專利名稱：用于放熱或吸熱非均相反應(yīng)的等溫反應(yīng)器的制作方法
應(yīng)用領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種用于放熱或吸熱非均相反應(yīng)的等溫反應(yīng)器，包括—優(yōu)選基本上為圓筒形的直立外殼；—外殼內(nèi)至少一個(gè)含有兩個(gè)相對(duì)的多孔側(cè)壁的催化床，所述側(cè)壁分別用于含反應(yīng)劑的流體進(jìn)入和含反應(yīng)后物質(zhì)的流體流出；和—至少一個(gè)通過所述至少一個(gè)催化床用于使冷卻或加熱的流體通過的管。
在下面的描述和后附權(quán)利要求中，術(shù)語“等溫反應(yīng)器”是指其中進(jìn)行反應(yīng)的催化床的溫度基本上保持恒定的反應(yīng)器，所述反應(yīng)可以是放熱的也可以是吸熱的。
舉例說明，這種反應(yīng)器可以用于合成化合物例如甲醇或甲醛(劇烈的放熱反應(yīng))或苯乙烯(劇烈的吸熱反應(yīng))。
眾所周知，在放熱或吸熱非均相反應(yīng)中，越來越需要實(shí)現(xiàn)大容量的等溫反應(yīng)器，一方面容易制備，安全可靠，投資和維修費(fèi)用低，另一方面，能夠在小的壓降。低的能耗下操作，并且反應(yīng)劑和冷卻或加熱流體之間具有高的熱交換效率。
例如，DE-A-3318098公開了一種用于放熱或吸熱非均相合成反應(yīng)的等溫反應(yīng)器，其中氣體反應(yīng)劑徑向通過催化床并與排列在所述催化床內(nèi)的大量垂直管接觸。
根據(jù)一個(gè)未示出的實(shí)施方式，也可以預(yù)見，排熱或供熱的管沿著排出來自反應(yīng)器的反應(yīng)后氣體的中心收集器螺旋延伸。
特別是，盤管束在相對(duì)的上管板和下管板之間垂直延伸，其中這些管是相互扭結(jié)在一起的。
應(yīng)當(dāng)注意的是，排熱或供熱的管的螺旋排列在具有軸向催化床的等溫反應(yīng)器中也是公知的。例如參見US-A-4339413和US-A-4636365。
盡管有某些方面的優(yōu)點(diǎn)(例如，催化床的徑向排列比軸向催化床，可以在更小的壓降和更低的能耗下以簡單有效的方式得到更高的產(chǎn)量)，但是DE-A-3318098中公開的具有盤管束的等溫反應(yīng)器具有許多缺點(diǎn)，下文將進(jìn)行描述。
首先，盡管管排列成盤管束比排列成垂直直管好，但是不能有效地匹配通過徑向移動(dòng)的催化床的氣體反應(yīng)物流體的溫度曲線。
事實(shí)上，與直立延伸的盤管垂直流過的氣體流，通過催化床，與不同溫度下的不同管接觸，這造成氣體反應(yīng)器和冷卻或加熱流體之間熱交換效率低。
換句話說，對(duì)于氣體反應(yīng)劑向心地徑向流過催化床的放熱反應(yīng)，外部盤管通過的是剛剛開始反應(yīng)的氣體，因此溫度相對(duì)低，而更靠近中心的盤管通過的是越來越高溫度的氣體，越來越大量的熱與它們交換直到達(dá)到一個(gè)點(diǎn)，在此反應(yīng)氣體的溫度為最高點(diǎn)。從這開始，溫度降低，因此鄰近催化床氣體出口壁排列的盤管吸收的熱量逐漸減小(參見DE-A-3318098，圖3)。
因此，每個(gè)盤管吸收的熱量是不同的，必需承擔(dān)的熱載荷也是不同的。這引起催化床內(nèi)溫度分布不好，降低了熱交換效率。
例如，只要熱水作為冷卻方式流入管，并轉(zhuǎn)化為蒸汽時(shí)，很清楚，如DE-A-3318098所示，盤管束中的每根管就產(chǎn)生不同量的蒸汽。
這暗示了與控制和加入/排出管板上的冷卻流體相關(guān)的問題，以及進(jìn)入所述管的水和蒸汽的分布差。
