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1、(10)申请公布号 CN 103357355 A (43)申请公布日 2013.10.23 CN 103357355 A *CN103357355A* (21)申请号 201310339691.3 (22)申请日 2013.08.06 B01J 8/02(2006.01) (71)申请人 北京华福工程有限公司 地址 100013 北京市东城区北三环东路 36 号北京环球贸易中心 C 座 6 层 (72)发明人 王志远 赵正绪 刘延斌 彭良华 兰玉顺 张欢迎 李会 (74)专利代理机构 北京凯特来知识产权代理有 限公司 11260 代理人 郑立明 赵镇勇 (54) 发明名称 一种高温反应器及应用。
2、该高温反应器的化工 系统 (57) 摘要 本发明公开了一种高温反应器及应用该高温 反应器的化工系统， 包括 ： 内筒 （2） 设于外壳 （1） 的内部， 并且内筒 （2） 的外壁与外壳 （1） 的内壁之 间设有间隙气流通道 （3） ； 内筒 （2） 的内部由上至 下设有催化剂床层 （5） 和换热管 （6） ； 外壳进气口 （11） 通过间隙气流通道 （3） 与内筒进气口 （21） 连 通 ； 外壳出气口 （12） 与内筒出气口 （22） 连通。本 发明通过将用于强放热反应的部件和用于冷却的 部件都集成到内筒 2 中， 不仅缩小了高温反应器 的体积， 减少了设备用材， 降低了系统阻力降， 实 现。
3、了节能， 而且能够使高温反应器所排出物质的 温度大幅下降， 从而为后续流程中生产设备的选 型和加工制造创造了有利条件。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 8 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书8页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103357355 A CN 103357355 A *CN103357355A* 1/2 页 2 1. 一种高温反应器， 其特征在于， 包括 ： 外壳 （1） 和内筒 （2） ； 内筒 （2） 设于外壳 （1） 的内部， 并且内筒 （2） 的外壁与外壳 （1） 的内壁之间设有间隙。
4、气 流通道 （3） ； 内筒 （2） 的内部由上至下设有催化剂床层 （5） 和换热管 （6） ； 内筒 （2） 上设有与内筒 （2） 的内部连通的内筒进气口 （21） 和内筒出气口 （22） ； 内筒进气口 （21） 的所在高度高于催化 剂床层 （5） 的底部的所在高度 ； 内筒出气口 （22） 的所在高度低于换热管 （6） 的底部的所在 高度 ； 外壳 （1） 的底部设有外壳进气口 （11） 和外壳出气口 （12） ； 外壳进气口 （11） 通过间隙 气流通道 （3） 与内筒进气口 （21） 连通 ； 外壳出气口 （12） 与内筒出气口 （22） 连通 ； 原料气体依次流经外壳进气口 （11。
5、） 、 间隙气流通道 （3） 和内筒进气口 （21） 后进入内筒 （2） 的内部， 并在催化剂床层 （5） 的催化作用下生成反应后的产品气 ； 反应后的产品气流经 换热管 （6） 进行热量交换， 并依次穿过内筒出气口 （22） 和外壳出气口 （12） 后排出。 2. 根据权利要求 1 所述的高温反应器， 其特征在于， 内筒 （2） 的内部设有封头 （4） ； 该 封头 （4） 将内筒 （2） 的内部分隔为内筒上部腔体 （23） 和内筒下部腔体 （24） ， 并且该封头 （4） 上设有将内筒上部腔体 （23） 和内筒下部腔体 （24） 连通的气体连通管 （41） ； 催化剂床层 （5） 设于内筒。
6、上部腔体 （23） 中 ； 换热管 （6） 设于内筒下部腔体 （24） 中。 3. 根据权利要求 2 所述的高温反应器， 其特征在于， 外壳 （1） 的侧壁上设有换热管进水 口 （61） ； 该换热管进水口 （61） 依次穿过外壳 （1） 和内筒 （2） ， 并与设于内筒下部腔体 （24） 中的换热管 （6） 连通 ； 外壳 （1） 的顶部设有换热管出水口 （62） ； 所述的封头 （4） 为水夹套结构 ； 设于内筒下部 腔体 （24） 中的换热管 （6） 与封头 （4） 连通， 并且通过封头 （4） 与换热管出水口 （62） 连通。 4. 根据权利要求 3 所述的高温反应器， 其特征在于， 。
