CN102580626B

CN102580626B - 双轴径向流反应器

Info

Publication number: CN102580626B
Application number: CN 201210073372
Authority: CN
Inventors: 吕仲明
Original assignee: NANJING GOODCHINA CHEMICAL TECHNOLOGIES Co Ltd
Current assignee: NANJING GOODCHINA CHEMICAL TECHNOLOGIES Co Ltd
Priority date: 2012-03-20
Filing date: 2012-03-20
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2032-03-20
Also published as: CN102580626A

Abstract

一种双轴径向流反应器，它包括外壳（2）和反应器内件（3），反应器内件（3）位于外壳（2）中，所述的外壳（2）上设有反应器入口（1）和反应器出口（8），反应器内件（3）包括分布筒（4）和集气筒（6），在集气筒（6）和分布筒（4）之间安装有催化剂床层（5），反应器出口（8）与集气筒（6）的出口端相连通，其特征是所述的反应器内件（3）的上端和下端各形成有一个上轴向反应段（14）和下轴向反应段（16），在上轴向反应段（14）和下轴向反应段（16）之间形成有径向反应段（15）；在所述的催化剂床层（5）的上端安装有多孔上盖及丝网（12），下端安装有多孔筐底及丝网（7）。本发明结构简单，反应效果好，不仅可提高反应效率10%以上，而且可延长催化剂的使用寿命20%以上，经济效率显著。

Description

双轴径向流反应器

技术领域

本发明涉及一种气体反应器，尤其是一种反应更加充分，无偏流及反应死角的以径向流为主的反应器，具体地说是一种双轴径向流反应器。

背景技术

众所击知，径向流动反应器的开发与应用已有几十年的历史，最早出现的是全径向流反应器（见图1-1），即气流从***到中心（也可以从中心到***）全部以半径方向通过催化剂床层进行反应，其最大优点是流体阻力低（仅为轴向流反应器10%～50%），而且可以使用高活性小颗粒催化剂，从而大幅度提升反应器的能力。

随着技术的发展后人认为全径向反应器a区的催化剂因下沉等因素引起短路而降低其利用率，故而又发展出轴径向流反应器（见图1-2），即取消顶盖使该部分催化剂呈部分轴向流状态，故而形成所谓轴径向流反应器。但是随着反应器直径加大和应用范围的扩大，以及实践经验的积累，发现这类反应器底部b区也存在问题：一是大型反应器的下部蝶形封头内的部分催化剂存在“死角”，引起气流的偏流；同时由于底部催化剂的受压紧缩及粉化等因素更加大其偏流的程度，这对于一些强放热反应，极易造成b区催化剂过热失活，甚至烧结；二是径向反应器当内部需要设置移热单元，如冷管（板）时（见图1-3），在a区和b区需布置大小联箱和连接管，而中间主区则布置冷管（板），因此a区、b区及中间主区的径向流动有很大区别，这样b区存在偏流、死角等问题更为严重。

发明内容

本发明的目的是针对现有的径向流反应器存在偏流、死角而影响反应效率的问题，设计一种无偏流和反应死角的双轴径向流反应器。

本发明的技术方案是：

一种双轴径向流反应器，它包括外壳2和反应器内件3，反应器内件3位于外壳2中，所述的外壳2上设有反应器入口1和反应器出口8，反应器内件3包括分布筒4和集气筒6，在集气筒6和分布筒4之间安装有催化剂床层5，反应器出口8与集气筒6的出口端相连通，其特征是所述的反应器内件3的上端和下端各形成有一个上轴向反应段14和下轴向反应段16，在上轴向反应段14和下轴向反应段16之间形成有径向反应段15；在所述的催化剂床层5的上端安装有多孔上盖及丝网12，下端安装有多孔筐底及丝网7；反应气从反应器入口1进入后分别从上轴向反应段14、下轴向反应段16和径向反应段15进入催化剂中反应后流入集气筒6，再从与集气筒6相连通的反应器出口8流出反应器外壳2。

所述的催化剂床层5中还安装有移热装置23。

所述的移热装置23由移热管板21、大联箱18、小联箱19、联接管20、冷却流体入口管17及冷却流体出口管22组成，各移热管板21的进、出口端分别通过各自的联接管20与对应的小联箱19相连通，各小联箱19与对应的大联箱18相连通，大联箱18与对应的冷却流体入口管17或冷却流体出口管22相连通。

