CN105776141B - 一种氯化氢催化氧化制氯气新型固定床反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种氯化氢催化氧化制氯气新型固定床反应器，反应器筒体在轴向由支撑筛板分为多层，每层筛板上填装有催化剂，每层催化剂内部装有多组换热管用于供给或移除反应器内部热量以保证反应温度在要求范围内，紧贴筛板的下方安装有侧面进料分布器，通过调节侧面进料量保证每层催化剂的催化活性，筛板和侧面进料分布器下方由圆形支撑圈固定，保证侧面进料有足够的空间混合均匀。该反应器可以有效均匀地移除催化反应产生的热量，增强了热、质传递效率，减少流动阻力，达到良好的控温效果，并充分利用反应器空间使反应物料最大程度的分散，多床层进料延长催化剂的使用寿命，同时降低设备投资，节约生产成本。

Description

一种氯化氢催化氧化制氯气新型固定床反应器

技术领域

本发明属于化工设备技术领域，具体涉及一种用于氯化氢催化氧化制备氯气的新型固定床反应器。

背景技术

自从Deacon(1886年)氯化氢催化氧化制氯气工艺发明以来，围绕该工艺的两大工程问题：耐久性催化剂研制和高性能反应器设计，一直在不断地探索完善之中。其中反应器方面，由于氯化氢催化氧过程是强放热反应，器内反应介质在高温条件下对反应器具有很强腐蚀性，因而对反应器的材质和操作条件要求比较苛刻。另外，反应热的有效移除及对反应器温度的控制，也对反应器的结构设计提出了很高的要求。因之反应器温度控制和设备材质的应用是氯化氢催化氧化制氯气的关键技术，但迄今为止在此方面的研究开发还远远落后于工业实际需求。

用于氯化氢氧化制氯气的反应器用流化床反应器和固定床反应器两种类型，固定床由于处理大，造价低及操作相对简单而备受重视。

专利EP1894885A系日本住友化学开发的使用氧化钌作催化剂的列管式反应器。该反应器为垂直列管式多段传热室设计，每个传热室不互通，在其内通入熔盐导热介质移除反应所产生的热量，依靠调节每个传热室内的熔融流量来实现反应器各段温度的控制，从而实现对整个反应器温度曲线的调整。由于反应器的进口段反应物浓度较高，反应较为剧烈，温升较快，列管中填装的导热性较高的钌系催化剂的活性要分段调整，催化剂的钌含量比率从反应器顶部的40％到反应器的底部100％之间进行调节，整个反应器的压力为0.1～1.0MPa，温度为200～500℃。此方法虽然可将催化剂床层温度控制在满意的程度，但结构复杂，造价昂贵，操作控制繁琐。更受限于钌系催化剂的活性的调节在催化剂制备中的困难。

专利WO2013004651A1描述了负载铈和钌的催化剂在管束式微型等温反应器的中氯化氢催化氧化应用，提出与专利EP1894885A非常类似方法，将管束式反应器分成2～10个反应区域。用负载铈的催化剂于内径8mm，高度1000mm的反应器中，在进料比率O2/HCl为0.75，反应温度≤420℃，反应压力2～10bar的条件下，对氯化氢的转化率进行了一系列不同反应器温度段的实验测试，认为对于铈催化剂保持较高的反应温度有利于提高氯化氢的转化率。但该专利未能给出所使用的等温反应器的具体结构和操作方法。

专利CN102134057A提出一种耐高温、耐磨蚀和耐腐蚀的反应器，在器壁上加外保温层来减少散热，内壁则加、防磨损。但该反应器未能对反应生成的热做及时有效的传热处理，易导致催化剂局部温度过高而发生失活。另外，该专利未对反应介质从内衬层渗透到金属反应器器壁的次生腐蚀可能作进一步考虑。

基于以上情况，可知需要一种更加高效的氯化氢氧化制氯气反应器，其具有能及时移除反应热量，很好地控制调节反应温度，并且造价低廉、使用方便等优势。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能有效移除反应放热，有效控制催化剂床层温度，减小催化剂床层阻力并能充分利用反应器空间使物料混合均匀的氯化氢催化氧化新型反应器。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种氯化氢催化氧化制氯气新型固定床反应器，包括反应器筒体、上封头、下封头、多个支撑筛板、多个侧面进料分布器和多组用于供给或移除反应器内部热量的换热管，

