一种脱氢反应器低温差的供热系统的制作方法

1.本实用新型涉及化工装置领域，具体涉及一种脱氢反应器低温差的供热系统。


背景技术：

2.1,4-丁二醇(简称为bdo)脱氢制备γ-丁内酯(简称为gbl)是bdo应用的一个重要方向，gbl是一种重要的有机化工原料及精细化工中间体，其在有机合成方面主要用于生产环丙胺、α-吡咯烷酮、n-甲基吡咯烷酮、α-乙酰基-γ-丁内酯和n-乙烯基吡咯烷酮和聚乙烯基吡咯烷酮，还可以用作涂料的除去剂，在石油化工、医药、农药等领域有着广泛的应用。
3.现有技术中采用bdo脱氢制备gbl的脱氢反应，属于气-固催化反应，因此反应温度应需要一定的温度，但是当反应温度过低，bdo的转化率就会很低。由于bdo是吸热反应，所以较高的温度有利于gbl的生成，当反应温度升高，催化剂脱氢和脱水活性均会有所上升，当温度过高，就会加剧脱水副反应以及深度加氢反应的发生，增加原料的裂解与聚合，导致催化剂表面结碳，影响催化剂的转化率、选择性以及寿命。
4.现有技术中的脱氢反应装置存在以下问题：脱氢反应装置如果要维持较均匀的温度，除了需要公用导热油系统提供反应所需的热量外，还需要公用导热油系统的导热油尽量多的流经脱氢反应器，占用公用导热油系统的流量资源较大，影响其他用热设备的正常运行；脱氢反应装置的换热管口径大部为40～100mm，口径过大，使其承载的催化剂受热不均匀，热传递不及时；折流板数量大多为3～5块，折流板板间距在500mm以上，折流板数量过少，造成流速过缓，导热油温度下降快，使得导热油入口处温度过高，副反应较多，降低了催化剂选择性，导热油出口处温度较低，供热不足，影响了催化剂转化率等等。
5.因此，现有技术亟待解决。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的是为了解决背景技术中的问题，提供一种脱氢反应器低温差的供热系统。本实用新型提供的一种脱氢反应器低温差的供热系统，改进后的脱氢反应器换用内径较小的换热管，改善了传热效率，同时精心设计导热油流程，配套流量更大的导热油循环泵，使脱氢反应器工作时温差更小，传热更稳定，有利于催化剂性能的发挥，使得反应转化率、选择性更有保障。
7.本实用新型的上述技术目的，是通过以下技术方案实现的：
8.一种脱氢反应器低温差的供热系统，包括脱氢反应器、循环泵、第一管道和第二管道，所述脱氢反应器包括筒体、上管板、装填有催化剂的换热管、下管板、管程、壳程、氢醇混合气入口、导热油出口、导热油入口和反应产物出口，所述上管板设置于筒体的上端内壁，所述下管板设置于筒体的下端内壁，所述换热管设置于上管板与下管板之间，所述换热管分别与上管板的上方和下管板的下方相连通，所述氢醇混合气入口设置于筒体顶部的管程进口，所述反应产物出口设置于筒体底部的管程出口，所述导热油入口设置于筒体下端的壳程进口，所述导热油出口设置于筒体上端的壳程出口，所述导热油出口通过第一管道连
接循环泵的入口，所述循环泵的出口通过第二管道连接导热油入口，所述第二管道外接公用导热油供油系统。本实用新型中，氢气与1,4-丁二醇的混合气，简称“氢醇混合气”。
9.如上所述的一种脱氢反应器低温差的供热系统，所述脱氢反应器还包括折流板，所述折流板设置于定距杆上，所述定距杆设置于上管板或者下管板上，相邻两块所述折流板之间的距离h为200～500mm。
10.如上所述的一种脱氢反应器低温差的供热系统，所述换热管的内径与催化剂的粒径之比为(5～10):1。
11.如上所述的一种脱氢反应器低温差的供热系统，所述循环泵的循环流量与催化剂的装填体积之比为(30～80):1。
12.如上所述的一种脱氢反应器低温差的供热系统，还包括控制系统和导热油阀，所述导热油阀设置于第二管道外接公用导热油供油系统的管道上，所述导热油阀与控制系统通讯连接。
13.如上所述的一种脱氢反应器低温差的供热系统，所述筒体上设置有至少三个用于测量催化剂床层温度的热电偶安装口。
14.如上所述的一种脱氢反应器低温差的供热系统，所述管程上设置有至少两个用于测量催化剂床层上下压差的测压口。
15.如上所述的一种脱氢反应器低温差的供热系统，所述脱氢反应器还包括排气口和排净口，所述排气口设置于壳程上端的筒体上，所述排净口设置于壳程下端的筒体上。