鑒于此，值得關(guān)注，DE-A-3318098中公開的等溫反應(yīng)器中的所有管彼此平行會(huì)怎樣？也就是說，它們從同一來源進(jìn)入并從同一點(diǎn)排出。由此每個(gè)盤管得到的壓降是相同的。
在DE-A-3318098中，與低溫氣體反應(yīng)劑接觸的盤管的熱載荷小，這意味著低的水蒸發(fā)量，隨著而來的是低的排出速度和高的水流速(以質(zhì)量流速計(jì)算)。相反，與高溫氣體反應(yīng)劑接觸的盤管的熱載荷大，這意味著水的高蒸發(fā)量，隨著而來的是高的排出速度和低的水流速(以質(zhì)量流速計(jì)算)。
因此，當(dāng)反應(yīng)器工作時(shí)，發(fā)生的情形是，最大熱載荷的盤管是那些供給的水更少和易于具有更大蒸發(fā)量和更小排熱能力的管。當(dāng)輕微放熱反應(yīng)例如甲醇合成時(shí)，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離于催化床內(nèi)溫度的最佳分布，而當(dāng)快速和劇烈放熱反應(yīng)例如甲醛合成時(shí)，這甚至引起溫度的陡升。
此外，過量蒸汽促進(jìn)了管內(nèi)水中存在的殘留物的沉淀，破壞管本身的熱交換效率。
所有這些缺點(diǎn)與下述事實(shí)無關(guān)，即管是根據(jù)催化床內(nèi)氣體反應(yīng)劑的溫度分布圖以不同間距排列的。
現(xiàn)有技術(shù)反應(yīng)器的其它缺點(diǎn)是由管束螺旋排列產(chǎn)生的高的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性產(chǎn)生的，這需要高的投資和維修費(fèi)用。
此外，只要考慮到可以安裝的管的數(shù)量，管板的結(jié)構(gòu)就是一個(gè)約束，即由于氣體反應(yīng)劑和冷卻或加熱流體之間的壓力差，該管板通常需要非常厚，因此就貴，并由此進(jìn)一步破壞反應(yīng)器的熱交換效率。
由于這些缺點(diǎn)，盡管該領(lǐng)域日益需要大容量的反應(yīng)器，但是具有徑向催化床和盤管束的這種用于放熱或吸熱非均相合成反應(yīng)的等溫反應(yīng)器，目前還在使用的已經(jīng)非常少了(這一點(diǎn)對(duì)于具有直立管束的反應(yīng)器更是這樣)。
發(fā)明的簡述本發(fā)明要解決的問題是提供一種用于放熱或吸熱非均相反應(yīng)的等溫反應(yīng)器，它易于制備，安全可靠，投資和維修費(fèi)用低，能夠在小的壓降、低的能耗和反應(yīng)劑和冷卻或加熱流體之間具有高的熱交換效率下工作。
根據(jù)本發(fā)明，上述問題是通過一種上述類型的反應(yīng)器解決的，它的特征在于在所述至少一個(gè)催化床中，所述至少一個(gè)排熱或供熱管是沿著與催化床側(cè)壁基本上垂直的板延伸。
根據(jù)本發(fā)明，有可能以簡單經(jīng)濟(jì)的方式有利地實(shí)現(xiàn)一種具有高的熱交換效率、具有轉(zhuǎn)化率和能耗方面所有優(yōu)點(diǎn)的等溫反應(yīng)器，事實(shí)上，與現(xiàn)有技術(shù)的盤管(以基本上平行于加入和排出氣體流的多孔側(cè)壁的方向，從催化床的一端延伸到另一端)不同，根據(jù)本發(fā)明，排熱或供熱的每個(gè)單管沿著催化床內(nèi)基本上垂直于反應(yīng)劑通過的側(cè)壁的板延伸。
這樣，管基本上與含有反應(yīng)劑的流體通過催化床的方向平行的方式有利地排列。
這就意味著，每根單管與相同部分的反應(yīng)劑接觸，很好地與所有熱變化匹配，因此也與催化床的入口到出口的部分反應(yīng)劑的溫度分布圖相匹配。