所述反应器筒体竖直设置，所述反应器筒体顶部安装有所述上封头，其底部安装有所述下封头；所述上封头上安装有用于通入原料气体的上进料口，所述下封头上安装有用于排出反应生成气体的下出料口，

所述支撑筛板水平固定在所述反应器筒体内，多个所述支撑筛板沿所述反应器筒体轴向将所述反应器筒体均分为多层，每个所述筛板上均填装有催化剂，每层所述催化剂内部安装有多组换热管，所述换热管水平设置在所述催化剂中，多组所述换热管沿所述反应器筒体轴向均匀分布在所述催化剂内；所述侧面进料分布器水平固定在所述反应器筒体内且位于靠近所述支撑筛板的下方，所述侧面进料分布器与所述支撑筛板个数相同且一一对应，所述侧面进料分布器的底部固定有环形支撑圈，所述支撑圈与所述反应器筒体内壁固定连接。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步，所述换热管上设有相对设置在两侧的用于通入传热介质的进口和排出传热介质的出口，所述进口和所述出口分别贯穿所述催化剂并伸出所述反应器筒体外侧；所述进口处设有传热介质进口阀门，每层所述催化剂中的所述进口阀门通过管路并联后由总阀门控制；各层的所述总阀门通过管路并联连接。

进一步，所述换热管为圆形传热翅片管，所述圆形传热翅片管包括相对设置在同一平面且位于两侧的第一圆弧形翅片管道、第二圆弧形翅片管道以及多个相互平行直翅片管道，所述直翅片管道固定在所述第一圆弧形翅片管道和第二圆弧形翅片管道之间；所述第一圆弧形翅片管道和第二圆弧形翅片管道的大小、形状相同，所述第一圆弧形翅片管道、第二圆弧形翅片管道和多个所述直翅片管道之间相互连通，所述第一圆弧形翅片管道的一端通过所述直翅片管道与所述第二圆弧形翅片管道相连通，所述第一圆弧形翅片管道的另一端沿径向向外延伸出构成通入移热介质的所述进口，所述进口贯穿所述催化剂并伸出所述反应器筒体；所述第二圆弧形翅片管道的一端通过所述直翅片管道与所述第一圆弧形翅片管道相连通，所述第二圆弧形翅片管道的另一端沿径向向外延伸出构成排出换热介质的所述出口，所述出口贯穿所述催化剂并伸出所述反应器筒体。

进一步，相邻的两组所述圆形传热翅片管沿反应器筒体轴向方向交错设置，相邻两组所述圆形传热翅片管之间夹角为30～120°；所述圆形传热翅片管的内径为25～100mm，相邻两个所述圆形传热翅片管之间的距离为50～1000mm。

进一步，所述侧面进料分布器包括主进料管和多个在同一平面上相互平行的直管，所述主进料管一端设有分布器进料口，另一端密封；所述分布器进料口贯穿所述反应器筒体并向外伸出，所述分布器进料口上安装有分布器进料口阀门；多个所述直管自所述主进料管密封的一端起向着另一端均匀固定在所述主进料管上，所述直管的两端封闭，所述直管的中部固定在所述主进料管上且与所述主进料管相连通；所述直管所在平面与所述反应器筒体横截面平行；所述直管底部设有多个均匀分布的进料孔；多个所述直管的末端均固定在所述支撑圈的顶部，所述支撑圈固定在所胡反应器筒体的内侧壁上；所述侧面进料分布器与所述反应器筒体内侧形状相匹配。

进一步，所述进料孔的直径为0.5～20mm；所述直管的内径为20～100mm，相邻两个所述直管之间的距离为50～500mm，所述直管的长度为200～1800mm，位于中间的所述直管的长度最长，所述直管自中间向两边逐次递减；所述主进料管内径为20～100mm，其长度为800～2200mm。

进一步，所述下封头外侧安装有伴热盘管，所述伴热盘管盘旋焊接在所述下封头外侧，所述伴热盘管盘上设有伴热介质进料口和伴热介质出料口，所述伴热盘管内填充有伴热介质；所述伴热盘管的内径为10～60mm。

