管式反应器严选荟萃

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一，管式裂解炉
林德－西拉斯裂解炉 简称LSCC炉。 是林德公司和西拉斯公司在 70年代初合作研制而成的一种炉型。炉子的基 本结构与SRT炉相似。可耐1050℃高温。炉膛中 央吊装构形特殊的反应管（图3.13），一般采 用主要成分为含镍20％、铬25％的HK-40合金钢 作为裂解反应管材料，每组反应管是由12根小 口径管（前8根组成4对平列管，后4根组成两对 平列管）以及4根中口径管（由4根管组成两对 平列管）和一根大口径管组成，管径为6～15cm， 管总长45～60m。裂解产物离开反应管后立即进 入急冷锅炉骤冷。急冷锅炉随裂解炉型而有所 不同。
图3.3 盘管式反应器
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(4)U形管式反应器
U形管式反应器的管内设有多孔挡板或搅拌装置，以 强化传热与传质过程。U形管的直径大，物料停 留时间增长，可应用于反应速率较慢的反应。例 如带多孔挡板的U形管式反应器，被应用于己内 酰胺的聚合反应。带搅拌装置的U形管式反应器 适用于非均液相物料或液固相悬浮物料，如甲苯 的连续硝化、蒽醌的连续磺化等反应。图3.4是 一种内部设有搅拌和电阻加热装置的U形管式反 应器
管式反应器
• 管式反应器的特点 • 管式反应器的分类 • 管式反应器的加热或冷却可采用各种方式 • 管式反应器的结构 • 管式反应器举例
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管式反应器的概念
管式反应器一种呈管状、长径比很大的连续操作 反应器。这种反应器可以很长，如丙烯二聚的反 应器管长以公里计。反应器的结构可以是单管， 也可以是多管并联；可以是空管，如管式裂解炉， 也可以是在管内填充颗粒状催化剂的填充管，以 进行多相催化反应，如列管式固定床反应器。通 常，反应物流处于湍流状态时，空管的长径比大 于50；填充段长与粒径之比大于100(气体)或200 （液体），物料的流动可近似地视为平推流.
(1)套管或夹套传热，如图3.1、3.2（a）、3.2（b）等所示的反应 器，均可用套管或夹套传热结构。
(2)套筒传热，如图3.2（c）、3.3所示反应器可置于套筒内进行换 热。
(3)短路电流加热，将低电压、大电流的电源直接通到管壁上，使 电能转变为热能。这种加热方法升温快、加热温度高、便于实现遥控 和自控。短路电流加热以应用于邻硝基氯苯的氨化和乙酸热裂解制乙 烯酮等管式反应器的反应上。
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管式反应器的分类
管式反应器是应用较多的一种连续操作 反应器，常用的管式反应器有以下几种 类型：
(1)水平管式反应器 图3.1给出的是进行气相或均 液相反应常用的一种管式反应器， 由无缝钢管与U形管连接而成。这种结构易于 加工制造和检修。高压反应管道的连接采用标准 槽对焊钢法兰，可承受1600-10000kPa压力。如 用透镜面钢法兰，承受压力可达10000-20000kPa。 图3.1
水平管式反应器
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(2)立管式反应器
图3.2给出几种立管式反应器。图3.2 （a）为单程式立管式反应器，图（a）单程式 3.2（b）为带中心插入管的立管式 反应器。有时也将一束立管安装在 一个加热套筒内，以节省安装面积， 如图3.2（c）所示。
（b）中心插入管式
立管式反应器被应用于液相氨化 反应、液相加氢反应、液相氧化反 应等工艺中。
裂解产物离ห้องสมุดไป่ตู้反应管后立即进入急冷锅炉
骤冷，以中止反应。管总长45～60m。管
径为6～15cm，急冷锅炉随裂解炉型而有
所不同。
对流室内设有水平放置的数组换热管
以预热原料、工艺稀释用蒸汽、急冷锅炉
进水以及过热高压蒸汽等。
图3.10
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SRT管式裂解炉结构示意图
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一，管式裂解炉
反应管材料一般采用含镍35％、铬25％的HP-40合金钢，作为 裂解反应管材料，可耐1100℃高温。反应管管径为 2～7in（1in 等于2.54cm），用离心浇铸法制成。内部经机械加工平整以减少 反应过程的结焦。
反应器预热段夹套管内通蒸汽加热进行反应，反应段和冷却段通 热水移去反应热或冷却。所以在夹套管两端开了孔，并装有连接法 兰，以便和相邻夹套管相连通。为安装方便，在整管中间部位装有 支座。
图3.7直管
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管式反应器的结构
二，弯管 弯管结构与直管基本相同（见图3.8）。弯头半径R≥5D
（1±4%）。弯管在机架上的安装方法允许其有足够的伸缩 量，故不再另加补偿器。内管总长（包括弯头弧长）也是8 米。
