專利名稱：用于進(jìn)行吸熱或放熱氣相反應(yīng)的方法和管束反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用一種具有由催化劑填充的反應(yīng)管的管束的管束反應(yīng)器來進(jìn)行吸熱或放熱氣相反應(yīng)的方法，該方法包括以下步驟向反應(yīng)管中導(dǎo)入反應(yīng)氣體混合物；將分別流過反應(yīng)管的反應(yīng)氣體混合物流分成至少兩個支流，其中各支流具有相同的組成成分；沿催化劑填充物在不同的位置利用存在的流動阻力定量供給各支流。
本發(fā)明還涉及一種用于所述方法中的管束反應(yīng)器，它具有一個催化劑填充的反應(yīng)管的管束，所述反應(yīng)管的一個端部由氣體入口罩覆蓋，而其另一個端部由氣體出口罩覆蓋，并且所述反應(yīng)管分別由反應(yīng)氣體混合物流過并分別具有一個定量供給裝置，所述定量供給裝置至少部分地埋入催化劑填充物中并將流過反應(yīng)管的反應(yīng)氣體混合物流分成至少兩個支流，其中，每個支流都具有相同的組成成分，并且沿催化劑填充物在不同的位置利用存在的流動阻力定量供給每個支流。
背景技術(shù)：
這種可以用來實(shí)現(xiàn)開頭所述的方法的管束反應(yīng)器由US3268299已知。在這種已知的管束反應(yīng)器中，在反應(yīng)管中分別同心地設(shè)置一個定量供給管，所述定量供給管從反應(yīng)管的氣體入口側(cè)端部開始伸入催化劑填充物中，最多延伸到其端部。在定量供給管的整個長度上，在管壁中以均勻或不均勻的距離分布有氣體出口孔，反應(yīng)氣體通過所述氣體出口孔流出進(jìn)入催化劑填充物。其中建議了各種氣體出口孔的幾何形狀，所述氣體出口孔也可以彼此過渡成一連續(xù)的狹縫。在一個實(shí)施形式中，沿徑向在所述定量供給管的外側(cè)密封所述反應(yīng)管的氣體入口側(cè)端部，從而所有分別進(jìn)入反應(yīng)管的反應(yīng)氣體總體上首先被引入定量供給管。利用這種實(shí)施形式向反應(yīng)管輸送一種反應(yīng)氣體混合物。在一第二實(shí)施形式中，反應(yīng)氣體還可在定量供給管旁邊進(jìn)入反應(yīng)管中，其中第一反應(yīng)物通過所述定量供給管輸送給催化劑填充物，而第二反應(yīng)物在定量供給管旁邊直接輸送給催化劑填充物。
在這種已知的定量供給管中力求做到，使氣體出口孔的壓力損失相對于沿定量供給管縱向的壓力損失較大。這意味著，定量供給管的摩擦壓力損失應(yīng)該較小，或者說，定量供給管中存在的壓力應(yīng)該近似恒定。由此應(yīng)該沿定量供給管的氣體出口孔形成均勻的排出流，以基本上避免在催化劑填充物中形成所謂的熱點(diǎn)或使熱點(diǎn)最小化。此外還可延長催化劑的使用壽命，提高產(chǎn)量，并改善運(yùn)行可靠性以及生產(chǎn)效率。
由WO 01/85330 A2同樣已知，在反應(yīng)管中設(shè)置定量供給管。在這種已知的定量供給管中，沿其縱向長度在預(yù)定的位置處設(shè)置有節(jié)流部，所述節(jié)流部設(shè)計(jì)成所述定量供給管內(nèi)部的縱向孔和定量供給管壁部中的氣體出口孔。通過定量供給管將第一反應(yīng)物導(dǎo)入催化劑填充物中，而第二反應(yīng)物在定量供給管旁邊直接導(dǎo)入催化劑填充物。這樣可以避免否則在兩種反應(yīng)物會合時形成的爆炸危險。通過逐級地定量輸入第一反應(yīng)物，該反應(yīng)物在反應(yīng)氣體混合物中的濃度保持低于爆炸極限。在由WO 01/85330 A2已知的管束反應(yīng)器中沒有設(shè)想向定量供給管和/或反應(yīng)管中導(dǎo)入制備完成的反應(yīng)氣體混合。
在所有的氣相反應(yīng)中一個主要的問題是，除了希望的產(chǎn)物—下面僅稱為“產(chǎn)物”，還會形成副產(chǎn)物，所述副產(chǎn)物在不是最佳進(jìn)行的反應(yīng)中主要由不希望的副反應(yīng)產(chǎn)生。在向用于進(jìn)行吸熱或放熱氣相反應(yīng)的反應(yīng)管輸送(制備完成的)反映氣體混合物的方法和管束反應(yīng)器中，副產(chǎn)物的比例較高，與反應(yīng)管是否包含定量供給裝置無關(guān)。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是，在一種向用于進(jìn)行吸熱或放熱氣相反應(yīng)的反應(yīng)管輸送反映氣體混合物的方法和管束反應(yīng)器中，提高產(chǎn)物的純度，并且同時不會使其它產(chǎn)物參數(shù)變差。
按本發(fā)明所述目的通過一種按權(quán)利要求1的方法和一種按權(quán)利要求6的管束反應(yīng)器來實(shí)現(xiàn)。
有利的實(shí)施形式在相應(yīng)的從屬權(quán)利要求中給出。
