本发明涉及一种丙烷脱氢用轴径向固定床反应器。
背景技术：
丙烯是一种重要的有机化工原料，广泛应用与高分子材料、医药等各个行业，具有前景广阔、市场需求大等特点。近年来，随着各行业快速发展，丙烯的需求量不断上升，不同的丙烯生产装置陆续建设与投产以提高丙烯产能来满足市场需求。相比于传统石油化工、煤化工的丙烯生产技术，丙烷脱氢工艺具有项目投资少、产品收率高等特点，已作为目前备受青睐的丙烯合成工艺。丙烷催化脱氢反应器是整个丙烷脱氢装置中的关键设备，反应器的优化设计与稳定运行决定了反应转化率、下游产品分离单元能耗及产品品质等。
目前市场占有率较高的丙烷脱氢制丙烯工艺中，其反应器类型主要循环流化床、移动床及卧式固定床等。
在丙烷脱氢工艺中，流化床型丙烷脱氢反应器是类似多台立式径向反应器串联型式，其具有设备投资高、催化剂磨损严重、丙烯收率低等缺点。卧式固定床丙烷脱氢反应器是采用多个卧式固定床反应器并联的反应操作过程，其则存在占地面积大、配管复杂、床层压降大、动设备能耗高等问题。
例如，中国专利cn201621461348.1《一种丙烷脱氢膜反应器》具有丙烯单程转化率高等优势，但膜反应器工业化应用较少且设备投资较高。中国专利cn201921147403.3《一种丙烷脱氢用湿式氧化反应器》介绍了一种卧式固定床型的丙烷脱氢反应器，其主要针对反应器的管口结构、设备吊装等方面进行了专利申请，该专利公开的丙烷脱氢反应器主要应用于丙烷氧化脱氢工艺，其在目前主流的丙烷催化脱氢工艺过程中较难应用。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种能有效增加反应气体流通面积、降低气体流速的丙烷脱氢用轴径向固定床反应器，该反应器具有反应压降小、占地面积少、催化剂损耗低、投资费用少、反应转化率高等特点。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种丙烷脱氢用轴径向固定床反应器，其特征在于：包括内筒体、外筒体及催化剂床层，所述外筒体内部中空，所述内筒体沿轴向穿设在外筒体上，所述催化剂床层设于外筒体中且套置在内筒体外周，所述催化剂床层与外筒体的内壁之间形成供气体流通的通道，所述内筒体上开有供流体穿过的通气孔，所述通道与催化剂床层、内筒体共同构成仅允许流体单向流通的流道。
作为第一种方案，所述内筒体穿过外筒体的底壁布置，所述内筒体的下端口露出于外筒体外且形成原料进气口、上端口位于外筒体内且封闭布置，所述外筒体中设置于围绕内筒体及催化剂床层的下端布置从而将外筒体内腔的上部隔离出形成通道的隔板，所述外筒体的顶壁上开有反应气出口。所述流道为沿原料进气口-内筒体-催化剂床层-通道-反应气出口自下而上、由内向外布置的气流流道。
作为第二种方案，所述内筒体穿过外筒体的顶壁布置，所述内筒体的上端口露出于外筒体外且形成原料进气口、下端口位于外筒体内且封闭布置，所述外筒体中设置于围绕内筒体及催化剂床层的上端布置从而将外筒体内腔的下部隔离出形成通道的隔板，所述外筒体的底壁上开有反应气出口。所述流道为沿原料进气口-内筒体-催化剂床层-通道-反应气出口自上而下、由内向外布置的气流流道。
作为第三种方案，所述内筒体设于外筒体中且沿轴向延伸，所述外筒体中设置有围绕内筒体及催化剂床层的下端布置从而将外筒体内腔的上部隔离出形成通道的隔板，所述内筒体的上端封闭、下端敞口，所述外筒体的顶壁上开有与通道相连通的原料进气口、底壁上开有与内筒体的下端口相连通的反应气出口；所述流道为沿原料进气口-外筒体通道-催化剂床层-内筒体-反应气出口自上而下、由外向内布置的气流流道。
