列管式固定床反应器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种列管式固定床反应器，其内部包括相互隔离的进料腔、降温腔以及反应产物收集腔，降温腔中设置有多个反应器列管，还包括连通进料腔与外界的原料气进气管，原料气进气管包括暴露于列管式固定床反应器外部的第一端，以及朝向进料腔内部延伸的第二端，原料气进气管上设有进气口和出气孔，出气孔为多个，以不同的朝向地设置在原料气进气管位于进料腔内部的管壁上。该列管式固定床反应器，通过在能够延伸至进料腔内部的原料气进气管上设置各向异性的出气孔，使得从进气口输入的原料气同时朝向多个方向分散地进入到进料腔，减少流场紊乱，均匀地协同催化剂一同进入到反应器列管内，减少耗能，提高原料转化率和产品的收率。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及化学合成反应器领域，尤其是涉及一种列管式固定床反应器。
技术介绍
乙二醇作为基本有机化工原料必不可少，传统制备乙二醇的方法为将石油通过乙烯氧化、环氧乙烷水解制备乙二醇。在世界石油资源日益减少、特别是我国富煤少油的能源状况下，采用煤制合成气生产乙二醇方法补充或替代传统方法显得尤为具有现实意义。现有煤制合成气生产乙二醇方法如下首先，通过煤气化等技术制得的含有一氧化碳和氢气为主要成分的粗合成气，经过一氧化碳变换、二氧化碳和硫化氢等酸性气体的脱除等步骤，得到一氧化碳和氢气等有效混合合成气，再通过适当的分离工艺分别得到高纯度的一氧化碳(CO)和氢气(H2)两种原料气体。其次，利用⑶和仏生产乙二醇，其生产工艺主要有以下两个反应步骤(I)气相CO与亚硝酸甲酯在钯催化剂的作用下，经过催化羰化、偶联生成草酸二甲酯，反应式如下2C0+2CH30N0 — (COOCH3) 2+2N0(I)此反应是在管内装有以氧化铝作载体的钯催化剂(由催化剂供应商提供)的列管式固定床反应器中进行，进入反应器管内的原料气中一氧化碳量为25 90%、亚硝酸酯量为5 40%，反应器出口物料有产物草酸二甲酯、一氧化氮以及少量未反应的原料气等，反应条件为温度110 200°C、压力O.1 O. 6MPa、反应接触时间O.1 20秒。此反应属强放热反应，反应热通过加热管外锅炉给水产生低压蒸汽移除，补充的锅炉给水在气液分离器与列管式固定床反应器的管外建立循环，通过气液分离器引出低压蒸汽用作工艺蒸汽和加热蒸汽。(2)由步骤(I)所生成的气相的草酸二甲酯((COOCH3)2)和氢气在催化剂的作用下进行草酸二甲酯加氢反应，生成乙二醇，反应式如下(COOCH3) 2+4H2 — (CH2OH) 2+2CH30H(2)此反应是在管内装有Cu/SiOjt化剂的列管式固定床反应器中进行，进料气中的氢气与气相的草酸二甲酯的摩尔比为40 120，出反应器的物料为产物乙二醇、甲醇、少量未反应的草酸二甲酯、过量的氢气以及副产物，反应条件为温度150 250°C、压力I 3MPa。此反应也属强放热反应，反应热通过加热管外锅炉给水产生低压蒸汽移除，补充的锅炉给水在气液分离器与列管式固定床反应器的管外建立循环，通过气液分离器引出低压蒸汽用作工艺蒸汽和加热蒸汽。 在上述煤制合成气生产乙二醇方法的步骤(I)中CO催化生成草酸二甲酯的“合成反应”和步骤(2)中草酸二甲酯催化加氢生成乙二醇的“加氢反应”都是强放热反应，进行这两个化学反应的设备都采用列管式固定床反应器。一种常见的列管式固定床反应器包括依次连接的上封头、筒体、以及下封头，上封头与筒体之间通过第一管板隔离，所述下封头与所述筒体之间通过第二管板隔离。所述上封头内部具有通过第一管板密封的进料腔，所述筒体内部具有通过第一管板和第二管板密封的降温腔，所述下封头内部具有通过第二管板密封的反应产物收集腔。其中降温腔内设置有多个连通进料腔与反应产物收集腔的反应器列管。