本發(fā)明基于這樣的認(rèn)識，即反應(yīng)氣體混合物沿催化劑填充物—后面也稱為催化劑散裝物—的逗留時間特性對于反應(yīng)的進(jìn)行是重要的。特別是在這樣的反應(yīng)中，這種反應(yīng)會導(dǎo)致—由于分子量的降低和/或從氣態(tài)到液態(tài)的部分相轉(zhuǎn)變引起的—流體密度的明顯提高，隨著催化劑散裝物深度的增加，流動速度會降低。這種情況的一個例子是由合成氣體合成燃料，如已知的Fischer-Tropsch合成法。隨著深度的增加，由于流動速度的降低，反應(yīng)氣體混合物在活性的催化劑散裝物中的逗留時間會提高。長的逗留時間意味著為氣體成分提供了長的用于反應(yīng)的時間段。但由于在活性催化劑散裝物中的所述較深的區(qū)域內(nèi)在反應(yīng)氣體混合物中已經(jīng)包含了較高的所形成的產(chǎn)物的份額，通過較長的逗留時間不僅有利于希望的反應(yīng)，也有利于發(fā)生從已形成的產(chǎn)物轉(zhuǎn)變?yōu)椴幌Ｍ母碑a(chǎn)物的進(jìn)一步進(jìn)行的反應(yīng)，因此例如在Fischer-Tropsch合成中會形成環(huán)狀分子。
通過按本發(fā)明的措施，可以對反應(yīng)氣體混合物沿催化劑散裝物的逗留時間特性進(jìn)行確定的控制，并由此可以改善反應(yīng)的進(jìn)行。按本發(fā)明，在催化劑散裝物中流動速度過低—即逗留時間對于有利的反應(yīng)過程過長—的位置，有目的地實(shí)現(xiàn)未反應(yīng)或只有較少反應(yīng)的反應(yīng)氣體混合物的確定支流額定(流)量(Sollmenge)的定量供給，由此可以在這里提高流動速度并由此降低逗留時間，從而使不希望的副產(chǎn)物難以形成。這里可以避免反應(yīng)進(jìn)行在一個位置的改善導(dǎo)致在另一個位置的惡化，因?yàn)樵谡麄€催化劑散裝物上形成了最佳的速度分布。因此保證了反應(yīng)氣體混合物在催化劑散裝物內(nèi)的逗留時間整體上的改善。對此重要的是，不僅要限定個支流的額定量和定量供給，還要將定量供給裝置相應(yīng)地設(shè)計(jì)成事實(shí)上也可以形成所述額定量的流。這可以按照本發(fā)明由此來實(shí)現(xiàn)，即對于各支流測量分別存在于定量供給裝置的入口和出口之間的壓力差，并對于每個定量供給位置這樣來對定量供給裝置的流動阻力進(jìn)行匹配，以使其與相應(yīng)的所述壓力差相對應(yīng)。這樣可明顯降低副產(chǎn)物的比例，并由此明顯提高產(chǎn)物純度。同時還實(shí)現(xiàn)了催化劑散裝物的均勻負(fù)載，這例如可以提高催化劑的使用壽命，并提高空間/時間-產(chǎn)出(率)。
此外，與具有相同的管幾何形狀的通用的、不具有按本發(fā)明的定量供給裝置的反應(yīng)器相比，通過按本發(fā)明的措施，按要求降低了反應(yīng)器的總體壓力損失。通過按本發(fā)明形成沿流動方向在較深的位置處才輸送的支流的額定量，可以分別規(guī)定的數(shù)量降低在定量供給位置前面的流動速度。由于流動速度與壓力損失成二次方關(guān)系，通過適當(dāng)?shù)亟档痛呋瘎┥⒀b物起始區(qū)域內(nèi)的流動速度，在末端區(qū)域內(nèi)流動速度的提高可相對于壓力損失得到過補(bǔ)償，即這樣起始區(qū)域內(nèi)壓力損失的降低要大于末端區(qū)域內(nèi)壓力損失的增加，這有利于充分利用整個催化劑填充物。結(jié)果是反應(yīng)器上總體的壓力損失降低，這又是的技術(shù)花費(fèi)和運(yùn)行成本降低。
如果反應(yīng)器應(yīng)設(shè)計(jì)成使其不會超過規(guī)定的壓力損失，則可以利用本發(fā)明的措施，在催化劑體積相同時采用具有與常用反應(yīng)器相比較少并由此較長的管的管束。由此得出一種較輕的并且較經(jīng)濟(jì)的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)形式。
在以后反應(yīng)器的運(yùn)行方式改變時，例如更換催化劑以提高效率或者以制造其它的產(chǎn)物或離析物時，可以簡單地通過改動定量供給裝置而對工藝條件進(jìn)行調(diào)整匹配，而不必對反應(yīng)器本身進(jìn)行改變。這種改變通常會導(dǎo)致大的花費(fèi)。
在由US 3268299已知的反應(yīng)管束中，不能形成按計(jì)劃的，特別是均勻的支流量定量供給。在實(shí)際上會出現(xiàn)隨機(jī)的定量供給量。因此只有當(dāng)氣體出口孔通入一個沿定量供給管具有近似恒定的壓力的空間時，才能沿定量供給管的氣體出口孔形成均勻的排出流。但在催化劑填充的被流過的反應(yīng)管中情況不是這樣，因?yàn)橛捎诖呋瘎┨畛湮飳?dǎo)致沿反應(yīng)管形成了一壓力梯度。
