[发明专利]多段间接换热径向固定床反应器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于放热化学反应的径向流动固定床反应器。具 体地，本发明涉及这样一种用于放热化学反应的径向流动固定床反应 器，其具有上下封头的圆柱形外壳，在所述圆柱形外壳内具有被限定 装置划分的至少一个或多个具有反应物进口和反应产物出口的催化剂 反应区域，使得不同反应区域的进口温度和出口温度控制在预定的最 佳值附近的有限范围内。

背景技术

径向固定床反应器具有这样的优点：1、流动面积大、压降小，可 使用小颗粒催化剂，故反应速率较高、生产强度大；2、结构简单，基 建投资小；3、强制气流均匀分布等。

近年来，径向固定床反应器在工业装置上得到了广泛的应用，但 受限于径向固定床的结构特点和流动特点，其应用于强放热反应时， 径向固定床反应器有明显的不足。如何用简单有效的方法将在径向固 定床催化剂床层中的反应热移出反应器、控制床层温度在预定的最佳 值附近，相关领域的技术人员进行了大量的工作。

一种本专业熟知的方法是通过在催化剂床层中流动的反应物流将 产生的热量带走，为了强化这种作用，需要在反应物流中增加非主要 反应组份。限于所述流股的物理特性和径向反应器的流动特点，为了 达到有效控制床层温度的目的，在反应器流股中增加的非主要反应组 份必须要达到很大的量，并在系统中循环流动带走热量，有时甚至要 达到主要反应组份质量的数倍到数十倍，使系统中循环机的功耗大大 增加。

中国专利CN10455731A公开了一种降低循环机能耗的方法，在反 应物流中加入了两种用于带走反应生成热的非主要反应组份：干气和 水。干气是反应副产品，水另外加入。在分离工序后，将干气用循环 机送到催化床层进口端，同时用水泵将水循环至催化床层进口端，并 再次升温气化后与反应物、干气混合后进入反应器床层，其实质是用 效率较高的液体泵分担了气体循环机的工作能耗，但反应物中水分的 增加，给这种方法的应用带来了限制，水的不断冷却和气化也消耗了 大量的能量。

中国专利CN203916626U、CN203944358U、CN201088911Y和 CN203075923U公开了在径向固定床催化剂床层中敷设换热冷管控制 催化剂床层温度的方法。用这种方法控制催化剂床层的温度，会使反 应器的结构复杂、制造工艺要求高，提高了制造难度和建设成本，同 时还带来了催化剂装卸难、装填系数低等问题，尤其劣化了催化剂床 层中反应物流的流动状况，增加了流动阻力、反混和壁效应。由于径 向反应器的流动特点，采用在催化剂床层中敷设冷管的方法移除热量， 效率很低，为了达到预期的目标，需使用特殊的设备或敷设大量的冷 管，使得由此引起的问题更加严重。

中国专利CN201978732U公开了一种将催化剂床层轴向分段、在 段间加入冷激气体控制催化剂床层温度的固定床反应器，其可以有效 的控制反应器床层的温度。但为了使冷、热流股在段间良好混合，必 须给予必要的混合空间或相应的混合设备，使得段间空间增大、设备 复杂，如果采用原料气实施冷激，还会造成反混，影响目标产物的收 率和催化剂的使用效率。对于多级反应器通过冷激气调节进口温度控 制床层的温升，也有一定局限性，主要由于冷激气在各级进口的分配 存在相互干扰，很难保证稳定工作，由此也影响了在大型设备中的使 用。

中国专利CN101616730B、CN202570121U和CN202570115U所公 开的是一种在多段绝热反应器段间换热控制温度的径向固定床反应 器。换热器是光管、翅片管、螺旋管或异型管等组成的管束。通过管 束将由催化剂床层流出的热工艺气(反应物)与未进入床层的冷工艺 气(非反应组份：循环气)换热，一方面将冷工艺气升温至催化剂床 层进口所需温度，另一方面使已经部分反应的工艺气适当降温，以进 入下一段催化剂床层继续反应。该方法有效的利用了反应产生的热能， 但仍然存在循环比大、换热效率低等带来的问题，使得设备复杂、制 作工艺要求高、换热器体积大、催化剂装填比低等问题，而且，由于 工艺的限制，操作范围较窄，温度不易控制在预定值附近。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够将催化反应床层温度控制在预定的 最佳值附近范围内的多段间接换热径向固定床反应器。该多段间接换 热径向固定床反应器在具备较大的生产能力和转换产量的同时，具有 能量利用率高、易于操作和结构简单等优点，尤其适用于含氧化合物 为原料制液体烃工艺的大型装置。