因此，只要在催化床內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明排列的大量管就承擔(dān)相同的熱載荷。例如，在放熱反應(yīng)的情況下，使用熱水作冷卻流體，所有的管子產(chǎn)生相同量的蒸汽(管內(nèi)水和蒸汽的均勻分布)。
換句話說，根據(jù)本發(fā)明，每根管子可以排出或供應(yīng)相同量的熱，因此不管是劇烈的放熱反應(yīng)還是吸熱反應(yīng)，在催化床內(nèi)都可能得到最好的溫度分布。這有助于催化床的熱交換效率，以及該床本身的轉(zhuǎn)化率和對(duì)應(yīng)的能耗。
對(duì)于上述參考現(xiàn)有技術(shù)的等溫反應(yīng)器，本發(fā)明的反應(yīng)器能夠以更高的熱值回收或供應(yīng)熱，由此提高了熱交換效率和轉(zhuǎn)化率?；蛘?，在與現(xiàn)有技術(shù)相同轉(zhuǎn)化率下，熱交換效率的增加可以降低所需催化劑的量，由此節(jié)約了空間和投資費(fèi)用。
本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)大量管子排列在催化床內(nèi)部時(shí)，由于沒有控制供應(yīng)和排出冷卻/加熱流體的問題，所有管子熱載荷相同，因此它們可以由同一熱源供應(yīng)。
最后，應(yīng)當(dāng)注意的是，本發(fā)明的反應(yīng)器是怎樣特別易于實(shí)現(xiàn)，不需要管板的，由此解決了相應(yīng)的投資和維修費(fèi)用。
本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)將參考附圖，通過下面實(shí)施方式說明性的而非限定性的描述變得清楚。
圖2表示

圖1反應(yīng)器細(xì)節(jié)的放大透視圖。
圖3表示圖1反應(yīng)器的細(xì)節(jié)的放大縱向簡圖。
圖4表示圖1反應(yīng)器中使用的用于通過冷卻或加熱流體的等距盤管的截面簡圖。
圖5表示圖4中不同節(jié)距管的截面簡圖。
圖6表示根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施方式，用于放熱或吸熱非均相反應(yīng)的等溫反應(yīng)器的縱向圖。
圖7表示圖6反應(yīng)器中使用的用于通過冷卻或加熱流體的并列排列的兩個(gè)盤管的截面簡圖。
圖8表示根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施方式，用于通過冷卻或加熱流體的并列排列的兩個(gè)管的截面簡圖。
優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述參考附圖1-5，都用附圖標(biāo)記1表示本發(fā)明用于放熱或吸熱非均相反應(yīng)的等溫反應(yīng)器。
反應(yīng)器1包括基本上為圓筒形的外殼2，其內(nèi)部安裝一催化床，通常用3表示。
催化床3的邊緣以相對(duì)的多孔側(cè)壁4和5分界，多孔側(cè)壁4和5分別用于含有反應(yīng)劑的流體進(jìn)入和含有反應(yīng)后物質(zhì)的排出。
一般來說，加入反應(yīng)器1中用于進(jìn)行放熱或吸熱非均相合成的物質(zhì)是氣相的。
因此，下述術(shù)語“含有反應(yīng)劑的流體”和“含有反應(yīng)后物質(zhì)的流體”分別是指反應(yīng)劑的氣體流和反應(yīng)后的氣體流。然而，也應(yīng)當(dāng)清楚的是，本發(fā)明的反應(yīng)器也分別適用于液相或液/固相反應(yīng)。
在下面的實(shí)施例中，多孔側(cè)壁4和5分別對(duì)于催化床3中的反應(yīng)劑氣體流和反應(yīng)后的氣體流是可透過的。
