[发明专利]一种管壳式固定床等温反应器

说明书

本发明公开的一种等温轴向管壳式反应器，包含壳体、上管箱、上封头、兼做下管箱的下封头、换热管束和下固定管板，上封头和兼做下管箱的下封头分别固定在壳体上两端；下固定管板固定壳体的下端与下封头之间，其还包括一上管箱和若干柔性反应气输送管以及上浮动管板，上管箱和上浮动管板浮动位于壳体中上部内，上浮动管板与上管箱的底部固定连接，换热管束的上下端分别与上浮动管板和下固定管板固定连接；若干柔性反应气输送管的第一端连接在上管箱上以便向上管箱送入反应气，第二端连接在上封头或者/壳体上并延伸至外界，以便外界的反应气进入每一柔性反应气输送管。本发明解决了传统的固定管板管壳式反应器管壳程温差热应力问题。

技术领域

本发明属于煤化工及天然气化工技术领域，涉及一种适用于固定床气固相放热型催化反应的管壳式固定床等温反应器，该管壳式固定床等温反应器的反应气沿换热管轴向通过催化剂，反应热被迅速带走并副产饱和蒸汽，床层基本均温。特别适用于CO变换反应、甲醇合成、乙二醇合成、甲烷合成等。

背景技术

随着化工生产的发展，为适应不同的传热要求和传热方式，出现多种固定床反应器的结构形式，其中尤以利用气态的反应物料，通过由固体催化剂所构成的床层进行反应的气固相催化反应器在化工生产中应用最为广泛。

固定床反应器从反应原理上主要分为绝热式和换热式两大类。

绝热式固定床反应器结构简单，应用广泛。但在实际操作中，绝热式反应器不能达到很高的效率，主要有两方面的限制：

①化学平衡的限制；对于放热反应而言，温度越高，越不利于反应趋于平衡，而降低温度则会降低反应速率；

②反应温升使催化剂床层温度远远超出了催化剂使用范围，会导致催化剂表面的活性组分熔结，比表面积大幅度下降，活性下降，副反应加剧，甚至造成飞温，损坏设备；所以对于放热型催化反应装置，要达到更深的反应，通常采用多段带换热式绝热床工艺，流程冗长，换热网络复杂，受全厂能量平衡的牵制，对于负荷波动及原料气组份变化影响较大，不利于装置长期稳定安全运行。

等温型反应器由换热元件及时移走反应热，保持床层基本恒温，其主要优点为：

①等温操作使得实际反应温度曲线接近最大反应速率曲线，大大提高反应速率，使反应趋于平衡；

②等温反应给催化剂提供了温和的运行环境，从而延长了催化剂的寿命；

③利用水循环副产蒸汽带走催化剂床层反应热的方式经过几十年的实践证明是有效的，具有较强的可控性，通过调节副产蒸汽压力可有效控制催化剂床层温度；

④等温反应有效杜绝了催化剂床层超温现象的发生，同时避免了某些反应可能发生的副反应，提高了装置的安全性。

随着装置大型化、煤气化技术多元化等特点，等温反应器的使用，或者等温反应器与绝热反应器的联合使用会更适应某些工艺的要求。

现有技术中，常用的轴向等温反应器为固定管板式的等温列管反应器，催化剂装填于换热管内，管板与壳体相焊接，反应气在管内沿轴向流动，壳侧的水汽移走反应热并副产蒸汽。考虑管壳程温差问题，换热管采用双相钢，催化剂由下管箱内的氧化铝球支撑。但工程实践中出现由于换热管与管板变形不协调导致换热管管接头失效、管板出现裂纹、管板与壳体焊缝失效等问题；同时随着反应器规格的放大，大量使用氧化铝球，带来设备操作重量大、更换催化剂较难分拣等问题。

发明目的

本发明即针对上述现有固定管板式的等温列管反应器所存在的上述问题而公开一种等温轴向管壳式反应器。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：