圖2定性地示出在由US 3268299已知的定量供給管和反應(yīng)管束中在氣體出口孔如圖6或7所示較大的情況下實(shí)際形成的壓力變化。曲線pI示出定量供給管中(略微下降)的壓力變化，而曲線pII示出催化劑散裝物中的壓力變化。因?yàn)榱黧w流總是傾向于流過阻力最小的路徑，并且催化劑散裝物的流動阻力明顯高于定量供給管的流動阻力，在起始區(qū)域只有很少的反應(yīng)氣體混合物從定量供給管流入催化劑散裝物。因此這里在氣體出口孔上的壓力降以及由此形成的定量供給管和催化劑散裝物之間的壓力差ΔpA、Δp較小。由于在催化劑散裝物中流動的氣體量較小，催化劑散裝物中的壓力降也較小，這導(dǎo)致，氣體出口孔上的壓力差Δp以及由此流過的氣體量首先只是很慢地隨催化劑散裝物的深度或者說長度l提高。因此催化劑散裝物中的壓力降也只是很慢地變大。
反應(yīng)氣體混合物的主要部分在定量供給管的最后部分才流入催化劑散裝物，因?yàn)閺倪@里出發(fā)穿過催化劑散裝物的剩余深度的路徑最短因此流動阻力也最小?，F(xiàn)在在催化劑散裝物的末端區(qū)域強(qiáng)烈提高的流量在催化劑散裝物中形成明顯的壓力降，并提高了定量供給管最后面的氣體出口孔上的壓力差。由此還加強(qiáng)了出現(xiàn)流過定量供給管最后面的氣體出口孔的大氣體流量的趨勢。
因此在US 3268299中說明的具有大的孔橫截面的定量供給裝置不適合于使反應(yīng)氣體混合物在定量供給管的長度上均勻地分布。更多地是裝備有定量供給裝置的催化劑散裝物的大部分—起始區(qū)域和中間區(qū)域—幾乎沒有反應(yīng)氣體混合物流過，即催化劑散裝物的起始區(qū)域和中間區(qū)域?qū)嶋H上沒有用于進(jìn)行反應(yīng)，而大部分的反應(yīng)氣體混合物被直接導(dǎo)入后面的催化劑散裝物中或者說導(dǎo)入催化劑散裝物的末端區(qū)域中，從而所述末端區(qū)域被過度加載。
如果氣體出口孔設(shè)計(jì)的小，如US 3268299的圖2中所示的那樣，則所述出口孔的流動阻力提高。由于氣體出口孔的高壓力降導(dǎo)致前面的位于定量供給管氣體入口區(qū)域的氣體出口孔上強(qiáng)制性出現(xiàn)排出流，如圖3定性地示出的那樣。這會使排出流的均勻性得到改善，但定量供給管末端處的排出流仍舊明顯大于起始區(qū)域處的排出流。由于明顯升高的總體壓力損失這里要求提供較高的入口壓力p0，這會提高工藝上的花費(fèi)和成本。


下面借助附圖示例性地詳細(xì)說明本發(fā)明。其中圖1示出根據(jù)本發(fā)明的管束反應(yīng)器的縱向剖視圖；圖2是示出對于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的管束反應(yīng)器定量供給管和催化劑填充物之間的壓力差Δp的曲線圖；圖3是與圖2類似的根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的管束反應(yīng)器的曲線圖，其中具有較高的入口壓力p0；圖4是與圖2類似的圖1中按本發(fā)明的管束反應(yīng)器的曲線圖，其中示出入口壓力p0和催化劑填充物之間的壓力差Δp；圖5a、b、c示出根據(jù)本發(fā)明的第一、第二和第三實(shí)施形式的其中設(shè)有定量供給裝置的反應(yīng)管的縱向剖視圖；圖5d示出圖5a中的反應(yīng)管沿箭頭Vd的俯視圖；圖6示出根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施形式的其中設(shè)有定量供給裝置的反應(yīng)管的斷開的縱向剖視圖；圖7示出與圖4類似的圖6中的反應(yīng)管的曲線圖；圖8a以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)視圖示出圖6的定量供給管的局部剖視圖；圖8b示出圖8a的定量供給管沿線VIIIb-VIIIb的橫向剖視圖；圖9示出根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施形式的其中設(shè)有定量供給裝置的反應(yīng)管的縱向剖視圖；圖10a示出根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施形式的其中設(shè)有定量供給裝置的反應(yīng)管的縱向剖視圖；圖10b示出圖10a的反應(yīng)管沿線Xb-Xb的俯視圖；圖10c以放大的視圖示出圖10a的細(xì)部Xc；和圖10d示出圖10c中的細(xì)部Xc沿箭頭Xd方向的仰視圖。
具體實(shí)施例方式
圖中示出的根據(jù)本發(fā)明的管束反應(yīng)器1的實(shí)施例具有一帶有多個由催化劑填充的反應(yīng)管3的管束2，所述反應(yīng)管在一上管底4和一下管底5之間垂直延伸，并由一圓柱形的外殼6包圍。在反應(yīng)管3的兩個端部處，其外側(cè)與相應(yīng)的管底4、5密封地焊接連接。上管底4由一氣體入口罩7覆蓋，而下管底5由一氣體出口罩8覆蓋。
