一种高温热辐射流化床裂解反应器的制作方法

1.本实用新型属于化工设备技术领域，具体为一种高温热辐射流化床裂解反应器。


背景技术：

2.流化床催化反应器是以固体为催化剂，利用气体或液体自下而上通过固体颗粒床层，使固体处于悬浮状态，进行气固相或液固相催化反应的设备，广泛应用于石油炼制工业、无机化工工业，有机化工工业等领域。
3.裂解反应需要高温吸热反应，一般裂解反应的范围为450℃-1200℃，目前现有的反应器多是以熔盐作为加热介质，熔盐的使用温度为在150℃-550℃，但在450℃以上亚硝酸钠就会产生缓慢分解现象，所以熔盐的常规利用系统的工作温度在250-350℃以内。现有熔盐加热的方式无法长周期使用。
4.熔盐的温度与被加热介质的温差下，需要更大的换热面积，结构复杂，投资高。换热器内温度较高，设备内的加热装置容易受到热应力问题而损坏。


技术实现要素：

5.本实用新型的发明目的正是针对现有裂解反应器存在的技术问题，提供一种高温热辐射流化床裂解反应器。该反应器适应于吸热反应工艺过程，利用热辐射管加热，可更有效的控制反应床层温度。
6.为了实现以上实用新型的发明目的，本实用新型的技术方案为：
7.一种高温热辐射流化床裂解反应器，包括圆柱状壳体以及在圆柱状壳体下端设置的工艺气进口和圆柱状壳体顶部设置的生成气出口。其中，在圆柱状壳体内的工艺气进口管道上设置进口气体分布器，在反应器上半部设置旋风分离器，在旋风分离器底部设置下料腿；在反应器下半部设置反应床层，在反应床层内设置辐射加热器组；下料腿通入反应床层。反应器内反应床层中装填有裂解催化剂。
8.所述工艺气进口的气体至少包括氨气和或二氧化碳气。生成气出口气体至少包括单氰胺。氨气和或二氧化碳气作为流化床的载气，其中可以增加尿素、三聚氰胺等物质，作为原料，生成气只要产物为单氰胺，氨气和二氧化碳依然存在。
9.所述辐射加热器组包括燃烧机、燃烧火焰进口、热辐射管、燃烧尾气出口和弯转结构；燃烧机设置圆柱状壳体的外部，热辐射管设置在设备内部，燃烧机通过燃烧火焰进口与热辐射管的一端连通，热辐射管设置在反应床层中，弯曲的地方设置弯转结构，热辐射管的另外一端设置燃烧尾气出口。燃烧机的火焰直接加热热辐射管。反应器的内的温度范围为450℃-800℃，能过满足裂解反应器的加热的需求。
10.作为本技术中的一种较好的实施方式，所述辐射加热器组为1-20组。热辐射管直径为100-600mm。对于大型设备可以进行分组设置，增加热辐射管的组数，热辐射管可并联设置。管径的合理设置可以提高换热效率。
11.作为本技术中的一种较好的实施方式，所述热辐射管与弯转结构组成“u”型管、“w”型管或“m”型管。热辐射管在设备内部具有弯转结构，可以改变方向。热辐射管中的一段与设备连接，作为固定端，另一端与设备未连接，可以在设备内自由膨胀，解决设备内构件的热应力问题。
12.作为本技术中的一种较好的实施方式，气体分布器包括环形支管、喷嘴或喷管和直管；环形支管通过直管与工艺气进口相连，在环形支管上设置喷嘴或喷管。直管的数量均为n根，n≥2；喷嘴或喷管的数量均为n个，n＞1,优选30个。气体分布器增加有一定的阻力，依靠阻力，起到气体分布均匀，进一步保证反应器流化均匀的目的。
13.所述反应器内的压力为0.2-1.0mpa。此反应有压力为裂解反应需要的压力。反应压力过高，反应的转化率会降低。反应压力过低，设备尺寸太大，提高制造成本。
14.作为本技术中的一种较好的实施方式，旋风分离器为多级旋风分离器。单级旋风对于大颗粒催化剂能过起到很好的分离作用，但对于微小颗粒如10-100微米的颗粒，的分离效率只能达到90％左右，设置多级可以进一步提高分离效率，将细小的颗粒进一步分离。
15.作为本技术中的一种较好的实施方式，在气体分布器上端的反应床层上设置有尿素进口，尿素可以作为反应裂解的原料生成氰胺产品。
16.反应器的旋风可以设置在反应器外部，方便下料腿堵塞后，进行清理和维修。