7、外壳 （1） 的内部设有支撑件 （13） ； 内筒 （2） 通过支撑件 （13） 设置于外壳 （1） 的内部。 5. 根据权利要求 3 所述的高温反应器， 其特征在于， 还包括 ： 测温装置 （7） ； 该测温装置 （7） 由外壳 （1） 的顶部伸入到内筒 （2） 的内部， 以测量该高温反应器的反应温度。 6. 根据权利要求 1 至 5 中任一项所述的高温反应器， 其特征在于， 所述的内筒进气口 （21） 包括多个进气孔 ； 这些进气孔分布在内筒 （2） 的顶部， 和 / 或， 与内筒上部腔体 （23） 相 对应的内筒 （2） 的侧壁上。 7. 根据权利要求 6 所述的高温反应器， 其特征在于。
8、， 所述的气体连通管 （41） 上设有多 个通气孔 ； 这些通气孔分布在气体连通管 （41） 的两端及侧壁上， 并且至少一个通气孔位于 内筒上部腔体 （23） 、 至少一个通气孔位于内筒下部腔体 （24） ； 该气体连通管 （41） 的顶部所在高度高于催化剂床层 （5） 的底部所在高度， 并且低于催 化剂床层 （5） 的顶部所在高度 ； 该气体连通管 （41） 的顶部与催化剂床层 （5） 的顶部之间至 少存在 10mm 的高度差 ； 该气体连通管 （41） 的底部所在高度高于换热管 （6） 的顶部所在高度。 8. 根据权利要求 1 至 5 中任一项所述的高温反应器， 其特征在于， 还包括 ： 。
9、加热体 （8） ； 该加热体 （8） 由外壳 （1） 的顶部伸入到设于内筒 （2） 内部的加热区 （9） ； 该加热区 （9） 位于 催化剂床层 （5） 的上方 ； 所述的内筒进气口 （21） 设于内筒 （2） 的顶部。 权 利 要 求 书 CN 103357355 A 2 2/2 页 3 9. 根据权利要求 8 所述的高温反应器， 其特征在于， 所述的气体连通管 （41） 上设有至 少两个通气孔， 并且至少一个通气孔位于内筒上部腔体 （23） 、 至少一个通气孔位于内筒下 部腔体 （24） ； 该气体连通管 （41） 的顶部伸入到催化剂床层 （5） 的长度至多为 300mm ； 该气体连通管。
10、 （41） 的底部所在高度高于换热管 （6） 的顶部所在高度。 10. 一种化工系统， 其特征在于， 包括 ： 上述权利要求 1 至 9 中任一项所述的高温反应 器 （A） 、 汽包 （B） 和循环泵 （C） ； 所述的高温反应器 （A） 包括外壳进气口 （11） 、 外壳出气口 （12） 、 换热管进水口 （61） 和 换热管出水口 （62） ； 原料气 （101） 通过外壳进气口 （11） 流入该高温反应器 （A） ， 反应后的产 品气 （102） 通过外壳出气口 （12） 由该高温反应器 （A） 流出 ； 该高温反应器 （A） 的换热管进水口 （61） 分别与循环泵 （C） 的出水口和汽。
11、包 （B） 的出水 口连通 ； 该高温反应器 （A） 的换热管出水口 （62） 与汽包 （B） 的进水口连通 ； 循环泵 （C） 的进 水口与汽包 （B） 的出水口连通 ； 换热管进水口 （61） 与汽包 （B） 的出水口之间设有补水用入水口， 和 / 或， 循环泵 （C） 的 进水口与汽包 （B） 的出水口之间设有补水用入水口。 权 利 要 求 书 CN 103357355 A 3 1/8 页 4 一种高温反应器及应用该高温反应器的化工系统 技术领域 0001 本发明涉及化工技术领域， 尤其涉及一种高温反应器及应用该高温反应器的化工 系统。 背景技术 0002 在化工领域中， 很多化学反应是。
12、需要在高温环境下进行的强放热反应 （强放热反 应通常是指焓值大于 200kJ/mol 的反应） ， 例如 ： 甲烷化反应。由于这些强放热反应通常具 有反应剧烈、 放热量大、 反应温度高等特点， 因此现有技术中这些强放热反应大多在具有耐 火衬里的高温反应器中进行。但是， 现有技术中的高温反应器至少存在如下缺点 ： 0003 （1） 为了避免强放热反应损伤高温反应器， 现有高温反应器的耐火衬里通常具有 相当大的厚度， 这就使得现有高温反应器的整体体积很大， 不利于安装、 拆卸。 0004 （2） 在经受设备震动和 / 或温度剧烈变动后， 现有高温反应器的耐火衬里容易出 现龟裂、 脱落等损伤 ； 一。
