專利名稱：內(nèi)冷換熱式軸向流動(dòng)固定床催化反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化工反應(yīng)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是一種內(nèi)冷換熱式軸向流動(dòng)固定床催化反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
在甲醇合成、氨合成、一氧化碳變換、有機(jī)化合物加氫、二甲醚合成、環(huán)氧乙烷合成、合成氣制甲烷等可逆放熱反應(yīng)中，都要使用固體顆粒催化劑，在成規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)過程中，都需要應(yīng)用固定床催化反應(yīng)器?？赡娣艧岱磻?yīng)的特點(diǎn)是在反應(yīng)過程中會(huì)釋放大量的熱量，這些熱量如果不能及時(shí)移走，就會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)溫度上升，而反應(yīng)溫度的上升又會(huì)引起放熱量的進(jìn)一步加大，這會(huì)使反應(yīng)很快飛溫，從而燒毀催化劑。因此，該領(lǐng)域需要研究解決的問題包括①釋放的熱量影響反應(yīng)結(jié)果的問題；② 對(duì)釋放的熱量進(jìn)行回收和利用的問題；③在大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)過程中為可逆放熱反應(yīng)提供科學(xué)合理的反應(yīng)器的問題。目前，在工業(yè)化生產(chǎn)中多采用軸向流動(dòng)氣固相固定床催化反應(yīng)器。隨著甲醇合成、 氨合成、一氧化碳變換、有機(jī)化合物加氫、二甲醚合成、環(huán)氧乙烷合成、合成氣制甲烷等可逆放熱反應(yīng)工業(yè)化規(guī)模的不斷擴(kuò)大，管內(nèi)裝填催化劑，管間通過換熱介質(zhì)換熱的軸向流動(dòng)氣固相固定床催化反應(yīng)器由于(擴(kuò)大其)直徑受運(yùn)輸條件的影響，使利用目前的軸向流動(dòng)氣固相固定床催化反應(yīng)器擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模的空間受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種采用管間裝填催化劑、管內(nèi)通換熱介質(zhì)的軸向流動(dòng)固定床反應(yīng)器，為可逆放熱反應(yīng)工業(yè)化規(guī)模的不斷擴(kuò)大提供設(shè)備上的 ■石出。由于這種形式的固定床催化反應(yīng)器的換熱管需要集總在反應(yīng)器的上下端，換熱管的端部需要彎曲后與環(huán)形總管相連，這不僅制造難度加大，熱應(yīng)力難于消除，而且換熱管間催化劑的裝填和卸出比較麻煩。因此，本發(fā)明在結(jié)構(gòu)上的構(gòu)思是這樣的反應(yīng)器采用管間裝填催化劑、管內(nèi)通換熱介質(zhì)的軸向流動(dòng)固定床反應(yīng)器，與此同時(shí)，換熱系統(tǒng)采用直管到頂， 分別連接分布與集總部分；分布與集總部分與換熱管直接焊接，避免以前換熱管的端部需要彎曲的缺點(diǎn)，在分布與集總部分設(shè)置氣體進(jìn)出口與催化劑裝填卸出口，方便氣體進(jìn)出與催化劑裝卸。在分布與集總部分與上下封頭之間設(shè)置膨脹節(jié)，消除換熱裝置產(chǎn)生的應(yīng)力。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為
內(nèi)冷換熱式軸向流動(dòng)固定床催化反應(yīng)器，包括上封頭、下封頭和筒體，在所述上封頭上設(shè)有換熱介質(zhì)出口、氣體進(jìn)口端和人孔，在所述下封頭上設(shè)有氣體出口、催化劑卸出口和換熱介質(zhì)進(jìn)口，其特征是，在上封頭與筒體的連接處通過換熱裝置匯集系統(tǒng)設(shè)置上管板，在下封頭與筒體的連接處通過換熱裝置分布系統(tǒng)設(shè)置下管板；換熱裝置匯集系統(tǒng)為由換熱裝置匯集系統(tǒng)頂部與上管板構(gòu)成的箱形結(jié)構(gòu)，焊接在上封頭上；上管板(在本發(fā)明中，上管板與換熱裝置匯集系統(tǒng)底部是同一個(gè)部件)由一塊圓板與伸出圓板的換熱管管體部分焊接而成，所述換熱裝置匯集系統(tǒng)頂部為一塊呈圓弧形的圓板，圓板的中間設(shè)有氣體進(jìn)口通道，氣體進(jìn)口通道的周邊設(shè)有與換熱介質(zhì)出口相通的貫通通道；