17.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
18.(一)、本技术中，火焰直接给辐射管加热，辐射加热的效率要远远大于热传导加热，且火焰的中心温度达到1000℃以上，与反应器需要的反应温度的温差在200℃以上，不但能实现450℃-800℃加热要求，而且传热效率大大增强。
19.(二)该反应器适应于吸热反应工艺过程，利用热辐射管加热，可更有效的控制反应床层温度。
附图说明：
20.图1为本实用新型中实施例1所述高温热辐射流化床裂解反应器的结构示意图。
21.图2为本实用新型实施例1中辐射加热器组的结构示意图。
22.图3为本实用新型实施例2中辐射加热器组的结构示意图。
23.图4为实施例3所述高温热辐射流化床裂解反应器的结构示意图。
24.图5为实施例4中所述高温热辐射流化床裂解反应器的结构示意图。
25.图6为实用新型中气体分布器的结构示意图。
26.其中，1：圆柱状壳体，2：工艺气进口，3：气体分布器，3-1：分布器总管，3-2：分布器支管，3-3：喷嘴或喷管，4：辐射加热器组，4-1：燃烧机、4-2：燃烧火焰进口，4-3：热辐射管，4-4：燃烧尾气出口，4-5：弯转结构，5：旋风分离器，6：下料腿，7：反应床层，8：生成气出口、9：尿素进口。
具体实施方式
27.一种高温热辐射流化床裂解反应器，包括圆柱状壳体以及在圆柱状壳体下端设置的工艺气进口和圆柱状壳体顶部设置的生成气出口。其中，在圆柱状壳体内的工艺气进口管道上设置进口气体分布器，在反应器上半部设置旋风分离器，在旋风分离器底部设置下料腿；在反应器下半部设置反应床层，在反应床层内设置辐射加热器组；下料腿通入反应床
层。反应器内反应床层中装填有裂解催化剂。
28.所述辐射加热器组包括燃烧机、燃烧火焰进口、热辐射管、燃烧尾气出口和弯转结构；燃烧机设置反应器圆柱状壳体的外部，热辐射管设置在反应器圆柱状壳体内部，燃烧机通过燃烧火焰进口与热辐射管的一端连通，热辐射管设置在反应床层中，弯曲的地方设置弯转结构，热辐射管的另外一端设置燃烧尾气出口。燃烧机的火焰直接加热热辐射管。
29.所述辐射加热器组为1-20组。热辐射管直径为100-600mm。对于大型设备可以进行分组设置，增加热辐射管的组数，热辐射管可并联设置。管径的合理设置可以提高换热效率。
30.所述热辐射管与弯转结构组成“u”型管、“w”型管或“m”型管。热辐射管在设备内部具有弯转结构，可以改变方向。热辐射管中的一段与设备连接，作为固定端，另一端与设备未连接，可以在设备内自由膨胀，解决设备内构件的热应力问题。
31.所述气体分布器包括环形支管、喷嘴或喷管和直管；环形支管通过直管与工艺气进口相连，在环形支管上设置喷嘴或喷管。直管的数量均为n根，n≥2；喷嘴或喷管的数量均为n个，n＞1,优选30个。气体分布器增加有一定的阻力，依靠阻力，起到气体分布均匀，进一步保证反应器流化均匀的目的。
32.所述的旋风分离器可为1级或多级(如2级)旋风分离器；设置多级可以进一步提高分离效率，将细小的颗粒进一步分离。
33.在气体分布器上端的反应床层上设置有尿素进口，尿素可以作为反应裂解的原料生成氰胺产品。
34.反应器的旋风可以设置在反应器外部，方便下料腿堵塞后，进行清理和维修。
35.整个反应过程为：
36.工艺气从工艺气进口进入到反应器的气体分布器被均匀分布，然后进入反应床层。床层内设置有热辐射加热器组，并经热辐射加热器组加热后，工艺气在床层内进行传质、反应，生成气体产物，反应完的工艺气，进入旋风分离器，分离催化剂后，从反应器顶部的生成气出口流出，进入到下一工序。
37.为了使本实用新型的发明内容更加便于理解，下面将结合附图和具体实施方式对本实用新型中所述的工艺做进一步的阐述。但不应将此理解为本实用新型上述主题的范围仅限于下述实施例。
38.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
