CN105903411A - 一种外置联箱式水冷板等温反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种外置联箱式水冷板等温反应器，反应器承压外筒体内设置水冷板束、外分布筒、内集气筒，承压外筒体上部和下部分别设置外置联箱，水冷板束两端分别通过上部猪尾管和下部猪尾管与外置联箱互通。原料气通过工艺气入口进入筒体，经外分布筒均匀分布后进入催化剂床层进行反应，与水冷板束内的低温流体进行热交换，反应换热后的反应气通过内集气筒汇集于出口中心管出反应器。本发明采用外置联箱和平面管板结构，为管头的焊缝提供了最好的焊接条件和质量检验条件，并能单独对联箱及管板进行检查和维修，保证了要求等温性能好、传热能力强、变温速度快、操作弹性大的等温反应器，具有最佳的可靠性和安全性。

Description

一种外置联箱式水冷板等温反应器
技术领域
本发明涉及一种等温性能好、移热能力强、余热回收多的外置联箱式水冷板等温反应器，该反应器能便于事故的检查及维修，能确保最大的可靠性和安全性。该反应器特别适用于甲醇合成、乙二醇合成等等温反应过程。
背景技术
在化工催化反应过程中，常常因为催化剂的等温要求，或者避免反应温度分散而引起副反应的发生等原因，而要求实现等温反应。目前实现这类要求的反应器主要有水冷管式反应器和水冷板式反应器(见图1)。
其中水冷管式反应器分别有：圆管联箱式水冷管反应器(见图1A)、双层管板联箱式水冷管反应器(见图1B)，上下球形联箱式水冷管反应器(见图1C)和上下管板式联箱水冷管反应器(见图1D),水冷板式反应器主要有圆管联箱式水冷板反应器(见图1E)。这五类反应器中，以水冷板式反应器的比传热和传热管数为最高，等温性能最好。
这五类反应器的共同点是将联箱和水冷管/水冷板全部放在反应器内部与催化剂床成为一体，即所谓内置联箱结构。其优点是结构相对简单，符合传统思维，但最大缺点是在苛刻的催化反应条件下，水冷管/板和联箱若发生问题，如水管破裂、联箱焊口开裂泄漏等，需要进行内部清理或检修时，难以打开联箱进行处理，这一共性的缺点加大了这类反应器的使用风险，因此联箱的结构形式是这类反应器设计亟待解决的技术难题。
发明内容
为克服现有技术存在的问题，本发明提供了一种外置联箱式水冷板等温反应器。
本发明采取的技术方案是：一种外置联箱式水冷板等温反应器，包括外筒体、位于所述外筒体两端的上外置联箱和下外置联箱、位于所述外筒体内部的催化剂床层和水冷板束，所述催化剂床层包括惰性物、外分布筒和内集气筒，所述外分布筒的外壁和外筒体的内壁之间留有供工艺气通过的间隙，所述内集气筒的上端口位于外筒体内部，内集气筒的下端口作为工艺气出口延伸至外筒体外部，所述上外置联箱和下外置联箱平行于反应器轴线方向布置，由内部件和外部件组成，内部件包括：猪尾管、管板、联箱盖和波纹管，外部件包括：大密封垫及螺栓、联箱外封头、波纹管密封垫及螺栓、进出口管，所述猪尾管的一端连接水冷板束，另一端焊接在管板上，管板位于所述联箱盖的一端，联箱盖的另一端连接所述波纹管，波纹管的另一端通过波纹管密封垫及螺栓与联箱外封头和进出口管可拆卸连接，所述联箱外封头的另一端通过大密封垫及螺栓与外筒体可拆卸连接，所述进出口管的另一端作为冷却水入口或水汽出口。
优选的，所述上外置联箱和下外置联箱的数量均为2-8个，上外置联箱分布在外筒体的上端四周，下外置联箱分布在外筒体的下端四周，上外置联箱和下外置联箱两两相互对应设置。
优选的，所述上外置联箱的数量为1个，下外置联箱的数量为2-8个，上外置联箱设置在外筒体的顶端中心处，下外置联箱分布在外筒体的下端四周。