13、旦耐火衬里出现损伤， 强放热反应将会直接损坏高温反应器的外 壳， 进而可能引发安全事故。 0005 （3） 由于高温反应器在进行强放热反应时的温度过高， 因此配合高温反应器使用 的后续加工流程中的生产设备 （例如 ： 高温反应器的出口管道、 用于回收热量的废热锅炉 等） 也需要具有相当强的耐高温性能， 这就给后续加工流程中生产设备的选型和加工制造 带来很多困难， 同时也增加了投资和运行成本。 发明内容 0006 为了解决上述现有技术中的问题， 本发明提供了一种高温反应器及应用该高温反 应器的化工系统， 不仅缩小了高温反应器的体积， 而且能够使高温反应器所排出物质的温 度大幅下降， 从而为后续流。
14、程中生产设备的选型和加工制造创造了有利条件。 0007 本发明的目的是通过以下技术方案实现的 ： 0008 一种高温反应器， 包括 ： 外壳 1 和内筒 2 ； 内筒 2 设于外壳 1 的内部， 并且内筒 2 的 外壁与外壳 1 的内壁之间设有间隙气流通道 3 ； 0009 内筒 2 的内部由上至下设有催化剂床层 5 和换热管 6 ； 内筒 2 上设有与内筒 2 的 内部连通的内筒进气口 21 和内筒出气口 22 ； 内筒进气口 21 的所在高度高于催化剂床层 5 的底部的所在高度 ； 内筒出气口 22 的所在高度低于换热管 6 的底部的所在高度 ； 0010 外壳 1 的底部设有外壳进气口 。
15、11 和外壳出气口 12 ； 外壳进气口 11 通过间隙气流 通道 3 与内筒进气口 21 连通 ； 外壳出气口 12 与内筒出气口 22 连通 ； 0011 原料气体依次流经外壳进气口 11、 间隙气流通道 3 和内筒进气口 21 后进入内筒 2 的内部， 并在催化剂床层 5 的催化作用下生成反应后的产品气 ； 反应后的产品气流经换热 管 6 进行热量交换， 并依次穿过内筒出气口 22 和外壳出气口 12 后排出。 0012 优选地， 内筒 2 的内部设有封头 4 ； 该封头 4 将内筒 2 的内部分隔为内筒上部腔体 23 和内筒下部腔体 24， 并且该封头 4 上设有将内筒上部腔体 23 。
16、和内筒下部腔体 24 连通的 说 明 书 CN 103357355 A 4 2/8 页 5 气体连通管 41 ； 0013 催化剂床层 5 设于内筒上部腔体 23 中 ； 换热管 6 设于内筒下部腔体 24 中。 0014 优选地， 外壳 1 的侧壁上设有换热管进水口 61 ； 该换热管进水口 61 依次穿过外壳 1 和内筒 2， 并与设于内筒下部腔体 24 中的换热管 6 连通 ； 0015 外壳 1 的顶部设有换热管出水口 62 ； 所述的封头 4 为水夹套结构 ； 设于内筒下部 腔体 24 中的换热管 6 与封头 4 连通， 并且通过封头 4 与换热管出水口 62 连通。 0016 优选。
17、地， 外壳1的内部设有支撑件13 ； 内筒2通过支撑件13设置于外壳1的内部。 0017 优选地， 还包括 ： 测温装置 7 ； 该测温装置 7 由外壳 1 的顶部伸入到内筒 2 的内部， 以测量该高温反应器的反应温度。 0018 优选地， 所述的内筒进气口21包括多个进气孔 ； 这些进气孔分布在内筒2的顶部， 和 / 或， 与内筒上部腔体 23 相对应的内筒 2 的侧壁上。 0019 优选地， 所述的气体连通管 41 上设有多个通气孔 ； 这些通气孔分布在气体连通管 41 的两端及侧壁上， 并且至少一个通气孔位于内筒上部腔体 23、 至少一个通气孔位于内筒 下部腔体 24 ； 0020 该气。
18、体连通管41的顶部所在高度高于催化剂床层5的底部所在高度， 并且低于催 化剂床层5的顶部所在高度 ； 该气体连通管41的顶部与催化剂床层5的顶部之间至少存在 10mm 的高度差 ； 0021 该气体连通管 41 的底部所在高度高于换热管 6 的顶部所在高度。 0022 优选地， 还包括 ： 加热体 8 ； 该加热体 8 由外壳 1 的顶部伸入到设于内筒 2 内部的 加热区 9 ； 该加热区 9 位于催化剂床层 5 的上方 ； 0023 所述的内筒进气口 21 设于内筒 2 的顶部。 0024 优选地， 所述的气体连通管 41 上设有至少两个通气孔， 并且至少一个通气孔位于 内筒上部腔体 23、。
