壳体(101)内，与所述反应器壳体(101)之间形成环状的旋流腔(140)，所述催化剂床层(110)为中空圆柱体，所述催化剂床层(110)的壳体上设置有与所述催化剂床层(110)内部相通的通孔(111)；换热装置，设置在所述催化剂床层(110)内。

【技术特征摘要】
1.一种气固相催化反应器，其特征在于，包括 反应器壳体(101)，其侧壁上形成有沿侧壁切线方向延伸的气体入口管线(150)； 催化剂床层(110)，设置在所述反应器壳体(101)内，与所述反应器壳体(101)之间形成环状的旋流腔(140)，所述催化剂床层(110)为中空圆柱体，所述催化剂床层(110)的壳体上设置有与所述催化剂床层(110)内部相通的通孔(111)； 换热装置，设置在所述催化剂床层(110)内。2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述反应器的气体入口管线(150)包括多条，各所述气体入口管线(150)的高度位置相同或者不同，并且各所述气体入口管线(150)在俯视方向的投影均匀地围绕在所述反应器壳体(101)的外周。3.根据权利要求2所述的反应器，其特征在于，所述反应器的气体入口管线(150)包括第一气体入口管线(151)、第二气体入口管线(152)、第三气体入口管线(153)、及第四气体入口管线(154)，其中，所述第一气体入口管线(151)和所述第二气体入口管线(152)中心对称地设置在所述催化剂床层(110)的1/3高度处，所述第三气体入口管线(153)和所述第四气体入口管线(154)中心对称地设置在所述催化剂床层(110)的2/3高度处。4.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述催化剂床层(110)的中轴线上设置有中心管(120)，所述中心管(120)的管壁上均匀地设置有中心管集气孔(121)，所述中心管(120)上下两端形成反...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐煜，胡先君，余建良，姜兴剑，汤中文，李雪冰，张清海，闫国富，冯长志，刘泽，孙高攀，郑全海，苏旭东，
申请(专利权)人：神华集团有限责任公司，中国神华煤制油化工有限公司，中国神华煤制油化工有限公司包头煤化工分公司，
类型：实用新型
国别省市：