CN203316109U - 气—液相管壳式滴流床固相催化反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种气—液相管壳式滴流床固相催化反应器，在气液分布器下部设置有泡罩盘式分布器，泡罩盘式分布器下设置有惰性耐火球层、催化剂层和管壳式反应器；所述泡罩盘式分布器包括与反应器筒体内腔圆周大小匹配的盘体和盘体上均匀分布的多个泡罩，所述泡罩包括固定在盘体上的溢流管和设置在溢流管上的盖帽，所述溢流管分别与盘体上下的反应器筒体连通，盖帽上均匀分布多个通道。本实用新型在反应器横截面上气—液相物流分布均匀、催化剂床层内温度平稳、催化剂床层内轴、径向温度差小；反应温度的控制准确、灵敏；能以较高位能回收反应热；反应管催化剂层内无气体返混现象，催化剂床层轴向温度不会形成锯齿状大幅波动。

Description

气—液相管壳式滴流床固相催化反应器

技术领域

本实用新型涉及一种气—液相管壳式滴流床固相催化反应器，属于化工过程技术领域，特别是归属于以甲醇、甲醛及其系列产品为原料生产发动机替代液体燃料的子领域，是生产柴油优质十六烷值调合成分——聚甲氧基二烷基醚及同系物的工艺过程中所需要的重要设备之一，也适用于生产精细化工产品和定制化学品时，相类似的需用气-液相滴流（涓流）床固相催化反应的过程。 

背景技术

传统的气--液相滴流（涓流）床固相催化反应器都是釆用绝热式液相滴流（涓流）床固相催化反应器，如中国专利号“CN200710039089.2”公开的滴流床反应器，其公开日为2008年10月08日。由于在加氢反应过程中一般均伴随有放热反应，为保证反应器催化剂床层中温度分布均匀，大多采用将催化剂床层分成多段，每一催化剂床层出口送入部分冷的气—液相物料（均需设置混合分布器）进行冷激降温后（或者，在段间将热的反应气抽出，通过在反应器外的冷却器，冷却后再通入下一个催化剂层），再进入下一催化剂层，以保证催化剂床的温度不至于过高，这样处理后，温度虽然可以控制在一定范围，但催化剂床层的温度分布呈现有规律的“锯齿形”波动，“锯齿形”波动的波幅与反应放热量、催化剂层数设置和冷激物料分配比例有关，一般温度的波幅约为50℃~80℃。在合成聚甲氧基二烷基醚（DMMn）工艺过程的催化精制时，反应放热较大、反应放热难以及时移出，而且釆用的催化剂对反应温度较敏感：反应温度对催化精制效果影响较大，釆用绝热式反应器时温度“锯齿形”波动，不但会明显降低催化精制的精度并影响产品质量、而且减少催化剂的使用寿命。 

现有的管壳式固相催化反应器，只适用于气—气相和气—汽相物料进行固相催化反应，因为气体（例如氢气）与液体物料气化成蒸汽的混合很容易，气—汽混合后可以很均匀地进入管壳式固相催化反应器，并且均匀地分布到每根反应管中，确保了气—汽相物料在管壳式固相催化反应器中有满意的反应运行效果，在众多的气—气相和气—汽相物料在工业管壳式固相催化反应器中的成功运行获得了证实。但是，在气—液相(反应条件无法滿足液相物料汽化要求)物料采用管壳式固相催化反应器时, 液相(液滴)无法象气体（或蒸汽）一样均匀分布到众多反应管中(通常每个反应紫有几千根外径为38~45mm的反应管)，而且液体物料进入反应管中之后，在反应管之间就无法再重新调节分布，导致不同反应管的反应条件不相同——液体流量不同、温度及温度分布不同、反应压力分布不同、催化剂寿命缩短、催化剂层阻力不同、导致气体流量也不均匀，造成气—液物料总体反应效果差、产物质量不均匀、消耗上升、能耗上升，严重时导致装置无法正常运行。所以, 在需要采用气—液相滴流床固相催化反应的工业装置中，均采用多段绝热式液相滴流（涓流）床固相催化反应器。 