催化床3在其底部以無孔底部(不能透過氣體)分界，對(duì)應(yīng)于圖1中反應(yīng)器1的底部6，其頂部以多孔壁7(氣體可通過)分界，該多孔壁7用于以軸向移動(dòng)使少量氣體反應(yīng)劑通過催化床3。
為了保證準(zhǔn)確的軸向—徑向通過催化床3，徑向部分相對(duì)于軸向部分占絕大多數(shù)，側(cè)壁5具有一從頂端延伸出來的小的無孔部分5′(不透過氣體)。
然而，可以透過氣體的壁7整體上是非必要的，特征主要是用于固定催化床3內(nèi)的催化劑(圖1中沒有示出)，以使它們可以很好的分開。
另外，只要是僅僅需要徑向通過催化床，就有壁7，其無孔或決不透過氣體。
不管是徑向型催化床還是更不平常的軸向—徑向型催化床都是特別有利的，這是由于它們可以通過使用更小粒徑的更高活性的催化劑，得到高的轉(zhuǎn)化率，同時(shí)得到對(duì)氣體反應(yīng)劑的低的壓降。
在外殼2和側(cè)壁4之間具有一環(huán)形空間8，用于催化床3內(nèi)氣體反應(yīng)劑的最好分布和加入。為此，空間8與氣體入口噴嘴9是流體連接的。
反過來，側(cè)壁5內(nèi)部定義了管道10，用于收集和排出來自反應(yīng)器的反應(yīng)后氣體流。為此，管道10與氣體出口噴嘴11流體連接，其上部被不透氣體的擋板12封住。
為了能夠向催化床3內(nèi)流動(dòng)的氣體排熱或供熱以保持反應(yīng)器1為等溫，催化床3分別被用于通過冷卻或加熱流體的大量管穿過，這些管都用符號(hào)13表示。
冷卻或加熱流體通過與一個(gè)或多個(gè)入口噴嘴15流體連接的管道14加入到管道13中，并通過與一個(gè)或多個(gè)出口噴嘴17流體連接的管道16排出管道13。
噴嘴15和17的數(shù)量分別根據(jù)冷卻或加熱流體的流速來選擇(實(shí)施例中為2)。優(yōu)選地，相關(guān)的流動(dòng)速率越大，出口噴嘴15和17的數(shù)量就越多。
管道14與噴嘴15通過環(huán)形收集器14a流體連接，而管道16與噴嘴17通過環(huán)形收集器16a流體連接。
根據(jù)本發(fā)明一個(gè)特別有利的方面，用于排熱或供熱的管13在催化床3內(nèi)沿著基本上垂直于側(cè)壁4和5的板延伸成盤管。
在下面的描述和后附權(quán)利要求中，術(shù)語“盤管(coil tube)”是指基本上為曲線或具有曲線和直線部分的管子。
為此，每根管13的整個(gè)長度通過的是反應(yīng)劑氣體的相同部分，因此能夠跟隨該氣體部分從催化床3的入口到出口的所有熱變化以及溫度分布圖。
另外，管13沿著基本上彼此平行的板形成為盤管，所有的管承受著相同的熱載荷，以相同的方式工作。
這在沒有溫度陡升的危險(xiǎn)的情況下，在催化床3內(nèi)部產(chǎn)生最佳的溫度分布，和氣體反應(yīng)劑和冷卻或加熱流體之間有效的熱交換，這都有助于提高轉(zhuǎn)化率和降低能耗。
圖1的實(shí)施例中，外殼2是垂直放置的，管13在催化床3內(nèi)部沿著優(yōu)選基本上水平的板延伸成盤管。
然而，什么都不能妨礙管13以不同的方式排列，例如一組管彼此重疊，沿著直立的板延伸。
在這兩種情況下，管都是垂直于側(cè)壁4和5，以及垂直于直立反應(yīng)器的外殼2的縱向軸18，同時(shí)它們基本上平行于反應(yīng)劑氣體流通過催化床3的方向。
顯然，本發(fā)明范圍內(nèi)可以預(yù)見一種含有多個(gè)催化床3的反應(yīng)器1，其中催化床3可以根據(jù)反應(yīng)放熱程度和/或催化床的大小而有不等量的管13(至少一個(gè))通過。
本發(fā)明范圍內(nèi)，還包括一反應(yīng)器1，該反應(yīng)器包括一個(gè)或多個(gè)催化床，該床主要由從中心(管道10)向外圍(空間8)徑向移動(dòng)的反應(yīng)劑流通過。
