專利名稱：一種換熱反應設備的制作方法
技術領域：
本發明是一種催化反應設備，用于流體催化反應和傳熱過程，屬化學工程領域，特別適用于甲醇、甲胺、氨、甲烷、甲醚、烴類等合成反應過程，也可用于一氧化碳變換環氧乙烷等化學反應過程。
發明的背景對于由加壓下甲醇合成、甲胺、甲醚、氨、烴類等合成這類放熱催化反應，隨著反應過程的進行，不斷放出的反應熱使催化劑層溫度提高。為了提高反應器的效率，需要把反應熱移出以降低反應溫度。
在現有工業反應器例如甲醇、氨合成等，因裝置的大型化可顯著降低投資、減少產品成本而向大型化方向發展，例如甲醇合成從日產2000噸到日產5000噸和日產10000噸發展，但裝置的大型化給設備加工制造運輸帶來困難，例如Lurgi管殼甲醇合成塔日產1000噸甲醇，若用一臺外徑就要超過4米，因此需用2臺，因此增加了投資。
本發明的任務，根據化學反應器大型化的需要，克服現有技術的缺點，采用化整為零、化大為小的方法，即采用將殼體中的內件由現有的一個整體內件變成多個子內件，提供一種生產能力大、結構可靠、制造加工、運輸容易、滿足大型化需要反應器。
發明的概述本發明提供一種換熱反應設備，主要由帶有受壓殼體A、置于殼體A中的換熱內件I和催化劑層K組成，殼體A是一受壓容器，頂部封頭有管口1，底部封頭有管口2，底部支架T支承換熱內件I，主要是換熱內件I是多個子內件I1、I2……Ii并行排列組合而成，每一個子內件Ii各由導氣管C或F、分流管D或E1、多排換熱管B組成，分流管D或E1與導氣管C或F和換熱管B連接，原料氣由管口1或2進入分流室M或L，并行進入各個子內件Ii的導氣管C或F、分流管D或E1、換熱管B，再經換熱管外催化劑層K反應，并與管B內氣體換熱，再由管口2或1出氣。
在本發明的一個較好實例中，換熱反應設備的殼體A頂部封頭有隔板U把受壓容器分為分流室M和反應室N，底部有多孔板V支承催化劑層K，組成換熱內件I的各個子內件Ii的導氣管C上端開口通過殼體A頂部隔板U上的填料函H活動密封，多排換熱管B一端與分流管D相連，另一端與下部的集氣管E相連，集氣管E與多排上端開口的上行管Bu相連，氣體由導氣管C、分流管D到換熱管B，再由集氣管E到上行管Bu出口進管外催化劑層K反應，或者一端與分流管D相連的換熱管B為U形管，U形管另一上端開口，氣體由導氣管C、分流管D到U形換熱管B一端進口向下流動，再由U形管另一端向上流動出U形管后進入管外催化劑層K反應。
在本發明的另一個較好實例中，換熱反應設備的殼體A底部隔板W將受壓容器分為上部反應室N和下部分流室L，組成換熱內件I的子內件Ii的導氣管F下端開口與經殼體A底部有隔板W的填料函G連通底部分流室L，導氣管F上部與分流管E1相連，分流管E1與多排上部開口的換熱冷管B連結，原料氣由底部管口2進氣后平行進入各導氣管F、分流管E1到各換熱管B由頂部出口到管外催化劑層K自上到下進行反應，并與換熱管B內氣體逆流換熱。
在本發明的另一個較好實例中，換熱反應設備的殼體A頂部隔板U將受壓容器分為上部集流室M和反應室N，底部隔板W分為底部分流室L和反應室N，組成換熱內件I的子內件Ii的多排換熱管B下端與分流管E1連結，分流管E1與穿過殼體A底部隔板W、填料函G的導氣管F連結，換熱管B上端與集氣管D1連結，集氣管D1與通過上部隔板U的填料函H的導氣管C相接，原料氣或鍋爐水等冷卻介質由底部進口管2進入，均勻分布到各子內件Ii的各導氣管F、分流管E1、換熱管B與管外催化劑層氣體逆流換熱，再到集氣管D1、導流管C到頂部出口1出塔。
在本發明的另一個較好實例中，組成內件I的多個子內件I1、I2……Ii中的分流管E或分流管D和集流管E是圓形直管，每根分流直管E與多排冷管B連接，每個子內件的冷管分布排列的橫截面為矩形，子內件Ii按長方格子排列組成內件。
