專利名稱：偽等溫徑向反應器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及用于催化反應的偽等溫徑向反應器，所述偽等溫徑向反應器包括大體為柱形的殼體，其相對端由相應的底板封閉；反應區(qū)，其中支撐放在所述反應區(qū)中的至少一個相應的催化床和多個熱交換器。
在以下描述和所附權利要求書中，術語“偽等溫反應器”用于表示用于化學反應的反應器，其中將反應溫度控制在預定最優(yōu)值附近的值的有限范圍內(nèi)。
此外，參看反應器的主軸，反應物和反應產(chǎn)物橫越反應區(qū)發(fā)生在徑向上。
背景技術：
如所知的，在所有偽等溫反應器中，必不可少的是，隨著反應的繼續(xù)，反應物和產(chǎn)物在預定停留時間內(nèi)保留在反應器內(nèi)部，這既允許反應物起反應，又允許反應物和產(chǎn)物的混合物與反應器外部交換熱量(例如，通過設置在反應區(qū)內(nèi)的熱交換器)，以便維持反應器自身內(nèi)的偽等溫條件。
在現(xiàn)有技術中，廣泛使用具有由反應物軸向橫越的催化床的偽等溫反應器。
這些反應器允許獲得很高的生產(chǎn)能力，但是氣體橫越催化床引起大的壓降。
為了避免上述壓降，已經(jīng)提出降低催化床的高度，同時增加其半徑來保持生產(chǎn)率不變。然而，從構(gòu)造的觀點看，以此方式制成的反應器，即具有大直徑殼體，不是節(jié)省成本的。
為了解決壓降的問題和同時使得偽等溫徑向反應器更節(jié)省成本，已經(jīng)研制出徑向橫越催化床的反應器，其大體上在高度方向上延伸，在高度和直徑之間的比率(例如，在合成氨中)約等于10。
盡管這些反應器既解決了上述壓降問題，又解決了與大直徑殼體的結(jié)構(gòu)相關的經(jīng)濟問題，但是它們引入認識到的新缺陷。
事實上，在所述徑向反應器中，由于催化床的相當大的長度，已經(jīng)注意到，曾經(jīng)沿所述床的入口壁分布的氣體反應物具有對床自身不充分的橫越速度(crossing speed)。
所述橫越速度對反應物和熱交換板之間的熱交換系數(shù)產(chǎn)生負面影響。
由于這些原因，不再可能對反應的偽等溫性進行最優(yōu)控制。

發(fā)明內(nèi)容
構(gòu)成本發(fā)明基礎的技術問題是，實現(xiàn)了上述類型的化學反應器，所述化學反應器具有結(jié)構(gòu)和功能特征，例如以允許對反應的偽等溫性進行有效控制，以便克服上述現(xiàn)有技術的缺陷。
上述技術問題通過一種用于催化反應的偽等溫徑向化學反應器解決，所述偽等溫徑向化學反應器包括大體為柱形的殼體，其相對端由相應的底板封閉；反應區(qū)，其中放在所述反應區(qū)中的相應催化床和多個熱交換器得到支撐，其特征在于，它包括至少一個第二另外的反應區(qū)，所述反應區(qū)包括放在所述第二反應區(qū)中的相應催化床和多個熱交換器，所述第一和所述第二反應區(qū)彼此流體連通。
根據(jù)以下為了表征和非限定的意義，參看附圖給出的根據(jù)本發(fā)明的化學反應器的實施例的詳細描述，本發(fā)明的進一步的特征和優(yōu)點將變得更清楚。


圖1示意性地示出實現(xiàn)本發(fā)明的化學反應器的截面圖。
圖2和圖3分別示意性地示出圖1的細節(jié)的截面圖。
具體實施例方式
參看圖1，具有垂直軸A-A的等溫徑向化學反應器整體示意性地用1表示，所述等溫徑向化學反應器一般用于執(zhí)行通過催化劑的存在而激活的化學反應，在此具體(但非限定)實例中用于合成氨。
所述反應器1包括柱形殼體2和相對底板即下底板3和上底板4。上底板4裝配有用于輸入反應物的開口5，而下底板3裝配有用于排放反應產(chǎn)物的開口6。
所述殼體2包括與所述殼體2共軸的柱形筒(cartridge)7，在所述殼體2中限定第一反應區(qū)8，所述第一反應區(qū)8代表性地位于上線9和下線10之間，以保持預定催化床11(以本質(zhì)上已知的方式被支撐，因此沒有表示出)，用于由反應氣體軸向橫越。