根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)沒有示出的實(shí)施方式，可以預(yù)見含有一個(gè)或多個(gè)催化床的水平型外殼，其中的催化床被排熱或供熱的管道穿過，這些管沿著垂直于用于氣體反應(yīng)劑進(jìn)入和排出的透氣壁的板延伸成盤管。此時(shí)，催化床的透氣壁還平行于外殼的縱軸。
管13可以單獨(dú)地連接到噴嘴15和17上，因此每根管13分別與進(jìn)料管道14和排出冷卻或加熱流體的管道16連接。它們也可以連接到至少兩根管的管組上，即管13的每一組連接到管道14和管道16上，或者分別通過一單個(gè)管道14或16，這樣所有的管13都連接在一起。
優(yōu)選的是，管13以至少兩根管的管組形式在每個(gè)自由端連接在一起，每一組分別流體連接到進(jìn)料管道14和排出冷卻或加熱流體的管道16上。反過來，不同管道14和16分別流體連接到噴嘴15和噴嘴17上。
單個(gè)相鄰管的連接是通過連接管(所有的都表示為19，在圖2和3中更好的表示出來)實(shí)現(xiàn)的。
對(duì)于多個(gè)管道14和16，分別導(dǎo)入相應(yīng)收集器14a和16a，以及優(yōu)選以彼此傾斜的偏離位置導(dǎo)入相應(yīng)管13中。
在圖1的實(shí)施例中，給出了含在催化床3中的第一組和最后一組管13。
將冷卻或加熱流體通過對(duì)應(yīng)于每組管中較下面的管13的一端的相應(yīng)管道14加入，并且使其通過每組管13，其中發(fā)生相等量的熱交換，最終通過來自每組管中較上面的管13的一端的相應(yīng)管道16排出。
另外，可以以向下的方式使冷卻或加熱流體通過每組管。此時(shí)，流體通過管道16加入到管13中并從管道14排出。
應(yīng)當(dāng)注意的是，得到的結(jié)構(gòu)為什么易于實(shí)現(xiàn)和操作，為什么不需要管板結(jié)構(gòu)，隨著而來的是相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)節(jié)約了投資和維修費(fèi)用。
圖1所示實(shí)施方式比每個(gè)單管13分別與噴嘴15和17連接的方式更加有利，特別是對(duì)于具有大量管13的長反應(yīng)器。事實(shí)上，管道14和16的數(shù)量減少了(根據(jù)組成每組的管13的數(shù)量)。
此外，由于冷卻或加熱流體較低的壓降，圖1所示實(shí)施方式比所有管13彼此連接的實(shí)施方式更加有利，前者所有管的下端和上端分別與單個(gè)管道14和16連接。
另一方面，所有管13彼此連接的結(jié)構(gòu)特別易于實(shí)現(xiàn)，這是由于它僅需要一個(gè)用于冷卻或加熱流體進(jìn)入的管道14和一個(gè)排出管道16。
優(yōu)選的是，穿過催化床3用于排熱或供熱的管13是圖4和5中所示的螺旋線型盤管(spiral-shaped coil)。
事實(shí)上，業(yè)已發(fā)現(xiàn)，螺旋線型管13不管是在熱交換效率方面還是在結(jié)構(gòu)的簡單性和靈活性方面都特別有利。
螺旋線型管13可以適應(yīng)于大多數(shù)不同大小的催化床3，特別是，它可以覆蓋同一催化床的不同部分，因此可以在催化床的任何地方發(fā)生有效的熱交換。
此外，根據(jù)排熱量或供熱量，螺旋線型管13可以通過節(jié)距或多或少的轉(zhuǎn)彎來實(shí)現(xiàn)。
在圖4的實(shí)施例中，螺管具有恒定的節(jié)距，也就是說，相鄰螺旋之間距離相等。
