一种高压催化反应器制造技术

一种高压催化反应器，涉及催化反应器。提供带有压力平衡自动调节单元的内衬管的一种高压催化反应器。设有反应器壳体、反应器壳体密封螺帽、内衬管、压力平衡调节单元、内衬管密封压帽和反应器壳体接头；所述反应器壳体密封螺帽的一端与反应器壳体连接，反应器壳体密封螺帽的另一端外接反应物入口接头；所述内衬管设于反应器壳体内，内衬管的外径小于反应器壳体的内径，所述压力平衡调节单元设于反应器进气口一端，压力平衡调节单元的一端由管道接内衬管与反应器壳体密封螺帽之间的间隙，压力平衡调节单元的另一端由管道接内衬管与反应器壳体之间的间隙。所述反应器壳体密封螺帽的一端与反应器壳体连接并用密封圈密封。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及催化反应器，特别涉及带不耐压惰性内衬管的一种高压催化反应器。
技术介绍
高温高压反应器在实验室和化工生产过程中应用广泛，其材质一般为不锈钢。由于不锈钢在高温高压下容易与反应物料反应，因此一方面会使产品出现杂质，纯度降低 ’另一方面反应器本身也会受到腐蚀。如中国专利200910311474.7公开的一种用于高纯无机氧化物制备的热解反应器，在反应器内壁上涂有聚四氟或聚丙烯材质，该反应器在较低温度下可以正常使用，但不能在高温(如300° C以上)下使用。此外，为了改进不锈钢反应器耐高温性能，通常会在反应器内加耐火内衬，如中国专利200410043129公开的一种用于生产铸铁的冶金反应器。但是，由于耐火内衬与反应器内壁的间隙密封问题，反应物气体会从间隙中经过而不经过催化剂床层，降低反应转化率。鉴于此，中国专利200610105703公开了一种在反应器的催化剂整料和耐火内衬之间的间隙中，使用浸溃催化剂的载体材料来密封的方法。该方法虽 然可行，但是造成反应器通用性差，而且由于反应器和耐火内衬热膨胀系数不同，长期使用将会使密封层脱离反应器内壁。此外考虑到不锈钢在高温高压下会可能对反应物有催化反应作用，例如在合成气甲烷化(C0+3H2 — CH4+H20)过程中，采用不锈钢管在500°C以上，加压(例如3.0MPa)下会干扰这个反应，同时产生积碳，降低反应的选择性，甚至堵塞反应管路，导致反应不能进行。而石英管、刚玉管和陶瓷管等虽然对反应没有明显催化作用，但是不能耐高压。此外，由于不锈钢反应器不能观察其内部的催化剂装填及反应前后的状态，为此研究人员想到在内部放置一根石英管用于装填催化剂。图1为文献(Journal of Catalysisl997, 167 (2), 464-469.)中报道的一种带内衬石英管的反应器示意图，其中，气体先经过石英管11外壁与不锈钢管12内壁之间的间隙，然后通过石英管11流经催化剂床层13，该反应器可以在低温低压下使用，但不具有通用性，当反应器在高温高压下使用时，反应物气体由于不锈钢的催化作用，在间隙中反应，从而影响整个反应的转化率及选择性(在图1中，标记14为O型密封圈，15为连接器)。在此基础上，文献(Industrial&Engineering Chemistry Research2005, 44 (25), 9653-9658.)报道了反应器的一种改进方案，该反应器在刚玉管中通入反应物气体，在刚玉管和不锈钢管的间隙中通入另一种气体用于平衡刚玉管内外压力，这种方案可以避免图1中的问题，但是由于要保证刚玉管内外压力一致，需要额外增加一路气体和相应压力调节设备，更大的问题是在反应器加压和减压时，两路气体需同时控制，操作复杂，而且一旦刚玉管内外压力相差过大，就可能导致刚玉管破裂。
技术实现思路
本技术的目的在于针对上述存在的问题，提供带有压力平衡自动调节单元的内衬管的一种高压催化反应器。本技术设有反应器壳体、反应器壳体密封螺帽、内衬管、压力平衡调节单元、内衬管密封压帽和反应器壳体接头；所述反应器壳体密封螺帽的一端与反应器壳体连接，反应器壳体密封螺帽的另一端外接反应物入口接头；所述内衬管设于反应器壳体内，内衬管的外径小于反应器壳体的内径，所述压力平衡调节单元设于反应器进气口一端，压力平衡调节单元的一端由管道接内衬管与反应器壳体密封螺帽之间的间隙，压力平衡调节单元的另一端由管道接内衬管与反应器壳体之间的间隙。所述反应器壳体密封螺帽的一端与反应器壳体连接并用密封圈密封。所述内衬管可采用玻璃管、石英管、刚玉管、陶瓷管或碳化硅等，优选石英管。