合成聚甲氧基二烷基醚（DMMn）工艺过程的精制工艺条件、反应热导致温升较大和配套的催化剂性能要求较严格。传统的绝热式液相滴流（涓流）床固相催化反应器和现有的管壳式固相催化反应器均难以适应合成聚甲氧基二烷基醚（DMMn）工艺过程的技术要求。 

综上，传统气—液相绝热式滴流(涓流)床固相催化反应器的催化剂床层温度分布不均匀、温度波幅大，导至气—液相绝热式滴流(涓流)床固相催化反应器使用范围严重受到限制。 

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有气—液相绝热式滴流床固相催化反应器存在的上述问题，提供一种气—液相管壳式滴流床固相催化反应器。本实用新型在反应器横截面上气—液相物流分布均匀、催化剂床层内温度平稳、催化剂床层内轴、径向温度差小；反应温度的控制准确、灵敏；能以较高位能回收反应热；反应床层中无气体返混现象，催化剂床层轴向温度不会形成锯齿状大幅波动。 

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下： 

一种气—液相管壳式滴流床固相催化反应器，包括进料口、出料口、反应器筒体和反应器筒体内设置的气液分布器，其特征在于：所述气液分布器下部设置有泡罩盘式分布器，泡罩盘式分布器下设置有管壳式反应器；所述泡罩盘式分布器包括与反应器筒体内腔圆周大小匹配的盘体和盘体上均匀分布的多个泡罩，所述泡罩包括固定在盘体上的溢流管和设置在益流管上的盖帽，所述溢流管分别与盘体上下的反应器筒体连通，盖帽四周均匀分布多个通道。

所述进料口包括气体进口和液体进口，进料口处设置有文丘里喷射混合器、扩散式混合分布器或喷射式混合分布器。 

所述益流管上固定设置有支撑固定件，盖帽与支撑固定件固定连接。 

所述泡罩的数量为3~300个，每个盖帽四周的通道的数量为2~20个。 

所述通道为圆孔通道或矩形槽通道，且设置在盖帽四周高于溢流管上端面的位置。

所述管壳式反应器的上管板上部从下向上依次设置有催化剂层和惰性耐火球层。 

采用本实用新型的优点在于： 

一、本实用新型与常用的液相绝热式滴流(涓流)床固相催化反应器相比较，具有在反应器横截面上（包含管壳式反应器的众多反应管内横截面上）气—液相物流在反应器内(包括反应管内)分布均匀、催化剂层内温度平稳、催化剂层内轴、径向温度差小；反应温度的控制准确、灵敏；能以较高位能回收反应热；反应管内催化剂层中无气体返混现象，催化剂床层轴向温度不形成锯齿状大幅波动、反应管径向温差很小，可以提高催化剂的利用率和使用寿命；不但设备紧凑、开停车方便，而且有利于节能、降耗。

二、本实用新型中，所述进料口包括气体进口和液体进口，进料口处设置有文丘里喷射混合器、扩散式混合分布器或喷射式混合分布器，采用此结构，用氢气喷射吸入液体并混匀、喷出，使氢气与液体雾滴较均匀分布在管壳式反应器的横截面上。 

三、本实用新型采用的罩盘式分布器，可以保证并流的气—液相流体在反应器的横截面上均匀分布，使氢气可以在泡罩圆周分布的通道均匀通过，防止了大量氢气通过“泡罩”而影响液体物料的均匀滴淋分布。 

四、本实用新型中，所述管壳式反应器的上管板上部从下向上依次设置有催化剂层和惰性耐火球层，这一结构, 不但对气和液滴在反应器横截面上的均匀分布有重要作用，而且在此催化剂层进行部分绝热反应，对节能降耗、防止装置运行时在反应管内催化剂层发生下沉出现部分空管的危害和中毒有重要作用。 

五、本实用新型中，泡罩盘式分布器下设置有管壳式反应器，催化剂装填在管壳式反应器的反应管内，壳程则通入锅炉用水(或导热油)，在运行时通过控制锅炉水的压力、流量和温度(或控制导热油进出口的温度和流量)，均匀移出反应管內进行精制反应所放出的热量，不但能准确、灵敏地控制反应温度，而且反应管内精制催化剂层的轴、径向温度达到均匀而且稳定的温度分布（反应管内径向温差稳定为0.6~2℃、轴向温差稳定为10~20℃。 

