專利名稱：改進非均相放熱合成反應(yīng)器的方法
總的說來，本發(fā)明涉及改進用于非均相放熱合成的反應(yīng)器的方法。
更具體地說，本發(fā)明涉及改進具有外殼的氨或甲醇合成反應(yīng)器的一種方法，合成反應(yīng)器中至少承載一個催化床層，催化床層通過流體與伸至上述外殼下面的一個接管相聯(lián)通，該接管帶有一個用于排出離開上述至少一個催化床層的反應(yīng)產(chǎn)物的管口。
在下面的說明書及權(quán)利要求書中，術(shù)語改造，指對先有反應(yīng)器的改造，目的是改善其操作性能并獲得可與新建反應(yīng)器相匹敵的生產(chǎn)能力和反應(yīng)效率。
在本領(lǐng)域使用的術(shù)語中，改造(Modernization)這類詞也用來指術(shù)語改進(retrofitting)或修改(revamping)。
在用于非均相合成的反應(yīng)器，特別是放熱反應(yīng)器的改造中，越來越意識到需要在較高熱力能級上回收反應(yīng)過程中產(chǎn)生的熱量而同時盡可能保持反應(yīng)器的外部結(jié)構(gòu)不變，特別是殼體、蓋和反應(yīng)氣的氣體出口接管盡可能保持不變。
公認的最重要的是維持反應(yīng)器的外部結(jié)構(gòu)不變，因為反應(yīng)器外部結(jié)構(gòu)的任何改變能導(dǎo)致期望的改進不僅經(jīng)濟上不可行，而且由于改變的區(qū)域內(nèi)反應(yīng)器可能的結(jié)構(gòu)變形而產(chǎn)生潛在的危險。
已知技術(shù)的改進方法主要提出僅對殼體內(nèi)的內(nèi)件進行更換，尤其是用新的徑向或軸向-徑向高產(chǎn)率床層替代先有的催化床層。
一方面，這些改進方法使反應(yīng)器的生產(chǎn)能力和/或轉(zhuǎn)化率提高而保持反應(yīng)器的外部結(jié)構(gòu)不變，但另一方面，這些改進方法不能實現(xiàn)在高的熱力能級上回收合成反應(yīng)產(chǎn)生的熱量。
事實上，幾乎在所有的情況下，反應(yīng)器氣體出口接管不能承受離開最下面催化床層的反應(yīng)氣的溫度，達到此溫度的反應(yīng)氣在排出之前必須冷卻。
因此，對保持合成反應(yīng)器外部結(jié)構(gòu)不變的需要使得已知的改進方法僅在有限的熱力能級上回反應(yīng)產(chǎn)物所擁有的熱量，回收的熱量僅限于鍋爐給水的預(yù)熱或生產(chǎn)低壓蒸汽(壓力低于40巴)。
本發(fā)明的目的是提供一種改進非均相合成反應(yīng)器的方法，該方法使得合成反應(yīng)器中產(chǎn)生的反應(yīng)熱在較高的熱力能級上回收，同時保持該反應(yīng)器的外部結(jié)構(gòu)基本上不變。
該目的通過上面上述的一種方法得到解決，其特征在于它包括下列步驟-在上述殼體外設(shè)置一個生產(chǎn)高壓蒸汽的鍋爐；-在緊靠著上述接管處將鍋爐與反應(yīng)器殼體相連接；
-通過伸入上述接管中的導(dǎo)管將上述的至少一個催化床層和該鍋爐中的進口集氣管相連接，該接管與導(dǎo)管間形成一環(huán)形空隙。
上述導(dǎo)管及空隙確定了反應(yīng)的氣體去上述鍋爐和從該鍋爐到反應(yīng)器外部的相應(yīng)的流徑。
本發(fā)明的改進方法有利于在高熱力能級上回收反應(yīng)熱，因而使得有可能利用溫度遠高于反應(yīng)器氣體出口接管的設(shè)計溫度的熱氣。此回收能以非常有效的方式進行，比如在反應(yīng)器外部設(shè)置的鍋爐內(nèi)產(chǎn)生高壓蒸汽(80-120巴，250°-350℃)。
為此，本發(fā)明的方法提供了催化床層或反應(yīng)器的最下面催化床層與上述鍋爐的連接措施，該連接是通過伸在反應(yīng)產(chǎn)物出口接管中的導(dǎo)管來實現(xiàn)的，導(dǎo)管與出口接受間形成一環(huán)狀空隙。
這樣，在高溫下離開最下面催化床層的反應(yīng)產(chǎn)物被直接送入鍋爐而不與出口接管直接接觸，這歸功于將反應(yīng)產(chǎn)物與出口接管隔離的所述空隙。流經(jīng)出口接管的是在鍋爐中產(chǎn)生高壓蒸汽而被冷卻的氣體，從而確保在操作中出口接管溫度不超過其設(shè)計溫度。
