[发明专利]气固相催化反应器

说明书

技术领域

本发明涉及化工领域中用于气固相催化反应的固定床催化反应器。

背景技术

在化学工业和石油化工中，固定床催化反应器是一种应用广泛的核心设备，在合成氨、硫酸、甲醇、催化重整、乙苯脱氢、乙烯与醋酸反应制醋酸乙酯、异构化、加氢精制等等化工过程，反应器型式都有采用固定床的。

固定床催化反应器按流体通过床层的方式可分为轴向反应器和径向反应器两大类。流体以反应器中心轴所指的方向通过催化剂床层的反应器，称为轴向反应器。流体沿半径方向或直径方向通过催化床的反应器，称为径向反应器。

轴向反应器结构简单、使用方便，但流体通道受设备横截面的限制，造成床层压降较大，同时对催化剂的强度要求较高，一般在常压、中低压的条件下使用。轴向床压降如(1)式：

(1)式

其中：各个符号定义如下：

ΔP-床层压降，Pa

L-床层长度，m

ε-床层孔隙率

ρ-流体密度，kg/m3

φ-颗粒形状系数

de-颗粒的等体积当量直径

μ-流体的粘度，cP

w-流体的质量流量，kg/h

径向反应器与轴向反应器相比，在同样的停留时间下，由于有较大的流道面积和较短的流程，因此床层压降小，可使用小颗粒催化剂等优点，但是必须采用强制手段使气体均匀分布，内部结构较复杂，在负压或中高压的大生产过程中，它是一种较新颖的固定床催化反应设备。径向床压降如(2)式：

其中各个符号定义如下：

ri-径向床内径，m

ro-径向床外径，m

其他同上。

径向反应器由于流体流通面积大，催化剂床层较薄，因此存在着流体沿轴向的均匀分布问题。如果反应气体在催化剂床中分布不均匀，将会影响反应器的温度分布、浓度分布、热稳定性等，还会引起催化床局部过热，影响产物质量和反应器的生产能力。径向反应器一般由内、外多孔分布筒和壳体组成，内、外分布筒之间堆装催化剂，分布筒的顶部留有一段不开孔部分构成催化剂封。为了防止反应气体的回流，在考虑了催化剂的下沉量后，催化剂封必须留有足够的高度，以免催化剂下降引起气体的短路造成产量和转化率的下降；催化剂封高度过多，反应气体的停留时间过长，又会引起副反应的增加，此时催化剂封区的活性往往不能得到有效的利用。许多的专利描述了各种流体控制的方式，例如CN85103262、CN91110640.5、CN02820795.5或者如US2634194、US3533754、US4181701、US4478793。

轴径向反应器是一种在床顶部采用催化剂自封式结构的新颖的径向反应器，它由Zardi等于1981年首次提出，如US4372920、US4405562，即集气管比分气管低一定的高度，以使径向床的上部造成轴径向二维流动。这种催化剂封既简化了径向床上部的密封结构，又充分利用了反应器内部空间，可提高转化率，同时还有利于减少催化剂封死区所引起的副反应，同时进一步降低了床层的阻力。

一般而言，之所以人们对满足反应条件下尽可能降低床层阻力，关键的因素还是可以节能降耗，因为大量的反应过程都是循环反应过程，在分离掉反应产物后，须将大量的未反应物重新压缩返回反应器入口，床层压降与循环功耗直接相关，降低压降意味着提高了过程的经济性。例如合成氨工艺中，氨净值一般仅12-18％，大量的氢氮气需要循环；石脑油催化重整，氢油摩尔比10-30倍，大量的氢气需要循环，压降小意味着高的过程的经济性。

但是工业上如何进一步降低床层阻力，例如降到1KPa的数量级，显然上述反应器类型是难以用经济合理的方式达到的。显然上述工业需求是事实存在的，例如常压尾气的催化焚烧，工业溶剂的大气挥发物的催化焚烧等。迫切需求提出一种超低压降的简便易行的气固催化反应器。

发明内容

本发明的目的是提出一种气固相催化反应器，以克服现有技术存在的上述缺陷。

本发明的气固相催化反应器，包括上部设有入口、下部设有出口的柱状壳体、催化床组件和设有通道口的花板；

所述的催化床组件通过机械方法固定在入口和出口之间的壳体1中，且与壳体同轴；