通過氣體入口罩7將反應(yīng)氣體混合物9導(dǎo)入管束2。在流過管束2以后，通過氣體出口罩8將發(fā)生反應(yīng)的反應(yīng)氣體混合物9a導(dǎo)出管束反應(yīng)器1。
反應(yīng)管3由載熱介質(zhì)環(huán)繞沖淋，可所述載熱介質(zhì)通過管接頭10導(dǎo)入反應(yīng)管束2中并從其中被導(dǎo)出，并且在不同的流動路徑上流過反應(yīng)管束2。載熱介質(zhì)的流動過程可以按任何合適的方式進(jìn)行并沒有任何限制。
為了清楚起見，在圖1中示出的管束反應(yīng)器1中只以放大的比例示出了六個反應(yīng)管3。實(shí)際上在所示的縱向剖視圖中的反應(yīng)管3的數(shù)量要大出多倍。
在每個反應(yīng)管3中對中地布置有一個定量供給管11。定量供給管11的外壁和反應(yīng)管3的內(nèi)壁之間的中間空間由催化劑顆粒12填充。定量供給管11的內(nèi)部空間中沒有催化劑顆粒12。在反應(yīng)管3的氣體入口側(cè)端部處定量供給管11和反應(yīng)管3之間的中間空間是開放的，從而反應(yīng)氣體混合物12可以在這里進(jìn)入催化劑填充物12的起始面13。
定量供給管11具有一個開口的端部14，所述端部從反應(yīng)管3中伸出，并且在所述端部上設(shè)有一顆粒過濾器15，所述顆粒過濾器防止固體微粒進(jìn)入定量供給管11，并防止由此造成的堵塞。定量供給管11的另一個端部16是封閉的，并延伸到催化劑散裝物12中直到距催化劑散裝物12的末端的一預(yù)定距離處。
圖1中所示的定量供給管11沿其長度分別在三個位置(位置1、2、3)處在其周向壁部中具有氣體出口孔17，反應(yīng)氣體混合物通過所述氣體出口孔流出進(jìn)入催化劑填充物12。
進(jìn)入氣體入口罩7的反應(yīng)氣體混合物9在這里具有一起始壓力p0，利用所述起始壓力反應(yīng)氣體混合物既進(jìn)入定量供給管11，也在定量供給管11旁邊直接進(jìn)入催化劑填充物12露出的端面或者說起始面13。
也就是說，流過反應(yīng)管3的反應(yīng)氣體混合物9被分成一第一支流V1和一第二支流，所述第一支流在定量供給管11旁邊流入反應(yīng)管3并在這流入催化劑填充物12的起始面13，而所述第二支流通過顆粒過濾器15流入定量供給管11。
第一支流V1在催化劑填充物的整個長度Lz上流過催化劑填充物12。流過定量供給管11的第二支流本身又分成三個支流V2、V3和V4，所述支流沿定量供給管長度分布地在相應(yīng)的定量供給位置(位置1、2、3)并通過氣體出口孔17流出進(jìn)入催化劑填充物12。
圖4中示出了催化劑填充物12內(nèi)的壓力變化pII。在定量供給的位置或者說在分成支流的位置(位置0、1、2、3)之后分別形成單調(diào)降低的壓力變化pII。緊隨定量供給位置之后壓力損失總是較強(qiáng)烈，即壓力變化曲線pII下降較強(qiáng)烈，然后變得越來越平坦。其原因在于，反應(yīng)氣體混合物9在催化劑12的作用下發(fā)生反應(yīng)，其中由于部分轉(zhuǎn)化為液體和/或由于反應(yīng)引起的分子量降低會出現(xiàn)體積空缺(Volumendefekt)。由此流動速度降低，并且從而壓力損失也降低。
為了實(shí)現(xiàn)希望的逗留時間性能，要確定定量供給的位置(位置0、1、2、3)和支流(V1、V2、V3、V4)的額定量。由此循環(huán)/迭代得到催化劑填充物12中的壓力變化曲線pII。
通過將定量供給位置(位置1、2、3)設(shè)置在具有降低的流動速度的區(qū)域內(nèi)，并在這里將適當(dāng)?shù)卮_定的支流量V2、V3、V4導(dǎo)入催化劑填充物12中，可在所述區(qū)域內(nèi)使流動速度再次提高，并由此縮短反應(yīng)氣體混合物9的逗留時間。在定量供給位置(位置1、2、3)處在催化劑填充物內(nèi)存在壓力p1、p2、p3。
這里通過根據(jù)本發(fā)明形成的氣體出口孔17的流動阻力輸送希望的支流額定量。這里摩擦壓力損失和分流壓力損失小到可以忽略不計(jì)，從而壓力沿定量供給管11可以視為恒定的。對于該實(shí)施例，顆粒過濾器的流動阻力同樣小到可以忽略不計(jì)。因此相應(yīng)的定量供給位置處所需的總的流動阻力必須由這里存在的氣體出口孔17來形成，即所述氣體出口孔設(shè)計(jì)成水平作用的節(jié)流部。在該實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明所述氣體出口孔的流動阻力通過流通橫截面和阻力系數(shù)這樣來設(shè)定，即當(dāng)對于相應(yīng)的節(jié)流部存在規(guī)定的支流額定量時，所述流動阻力對應(yīng)于氣體入口罩7中的起始壓力p0和催化劑填充物12與節(jié)流部的位置處的壓力之間存在的壓力差。所述壓力差在圖4中用Δp1、Δp2和Δp3示出。