換熱裝置分布系統(tǒng)為由換熱裝置分布系統(tǒng)底部與換熱裝置分布系統(tǒng)頂部構(gòu)成的箱形結(jié)構(gòu)，焊接在下封頭上；所述換熱裝置分布系統(tǒng)底部由換熱管伸出下管板的管體部分與一塊圓板焊接而成，所述換熱裝置分布系統(tǒng)頂部為一塊呈圓弧形的圓板，圓板的中間設(shè)有換熱介質(zhì)進(jìn)口的開口，開口的周邊設(shè)有4 8個(gè)均勻分布的貫通通道開口，換熱裝置分布系統(tǒng)底部與換熱裝置分布系統(tǒng)頂部之間通過貫通通道連接，在換熱介質(zhì)進(jìn)口的管道上設(shè)有膨脹節(jié)(以緩解換熱裝置因熱脹冷縮產(chǎn)生的應(yīng)力)；
在上管板與下管板之間的筒體內(nèi)設(shè)置反應(yīng)器中心管和縱向排列的換熱管，反應(yīng)器中心管的上端設(shè)有圓板形結(jié)構(gòu)，所述圓板形結(jié)構(gòu)與相鄰的換熱管焊接，圓板形結(jié)構(gòu)的下端通過支撐板與反應(yīng)器中心管的上端相連，所述反應(yīng)器中心管為不開孔密閉的筒形結(jié)構(gòu)，其向下延伸焊接于下管板上；換熱管縱向排列，與上管板和下管板直管連接，在換熱管與換熱管之間以間隔的方式設(shè)置花板(以保證換熱管的穩(wěn)定)，在換熱管與換熱管之間裝填有催化劑， 換熱管內(nèi)走換熱介質(zhì)。所述換熱管的直徑為20 40mm。所述氣體進(jìn)口端的連接管道由上封頭穿過換熱裝置匯集系統(tǒng)頂部、上管板、圓板形結(jié)構(gòu)和支撐板與反應(yīng)器中心管貫通，因此，氣體進(jìn)口端也可作為催化劑入口使用；在裝填催化劑時(shí)，操作人員可以通過氣體進(jìn)口端進(jìn)入到圓板形結(jié)構(gòu)內(nèi)進(jìn)行催化劑的裝填。所述貫通通道的直徑為50 80mm，是為換熱氣體的通道。本發(fā)明內(nèi)冷換熱式軸向流動(dòng)固定床催化反應(yīng)器的積極效果是不受運(yùn)輸條件的影響；為可逆放熱反應(yīng)工業(yè)化規(guī)模的不斷擴(kuò)大打下設(shè)備上的基礎(chǔ)。


附圖為本發(fā)明內(nèi)冷換熱式軸向流動(dòng)固定床催化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖中的標(biāo)號(hào)分別為
2、換熱介質(zhì)進(jìn)口 ； 5、換熱管； 8、上封頭； 11、人孔； 15、上管板； 18、花板；
1、氣體出口 ；
4、貫通通道；
7、催化劑；
10、氣體進(jìn)口端；
13、換熱裝置匯集系統(tǒng)頂部
17、支撐板；
20、下管板；
22、換熱裝置分布系統(tǒng)頂部
3、下封頭； 6、筒體；
9、換熱介質(zhì)出口 ； 12、氣體進(jìn)口通道； 16、圓板形結(jié)構(gòu)； 19、反應(yīng)器中心管；
21、換熱裝置分布系統(tǒng)底部；
23、膨脹節(jié)；24、催化劑卸出口。
具體實(shí)施例方式以下通過附圖給出本發(fā)明內(nèi)冷換熱式軸向流動(dòng)固定床催化反應(yīng)器的具體實(shí)施方式
，但是應(yīng)當(dāng)指出，本發(fā)明的實(shí)施不限于以下的實(shí)施方式。參見附圖1，一種內(nèi)冷換熱式軸向流動(dòng)固定床催化反應(yīng)器，其外形結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有的固定床催化反應(yīng)器基本相同，包括上封頭8、下封頭3和筒體6，在所述上封頭8上設(shè)有換熱介質(zhì)出口 9、氣體進(jìn)口端10和人孔11，在所述下封頭3上設(shè)有氣體出口 1、催化劑卸出口 2和換熱介質(zhì)進(jìn)口 24。本發(fā)明的特征結(jié)構(gòu)是在上封頭8與筒體6的連接處通過換熱裝置匯集系統(tǒng)設(shè)置上管板15，在下封頭3與筒體6的連接處通過換熱裝置分布系統(tǒng)設(shè)置下管板20。 