對(duì)此，特別有利的結(jié)果是根據(jù)螺旋線半徑的變化改變線圈節(jié)距實(shí)現(xiàn)的，使其本身適應(yīng)催化床3內(nèi)氣體反應(yīng)劑的溫度分布圖，隨動(dòng)于所有熱變化。
該實(shí)施例表示在圖5中，根據(jù)螺旋線半徑(優(yōu)選根據(jù)螺旋節(jié)距)的改變而變化的相鄰轉(zhuǎn)彎處之間的距離隨著螺旋線半徑的增加而減小。
為了以最好的方式考慮催化床3內(nèi)氣體反應(yīng)物流的非均相分布，特別是對(duì)于軸向—徑向催化床，管13可以有利地在相鄰管板之間以不同距離排列。
為此，有可能根據(jù)排熱或供熱量，換句話說，按照催化床3內(nèi)的溫度分布圖對(duì)管13之間的距離進(jìn)行調(diào)節(jié)。這有助于提高熱交換效率，從而有利于提高轉(zhuǎn)化率和降低能耗。
根據(jù)該沒有示出的實(shí)施方式，有可能得到一氣體反應(yīng)劑的流速更大由此熱載荷更大的管13的較高密度區(qū)(相鄰距離之間距離更小)，和流速更小的管13的較低密度區(qū)(相鄰管板之間距離更大)。
圖6表示根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施方式的用于放熱或吸熱非均相反應(yīng)的等溫反應(yīng)器。
該圖中，從結(jié)構(gòu)和操作的角度看，與圖1所示相同的反應(yīng)器1的細(xì)節(jié)將用相同的附圖標(biāo)記表示，并且不再描述。
圖6的實(shí)施例中，重點(diǎn)是注意兩根管13是怎樣對(duì)應(yīng)于預(yù)定水平板并列排列的，圖7給予更清楚的表示。并列的兩根管13中發(fā)生了等量的熱交換。
每個(gè)系列20和21中的所有管13分別通過連接管19彼此有利地連接在一起，由此形成兩平行系列的管13，通常用20和21表示。此外，每個(gè)系列20，21還分別通過較上面和較下面的管13僅與冷卻或加熱流體的加入管道14和排出管道16中的一個(gè)連接。
特別是，管13延伸成盤管，具有從中心區(qū)域到外圍區(qū)域長度增加的圓弧形。
當(dāng)然，每個(gè)系列20，21中的管13可以分組在圖6的反應(yīng)器中排列，同圖1的實(shí)施例一樣。
與圖1中的實(shí)施例的主要區(qū)別是，圖1實(shí)施例中每根管13沿著催化床3的整個(gè)區(qū)域延伸，而在圖6實(shí)施例中，并列排列的管13將分別占據(jù)一圓環(huán)部分(半個(gè)部分)。這意味著使管和雙倍數(shù)量的冷卻或加熱流體加入和排出管道14和16以及它們的連接管19的數(shù)量加倍。
這種管排列由于具有兩個(gè)加入和排出冷卻或加熱流體的管道，因此可以很好的適應(yīng)劇烈放熱或吸熱反應(yīng)，由此增加了熱交換效率。
鑒于此，在同一個(gè)水平板中，并列排列著三個(gè)或多個(gè)螺旋型管13也是可以有利地預(yù)見的。
圖8表示并列型管排列的另一個(gè)實(shí)施方式。
這種情況下，沿著在預(yù)定水平板并列排列的兩根管13包括在靠近催化床3的中心區(qū)域和外圍區(qū)域分別具有不同長度圓弧形的第一和第二部分管(13a，13b)。此外，和將第二部分管13b和第一部分管13a連接起來的第三部分管13c。
優(yōu)選的是，第三部分管13c是直管，并且從第二部分管徑向延伸到第一部分管。
根據(jù)該實(shí)施方式，僅需要一個(gè)加入管道14和一個(gè)排出管道16。管道14和16都設(shè)置在中心管道10中，并且與所有管13并列流體連接。
圖8所示管13的類型具有非常好的熱交換效率。事實(shí)上，除了圖7中管排列所列出的優(yōu)點(diǎn)之外，管13中的冷卻和加熱流體基本上是對(duì)應(yīng)于催化床3內(nèi)反應(yīng)劑氣體的流動(dòng)是純粹的并流或逆流，由此提高了熱交換效率。