优选的，所述上外置联箱的数量为2-8个，下外置联箱的数量为1个，上外置联箱分布在外筒体的上端四周，下外置联箱设置在外筒体的底端中心处，所述内集气筒的下端口穿过所述下外置联箱。
优选的，所述上外置联箱和下外置联箱的数量均为1个，上外置联箱设置在外筒体的顶端中心处，下外置联箱设置在外筒体的底端中心处，所述内集气筒的下端口穿过所述下外置联箱。
优选的，所述外筒体的上端设有上人孔，外筒体的下端设有下人孔和自卸口。
本发明的有益效果是：采用外置联箱和平面管板结构，创造了最好的焊接条件，并能单独对联箱及管板进行检查和维修，从而保证了要求等温性能好、传热能力强、变温速度快、操作弹性大的等温反应器，具有最佳的可靠性和安全性。
本反应器设有密封垫及螺栓和独立可拆卸的联箱体外封头和联箱盖，可以在不拆开反应器主体的前提下单独打开联箱盖对联箱及管板进行检查、清理和维修；
本反应器的外置联箱采用平管板，为管孔和焊口提供了最好的设计标准和加工条件，为管头的焊缝提供了最好的焊接条件和焊缝质量检验条件，从而最大程度的保证制造质量。
本反应器的外置联箱内设有波纹管，以克服水冷板因温差和波动造成的温差应力，确保水冷板及焊口的安全。
附图说明
图1A是圆管联箱式水冷管反应器的结构示意图。
图1B是双层管板联箱水冷管反应器的结构示意图。
图1C是上下球形联箱式水冷管反应器的结构示意图。
图1D是上下管板式联箱水管反应器的结构示意图。
图1E是圆管联箱式水冷板反应器的结构示意图。
图2是本发明的整体结构示意图。
图3是外置联箱的结构示意图。
图4A是实施例二的结构示意图。
图4B是实施例三的结构示意图。
图4C是实施例四的结构示意图。
图4D是实施例五的结构示意图。
图中：1-工艺气入口，2-上人孔，3-内集气筒，4-惰性物，5-外筒体，6-外分布筒，7-催化剂床层，8-下人孔，9-自卸口，10-工艺气出口，11-冷却水入口，12-下外置联箱，13-猪尾管，14-水冷板束，15-上外置联箱，16-水汽出口，17-管板，18-大密封垫及螺栓，19-联箱外封头，20-联箱盖，21-波纹管，22-波纹管密封垫及螺栓，23-进出口管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例一。
如图2和图3所示，一种外置联箱式水冷板等温反应器，包括外筒体5、位于所述外筒体5两端的上外置联箱15和下外置联箱12、位于所述外筒体5内部的催化剂床层7和水冷板束14，所述催化剂床层7包括惰性物4、外分布筒6和内集气筒3，所述外分布筒6的外壁和外筒体5的内壁之间留有供工艺气通过的间隙，所述内集气筒3的上端口位于外筒体5内部，内集气筒3的下端口作为工艺气出口10延伸至外筒体5外部，所述上外置联箱15和下外置联箱12平行于反应器轴线方向布置，由内部件和外部件组成，内部件包括：猪尾管13、管板17、联箱盖20和波纹管21，外部件包括：大密封垫及螺栓18、联箱外封头19、波纹管密封垫及螺栓22、进出口管23，所述猪尾管13的一端连接水冷板束14，另一端焊接在管板17上，管板17位于所述联箱盖20的一端，联箱盖20的另一端连接所述波纹管21，波纹管21的另一端通过波纹管密封垫及螺栓22与联箱外封头19和进出口管23可拆卸连接，所述联箱外封头19的另一端通过大密封垫及螺栓18与外筒体5可拆卸连接，所述进出口管23作为冷却水入口11或水汽出口16。