进一步，所述支撑筛板底部边缘通过多个直角垫片固定在所述反应器筒体内侧，所述直角垫片一边固定在所述支撑筛板底部边缘，其另一边固定在所述反应器筒体内侧；所述支撑筛板为圆孔冲孔式板，所述圆孔的孔径为0.2～20mm。

进一步，所述支撑筛板有2～5个，所述侧面进料分布器有2～5个，所述换热管有6～25组，所述支撑筛板沿所述反应器筒体轴向将所述反应器筒体均分为2～5层，每层所述催化剂内部安装有2～5组换热管，所述换热管水平设置在所述催化剂中，2～5组所述换热管沿所述反应器筒体轴向均匀分布在所述催化剂内；所所述反应器筒体的内径为500mm～2000mm，其轴向高度为4500mm～18000mm；所述催化剂的高度为500mm～1500mm。

进一步，所述侧面进料分布器与催化剂的轴向距离为400～1000mm。

采用上述进一步方案的有益效果是:

1.催化剂床层中的传热管由多根平行翅片管与环形总管焊接组成，传热介质从环形总管一侧进入，流经各翅片管后从另一侧环形总管流出，多根翅片管的并联结构特征增大了传热介质的传热面积；同样的，传热管采用径向(不限于径向)翅片管，可有效均匀传导催化剂颗粒表面反应热量，提高传热效率。

2.相邻的两层所述圆形传热翅片管相互交错设置，两个所述圆形传热翅片管的所述进口形成的夹角为30°～120℃，优选为60～90°，可以使催化剂床层散热更加均匀，消除热偏流现象。

3.催化剂层间进料分布器的可以控制催化剂床层间的进料浓度，使物料反应更加充分，提高反应器的单程转化率，并可以配合传热翅片管对反应器的反应温度进行辅助调整。

4.催化剂层间进料分布器的另一效果是可以在催化剂床层反应温度骤升(工业上称之为“飞温”)的情况下，将惰性介质(如水蒸汽、氮气等)引入催化剂床层，以有效抑制反应器温度，防止过高温度对催化剂的损害。

5.随着催化剂使用时间的加长，其活性组分在反应器内气相流动介质的不断冲刷作用下会向反应器出口处聚集，对催化剂使用和设备运行带来不利影响。当催化剂失活现象出在到反应器中下部时，本发明采取了上下进料次序换向的办法，即将反应器的下部的下出料口作为进料口，反应器上部的上进料口作为出料口，其侧面进料口根据催化剂失活情况依次进行开启。

本发明还具有如下有益效果：

(1)带有翅片的传热管并联焊接与环形总管，与传统单通道盘旋传热管相比，该传热管能有效均匀地移除催化反应产生的热量，增强了热、质传递效率，减少流动阻力，散热及时均匀，达到良好的控温效果，防止局部过热导致催化剂失活或活性组分流失。

(2)本发明的反应器由于翅片传热管组，在催化剂床层温度高于传热介质温度时向外给热，在催化剂床层温度低于传热介质温度时，由传热介质通过翅片管向催化剂床层供热，在运行过程中可始终保持反应器内温度＞250℃，因而有效地防止了热盐酸的生成。因而可采用304或316L不锈钢，与现有特殊高镍或钽金属材料的反应器相比，设备构造简单，造价下降。从盘管移出的热量可作为其它热源被循环利用，有效节约了投资，降低生产成本。

(3)由于长时间持续反应会造成催化剂的催化性能自上而下不断降低，设置多层进料口进行多点进料，以及反应器进出口换向进料，可充分利用催化剂，最大限度地延长催化剂使用寿命。

(4)侧面进料分布器上部直接安装筛板下部安装支撑圈，利用分布器支撑筛板，极大的增加了反应物料的分布空间，使物料有充足的时间混合，提高了反应效率。同时，分布器和筛板二合一的结构与传统的二者分离相比，减少了一层支撑圈，节约了设备投资。