所述的上轴向反应段14由集气筒6上部的集气筒上不开孔段13、分布筒4上段的分布筒上不开孔段11及所述的催化剂床层5上端安装的多孔上盖及丝网12所围成，且集气筒6的上底面为不能进气的密闭结构。

所述的集气筒上不开孔段13的长度L₂不小于分布筒上不开孔段11的长度L₁，且1≤L₂/L₁≤10。

所述的下轴向反应段16由集气筒6下部的集气筒下不开孔段9、分布筒4下段的分布筒下不开孔段10及所述的催化剂床层5下端安装的多孔筐底及丝网7围成，且集气筒6的下端出气口与壳体2上的反应器出口8相连通。

所述的集气筒下不开孔段9的长度L₂′不上于分布筒下不开孔段10L₁′的长度，且1≤L₂′/L₁′≤10。

所述的多孔上盖及丝网12及多孔筐底及丝网7上的通气开孔率为1%～100%。对于多孔上盖及丝网12，当开孔率达到100%时，则等于取消上盖及丝网，这种结构在简化的反应器经常使用。

本发明的有益效果：

本发明彻底消除了现有的反应器存在的底部反应死角，不会产生气流偏流，更不会造成催化剂的部分过热失活烧结现象，尤其是对于安装有移热单元的反应器可消除因管板布置而造成的偏流死角问题。

本发明结构简单，反应效果好，不仅可提高反应效率10%以上，而且可延长催化剂的使用寿命20%以上，经济效率显著。

附图说明

图1是现有的径向反应流的结构示意图。

其中：

图1-1现有的全径向流反应器的结构示意图。

图1-2是现有的单轴向加径向流反应器的结构示意图。

图1-3是带有移热单元的的单轴向加径向流反应器的结构示意图。

图2本发明的双轴径向流反应器的结构示意图。

其中：

图2-1本发明的由外向内流动的双轴径向流反应器的结构示意图。

图2-2本发明的由内向外流动的双轴径向流反应器的结构示意图。

图2-3本发明的带有移热装置的双轴径向流反应器的结构示意图。

图3是本发明的双轴径向流反应器的常见类型结构示意图。

其中：

图3-1是图2-1的等效原理图。

图3-2是图2-2的等效原理图。

图3-3是与图3-1等效的进气口与出气口位于壳体同一端时的结构示意图。

图3-4是与图3-2等效的进气口与出气口位于壳体同一端时的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例一。

如图2-1、3-3所示。

一种双轴径向流反应器，它包括外壳2和反应器内件3，反应器内件3位于外壳2中，所述的外壳2上设有反应器入口1和反应器出口8，反应器内件3包括分布筒4和集气筒6，在集气筒6和分布筒4之间安装有催化剂床层5，反应器出口8与集气筒6的出口端相连通，所述的反应器内件3的上端和下端各形成有一个上轴向反应段14和下轴向反应段16，在上轴向反应段14和下轴向反应段16之间形成有径向反应段15；在所述的催化剂床层5的上端安装有多孔上盖及丝网12，下端安装有多孔筐底及丝网7；反应气从反应器入口1进入后分别从上轴向反应段14、下轴向反应段16和径向反应段15进入催化剂中反应后流入集气筒6，再从与集气筒6相连通的反应器出口8流出反应器外壳2。集气筒6位于分布筒4的中间，如图2-1所示，所述的上轴向反应段14由集气筒6上部的集气筒上不开孔段13、分布筒4上段的分布筒上不开孔段11及所述的催化剂床层5上端安装的多孔上盖及丝网12所围成，且集气筒6的上底面为不能进气的密闭结构。所述的集气筒上不开孔段13的长度L₂不小于分布筒上不开孔段11的长度L₁，且1≤L₂/L₁≤10。所述的下轴向反应段16由集气筒6下部的集气筒下不开孔段9、分布筒4下段的分布筒下不开孔段10及所述的催化剂床层5下端安装的多孔筐底及丝网7围成，且集气筒6的下端出气口与壳体2上的反应器出口8相连通。所述的集气筒下不开孔段9的长度L₂′不上于分布筒下不开孔段10L₁′的长度，且1≤L₂′/L₁′≤10。所述的多孔上盖及丝网12及多孔筐底及丝网7上的通气开孔率为1%～100%。对于多孔上盖及丝网12，当开孔率达到100%时，则等于取消上盖及丝网，这种结构在简化的反应器经常使用。