本发明的工作过程为：原料气由工艺气入口1进入反应器内，经外分布筒6均匀分布后径向进入催化剂床层7发生催化反应，并与水冷板束14进行热交换移走反应热，反应后的气体由内集气筒3汇集于中心管并经工艺气出口10出反应器；汽包中的水经下降管由冷却水入口11进入下外置联箱12，经下部猪尾管13均匀分布到各水冷板束14中，冷却水在水冷板内上升过程中与催化剂床层7中的工艺气进行热交换，移走反应热，吸热后汽水混合物经上部猪尾管13汇集于上外置联箱15，经水汽出口16送至汽包。
实施例二。
如图4A所示，在实施例一的基础上，所述上外置联箱15和下外置联箱12的数量均为2-8个，上外置联箱15分布在外筒体5的上端四周，下外置联箱12分布在外筒体5的下端四周，上外置联箱15和下外置联箱12两两相互对应设置。
实施例三。
如图4B所示，在实施例一的基础上，所述上外置联箱15的数量为1个，下外置联箱12的数量为2-8个，上外置联箱15设置在外筒体5的顶端中心处，下外置联箱12分布在外筒体5的下端四周。
实施例四。
如图4C所示，在实施例一的基础上，所述上外置联箱15的数量为2-8个，下外置联箱12的数量为1个，上外置联箱15分布在外筒体5的上端四周，下外置联箱12设置在外筒体5的底端中心处，所述内集气筒3的下端口穿过所述下外置联箱12。
实施例五。
如图4D所示，在实施例一的基础上，所述上外置联箱15和下外置联箱12的数量均为1个，上外置联箱15设置在外筒体5的顶端中心处，下外置联箱12设置在外筒体5的底端中心处，所述内集气筒3的下端口穿过所述下外置联箱12。
实施例六。
甲醇合成反应器：
来自净化装置的甲醇合成补充气与循环气混合后进入外置联箱式水冷板等温反应器，该实施例中反应器入口原料气组成：H2:75.58％、CO:12.26％、CO2:3.85％、CH3OH:0.53％，温度210～230℃，压力6.0～7.0MPa，径向进入外置联箱式水冷板等温反应器催化剂床层发生催化反应，其反应热由水冷板束移走，反应后的气体经内集齐筒下部工艺气出口出反应器。
该外置联箱式水冷板等温反应器利于催化剂床层中水冷板束移走反应热，移热能力强，催化剂床层的温度可控制在≤265℃，板内采用水移热，完全能实现在不同工况下温度的稳定控制。
该外置联箱式水冷板等温反应器催化剂床层的温度控制低，合成的副产物低，乙醇含量≤800ppm，降低了甲醇精馏的蒸汽消耗。
该外置联箱式水冷板等温反应器热回收率高，每吨甲醇能副产2.5～4.0MPa的蒸汽1.1～1.3吨。
该外置联箱式水冷板等温反应器采用径向流结构，反应器阻力≤0.2MPa；采用鱼鳞板式分布器，气体分布均匀，催化剂利用率高。
该外置联箱式水冷板等温反应器由于采用外置联箱结构，为管口和管板提供了最好的焊接条件，并能单独对管箱进行检查和维修，具有最佳的可靠性和安全性。
实施例七。
煤制乙二醇反应器：
煤制羧基合成气，合成气间接合成乙二醇，即CO气相偶联合成草酸二甲酯，然后经草酸二甲酯催化加氢制乙二醇的C1路线，是近来认为技术性和经济性较好的一种工艺路线。该实施例列举草酸二甲酯合成反应器，原料气径向进入外置联箱式水冷板等温反应器催化剂床层发生反应，其反应热由水冷板束移走，反应后的气体经内集气筒下部工艺气出口出反应器。
该外置联箱式水冷板等温反应器利于催化剂床层中水冷板束移走反应热，催化剂床层的温度可控制在120～200℃，板内采用水移热，完全能实现在不同工况下温度的稳定控制。彻底解决催化剂床层飞温的情况。
该外置联箱式水冷板等温反应器采用径向流结构，反应器阻力低至0.05MPa；采用鱼鳞板式分布器，气体分布均匀，催化剂利用率高。
该外置联箱式水冷板等温反应器由于采用外置联箱结构，为管口和管板提供了最好的焊接条件，并能单独对管箱进行检查和维修，具有最佳的可靠性和安全性。
该外置联箱式水冷板等温反应器通过汽包蒸汽压力控制催化剂床层温度，操作简单，容易控制，运行平稳，开车时间短。