所述压力平衡调节单元可采用带活塞的封闭系统，或截止阀，或单向阀等，所述单向阀可设2个，2个单向阀并联且开启方向相反。所述反应器壳体接头与反应器壳体密封螺帽和内衬管密封压帽相连。本技术在高压反应过程中，压力平衡调节单元可以使不耐压的非金属或惰性内衬管内反应压力与内衬管和耐压金属反应器壳体之间的压力保持平衡，从而使高压反应过程在不耐压的非金属内衬管内完成，能够显著避免含有Fe、N1、Mn、Co等活性组分的金属壳体的催化干扰。本技术中所述的内衬管，其外径必须略小于且接近反应器壳体的内径，其材质透明，易于观察催化剂装填及反应前后状态，不仅可以耐高温，而且抗热震能力强。本技术中所述的内衬管密封压帽，其可以在反应器壳体两端的密封螺帽内与反应器壳体相连并采用O形密封圈与反应器密封， 从而使反应物原料只能经过内衬管而不经过内衬管外壁与反应器壳体内壁之间的间隙。本技术中所述的O形密封圈，其材质可以为硅橡胶、氟橡胶、石墨等材质。要求其有一定的耐热性能，进而可以在保证密封性能良好的前提下缩短反应器的长度，节约成本。本技术中所述的反应器壳体接头，该接头可以同时与反应器壳体密封螺帽和内衬管密封压帽相连接。本技术中所述的压力平衡调节单元位于反应器的进气口一端，其可以是两个并联的开启方向相反的单向阀，或中间放有活塞的封闭系统，或针型阀、球阀等阀门，优选为两个并联的开启方向相反的单向阀，它们可以实现内衬管内压力和内衬管与反应器之间间隙的压力自动调节；次优选为中间放有活塞的封闭系统，为了保证反应器正常工作，该封闭系统的体积应该足够大，这一点将在后面的工作原理中详细说明。而若采用针型阀、球阀等阀门，则需要在反应温度压力改变时手动调节压力平衡。需要说明的是，本技术中的压力平衡调节单元不局限于以上所述的三种方案，这三种方案的组合或其他具有类似功能的方案均属于本技术的内容。本技术中所述的反应器壳体，在靠近进气口一端的反应器壳体接头上和靠近该端的反应器壳体上，均连有接头用于连接本技术中所述的压力平衡调节单元。下面根据所采用的压力平衡调节单元的不同方案，分别说明本技术中所述的带内衬管的耐压反应器的工作原理及使用方法。(I)采用两个并联的开启方向相反的单向阀构成的压力平衡调节单元:当反应物原料通过反应器入口开始进入反应器后，将通过内衬管，随着时间的延长，内衬管内压力增加，压力平衡调节单元的正向单向阀开启，反应物气体进入内衬管外壁与反应管壳体内壁的间隙中，间隙内压力随之升高，从而使内衬管内外压力实现平衡，而当反应器压力达到所需压力后，间隙内压力也会达到该值，正向单向阀由于没有压力差，前后气体不能返混。即反应物将只通过内衬管。反应结束后，卸压时，由于内衬管压力开始降低，内衬管外壁与反应管壳体内壁的间隙中压力将高于内衬管中压力，反向单向阀开启，间隙中气体流入内衬管中排出，从而继续保证内衬管内外压力平衡。实现了反应物在高压下内衬管内的反应过程。(2)采用带活塞的封闭系统构成的压力平衡调节单元:此时反应器的工作原理与(I)中情况相似，但是为了保证反应器正常工作，对封闭系统的体积有要求。例如，反应最大压力操作压力为5MPa，即50个大气压，而内衬管与反应器壳体之间间隙体积为10mL，那么该封闭系统的体积应略大于50X 10mL，例如可以选600mL。当反应物原料通过反应器入口开始进入反应器后，将通过内衬管，随着时间的延长，内衬管内压力增加，此时活塞开始向下移动，压缩内衬管与反应器壳体间隙之间气体，使气体压力升高，直到内衬管内外压力实现平本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压催化反应器，其特征在于设有反应器壳体、反应器壳体密封螺帽、内衬管、压力平衡调节单元、内衬管密封压帽和反应器壳体接头；所述反应器壳体密封螺帽的一端与反应器壳体连接，反应器壳体密封螺帽的另一端外接反应物入口接头；所述内衬管设于反应器壳体内，内衬管的外径小于反应器壳体的内径，所述压力平衡调节单元设于反应器进气口一端，压力平衡调节单元的一端由管道接内衬管与反应器壳体密封螺帽之间的间隙，压力平衡调节单元的另一端由管道接内衬管与反应器壳体之间的间隙。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：雷军虎，高加俭，苏发兵，林志敏，胡浩，古芳娜，
申请(专利权)人：厦门百得沃智能科技有限公司，中国科学院过程工程研究所，
类型：实用新型
国别省市：