起始壓力p0作用在定量供給管11的氣體入口側(cè)端部處，在這里反應(yīng)氣體混合物流9第一次被分流，并且起始壓力還存在于整個定量供給管11中。催化劑填充物12中的壓力取決于通過催化劑填充物12的單位壓力損失，所述壓力損失通過計(jì)算和/或?qū)嶒?yàn)得知。
支流V1的額定量可通過形成其余的支流來形成。
在催化劑填充物12的端部Lz處達(dá)到端部壓力pz，利用所述端部壓力已經(jīng)反應(yīng)的反應(yīng)氣體混合物9a進(jìn)入氣體出口罩9，并且還從所述氣體出口罩中流出。
這樣既確保了可靠地定量供給相應(yīng)的希望的支流額定量V1、V2、V3、V4，而且還確保在整個催化劑填充物12上最優(yōu)地形成速度分布，從而在一個位置的改善不會以在另一個位置的惡化為代價。
在圖5a至5d中示出圖1所示定量供給管1在反應(yīng)管3中的可選布置方式。
圖5a示出一個這樣的實(shí)施例，其中反應(yīng)管3的氣體入口側(cè)端部在定量供給管11和反應(yīng)管內(nèi)壁之間設(shè)有一個圓環(huán)形的節(jié)流板18。所述節(jié)流板18在其外周向上氣密地固定在反應(yīng)管內(nèi)壁上。所述定量供給管11在中部穿過所述節(jié)流板18，所述定量供給管同樣氣密地與所述節(jié)流板18相連。在所述節(jié)流板18中設(shè)置有四個相互偏置90°的節(jié)流孔19(圖5d)，反應(yīng)氣體混合物9穿過所述節(jié)流孔以希望的壓力進(jìn)入催化劑填充物12的起始面13，所述壓力與氣體入口罩7或者說定量供給管11中的起始壓力p0不同。
在本發(fā)明的每種實(shí)施形式中，這種節(jié)流裝置18可以以匹配的結(jié)構(gòu)裝入。所述節(jié)流裝置還可以在催化劑填充物12內(nèi)部沿定量供給裝置11設(shè)置在一任意(定量供給)的位置之前或之上。
在另一個在圖5b中示出的實(shí)施形式中，所述定量供給管11盡管從催化劑填充物12的起始面13中伸出，但還是終止于反應(yīng)管3的內(nèi)部。在所述實(shí)施形式中，在裝配期間所述管底保持可輕微地移動。
如圖5c所示，所述定量供給管11也可完全埋入催化劑填充物12中，即所述定量供給管11的氣體入口側(cè)端部沒有從催化劑填充物12中伸出。這里流過反應(yīng)管3的反應(yīng)氣體混合物的第一次分流是在催化劑填充物12中才進(jìn)行的，即所述定量供給管11內(nèi)的壓力不是與催化劑填充物12的起始面13上或者說氣體入口罩7內(nèi)的起始壓力p0相對應(yīng)的。
除了形成水平節(jié)流部并且相應(yīng)的支流額定量V2、V3、V4穿過其流出的氣體出口孔17以外，圖6中示出的定量供給管11的實(shí)施形式還包含沿所述定量供給管11縱向的縱向節(jié)流部20、21、22，所述縱向節(jié)流部使所述定量供給管11內(nèi)的壓力以分別規(guī)定的數(shù)量降低。
第一縱向節(jié)流部20設(shè)置在所述定量供給管11的氣體入口側(cè)端部處(位置A)并且使這里存在的起始壓力p0以一定的數(shù)量ΔpIA降低到所述定量供給管11中直接位于位置A后面的壓力pIA上，所述起始壓力還存在于催化劑填充物12的起始面13上(位置B)。
第二縱向節(jié)流部21在位置D使作用在這里的壓力pIA以一定的數(shù)量ΔpID降低到壓力pID上。第三縱向節(jié)流部22在位置F使作用在這里的壓力pID以一定的數(shù)量ΔpIF降低到壓力pIF上。
和根據(jù)圖1、5a、5b的定量供給管11的實(shí)施形式中相同，流過反應(yīng)管3的反應(yīng)氣體混合物9首先分成一流入催化劑填充物12的起始面13的第一支流V1和一流入定量供給管11的第二支流。
在位置C、E、G處，在所述定量供給管11內(nèi)設(shè)置有氣體出口孔17，所述氣體出口孔向催化劑填充物12內(nèi)定量供給希望的支流額定量V2、V3、V4。這里位置C位于第一和第二縱向節(jié)流部20、21之間，位置E位于第二和第三縱向節(jié)流部21、22之間，而位置G位于第三節(jié)流部22和所述定量供給管11封閉的端部16之間。
利用所述縱向節(jié)流部20、21、22可以實(shí)現(xiàn)，使得必須由氣體出口孔或水平節(jié)流部17為用于這里希望的支流額定量的定量供給的相應(yīng)位置提供的流動阻力份額較低，因?yàn)樗鑫挥诙抗┙o位置上游的縱向節(jié)流部已經(jīng)形成了一定份額的流動阻力。即在該實(shí)施形式中，用于相應(yīng)定量供給位置的流動阻力可以通過相應(yīng)定量供給位置處的氣體出口孔17與分別位于上游的縱向節(jié)流部之間的任意組合來形成。
