專利名稱：具有用于放熱和吸熱多相化學(xué)反應(yīng)的換熱器的催化反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
從廣義上說，本發(fā)明涉及用于進行放熱和吸熱多相反應(yīng)的假等溫反應(yīng)器，其包括相對的兩端分別被底板封閉的基本上是圓柱狀的殼體，其至少一個底板上提供有至少一個有預(yù)定尺寸的人孔；為包含催化床而設(shè)置在殼體內(nèi)的反應(yīng)區(qū)和置于所述反應(yīng)區(qū)內(nèi)的換熱單元。
更具體地說，本發(fā)明涉及用于上述類型的假等溫反應(yīng)器的換熱單元，其包括至少一個將浸沒在所述催化床中的換熱器。
背景技術(shù)：
眾所周知，為了進行催化放熱或吸熱反應(yīng)，大量使用稱為絕熱反應(yīng)器的化學(xué)反應(yīng)器，即，在該反應(yīng)器中，進行反應(yīng)時沒有任何熱交換，反應(yīng)溫度隨所述反應(yīng)是放熱或吸熱而升降。
這種反應(yīng)器是經(jīng)濟的，并且易于建造，因為除用于建造和支撐催化床的常規(guī)設(shè)備或裝置外，這種反應(yīng)器不需要特殊的設(shè)備和/或裝置。
但是，人們已經(jīng)認識到這種反應(yīng)器的嚴重缺陷，即，當需要控制反應(yīng)溫度時，例如，在溫度必須在相當窄的范圍內(nèi)波動的情況在或者甚至在必須保持恒定的預(yù)定溫度的情況下，都不可能以任何方式對其干預(yù)。
為了克服這一缺陷，特別是對于強放熱或吸熱反應(yīng)，人們已經(jīng)設(shè)計出一種絕熱反應(yīng)器，其中，催化床分成多個絕熱階段，這些絕熱階段沿反應(yīng)器軸分布，彼此被換熱系統(tǒng)或單元分開。
通過這些單元，基本上能夠重新排列氣相反應(yīng)試劑和以預(yù)定溫度值排出每一個絕熱階段的反應(yīng)產(chǎn)品的溫度，從而能夠?qū)γ恳粋€絕熱階段的溫度進行某種程度的控制。但是，這卻不能最好地利用催化劑，因為它是在遠離最大反應(yīng)速率的情況下操作的。
術(shù)語“最大反應(yīng)速率”表示對應(yīng)于催化劑最大產(chǎn)率的反應(yīng)速率，因此，在轉(zhuǎn)化產(chǎn)率相同的條件下，要使用最小體積的催化劑。
因此，有人提出一種所謂的等溫或假等溫催化反應(yīng)器，即，通過在催化床內(nèi)實現(xiàn)適宜而連續(xù)的熱交換控制反應(yīng)溫度的反應(yīng)器。為此，對于上述類型的反應(yīng)器，人們大量采用浸沒在催化劑內(nèi)的大殼管式換熱器。合適的換熱流體橫穿換熱器的管。人們提出的另一種方案是在大管束的管內(nèi)布置催化劑，用選定的換熱流體防止其沖擊外部。
盡管在一些方面具有優(yōu)點，但是，特別而又最重要的是，在幾乎溫度恒定的條件下進行反應(yīng)時，現(xiàn)有技術(shù)中提出的假等溫反應(yīng)器具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，還具有下面所述的人們已認知的缺點，這一點與絕熱反應(yīng)器相同，甚至更甚。
眾所周知，一定的活性期后，反應(yīng)器，特別是絕熱反應(yīng)器必須進行全部清刮，因為內(nèi)部設(shè)備和裝置會磨損或工業(yè)報廢，但是，它們?nèi)匀挥谢旧虾侠砗驮诠I(yè)上有價值的外殼。
考慮到在催化反應(yīng)器內(nèi)，無論是絕熱反應(yīng)器還是假等溫反應(yīng)器，大家都認識到從技術(shù)和工業(yè)角度考慮，最昂貴的、最有價值的最值得生產(chǎn)的部分是其外殼和各自的封閉底板，目前需要或者更好的愿望是回收和再利用反應(yīng)器的外殼，一旦其內(nèi)部設(shè)備的壽命終結(jié)，可以將現(xiàn)存的設(shè)備從中拆除，在其中重新安裝其它從結(jié)構(gòu)和功能角度考慮更新和更先進的設(shè)備。
