專利名稱：一種帶有排管壁式內(nèi)外筒的固定床軸徑向反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及石油化工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于固定床氣固相催化反應(yīng)裝置，特別涉及一種反應(yīng)氣沿軸徑向掠過催化劑，催化劑裝填于特殊的內(nèi)外收集筒內(nèi)的帶有排管壁式內(nèi)外筒的固定床軸徑向反應(yīng)器，該固定床軸徑向反應(yīng)器特別適用于合成氨、CO變換、甲醇氧化重整制氫、催化重整、乙苯催化脫氫制苯乙烯等。
技術(shù)背景隨著化工生產(chǎn)的發(fā)展，為適應(yīng)不同的傳熱要求和傳熱方式，出現(xiàn)多種固定床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)形式，其中尤以利用氣態(tài)的反應(yīng)物料，通過由固體催化劑所構(gòu)成的床層進(jìn)行反應(yīng)的氣固相催化反應(yīng)器在化工生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛。固定床反應(yīng)器從反應(yīng)原理上主要分為絕熱式和換熱式兩大類。絕熱式固定床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單，催化劑均勻堆置于床內(nèi)，與外界沒有熱量交換，床層溫度沿物料的流向而變化。按照工藝氣進(jìn)入床層的流向可以將固定床反應(yīng)器分為軸向流、徑向流、軸徑向流三種反應(yīng)模式。軸向流動(dòng)反應(yīng)器2中的氣體I流向與軸向流動(dòng)反應(yīng)器2的軸2a平行,如圖I所示。軸向固定床反應(yīng)器2結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)能力大。軸向固定床反應(yīng)器也有較大的缺點(diǎn)，阻力降較大，對(duì)反應(yīng)的選擇性、催化劑的活性和壽命、設(shè)備的強(qiáng)度等均極不利。徑向流動(dòng)催化床反應(yīng)器3中的氣體4在垂直于徑向流動(dòng)催化床反應(yīng)器3軸3a的各個(gè)橫截面上沿半徑方向流動(dòng)，如圖2所示。徑向流動(dòng)催化床反應(yīng)器3的氣體流道短，流速低，可大幅度地降低催化床壓降，為使用小顆粒催化劑提供了條件。徑向流動(dòng)催化床反應(yīng)器3的設(shè)計(jì)關(guān)鍵是合理設(shè)計(jì)流道使各個(gè)橫截面上的氣體流量均等，對(duì)分布流道的制造要求較高，且要求催化劑有較高的機(jī)械強(qiáng)度，以免催化劑破損而堵塞分布小孔，破壞流體的均勻分布。軸徑向流動(dòng)催化床反應(yīng)器5中的氣體6分兩個(gè)流道，小部分氣體6a從床層5a頂部軸向進(jìn)入床層5a,大部分氣體6b垂直于軸徑向流動(dòng)催化床反應(yīng)器5軸5b的各個(gè)橫截面上沿半徑方向流動(dòng)，如圖3所示。軸徑向流動(dòng)催化床反應(yīng)器5具備徑向反應(yīng)器的所有優(yōu)點(diǎn)，其流道使得催化劑的利用率得以最大化，極大限度的減小了床層頂部死區(qū)，充分發(fā)揮催化劑活性并使得壓降最小化。目前國內(nèi)對(duì)這三種模式的固定床反應(yīng)器研究都非常的多，尤其是徑向和軸徑向反應(yīng)器的研究是非常熱門的課題。大部分相關(guān)專利即圍繞實(shí)現(xiàn)徑向或軸徑向反應(yīng)器內(nèi)件即催化劑內(nèi)外筒的開發(fā)，如專利200310109323. 6《一種催化重整和催化脫氫固定床徑向反應(yīng)器》，其內(nèi)外筒為在卷制的圓筒上打小圓孔來實(shí)現(xiàn)催化劑的支承和氣體流通，類似工業(yè)化產(chǎn)品還有長條孔板、橋孔板或者約翰遜網(wǎng)等。但上述產(chǎn)品均存在一定的缺陷，如制造復(fù)雜、力口工費(fèi)用高、開孔率低、內(nèi)外筒強(qiáng)度低等問題