在圖7中用曲線pI和pII示出定量供給管11和催化劑填充物12中的壓力變化。
如上所述，包含在定量供給管11的壓力變化曲線pI中的階段ΔpIA、ΔpID、ΔpIF是由縱向節(jié)流部20、21、22導(dǎo)致的壓力損失或者說相應(yīng)的流動阻力。
如上面結(jié)合圖4所述的那樣來獲得催化劑填充物12的壓力變化曲線pII。在位置C、E、G處在催化劑填充物12內(nèi)存在壓力PIIC、PIIE、PIIG。在進(jìn)一步的變化中在催化劑填充物12內(nèi)在位置H處存在壓力PIIH。從定量供給位置到定量供給位置的壓力降用ΔpIIBC、ΔpIICE、ΔpIIEG、ΔpIIGH表示。
這里在定量供給位置之間，定量供給管11和催化劑填充物12內(nèi)部的壓力變化在其相互關(guān)系上不受任何限制。即例如可以出現(xiàn)，如圖7所示，定量供給管11中的壓力pI甚至還可以下降到低于相鄰的催化劑填充物12中的壓力pII。由于催化劑填充物12內(nèi)部的壓力損失，催化劑填充物中的所述壓力pII在定量供給位置G處又小于定量供給管11中的壓力pI，從而可以按希望實(shí)現(xiàn)確定的支流額定量的排出流。
氣體出口孔17在各定量供給位置處還必須具有的一定的流動阻力，以按本發(fā)明為所述定量供給位置形成總的流動阻力，所述(氣體出口孔)流動阻力的份額對應(yīng)于在定量供給管11內(nèi)在定量供給位置處存在的壓力和在催化劑填充物12內(nèi)在定量供給位置上存在的壓力之間的差。所述相應(yīng)的要求的流動阻力的份額在圖7中用ΔpC、ΔpE、ΔpG說明。所述為每個定量供給位置設(shè)定的(總)流動阻力由定量供給位置處的氣體出口孔或水平節(jié)流部17的份額和分別設(shè)置在上游的縱向節(jié)流部得出。因此例如位置G的(總)流動阻力對應(yīng)于壓力差ΔpG、ΔpIF、ΔpID、ΔpIA的和。
圖8a和8b以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)視圖示出在圖6中示意性示出的定量供給管11。縱向節(jié)流部20、21、22分別設(shè)計(jì)成縱向孔，而氣體出口孔或水平節(jié)流部17—即定量供給位置—分別設(shè)計(jì)成四個相互偏轉(zhuǎn)90°地繞周向分布的水平孔。
定量供給管11具有四個成形段23、24、25、26，在所述成形段之間分別裝入一個管段27、28、29，所述管段分別氣密地連接在相鄰的成形段上。所述成形段分別形成有用于縱向節(jié)流部20、21、22和氣體出口孔17的孔。
縱向節(jié)流部20、21、22在沿流動方向上的前三個成形段23、24、25中分別由具有預(yù)定直徑的縱向孔形成。沿流動方向最后一個成形段26不包含縱向孔，而是在縱向上封閉的。所述縱向孔的直徑從定量供給管11的氣體入口側(cè)端部處的第一縱向節(jié)流部20經(jīng)過第二縱向節(jié)流部21到第三縱向節(jié)流部22分別減小一預(yù)定的尺寸。在第一成形段23上在氣體入口側(cè)的表面上固定有顆粒過濾器15。顆粒過濾器15的結(jié)構(gòu)形式可以是任意的，并與相應(yīng)的要求相適應(yīng)。
第二、第三和最后一個成形段24、25、26分別包括四個氣體出口孔17，所述氣體出口孔分別設(shè)計(jì)成水平孔17，并且相互偏轉(zhuǎn)90°地繞成形段的周向設(shè)置。所述水平孔分別具有一預(yù)定的直徑，在所示的情況下，對于所有成形段24、25、26所述直徑都是相同的。所述水平孔17徑向向外分別終止與一個周向槽30中，以防止所述水平孔被催化劑顆粒12堵塞。為此，所述槽還可以用一個未示出的柵格件覆蓋。
圖9和10a示出這樣的實(shí)施例，其中定量供給裝置由多個定量供給管—在所示示例中分別由三個定量供給管11a、11b、11c或11d、11e、11f—形成。各支流V2、V3、V4分別流過各定量供給管。所述定量供給管的長度不同，并分別終止于預(yù)定的定量供給位置，在定量供給位置相應(yīng)的支流在定量供給管的端部流出，或者說進(jìn)入催化劑填充物12中。在所述實(shí)施例中相應(yīng)定量供給位置所需的流動阻力基本上由定量供給管中的摩擦損失形成。所述流動阻力也可以通過相應(yīng)地設(shè)計(jì)定量供給管端部處的氣體出口來形成。
圖9示出三個同心的相互套插的定量供給管11a、11b、11c，所述定量供給管從催化劑填充物12的起始面13伸出。定量供給管11a、11b、11c外壁和反應(yīng)管內(nèi)壁之間的空間填充有催化劑顆粒12。定量供給管11a、11b、11c的內(nèi)部空間中沒有催化劑顆粒12。
外部的定量供給管11a和反應(yīng)管內(nèi)壁之間的中間空間是開口的，從而在這里反應(yīng)氣體混合物9可進(jìn)入催化劑填充物12的起始面13。
即流過反應(yīng)管3的反應(yīng)氣體混合物9以支流V1流入催化劑填充物12的起始面13，并以其它的支流V2、V3、V4進(jìn)入三個同心的定量供給管11a、11b、11c。