19、 至少一个通气孔位于内筒下部腔体 24 ； 0025 该气体连通管 41 的顶部伸入到催化剂床层 5 的长度至多为 300mm ； 0026 该气体连通管 41 的底部所在高度高于换热管 6 的顶部所在高度。 0027 一种化工系统， 包括 ： 上述技术方案中所述的高温反应器 A、 汽包 B 和循环泵 C ； 0028 所述的高温反应器 A 包括外壳进气口 11、 外壳出气口 12、 换热管进水口 61 和换热 管出水口 62 ； 原料气 101 通过外壳进气口 11 流入该高温反应器 A， 反应后的产品气 102 通 过外壳出气口 12 由该高温反应器 A 流出 ； 0029 该高温反应器 。
20、A 的换热管进水口 61 分别与循环泵 C 的出水口和汽包 B 的出水口 连通 ； 该高温反应器 A 的换热管出水口 62 与汽包 B 的进水口连通 ； 循环泵 C 的进水口与汽 包 B 的出水口连通 ； 0030 换热管进水口 61 与汽包 B 的出水口之间设有补水用入水口， 和 / 或， 循环泵 C 的 进水口与汽包 B 的出水口之间设有补水用入水口。 0031 由上述本发明提供的技术方案可以看出， 本发明实施例所提供的高温反应器将催 化剂床层 5 和换热管 6 均设置在了内筒 2 的内部， 并且未使用法兰、 垫片、 紧固件等部件， 还 能够使内筒进气口21和内筒出气口22的温度均在100。
21、300之间， 因此该高温反应器能 够缩小高温反应器的体积， 而且能够使高温反应器所排出物质的温度大幅下降， 从而为后 续加工流程中生产设备的产品选型和加工制造创造了有利条件。同时， 该高温反应器通过 说 明 书 CN 103357355 A 5 3/8 页 6 气冷来降低内筒 2 的外壁的温度， 使外壳 1 不受高温， 因此外壳 1 无需使用耐火材料， 节约 了成本。 附图说明 0032 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案， 下面将对实施例描述中所需要使用 的附图作简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例， 对于本 领域的普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的。
22、前提下， 还可以根据这些附图获得其他 附图。 0033 图 1 为本发明实施例提供的高温反应器的结构示意图一 ； 0034 图 2 为本发明实施例提供的高温反应器的结构示意图二 ； 0035 图 3 为本发明实施例提供的应用该高温反应器的化工系统的结构示意图。 具体实施方式 0036 下面结合本发明实施例中的附图， 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完整 地描述， 显然， 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。基于本 发明的实施例， 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， 都属于本发明的保护范围。 0037 首先需要说明的是， 本申请。
23、文件中所述的 “上” 、“下” 、“顶” 、“底” 等表示方位的词 语， 仅是为了清楚描述出本发明实施例的各部件之间的相对位置关系， 是基于本发明实施 例在采用附图 1 和附图 2 中所示的放置方位时的一种表述形式， 并不是本发明所有实施例 的绝对位置关系， 因此这并不构成对本发明的限制， 本领域普通技术人员可以理解的， 当本 发明实施例的放置方位发生改变时， 相应的绝对位置关系也将发生变化， 但这仍属于本发 明的保护范围。本申请文件中所述的术语 “和 / 或” 是指包含一个或多个相关联的列出项目 的任何或所有可能组合。本发明所提供的高温反应器主要用于气体之间进行强放热反应， 例如 ： 可以用。
24、于温度高达 750的甲烷化反应。 0038 下面对本发明实施例所提供的高温反应器进行详细描述。 0039 如图 1 和图 2 所示， 一种高温反应器， 其具体结构可以包括 ： 外壳 1 和内筒 2 ； 内筒 2 设于外壳 1 的内部， 并且内筒 2 的外壁与外壳 1 的内壁之间设有间隙气流通道 3 ； 0040 内筒 2 的内部由上至下设有催化剂床层 5 和换热管 6 ； 内筒 2 上设有与内筒 2 的 内部连通的内筒进气口 21 和内筒出气口 22 ； 内筒进气口 21 的所在高度高于催化剂床层 5 的底部的所在高度 ； 内筒出气口 22 的所在高度低于换热管 6 的底部的所在高度 ； 00。