在本改進方法的一個具體的和優(yōu)選的實施方案中，通過反應(yīng)器殼體和鍋爐氣體出口接管的相互連接將上述鍋爐與合成反應(yīng)器連接起來。
用于將反應(yīng)產(chǎn)物送入鍋爐的導(dǎo)管最好是同心地伸在氣體出口接管中，從而使得管壁能均勻冷卻。
因此本發(fā)明的方法提供了反應(yīng)產(chǎn)物擁有熱量的最佳回收辦法，而無需更換或改變氣體出口接管。
通過反應(yīng)器中已經(jīng)存在的收集和輸送設(shè)備，將催化床層或反應(yīng)器最下面的催化床層與鍋爐給料導(dǎo)管相連接有助于進一步減少對反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的改變，從而降低改造費用。
本發(fā)明方法也可便利地實現(xiàn)與其它已知的旨在提高反應(yīng)器效率的改進方法相結(jié)合。
按照本發(fā)明的另一個目的，實現(xiàn)在高熱力能級上熱回收的非均相放熱合成反應(yīng)的方法包括以下措施-將氣態(tài)反應(yīng)物送入到承載在合成反應(yīng)器內(nèi)的至少一個催化床層；-該氣態(tài)反應(yīng)物在上述的至少一個催化床層內(nèi)發(fā)生反應(yīng)；-借助于伸到該反應(yīng)器下面的接管和設(shè)置的相應(yīng)氣體出口，將離開上述的至少一個催化床層的反應(yīng)產(chǎn)物從反應(yīng)器中排出，其特征在于它還包含下列措施-借助于伸在該接管中的導(dǎo)管將離開上述的至少一個催化床層的反應(yīng)產(chǎn)物送到反應(yīng)器外的鍋爐，該接管與導(dǎo)管間形成一環(huán)形空隙；-通過同時產(chǎn)生高壓蒸汽來冷卻鍋爐中反應(yīng)產(chǎn)物；-借助于上述的環(huán)形空隙和氣體出口將離開該鍋爐的冷卻的反應(yīng)產(chǎn)物排出。
在按照上述的改進方法改造的反應(yīng)器中，這樣獲得的方法使得有可能利用離開眾多催化床層中這一的產(chǎn)物的熱量，最好是產(chǎn)生高壓蒸汽。
反應(yīng)產(chǎn)物從反應(yīng)器最終排出之前，最好在通過最下面催化床層后送入鍋爐。
參照附圖，通過對下面旨在解釋而非限定的本發(fā)明的一個改造方法的實施例描述本發(fā)明的特點和優(yōu)點便顯而易見了。
在圖中-

圖1表示先有技術(shù)的非均相放熱合成反應(yīng)器的縱向剖面圖；-圖2表示用本發(fā)明改造方法改進圖1所示反應(yīng)器后得到的反應(yīng)器的縱向剖面圖；-圖3表示圖2中所示反應(yīng)器的某些細節(jié)放大后的縱向剖面圖。
參照圖1，數(shù)字1表示一個已知的非均相放熱合成反應(yīng)器，即用于氨或甲醇生產(chǎn)的反應(yīng)器。
反應(yīng)器1由1個管式套筒或殼2、緊接上端的氣封蓋3和裝在下端的用于排出反應(yīng)產(chǎn)物的出口接管4組成。
接管4本身又具有反應(yīng)產(chǎn)物出口7和將第一部分氣態(tài)反應(yīng)物加入反應(yīng)器的開口8。
左邊的開口5用于將第二部分氣態(tài)反應(yīng)物加入反應(yīng)器，而眾多相互分隔的開口6(圖1中只表示出其中的一個)用于將第三部分氣態(tài)反應(yīng)物或“急冷”氣加入反應(yīng)器，開口5和6穿過殼2并安裝在蓋3的附近。
上部為反應(yīng)段10和下部為換熱器11的心子9通常支承在殼2內(nèi)。在此情況下，反應(yīng)段10由兩個催化床層12和13組成，床層中裝填粒狀或片狀催化劑，通過導(dǎo)管集氣管14，流體將催化床層12和13與接管4聯(lián)系起來。
圖1中，表示出穿過催化床層12和13及換熱器11的氣體流徑，反應(yīng)產(chǎn)物通過接管4離開反應(yīng)器前先經(jīng)換熱器11冷卻。
此處應(yīng)該提到，由于此冷卻，接管4能耐的最高溫度遠遠低于離開反應(yīng)段的產(chǎn)物的溫度。
圖2表示一個用于非均相放熱合成的反應(yīng)器，它是根據(jù)本發(fā)明方法對圖1中的反應(yīng)器改造后得到的。
此圖中，反應(yīng)器1等結(jié)構(gòu)和功能與圖1所述相同者將用同一參考號數(shù)表示，且不再進一步描述。
圖2中，箭頭批示流入和流出反應(yīng)器1的各種氣體流經(jīng)。