(5)反应器采用下封头外侧加设伴热盘管，可有效地防止开停车或异常工况条件下盐酸的生成或积聚，避免反应器的局部腐蚀，大大延长反应器的使用寿命。

综上所述，本发明的有益效果是：该反应器有效均匀地移除催化反应产生的热量，增强了热、质传递效率，减少流动阻力，达到良好的控温效果，并充分利用反应器空间使反应物料最大程度的分散，多床层进料可以延长催化剂的使用寿命，同时降低设备投资，节约生产成本。

附图说明

图1为本发明反应器结构示意图；

图2为本发明反应器内部圆形传热翅片管结构示意图；

图3为本发明反应器内部侧面进料分布器结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1：反应器筒体

2：圆形传热翅片管

2-1：传热管介质进口

2-2：传热管介质出口

2-3：横向传热翅片管

3：支撑筛板

4：侧面进料分布器

4-1：主进料管

4-2：直管

5：伴热盘管

5a：伴热盘管介质进料口

5b：伴热盘管介质出料口

6：支撑圈

14～34：分布器进料口

11a～33a：进口

11b～33b：出口

v1～v3：总阀门

v11～v33：传热介质进料口阀门

v14～v34：分布器进料口阀门

A：上进料口

B：下出料口

c1～c3：催化剂床层

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1至图3所示，一种氯化氢催化氧化制氯气新型固定床反应器，包括反应器筒体1、上封头1-1、下封头1-2、多个支撑筛板3、多个侧面进料分布器4和多组用于供给或移除反应器内部热量的换热管，

所述反应器筒体1竖直设置，所述反应器筒体1顶部安装有所述上封头1-1，其底部安装有所述下封头1-2；所述上封头1-1上安装有用于通入原料气体的上进料口A，所述下封头1-2上安装有用于排出反应生成气体的下出料口A，

所述支撑筛板3水平固定在所述反应器筒体1内，多个所述支撑筛板3沿所述反应器筒体1轴向将所述反应器筒体1均分为多层，每个所述支撑筛板3上均填装有催化剂，每层所述催化剂内部安装有多组换热管，所述换热管水平设置在所述催化剂中，多组所述换热管沿所述反应器筒体1轴向均匀分布在所述催化剂内；所述侧面进料分布器4水平固定在所述反应器筒体1内且位于靠近所述支撑筛板3的下方，所述侧面进料分布器4与所述支撑筛板3个数相同且一一对应，所述侧面进料分布器4的底部固定有环形支撑圈6，所述支撑圈6与所述反应器筒体1内壁固定连接。

所述换热管上设有相对设置在两侧的用于通入传热介质的进口和排出传热介质的出口，所述进口和所述出口分别贯穿所述催化剂并伸出所述反应器筒体1外侧；所述进口处设有传热介质进口阀门，每层所述催化剂中的所述进口阀门通过管路并联后由总阀门控制；各层的所述总阀门通过管路并联连接。

所述侧面进料分布器4包括主进料管4-1和多个在同一平面上相互平行的直管4-2，所述主进料管4-1一端设有分布器进料口，另一端密封；所述分布器进料口贯穿所述反应器筒体1并向外伸出，所述分布器进料口上安装有分布器进料口阀门；多个所述直管4-2自所述主进料管4-1密封的一端起向着另一端均匀固定在所述主进料管4-1上，所述直管4-2的两端封闭，所述直管4-2的中部固定在所述主进料管4-1上且与所述主进料管4-1相连通；所述直管4-2所在平面与所述反应器筒体1横截面平行；所述直管4-2底部设有多个均匀分布的进料孔；多个所述直管4-2的末端均固定在所述支撑圈的顶部，所述支撑圈固定在所胡反应器筒体1的内侧壁上；所述侧面进料分布器4与所述反应器筒体1内侧形状相匹配。

所述进料孔的直径为0.5～20mm；所述直管4-2的内径为20～100mm，相邻两个所述直管4-2之间的距离为50～500mm，所述直管4-2的长度为200～1800mm，位于中间的所述直管4-2的长度最长，所述直管4-2自中间向两边逐次递减；所述主进料管4-1内径为20～100mm，其长度为800～2200mm；所述主进料管4-1的内径与所述直管4-2的内径相同。

所述支撑筛板3底部边缘通过多个直角垫片固定在所述反应器筒体1内侧，所述直角垫片一边固定在所述支撑筛板3底部边缘，其另一边固定在所述反应器筒体1内侧；所述支撑筛板3为圆孔冲孔式板，所述圆孔的孔径为0.2～20mm。