采用的換熱裝置匯集系統(tǒng)為由換熱裝置匯集系統(tǒng)頂部13與上管板15構(gòu)成的箱形結(jié)構(gòu)采用一塊呈圓弧形的圓板，在圓板的中間開設(shè)氣體進(jìn)口通道12的開口，在氣體進(jìn)口通道12開口的周邊開設(shè)與換熱介質(zhì)出口 9相通的貫通通道4開口，做成換熱裝置匯集系統(tǒng)頂部13，在本發(fā)明的實(shí)施中，上管板15與換熱裝置匯集系統(tǒng)底部是同一個(gè)部件，由一塊圓板與伸出圓板的換熱管5管體部分焊接而成。上管板15與換熱裝置匯集系統(tǒng)頂部13通過設(shè)置在貫通通道開口上的貫通通道4相連接，貫通通道4采用直徑為50 80mm的管材，是為換熱氣體的通道。將換熱裝置匯集系統(tǒng)通過換熱裝置匯集系統(tǒng)頂部13和上管板15焊接在上封頭8 上。所述氣體進(jìn)口端10的連接管道由上封頭8穿過換熱裝置匯集系統(tǒng)頂部13、上管板15、 圓板形結(jié)構(gòu)16和支撐板17與反應(yīng)器中心管19貫通，因此，氣體進(jìn)口端10也可作為催化劑入口使用。在裝填催化劑時(shí)，操作人員可以通過氣體進(jìn)口端10進(jìn)入到圓板形結(jié)構(gòu)16內(nèi)進(jìn)行催化劑的裝填。采用的換熱裝置分布系統(tǒng)為由換熱裝置分布系統(tǒng)底部21與換熱裝置分布系統(tǒng)頂部22構(gòu)成的箱形結(jié)構(gòu)將由換熱管5伸出下管板20的管體部分與一塊圓板焊接成換熱裝置分布系統(tǒng)底部21，(同時(shí)也完成了換熱裝置分布系統(tǒng)與下管板20的連接)，采用一塊呈圓弧形的圓板，在圓板的中間開設(shè)換熱介質(zhì)進(jìn)口 2的開口，在此開口的周邊開設(shè)4個(gè)均勻分布的貫通通道4開口構(gòu)成換熱裝置分布系統(tǒng)頂部22，換熱裝置分布系統(tǒng)底部21與換熱裝置分布系統(tǒng)頂部22之間通過設(shè)置在貫通通道4開口上的4根貫通通道4連接；貫通通道4采用直徑為50 80mm的管材，是為換熱氣體的通道。換熱裝置分布系統(tǒng)通過換熱裝置分布系統(tǒng)底部21與換熱裝置分布系統(tǒng)頂部22焊接在下封頭3上。換熱介質(zhì)進(jìn)口 2的連接管道由換熱裝置分布系統(tǒng)頂部22中間的開口導(dǎo)出，穿過下封頭3，形成換熱介質(zhì)進(jìn)口 2，在其換熱裝置分布系統(tǒng)頂部22至下封頭3的管道上設(shè)置一個(gè)膨脹節(jié)23，以緩解換熱裝置因熱脹冷縮產(chǎn)生的應(yīng)力。在上管板15與下管板20之間的筒體6內(nèi)設(shè)置反應(yīng)器中心管19和縱向排列的換熱管5。所述的反應(yīng)器中心管19為不開孔密閉的筒形結(jié)構(gòu)，在其上端設(shè)置圓板形結(jié)構(gòu)16并將圓板形結(jié)構(gòu)16與相鄰的換熱管5焊接起來；圓板形結(jié)構(gòu)16為一筒形結(jié)構(gòu)，將圓板形結(jié)構(gòu)16的下端通過中空的管道，由支撐板17與反應(yīng)器中心管19的上端相連；反應(yīng)器中心管 19向下延伸并焊接在下管板20的中間。換熱管5采用直徑為20 40mm的管材，成縱向排列，與上管板15和下管板20直管連接(焊接)，在換熱管5與換熱管5之間以間隔的方式設(shè)置花板18以保證換熱管5的穩(wěn)定，在換熱管5與換熱管5之間裝填有催化劑7 (因?qū)Υ呋瘎?沒有特殊要求，所以對(duì)此不再贅述);換熱管5內(nèi)走換熱介質(zhì)(因?qū)Q熱介質(zhì)沒有特殊要求，所以對(duì)此也不再贅述)。
權(quán)利要求
1.內(nèi)冷換熱式軸向流動(dòng)固定床催化反應(yīng)器，包括上封頭(8)、下封頭(3)和筒體(6)， 在所述上封頭(8)上設(shè)有換熱介質(zhì)出口(9)、氣體進(jìn)口端(10)和人孔(11)，在所述下封頭 (3)上設(shè)有氣體出口(1)、催化劑卸出口(24)和換熱介質(zhì)進(jìn)口(2)，其特征在于，在上封頭 (8 )與筒體(6 )的連接處通過換熱裝置匯集系統(tǒng)設(shè)置上管板(15)，在下封頭(3 )與筒體(6 ) 的連接處通過換熱裝置分布系統(tǒng)設(shè)置下管板(20);換熱裝置匯集系統(tǒng)為由換熱裝置匯集系統(tǒng)頂部(13)與上管板(15)構(gòu)成的箱形結(jié)構(gòu)，焊接在上封頭(8)上；上管板由一塊圓板與伸出圓板的換熱管(5)管體部分焊接而成，所述換熱裝置匯集系統(tǒng)頂部(13)為一塊呈圓弧形的圓板，圓板的中間設(shè)有氣體進(jìn)口通道(12)，氣體進(jìn)口通道(12)的周邊設(shè)有與換熱介質(zhì)出口(9)相通的貫通通道(4)；換熱裝置分布系統(tǒng)為由換熱裝置分布系統(tǒng)底部(21)與換熱裝置分布系統(tǒng)頂部(22)構(gòu)成的箱形結(jié)構(gòu)，焊接在下封頭(3 )上；所述換熱裝置分布系統(tǒng)底部(21)由換熱管(5 )伸出下管板(20)的管體部分與一塊圓板焊接而成，所述換熱裝置分布系統(tǒng)頂部(22)為一塊呈圓弧形的圓板，圓板的中間設(shè)有換熱介質(zhì)進(jìn)口(2)的開口，開口的周邊設(shè)有4 8個(gè)均勻分布的貫通通道(4)開口，換熱裝置分布系統(tǒng)底部(21)與換熱裝置分布系統(tǒng)頂部(22)之間通過貫通通道(4)連接，在換熱介質(zhì)進(jìn)口(2)的管道上設(shè)有膨脹節(jié)(23)；在上管板(15)與下管板(20)之間的筒體6內(nèi)設(shè)置反應(yīng)器中心管(19)和縱向排列的換熱管(5)，反應(yīng)器中心管(19)的上端設(shè)有圓板形結(jié)構(gòu)(16)，所述圓板形結(jié)構(gòu)(16)與相鄰的換熱管(5)焊接，圓板形結(jié)構(gòu)(16)的下端通過支撐板(17)與反應(yīng)器中心管(19)的上端相連，所述反應(yīng)器中心管(19)為不開孔密閉的筒形結(jié)構(gòu)，其向下延伸焊接于下管板(20)上； 換熱管(5)縱向排列，與上管板(15)和下管板(20)直管連接，在換熱管(5)與換熱管(5)之間以間隔的方式設(shè)置花板(18)，在換熱管(5)與換熱管(5)之間裝填有催化劑(7)，換熱管 (5)內(nèi)走換熱介質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)冷換熱式軸向流動(dòng)固定床催化反應(yīng)器，其特征在于，所述換熱管的直徑為20 40mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)冷換熱式軸向流動(dòng)固定床催化反應(yīng)器，其特征在于，所述氣體進(jìn)口端(10)的連接管道由上封頭(8)穿過換熱裝置匯集系統(tǒng)頂部(13)、上管板(15)、 圓板形結(jié)構(gòu)(16)和支撐板(17)與反應(yīng)器中心管(19)貫通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)冷換熱式軸向流動(dòng)固定床催化反應(yīng)器，其特征在于，氣體進(jìn)口端(10)可作為催化劑入口使用。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)冷換熱式軸向流動(dòng)固定床催化反應(yīng)器，其特征在于，所述貫通通道(4)的直徑為50 80mm，是為換熱氣體的通道。
全文摘要
本發(fā)明涉及化工反應(yīng)設(shè)備，是內(nèi)冷換熱式軸向流動(dòng)固定床催化反應(yīng)器，在上封頭上設(shè)有換熱介質(zhì)出口、氣體進(jìn)口端和人孔，在下封頭上設(shè)有氣體出口、催化劑卸出口和換熱介質(zhì)進(jìn)口，其特征結(jié)構(gòu)是在上封頭和下封頭與筒體的連接處通過換熱裝置匯集系統(tǒng)和換熱裝置分布系統(tǒng)設(shè)置上管板和下管板；在上管板與下管板之間的筒體內(nèi)設(shè)置上連圓板形結(jié)構(gòu)和支撐板，下連下管板的反應(yīng)器中心管和縱向排列的、直徑為20～40mm換熱管，換熱管與上管板和下管板直管焊接，在換熱管間沿軸向間隔狀設(shè)有花板，換熱管間裝填催化劑，換熱管內(nèi)走換熱介質(zhì)；本發(fā)明的積極效果是不受運(yùn)輸條件的影響；為可逆放熱反應(yīng)工業(yè)化規(guī)模的不斷擴(kuò)大打下設(shè)備上的基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)B01J8/02GK102151521SQ20111010461
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月26日
發(fā)明者應(yīng)衛(wèi)勇, 張海濤, 房鼎業(yè), 錢煒鑫, 馬宏方 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)