39.此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
40.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，
或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
41.另外，本实用新型要指出的是，本实用新型中，如未特别写出具体涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等，则本实用新型涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等均为本领域技术人员在现有技术的基础上，可以不经过创造性劳动可以得知的。
42.实施例1:
43.氰胺类物质包括单氰胺、双氰胺和三聚氰胺等，三聚氰胺可以通过高温进一步裂解为单氰胺，本实施例，用本发明的高温辐射流化床裂解反应器，用于将三聚氰胺裂解反应生产单氰胺。
44.一种高温辐射流化床裂解反应器(其结构图如图1所示)，主要包括圆柱状壳体1,工艺气进口2,进口气体分布器3,辐射加热器组4，设备上方设置有旋风分离器5，旋风分离器底部设置下料腿6，下料腿通入到反应床层7。反应器顶部有生成气出口8，反应器内装填有裂解催化剂。
45.所述辐射加热器组4包括1台燃烧机4-1、燃烧火焰进口4-2、1根热辐射管4-3、燃烧尾气出口4-4和弯转结构4-5(比如弯头)；燃烧机4-1设置反应器圆柱状壳体1的外部，热辐射管4-3设置在反应器圆柱状壳体1的内部，燃烧机4-1通过燃烧火焰进口4-2与热辐射管4-3的一端连通，热辐射管4-3设置在反应床层7中，弯曲的地方设置弯转结构4-5，热辐射管的另外一端设置燃烧尾气出口4-4。燃烧机4-1的火焰直接加热热辐射管4-3。反应器内部的温度为600℃。热辐射管4-3的直径为200mm。热辐射管4-3在反应器内为u型管结构，反应器内的压力为0.2mpa。
46.所述工艺气进口2的气体至少包括氨气和或二氧化碳气。生成气出口8气体至少包括单氰胺。
47.反应器设置内1级旋风分离器，安装在设备设备内部。其床层高度上设置有尿素进口9，尿素作为反应的原料，反应用工艺气含有氨和二氧化碳。
48.利用该反应器进行氰胺的生产方法，其流程为：使用上述氰胺生产用热辐射流化床裂解反应器，反应温度400-600℃，反应压力0.1-1.0mpa,以氨气和/或co2为主要气体的工艺气，从工艺气进口进入到反应器的气体分布器被均匀分布，然后进入反应床层。床层内设置有热辐射加热器组，给裂解反应提供热量，在床层内工艺气作为流化载气，反应原料为三聚氰胺或尿素，在床层内进行传质、反应，三聚氰胺和尿素裂解为单氰胺，反应完的工艺气，进入旋风分离器，分离催化剂后，工艺气的主要成分为氨气、co2、和单氰胺，从反应器顶部的生成气出口流出，进入到下一工序，反应的转化率为70％以上，单氰胺收率60％以上。
49.利用该反应器进行氰胺生产的具体案例1：
50.一种氰胺的生产方法为，使用上述氰胺生产用热辐射流化床裂解反应器，反应器内的温度为480℃，反应器内的压力为0.3mpa，反应器内设置有热辐射管加热器，辐射管内的温度为700℃。利用含有氨气和co2的工艺气，从工艺气进口2进入到反应器的气体分布器3被均匀分布，然后进入反应床层7；反应器床层内设置的热辐射管加热器4，辐射管内利用天然气燃烧，给给辐射管外裂解反应提供热量，在反应床层7内工艺气作为流化载气。其床
层高度上设置有尿素进口，尿素作为反应的原料，喷入反应器床层，在床层内进行传质、反应，生成气体产物，三聚氰胺和尿素反应生成单氰胺、氨气和co2,在反应器内以气相的形式存在，与载气一起形成反应生成气，其主要成分仍然是单氰胺、氨气和co2。反应完的生成气，进入旋风分离器，分离催化剂后，反应生成气从反应器顶部的生成气出口7流出，进入到下一后处理工序，反应的转化率为70％以上，单氰胺收率60％以上。
51.案例2：