25、41 外壳 1 的底部设有外壳进气口 11 和外壳出气口 12 ； 外壳进气口 11 通过间隙气流 通道 3 与内筒进气口 21 连通 ； 外壳出气口 12 与内筒出气口 22 连通。 0042 具体地， 该高温反应器的具体工作原理如下 ： 0043 （1） 气体运行原理 ： 原料气体 （原料气体是一种混合气体， 其中至少包含了进行同 一个强放热反应所需要的所有气体， 例如 ： 在甲烷化反应中， 该原料气体中可以至少包含氢 气和一氧化碳， 或者， 该原料气体中可以至少包含氢气和二氧化碳） 由外壳进气口 11 进入 到外壳 1 的内部 ； 由于外壳进气口 11 是与间隙气流通道 3 的下部连通的。
26、， 因此进入外壳 1 的内部的原料气体只能通过间隙气流通道 3 向上流动 ； 当原料气体流动到与间隙气流通道 说 明 书 CN 103357355 A 6 4/8 页 7 3 的上部连通的内筒进气口 21 时， 原料气体会通过内筒进气口 21 流入到内筒 2 的内部 ； 由 于内筒进气口21的所在高度高于催化剂床层5的底部的所在高度， 因此原料气体流入内筒 2 的内部后， 会与催化剂床层 5 相接触， 并且会在催化剂床层 5 的催化作用下发生强放热反 应， 从而生成温度很高的反应后的产品气 ； 反应后的产品气在内筒 2 的内部会逐渐向下流 动， 并流经换热管 6 的外部， 由于换热管 6 内部。
27、是温度低的冷却水， 因此当反应后的产品气 流经换热管6时， 反应后的产品气会与换热管6内部的冷却水发生热量交换， 从而使反应后 的产品气得以大幅降温 ； 反应后的产品气在降温后会依次穿过内筒出气口 22 和外壳出气 口 12， 并排出到该高温反应器的外部， 即完成了气体在该高温反应器内的整个运行过程。 0044 （2） 水冷原理 ： 换热管 6 的内部设有温度低的冷却水， 当反应后的产品气流经换热 管 6 的外部时， 冷却水会与反应后的产品气进行热量交换， 从而可以升高冷却水的温度 （或 使少部分冷却水发生汽化） ， 并且降低反应后的产品气的温度 （即水冷） ； 为了保持对反应后 的产品气具有。
28、良好的冷却效果， 可以向换热管 6 的内部补入新的温度低的冷却水， 并且可 以将升温后的冷却水从换热管 6 的内部排出 ； 在实际应用中， 当使用本发明所提供的高温 反应器进行强放热反应时， 冷却水的排出和更换过程可以实时进行， 从而可以保证该换热 管 6 对反应后的产品气具有良好的冷却效果， 能够使反应后的产品气的温度大幅下降， 为 后续流程中生产设备的选型和加工制造创造了有利条件。 0045 （3） 气冷原理 ： 由于原料气体发生强放热反应的部位是位于内筒 2 内部的催化剂 床层5， 因此从催化剂床层5开始向下的内筒2， 其内部的温度均高于内筒2的外部 ； 又由于 内筒 2 的外部是间隙气。
29、流通道 3， 而间隙气流通道 3 内流动的是刚进入外壳 1 内部的温度 较低的原料气体， 因此这部分原料气体可以与内筒 2 进行热量交换， 从而使这部分原料气 体的温度升高， 并且使内筒 2 的外壁的温度下降 （即气冷） ； 使这部分原料气体的温度升高， 可以在原料气体遇到催化剂床层 5 时使催化剂床层 5 中的催化剂达到起活温度， 以保证强 放热反应的正常进行 ； 使内筒2的外壁的温度下降， 不仅可以降低内筒2在选材时的耐温要 求， 而且可以延长内筒 2 的使用寿命， 同时还可以使外壳 1 不受高温， 因此使外壳 1 无需使 用耐火材料， 节约了成本。 0046 其中， 该高温反应器中各部件。
30、的具体实现方案可以包括 ： 0047 （2） 内筒 2 的内部设有封头 4 ； 该封头 4 将内筒 2 的内部分隔为内筒上部腔体 23 和内筒下部腔体 24， 催化剂床层 5 设于内筒上部腔体 23 中， 换热管 6 设于内筒下部腔体 24 中 ； 该封头4可以对内筒上部腔体23中的催化剂床层5起到支撑作用 ； 在实际应用中， 该封 头 4 最好采用水夹套结构， 即封头 4 的内部可以流动冷却水 （例如 ： 可以采用与换热管 6 连 通的方式实现） ， 从而可以使封头 4 避免受到强放热反应的高温影响。该封头 4 上可以设有 将内筒上部腔体23和内筒下部腔体24连通的气体连通管41， 以使内筒。