16.如上所述的一种脱氢反应器低温差的供热系统，所述换热管焊接于上管板与下管板之间。
17.如上所述的一种脱氢反应器低温差的供热系统，所述第一管道外接公用导热油回油系统。
18.与现有技术相比，本实用新型具有以下优点和有益效果：
19.1、本实用新型提供的一种脱氢反应器低温差的供热系统，使用本实用新型的脱氢反应器，配套低温差的供热，使脱氢反应器催化剂床层温度更均匀，避免了现有技术中存在的局部过热导致的副反应增多及局部供热不足导致转化率降低的缺陷，使催化剂的转化率和选择性均有保障。
20.2、本实用新型提供的一种脱氢反应器低温差的供热系统，节省公用导热油循环系统的流量资源，仅需公用导热油系统提供必须的反应热即可，尽量少地占用公用导热油系统的导热油循环量，维护其他用热设备的正常生产。
附图说明
21.为了更清楚地说明本实用新型或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述的仅仅是本实用新型的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
22.图1为本实用新型提供的一种脱氢反应器低温差的供热系统的结构示意图；
23.图2为本实用新型提供的脱氢反应器的结构示意图；
24.图3为图2中a部的局部放大图；
25.图4为本实用新型提供的脱氢反应器的俯视结构示意图。
26.图中，1-脱氢反应器，2-循环泵，3-导热油阀，4-第一管道，5-第二管道，6-公用导热油供油系统，7-公用导热油回油系统，11-管程，12-壳程， 100-筒体，101-氢醇混合气入口，102-导热油出口，103-导热油入口，104
‑ꢀ
反应产物出口，105-排气口，106-排净口，107-测压口，108-热电偶安装口，109-上管板，110-下管板，111-折流板，112-换热管，113-定距杆。
具体实施方式
27.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
28.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或者“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
29.请参见图1-4，一种脱氢反应器低温差的供热系统，包括脱氢反应器1、循环泵2、第一管道4和第二管道5，所述脱氢反应器1包括筒体100、上管板109、装填有催化剂的换热管112、下管板110、管程11、壳程12、氢醇混合气入口101、导热油出口102、导热油入口103和反应产物出口104，所述上管板109设置于筒体100的上端内壁，所述下管板110设置于筒体100的下端内壁，所述换热管112设置于上管板109与下管板110之间，所述换热管112分别与上管板109的上方和下管板110的下方相连通，所述氢醇混合气入口101设置于筒体100顶部的管程11进口，所述反应产物出口104设置于筒体100底部的管程11出口，所述导热油入口103设置于筒体100下端的壳程12进口，所述导热油出口102设置于筒体100上端的壳程12出口，所述导热油出口102通过第一管道4连接循环泵2的入口，所述循环泵2的出口通过第二管道5连接导热油入口103，所述第二管道5外接公用导热油供油系统6。本实施例中，脱氢反应器1、第一管道4、循环泵2和第二管道5依次连接形成独立的导热油循环系统。管程11是指氢醇混合气体和反应产物气体流经换热管112及与其相贯通的部分；壳程12是指导热油流经换热管112 外的通道及与其相贯通的部分。
30.优选的，所述脱氢反应器1还包括折流板111，所述折流板111设置于定距杆113上，所述定距杆113设置于上管板109或者下管板110上，相邻两块所述折流板111之间的距离h为200～500mm，在此距离h的条件下，由于脱氢为吸热反应，及时均匀补充反应所需热量是脱氢反应器1正常工作的关键，在导热油总流量固定的情况下，此距离h的设置可以增多折流板111的数量，使得每程的导热油流速有保障，满足流过换热管112外壁的平均流速保持在1m/s左右，每程的导热油温降不超过1℃，整个脱氢反应器1的导热油入口103和导热油出口102之间的温差不超过10℃，催化剂在这样的温度条件下，反应转化率和选择性更有保障。为了实现上述目的，相邻两块所述折流板111之间的距离h根据脱氢反应器1直径的不同，可在200～500mm之间选择，优选为300～400mm。