所述支撑筛板3有2～5个，所述侧面进料分布器4有2～5个，所述换热管有6～25组，所述支撑筛板3沿所述反应器筒体1轴向将所述反应器筒体1均分为2～5层，每层所述催化剂内部安装有2～5组换热管，所述换热管水平设置在所述催化剂中，2～5组所述换热管沿所述反应器筒体1轴向均匀分布在所述催化剂内；所述反应器筒体1的内径为500mm～2000mm，其轴向高度为4500mm～18000mm；所述催化剂的高度为500mm～1500mm。

所述侧面进料分布器4与催化剂的轴向距离为400～1000mm。

如图1所示，反应器筒体1由支撑筛板3在轴向上均分为3段，为更清楚的说明本发明，将三个催化剂层自上而下用标号C1-C3区分，这里均分出的区域数目不限于3段，优选为2-5段。每个支撑筛板3用来将催化剂床层隔开，支撑筛板3为开有多个3-20mm小孔的圆盘形结构，紧靠支撑筛板3底部安装一个侧面进料分布器4和支撑圈5。自上而下将侧面分布器进料口4标号为14～34。

所述反应器筒体1可选用的材料为304、316L或哈氏合金等，其底部的椭圆下封头外表面盘旋伴热盘管，所述伴热盘管5盘旋焊接在所述下封头1-2外侧，所述伴热盘管5盘上设有伴热介质进料口5a和伴热介质出料口5b，所述伴热盘管5内填充有伴热介质；所述伴热盘管5的内径为10～60mm。氯化氢和氧气经反应器层内催化氧化反应过程中，由于重力作用会有盐酸等液体沉积于底部封头，积液严重腐蚀设备；为防止积液产生，下封头1-2外表面盘旋伴热盘管5，所述伴热盘管5可设定为呈半球形盘旋焊接于圆形封头上，其盘管形状可根据情况而设置，伴热介质可为熔盐、蒸汽、导热油等，优选蒸汽、导热油作为盘管伴热介质，更优选导热油作为伴热介质，导热油的温度稳定在280～350℃，优选300～320℃。

每个所述催化剂床层(c1～c3)内安装有多个均匀分布且水平设置的圆形传热翅片管2，图1中圆形传热翅片管2个数为三个但不限于三个，所述圆形传热翅片管2包括相对设置在同一平面且位于两侧的第一圆弧形翅片管道2-1、第二圆弧形翅片管道2-2以及多个相互平行直翅片管道，所述直翅片管道固定在所述第一圆弧形翅片管道2-1和第二圆弧形翅片管道2-2之间；所述第一圆弧形翅片管道2-1和第二圆弧形翅片管道2-2的大小、形状相同，所述第一圆弧形翅片管道2-1、第二圆弧形翅片管道2-2和多个所述直翅片管道之间相互连通，所述第一圆弧形翅片管道2-1的一端通过所述直翅片管道与所述第二圆弧形翅片管道2-2相连通，所述第一圆弧形翅片管道2-1的另一端沿径向向外延伸出构成通入移热介质的所述进口，所述进口贯穿所述催化剂并伸出所述反应器筒体1外；所述第二圆弧形翅片管道2-2的一端通过所述直翅片管道与所述第一圆弧形翅片管道2-1相连通，所述第二圆弧形翅片管道2-2的另一端沿径向向外延伸出构成排出换热介质的所述出口，所述出口贯穿所述催化剂并伸出所述反应器筒体1。

相邻的两组所述圆形传热翅片管2沿反应器筒体1轴向方向交错设置，相邻两组所述圆形传热翅片管2之间夹角为30～120^°；所述圆形传热翅片管2的内径为25～100mm，相邻两个所述圆形传热翅片管2之间的距离为50～1000mm。

反应过程催化剂床层温度高于传热介质温度时向外给热，催化剂床层温度低于传热介质温度时，由传热介质通过圆形传热翅片管2向催化剂床层供热，在运行过程中可始终保持反应器筒体1内温度在＞250℃，因而可有效防止热盐酸的生成。