實(shí)用新型內(nèi)容
[0008]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述問題，而提供一種新型的帶有排管壁式內(nèi)外筒的固定床軸徑向反應(yīng)器。其具有強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)簡單、開孔率大、催化劑死區(qū)小的特點(diǎn)，內(nèi)外筒可根據(jù)設(shè)備規(guī)格整體或分塊制造安裝，同時(shí)由于管/桿間縫隙呈軸向連續(xù)狀，可將催化劑裝填、沉降過程中產(chǎn)生的磨損最小化。本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種帶有排管壁式內(nèi)外筒的固定床軸徑向反應(yīng)器，包括承壓殼體和安裝在所述承·壓殼體內(nèi)的催化劑筒體部分，所述催化劑筒體部分包括內(nèi)件底部支撐、催化劑外筒、催化劑內(nèi)筒和催化劑頂部環(huán)形格柵，所述內(nèi)件底部支撐固定在所述承壓殼體的底部，所述催化劑外筒和催化劑內(nèi)筒固定在所述內(nèi)件底部支撐上，所述催化劑頂部環(huán)形格柵安裝在所述催化劑外筒和催化劑內(nèi)筒頂部上，催化劑填充在由內(nèi)件底部支撐、催化劑外筒、催化劑內(nèi)筒和催化劑頂部環(huán)形格柵圍成的空間內(nèi)，其特征在于，所述催化劑外筒采用周向間隔排列的若干第一換熱管或若干第一圓桿構(gòu)成。所述催化劑外筒中的若干第一換熱管或若干第一圓桿采用若干個(gè)軸向間隔排列的第一環(huán)形多孔板連接。所述若干個(gè)軸向間隔排列的第一環(huán)形多孔板采用第一縱向連接板連接。每一第一環(huán)形多孔板由若干塊第一弧形多孔板連接而成，這樣使得催化劑外筒可以分塊制造。所述第一換熱管或第一圓桿之間的間隙依據(jù)工藝需求及催化劑顆粒大小而確定。所述催化劑內(nèi)筒由一段不開孔的圓管和一段管壁上按規(guī)則開孔的開孔圓筒以及采用周向間隔排列在所述開孔圓筒外壁上的第二換熱管或第二圓桿構(gòu)成，其中所述圓管位于催化劑內(nèi)筒的頂部，所述開孔圓筒的頂部與圓管的底部連接，開孔圓筒的底部連接在所述內(nèi)件底部支撐上，所述催化劑頂部環(huán)形格柵的內(nèi)緣與所述圓管連接。所述催化劑內(nèi)筒中的若干第二換熱管或若干第二圓桿采用若干個(gè)軸向間隔排列的第二環(huán)形多孔板連接，所述開孔圓筒與所述第二環(huán)形多孔板連接。所述若干個(gè)軸向間隔排列的第二環(huán)形多孔板采用第二縱向連接板連接。所述第二換熱管或第二圓桿之間的間隙依據(jù)工藝需求及催化劑顆粒大小而確定。所述承壓殼體內(nèi)壁襯有不銹鋼襯里。所述承壓殼體包括上、下封頭，筒體，支座；其中上封頭與筒體的頂部焊接連接，在上封頭上開設(shè)有人孔和熱電偶插入孔，熱電偶由所述熱電偶插入孔插入到承壓筒體內(nèi)并穿過所述催化劑頂部環(huán)形格柵插入到催化劑中；所述下封頭與筒體的底部焊接連接，在下封頭上開設(shè)有工藝氣進(jìn)口、工藝氣出口和卸料口，所述工藝氣出口內(nèi)插有工藝氣出口管，所述工藝氣出口管與所述催化劑內(nèi)筒底部連接；所述卸料口內(nèi)插有卸料管，所述卸料管的頂部與所述內(nèi)件底部支撐連接；所述筒體的內(nèi)壁與所述催化劑外筒之間形成一工藝氣上升通道，所述上封頭內(nèi)部設(shè)置有一工藝氣折返腔，所述工藝氣折返腔與所述工藝氣上升通道連通；所述支座固定在所述筒體外壁的中下部上。由于采用了如上的技術(shù)方案，本實(shí)用新型的利用圓周向緊密排列的管子形成催化劑內(nèi)外筒，具有較大的開孔率，避免床層內(nèi)催化劑死區(qū)，床層阻力降由焊接于催化劑內(nèi)筒的開孔圓筒控制。采用該反應(yīng)器具有以下特點(diǎn)可最大限度的利用催化劑，且適用于小顆粒催化劑；內(nèi)外筒結(jié)構(gòu)簡單，便于制造及大型化；反應(yīng)氣沿軸徑向流動(dòng)，阻力降小。