作为第四种方案，所述内筒体设于外筒体中且沿轴向延伸，所述外筒体中设置有围绕内筒体及催化剂床层的上端布置从而将外筒体内腔的下部隔离出形成通道的隔板，所述内筒体的下端封闭、上端敞口，所述外筒体的底壁上开有与通道相连通的原料进气口、顶壁上开有与内筒体的上端口相连通的反应气出口；所述流道为沿原料进气口-外筒体通道-催化剂床层-内筒体-反应气出口自下而上、由外向内布置的气流流道。
作为第五种方案，所述内筒体设于外筒体中且沿轴向延伸，所述外筒体中设置有分别围绕催化剂床层的上、下端布置从而将外筒体内腔的中部隔离出形成通道的隔板，所述外筒体中部的侧壁开有与通道相连通的原料进气口，所述外筒体的顶壁和/或底壁上开有与内筒体相连通的反应气出口；所述流道为沿原料进气口-外筒体通道-催化剂床层-内筒体-反应气出口自中间向端部、由外向内布置的气流流道。
作为第六种方案，所述内筒体沿轴向穿过外筒体布置且两端口分别位于外筒体外，所述外筒体中设置有分别围绕催化剂床层的上、下端布置从而将外筒体内腔的中部隔离出形成通道的隔板，所述内筒体的上和/或下端口构成原料进气口，所述外筒体中部的侧壁开有与通道相连通的反应气出口；所述流道为沿原料进气口-内筒体-催化剂床层-外筒体通道-反应气出口自端部向中间、由内向外布置的气流流道。
在上述各方案中，所述固定床反应器的长径比为1～8；所述催化剂床层的空隙率为0.3～0.8；所述外筒体的外周壁上包覆有耐火砖层。
本发明固定床反应器的反应条件为：反应温度500～650℃，反应压力-50kpag～300kpag。
基于丙烷脱氢装置的产能大小以及反应器设备尺寸，本发明反应器的布置数量可根据需要进行。例如，60万吨/年及以下规模的丙烷脱氢装置可优选采用单台或双台轴径向固定床丙烷脱氢反应器并联的反应器布置方式；60万吨/年以上100万吨/年及以下规模的丙烷脱氢装置可优选采用单台、双台或三台轴径向固定床丙烷脱氢反应器并联的反应器布置方式；100万吨/年以上规模的丙烷脱氢装置可优选采用三台、五台轴径向固定床丙烷脱氢反应器并联的反应器布置方式。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的固定床反应器中，反应原料丙烷进料后经内筒体进料以径向流动方式通过催化剂床层，反应后气体经外筒体环隙集合后从反应器排出，催化剂在反应器中呈环形轴向布置，能有效增加反应气体流通面积、降低气体流速，且本发明的固定床反应器还具备反应压降小、占地面积少、催化剂损耗低、投资费用少、反应转化率高的优点。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图；
图2为本发明实施例1的结构示意图；
图3为本发明实施例1的结构示意图；
图4为本发明实施例1的结构示意图；
图5为本发明实施例1的结构示意图；
图6为本发明实施例1的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
如图1所示，本实施例的丙烷脱氢用轴径向固定床反应器包括内筒体2、外筒体4及催化剂床层3，外筒体4内部中空，内筒体2沿轴向穿设在外筒体4上，催化剂床层3设于外筒体4中且套置在内筒体2外周，催化剂床层3与外筒体4的内壁之间形成供气体流通的通道7，内筒体2上开有供流体穿过的通气孔，通道7与催化剂床层3、内筒体2共同构成仅允许流体单向流通的流道。
具体的，内筒体2穿过外筒体4的底壁布置，内筒体2的下端口露出于外筒体4外且形成原料进气口1、上端口位于外筒体4内且封闭布置，外筒体4中设置于围绕内筒体2及催化剂床层3的下端布置从而将外筒体4内腔的上部隔离出形成通道7的隔板8，外筒体4的顶壁上开有反应气出口5。
本实施例的流道为沿原料进气口1-内筒体2-催化剂床层3-通道7-反应气出口5自下而上、由内向外布置的气流流道。
在本实施例中，固定床反应器的长径比为1～8，优选为2～4；催化剂床层3的空隙率为0.3～0.8，优选为0.5～0.6；外筒体4的外周壁上包覆有耐火砖层6。