为更清楚的说明本发明，图1中将不同层催化剂的所述圆形传热翅片管2的进口、出口、传热介质进料口分别标号，自上而下不同催化剂床层中的所述传热翅片管2上的传热介质进料口为标号为11a～33a，出料口标号为11b～33b，总阀门标号为v1～v3，传热介质进料口阀门标号为v11～v33，分布器进料口阀门标号为v14～v34。其中每个传热介质进料口11a～33a都由传热介质进料口阀门v11～v33控制，当某个催化剂床层出现温度异常时，开启对应床层的传热介质进料口阀门v11～v33来控制传热介质的流量以达到控制反应器温度稳定并提高反应效率的目的。

优选的，支撑筛板3为圆孔冲压式板，可以良好的支承催化剂，并保证反应充分继续向下或向上进行。支撑筛板3的下部紧接侧面进料分布器4，其上分布有直径为40～60mm的圆形孔。侧面进料分布器4下部安装有支撑圈6用来保证支撑筛板3和侧面进料分布器4的稳定性。由于长时间持续反应会造成催化剂的催化性能自上而下不断降低，设置多层进料口进行多点进料，其侧面进料分布器4则根据具体反应情况通过阀门v14～v34进行选择性开启。

该氯化氢氧化制氯气的催化剂可采用以活性Al₂O₃为载体，Cu为活性组分，铅、锰等为活性助剂的催化剂。

特别的，由于催化剂的持续使用，其活性组分在反应器内气相流动介质的不断冲刷作用下会向反应器出口处聚集，对催化剂使用和设备运行带来不利影响。当催化剂失活现象出在到反应器中下部时，本发明采取了上下进料次序换向的办法，即将下出料口B作为原料进料口，反应器上部的上进料口A作为出料口，其侧面分布器进料口14～34的进料根据催化剂失活情况依次进行开启。

本发明涉及的一种氯化氢氧化制氯气新型反应器根据实施例其使用及工作过程为：

氯化氢和氧气原料气经预热至300～350℃，通过如图1中的上进料口A进入到催化剂床层C1内进行催化氧化反应，反应温度为350～420℃，反应为放热反应，换热介质通过贯穿于床层的圆形传热翅片管2将反应产生的热量及时移出，保证了反应平稳高效的进行。最终产物氯气、氯化氢和水蒸气等混合气体经下封头流出，下部椭圆形封头处伴热盘管5阀门处于常开状态，传热介质从5a进入，5b流出，保证了反应器下部积液不会产生。

随着反应时间的推移，催化剂自上而下发生失活导致反应效率降低。此刻可选择性进行侧面进料，并可将反应器进出口调换，实行反向进料，这样做可以极大程度的高效利用催化剂，延长催化剂的使用寿命。

本发明的一种实施例：

下面，采用实施例对本发明进行更加详细的说明，但是本发明不被该实施例所限定。

作为氯化氢氧化制氯气新型反应器，使用和图1所示相同的反应器，该反应器筒体轴向长度为8000mm，内径为1400mm，所用材质为304不锈钢。与图1不同的时，反应器各层装有温度传感器以及时显示床层温度，保证反应的高效进行。此外，催化剂床层上下安装有手孔，用来方便催化剂的装卸。

整个反应器被中间安装的筛板分为3层，每层催化剂填装高度为1000mm，支撑筛板3上布置有2mm的圆形孔用来保证催化剂不会掉落的同时又不影响反应产物的通过。紧靠筛板底部安装有侧面进料分布器，进料管内径50mm，分布器上均匀开有2mm的圆形孔。每个催化剂床层中平均分布有3组横向换热翅片管，管内径为32mm，相邻两组传热翅片管的轴向距离为200mm，3组翅片管在反应器轴向夹角为90°。此外，每组翅片管和进料分布器上都设有阀门来控制介质流量，床层上安装有多个温度传感器指示床层温度。下部椭圆封头处安装有伴热管，防止反应过程中有积液加快反应器腐蚀。