圖I為現(xiàn)有軸向流動(dòng)反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為現(xiàn)有徑向流動(dòng)催化床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為現(xiàn)有軸徑向流動(dòng)催化床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本實(shí)用新型帶有排管壁式內(nèi)外筒的固定床軸徑向反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本實(shí)用新型催化劑外筒的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本實(shí)用新型催化劑外筒中換熱管與弧形多孔板的裝配示意圖。圖7為圖6的A-A剖視圖。圖8為本實(shí)用新型催化劑外筒中換熱管與環(huán)形多孔板之間的整體裝配示意圖。圖9為本實(shí)用新型催化劑外筒中換熱管與環(huán)形多孔板之間的焊接示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
來進(jìn)一步描述本實(shí)用新型。參見圖4，圖中給出的帶有排管壁式內(nèi)外筒的固定床軸徑向反應(yīng)器，包括承壓殼體100和安裝在承壓殼體100內(nèi)的催化劑筒體部分。承壓殼體100包括上封頭110、下封頭120、筒體130、支座140 ;上封頭110、下封頭120、筒體130、支座140的材質(zhì)應(yīng)根據(jù)工藝溫度、壓力、介質(zhì)特性等綜合選取。當(dāng)該帶有排管壁式內(nèi)外筒的固定床軸徑向反應(yīng)器應(yīng)用于煤化工耐硫變換工藝時(shí)，上封頭110、下封頭120、筒體130的內(nèi)壁襯有不銹鋼襯里。上封頭110與筒體130的頂部焊接連接，在上封頭110上開設(shè)有人孔111和熱電偶插入孔112，熱電偶150由熱電偶插入孔112插入到承壓筒體100內(nèi)并穿過催化劑頂部環(huán)形格柵210插入到催化劑220中。下封頭120與筒體130的底部焊接連接，在下封頭120上開設(shè)有工藝氣進(jìn)口 121、工藝氣出口 122和卸料口 123，工藝氣出口 122內(nèi)插有工藝氣出口管160，工藝氣出口管160與催化劑內(nèi)筒230底部連接；卸料口 123內(nèi)插有卸料管170，卸料管170的頂部與內(nèi)件底部支撐250連接。筒體130的內(nèi)壁與催化劑外筒240之間形成一工藝氣上升通道300，上封頭110內(nèi)部設(shè)置有一工藝氣折返腔310，工藝氣折返腔310與工藝氣上升通道連通300。支座140固定在筒體130外壁的中下部上，用以支撐整個(gè)承壓殼體100。催化劑筒體部分包括內(nèi)件底部支撐250、催化劑外筒240、催化劑內(nèi)筒230和催化劑頂部環(huán)形格柵210，內(nèi)件底部支撐250固定在下封頭120上，催化劑外筒240和催化劑內(nèi)筒230固定在內(nèi)件底部支撐250上，催化劑頂部環(huán)形格柵210安裝在催化劑外筒240和催化劑內(nèi)筒頂部230上，催化劑220填充在由內(nèi)件底部支撐250、催化劑外筒240、催化劑內(nèi)筒230和催化劑頂部環(huán)形格柵210圍成的空間內(nèi)。