另外，至于假等溫反應(yīng)器，日益需要提高現(xiàn)有反應(yīng)器的容量、產(chǎn)率和效率，因此，需要用工業(yè)上更先進的內(nèi)部設(shè)備取代正在使用的內(nèi)部設(shè)備。
換句話說，一直需要翻新上述催化反應(yīng)器(包括絕熱型和假等溫型)，否則將全部清刮，從操作的角度考慮通過將它們有利地轉(zhuǎn)變成各個高效的假等溫反應(yīng)器是不能滿足要求的。
但是，裝置回收或轉(zhuǎn)變目前尚未實現(xiàn)，因為，作為公知常識，要將其實現(xiàn)是很難的，不經(jīng)濟的，基本上是不可能的。
事實上，要替換所述反應(yīng)器內(nèi)包含的磨損或報廢的那些設(shè)備和裝置，例如，特別是包括大量被相對的大管板支撐的，形成大而復(fù)雜的管束的這種類型的換熱單元的設(shè)備和裝置要具有下述尺寸為了將它們放置在回收殼體的內(nèi)部，例如，必須首先除掉至少一個底板，然后進行艱巨而困難的將除掉的底板復(fù)位的工作，還有可能損害如此得到的反應(yīng)器的功能和結(jié)構(gòu)特征。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是得到一種用于假等溫催化反應(yīng)器的換熱單元，其具有能夠滿足上述要求的結(jié)構(gòu)和功能特征。
本發(fā)明解決了上述問題一種用于假等溫催化反應(yīng)器的換熱單元，假等溫催化反應(yīng)器包括相對的兩端分別被底板封閉的基本上是圓柱狀的殼體，至少一個底板上提供有至少一個有預(yù)定尺寸的人孔；為包含催化床而設(shè)置在殼體內(nèi)的反應(yīng)區(qū)，其特征在于該換熱單元包括至少兩個具有預(yù)定的橫截面積小于人孔口橫截面積的模塊化和組配式換熱器，每一個換熱器都包括至少一個換熱部件，換熱部件優(yōu)選包括一對利用焊接相互結(jié)合成預(yù)定空間關(guān)系的并列金屬板，以定義它們之間的預(yù)定寬度的間隙。
參考附圖并結(jié)合下述本發(fā)明實施方案的例示性但非限定性的實施例的描述，可以更清楚地看到本發(fā)明的換熱單元的特征和優(yōu)點。
附圖簡述

圖1是示意性地示出包括本發(fā)明的換熱單元的假等溫反應(yīng)器的軸測圖。
圖2是示意性地示出圖1的換熱單元的細節(jié)的放大透視圖。
圖3是示意性地示出圖2細節(jié)的放大透視圖。
圖4是示意性地示出包括本發(fā)明另一個實施方案的換熱單元的假等溫反應(yīng)器的軸測圖。
具體實施例方式
參照上述附圖，標號1從整體上示意性表示假等溫反應(yīng)器，假等溫反應(yīng)器包括圓柱殼體2，圓柱殼體2的兩個相對端被各個底板，下底板3和上底板4所封閉。
上底板4上有具有預(yù)定橫截面積的所謂人孔口5。
為了包含催化床，在殼體2內(nèi)布置反應(yīng)區(qū)6，在附圖中，反應(yīng)區(qū)6包括上線7和下線8之間的部分，催化床是公知的，這里不再詳述。
在反應(yīng)區(qū)6內(nèi)支撐將浸沒在一定體積的圖中未示出的合適催化劑中的換熱單元，換熱單元整體上用標號10表示。
所說的換熱單元10是圓柱形，其外徑基本上等于所述殼體的內(nèi)徑，其軸向與圓柱通道30相交，圓柱通道30優(yōu)選具有大到足以成為人孔的直徑。
在圖1所示的實施方案中，所說的換熱單元10包括三個換熱器11，它們分別是多個9a、9b和9c，它們都是圓柱形，它們相互支撐，它們的部件同軸和同心排列。
