[发明专利]一种适用于强放热体积减小的催化反应器

说明书

一种适用于强放热体积减小的催化反应器，涉及一种催化反应器，所述反应器轴心呈U形结构，U形轴心为内气筒（7），内气筒（7）四周，从内向外对称的设置有催化剂床层Ⅰ（6）、催化剂床层Ⅱ（5）、催化剂床层Ⅲ（3）、气体分布筒（2）、外气筒（1）；与外气筒（1）相通的外部设有进气口（4）；催化剂床层Ⅲ（3）中设有换热管（8）；反应原料气沿反应器四周进入催化剂床层、从反应器中心排出，匹配气体体积与流路通道面积的变化；调控不同径向位置发生的反应量；匹配催化剂的梯度装填，催化剂床层内梯度移热管束，平衡床层反应热与换热管束移热完成。本发明反应器尤其适合强放热体积减小反应实现床层气体流速、床层温度等的均匀化的场所。

技术领域

本发明涉及一种催化反应器，特别是涉及一种适用于强放热体积减小的催化反应器。

背景技术

固定床反应器广泛应用于化工领域的气-固相催化反应过程中，对于强放热，体积减小的反应如费托合成，合成氨，甲烷化等，传统的固定床反应器由于有限的传热性能导致催化剂床层中轴-径向存在一定的温差，进而导致催化剂床层中形成局部热点或催化剂床层飞温，引起催化剂烧结甚至失活。此外，传统的固定床反应设计还存在反应气穿过催化剂床层时压降大的缺点。

而工业上现用的列管式反应器在管束内装填催化剂、管外是冷却介质。反应生成的热量一部分由反应物料带走,大部分由反应器列管外的换热介质带走。相比于传统固定床甲烷化反应器，列管式反应器传热性能得到提升，但是存在着气体在反应器列管中分布不均、局部集中或气体死区的现象，严重影响反应器的处理效果和反应效率。由于强放热反应过程中产生的热量比较大，反应器列管中的气量分配不均可能导致列管温差过大，进而发生爆管。此外，现用的列管式反应器还存在着催化剂装填少、床层阻力高，热应力消除不彻底等问题。

现有列管式径向反应器，换热介质走管程，催化剂装填在换热管之间，大大提升了催化剂的装填量，也在一定程度上消除了热应力，减小了反应气的压力降，但是催化剂装填形式单一，无法良好的控制催化剂床层内不同径向位置的反应量，对于强放热反应难以实现床层温度的均匀化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于强放热体积减小的催化反应器，本发明解决了强放热体积减小催化反应过程中原料气穿过催化剂床层压力降大、反应热移出慢以及催化剂床层温差大问题，提供一种适用于强放热体积减小催化反应的径向反应器。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种适用于强放热体积减小的催化反应器，包括外气筒、气体分布筒、催化剂床层、进气口、内气筒、换热管，所述反应器轴心呈U形结构，U形轴心为内气筒，内气筒四周，从内向外对称的设置有催化剂床层Ⅰ、催化剂床层Ⅱ、催化剂床层Ⅲ、气体分布筒、外气筒；与外气筒相通的外部设有进气口；催化剂床层Ⅲ中设有换热管；

所述催化反应器的流程如下：

反应原料气沿反应器四周进入催化剂床层、从反应器中心排出，匹配气体体积与流路通道面积的变化；沿径向梯度装填不同活性的催化剂或催化剂与惰性载体的混合物，调控不同径向位置发生的反应量；匹配催化剂的梯度装填，催化剂床层内梯度移热管束，平衡床层反应热与换热管束移热完成。

所述的一种适用于强放热体积减小的催化反应器，所述流程中催化剂床层四周设置反应气均匀进入不同高度催化剂床层的分布器，该分布器对反应气进入催化剂床层的阻力大于反应气在反应器四周通道内流向不同高度处的流动阻力；催化剂床层中心通道四周设置气体流通阻力尽可能小的产品气均匀流出催化剂床层的分布器。

所述的一种适用于强放热体积减小的催化反应器，所述流程中催化剂的梯度装填通过沿径向将反应器分成两个及两个以上区域，匹配反应速度在每个区域装填不同活性催化剂或催化剂与惰性载体的混合物。