附图说明

图1为本实用新型结构示意图 

图2为本实用新型中泡罩盘式分布器与泡罩的盖帽配合结构示意图

图中标记为：1、气体进口，2、文丘里喷射混合器，3、液体进口，4、气液分布器，5、盖帽，6、泡罩盘式分布器，7、惰性耐火球层，8、催化剂层，9、上管板，10、反应器筒体，11、反应管，12、出料口，13、锅炉水进口，14、锅炉水与蒸气出口，15、盘体，16、溢流管，17、通道，18、支撑固定件，19、等温反应区精制催化剂。

具体实施方式

实施例1 

一种气—液相管壳式滴流床固相催化反应器，包括进料口、出料口12、反应器筒体10和反应器筒体10内设置的气液分布器4，所述气液分布器4下部设置有泡罩盘式分布器6，泡罩盘式分布器6下设置有管壳式反应器，管壳式反应器可以采用现有的管壳式反应器；所述泡罩盘式分布器6包括与反应器筒体10内腔圆周大小匹配的盘体15和盘体15上均匀分布的多个泡罩，所述泡罩包括固定在盘体15上的溢流管16和设置在溢流管16上的盖帽5，所述溢流管16分别与盘体15上下的反应器筒体内腔连通，盖帽5四周均匀分布多个通道17供气体均匀通过。

进一步地，本实用新型的优选实施方式为，所述进料口包括气体进口1和液体进口3，进料口处设置有文丘里喷射混合器2、扩散式混合分布器或喷射式混合分布器。 

本实用新型中，所述益流管16上固定设置有支撑固定件18，盖帽5与支撑固定件18固定连接，如图所示，盖帽5与支撑固定件18通过螺栓连接。固定盖帽的结构有很多，并不局限于此。 

本实用新型的又一优选实施方式为，所述泡罩的数量为3~300个，每个盖帽5四周的通道的数量为2~20个。 

本实用新型的又一优选实施方式为，所述通道17可以为圆孔通道或矩形槽通道，且均设置在盖帽5四周高于溢流管上端面的位置。 

本实用新型的又一优选实施方式为，所述管壳式反应器的上管板9上部从下向上依次设置有催化剂层8和惰性耐火球层7，惰性耐火球为轴径向开孔的多孔球或实心球。 

以下对本实用新型做进一步详细说明： 

如本实用新型在气体和液体进口设有文丘里喷射混合器2，用氢气喷射吸入液体并混合均匀、喷出，氢气与液体雾滴较均匀分布在滴流(涓流)床管壳式反应器的横截面上。 

本实用新型采用在文丘里喷射混合器2下部，设有保证并流的气—液相流体在反应器的横截面上均匀分布的泡罩盘式分布器6，泡罩盘式分布器6上按管壳式滴流(涓流)床固相反应器直径大小不同、按均匀分布要求设置3~300个或更多的气-液流体流通的泡罩、每个泡罩的盖帽的筒体四周，在高于泡罩内液体溢流管上端面高度以上、均匀设有2~20个供气体通过的圆孔通道，使氢气可以在泡罩圆周分布的通道均匀通过泡罩盘式分布器，防止了大量氢气通过泡罩而影响液体物料的均匀滴淋分布。 

在泡罩盘式分布器的下面，管壳式固相催化反应器上管板上部从下向上依序装填催化剂层8和惰性耐火球层7。这一结构, 不但对气和液滴在反应器横截面上的均匀分布有重要作用，而且在此催化剂层进行部分绝热反应，对节能降耗、防止装置运行时在反应管内催化剂层发生下沉出现部分空管的危害和中毒有重要作用。 

本实用新型气—液相管壳式滴流(涓流)床固相催化反应器的主体部分为管壳式反应器，管壳式反应器连接有锅炉水进口13、锅炉水与蒸气出口14。等温反应区精制催化剂19装填在反应管11内，壳程则通入锅炉用水(或导热油)，在运行时通过控制锅炉水的压力、流量和温度(或控制导热油进出口的温度和流量)，均匀移出反应管內进行精制反应所放出的热量，不但能准确、灵敏地控制反应温度，而且反应管内精制催化剂层的轴、径向温度达到均匀而且稳定的温度分布（反应管内径向温差稳定为0.6~2℃、轴向温差稳定为10~20℃）。 