作为上述各实施例的优选，本发明的外筒体5的上端设有上人孔2，外筒体5的下端设有下人孔8和自卸口9。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的普通技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明的保护范围，凡采用等同替换等方式所获得的技术方案，均落于本发明的保护范围内。
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 (7)

1.一种外置联箱式水冷板等温反应器，其特征在于：包括外筒体(5)、位于所述外筒体(5)两端的上外置联箱(15)和下外置联箱(12)、位于所述外筒体(5)内部的催化剂床层(7)和水冷板束(14)，所述催化剂床层(7)包括惰性物(4)、外分布筒(6)和内集气筒(3)，所述外分布筒(6)的外壁和外筒体(5)的内壁之间留有供工艺气通过的间隙，所述内集气筒(3)的上端口位于外筒体(5)内部，内集气筒(3)的下端口作为工艺气出口(10)延伸至外筒体(5)外部。
2.根据权利要求1所述的外置联箱式水冷板等温反应器，其特征在于：所述上外置联箱(15)和下外置联箱(12)平行于反应器轴线方向布置，且由内部件和外部件组成，内部件包括：猪尾管(13)、管板(17)、联箱盖(20)和波纹管(21)，外部件包括：大密封垫及螺栓(18)、联箱外封头(19)、波纹管密封垫及螺栓(22)、进出口管(23)，所述猪尾管(13)的一端连接水冷板束(14)，另一端焊接在管板(17)上，管板(17)位于所述联箱盖(20)的一端，联箱盖(20)的另一端连接所述波纹管(21)，波纹管(21)的另一端通过波纹管密封垫及螺栓(22)与联箱外封头(19)和进出口管(23)可拆卸连接，所述联箱外封头(19)的另一端通过大密封垫及螺栓(18)与外筒体(5)可拆卸连接，所述进出口管(23)作为冷却水入口(11)或水汽出口(16)。
3.根据权利要求1或2所述的外置联箱式水冷板等温反应器，其特征在于：所述上外置联箱(15)和下外置联箱(12)的数量均为2-8个，上外置联箱(15)分布在外筒体(5)的上端四周，下外置联箱(12)分布在外筒体(5)的下端四周，上外置联箱(15)和下外置联箱(12)两两相互对应设置。
4.根据权利要求1或2所述的外置联箱式水冷板等温反应器，其特征在于：所述上外置联箱(15)的数量为1个，下外置联箱(12)的数量为2-8个，上外置联箱(15)设置在外筒体(5)的顶端中心处，下外置联箱(12)分布在外筒体(5)的下端四周。
5.根据权利要求1或2所述的外置联箱式水冷板等温反应器，其特征在于：所述上外置联箱(15)的数量为2-8个，下外置联箱(12)的数量为1个，上外置联箱(15)分布在外筒体(5)的上端四周，下外置联箱(12)设置在外筒体(5)的底端中心处，所述内集气筒(3)的下端口穿过所述下外置联箱(12)。
6.根据权利要求1或2所述的外置联箱式水冷板等温反应器，其特征在于：所述上外置联箱(15)和下外置联箱(12)的数量均为1个，上外置联箱(15)设置在外筒体(5)的顶端中心处，下外置联箱(12)设置在外筒体(5)的底端中心处，所述内集气筒(3)的下端口穿过所述下外置联箱(12)。
7.根据权利要求1所述的外置联箱式水冷板等温反应器，其特征在于：所述外筒体(5)的上端设有上人孔(2)，外筒体(5)的下端设有下人孔(8)和自卸口(9)。
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