开启各层催化剂床层的传热盘管的阀门，将温度约为350℃的导热油导入，催化剂床层随之慢慢升温，当温度传感器显示温度约为320℃时，关闭导热油入口，将流量约为2697kg/h的氯化氢和氧气的混合物(氯化氢和氧气的质量比为2：1)预热到300℃，从反应器上部进口A进入到第一层催化剂床层进行氯化氢氧化制氯气反应，侧面进料口关闭，反应转化率为80～90％，反应后得到流量约为187kg/h的氯化氢、452kg/h的氧气、1641kg/h的氯气和417kg/h的水蒸气从反应器的下部出口B流出，反应保持压力在0.3MPa下进行，此时催化剂床层温度开始缓慢上升，再次开启导热油阀门，将温度约为230～280℃的导热油导入到换热中，调节阀门开度，保持反应温度在400～420℃之间，同时，开启下椭圆封头伴热管的阀门将温度为250℃的导热油通入，保证封头出口处不会产生积液加快腐蚀。

随着反应的进行，催化剂发生自上而下的缓慢失活，反应器出口原料组成变为281kg/h的氯化氢、472kg/h的氧气、1550kg/h的氯气和394kg/h的水蒸气，反应目标产物有所降低，表明催化剂第一床层发生失活。此时，关闭反应器上部进料口A，开启第二催化剂床层上设有的侧面进料分布器，物料流量和浓度保持不变从此处进入到第二催化剂床层，反应产物组成变为235kg/h的氯化氢、462kg/h的氧气、1595kg/h的氯气和405kg/h的水蒸气，表明催化剂活性有了小幅度的上升，目标产物氯气浓度增大。同样的，随着反应进行，第二床层催化剂也发生缓慢失活，此时开启第三层侧面进料分布器的阀门，关闭第二层侧面进料分布器阀门，关闭物料出口B，打开物料进口A，实现进出口位置的调换。此种条件下，观察物料出口中氯气的浓度又开始出现小幅度的上升。

随着反应的进行，各层催化剂失活加深，当反应物料出口浓度降为375kg/h的氯化氢、493kg/h的氧气、1458kg/h的氯气和371kg/h的水蒸气时，停止反应进行催化剂活性组分的重新负载以恢复其反应活性。将氮气从反应器上部进料口A吹入，始终保持下椭圆封头伴热管的阀门开度，待反应器温度慢慢下降到60℃以下，并且出口物料中氯化氢和氯气浓度不高于0.1％时，开启各层催化剂床层上装有的手孔，将各层催化剂取出进行重新负载。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种氯化氢催化氧化制氯气新型固定床反应器，其特征在于，包括反应器筒体、上封头、下封头、多个支撑筛板、多个侧面进料分布器和多组用于供给或移除反应器内部热量的换热管，

所述反应器筒体竖直设置，所述反应器筒体顶部安装有所述上封头，其底部安装有所述下封头；所述上封头上安装有用于通入原料气体的上进料口，所述下封头上安装有用于排出反应生成气体的下出料口，

所述支撑筛板水平固定在所述反应器筒体内，多个所述支撑筛板沿所述反应器筒体轴向将所述反应器筒体均分为多层，每个所述筛板上均填装有催化剂，每层所述催化剂内部安装有多组换热管，所述换热管水平设置在所述催化剂中，多组所述换热管沿所述反应器筒体轴向均匀分布在所述催化剂内；所述侧面进料分布器水平固定在所述反应器筒体内且位于靠近所述支撑筛板的下方，所述侧面进料分布器与所述支撑筛板个数相同且一一对应，所述侧面进料分布器的底部固定有环形支撑圈，所述支撑圈与所述反应器筒体内壁固定连接。

2.根据权利要求1所述一种氯化氢催化氧化制氯气新型固定床反应器，其特征在于，所述换热管上设有相对设置在两侧的用于通入传热介质的进口和排出传热介质的出口，所述进口和所述出口分别贯穿所述催化剂并伸出所述反应器筒体外侧；所述进口处设有传热介质进口阀门，每层所述催化剂中的所述进口阀门通过管路并联后由总阀门控制；各层的所述总阀门通过管路并联连接。