如图2-1所示，反应气体由反应器入口1进入，一部分气体以轴向流动方式经多孔上盖及丝网12，进入上轴径向段14与催化床层进行反应后流入集气筒6中，一部分气体以全径向流动方式经分布筒4，通过中部全径向段15进入集气筒6中，另有一部分气体流过外壳2与分布筒4之间的通道向下流动到下轴向反应段16，以轴向流动方式经底部多孔框底及丝网7与底部的催化剂床进行反应后流入集气筒6中，三股气体全部由集气筒6汇合，经出口8出反应器。在分布筒4的上端11与下端10均设有一不开孔段L1和L₁΄，在集气筒13的上端和下端，均设有一不开孔段L2和L₂΄，由它们分别构成了上端和下端的上轴向段14和下轴向段16，而余下的则为中间全径向流段15。

作为本实施例等效结构的图3-3是将反应器的入口和出口设置在反应器壳体的同一端上，其余与图2-1均相同或等效相同。

要实现上中下层全部催化剂的均匀利用，必须实现全反应器气流合理的均匀分布，为此，必须对整个反应器进行全面的流体力学计算，从而确定反应器的各项结构参数：

（1）分布筒和集气筒上下各不开孔长度L1、.L2、L΄1、L΄2是分配上段和下段轴径向层的高度比例和相应的气量分配的关键参数，必须首先确定并且与中间全径向层15的高度比例和气量分配相适应，实现整个反应器的气流均布。

（2）分布筒、集气筒、多孔上盖和多孔底筐四者的开孔孔径d和开孔数量n也必须与各不开孔长度L1、.L2、L΄1、L΄2 通过计算配合加以确定，以满足均布要求。

（3）通常集气筒的不开孔长度L2、L΄2要大于分气筒的不开孔长度L1、L΄1，各数值与反应器直径D的大小，和高度H，以及高径比（H/D）都直接相关。L2/L1和L΄2/L΄1在1～10倍之间。

对于分气筒、集气筒、多孔上盖和多孔框底上的开孔孔径d和开孔数量n ,则由计算而定，通气开孔率为1%～100%，对于多孔上盖及丝网12，当开孔率达到100%时，则等于取消上盖及丝网，这种结构在简化的反应器经常使用。具体开孔数一般多在每平方分米1～100个之间。

实施例二。

如图2-2、3-4。

本实施例与实施例一的区别在于本实施例的分布筒4位于集气筒中，而实施例一的集气筒6位于分布筒4中，反应气体由反应器入口1进入，一部分气体以轴向流动方式经多孔上盖及丝网12，进入上轴径向段14与催化床层进行反应后流入外圈的集气筒6中，中间全径向反应段的反应气是直接从反应器中心的分布筒6由内向外通过中部全径向段15进入集气筒中，另有一部分气体流过分布筒4中间的全径向段直接进入到下轴向反应段16，以轴向流动方式经底部多孔框底及丝网7与底部的催化剂床进行反应后流入集气筒6中，三股气体全部由集气筒6汇合，经出口8出反应器。

实施例三。

如图2-3所示。

本实施例与实施一、二的区别在于在催化床层5中还安装有移热装置23，移热装置23由移热管板21、大联箱18、小联箱19、联接管20、冷却流体入口管17及冷却流体出口管22组成，各移热管板21的进、出口端分别通过各自的联接管20与对应的小联箱19相连通，各小联箱19与对应的大联箱18相连通，大联箱18与对应的冷却流体入口管17或冷却流体出口管22相连通，如图2-3所示。本实施例的移热装置既可用于由外向内流动结构的反应器（实施例一），也适用于由内向外流动结构的反应器（实施例二）。