參見圖5，催化劑外筒240采用周向間隔排列的若干換熱管241構(gòu)成，當(dāng)然也可以采用周向間隔排列的若干圓桿構(gòu)成。相鄰的換熱管241或圓桿間形成一定的間隙，既保持催化劑不泄露同時(shí)也作為氣體流通通道，換熱管241或圓桿的直徑以及排列的間隙根據(jù)工藝需求及催化劑顆粒大小而確定。[0040]這些換熱管241可以采用若干個(gè)軸向間隔排列的環(huán)形多孔板242連接(參見圖7 )。而若干個(gè)軸向間隔排列的環(huán)形多孔板242之間采用縱向連接板243連接。換熱管241、環(huán)形多孔板242和縱向連接板243的材質(zhì)多選用不銹鋼。為了安裝方便，每一環(huán)形多孔板242由若干塊弧形多孔板242a連接而成(參見圖6)這樣催化劑外筒240可以分塊制造，于承壓殼體100內(nèi)焊接拼裝。重新參見圖4，催化劑內(nèi)筒230由一段不開孔的圓管231和一段管壁上按規(guī)則開孔的開孔圓筒232以及采用周向間隔排列在開孔圓筒232外壁上的換熱管233構(gòu)成，當(dāng)然換熱管233也可以采用圓桿替代。圓管231位于催化劑內(nèi)筒230的頂部，開孔圓筒232的頂部與圓管231的底部連接，開孔圓筒232的底部連接在內(nèi)件底部支撐250上，催化劑頂部環(huán)形格柵210的內(nèi)緣與圓管231連接。整個(gè)反應(yīng)器的阻力由開孔圓筒232控制，其開孔率應(yīng)考慮合適的阻力以保證·床層內(nèi)氣流均勻。材質(zhì)為不銹鋼。參見圖8和圖9，催化劑內(nèi)筒中的若干換熱管233采用若干個(gè)軸向間隔排列的環(huán)形多孔板234連接，開孔圓筒232與環(huán)形多孔板234連接。而若干個(gè)軸向間隔排列的環(huán)形多孔板234采用縱向連接板235連接。整個(gè)催化劑內(nèi)筒230為整體制備、吊裝。其各零件的材質(zhì)多選用不銹鋼。相鄰的換熱管233間形成一定的間隙，既保持催化劑不泄露同時(shí)也作為氣體流通通道，換熱管233的直徑以及排列的間隙根據(jù)工藝需求及催化劑顆粒大小而確定。本實(shí)用新型的工作原理與前面描述的軸徑向流動(dòng)催化床反應(yīng)器的工作原理相同，反應(yīng)氣在床層內(nèi)軸徑向流動(dòng)，最大限度的利用催化劑。該反應(yīng)器的主要特點(diǎn)為利用圓周向緊密排列的換熱管形成催化劑內(nèi)外筒，具有較大的開孔率，避免床層內(nèi)催化劑死區(qū)，床層阻力降由焊接于催化劑內(nèi)筒的開孔圓筒232控制。
權(quán)利要求1.一種帶有排管壁式內(nèi)外筒的固定床軸徑向反應(yīng)器，包括承壓殼體和安裝在所述承壓殼體內(nèi)的催化劑筒體部分，所述催化劑筒體部分包括內(nèi)件底部支撐、催化劑外筒、催化劑內(nèi)筒和催化劑頂部環(huán)形格柵，所述內(nèi)件底部支撐固定在所述承壓殼體的底部，所述催化劑外筒和催化劑內(nèi)筒固定在所述內(nèi)件底部支撐上，所述催化劑頂部環(huán)形格柵安裝在所述催化劑外筒和催化劑內(nèi)筒頂部上，催化劑填充在由內(nèi)件底部支撐、催化劑外筒、催化劑內(nèi)筒和催化劑頂部環(huán)形格柵圍成的空間內(nèi)，其特征在于，所述催化劑外筒采用周向間隔排列的若干第一換熱管或若干第一圓桿構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求I所述的帶有排管壁式內(nèi)外筒的固定床軸徑向反應(yīng)器，其特征在于，所述催化劑外筒中的若干第一換熱管或若干第一圓桿采用若干個(gè)軸向間隔排列的第一環(huán)形多孔板連接。
3.如權(quán)利要求2所述的帶有排管壁式內(nèi)外筒的固定床軸徑向反應(yīng)器，其特征在于，所述若干個(gè)軸向間隔排列的第一環(huán)形多孔板采用第一縱向連接板連接。