在根據(jù)圖10a的實(shí)施例中，定量供給管11d、11e、11f具有相同的直徑，并且并排地和彼此平行地延伸(圖10b)。定量供給管11d、11e、11f在其端部區(qū)域內(nèi)具有四個縱向切口31，所述切口相互偏轉(zhuǎn)90°地繞定量供給管的外周向設(shè)置并通入定量供給管11d、11e、11f的端側(cè)面(圖10c和10d)?？v向切口31使定量供給管11d、11e、11f的出口面擴(kuò)大，從而使得反應(yīng)氣體混合物9可不受阻礙地從定量供給管中流出，或者說不受阻礙地進(jìn)入催化劑填充物12。
反應(yīng)管3和定量供給管11d、11e、11f的氣體入口區(qū)域可例如設(shè)計(jì)成與圖1、5a、5b和5c中所示的實(shí)施例相對應(yīng)，即在定量供給管的氣體入口側(cè)端部可具有或沒有顆粒過濾器，在定量供給管中可具有或沒有節(jié)流部，定量供給管可從反應(yīng)管中伸出或不從反應(yīng)管中伸出，定量供給管可從催化劑填充物12的起始面13中伸出或不從起始面13中伸出。
應(yīng)該理解，本發(fā)明不局限于所示的實(shí)施例，而是在本發(fā)明的范圍還可以具有其它的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)教導(dǎo)的設(shè)計(jì)方案和改變方案。
權(quán)利要求
1.一種用于進(jìn)行吸熱或放熱氣相反應(yīng)的方法，該方法采用一種具有由催化劑填充的反應(yīng)管的管束的管束反應(yīng)器，包括以下步驟a)向反應(yīng)管中導(dǎo)入反應(yīng)氣體混合物；b)將分別流過反應(yīng)管的反應(yīng)氣體混合物流分成至少兩個支流，其中每個支流都具有相同的組成成分；c)沿催化劑填充物在不同的位置利用所存在的流動阻力定量供給各支流，其特征在于，包括以下步驟d)確定各支流(V1、V2、V3、V4)的支流額定量；e)測得反應(yīng)氣體混合物流(9)第一次分流的位置處的壓力；f)測得在定量供給相應(yīng)的支流(V1、V2、V3、V4)的位置處催化劑填充物(12)中的壓力；g)設(shè)定形成各定量供給位置的流動阻力，以使所述流動阻力對應(yīng)于在存在支流額定量的情況下對應(yīng)于在步驟e)和f)中確定的壓力之間的壓力差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在催化劑填充物(12)之前進(jìn)行所述第一次分流。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，將第一支流(V1)定量供給到催化劑填充物(12)的起始區(qū)域中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于，將第一支流(V1)定量供給到催化劑填充物(12)的起始面(13)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在催化劑填充物(12)之中進(jìn)行所述第一次分流。
6.一種用于進(jìn)行吸熱或放熱氣相反應(yīng)的管束反應(yīng)器，具有一個催化劑填充的反應(yīng)管的管束，所述反應(yīng)管的一個端部由氣體入口罩覆蓋，而其另一個端部由氣體出口罩覆蓋，并且所述反應(yīng)管分別由反應(yīng)氣體混合物流過并分別具有一個定量供給裝置，所述定量供給裝置至少部分地埋入催化劑填充物中并將流過反應(yīng)管的反應(yīng)氣體混合物流分成至少兩個支流，其中，每個支流都具有相同的組成成分，并且沿催化劑填充物在不同的位置利用存在的流動阻力定量供給各支流，其特征在于，所述定量供給裝置(11、11a-11f)具有這樣的裝置(17、20、21、22)，所述裝置的流動阻力分別這樣設(shè)定，即在每個定量供給的位置，在存在為相應(yīng)位置規(guī)定的支流額定量的情況下，所述流動阻力對應(yīng)于反應(yīng)氣體混合物流(9)第一次分流的位置處的壓力與定量供給位置處在催化劑填充物(12)中的壓力之間的壓力差。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的管束反應(yīng)器，其特征在于，所述定量供給裝置(11、11a-11f)從所述反應(yīng)管(3)中伸出。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的管束反應(yīng)器，其特征在于，所述定量供給裝置(11、11a-11f)沉入地設(shè)置在所述反應(yīng)管(3)中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的管束反應(yīng)器，其特征在于，所述定量供給裝置(11、11a-11f)從所述催化劑填充物(12)中伸出。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的管束反應(yīng)器，其特征在于，所述定量供給裝置(11、11a-11f)沉入地設(shè)置在所述催化劑填充物(12)中。