根據(jù)本發(fā)明，有利的是，換熱器11的多個9a、9b和9c中的每一個都模塊化，都可以組配，都用預(yù)定的橫截面積，其橫截面積小于人孔5的橫截面積。
根據(jù)該實施方案，換熱器11在反應(yīng)器內(nèi)還進行排列分布，其排列方向是各自的徑向母線，并且以下述方式進行支撐。
為了更清楚地表示圖1的反應(yīng)器，每一個換熱器11都表示為包括三個換熱部件12，這將在圖2和3中詳述。
每一個換熱部件12都優(yōu)選基本上是板狀，由一對利用周邊焊接14相互結(jié)合成預(yù)定空間關(guān)系的并列金屬板13a、13b形成(圖3)。從而在所述的金屬板13a、13b之間定義了預(yù)定寬度的間隙15，間隙15用于流通換熱工作流體。
具體來說，根據(jù)本發(fā)明的特點，金屬板13a和13b還可以通過規(guī)則分布的多個焊點16相互結(jié)合，焊點16優(yōu)選具有所謂的梅花和/或正方形節(jié)距，這將使換熱部件12具有基本上是“被褥(quilted)”的形式。
優(yōu)選在每一個換熱部件12的相對兩側(cè)上都分別設(shè)置有所說的換熱流體的入口和出口接點17、18。
必須注意因為存在有上述焊點16，所以所說的流體在本發(fā)明的換熱部件12的間隙15中的流程是彎道，所有這些彎道自身之間及其分別與接點17、18之間都是流體相通的。這些通道可以連續(xù)而隨意地改變，這有助于換熱器11的換熱效率，從而可以對反應(yīng)溫度進行優(yōu)化控制。
換熱部件12的入口和出口接點17和18分別連接和固定在上和下管道19、20上(圖2)，它們通過19、20勁化在一個單獨結(jié)構(gòu)中，從而形成相應(yīng)的換熱器11。
包括多個9a、9b和9c的換熱器11的所有上管道19都通過相應(yīng)的用標號22整體表示的多個接管與各個環(huán)形分配器21連接。這種環(huán)形分配器與換熱單元10同軸，并且支撐在其上。
有利的是，用于將換熱流體導(dǎo)入換熱器11的所述環(huán)形分配器21包括多個彎曲孔段，每一個彎曲孔段的尺寸都能夠通過上述人孔5。
換熱器11的下管道20通過接點29連接各個歧管26和39。
歧管26從所說的殼體2的內(nèi)壁線性和徑向延伸至所說的軸向通道30。然后歧管39形成圓弧，它們都與殼體2的軸同心，在相鄰的歧管26之間延伸，并且通過歧管26流體相通。
沿同一徑向母線在反應(yīng)器內(nèi)排列的多個9a、9b和9c的換熱器11排列在徑向歧管26上。相反，其它換熱器11排列在歧管39上(圖中未示出后一種排列)。
有利的是，根據(jù)一個優(yōu)選實施方案，為了形成一個基本上是平面的且格柵形狀的結(jié)構(gòu)，用多個歧管26和39在殼體2內(nèi)支撐整個換熱單元10。為此，合適尺寸的每一個歧管26都是一端固定在設(shè)置在殼體2內(nèi)壁中的環(huán)形支座28上，環(huán)形支座28位于反應(yīng)區(qū)6的下端，每一個歧管26的另一端固定在中心圓柱管27的壁上，中心圓柱管27設(shè)置并延伸到所述換熱單元 10的軸向通道30中。而歧管39的端部固定在歧管26上。圖1中所示的三個歧管39的端部固定在歧管26上。
有利的是，所有的歧管26和39都通過開孔31與所說的管27流體相通，它們將從各個換熱器11收集來的換熱流體向管27輸送。
環(huán)形分配器21與歧管26和39都與反應(yīng)器外部流體相通，更具體地說，環(huán)形分配器21通過進料管24與入口噴嘴23流體相通，而歧管26和39與噴嘴25流體相通。
換熱器11一個接一個地通過上述人孔5插入殼體2后成組地安裝和固定在歧管26和39上。多孔保護部件32完全覆蓋噴嘴25。