31、上部腔体23中反应 后的产品气能够通过气体连通管 41 流入到内筒下部腔体 24 中。 0048 （3） 外壳 1 的侧壁上可以设有换热管进水口 61 ； 该换热管进水口 61 可以依次穿过 外壳 1 和内筒 2， 并与设于内筒下部腔体 24 中的换热管 6 连通 ； 外壳 1 的顶部可以设有换 热管出水口 62 ； 设于内筒下部腔体 24 中的换热管 6 可以与封头 4 连通， 并且通过封头 4 与 换热管出水口62连通。 温度低的冷却水可以从换热管进水口61流入换热管6， 而温度升高 后 （或部分汽化后） 的冷却水可以通过换热管出水口 62 排出 ； 为了实现冷却水的自然循环， 并且使传热。
32、推动力最大化， 该高温反应器中流经换热管 6 的冷却水最好采用由下而上的全 说 明 书 CN 103357355 A 7 5/8 页 8 逆流方式。 0049 （4） 外壳 1 的内部设有支撑件 13 ； 内筒 2 通过支撑件 13 设置于外壳 1 的内部。 0050 （5） 该高温反应器还可以包括 ： 测温装置 7 ； 该测温装置 7 由外壳 1 的顶部伸入到 内筒 2 的内部， 以测量该高温反应器的反应温度。 0051 可见， 该高温反应器至少具备以下优点 ： 0052 （1） 该高温反应器将催化剂床层 5 和换热管 6 均设置在了内筒 2 的内部， 并且未使 用法兰、 垫片、 紧固件等部。
33、件， 因此不仅使内筒 2 只受高温， 而且缩小了高温反应器的体积 ； 同时， 该高温反应器通过气冷来降低内筒 2 的外壁的温度， 使外壳 1 不受高温， 因此外壳 1 无需使用耐火材料， 节约了成本。 0053 （2） 该高温反应器将催化剂床层 5 和换热管 6 均设置在了内筒 2 的内部， 从而使内 筒进气口21和内筒出气口22的温度均在100300之间， 因此该高温反应器能够使高温 反应器所排出物质的温度大幅下降， 从而为后续流程中生产设备的选型和加工制造创造了 有利条件。 0054 （3） 该高温反应器通过在管管相连的换热管 6 中流动冷却水， 实现了对反应后的 产品气的自然冷却， 使反。
34、应后的产品气在热量交换前后的温差可达 500； 该换热管 6 采用 了管管相连的连接方式， 从而使换热管自然膨胀， 消除了热应力。 0055 可见， 本发明实施例将用于强放热反应的部件和用于冷却的部件都集成到了内筒 2 的内部， 不仅缩小了高温反应器的体积， 而且能够使高温反应器所排出物质的温度大幅下 降， 从而为后续流程中生产设备的选型和加工制造创造了有利条件。 0056 为使本发明的发明目的、 技术方案和有益效果更加清楚， 下面通过实例， 并结合相 应附图， 对本发明实施例作进一步详细描述。 0057 实施例一 0058 如图 2 所示， 一种高温反应器， 与上述技术方案相比， 该实施例一。
35、更为具体地采用 了如下技术方案 ： 0059 （1） 所述的内筒进气口 21 包括多个进气孔 ； 这些进气孔分布在内筒 2 的顶部， 和 / 或， 与内筒上部腔体 23 相对应的内筒 2 的侧壁上 ； 在实际应用中， 内筒 2 的顶部和与内筒 上部腔体23相对应的内筒2的侧壁上最好均设有进气孔， 从而使原料气体能够从轴向和径 向的多个部位进入到内筒 2 的内部， 并均能与催化剂床层 5 相接触。 0060 （2） 所述的气体连通管41上设有多个通气孔 ； 这些通气孔分布在气体连通管41的 两端及侧壁上， 并且至少一个通气孔位于内筒上部腔体 23、 至少一个通气孔位于内筒下部 腔体 24 ； 在。
36、实际应用中， 该气体连通管 41 最好为一根， 并且设于封头 4 的中心部位， 气体连 通管 41 的两端及侧壁上均分布多个通气孔， 从而使反应后的产品气能够均匀地进入到气 体连通管 41。 0061 该气体连通管41的顶部所在高度高于催化剂床层5的底部所在高度， 并且低于催 化剂床层5的顶部所在高度 ； 该气体连通管41的顶部与催化剂床层5的顶部之间至少存在 10mm 的高度差， 这不仅能够避免原料气未经反应就直接进入到气体连通管 41 内， 而且能够 使反应后的产品气均匀地进入到气体连通管 41 中， 因而降低了该高温反应器的阻力降， 易 于大型化使用。该气体连通管 41 的底部所在高度可。
37、以低于换热管 6 的顶部所在高度， 但最 好是高于换热管 6 的顶部所在高度， 在实际应用中， 该气体连通管 41 的底部伸入到内筒下 说 明 书 CN 103357355 A 8 6/8 页 9 部腔体24的长度最好尽量短， 从而可以保证反应后的产品气能够与换热管6充分进行热量 交换。 0062 具体地， 若采用本实施例中的高温反应器进行甲烷化反应， 则其具体的流程如 下 ： 0063 将 150 200、 1 10MPa 的原料气体 （该原料气体为至少包含氢气和二氧化碳 的混合气体， 或者， 至少包含氢气和一氧化碳的混合气体） 从外壳进气口 11 输入到外壳 1 的 内部 ； 该原料气体由。