此外，徑向延伸的大量管13c的存在可以有利地降低流經(jīng)管13的冷卻或加熱流體的壓降。
本發(fā)明的反應(yīng)器可以有利地用于進(jìn)行基本上所有類型的放熱或吸熱反應(yīng)。具體地說，本發(fā)明反應(yīng)器可以很好的適用的放熱反應(yīng)的實(shí)例可以是甲醇、氨、甲醛、有機(jī)氧化物(例如環(huán)氧乙烷)，而吸熱反應(yīng)的實(shí)例可以是苯乙烯和甲苯。
流體例如高熱量下轉(zhuǎn)變成蒸汽的熱水、或熔融鹽或透熱油都優(yōu)選用于排熱(對(duì)于放熱反應(yīng))。類似的流體也可以用于吸熱反應(yīng)的供熱。
下面描述本發(fā)明用于進(jìn)行放熱或吸熱反應(yīng)的反應(yīng)器1的操作。
應(yīng)當(dāng)注意的是，加入催化床3的氣體反應(yīng)劑的壓力和溫度操作條件以及通過管13的冷卻或加熱流體的操作條件與要進(jìn)行的具體反應(yīng)的常規(guī)條件相同，因此下面的描述中不再具體描述。
作為實(shí)施例僅給出了甲醇合成的操作條件合成壓力50-100bar，合成溫度200-300℃，蒸汽產(chǎn)生的壓力15-40bar。
參考圖1，將氣體反應(yīng)劑流通過氣體入口噴嘴9加入到催化床3中，并在其內(nèi)部流過多孔壁4和7。這樣，氣體反應(yīng)劑主要是以徑向(軸向—徑向)移動(dòng)的方式通過催化床3，并且當(dāng)與催化劑接觸時(shí)反應(yīng)。
合成反應(yīng)過程中產(chǎn)生的熱或進(jìn)行該反應(yīng)所需要的熱分別通過流過管13的流體來排出或供給。
該流體是通過噴嘴15加入反應(yīng)器1中，并通過管道14加入到每組管中較下面的管13中。然后流體通過每組管13，這些管是通過連接管19將它們的自由端連接在一起的，這些流體通過管道16由每組管較上面的管13排出，并通過氣體出口導(dǎo)管1排出反應(yīng)器1。
最后，通過多孔壁5離開催化床3的反應(yīng)后的氣體流被收集在管道10中，然后通過氣體出口管道11排出反應(yīng)器1。
除了冷卻流體同時(shí)流過并列排列的管13的兩個(gè)系列20和21之外，圖6反應(yīng)器1的操作與圖1的相似。此外，由于每個(gè)系列的管13連接在一起，因此冷卻流體是通過對(duì)應(yīng)于較下面的管13的管道14加入，在流出較上面的管13之前流過所有催化床3中的管13，以便于通過噴嘴17流出反應(yīng)器1。
有利地是，重點(diǎn)注意，管13在催化床3內(nèi)沿著基本上平行于反應(yīng)劑氣體流通過催化床的橫截方向的板延伸。
從上面的描述中可以清楚的看出，本發(fā)明產(chǎn)生了多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，特別是用于放熱或吸熱反應(yīng)的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)，它易于實(shí)現(xiàn)、安全可靠，投資和維修費(fèi)用低，同時(shí)可以得到高轉(zhuǎn)化率、低壓降、低能耗和氣體反應(yīng)劑和冷卻或加熱流體之間高的熱交換效率。
權(quán)利要求