对于本实施例的催化剂床内带有移热冷管（板）的双轴径向反应器（见图2-3），为实现上中下层全部催化剂的均匀利用，必须实现全反应器气流合理的均匀分布，为此，必须对整个反应器进行全面的流体力学计算，从而确定反应器的各项结构参数，此时还需要计入移热管（板）21，大小联箱18、19，联接管20，冷却流体、进出管17、22对上、中、下各段催化剂的轴径向流阻力△P _上与△P _下和中间径向流阻力△P _中的影响，在流体均布计算中必须包括在内。

具体实施时，在图2-1、图2-2及图2-3所示各图的双轴径向反应器的基本结构图的基础上，在主气流进出口的流向和径向流的走向上还可以有多种变化，如图3所示。

（1）图3-1,3-2，为主气流由反应器上端进入，下端流出（或相反）这属于И型流，而径向流方向，则可以由外向里流动，或由里向外流动。

（2）图3-3、3-4，则为主气流由反应器同一端进出，可以都在上端，也可以都在下端，即为П型流，而径向气流方向则也同样可以是由外向里或由里向外流动。

（3）在上述И型和П型流的基础上，反应器的内部可以有各种结构的移热单元（冷却管、板等）以及各种和联箱结构的配置，都可实现本发明的目的。

（4）一些简化的双轴径向反应器，可以取消多孔上盖，只要设计适当，同样可以实现均匀分布。

此外，具体实施时，还可对实施例一至三进行等效替换，将多孔上盖及丝网12及多孔筐底及丝网7上的通气开孔率设为100%，相当于取消上盖及丝网，变为通孔。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims

1.一种双轴径向流反应器，它包括外壳（2）和反应器内件（3），反应器内件（3）位于外壳（2）中，所述的外壳（2）上设有反应器入口（1）和反应器出口（8），反应器内件（3）包括分布筒（4）和集气筒（6），在集气筒（6）和分布筒（4）之间安装有催化剂床层（5），反应器出口（8）与集气筒（6）的出口端相连通，其特征是所述的反应器内件（3）的上端和下端各形成有一个上轴向反应段（14）和下轴向反应段（16），在上轴向反应段（14）和下轴向反应段（16）之间形成有径向反应段（15）；在所述的催化剂床层（5）的上端安装有多孔上盖及丝网（12），下端安装有多孔筐底及丝网（7）；反应气从反应器入口（1）进入后分别从上轴向反应段（14）、下轴向反应段（16）和径向反应段（15）进入催化剂中反应后流入集气筒（6），再从与集气筒（6）相连通的反应器出口（8）流出反应器外壳（2）；所述的上轴向反应段（14）由集气筒（6）上部的集气筒上不开孔段（13）、分布筒（4）上段的分布筒上不开孔段（11）及所述的催化剂床层（5）上端安装的多孔上盖及丝网（12）所围成，且集气筒（6）的上底面为不能进气的密闭结构；所述的下轴向反应段（16）由集气筒（6）下部的集气筒下不开孔段（9）、分布筒（4）下段的分布筒下不开孔段（10）及所述的催化剂床层（5）下端安装的多孔筐底及丝网（7）围成，且集气筒（6）的下端出气口与壳体（2）上的反应器出口（8）相连通。

2.根据权利要求1所述的双轴径向流反应器，其特征是所述的催化剂床层（5）中还安装有移热装置（23）。

3.根据权利要求2所述的双轴径向流反应器，其特征是所述的移热装置（23）由移热管（21）、大联箱（18）、小联箱（19）、联接管（20）、冷却流体入口管（17）及冷却流体出口管（22）组成，各移热管（21）的进、出口端分别通过各自的联接管（20）与对应的小联箱（19）相连通，各小联箱（19）与对应的大联箱（18）相连通，大联箱（18）与对应的冷却流体入口管（17）或冷却流体出口管（22）相连通。

4.根据权利要求1所述的双轴径向流反应器，其特征是所述的集气筒上不开孔段（13）的长度L₂不小于分布筒上不开孔段（11）的长度L₁，且1≤L₂/L₁≤10。

5.根据权利要求1所述的双轴径向流反应器，其特征是所述的集气筒下不开孔段（9）的长度L₂′不上于分布筒下不开孔段（10）L₁′的长度，且1≤L₂′/L₁′≤10。

6.根据权利要求1所述的双轴径向流反应器，其特征是所述的多孔上盖及丝网（12）及多孔筐底及丝网（7）上的通气开孔率为1%～100%。