38、间隙气流通道 3 向上流动， 并通过与内筒 2 的外壁进行热量交换， 从而 使该原料气体升温1050； 当原料气体流动到设于内筒2侧壁或者内筒2顶部的进气孔 时， 原料气体会通过进气孔从轴向和径向的多个位置进入到内筒2的内部 ； 进入内筒2的内 部的原料气体会与催化剂床层5相接触， 并在催化剂床层5的催化作用下发生强放热反应， 生成反应后的产品气 （即甲烷） ， 该强放热反应的反应温度可高达 750； 反应后的产品气均 匀地进入到气体连通管41， 并由气体连通管41进入到内筒下部腔体24 ； 进入内筒下部腔体 24 的反应后的产品气会流经换热管 6 的外部， 并与换热管 6 进行热量交换 ； 。
39、与换热管 6 进 行热量交换后， 反应后的产品气的温度降温至180300， 然后依次穿过内筒出气口22和 外壳出气口 12， 并排出到该高温反应器的外部， 即完成了整个甲烷化反应的运行过程。 0064 需要说明的是， 由于本发明实施例中的高温反应器并不包含加热装置， 因此催化 剂床层 5 中所放置的催化剂需要事先采用现有技术进行预还原处理。 0065 可见， 本发明实施例不仅缩小了高温反应器的体积， 而且能够使高温反应器所排 出物质的温度大幅下降， 从而为后续流程中生产设备的选型和加工制造创造了有利条件。 0066 实施例二 0067 如图 1 所示， 一种高温反应器， 与实施例一相比， 该实。
40、施例二更为具体地采用了如 下不同的技术方案 ： 0068 （1） 内筒进气口 21 设于内筒 2 的顶部 ； 在实际应用中， 该内筒 2 的顶部最好整体 上就是一个大的内筒进气口 21， 从而可以在该高温反应器上设置加热体， 并使加热体伸入 到内筒进气口 21 内， 以提升进入催化剂床层 5 的气体的温度， 从而为催化剂床层 5 的升温 和还原创造了有利条件。 0069 （2） 所述的气体连通管 41 上设有至少两个通气孔， 并且至少一个通气孔位于内筒 上部腔体 23、 至少一个通气孔位于内筒下部腔体 24 ； 在实际应用中， 该气体连通管 41 最好 为四根， 并且均布在封头4上， 每根气体。
41、连通管41最好只有两个通气孔， 并且分别设于气体 连通管 41 的两端， 这可以使反应后的产品气均匀地进入到气体连通管 41。 0070 该气体连通管 41 的顶部伸入到催化剂床层 5 的长度至多为 300mm ； 在实际应用 中， 该气体连通管41处于内筒上部腔体23的长度应该尽量短， 这使得原料气体需要穿过整 个催化剂床层 5 才能进入到气体连通管 41 中， 因而使原料气体的反应能够更加充分。该气 体连通管 41 的底部所在高度可以低于换热管 6 的顶部所在高度， 但最好是高于换热管 6 的 顶部所在高度， 在实际应用中， 该气体连通管41的底部伸入到内筒下部腔体24的长度最好 尽量短，。
42、 从而可以保证反应后的产品气能够与换热管 6 充分进行热量交换。 0071 （3） 该高温反应器还可以包括 ： 加热体 8 ； 该加热体 8 由外壳 1 的顶部伸入到设于 内筒 2 内部的加热区 9 ； 该加热区 9 位于催化剂床层 5 的上方 ； 在实际应用中， 如果内筒 2 的顶部整体上是一个大的内筒进气口 21， 那么加热体 8 最好伸入到内筒进气口 21 以下， 以 说 明 书 CN 103357355 A 9 7/8 页 10 对进入内筒2的原料气体进行加热， 进而提升原料气体进入催化剂床层5时的温度， 从而为 催化剂床层 5 的升温和还原创造了有利条件。 0072 具体地， 若采用。
43、本实施例中的高温反应器进行甲烷化反应， 则其具体的流程如 下 ： 0073 将 150 200、 1 10MPa 的原料气体 （该原料气体为至少包含氢气和二氧化碳 的混合气体， 或者， 至少包含氢气和一氧化碳的混合气体） 从外壳进气口 11 输入到外壳 1 的 内部 ； 该原料气体由间隙气流通道 3 向上流动， 并通过与内筒 2 的外壁进行热量交换， 从而 使该原料气体升温 10 50 ； 当原料气体流动到设于内筒 2 顶部的内筒进气口 21 时， 原 料气体会通过内筒进气口21从径向进入到内筒2的内部 ； 进入内筒2的内部的原料气体会 与催化剂床层 5 相接触， 并在催化剂床层 5 的催化作。