本实施例固定床反应器的反应条件为：反应温度500～650℃，反应压力-50kpag～300kpag。
实施例2：
如图2所示，本实施例与实施例1的区别在于：
本实施例的内筒体2穿过外筒体4的顶壁布置，内筒体2的上端口露出于外筒体4外且形成原料进气口1、下端口位于外筒体4内且封闭布置，外筒体4中设置于围绕内筒体2及催化剂床层3的上端布置从而将外筒体4内腔的下部隔离出形成通道7的隔板8，外筒体4的底壁上开有反应气出口5。
流道为沿原料进气口1-内筒体2-催化剂床层3-通道7-反应气出口5自上而下、由内向外布置的气流流道。
实施例3：
如图3所示，本实施例与实施例1的区别在于：
本实施例的内筒体2设于外筒体4中且沿轴向延伸，外筒体4中设置有围绕内筒体2及催化剂床层3的下端布置从而将外筒体4内腔的上部隔离出形成通道7的隔板8，内筒体2的上端封闭、下端敞口，外筒体4的顶壁上开有与通道7相连通的原料进气口1、底壁上开有与内筒体2的下端口相连通的反应气出口5。
流道为沿原料进气口1-外筒体4通道7-催化剂床层3-内筒体2-反应气出口5自上而下、由外向内布置的气流流道。
实施例4：
如图4所示，本实施例与实施例1的区别在于：
本实施例的内筒体2设于外筒体4中且沿轴向延伸，外筒体4中设置有围绕内筒体2及催化剂床层3的上端布置从而将外筒体4内腔的下部隔离出形成通道7的隔板8，内筒体2的下端封闭、上端敞口，外筒体4的底壁上开有与通道7相连通的原料进气口1、顶壁上开有与内筒体2的上端口相连通的反应气出口5。
流道为沿原料进气口1-外筒体4通道7-催化剂床层3-内筒体2-反应气出口5自下而上、由外向内布置的气流流道。
实施例5：
如图5所示，本实施例与实施例1的区别在于：
本实施例的内筒体2设于外筒体4中且沿轴向延伸，外筒体4中设置有分别围绕催化剂床层3的上、下端布置从而将外筒体4内腔的中部隔离出形成通道7的隔板8，外筒体4中部的侧壁开有与通道7相连通的原料进气口1，外筒体4的顶壁和底壁上开有与内筒体2相连通的反应气出口5。
流道为沿原料进气口1-外筒体4通道7-催化剂床层3-内筒体2-反应气出口5自中间向端部、由外向内布置的气流流道。
实施例6：
如图6所示，本实施例与实施例1的区别在于：
本实施例的内筒体2沿轴向穿过外筒体4布置且两端口分别位于外筒体4外，外筒体4中设置有分别围绕催化剂床层3的上、下端布置从而将外筒体4内腔的中部隔离出形成通道7的隔板8，内筒体2的上和下端口构成原料进气口1，外筒体4中部的侧壁开有与通道7相连通的反应气出口5。
流道为沿原料进气口1-内筒体2-催化剂床层3-外筒体4通道7-反应气出口5自端部向中间、由内向外布置的气流流道。
以60万吨/年规模的丙烷脱氢装置为例，采用流化床及移动床反应器，其催化剂损耗量分别为600～650吨/年以及10～15吨/年，而卧式固定床反应器及轴径向固定床反应器的催化剂几乎无损耗。但是，卧式固定床反应器占地面积大，其经典的布置占地面积达到1500～2700m2，流化床反应器的布置占地面积为800～1200m2，而本实施例提供的轴径向固定床反应器其占地面积仅为400～600m2。同时，流化床、移动床及卧式固定床反应器的床层压力降在50kpa～80kpa之间，本实施例提供的轴径向固定床反应器其床层压降仅为10～20kpa。
以60万吨/年规模的丙烷脱氢装置为例，采用单台本实施例1的固定床反应器，反应器进出物流数据表1如下所示：
表1单台下进上出式的轴径向固定床反应器进出物流数据
经计算，丙烷的转化率可达46％，其选择性大于87％。
经计算，60万吨丙烷脱氢装置单台下进上出式轴径向固定床反应器结构尺寸如表2所示：
表2反应器结构尺寸数据表