中心管27通過多個支柱33支撐在反應(yīng)器內(nèi)，支柱33靠在保護部件32上，其另一端靠在管27的封閉底板43上。
根據(jù)本發(fā)明的另一特征，在換熱器11中，各個換熱部件12根據(jù)相互預(yù)定的收斂度排列，而在殼體2內(nèi)部，更確切地說是在反應(yīng)區(qū)6中，所說的換熱器11的布置方式有利的是使各個部件12輻射狀排列(圖1)。
在圖1的實施方案中，在換熱器11內(nèi)流動的換熱流體是在中心管27內(nèi)流動的氣相反應(yīng)試劑自身形成的。管27適當?shù)厥菇狱c18通過開孔31與所說的反應(yīng)區(qū)6的上部流體相通。事實上，如上所述通過進料管24加入換熱單元10的反應(yīng)試劑通過各個出口接點18排出后輸送到管20和接點29，然后通過徑向歧管26進入中心管27。
適當加熱或冷卻的氣相反應(yīng)試劑從管27到達反應(yīng)區(qū)6，它們穿過反應(yīng)區(qū)6的全部長度，它們通過出口噴嘴25排出反應(yīng)器1。
包含在反應(yīng)區(qū)6內(nèi)的催化床被惰性材料的顆粒層支撐。上述保護部件32布置在底板3上，并且與噴嘴25鄰接，允許氣體通過，同時，該保護部件32能夠保持惰性材料顆粒。
有利的是，殼體的下底板3上安裝有至少一個開孔34，開孔34上連接有各個噴嘴40，噴嘴40用于排放報廢的催化劑。
具體來說，因為存在有開孔34和噴嘴40，所以催化劑從反應(yīng)器1的排放作業(yè)極其容易而快速，不需要現(xiàn)有技術(shù)所要求的任何耗時的從上面抽吸催化劑的干預(yù)操作。
參看圖4，在換熱器11內(nèi)流動的換熱流體是不同于反應(yīng)流體的流體，如水、水和蒸汽或透熱流體。換熱流體從入口噴嘴35進入管36，然后在前面已經(jīng)描述過的從環(huán)形分配器21至中心管27的流體通道內(nèi)流動。從中心管27出來的換熱流體通過適當?shù)墓艿?7和出口噴嘴38排出反應(yīng)器。
根據(jù)該替代的實施方案，反應(yīng)試劑從入口噴嘴23加入并流經(jīng)反應(yīng)區(qū)6的全部長度后，通過出口噴嘴25排出反應(yīng)器1。
必須注意上述殼體2可以重新設(shè)計，也可以由除掉內(nèi)部設(shè)備回收的現(xiàn)存假等溫反應(yīng)器(將用于清刮的反應(yīng)器翻新)的殼體組成，還可以由已經(jīng)除掉內(nèi)部設(shè)備的現(xiàn)存絕熱反應(yīng)器(將反應(yīng)器從絕熱向假等溫轉(zhuǎn)變)組成。
事實上，為了替換從回收殼體內(nèi)部除去的每一個設(shè)備，易于插入和安裝本發(fā)明的換熱器11。
還應(yīng)當注意用本發(fā)明的換熱單元可以在重新設(shè)計的反應(yīng)器內(nèi)實現(xiàn)最佳的換熱效果，在上述翻新和轉(zhuǎn)變的反應(yīng)器中也會達到這種優(yōu)化的換熱效果。
每一個換熱器11中的部件12的數(shù)目隨人孔5的橫截面積、單個部件12的橫截面積及換熱器11的部件12之間的距離變化。
另外，在同樣的反應(yīng)器中，換熱器11還可以包括不同數(shù)目的部件12及不同大小的部件12。
焊點16在部件12中的分布也可以不規(guī)則，例如，在一些區(qū)域內(nèi)稠密，而在其它區(qū)域內(nèi)就絕對沒有焊點存在。
圖1和4中所示的圓弧形狀的歧管39可以是在相鄰歧管26之間延伸的直線或者是分支結(jié)構(gòu)。在后一種情況下，歧管39在歧管26和歧管39之間及歧管26和歧管29之間延伸。
一種在圖1中未示出的替代性實施方案的反應(yīng)器將來自噴嘴23的反應(yīng)試劑提供進料管24供給中心管27，其中，換熱流體通過流經(jīng)開孔31而在單元10內(nèi)從接點29向接點17循環(huán)，為了流經(jīng)反應(yīng)區(qū)6并且從噴嘴25流出，換熱流體從接點17排出。