所述催化床11沿平行于軸A-A的方向由大體為環(huán)形的柱形籃(basket)14的壁12和13(分別為內(nèi)壁和外壁)束縛，其中穿孔于籃14上，以便允許反應物的徑向通道通過催化床11。
所述籃14的底部由設置在線10處的底板16封閉。
與所述殼體共軸的柱形中央導管17從第一室18延伸，直到第二室19，其中所述第一室18用于收集反應氣體，且底部由線9束縛，所述第二室19用于收集從第一反應區(qū)8出來的氣體，且底部由線10束縛。
在所述籃14和筒7之間存在用于在催化床11內(nèi)分布反應物的間隙20。同樣，在所述籃14和中央導管17之間存在用于收集從催化床11出來的反應物/產(chǎn)物混合物的間隙21。
將多個熱交換器22浸入并支撐在催化床11中。所述熱交換器22為板狀、矩形和盒狀，優(yōu)選長側(cè)23平行于殼體2自身的軸A-A徑向排列。
根據(jù)非限定性實施例，所述熱交換器22可排列在多個與所述殼體2共軸的同心行上。
所述熱交換器22包括用于工作的熱交換流體的入口連接器24和出口連接器25，所述連接器位于所述交換器22的相對短側(cè)上。
與本發(fā)明的一個特征一致并根據(jù)一個優(yōu)選實施例，在所述殼體2中限定第二反應區(qū)26，所述第二反應區(qū)26代表性地束縛在上線27和下線27之間，以接收預定催化床29，打算由反應氣體和由反應產(chǎn)物軸向橫越。
第二反應區(qū)26通過上述底部由線27束縛的室19與第一反應區(qū)8相連和流體連通。
所述催化床29沿平行于軸A-A的方向由環(huán)形的柱形籃32的壁30和31(分別為內(nèi)壁和外壁)束縛，其中穿孔于籃32上，以便允許反應物的徑向通道通過催化床29。
所述籃32的底部也由設置在線28處的環(huán)形底板34封閉。
在所述籃32和筒7之間存在用于在催化床29內(nèi)分布反應物的間隙48。所述間隙48通過連接器21和連接室19與催化床11連通。
在所述籃32和殼體2的軸A-A之間存在收集室35，所述收集室35用于收集從催化床29出來的反應物/產(chǎn)物混合物，并且通過排放管與開口6流體連通。
將多個熱交換器29埋入并支撐在催化床29中。所述熱交換器36為板狀、矩形和盒狀，長側(cè)37平行于殼體2自身的軸A-A。
根據(jù)非限定性實施例，所述熱交換器36可排列在多個與所述殼體2共軸的同心行上。
所述熱交換器36包括用于工作的熱交換流體的入口連接器38和出口連接器39，所述連接器位于所述交換器36的相對短側(cè)上。
熱交換器36通過輸送管41和相應的環(huán)形收集管42與中央導管17流體連通。
熱交換器36也通過導管43與熱交換器22流體連通。
參看上述設備，將反應物流通過開口5連續(xù)供給反應器1。
所述流通過輸送管44、環(huán)形分布管45和連接器46供給所述熱交換器22內(nèi)部，在這里它與第一反應區(qū)8交換熱量。
在所述熱交換器22內(nèi)部以及交換器36內(nèi)部，反應物流具有工作的熱交換流體的作用。
在熱交換器36的出口處，反應物流由環(huán)形收集管42收集，且通過導管41送入中央導管17中。
中央導管17攜帶反應物流到室18，從這里它沿間隙20留下，經(jīng)過籃14的壁12，通過第一反應區(qū)8徑向散布，其中在第一反應區(qū)8，反應物流部分反應。
從反應區(qū)9出來的反應物/產(chǎn)物混合物收集在間隙21中，且從這里傳到收集室19，從這里，通過間隙48，分布在第二反應區(qū)26內(nèi)。
在第二反應區(qū)26內(nèi)，徑向橫越催化床29，反應完成。
在第二反應區(qū)26的出口處，產(chǎn)物流入收集室35，它們從這里通過排放管47傳送到出口開口。
由于上述配置，反應氣體沿比現(xiàn)有技術的單個催化床短的相應的催化床的入口壁分布，從而通過反應氣體獲得所述催化床11和29的更大的橫越速度。
同樣，為了避免損壞催化劑，和為了防止反應器的內(nèi)部部分變差，改善了為了提高反應器的反應產(chǎn)量所需要的等溫性控制。