52.一种氰胺的生产方法为，一种上述氰胺生产用热辐射流化床裂解反应器，反应器内的温度为520℃，反应器内的压力为0.4mpa，反应器内设置有热辐射管加热器，辐射管内的温度为800℃。利用含有氨气和co2的工艺气，从工艺气进口2进入到反应器的气体分布器3被均匀分布，然后进入反应床层7。反应器床层7内设置的热辐射管加热器4，辐射管内利用天然气燃烧，给给辐射管外裂解反应提供热量，在反应床层7内，工艺气作为流化载气。在其床层高度上设置有尿素进口，尿素作为反应的原料，喷入反应器床层，在床层内进行传质、反应，生成气体产物，三聚氰胺和尿素反应生成单氰胺、氨气和co2,在反应器内以气相的形式存在，与载气一起形成反应生成气，其主要成分仍然是单氰胺、氨气和co2。反应完的生成气，进入旋风分离器，分离催化剂后，反应生成气从反应器顶部的生成气出口7流出，进入到下一后处理工序，反应的转化率为80％以上，单氰胺收率70％以上。
53.案例3：
54.一种氰胺的生产方法为，一种上述氰胺生产用热辐射流化床裂解反应器，反应器内的温度为600℃。反应器内的压力为0.6mpa，反应器内设置有热辐射管加热器，辐射管内的温度为850℃。利用含有氨气和co2的工艺气，从工艺气进口2进入到反应器的气体分布器3被均匀分布，然后进入反应床层7。反应器床层内设置的热辐射管加热器4，辐射管内利用天然气燃烧，给给辐射管外裂解反应提供热量，在床层7内工艺气作为流化载气。其床层高度上设置有尿素进口，尿素作为反应的原料，喷入反应器床层，在床层内进行传质、反应，生成气体产物，三聚氰胺和尿素反应生成单氰胺、氨气和co2,在反应器内以气相的形式存在，与载气一起形成反应生成气，其主要成分仍然是单氰胺、氨气和co2。反应完的生成气，进入旋风分离器，分离催化剂后，反应生成气从反应器顶部的生成气出口7流出，进入到下一后处理工序。反应的转化率为90％以上，单氰胺收率80％以上。
55.实施例2：
56.一种高温辐射流化床裂解反应器(其结构示意图如图3所示)，主要包括圆柱状壳体1,工艺气进口2,进口气体分布器3,辐射加热器组4，反应器上方设置有旋风分离器5，旋风分离器底部设置下料腿6，下料腿6通入到反应床层7。反应器顶部有生成气出口8，反应器内装填有裂解催化剂。
57.所述辐射加热器组4包括2台燃烧机4-1、燃烧火焰进口4-2、2根热辐射管4-3、燃烧尾气出口4-4和弯转结构4-5；燃烧机4-1设置在反应器圆柱状壳体1的外部，热辐射管4-3设置在反应器圆柱状壳体1的内部，燃烧机4-1的火焰直接加热热辐射管4-3。反应器的内的温度为为800℃。热辐射管直径为200mm。热辐射管4-3在反应器内为u型管结构，反应器内的压力为1.0mpa。
58.所述工艺气进口2的气体至少包括氨气和或二氧化碳气。生成气出口8气体至少包括单氰胺。
59.反应器设置内1级旋风分离器，安装在设备设备内部。其床层高度上设置有尿素进口9，尿素作为反应的原料，反应用工艺气含有氨和二氧化碳。
60.实施例3：
61.一种高温辐射流化床裂解反应器，其结构同实施例2，区别在于热辐射管4-3为c型结构(如图4所示)，辐射加热器组4为4组，对应热辐射管4-3的根数为4根，燃烧机4-1的台数为4台。
62.实施例4：
63.一种高温辐射流化床裂解反应器，其结构同实施例2，区别在于热辐射管4-3为w型或m型结构(如图5所示)，辐射加热器组4为1组，对应热辐射管4-3的根数为1根，燃烧机4-1的台数为1台。适用于反应器直径大于2米的设备。
64.前述本实用新型基本例及其各进一步选择例可以自由组合以形成多个实施例，均为本实用新型可采用并要求保护的实施例。本实用新型方案中，各选择例，与其他任何基本例和选择例都可以进行任意组合。本领域技术人员可知有众多组合。
65.虽然本实用新型已经通过具体实施方式对其进行了详细阐述，但是，本专业普通技术人员应该明白，在此基础上所做出的未超出权利要求保护范围的任何形式和细节的变化，均属于本实用新型。