在圖4所示的另一種替代性反應(yīng)器中，冷卻或加熱流體通過噴嘴38、管37和中心管27供入換熱單元10；這種流體通過管36和噴嘴35流出。
在這兩種所說的替代性實施方案中，換熱單元10內(nèi)的流體都與反應(yīng)區(qū)內(nèi)的流體逆向流動。
權(quán)利要求
1.一種用于假等溫反應(yīng)器的換熱單元，假等溫反應(yīng)器包括相對的兩端分別被底板(3，4)封閉的基本上是圓柱狀的殼體(2)，至少一個底板上提供有至少一個有預(yù)定尺寸的人孔口(5)；為包含催化床而設(shè)置在殼體(2)內(nèi)的反應(yīng)區(qū)(6)，其特征在于該換熱單元包括至少兩個具有預(yù)定的橫截面積小于人孔口(5)橫截面積的模塊化和組配式換熱器(11)，每一個換熱器(11)都包括至少一個換熱部件(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的換熱單元，其特征在于所說的至少一個換熱部件(12)包括一對利用焊接點(14，16)相互結(jié)合成預(yù)定空間關(guān)系的并列金屬板(13a，13b)，從而在所述的金屬板(13a，13b)之間定義了預(yù)定寬度的間隙(15)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的換熱單元，其特征在于所說的金屬板(13a，13b)通過多個焊點(16)相互結(jié)合，在各個換熱部件(12)的間隙(15)內(nèi)為工作流體定義了多個彎道，所有這些彎道都與設(shè)置在所說的換熱部件(12)的相對兩側(cè)上的各個所說的工作流體的入口和出口接點(17，18)流體相通。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的換熱單元，其特征在于所說的焊點(16)根據(jù)梅花和/或正方形節(jié)距分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的換熱單元，其特征在于每一個換熱器(11)都包括多個換熱部件(12)，這些換熱部件(12)在一個單一結(jié)構(gòu)中相連和勁化。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的換熱單元，其特征在于所說的換熱部件(12)的所說的接點(17，18)連接和固定在各個上和下管(19，20)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的換熱單元，其特征在于換熱部件(12)在每一個換熱器(11)內(nèi)呈輻射狀分布。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的換熱單元，其特征在于其包括與所說的下管(20)流體相通的多個歧管(26，39)，多個歧管(26，39)的排列方式是能夠形成一個平面的且格柵形狀的結(jié)構(gòu)，用多個歧管(26，39)在殼體(2)內(nèi)支撐所說的換熱單元(10)。