4.如權(quán)利要求2或3所述的帶有排管壁式內(nèi)外筒的固定床軸徑向反應(yīng)器，其特征在于，每一第一環(huán)形多孔板由若干塊第一弧形多孔板連接而成，這樣使得催化劑外筒可以分塊制造。
5.如權(quán)利要求I所述的帶有排管壁式內(nèi)外筒的固定床軸徑向反應(yīng)器，其特征在于，所述第一換熱管或第一圓桿之間的間隙依據(jù)工藝需求及催化劑顆粒大小而確定。
6.如權(quán)利要求I所述的帶有排管壁式內(nèi)外筒的固定床軸徑向反應(yīng)器，其特征在于，所述催化劑內(nèi)筒由一段不開孔的圓管和一段管壁上按規(guī)則開孔的開孔圓筒以及采用周向間隔排列在所述開孔圓筒外壁上的第二換熱管或第二圓桿構(gòu)成，其中所述圓管位于催化劑內(nèi)筒的頂部，所述開孔圓筒的頂部與圓管的底部連接，開孔圓筒的底部連接在所述內(nèi)件底部支撐上，所述催化劑頂部環(huán)形格柵的內(nèi)緣與所述圓管連接。
7.如權(quán)利要求6所述的帶有排管壁式內(nèi)外筒的固定床軸徑向反應(yīng)器，其特征在于，所述催化劑內(nèi)筒中的若干第二換熱管或若干第二圓桿采用若干個(gè)軸向間隔排列的第二環(huán)形多孔板連接，所述開孔圓筒與所述第二環(huán)形多孔板連接。
8.如權(quán)利要求7所述的帶有排管壁式內(nèi)外筒的固定床軸徑向反應(yīng)器，其特征在于，所述若干個(gè)軸向間隔排列的第二環(huán)形多孔板采用第二縱向連接板連接。
9.如權(quán)利要求6所述的帶有排管壁式內(nèi)外筒的固定床軸徑向反應(yīng)器，其特征在于，所述第二換熱管或第二圓桿之間的間隙依據(jù)工藝需求及催化劑顆粒大小而確定。
10.如權(quán)利要求I所述的帶有排管壁式內(nèi)外筒的固定床軸徑向反應(yīng)器，其特征在于，所述承壓殼體內(nèi)壁襯有不銹鋼襯里。
11.如權(quán)利要求I所述的帶有排管壁式內(nèi)外筒的固定床軸徑向反應(yīng)器，其特征在于，所述承壓殼體包括上、下封頭，筒體，支座；其中上封頭與筒體的頂部焊接連接，在上封頭上開設(shè)有人孔和熱電偶插入孔，熱電偶由所述熱電偶插入孔插入到承壓筒體內(nèi)并穿過所述催化劑頂部環(huán)形格柵插入到催化劑中；所述下封頭與筒體的底部焊接連接，在下封頭上開設(shè)有工藝氣進(jìn)口、工藝氣出口和卸料口，所述工藝氣出口內(nèi)插有工藝氣出口管，所述工藝氣出口管與所述催化劑內(nèi)筒底部連接；所述卸料口內(nèi)插有卸料管，所述卸料管的頂部與所述內(nèi)件底部支撐連接；所述筒體的內(nèi)壁與所述催化劑外筒之間形成一工藝氣上升通道，所述上封頭內(nèi)部設(shè)置有一工藝氣折返腔，所述工藝氣折返腔與所述工藝氣上升通道連通；所述支座固定在所述筒 體外壁的中下部上。
專利摘要本實(shí)用新型公開的一種帶有排管壁式內(nèi)外筒的固定床軸徑向反應(yīng)器，包括承壓殼體和安裝在承壓殼體內(nèi)的催化劑筒體部分，催化劑筒體部分包括內(nèi)件底部支撐、催化劑外筒、催化劑內(nèi)筒和催化劑頂部環(huán)形格柵，其催化劑外筒和催化劑內(nèi)筒采用周向間隔排列的若干換熱管或若干圓桿構(gòu)成。本實(shí)用新型的利用圓周向緊密排列的管子形成催化劑內(nèi)外筒，具有較大的開孔率，避免床層內(nèi)催化劑死區(qū)，床層阻力降由焊接于催化劑內(nèi)筒的開孔圓筒控制。采用該反應(yīng)器具有以下特點(diǎn)可最大限度的利用催化劑，且適用于小顆粒催化劑；內(nèi)外筒結(jié)構(gòu)簡單，便于制造及大型化；反應(yīng)氣沿軸徑向流動(dòng)，阻力降小。
文檔編號(hào)B01J8/02GK202700474SQ20122035563
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月20日
發(fā)明者劉磊, 張西原, 張仲敏 申請(qǐng)人:上海國際化建工程咨詢公司