在本發明的另一個較好實例中，組成內件I的多個子內件I1、I2……Ii中的分流管E1或分流管D和集流管E或D1是圓形環管，每根環管與多排冷管B連接，各個子內件Ii按同心圓或六角形并行排列組合。
在本發明的另一個較好實例中，組成換熱內件I的子內件I1、I2……Ii中與分流管E和集氣管D相連的換熱管B是螺旋形管，連結分流管的進氣管和連結集氣管的出氣管可與殼體A上隔板H和殼體底部隔板W焊接固定。
在本發明的另一個較好實例中，換熱反應設備的殼體A中由圓筒形多孔氣體分布器X和多孔集氣器Y，氣體在分氣器X和集氣器Y間的催化劑層徑向流動，與分氣器X和集氣器Y之間的成同心圓式六角形并行排列的子內件Ii中的冷氣換熱。
下面結合附圖進一步說明本發明。
圖1是組合式折流氣冷反應器。
圖2是管內氣冷逆流組合式換熱反應器。
圖3是管內水冷蒸汽上升式組合式換熱反應器。
圖4是管內氣冷徑向流組合式換熱反應器。
圖5是組合換熱反應器中子內件成矩形排列圖。
下面結合
具體實施應用。
圖1是冷管是折流式氣冷組合型換熱反應器，主要由帶有受壓殼體A、置于殼體A中的換熱內件I和催化劑層K組成，殼體A是一受壓容器，頂部封頭有管口1，底部封頭有管口2，底部支架T支承換熱內件I，主要是換熱內件I是7個子內件I1、I2……I7成六角形并行排列組合而成。換熱反應設備的殼體A頂部封頭有隔板U把受壓容器分為分流室M和反應室N，底部有多孔板V支承催化劑層K，組成換熱內件I的各個子內件Ii的導氣管C上端開口通過殼體A頂部隔板U上的填料函H活動密封，隔板U與圖中上下法蘭用螺栓J緊固，多排換熱管B一端與分流管D相連，另一端與下部的集氣管E相連，集氣管E與多排上端開口的上行管Bu相連，氣體由頂部管口1進入分氣室M，再由導氣管C、分流管D到換熱管B，再由集氣管E到上行管Bu出口進管外催化劑層K反應，并與管B內冷氣換熱，反應氣由底部孔2出塔。圖中上述換熱管B也可以是U形管，這時U形管一端與分流管D相連，U形管另一上端開口，氣體由導氣管C、分流管D到U形換熱管B一端進口向下流動，再由U形管另一端向上流動出U形管后進入管外催化劑層K反應。
圖2是組合型逆流換熱反應設備，殼體A底部隔板W將受壓容器分為上部反應室N和下部分流室L，組成換熱內件I的7個子內件Ii的導氣管F下端開口與經殼體A底部有隔板W的填料函G連通底部分流室L，導氣管F上部與分流管E1相連，分流管E1與多排上部開口的換熱冷管B連結，原料氣由底部管口2進氣后平行進入各導氣管F、分流管E1到各換熱管B由頂部出口到管外催化劑層K自上到下進行反應，并與換熱管B內氣體逆流換熱，反應器由管口3出塔，蓋板O與殼體A用法蘭J連接，在安裝內件I和催化劑K時需打開蓋板O。
圖3是組合型管內水冷或氣冷的換熱反應設備，殼體A頂部隔板U將受壓容器分為上部集流室M和反應室N，底部隔板W分為底部分流室L和反應室N，組成換熱內件I的7個子內件Ii的多排換熱管B下端與分流管E1連結，分流管E1與穿過殼體A底部隔板W、填料函G的導氣管F連結，換熱管B上端與集氣管D1連結，集氣管E與通過上部隔板U的填料函H、導氣管C相接，原料氣或鍋爐水等冷卻介質由底部進口管2進入分氣室L，均勻分布到各子內件Ii的各導氣管F、分流管E1、換熱管B與管外催化劑層氣體逆流換熱，再到集氣管D1、導流管C到頂部集氣室M由出口1出塔。圖中頂部R為小筒體，底部3為卸催化劑口，附圖3為畫有7個子內件I1、I2……I7在殼體A中成六角形布置排列的示意圖，雖然圖中是7個子內件，但不限于7個子內件。當子內件I1內為冷氣時，則為逆流氣冷式，可用于水冷-氣冷組成的聯合反應器。