炉型 目前国际上应用较广的管式裂解炉有短停留时间炉、 超选择性炉、林德- 西拉斯炉、超短停留时间炉。从而实现了 0.3s以下的短停留时间。
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一，管式裂解炉
短停留时间炉 是鲁姆斯公司在60和70年代开发的炉 型（SRT），有三种:即SRT-Ⅰ、SRT-1Ⅱ 及SRT-Ⅲ型（图3.11），炉管比表面较大， 其中SRT-Ⅱ又可分为高选择性(HS)和高生 产能力 (HC)两种。SRT-Ⅰ型由等径管组 成；SRT-Ⅱ及SRT-Ⅲ则为前细后粗的变径 管，四股平行进料以强化前期加热，缩短 停留时间和后期降低烃分压，从而提高选 择性。按照生产能力的要求，每台炉可装 图3.11 三种SRT炉的反应管排列方式 16、24或32个管组，增加乙烯产率。裂解 产物离开反应管后迅速进入一种专用急冷 锅炉(USX)，由于三种反应管采用了不同 的管径及排列方式，其工艺特性差异较大 （见表）。
管式反应器的结构
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管式反应器的结构
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管式反应器举例
一，管式裂解炉
用于烃类裂解 制乙烯及其相关产 品的一种生产设备， 为目前世界上大型 石油化工厂所普遍 采用。
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管式反应器举例
图3.10 大型石油化工厂管式裂解炉
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管式反应器举例
管式裂解炉通常由对流室和辐射室两
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一，管式裂解炉
SRT 型炉是目前世界上大型乙烯装置中应用最多的炉型。中国的燕山 石油化工公司，扬子石油化工公司和齐鲁石油化工公司的 300kt乙烯生产 装置均采用此种裂解炉。
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一，管式裂解炉
超选择性裂解炉 简称USC炉。每组四根管，它是美国斯通－韦伯斯特公 司在70年代开发的一种炉型，炉子的基本结构与SRT炉大 体相同，但反应管由多组 W型变径管组成（图3.12），每 组四根管，前两根材质为HK-40，后两根为HP-40，全部离 心浇铸和内部机械加工平整，管径由小到大，一般为50～ 83mm，长为10～20m。按照生产能力的要求，每台炉可装 16、24或32个管组，裂解产物离开反应管后迅速进入一种 专用急冷锅炉(USX)，每两组反应管配备一个急冷锅炉。
部分组成。一般是两台炉子对称组合成门
字形结构，采用自然或强制排烟系统。
SRT炉是最典型的一种管式裂解炉（图
3.11）。
辐射室由耐火砖（里层）、隔热砖
(外层)砌成。新型炉也有的使用可塑耐火
水泥作为耐火材料。裂解炉管悬吊在辐射
室中央。这是管式裂解炉的核心部分，裂
解反应管的结构及尺寸随炉型而变。炉膛
的侧壁和底部安装有燃烧器以加热反应管。
图3.4 U形管式反应器
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（５）多管并联管式反应器
多管并联结构的管式 反应器一般用于气固 相反应，例如气相氯 化氢和乙炔在多管并 联装有固相催化剂的 反应器中反应制氯乙 烯，气相氮和氢混合 物在多管并联装有固 相铁催化剂的反应器 中合成氨。
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管式反应器的加热或冷却可采用各种方式
图3.6 套图管式反应器结构 7-1圆-柱直形管透；镜2-环弯；管8；-3联-络法管兰；；94--支带架接3. 教（管学抱的教箍T资形）透；镜10环-支；架5-；螺1母1；-补6-偿弹器性；螺1柱2-；机架17
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管式反应器的结构
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管式反应器的结构
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管式反应器的结构
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图3.5 圆筒式管子炉
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管式反应器的结构
它包括直管、弯管、密封环、法兰及紧固件、温度补偿器、传热 夹套及联络管和机架等几部分。 一，直管
直管的结构如图3.7所示。内管长8米，根据反应段的不同，内管 内径通常也不同，有Φ27mm和Φ34mm，夹套管用焊接形式与内管固 定。夹套管上对称地安装一对不锈钢Ω形补偿器，以消除开停车时 内外管线膨胀系数不同而附加在焊缝上的拉应力。