31.优选的，所述换热管112的内径与催化剂的粒径之比为(5～10):1。所述换热管112的内径与催化剂的粒径之比优选为(6～8):1，更优选为，6.4:1。例如，本实施例中，换热管
112的内径优选为32mm，催化剂的粒径优选为5mm。在此条件下，脱氢反应器1内换热管112的催化剂生产时的总压降不超过10 kpa，更适宜热量的传递且床层气阻不至过大。
32.优选的，所述循环泵2的循环流量与催化剂的装填体积之比为(30～ 80):1。为了保障脱氢反应器1内温度均匀，导热油入口103和导热油出口102之间温差尽量小，例如当催化剂的装填量体积为5立方时，选用的循环流量为200～400立方米/小时，当催化剂的装填量体积为7.5立方时，选用的循环流量为300～600立方米/小时，当催化剂的装填量体积为15立方时，选用的循环流量为600～1200立方米/小时。本实施例优选的循环泵2的扬程为 15米，选用的循环流量为300～600立方米/小时时，装配电机不超过30kw。
33.优选的，还包括控制系统和导热油阀3，所述导热油阀3设置于第二管道 5外接公用导热油供油系统6的管道上，所述导热油阀3与控制系统通讯连接并受其控制。本实施例中，控制系统采用化工装置分布式控制系统 (distributed control system，以下简称dcs)。图4中，tic表示为“temperature indicative and control”的缩写，表示温度指示和控制。
34.优选的，所述筒体100上设置有至少三个用于测量催化剂床层温度的热电偶安装口108。优选的，本实施例中，如图4所示，热电偶安装口108为五个。脱氢反应器1内不同催化剂床层高度的反应热点温度由多只热电偶监测，优选为3～20只热电偶，一般每隔0.5～1米放置一只或一对热电偶，催化剂活化及生产时的反应热点温度变化将实时显示在dcs上。
35.优选的，所述管程11上设置有至少两个用于测量催化剂床层上下压差的测压口107。
36.优选的，所述脱氢反应器1还包括排气口105和排净口106，所述排气口 105设置于壳程12上端的筒体100上，所述排净口106设置于壳程12下端的筒体100上。
37.优选的，所述换热管112焊接于上管板109与下管板110之间。
38.优选的，所述第一管道4外接公用导热油回油系统7。
39.本实用新型的原理如下：
40.经加热和过热完全无液滴的bdo与氢气混合气进入管程11，首先，进入脱氢反应器1顶部的氢醇混合气入口101，然后，bdo与氢气混合气流过换热管112内的催化剂床层时，催化反应转化为gbl和氢气及极少量的副产品。脱氢反应器1的壳程12充满导热油，反应热通过循环泵2驱动导热油循环提供，脱氢反应器1内循环的导热油热量由控制系统控制的公用导热油循环系统补入适量的热导热油提供，控制系统同时自动维持脱氢反应器1温度在控制的范围内。
41.使用时，脱氢反应器1开车升温过程中，打开导热油阀3，启动循环泵2，通过控制系统控制公用导热油循环系统的热导热油进入脱氢反应器1的壳程 12中，脱氢反应器1因此升温。导热油循环系统多出的导热油自然流回公用导热油回油系统7继续加热循环。
42.催化剂活化及投料反应开始后，控制系统会控制导热油阀3，自动依据反应所需温度要求将适量的热导热油补充到导热油循环系统内，导热油循环系统内多出的导热油自然从脱氢反应器1流回公用导热油回油系统7。
43.本实施例中，循环泵2提供较大的导热油循环流量，例如循环泵2的导热油循环流量至少为200立方米/小时，循环流量越大，脱氢反应器1内的温度才越均匀，导热油入口103和导热油出口102之间温差才越小，同时，由于公用导热油供油系统6不是仅为脱氢反应器1
供热的系统，还需要给其他设备提供热源。在本实施例中，公用导热油供油系统6只提供反应所需的反应热即可，无需额外消耗公用导热油循环系统的循环量，维护了其他用热设备的正常生产。
44.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。