在圖3中組成換熱內件I的子內件I1、I2……Ii中與分流管E1和集氣管D1相連的換熱管B也可以是螺旋形管，這時連結分流管的進氣管F和連結集氣管的出氣管C可與殼體A上隔板U和殼體底部隔板W焊接固定。
圖3中下面一張圖是位于殼體A中7個子內件的平面位置圖，圖中表示組成內件I的多個子內件I1、I2……Ii中的分流管E或分流管D和集流管E是圓形環管，每根環管與多排冷管B連接，各個子內件Ii六角形并行排列組合。在這個圖中各子內件Ii由一根圓形環管分流管D和集流管E組成，但不限于一根環管，可以由二根或多根圓形環管同心套裝組成。
在上述圖2、圖3各換熱反應器中，除各換熱內件Ii管外有催化劑K，可在各內件下部位置裝有絕熱催化劑床層，也可在下部只裝耐火陶瓷球。
圖4是氣體在催化劑床中為徑向流動的組合式換熱反應器，與圖1不同的是，換熱反應設備的殼體A中由圓筒形多孔氣體分布器X和多孔集氣器Y，X和Y之間有支撐催化劑的封板S，氣體由管口1進入經各換熱子內件Ii出冷管后，在分氣器X和集氣器Y間的催化劑層徑向流動，與分氣器X和集氣器Y之間的成同心圓或六角形并行排列的子內件中的冷氣換熱，由底部管口2出塔。由于中心集氣器Y占位，故少了一個中心的子內件。
圖5表示組成內件I的多個子內件I1、I2……Ii中的分流管E是圓形直管，每根分流直管E與多排冷管B連接，每個子內件的冷管分布排列的橫截面為矩形，子內件Ii按長方格子排列組成內件。在圖中各子內件Ii分流直管是單根圓管，但不限于一根圓管，而可以是二根或多根直管并排連接組成。
本發明有效地解決大型化反應器的制造、運輸、安裝的難題，例如對內徑達5～6米反應器采用現有技術制造運輸難度大，我國公路限寬4米，采用本發明將內件化整為零，外殼也可分段運輸到工廠現場組焊，各子內件到現場組裝，妥善解決了這一難題。
實施例日產3000噸低壓甲醇合成塔，合成壓力6MPa，采用138m3NC306甲醇合成催化劑，合成塔殼體A內徑5米，采用圖3的管內蒸汽上升型組合內件，共62個，分4層呈同心圓排列，每個子內件Ii外徑小于1米，可以由圖3打開上部法蘭J，拆下小封頭R和隔板U，逐個吊進子內件Ii成同心圓或六角形安裝好，裝好催化劑K再裝隔板U、導流管C、填料函H、法蘭J和小封頭R，安裝完畢即可投入使用。
在閱讀了本發明的詳細描述以后，在不偏離本發明的精神和范圍的情況下本領域的普通技術人員能容易地對本發明進行各種變化和改進。本發明包括在所附權利要求范圍內的各種變化和改進。本發明不僅可廣泛用于各種大型換熱反應器，還可用于各種大型換熱器，即采用一個殼體內多個并列換熱管膽，此即一殼多膽換熱反應器或一殼多膽換熱器。
權利要求
1.一種換熱反應設備，主要由帶有受壓殼體(A)、置于殼體(A)中的換熱內件(I)和催化劑層(K)組成，殼體(A)是一受壓容器，頂部封頭有管口(1)，底部封頭有管口(2)，底部支架(T)支承換熱內件(I)，其特征是換熱內件(I)是多個子內件(I1)、(I2)……(Ii)并行排列組合而成，每一個子內件(Ii)各由導氣管(C)或(F)、分流管(D)或(E1)、多排換熱管(B)組成，分流管(D)或(E1)與導氣管(C)或(F)和換熱管(B)連接，原料氣由管口(1)或(2)進入分流室(M)或(L)，并行進入各個子內件(Ii)的導氣管(C)或(F)、分流管(D)或(E1)、換熱管(B)，再經換熱管外催化劑層(K)反應，并與管(B)內氣體換熱，再由管口(2)或(1)出氣。
