本發(fā)明屬于列管式固定床反應器，尤其是涉及一種管程中內置結構件的列管式固定床反應器。

背景技術：

1、目前工業(yè)上應用的強放熱反應器有漿態(tài)床反應器、流化床反應器、列管式固定床反應器。其中，列管式固定床反應器由于結構簡單、反混小、催化劑磨損小、產物易分離的優(yōu)點一直受大家關注。但列管式固定床反應器用于強放熱反應時一直存在傳質和傳熱的問題。工業(yè)化生產中為了降低催化劑床層壓降以減小設備能耗，列管式固定床反應器中裝填的催化劑顆粒通常>1mm，此時催化反應內擴散限制變得非常重要，會極大影響產物選擇性。同時，由于列管式固定床反應器的管程直徑與催化劑直徑比值較小，會使得管程內的壁面效應影響嚴重，加之催化劑導熱性能不佳，會大幅度限制管程中的徑向傳熱，極易導致催化劑床層局部過熱出現“熱點”，嚴重時甚至出現“飛溫”現象，使催化劑活性組分燒結，催化劑性能下降。

2、目前解決或改善這些問題的方法是以金屬泡沫為載體制備催化劑或在管程中添加內構件等。

3、cn200410096609.x為了提高催化劑導熱性能和降低壓降，將活性金屬負載到泡沫金屬上，得到的催化劑具有催化活性高、導熱性能好的優(yōu)點。但是，采用泡沫金屬作為載體催化劑雖然會降低壓降，提高其導熱性能，消除內擴散影響，但由于泡沫金屬孔隙率較大，比表面低，會導致催化劑裝載量變低，且很難控制活性組分在泡沫金屬載體均勻分散，難于大規(guī)模生產。

4、cn202310311711.x在列管式反應器管程內壁固定連接若干內構件，該內構件為板狀結構，沿軸向均勻分布且沿軸向延伸，通過該內構件降低了床層壓降，強化反應器管程的徑向傳熱。但固定與壁面連接的內構件會導致催化劑堆積密度減小，使生產能力下降，且內構件固定在反應器管程中不利于催化劑裝填和拆卸。

5、cn202180074473.4在列管式反應器中插入管狀插入件，該管狀插入件具有變化直徑的內通道，通過操作管狀插入件內通道來改變內部反應腔的輪廓，從而改善催化劑床層溫度分布。但在該技術中，引入的管狀插入件一方面會犧牲部分反應器容積，導致反應器生產能力下降；另一方面由于管狀插入件主要放置在催化劑床層的上游區(qū)段，該上游區(qū)段是反應易于形成熱點的部分，但在費托合成強放熱反應過程中，催化劑會不可避免的逐漸失活，此時熱點會向催化劑床層下游移動，這就導致管狀插入件無法繼續(xù)發(fā)揮其移熱作用。

技術實現思路

1、為了克服現有技術中的不足，本發(fā)明提供了一種管程中內置結構件的列管式固定床反應器，通過內置結構件與催化劑粒徑及反應壓力相結合，在不增加催化劑床層壓降及不犧牲反應器生產能力前提下提高反應器管程內的傳質、傳熱能力。

2、為了實現本發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下的技術方案：

3、本發(fā)明在第一方面提供了一種管程中內置結構件的列管式固定床反應器，所述列管式固定床反應器中管程的頂部與底部封堵有彈簧及瓷球，所述管程的內部中裝填有泡沫金屬內構件，所述泡沫金屬內構件上開設有通孔，所述通孔包括大孔d和小孔d；

4、其中，所述大孔d中最大孔徑dmax與最小孔徑dmin的比值≤3，大孔d的平均孔徑da為1.0mm～5mm，且1.0mm≤dmin≤dmax≤10mm；所述小孔d中最大孔徑dmax與最小孔徑dmin的比值≤10，小孔d的平均孔徑da為0.05mm～0.6mm，且0.05mm≤dmin≤dmax≤1.0mm；所述小孔d的平均孔徑da與所述大孔d的平均孔徑da的比值≤0.155。在一些優(yōu)選的實施方式中，泡沫金屬內構件中小孔d的總體積與大孔d的總體積之比為0.08～0.8，比如，0.10，0.20，0.25，0.50，0.60，0.70。