可以看出，本发明的固定床反应器可实现较高的转化率及选择性，且占地面积远远小于现有技术的反应器。
1.一种丙烷脱氢用轴径向固定床反应器，其特征在于：包括内筒体、外筒体及催化剂床层，所述外筒体内部中空，所述内筒体沿轴向穿设在外筒体上，所述催化剂床层设于外筒体中且套置在内筒体外周，所述催化剂床层与外筒体的内壁之间形成供气体流通的通道，所述内筒体上开有供流体穿过的通气孔，所述通道与催化剂床层、内筒体共同构成仅允许流体单向流通的流道。
2.根据权利要求1所述的丙烷脱氢用轴径向固定床反应器，其特征在于：所述内筒体穿过外筒体的底壁布置，所述内筒体的下端口露出于外筒体外且形成原料进气口、上端口位于外筒体内且封闭布置，所述外筒体中设置于围绕内筒体及催化剂床层的下端布置从而将外筒体内腔的上部隔离出形成通道的隔板，所述外筒体的顶壁上开有反应气出口。
3.根据权利要求2所述的丙烷脱氢用轴径向固定床反应器，其特征在于：所述流道为沿原料进气口-内筒体-催化剂床层-通道-反应气出口自下而上、由内向外布置的气流流道。
4.根据权利要求1所述的丙烷脱氢用轴径向固定床反应器，其特征在于：所述内筒体穿过外筒体的顶壁布置，所述内筒体的上端口露出于外筒体外且形成原料进气口、下端口位于外筒体内且封闭布置，所述外筒体中设置于围绕内筒体及催化剂床层的上端布置从而将外筒体内腔的下部隔离出形成通道的隔板，所述外筒体的底壁上开有反应气出口。
5.根据权利要求4所述的丙烷脱氢用轴径向固定床反应器，其特征在于：所述流道为沿原料进气口-内筒体-催化剂床层-通道-反应气出口自上而下、由内向外布置的气流流道。
6.根据权利要求1所述的丙烷脱氢用轴径向固定床反应器，其特征在于：所述内筒体设于外筒体中且沿轴向延伸，所述外筒体中设置有围绕内筒体及催化剂床层的下端布置从而将外筒体内腔的上部隔离出形成通道的隔板，所述内筒体的上端封闭、下端敞口，所述外筒体的顶壁上开有与通道相连通的原料进气口、底壁上开有与内筒体的下端口相连通的反应气出口；所述流道为沿原料进气口-外筒体通道-催化剂床层-内筒体-反应气出口自上而下、由外向内布置的气流流道。
7.根据权利要求1所述的丙烷脱氢用轴径向固定床反应器，其特征在于：所述内筒体设于外筒体中且沿轴向延伸，所述外筒体中设置有围绕内筒体及催化剂床层的上端布置从而将外筒体内腔的下部隔离出形成通道的隔板，所述内筒体的下端封闭、上端敞口，所述外筒体的底壁上开有与通道相连通的原料进气口、顶壁上开有与内筒体的上端口相连通的反应气出口；所述流道为沿原料进气口-外筒体通道-催化剂床层-内筒体-反应气出口自下而上、由外向内布置的气流流道。
8.根据权利要求1所述的丙烷脱氢用轴径向固定床反应器，其特征在于：所述内筒体设于外筒体中且沿轴向延伸，所述外筒体中设置有分别围绕催化剂床层的上、下端布置从而将外筒体内腔的中部隔离出形成通道的隔板，所述外筒体中部的侧壁开有与通道相连通的原料进气口，所述外筒体的顶壁和/或底壁上开有与内筒体相连通的反应气出口；所述流道为沿原料进气口-外筒体通道-催化剂床层-内筒体-反应气出口自中间向端部、由外向内布置的气流流道。
9.根据权利要求1所述的丙烷脱氢用轴径向固定床反应器，其特征在于：所述内筒体沿轴向穿过外筒体布置且两端口分别位于外筒体外，所述外筒体中设置有分别围绕催化剂床层的上、下端布置从而将外筒体内腔的中部隔离出形成通道的隔板，所述内筒体的上和/或下端口构成原料进气口，所述外筒体中部的侧壁开有与通道相连通的反应气出口；所述流道为沿原料进气口-内筒体-催化剂床层-外筒体通道-反应气出口自端部向中间、由内向外布置的气流流道。
10.根据权利要求1～9中任一权利要求所述的丙烷脱氢用轴径向固定床反应器，其特征在于：所述固定床反应器的长径比为1～8；所述催化剂床层的空隙率为0.3～0.8；所述外筒体的外周壁上包覆有耐火砖层。
技术总结