9.一種假等溫反應(yīng)器，其包括相對的兩端分別被底板(3，4)封閉的基本上是圓柱狀的殼體(2)，至少一個底板上提供有至少一個有預(yù)定尺寸的人孔口(5)；為包含催化床而設(shè)置在殼體(2)內(nèi)的反應(yīng)區(qū)(6)，其特征在于其包括至少兩個具有預(yù)定的橫截面積小于所說的人孔口(5)橫截面積的模塊化和組配式換熱器(11)，每一個換熱器(11)都包括至少一個換熱部件(12)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的反應(yīng)器，其特征在于所說的至少一個換熱部件(12)包括一對利用焊接點(14，16)相互結(jié)合成預(yù)定空間關(guān)系的并列金屬板(13a，13b)，從而在所述的金屬板(13a，13b)之間定義了預(yù)定寬度的間隙(15)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的反應(yīng)器，其特征在于其包括換熱單元(10)，換熱單元(10)包括所說的至少兩個換熱器(11)，換熱單元(10)是圓柱形，其外徑等于所述殼體(2)的內(nèi)徑，其軸向與軸向通道(30)相交，圓柱通道(30)具有大到足以成為人孔的直徑。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的反應(yīng)器，其特征在于其包括中心管(27)，中心管(27)設(shè)置并延伸到所述換熱單元(10)的軸向通道(30)中。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的反應(yīng)器，其特征在于所說的換熱單元(10)包括的換熱器(11)至少有兩種多個(9a，9b，9c)，它們都是圓柱形，它們相互支撐，它們的部件同軸和同心排列。
14.根據(jù)權(quán)利要求10的反應(yīng)器，其特征在于所說的金屬板(13a，13b)通過多個焊點(16)相互結(jié)合，在各個換熱部件(12)的間隙(15)內(nèi)為工作流體定義了多個彎道，所有這些彎道都與設(shè)置在所說的換熱部件(12)的相對兩側(cè)上的各個所說的工作流體的入口和出口接點(17，18)流體相通。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的反應(yīng)器，其特征在于每一個換熱器(11)都包括多個換熱部件(12)，這些換熱部件(12)在一個結(jié)構(gòu)中相連和勁化。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的反應(yīng)器，其特征在于所說的換熱部件(12)的所說的接點(17，18)連接和固定在各個上和下管(19，20)上。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的反應(yīng)器，其特征在于換熱部件(12)在每一個換熱器(11)內(nèi)呈輻射狀分布。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的反應(yīng)器，其特征在于其包括與所說的下管(20)流體相通的多個歧管(26，39)，多個歧管(26，39)的排列方式是能夠形成一個平面的且格柵形狀的結(jié)構(gòu)，用多個歧管(26，39)在殼體(2)內(nèi)支撐所說的換熱單元(10)。
全文摘要
一種用于假等溫反應(yīng)器的換熱單元，假等溫反應(yīng)器包括相對的兩端分別被底板(3，4)封閉的基本上是圓柱狀的殼體(2)，至少一個底板上提供有至少一個有預(yù)定尺寸的人孔口(5)；為包含催化床而設(shè)置在殼體(2)內(nèi)的反應(yīng)區(qū)(6)，其特征在于該換熱單元包括至少兩個具有預(yù)定的橫截面積小于人孔口(5)橫截面積的模塊化和組配式換熱器(11)，每一個換熱器(11)都包括至少一個換熱部件(12)。
文檔編號F28F3/04GK1606469SQ01821732
公開日2005年4月13日 申請日期2001年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月5日
發(fā)明者E·菲利皮, E·里齊, M·塔羅佐 申請人:卡薩爾甲醇公司