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图3.12 USC炉反应管
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一，管式裂解炉
USC炉的主要技术特性为:①采用多组小口径管并双面辐射加 热，炉管比表面较大。加热均匀且热强度高，从而实现了0.3s以 下的短停留时间。②采用变径管以降低过程的烃分压。短的停留 时间和低的烃分压使裂解反应具有良好的选择性。
USC炉单台炉子乙烯年生产能力可达 40kt。中国大庆石油化 工总厂以及世界上很多石油化工厂都采用它来生产乙烯及其相关 产品。
四，管件 反应器的连接必须按规定的紧固力矩进行。所以对法兰、
螺柱和螺母都有一定要求。 五，机架 反应器机架用桥梁钢焊接成整体。地脚螺栓安放在基础桩
的柱头上，安装管子支架部位装有托架。管子用抱箍与托架固定。
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管式反应器的结构
下面以套管式反应器为例介绍管式反应器具体结构。 套管式反应器由长径比很大（L/D=20～25）的细长管和密封环通过连接件的紧固串联安放在机架 上面组成（见图3.6）。
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(4)烟道气加热，利用气体或液体燃料燃烧产生.5表示一种采用烟道气加热的圆筒 式管子炉。
管式反应器可用于气相、均液相、非均液相、气液相、 气固相、固相等反应。例如：乙酸裂解制乙烯酮、乙烯高压 聚合、对苯二甲酸酯化、邻硝基氯苯氨化制邻硝基苯氨、氯 乙醇氨化制乙醇胺、椰子油加氢制脂肪醇、石蜡氧化制脂肪 酸、单体聚合以及某些固相缩合反应均已采用管式反应器进 行工业化生产。
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管式反应器与釜式反应器的差异
• 一般的说，管式反应器属于平推流反应器，釜式 反应器属于全混流反应器，管式反应器的停留时 间一般要短一些，而釜式反应器的停留时间一般 要长一些，从移走反应热来说，管式反应器要难 一些，而釜式反应器容易一些，可以在釜外设夹 套或釜内设盘管解决，有时可以考虑管式加釜的 混合反应进行，即釜式反应器底部出口物料通过 外循环进入管式反应器再返回到釜式反应器，可 以在管式反应器后设置外循环冷却器来控制温度， 反应原料从管式反应器的进口或外循环泵的进口 进入，反应完成后的物料从釜式反应器的上部溢 流出来，这样两种反应器都用了进去。
（4）管式反应器适用于大型化和连续化的化工生产。 （5）和釜式反应器相比较，其返混较小，在流速较低的情 况下，其管内流体流型接近与理想流体。 （6）管式反应器既适用于液相反应，又适用于气相反应。 用于加压反应尤为合适。
•
此外，管式反应器可实现分段温度控制。其主要缺点是，反
应速率很低时所需管道过教长学教，资工业上不易实现。
（c）夹套式
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图3.2 立管式反应器
图
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(3)盘管式反应器
将管式反应器做成盘管的形式，设备紧凑， 节省空间。但检修和清刷管道比较困难。图 3.3所示的反应器由许多水平盘管上下重叠 串联组成。每一个盘管是由许多半径不同的 半圆形管子相连接成螺旋形式，螺旋中央留 出Φ400mm的空间，便于安装和检修。
图3.8 弯管
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管式反应器的结构
三，密封环 套管式反应器的密封环为透镜环。
透镜环有两种形状。一种是圆柱形的， 另一种是带接管的T形透镜环，如图3.9. 圆柱形透镜环用反应器内管同一材质制 成。带接管的T形透镜环是安装测温、测 压元件用的。
图3.9 带接管的T形透镜环
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管式反应器的结构
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管式反应器的特点
管式反应器有以下几个特点。
（1）由于反应物的分子在反应器内停留时间相等，所以 在反应器内任何一点上的反应物浓度和化学反应速度都不随 时间而变化，只随管长变化。
（2）管式反应器具有容积小、比表面大、单位容积的传热 面积大，特别适用于热效应较大的反应。
（3）由于反应物在管式反应器中反应速度快、流速快，所 以它的生产能力高。
图3.13 LSCC炉反应管排列方式
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一，管式裂解炉
LSCC炉反应器的特点是原料入口处为小口径管双排双面辐射加 热，物料能迅速升温，缩短停留时间，后继的反应管则为单排双 面辐射，管径采取逐管增大方式以达到降低烃分压的目的。物料 在反应管中的停留时间为0.2～0.4s。短停留时间和低烃分压使裂 解反应具有较高的选择性，乙烯产率高。