[发明专利]一种气固催化反应的均热式螺旋板固定床反应器

说明书

本发明涉及一种气固相接触催化反应的均热式螺旋板固定床反应器，包括气相和换热介质的进出口，反应器内设置一个或多个螺旋板式固定床反应段。本发明的优点：1)显著增大壳程换热系数，使总传热系数增大，强化了传热效果，减小了传热温差；2)可灵活控制传热距离与传热面积，有利于反应床层温度的均一与控制；3)容积利用率大(最大可达70％以上，列管式反应器最大为40％左右)，单套设备产能高，占地面积与投资显著降低；4)换热介质通道具有自清洗作用，不易产生污垢与堵塞。

技术领域

本发明涉及固定床反应器，具体涉及一种气固催化反应的均热式螺旋板固定床反应器。

背景技术

固定床催化反应器在化学工业以及石油工业中有着广泛的应用。

固定床反应器的优点是：①返混小，流体同催化剂可进行有效接触，当反应伴有串联副反应时可得较高选择性；②催化剂机械损耗小；③结构简单。其缺点是：①壳程传热效果差，特别是对于强放热反应，容易出现飞温(反应温度失去控制，急剧上升，超过允许范围)；②操作过程中催化剂不能更换,催化剂需要频繁再生的反应一般不宜使用，常代之以流化床反应器或移动床反应器。

按换热方式固定床反应器可分为绝热式、换热式和自热式三种。绝热固定床反应器和自热式固定床反应器在实际工业生产中应用较少，应用较为广泛和成熟的是换热式固定床反应器中的列管式固定床反应器。它多用于强放热反应，收率对温度敏感而又要求高转化率和高选择性的反应过程。其结构与管壳式换热器相似，由管束、壳体、两端封头等组成。应用于气固催化反应时，管程装填催化剂颗粒，并由底部支撑件进行固定，壳程有换热介质流动，以与管程进行热量交换，维持管程反应温度的稳定。

列管式固定床反应器的管程结构灵活，可以是单管、多管并联，也可以是U型管等，与其它形式的固定床反应器相比较，具有：①径向传热的距离小，可使反应热及时传到管壁，以准确控制催化剂床层温度；②借鉴成熟的列管式换热器制造技术，工程上易于实现等优点。但存在：①壳程传热系数小，所需的传热面积大；②催化剂床层的空间利用率低，导致反应器体积庞大，设备制作成本高，装置不易大型化等缺点。

螺旋板换热器是由两张平行的金属板卷制成两个封闭的螺旋形通道，冷热流体之间通过螺旋板壁进行换热的换热器。具有体积小、设备紧凑、传热效率高、金属耗量少的优点，在化工、石油、医药、电力等行业具有广泛的应用。

发明内容

为了解决现有列管式固定床反应器壳程传热效果差、催化剂床层的空间利用率低、装置不易大型化的技术问题，借鉴螺旋板换热器的结构和性能特点，本发明提供一种气固相接触催化反应的均热式螺旋板固定床反应器。

本发明的技术方案如下：

一种气固相接触催化反应的均热式螺旋板固定床反应器，包括气相和换热介质的进出口，反应器内设置一个或多个螺旋板式固定床反应段。螺旋板式固定床反应段的结构与螺旋板换热器结构相似，由两张平行的金属板卷制成两个螺旋形的通道，其中一个通道上下两端封闭，作为换热介质通道，换热介质经螺旋通道流动并通过板壁进行换热，到达反应器中心的中心管后，再由与中心管相连接的换热介质出口流出；另一个通道上下两端不密封，装填催化剂后形成固定床层，床层最上端与气体进口相连通，最下端与气体出口相连通，气体由进口进入反应器，轴向通过催化剂固定床层反应后，由气体出口排出。

螺旋板固定床反应器可灵活设置一个或多个螺旋板式反应段，其具体数量可由反应所需的换热面积决定。其中多段螺旋板式反应段的气体通道在轴向上串联，气体依次通过每一反应段的催化剂固定床层，反应后由气体出口排出；对于多段螺旋板式反应段的换热介质通道可通过设置换热介质分布装置或多个换热介质进口，以实现换热介质多段并联进入每一螺旋板式反应段，由换热介质通道螺旋进入反应器中心的中心管后从换热介质出口流出，每一螺旋板式反应段换热介质的进出口温度相同，有利于反应床层温度的均一和控制。