3.根据权利要求2所述一种氯化氢催化氧化制氯气新型固定床反应器，其特征在于，所述换热管为圆形传热翅片管，所述圆形传热翅片管包括相对设置在同一平面且位于两侧的第一圆弧形翅片管道、第二圆弧形翅片管道以及多个相互平行直翅片管道，所述直翅片管道固定在所述第一圆弧形翅片管道和第二圆弧形翅片管道之间；所述第一圆弧形翅片管道和第二圆弧形翅片管道的大小、形状相同，所述第一圆弧形翅片管道、第二圆弧形翅片管道和多个所述直翅片管道之间相互连通，所述第一圆弧形翅片管道的一端通过所述直翅片管道与所述第二圆弧形翅片管道相连通，所述第一圆弧形翅片管道的另一端沿径向向外延伸出构成通入移热介质的所述进口，所述进口贯穿所述催化剂并伸出所述反应器筒体；所述第二圆弧形翅片管道的一端通过所述直翅片管道与所述第一圆弧形翅片管道相连通，所述第二圆弧形翅片管道的另一端沿径向向外延伸出构成排出换热介质的所述出口，所述出口贯穿所述催化剂并伸出所述反应器筒体。

4.根据权利要求3所述一种氯化氢催化氧化制氯气新型固定床反应器，其特征在于，相邻的两组所述圆形传热翅片管沿反应器筒体轴向方向交错设置，相邻两组所述圆形传热翅片管之间夹角为30～120°；所述圆形传热翅片管的内径为25～100mm，相邻两个所述圆形传热翅片管之间的距离为50～1000mm。

5.根据权利要求1所述一种氯化氢催化氧化制氯气新型固定床反应器，其特征在于，所述侧面进料分布器包括主进料管和多个在同一平面上相互平行的直管，所述主进料管一端设有分布器进料口，另一端密封；所述分布器进料口贯穿所述反应器筒体并向外伸出，所述分布器进料口上安装有分布器进料口阀门；多个所述直管自所述主进料管密封的一端起向着另一端均匀固定在所述主进料管上，所述直管的两端封闭，所述直管的中部固定在所述主进料管上且与所述主进料管相连通；所述直管所在平面与所述反应器筒体横截面平行；所述直管底部设有多个均匀分布的进料孔；多个所述直管的末端均固定在所述支撑圈的顶部，所述支撑圈固定在所述 反应器筒体的内侧壁上；所述侧面进料分布器与所述反应器筒体内侧形状相匹配。

6.根据权利要求5所述一种氯化氢催化氧化制氯气新型固定床反应器，其特征在于，所述进料孔的直径为0.5～20mm；所述直管的内径为20～100mm，相邻两个所述直管之间的距离为50～500mm，所述直管的长度为200～1800mm，位于中间的所述直管的长度最长，所述直管自中间向两边逐次递减；所述主进料管内径为20～100mm，其长度为800～2200mm。

7.根据权利要求1所述一种氯化氢催化氧化制氯气新型固定床反应器，其特征在于，所述下封头外侧安装有伴热盘管，所述伴热盘管盘旋焊接在所述下封头外侧，所述伴热盘管盘上设有伴热介质进料口和伴热介质出料口，所述伴热盘管内填充有伴热介质；所述伴热盘管的内径为10～60mm。

8.根据权利要求1所述一种氯化氢催化氧化制氯气新型固定床反应器，其特征在于，所述支撑筛板底部边缘通过多个直角垫片固定在所述反应器筒体内侧，所述直角垫片一边固定在所述支撑筛板底部边缘，其另一边固定在所述反应器筒体内侧；所述支撑筛板为圆孔冲孔式板，所述圆孔的孔径为0.2～20mm。

9.根据权利要求1至8任一项所述一种氯化氢催化氧化制氯气新型固定床反应器，其特征在于，所述支撑筛板有2～5个，所述侧面进料分布器有2～5个，所述换热管有6～25组，所述支撑筛板沿所述反应器筒体轴向将所述反应器筒体均分为2～5层，每层所述催化剂内部安装有2～5组换热管，所述换热管水平设置在所述催化剂中，2～5组所述换热管沿所述反应器筒体轴向均匀分布在所述催化剂内；所述反应器筒体的内径为500mm～2000mm，其轴向高度为4500mm～18000mm；所述催化剂的高度为500mm～1500mm。

10.根据权利要求1至8任一项所述一种氯化氢催化氧化制氯气新型固定床反应器，其特征在于，所述侧面进料分布器与催化剂的轴向距离为400～1000mm。