44、用下发生强放热反应， 生成产品气 （即 甲烷） ； 刚刚生成的反应后的产品气的温度可高达 750 ； 该高温的反应后的产品气从径向 进入到气体连通管 41， 并由气体连通管 41 进入到内筒下部腔体 24 ； 进入内筒下部腔体 24 的反应后的产品气会流经换热管6的外部， 并与换热管6进行热量交换 ； 与换热管6进行热 量交换后， 反应后的产品气的温度降温至180300， 然后依次穿过内筒出气口22和外壳 出气口 12， 并排出到该高温反应器的外部， 即完成了整个甲烷化反应的运行过程。 0074 需要说明的是， 由于本发明实施例中的高温反应器能够进行加热， 因此催化剂床 层 5 中所放置的催化。
45、剂可以是未经过预还原处理的， 也可以是经过预还原处理的， 同时， 进 入催化剂床层 5 的气体温度可通过加热体 8 的加热达到 600。 0075 可见， 本发明实施例不仅缩小了高温反应器的体积， 而且能够使高温反应器所排 出物质的温度大幅下降， 从而为后续流程中生产设备的选型和加工制造创造了有利条件。 0076 除了上述技术方案外， 本发明实施例还提供了一种化工系统， 如图 3 所示， 其具体 结构可以包括 ： 上述技术方案中所述的高温反应器 A、 汽包 B 和循环泵 C ； 0077 所述的高温反应器 A 包括外壳进气口 11、 外壳出气口 12、 换热管进水口 61 和换热 管出水口 6。
46、2 ； 原料气 101 通过外壳进气口 11 流入该高温反应器 A， 反应后的产品气 102 通 过外壳出气口 12 由该高温反应器 A 流出 ； 0078 该高温反应器 A 的换热管进水口 61 分别与循环泵 C 的出水口和汽包 B 的出水口 连通 ； 该高温反应器 A 的换热管出水口 62 与汽包 B 的进水口连通 ； 循环泵 C 的进水口与汽 包 B 的出水口连通 ； 0079 换热管进水口 61 与汽包 B 的出水口之间设有补水用入水口， 和 / 或， 循环泵 C 的 进水口与汽包 B 的出水口之间设有补水用入水口。 0080 具体地， 冷却水由换热管进水口61流入该高温反应器A， 经。
47、与反应后的产品气102 进行热量交换后， 形成温度较高 （或部分已汽化） 的冷却水 ； 为了保证冷却水对反应后的产 品气 102 具有很好的冷却效果， 冷却水需要依次经由换热管出水口 62 和汽包 B 的进水口流 入到汽包 B 中 ； 在汽包 B 中， 部分已汽化的冷却水形成蒸汽 103（可作为副产品） ， 从汽包 B 的出汽口中排出， 未汽化的冷却水从汽包B的出水口流出 ； 从汽包B的出水口流出的冷却水 直接流回到换热管进水口 61， 或者通过循环泵 C 加压流回到换热管进水口 61。为了弥补排 出的蒸汽所带来的冷却水不足问题， 补充冷却水 104 可以通过补水用入水口直接流入到换 热管进水。
48、口 61， 或者， 补充冷却水 104 可以通过补水用入水口流入到循环泵 C 的进入口， 再 由循环泵 C 流入到换热管进水口 61。 说 明 书 CN 103357355 A 10 8/8 页 11 0081 可见， 本发明实施例所提供的该化工系统实现了该高温反应器 A 的移热过程， 冷 却水在开车阶段可以采用循环泵 C 加压循环， 在正常生产阶段可以停止运行循环泵 C， 使冷 却水完全靠自然循环， 这能够有效节约能源， 并且能够使高温反应器所排出的反应后的产 品气的温度大幅下降， 从而为后续流程中生产设备的选型和加工制造创造了有利条件。 0082 以上所述， 仅为本发明较佳的具体实施方式， 但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内， 可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此， 本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范 围为准。 说 明 书 CN 103357355 A 11 1/3 页 12 图 1 说 明 书 附 图 CN 103357355 A 12 2/3 页 13 图 2 说 明 书 附 图 CN 103357355 A 13 3/3 页 14 图 3 说 明 书 附 图 CN 103357355 A 14 。