通过将反应气通入至进料腔中，并汇合催化剂一起通入到反应器列管中，在反应器列管中进行“合成反应”或“加氢反应”，生成的产物流至反应产物收集腔。现有的这种列管式固定床反应器在使用中，原料气体被输送至列管式固定床反应器的进料腔中后，向反应器列管分配时，由于进料腔中流场紊乱而造成进入各反应器列管中的气量分配不均，气体在列管中向下流动并发生反应的状况将会有较大差异，一部分气量较大的反应管内气流速度较快，到达反应产物收集腔后有部分原料气没有发生反应，这部分未发生反应的原料气的回流利用会造成更大气量的循环，将消耗更多的压缩功；而一部分进入气量较小的反应管内，气流速度较慢，会造成上部某段发生剧烈反应而大量放热，严重时将催化剂烧结，使催化剂失去活性，即俗称的“飞温”现象。为了克服这个问题，有时在这种列管式固定床反应器的设计制造中会增加进料腔的高度，使进料腔中有足够的空间来均化气流发布，避免各反应器列管中气量分配不均而造成麻烦，但是这样做的结果会增大反应器的投资、更高的设备引起操作不便。
技术实现思路
本技术目的在于克服现有技术不足，提供一种列管式固定床反应器，以提高原料转化率和产品的收率。为此，在本技术中提供了一种列管式固定床反应器，列管式固定床反应器内部包括相互隔离的进料腔、降温腔以及反应产物收集腔，降温腔中设置有多个连通进料腔与反应产物收集腔的反应器列管，其特征在于，还包括连通进料腔与外界的原料气进气管，原料气进气管包括暴露于列管式固定床反应器外部的第一端，以及朝向进料腔内部延伸的第二端，原料气进气管上设有相互连通的进气口和出气孔，进气口设置在第一端上，出气孔为多个，该多个出气孔以不同的朝向地设置在原料气进气管位于进料腔内部的管壁上。进一步地，上述原料气进气管可拆卸地安装在列管式固定床反应器上设有的原料气进气口中，且侧壁外表面与原料气进气口密封连接。进一步地，上述原料气进气口设置在列管式固定床反应器的轴线上，原料气进气管与列管式固定床反应器同轴地安装在原料气进气口中，出气孔绕原料气进气管周向均布在原料气进气管的侧壁上。进一步地，上述出气孔沿原料气进气管的轴线方向分多组设置在原料气进气管的侧壁上，每组中各出气孔沿原料气进气管的周向均布在原料气进气管上。进一步地，上述原料气进气管包括筒状管壁，内部设有原料气流通通道，原料气流通通道的一端向外延伸形成进气口，筒状管壁远离进气口的一端侧壁上周向均布有连通原料气流通通道与进料腔的出气孔；封堵板，封堵于筒状管壁中流通通道未形成进气口的一端。进一步地，上述筒状管壁包括下管体，与封堵板密封相连，远离封堵板的一端延伸至列管式固定床反应器的外部，形成第一连接部，出气孔设置在下管体靠近封堵板一侧的侧壁上；上管体，具有与第一连接部密封相连的第二连接部，远离第二连接部的一端形成进气口，形成进气口的一端具有与原料气供气装置相连的第三连接部。进一步地，围绕上述降温腔的环形侧壁中设置有环形夹腔，环形夹腔靠近反应产物收集腔的一侧设有连通环形夹腔和外界的进水口组，靠近进料腔的一侧设有连通环形夹腔和外界的水汽出口组；进水口组包括沿列管式固定床反应器周向分布的多个进水口，水汽出口组包括沿列管式固定床反应器周向分布的多个水汽出口，进水口组中的进水口和水汽出口组中的水汽出口沿列管式固定床反应器周向交错排布。进一步地，上述降温腔内进水口组所在平面与水汽出口组所在平面之间的位置上设置有沿列管式固定床反应器轴向分布的折流板。进一步地，上述列管式固定床反应器上设有反应物出口，反应物出口连通反应产物收集腔与外界，反应产物收集腔中设置有支撑格栅，设置在反应器列管的出口端与反应物出口之间；丝网，铺设在支撑格栅朝向反应器列管的出口端一侧上；瓷球组，其中设有多个瓷球，各瓷球紧密贴合地铺设在丝网朝向反应器列管的出口端一侧上。进一步地，上述瓷球组包括第一瓷球组，其中设有多个第一瓷球，各第一瓷球紧密贴合地铺设在丝网朝向反应器列管的出口端一侧上；第二瓷球组，其中设有多个第二瓷球，各第二瓷球紧密贴合地铺设在第一瓷球组朝向反应器列管的出口端一侧上；第二瓷球的直径小于第一瓷球的直径，大于第一瓷球组中相邻瓷球之间间隙的最大值。