2.如權利要求1所述的換熱反應設備，其特征是殼體(A)頂部封頭有隔板(U)把受壓容器分為分流室(M)和反應室(N)，底部有多孔板(V)支承催化劑層(K)，組成換熱內件(I)的各個子內件(Ii)的導氣管(C)上端開口通過殼體(A)頂部隔板(U)上的填料函(H)活動密封，多排換熱管(B)一端與分流管(D)相連，另一端與下部的集氣管(E)相連，集氣管(E)與多排上端開口的上行管(Bu)相連，氣體由導氣管(C)、分流管(D)到換熱管(B)，再由集氣管(E)到上行管(Bu)出口進管外催化劑層(K)反應，或者一端與分流管(D)相連的換熱管(B)為U形管，U形管另一上端開口，氣體由導氣管(C)、分流管(D)到U形換熱管(B)一端進口向下流動，再由U形管另一端向上流動出U形管后進入管外催化劑層(K)反應。
3.根據權利要求1所述的換熱反應設備，其特征是殼體(A)底部隔板(W)將受壓容器分為上部反應室(N)和下部分流室(L)，組成換熱內件(I)的子內件(Ii)的導氣管(F)下端開口與經殼體(A)底部有隔板(W)的填料函(G)連通底部分流室(L)，導氣管(F)上部與分流管(E1)相連，分流管(E1)與多排上部開口的換熱冷管(B)連結，原料氣由底部管口(2)進氣后平行進入各導氣管(F)、分流管(E1)到各換熱管(B)由頂部出口到管外催化劑層(K)自上到下進行反應，并與換熱管(B)內氣體逆流換熱。
4.如權利要求1所述的換熱反應設備，其特征是殼體(A)頂部隔板(U)將受壓容器分為上部集流室(M)和反應室(N)，底部隔板(W)分為底部分流室(L)和反應室(N)，組成換熱內件(I)的子內件(Ii)的多排換熱管(B)下端與分流管(E1)連結，分流管(E1)與穿過殼體(A)底部隔板(W)、填料函(G)的導氣管(F)連結，換熱管(B)上端與集氣管(D1)連結，集氣管(D1)與通過上部隔板(U)的填料函(H)的導氣管(C)相接，原料氣或鍋爐水等冷卻介質由底部進口管(2)進入，均勻分布到各子內件(Ii)的各導氣管(F)、分流管(E1)、換熱管(B)與管外催化劑層氣體逆流換熱，再到集氣管(D1)、導流管(C)到頂部出口(1)出塔。
5.根據權利要求1的換熱反應設備，其特征是組成內件(I)的多個子內件(I1)、(I2)……(Ii)中的分流管(E)或分流管(D)和集流管(E)是圓形直管，每根分流直管(E)與多排冷管(B)連接，每個子內件的冷管分布排列的橫截面為矩形，子內件(Ii)按長方格子排列組成內件。
6.根據權利要求1的換熱反應設備，其特征是組成內件(I)的多個子內件(I1)、(I2)……(Ii)中的分流管(E1)或分流管(D)和集流管(E)是圓形環管，每根環管與多排冷管(B)連接，各個子內件(Ii)按同心圓或六角形并行排列組合。
7.根據權利要求1的換熱反應設備，其特征是組成換熱內件(I)的子內件(I1)、(I2)……(Ii)中與分流管(E1)和集氣管(D)相連的換熱管(B)是螺旋形管，連結分流管的進氣管和連結集氣管的出氣管可與殼體(A)上隔板(H)和殼體底部隔板(W)焊接固定。
8.根據權利要求1的換熱反應設備，其特征是殼體(A)中由圓筒形多孔氣體分布器(X)和多孔集氣器(Y)，氣體在分氣器(X)和集氣器(Y)間的催化劑層徑向流動，與分氣器(X)和集氣器(Y)之間的成同心圓或六角形并行排列的子內件(Ii)中的冷氣換熱。
全文摘要
一種換熱催化反應器，主要由帶有頂部開口管(1)、底部出口管(2)的受壓殼體(P)和支承于殼體底部支承架上的內部換熱內件(I)，內件(I)由多個子內件組成，支承于底部催化劑多孔支承板(R)的管外催化劑(K)，采用氣冷和水冷換熱用于制造大塔徑實現大型化目的。
文檔編號B01J8/02GK1857766SQ200510070519
公開日2006年11月8日 申請日期2005年4月30日 優先權日2005年4月30日
發明者樓韌, 樓壽林 申請人:杭州林達化工技術工程有限公司