按照本發(fā)明特別優(yōu)選的實施方案，圖1中所示的反應(yīng)器心子9首先拆出其內(nèi)件，然后裝上軸向一徑向流動式催化床層15、16和17，并按照已知的改進方法裝上介質(zhì)急冷式冷卻(通過與冷的合成氣混合)和間接式冷卻(通過換熱器)設(shè)備。
為此，急冷氣分布器18a、18b安裝在第一和第二催化床層15、16的上游，而氣/氣換熱器23置于第三催化床層17的上游。
通過穿過蓋3的導(dǎo)管20作為分布器18a的急冷氣進口。
按此方法改造反應(yīng)器1后，本發(fā)明的改進方法包括首先在反應(yīng)器外部安裝一個適合于產(chǎn)生高壓蒸汽的鍋爐21。
圖2中舉例說明的鍋爐21為管殼式，它包括通常由支撐大量管子23的殼22，管子23的固定端通向管程進口和出口收集器24和25。
鍋爐21也包括大量流過殼程的合適冷卻流體(如水)的進口管26和出口管27。
最后用28表示排出鍋爐21管程氣流的接管。
在本方法的第二步內(nèi)，按本領(lǐng)域熟知的方式，如采用大量普通螺栓，通過接管4和28相互連接將鍋爐21和反應(yīng)器1連接起來，圖中未標出螺栓。
在下一步中，通過伸在接管4中的導(dǎo)管29將最下面催化床層17連接到鍋爐21管程的進氣集氣管24上，導(dǎo)管29與接管4形成一環(huán)狀空隙30。
與導(dǎo)管29結(jié)合在一起的氣體聚集室31被氣密地固定到管道14上，以避免任何流體可能從空隙30泄露到反應(yīng)器1內(nèi)部。
因此，上述操作完成時，導(dǎo)管29和空隙30確定了相應(yīng)的氣體流經(jīng)，使得離開最下面催化床層17的熱反應(yīng)產(chǎn)物送到鍋爐21，然后在鍋爐中冷卻后排出反應(yīng)器。
借助于如此改進的反應(yīng)器1，則有可能以下列方式進行具有高熱力能級熱回收的非均相放熱合反應(yīng)。
通過管口5加到反應(yīng)器1的氣態(tài)反應(yīng)物在換熱器19中預(yù)熱，并送到第一催化床層15，氣態(tài)反應(yīng)物與分布器18a加入的第一部分急冷氣混合后以離心式的軸向-徑向流動方式通過此催化床層。
離開第一催化床層15的反應(yīng)產(chǎn)物/反應(yīng)物混合物與由分布器18b加入的第二部分急冷氣混合后被送入第二催化床層16。
以軸向-徑向向心式通過第二床層16的該混合氣先在換熱器19中部分冷卻，然后再進入第三而且也是最后一個催化床層17，并仍以軸向-徑向向心式流過此床層。
通過導(dǎo)管29將離開最下面催化床層17、溫度約450℃的反應(yīng)產(chǎn)物送入鍋爐21，在鍋爐中，通過同時產(chǎn)生高壓蒸汽的方式將反應(yīng)產(chǎn)物的溫度冷卻到約330-350℃。通過空隙30和設(shè)置在接管4的管口7將離開鍋爐21的反應(yīng)的氣體從反應(yīng)器1排出。
由于在空隙30中流過的反應(yīng)產(chǎn)物從接管4帶走了熱量，因此本發(fā)明方法使得有可能保證接管在設(shè)計溫度下工作，同時由于將要改進的反應(yīng)器的外部結(jié)構(gòu)基本不變，從而使其在經(jīng)濟上和操作上均具優(yōu)勢。
顯而易見，反應(yīng)后氣體的熱量能進一步用于加熱另一種流體，或者在安裝在鍋爐21下游的其它換熱器中預(yù)熱新鮮的合成氣。
為了滿足特定的和偶爾的應(yīng)用要求，本發(fā)明的合成反應(yīng)器的改進可進行進一步的改造，所有這些改進包括在由下列權(quán)利要求限定的保護范圍內(nèi)。
比如，反應(yīng)器1的換熱器11可便利地安裝在此反應(yīng)器1的下游，以便于用離開鍋爐21的反應(yīng)的氣體的余熱預(yù)熱新鮮合成氣。
作為一個可供選擇的方法，提供允許最低催化床層和導(dǎo)管29間流體交換的合適的方法，即旁路換熱器11，也可避免更換反應(yīng)器1的催化床層12和13及換熱器11。
權(quán)利要求