本技术的有益效果本技术所提供的列管式固定床反应器，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种列管式固定床反应器，所述列管式固定床反应器（10）内部包括相互隔离的进料腔（110）、降温腔（130）以及反应产物收集腔（150），所述降温腔（130）中设置有多个连通所述进料腔（110）与所述反应产物收集腔（150）的反应器列管（131），其特征在于，还包括连通所述进料腔（110）与外界的原料气进气管（20），所述原料气进气管（20）包括暴露于所述列管式固定床反应器（10）外部的第一端，以及朝向所述进料腔（110）内部延伸的第二端，所述原料气进气管（20）上设有相互连通的进气口（215）和出气孔（217），所述进气口（215）设置在所述第一端上，所述出气孔（217）为多个，该多个所述出气孔（217）以不同的朝向地设置在原料气进气管（20）位于所述进料腔（110）内部的管壁上。

【技术特征摘要】
1.一种列管式固定床反应器，所述列管式固定床反应器(10)内部包括相互隔离的进料腔(110)、降温腔(130)以及反应产物收集腔(150)，所述降温腔(130)中设置有多个连通所述进料腔(110)与所述反应产物收集腔(150)的反应器列管(131)，其特征在于，还包括连通所述进料腔(110)与外界的原料气进气管(20)，所述原料气进气管(20)包括暴露于所述列管式固定床反应器(10)外部的第一端，以及朝向所述进料腔(110)内部延伸的第二端，所述原料气进气管(20)上设有相互连通的进气口(215)和出气孔(217)，所述进气口(215)设置在所述第一端上，所述出气孔(217)为多个，该多个所述出气孔(217)以不同的朝向地设置在原料气进气管(20)位于所述进料腔(110)内部的管壁上。2.根据权利要求1所述的列管式固定床反应器，其特征在于，所述原料气进气管(20)可拆卸地安装在所述列管式固定床反应器(10)上设有的原料气进气口(111)中，且侧壁外表面与所述原料气进气口( 111)密封连接。3.根据权利要求2所述的列管式固定反应器，其特征在于，所述原料气进气口(111)设置在所述列管式固定床反应器(10)的轴线上，所述原料气进气管(20)与所述列管式固定床反应器(10)同轴地安装在所述原料气进气口(111)中，所述出气孔(217)绕所述原料气进气管(20 )周向均布在所述原料气进气管(20 )的侧壁上。4.根据权利要求1所述的列管式固定床反应器，其特征在于，所述出气孔(217)沿所述原料气进气管(20)的轴线方向分多组设置在所述原料气进气管(20)的侧壁上，每组中各出气孔沿所述原料气进气管(20)的周向均布在所述原料气进气管(20)上。5.根据权利要求1至4中任一项所述的列管式固定床反应器，其特征在于，所述原料气进气管(20)包括 筒状管壁(21)，内部设有原料气流通通道，所述原料气流通通道的一端向外延伸形成所述进气口(215)，所述筒状管壁(21)远离所述进气口(215)的一端侧壁上周向均布有连通原料气流通通道与进料腔(110)的所述出气孔(217)； 封堵板(23)，封堵于所述筒状管壁(21)中流通通道未形成所述进气口(215)的一端。6.根据权利要求5所述的列管式固定床反应器，其特征在于，所述筒状管壁(21)包括 下管体(211)，与所述封堵板(23)密封相连，远离所述封堵板(23)的一端延伸至所述列管式固定床...

【专利技术属性】
技术研发人员：王克敬，
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北京工程分公司，
类型：实用新型
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