根據(jù)本發(fā)明的一個有利實施例，可能根據(jù)所需要交換的熱量的量，在每個催化床中設置不同數(shù)量的熱交換器。
換言之，根據(jù)分別表示根據(jù)平面B-B和C-C的反應器的截面的圖2和圖3，可能將更大數(shù)量的交換器22插入第一催化床11中，在這里，反應物濃度最高，反應發(fā)生更快，從而需要更大的熱交換。
另一方面，在第二催化床29內(nèi)需要較少數(shù)量的交換器36，在這里，反應物濃度比先前的情況小，反應的進行更慢，從而需要更少的熱交換。
同樣，也節(jié)省了要使用的交換器的數(shù)量，從而獲得經(jīng)濟效果。
為了同樣的目的，為了通過反應氣體控制催化床的橫越速度，從而控制反應的等溫性，可能改變催化床的長度(參看圖1的實例)。
由于根據(jù)本發(fā)明的反應器，可能執(zhí)行用于優(yōu)化偽等溫催化反應的方法，所述方法包括將反應物供給反應區(qū)8的步驟，其中所述反應區(qū)8包括催化床11和放在所述催化床11中的多個熱交換器22，所述方法還包括另外的步驟收集來自所述反應區(qū)8的反應物和產(chǎn)物；將所述反應物和產(chǎn)物傳送到第二反應區(qū)26，其中所述第二反應區(qū)26包括相應的催化床29和放在所述催化床29中的相應的多個熱交換器36；將所述反應物和產(chǎn)物供給所述第二反應區(qū)26；以及在所述催化床29中完成所述反應。
對這樣想出的本發(fā)明容易作出進一步的改變和修改，而這些改變和修改全都由所附權利要求書限定的本發(fā)明的保護范圍所覆蓋。
權利要求
1.一種用于催化反應的偽等溫徑向化學反應器，包括大體為柱形的殼體(2)，其相對端分別由相應的底板(3)和(4)封閉；反應區(qū)(8)，其中放在所述反應區(qū)(8)中的相應催化床(11)和多個熱交換器(22)得到支撐，其特征在于，它包括另外的至少一個第二反應區(qū)(26)，所述反應區(qū)(26)包括放在所述第二反應區(qū)(26)中的相應催化床(29)和多個熱交換器(36)，所述第一和所述第二反應區(qū)(8和26)彼此流體連通。
2.根據(jù)權利要求1所述的化學反應器，其特征在于，所述第一和所述第二反應區(qū)(8和26)串聯(lián)連接。
3.根據(jù)權利要求2所述的化學反應器，其特征在于，所述反應區(qū)(8，26)的至少一個的多個熱交換器(22)與外部流體連通。
4.根據(jù)權利要求3所述的化學反應器，其特征在于，這兩個反應區(qū)(8，26)的多個熱交換器(22，36)彼此流體連通。
5.根據(jù)權利要求4所述的化學反應器，其特征在于，所述多個熱交換器(22，36)的至少一個熱交換器為板狀、矩形和盒狀。
6.根據(jù)權利要求5所述的化學反應器，其特征在于，所述多個熱交換器(22)關于所述反應器的軸(A-A)共軸徑向排列。
7.一種用于優(yōu)化偽等溫催化反應的方法，包括將反應物供給反應區(qū)(8)的步驟，其中所述反應區(qū)(8)包括催化床(11)和放在所述催化床(11)中的多個熱交換器(22)，其特征在于，所述方法包括另外的步驟收集來自所述反應區(qū)(8)的反應物和產(chǎn)物；將所述反應物和產(chǎn)物傳送到第二反應區(qū)(26)，其中所述第二反應區(qū)(26)包括相應的催化床(29)和放在所述催化床(29)中的相應的多個熱交換器(36)；將所述反應物和產(chǎn)物供給所述第二反應區(qū)(26)；以及在所述催化床(29)中完成所述反應。
全文摘要
一種用于催化反應的偽等溫徑向化學反應器，包括大體為柱形的殼體，其相對端由相應的底板封閉；反應區(qū)，其中放在所述反應區(qū)中的相應催化床和多個熱交換器得到支撐。
文檔編號C01C1/00GK1802200SQ200480003161
公開日2006年7月12日 申請日期2004年1月15日 優(yōu)先權日2003年1月29日
發(fā)明者埃爾曼諾·菲利皮, 恩里科·里奇, 米爾科·塔里齊 申請人:卡薩爾甲醇公司