5、本發(fā)明提供的列管式固定床反應器中泡沫金屬內構件放置于反應器的管程中，泡沫金屬內構件上開設有雙重孔徑結構(即包含大孔d和小孔d)，或者說，泡沫金屬內構件是由無數開孔單元胞以一定排列方式構成的金屬支架。泡沫金屬內構件一般為圓柱形，其圓柱形直徑m與管程內徑n之差一般應滿足：0.1≤n-m≤1mm，一方面便于泡沫金屬可以放入列管式反應器，一方面泡沫金屬與列管式反應器內壁的細小環(huán)隙可以形成對流強化傳熱。

6、列管式固定床反應器中的催化劑不負載在泡沫金屬內構件上，而是通過重力作用裝入反應器內的泡沫金屬內構件的大孔中，生產及裝卸方便，催化劑顆粒的粒徑滿足：在一些具體的實施方式中，泡沫金屬內構件的大孔d中最小孔徑dmin與催化劑顆粒的最大粒徑的比值優(yōu)選為在一些具體實施方式中，泡沫金屬內構件的制造方法可以是燒結法、電鍍法、加壓鑄造法、發(fā)泡法及3d打印等。

7、本發(fā)明提供的列管式固定床反應器中泡沫金屬內構件的小孔用于通過流體，提高了催化劑床層的孔隙率，減小了催化劑床層的壓降，提升了列管式反應器管程內的傳質能力，改善了產品分布；在一些具體的實施方式中，泡沫金屬內構件的孔隙率ε為0.88≤ε≤0.98，比如，0.90，0.93，0.95。

8、在本發(fā)明中列管式固定床反應器的管程中，每根列管式反應器內裝填的開孔泡沫金屬內構件的數量不作具體要求，但為了便于裝填和拆卸優(yōu)選數量為1～10。在一些具體的實施方式中，所述列管式固定床反應器的管程中泡沫金屬內構件所占體積為0.50～0.95，比如，0.60，0.65，0.70，0.80，0.85。

9、在一些具體的實施方式中，為了能夠強化傳熱效果，列管式固定床反應器的管程內部直徑與泡沫金屬內構件中大孔d的平均孔徑da的比值為2～40，比如，4，5，30，35；優(yōu)選為6～20，比如，8，10，15，18。

10、在本發(fā)明提供的列管式固定床反應器中，泡沫金屬內構件的導熱系數大于10w/m/k，優(yōu)選大于100w/m/k；更為具體地，泡沫金屬內構件的材質選優(yōu)選選自銅、鐵、鋁、鈦、不銹鋼或鐵鉻合金中的一種或多種。需要說明的是泡沫金屬內構件選用的材料不會對催化劑的活性造成損害。

11、在本發(fā)明提供的列管式固定床反應器中，泡沫金屬內構件上通孔為圓形、橢圓形、五邊形或六邊形。

12、本發(fā)明所說的列管式固定床反應器中管程尺寸(內部直徑n和高度h)可以是任意的，在一些優(yōu)選的實施方式中，管程內徑為20mm～60mm，比如，25mm，30mm，35mm，40mm，45mm，50mm，55mm，管程內部的高度為1m～15m，比如，2m，4m，6m，8m，10m，12m，14m。列管的數量也不做具體限定，優(yōu)選為100～10000根。

13、本發(fā)明在第二方面提供了一種上述列管式固定床反應器的應用，應用上述列管式反應器進行強放熱反應，例如，費托合成反應，甲醇合成反應。

14、在一些具體的實施方式中，費托合成反應的條件：壓力為2～8mpa，優(yōu)選為4～6mpa；溫度為180～350℃，優(yōu)選為200～250℃。

15、在一些具體的實施方式中，所述費托合成反應的催化劑活性組分為鐵、銥、鈷、釕、銠、鎳、鉑、鉬或鎢中的一種或多種；催化劑的載體選自三氧化二鋁、二氧化鈦、二氧化硅、活性炭、沸石或分子篩。本發(fā)明所述的催化劑的制備方法可以采用沉淀法、浸漬法、混捏法等。

16、采用上述的技術方案，具有如下的技術效果：

17、本發(fā)明的列管式固定床反應器通過在管程中內置具有雙重孔徑(大孔d和小孔d)的泡沫金屬內構件，使其與催化劑顆粒粒徑及反應壓力相結合，在不增加催化劑床層壓降及不犧牲反應器生產能力前提下提高反應器管程內的傳質、傳熱能力。

18、本發(fā)明提供的列管式固定床反應器提高了管程內的傳質能力，改善了產品分布，同時提高了管程內的傳熱能力，改善了溫度分布。