[发明专利]一种等温反应器

说明书

技术领域

本发明涉及一种等温反应器。

背景技术

固定床反应器主要有两种类型，一种是轴向固定床反应器，另一种是径向固定床反应器。轴向固定床反应器设计、加工过程相对容易、操作简单，但存在反应器设备尺寸庞大、床层压降大、容易出现局部飞温、移热缓慢、转化率低、放大效应明显等问题。径向床反应器高径比较大、床层压降小、反应物在催化剂床层停留时间短，但很难实现反应物在径向上的均匀分布、单位催化剂床层的生产强度较低。

为了克服传统化工中存在传热、传质效率低的问题，二十世纪八九十年代兴起了微化工技术。微反应器作为微化工技术的核心组成部分，它是以毫米、微米为量级的化学反应系统。一方面微反应器具有微尺度化、较大的比表面、扩散距离短、停留时间短、阻力小等特点，其传质、传热和反应效果较普通反应器高1～3数量级；另一方面，可以根据实际的工业生产能力要求，通过具有功能化的微反应器模块集成以及数量的增减达到控制和调节生产，有利于实现设备的最大利用效率，同时缩短设备的加工时间。

近年来，微通道反应器在气固相催化反应、液固相催化反应中受到越来越多的关注。公告号为CN202893334U的中国专利公开了一种微通道反应器，该微通道反应器采用钛合金板式结构，每个钛合金冷却盖板内设置有冷却仓和反应仓，该微通道反应器能够承受高压和抗蚀性，不足之处在于反应物在反应仓内停留时间短，生产效率较低。公告号为CN203540513U的中国专利公开了一种用于甲烷化工艺的微通道反应器，该反应器将微反应通道固定在反应器中部的支撑板上，难以消除热胀冷缩产生的应力。公告号为CN102151531A的中国专利公开了一种甲烷化反应器及其合成气完全甲烷化的方法，该微反应器由若干反应通道和移热通道交替平行排布，反应器的压降较大，同时难以承受高压。公告号为CN204841617U、CN204816459U的中国专利，将甲烷化反应器运用于煤制SNG甲烷化工艺，目标产物具有较高的选择性，不足之处在于原料气在该类反应器的停留时间较短，造成原料转化率偏低。

因此，减小反应器的设备尺寸、降低压降损失，避免原料在催化剂床层中出现的沟流和短路现象，提高反应物的转化效率，充分延长反应器的使用寿命，满足反应器大型化的需求是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种等温反应器，该反应器催化剂活性组分使用量少、压降低、产物停留时间短、原料转化率高、无气体偏流和床层飞温现象。

为了实现上述目的，本发明提供一种等温反应器，其特征在于：该反应器包括径向圆筒形密封承压壳体、从所述壳体顶部伸入到壳体内部的1#管、从所述壳体底部伸入到壳体内部的2#管、设置在所述壳体内所述1#管下方所述2#管上方的催化反应区、以及用于与所述催化反应区换热的换热设备；所述催化反应区包括至少一个柱体，所述柱体与所述壳体同轴，且所述柱体的外侧面与所述壳体的内侧面相抵触或相重合；相邻两个柱体之间、最下方的柱体与壳体的底面之间形成有空隙；每一个所述柱体内设置有多个轴向穿过所述柱体的微反应通道，所述1#管与最上面的空隙之间以及相邻两个空隙之间仅通过微反应通道流体连通，最下方的空隙与所述2#管流体连通；所述微反应通道内设置有增加流体湍动作用的导流组件。

优选地，每一个所述柱体中由该柱体的各内壁及各微反应通道的外壁共同形成有一个柱体腔室；所述换热设备包括在对应于每一个柱体的侧面的所述壳体上设置的至少一对相互远离的换热介质入口和换热介质出口，所述换热介质入口通过所述柱体腔室与所述换热介质出口流体连通。

优选地，所述取热设备包括在对应于每一个所述空隙的侧面的所述壳体上设置的至少一对相互远离的换热介质入口、换热介质出口和穿过空隙的热交换组件，所述换热介质入口通过所述热交换组件与所述换热介质出口流体连通，所述热交换组件为选自筒状绕制管线、环状绕制管线、盘状绕制管线和换热板中的至少一种。

优选地，所述柱体的数量为2-500个。

优选地，所述导流组件包括与所述微反应通道固定连接的固定轴和串联在所述固定轴上的导流元件，所述导流元件朝向所述微反应通道进气方向的一端为凸形。

优选地，所述导流元件为选自实心圆锥体、空心椎体、圆锥面、半球体、半球面、球体和球面中的至少一种。

优选地，所述实心圆锥体、空心椎体和圆锥面的底面直径小于微反应通道的下侧开口的直径与上侧开口的直径中的较大者；所述半球体、半球面、球面和球体的球面直径小于微反应通道的下侧开口的直径与上侧开口的直径中的较大者；相邻两个所述导流元件的间距不小于所述导流元件的高度。