[实用新型]一种列管式换热器和费托合成浆态床反应器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种适用于强放热、多相反应的列管式换热器和浆态 床反应器，更具体地说，涉及一种适合费托合成浆态床反应器的列管式换 热器及浆态床反应器。

背景技术

由于我国石油资源短缺，为了保障国家能源安全，结合我国能源结构 的特点，以煤为原料制取液体燃料是缓解这一问题的有效途径，其中费托 合成是主要方法之一。费托合成是以煤或天然气为原料制备合成气，合成 气在400～500℃的温度下，以铁或钴等为主体的催化剂催化作用下，生产 烃类或者醇类液体燃料的方法。费托合成反应是一个强放热反应，放热量 大。进行费托合成反应时，常发生催化剂局部过热，并引起催化剂积碳甚 至堵塞床层，导致产物选择性降低。因此，需要有效移走反应器内生成的 热量，保证反应器操作的安全性和提高目的产物的收率。同时，费托合成 产物的分布和催化剂的活性对温度非常敏感，维持反应器内相对恒定的温 度对浆态床反应器内反应的顺利进行和安全操作十分重要，因此开发新型 有效的换热器形式十分重要，目前已有许多不同形式的换热器。

CN101396647A公开了一种适用于浆态床反应器的新型换热器，其换 热器部分可以采用一段式主换热器，也可以采用两段主换热器。由于分离 区构件之间存在着较大的空间，根据生产需要，可以考虑在上主换热器外 设置小型换热器元件组，起到调节液固分离区所占空间的温度的作用。此 换热器中加入了导流管，实现上下两段换热器的热耦合，减两段间的热负 荷差值，增加了操作弹性，因此换热温度可保障了浆态床反应器内反应的 充分进行。此发明的换热器为了强化换热效果和固液分离，只是在换热器 的上部换热区换热列管截面积占反应器横截面的70～90％，不适合于浆态 床反应器下部的进气口附近反应温度较高的换热要求。

CN101480595A公开了一种针翅片型换热器，在换热列管的外壁上安 装有水平的针型翅片，每根换热列管上安装的针翅数目为80～800根，针 型翅片直径为1～10mm，长度在10～125mm范围。采用针型翅片换热器列 管，一方面可以增加换热面积，增强反应器换热能力；另一方面换热列管 外壁的针型翅片可以对塔内气液相流体的流动具有阻碍作用，可遏制普通 换热列管造成的流动陡峭效应(即“烟囱效应)，改善浆态床中的流速分 布，实现强化传热和改善流动的双重功能。但是这种针翅片型换热器存在 制造复杂的特点，且随着反应器尺寸的增大，势必要增加列管上的针翅片 长度和数目，在保证换热效果前提下既增加了生产制造难度。

US4187902公开了一种利用高压冷却介质进行换热的换热器，此换热 器主要特点是换热列管较长而且呈折形弯曲状，在换热过程中起到热补偿 的作用，进行换热时换热列管可以随气液运动而发生震动，对带有沉淀物 的液相，利用弯曲列管的震动作用可以减小沉淀物在列管上的沉积，防止 在列管上结垢，提高换热效果。换热列管的尺寸不受反应器大小的限制， 可以按照生产需要反应器内安装任意数量的换热列管，然后根据换热器的 尺寸来反应器主体尺寸。由于这种换热列管呈较大角度的弯曲，增大了换 热介质在列管中的流动阻力，为了保证换热效果必须要增大换热介质的动 力能耗。

CN202339124U公开了一种螺旋扭转扁管换热器，包括壳体、管板、 滑道和换热管束。换热管束呈螺旋状，含有两个螺旋扁管，扁管内外介质 做螺旋运动，增强了液相湍动程度，提高了换热系数。管束之间依靠扁管 的螺旋形外缘保持互相支撑，并由捆扎带捆在一起。由于没有折流板，不 存在死区，并且管束中间有隔板隔开形成双壳程，壳程介质流程增加，与 普通壳程换热器相比换热效率提高了20～30％。此换热器中滑道的宽度是 该换热器的主要问题，如果过宽则对材料的强度要求增大，提高了制造难 度和成本；如果过窄则不能较好的提高换热效果。

WO2009154333A1公开了一种应用于费托合成反应器的换热器，其中 每个换热管束由同心的内管和外管组成，换热介质(高压冷却水)进入换 热器顶部，然后分流进入按一定规则开设有小孔的内管。内管中的带压冷 却水从小孔中以喷雾形式喷进外管，利用水雾吸收反应热转化为水蒸气的 过程实现换热目的，水蒸气最后汇集到换热器顶部并从内管排出。此换热 器的最大特点是换热列管采用内外套筒形式，而且要在内筒壁上开凿小孔 实现换热，如此一来就增大了换热器的制造难度，加大了生产成本。