实施例2 

以年产1000吨聚甲氧基二烷基醚的生产装置，配套釆用的气-液相滴流床管壳式固相催化加氢精制反应器，采用的结构如下：

反应器外径5500—6200mm、总高度为4500—5000mm，总共有70—90根反应管、反应管尺寸为40—50mm、反应管长度为2000—2500mm、反应管内共装260—360升加氢精制催化剂；顶部气-液物料进口是典型的文丘里喷射混合器并带扩散分布装置，泡罩盘式分布器外径为500—700mm、上设泡罩15—25个、泡罩帽筒体外径为45—55mm(在泡罩帽筒体高于溢流管上端面6—12mm圆周上均布4—8个8—15mm圆孔通道)； 在泡罩盘式分布器的下面，管壳式固相催化反应器的上管板上部从下向上依序装填加氢精制催化剂层80—100升、催化剂层高为260—360mm，其上装填5—10mm的惰性耐火球层，层高为100—150mm；泡罩盘式分布器与惰性耐火球层顶端面的距离为180—220mm。

本实用新型在运行时的主要工艺条件为: 

反应压力为1.5~3.0MPa、反应温度为80~180℃、液相进入精制物料350~500kg/h、氢气流量为120~450Nm³(氢气含量为98%~99.9%)；反应管内催化剂层温度的控制，是釆用控制管壳式反应器壳程通入锅炉水的水量和压力的办法。

运行过程中，连续稳定运行效果：调控灵敏、方便、物料精制精度高、反应器上管板上面装填的进行绝热反应的催化剂效果明显（温度上升并且可控）、各反应管内滴流床的物料精制效果好、反应管内催化剂层径向温度差仅0.6~1.8℃，轴向温度差为5~10℃。 

运行结果证实：滴流床管壳式固相催化精制反应器中气--液物料分布均匀；反应器上管板上面装填的进行绝热反应的催化剂效果明显；管壳式固相催化反应器的反应管内反应热移出有效并可靠、反应管内催化剂层的轴向和径向温差小于预期水平；完全达到预期效果。 

Claims (6)

1.一种气—液相管壳式滴流床固相催化反应器，包括进料口、出料口（12）、反应器筒体（10）和反应器筒体（10）内设置的气液分布器（4），其特征在于：所述气液分布器（4）下部设置有泡罩盘式分布器（6），泡罩盘式分布器（6）下设置有管壳式反应器；所述泡罩盘式分布器（6）包括与反应器筒体（10）内腔圆周大小匹配的盘体（15）和盘体（15）上均匀分布的多个泡罩，所述泡罩包括固定在盘体（15）上的溢流管（16）和设置在益流管（16）上的盖帽（5），所述溢流管（16）分别与盘体（15）上下的反应器筒体（10）连通，盖帽（5）四周均匀分布多个通道（17）。

2.根据权利要求1所述的气—液相管壳式滴流床固相催化反应器，其特征在于：所述进料口包括气体进口（1）和液体进口（3），进料口处设置有文丘里喷射混合器（2）、扩散式混合分布器或喷射式混合分布器。

3.根据权利要求1或2所述的气—液相管壳式滴流床固相催化反应器，其特征在于：所述溢流管（16）上固定设置有支撑固定件（18），盖帽（5）与支撑固定件（18）固定连接。

4.根据权利要求3所述的气—液相管壳式滴流床固相催化反应器，其特征在于：所述泡罩的数量为3~300个，每个盖帽四周的通道（17）的数量为2~20个。

5.根据权利要求1、2或4所述的气—液相管壳式滴流床固相催化反应器，其特征在于：所述通道（17）为圆孔通道或矩形槽通道，且设置在盖帽（5）四周高于溢流管（16）上端面的位置。

6.根据权利要求5所述的气—液相管壳式滴流床固相催化反应器，其特征在于：所述管壳式反应器的上管板（9）上部从下向上依次设置有催化剂层（8）和惰性耐火球层（7）。