11.根據(jù)權(quán)利要求6至10中任一項(xiàng)的管束反應(yīng)器，其特征在于，所述定量供給裝置設(shè)計(jì)成至少一個定量供給管(11)，所述定量供給管對中地設(shè)置在所述反應(yīng)管(3)中，并且所述定量供給管在定量供給的位置在其壁部中具有氣體出口孔(17)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的管束反應(yīng)器，其特征在于，所述定量供給裝置(11)具有帶有分別規(guī)定的流動阻力的節(jié)流部(17、20、21、22)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的管束反應(yīng)器，其特征在于，所述節(jié)流部主要由氣體出口孔(17)形成。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的管束反應(yīng)器，其特征在于，所述節(jié)流部由節(jié)流孔(17)形成，所述節(jié)流孔通入相應(yīng)定量供給管(11)的外壁中的一凹陷部(30)中。
15.根據(jù)權(quán)利要求12的管束反應(yīng)器，其特征在于，所述節(jié)流部主要設(shè)計(jì)成每個定量供給管(11)中位于相應(yīng)的氣體出口孔(17)上游的縱向孔(20、21、22)。
16.根據(jù)權(quán)利要求11的管束反應(yīng)器，其特征在于，在定量供給位置分別需要的流動阻力基本上由每個定量供給管(11)中的摩擦損失形成。
17.根據(jù)權(quán)利要求12的管束反應(yīng)器，其特征在于，在定量供給位置分別需要的流動阻力由—特別是根據(jù)權(quán)利要求13、14和/或15的—節(jié)流部(17、20、21、22)的組合和/或每個定量供給管(11)中的摩擦損失形成。
18.根據(jù)權(quán)利要求6至17中任一項(xiàng)的管束反應(yīng)器，其特征在于，所述定量供給裝置具有多個定量供給管(11a、11b、11c；11d、11e、11f)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的管束反應(yīng)器，其特征在于，所述定量供給管(11a、11b、11c；11d、11e、11f)具有不同的長度，其中所述定量供給管分別由一支流流過，并且在定量供給位置終止并在這里開口。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的管束反應(yīng)器，其特征在于，所述定量供給管(11a、11b、11c)同心地相互套插。
21.根據(jù)權(quán)利要求19的管束反應(yīng)器，其特征在于，所述定量供給管(11d、11e、11f)相互平行地延伸。
22.根據(jù)權(quán)利要求6至21中任一項(xiàng)的管束反應(yīng)器，其特征在于，在所述定量供給裝置(11、11a-11f)的氣體入口處設(shè)有一個顆粒過濾器(5)。
23.根據(jù)權(quán)利要求6至22中任一項(xiàng)的管束反應(yīng)器，其特征在于，在所述反應(yīng)管(3)內(nèi)，除所述定量供給裝置(11、11a-11f)以外，還設(shè)有至少一個用于提高壓力損失的裝置(18)。
全文摘要
本發(fā)明的涉及一種用于采用一種具有由催化劑填充的反應(yīng)管的管束反應(yīng)器進(jìn)行吸熱或放熱氣相反應(yīng)的方法，包括以下步驟a)向反應(yīng)管中導(dǎo)入反應(yīng)氣體混合物；b)將流過反應(yīng)管的反應(yīng)氣體流分成至少兩個支流，其中每個支流都具有相同的組成成分；c)沿催化劑填充物在不同的位置利用存在的流動阻力定量供給各支流；d)為每個支流確定支流額定量；e)測得反應(yīng)氣體混合物流第一次分流的位置處的壓力；f)測得在定量供給相應(yīng)的支流的位置處催化劑填充物中的壓力；g)形成每個定量供給位置的流動阻力，以使所述流動阻力對應(yīng)于在支流額定量的情況下對應(yīng)在步驟e)和f)中確定的壓力之間的壓力差。此外本發(fā)明還涉及一種用于這種方法中的管束反應(yīng)器。
文檔編號B01J8/06GK1739847SQ200510093199
公開日2006年3月1日 申請日期2005年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月20日
發(fā)明者M·萊勒, F·埃格納, M·克勞森, M·馬利 申請人:曼德韋有限公司