1.用于進(jìn)行非均相放熱或吸熱反應(yīng)的等溫反應(yīng)器，其包括—優(yōu)選直立的基本上為圓筒形的外殼(2)；—外殼(2)內(nèi)至少一個(gè)含有相對(duì)的多孔側(cè)壁(4，5)的催化床(3)，所述側(cè)壁分別用于含有反應(yīng)劑的流體進(jìn)入和含有反應(yīng)后的物質(zhì)的流體流出；和—至少一個(gè)通過所述至少一個(gè)催化床(3)用于冷卻或加熱的流體通過的管(13)；其特征在于至少一根所述管(13)在所述至少一個(gè)催化床(3)內(nèi)沿著基本上垂直于所述側(cè)壁(4，5)的板延伸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的反應(yīng)器，其特征在于所述至少一根管(3)在所述至少一個(gè)催化床(3)內(nèi)沿著基本上水平的板延伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的反應(yīng)器，其特征在于所述至少一個(gè)管(3)延伸成盤管(coil)，優(yōu)選以螺旋線的形式。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的反應(yīng)器，其特征在于所述螺旋線型盤管具有根據(jù)螺旋線半徑的變化而改變的線圈節(jié)距。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的反應(yīng)器，其特征在于線圈節(jié)距隨螺旋線半徑的增加而減小。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的反應(yīng)器，其特征在于它包括以相鄰管(13)之間不同距離排列在所述至少一個(gè)催化床(3)內(nèi)的大量管(13)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的反應(yīng)器，其特征在于它包括彼此重疊并且對(duì)應(yīng)自由端之間相連接的位于所述至少一個(gè)催化床(3)內(nèi)的大量管(13)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的反應(yīng)器，其特征在于所述管(13)彼此以至少兩根管組的形式連接，每個(gè)組與分別加入和排出所述冷卻或加熱流體的管道(14，16)流體連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的反應(yīng)器，其特征在于在對(duì)應(yīng)的至少一個(gè)預(yù)定板上，至少并列排列著兩根管(13)，所述預(yù)定板基本上垂直于所述至少一個(gè)催化床(3)內(nèi)的所述側(cè)壁(4，5)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的反應(yīng)器，其特征在于至少兩根并列排列的管(13)延伸成盤管，所述盤管具有從所述催化床(3)的中心區(qū)域到其外圍區(qū)域長度增加的圓弧形狀。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的反應(yīng)器，其特征在于并列排列的至少兩根管(13)包括具有在所述催化床(3)的中心區(qū)域和其外圍區(qū)域不同長度圓弧形的第一和第二部分管(13a，13b)，和將所述第二部分管和所述第一部分管(13b，13a)連接起來的第三部分管(13c)。
全文摘要
一種用于非均相放熱或吸熱反應(yīng)的反應(yīng)器,包括安裝在合適外殼(2)上的催化床,至少一根用于通過冷卻或加熱流體的管(13),該管有利地在催化床(3)內(nèi)沿著基本上垂直于催化床的相對(duì)多孔側(cè)壁(4,5)的板延伸。
文檔編號(hào)B01J8/06GK1355725SQ00808947
公開日2002年6月26日 申請(qǐng)日期2000年6月14日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月15日
發(fā)明者埃爾曼諾·菲利皮 申請(qǐng)人:卡薩爾甲醇公司