1.一種改造帶殼體(2)的非均相放熱合成反應(yīng)器的方法，反應(yīng)器內(nèi)支承至少一個催化床層(15，16，17)，催化床層通過流體與伸至上述表體(2)下面的接管(4)相聯(lián)通，該接管設(shè)有用來排出離開上述至少一個催化床層(15，16，17)的反應(yīng)產(chǎn)物的管口(7)，其特征在于它包含下列步驟-在上述的殼體(2)外設(shè)置一個用來產(chǎn)生高壓蒸汽的鍋爐(21)；-在緊靠著上述的接管(4)處將鍋爐(21)和殼體(2)相連接；-通過伸至上述的接管(4)中的導(dǎo)管(29)將上述的至少一個催化床層(15，16，17)和該鍋爐(21)中進口集氣管(24)相連，導(dǎo)管(29)和接管(4)間形成一環(huán)狀空隙(30)；上述的導(dǎo)管(29)和空隙(30)為反應(yīng)的氣體到上述的鍋爐(21)和從該鍋爐(21)到反應(yīng)器外部確定了相應(yīng)的流經(jīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，通過連接鍋爐(21)的氣體出口管(28)和上述的接管(4)將該鍋爐(21)連接到殼體(2)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于上述的導(dǎo)管(29)是同心地伸在上述的接管(4)中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于通過該反應(yīng)器中已存在的氣體輸送設(shè)備將上述的至少一個催化床層(15，16，17)與上述導(dǎo)管(29)相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于上述輸送設(shè)備包括離開上述至少一個催化床層(15，16，17)的反應(yīng)產(chǎn)物的集氣管(14)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于上述鍋爐(21)為管殼式。
7.實現(xiàn)在高熱力能級上熱回收的非均相放熱合成反應(yīng)的方法包括如下步驟-將氣態(tài)反應(yīng)物加入到合成反應(yīng)器內(nèi)支承的至少一個催化床層(15，16，17)；-該氣態(tài)反應(yīng)物在上述的至少一個催化床層(15，16，17)內(nèi)反應(yīng)；-通過伸在該反應(yīng)器下面的接管(4)和設(shè)置的一個相應(yīng)的氣體出口(7)將離開上述的至少一個催化床層(15，16，17)的反應(yīng)產(chǎn)物從反應(yīng)器排出，該方法的特征在于它還包括下列步驟-通過伸在上述接管(4)中的導(dǎo)管(29)，將離開上述的至少一個催化床層(15，16，17)的反應(yīng)產(chǎn)物加到反應(yīng)器外部的鍋爐(21)，導(dǎo)管(29)和接管(4)形成一環(huán)狀空隙(30)；-以同時產(chǎn)生高壓蒸汽的方式在上述的鍋爐(21)中冷卻反應(yīng)產(chǎn)物；-通過上述空隙(30)和上述氣體出口(7)將冷卻后的反應(yīng)產(chǎn)物排離該鍋爐(21)
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于離開該反應(yīng)器內(nèi)支承的催化床層(15，16，17)中最下面一個反應(yīng)產(chǎn)物被送到鍋爐(21)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于它還包括通過安裝在上述的合成反應(yīng)器內(nèi)的換熱器(11)對離開鍋爐(21)的反應(yīng)產(chǎn)物進行冷卻的步驟，換熱器(11)位于上述的氣體出口(7)的下游。
全文摘要
在改進帶外殼體(2)的非均相放熱合成反應(yīng)器(1)的方法中，反應(yīng)器內(nèi)承載至少一層催化床層(15、16、17)，通過反應(yīng)的氣體出口管(4)和伸在該接管(4)中的導(dǎo)管(29)將催化床層(15，16、17)與產(chǎn)生高壓蒸汽的外部鍋爐(21)相連接，導(dǎo)管(29)與接管(4)間形成一環(huán)形空隙(30)。空隙(30)確定的在鍋爐(21)中冷卻了的氣體出口流徑有助于避免接管(4)過熱。
文檔編號C07C29/152GK1110626SQ9411760
公開日1995年10月25日 申請日期1994年10月28日 優(yōu)先權(quán)日1993年10月29日
發(fā)明者昂伯特·薩迪, G·帕加尼, F·阿曼奧 申請人:阿莫尼·卡薩爾公司, 昂伯特·薩迪