專利名稱：等溫反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明在其最通常的方面涉及一種用于實(shí)現(xiàn)放熱或吸熱非均相
反應(yīng)的等溫反應(yīng)器，包括
具有縱向軸的基本上圓簡(jiǎn)形的外殼；
在外殼內(nèi)延伸的至少一個(gè)催化床，該催化床包括對(duì)置的分別用于
反應(yīng)物氣體流入口和用于包括反應(yīng)產(chǎn)物的氣體流出口的穿孔側(cè)壁；
浸于所述催化床中的熱交換單元，該熱交換單元中有熱交換流體通過。
這樣的反應(yīng)器專門用于在基本上等溫條件下實(shí)現(xiàn)放熱或吸熱反應(yīng)，所述等溫條件即這樣的條件反應(yīng)溫度被控制在一個(gè)預(yù)先設(shè)定的值附近的相當(dāng)有限的數(shù)值范圍內(nèi)。
在下述說明書部分和隨后的權(quán)利要求中，上述類型的反應(yīng)器用以下術(shù)語(yǔ)表示偽等溫反應(yīng)器，或更簡(jiǎn)短的等溫反應(yīng)器。
眾所周知，在實(shí)現(xiàn)放熱或吸熱非均相反應(yīng)合成的領(lǐng)域，具有高容量的等溫反應(yīng)器的需求增加，該等溫反應(yīng)器一方面要易于制作，可靠且要求低成本和維修費(fèi)用，另一方面要求操作具有低負(fù)載損耗，低能耗且在反應(yīng)物和熱交換流體之間具有高熱量交換率。
背景技術(shù)：
為了滿足上述要求，現(xiàn)有技術(shù)提供了一種具有放射狀催化床的等溫反應(yīng)器，包括用于供熱或去熱的熱交換單元，放射狀排列的多個(gè)平板狀或管狀熱交換器，其以反應(yīng)器外殼的軸線作為參考，位于一個(gè)或多個(gè)同軸行上。
盡管上述設(shè)置具有一些優(yōu)勢(shì)，但是上述具有放射狀配置的等溫反應(yīng)器具有一系列缺點(diǎn)，其缺點(diǎn)包括該等溫反應(yīng)器在熱交換器之間由于
3其放射狀排列而具有非均質(zhì)催化區(qū)域。
結(jié)果表面，經(jīng)過催化床的氣體流和熱交換器中熱交換流體之間的熱交換并不是一直最優(yōu)，特別是催化床中鄰近交換器之間距離更大的區(qū)域，以及所述氣體流通過催化床的非均勻通過速度，因?yàn)楹笳呤艿揭罁?jù)于用于穿過所述催化床較小的或各自較大部分的各速度的作用。
此外，在所知的等溫反應(yīng)器中，熱交換器的放射狀配置在構(gòu)建和組裝時(shí)非常復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)問題是提供 一種等溫反應(yīng)器，該等溫反應(yīng)器用于實(shí)現(xiàn)放熱或吸熱非均相反應(yīng)，克服了使用所公開的具有放射狀配置的等溫反應(yīng)器的上述缺陷。
解決上述技術(shù)問題的用于實(shí)現(xiàn)放熱或吸熱非均相反應(yīng)的等溫反
應(yīng)器包括
具有縱向軸線的基本上圓簡(jiǎn)形的外殼；
在外殼內(nèi)延伸的至少一個(gè)催化床，其包括分別用于反應(yīng)物氣體流入口和包括反應(yīng)產(chǎn)物的氣體流出口的對(duì)置的穿孔側(cè)壁；及
浸于所述催化床中的熱交換單元，該熱交換單元中有熱交換流體通過；
其特征在于所述熱交換單元包括至少一系列的熱交換器，所述熱交換器基本上相互平行排列，及所述熱交換器且基本上平行于至少有一個(gè)被所述反應(yīng)物的氣體流通過的催化床所處的方向。
優(yōu)選地，所述至少一系列的熱交換器的每個(gè)交換器沿著基本上平行于所述外殼的軸線的方向在所述至少一個(gè)催化床中延伸。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，所述熱交換器具有基本上為盒式的結(jié)構(gòu)，具有基本上拉伸和扁平的矩形配置，其長(zhǎng)對(duì)邊平行于外殼的軸線且短對(duì)邊垂直于軸線，所述交換器還包括用于通過熱交換工作流體的內(nèi)腔。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述熱交換器中的每一個(gè)具有基本上為 簡(jiǎn)狀的結(jié)構(gòu)，每一個(gè)簡(jiǎn)體在基本上垂直于外殼的軸線方向上延伸。
由于本發(fā)明，更有利于簡(jiǎn)單并有效地制造具有高熱量交換效率的 等溫反應(yīng)器，對(duì)轉(zhuǎn)化率和能量消耗更有優(yōu)勢(shì)。
確實(shí)，不同于現(xiàn)有技術(shù)中等溫反應(yīng)器的放射狀配置，本發(fā)明中的 熱交換器基本上相互平行排列，這意味著可以在鄰近交換器之間可以 獲得均勻的催化區(qū)域(即基本上恒溫部位)，所述鄰近交換器中在垂 直于外殼軸線方向上有包括反應(yīng)物和反應(yīng)產(chǎn)物的流動(dòng)氣體通過，所述 鄰近交換器部位基本上相互平行。
本發(fā)明還涉及包括反應(yīng)物和反應(yīng)產(chǎn)物的氣體流各部分能夠與相 關(guān)熱交換器進(jìn)行有效的熱量交換，該相關(guān)熱交換器沿著通過催化床的 整體各自催化部分，這樣，可以在催化床內(nèi)獲得最優(yōu)的溫度分布甚至 高效的放熱或吸熱反應(yīng)，對(duì)其內(nèi)部轉(zhuǎn)化率和相對(duì)能耗有很大的優(yōu)勢(shì)。
應(yīng)當(dāng)指出，用平行排列代替熱交換器的放射狀排列，對(duì)上述氣體 流以實(shí)際均勻速度通過催化床部分更有利。
而且，由所述包括反應(yīng)物和反應(yīng)產(chǎn)物的氣體流通過催化床的部位 可以制作的比那些類似放射狀配置的部位更小。結(jié)果表面，為此所述 通過的氣體流以更快的速度通過催化床并且具有更小的負(fù)載損耗，這 樣可以減少催化床的數(shù)量和/尺寸，同現(xiàn)有的放射狀等溫反應(yīng)器相比 本發(fā)明的等溫反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)和組裝更簡(jiǎn)單且維修費(fèi)用也低。
這樣，以生產(chǎn)氨水為例，由于本發(fā)明，能夠僅使用一個(gè)催化床卻 沒有反應(yīng)氣體通過催化床的速度太低的問題，而現(xiàn)有的放射狀配置的 等溫反應(yīng)器有必要配置許多重疊的催化床來(lái)避免反應(yīng)氣體通過催化 床的速度太低及反應(yīng)氣體和熱交換器之間的熱交換效率太低。因此， 根據(jù)本發(fā)明的用于生產(chǎn)氨水的等溫反應(yīng)器，由于能夠考慮到減少對(duì)以 相通方式布置各種催化床及在浸于所述催化床各種熱交換器中分布 熱交換流體所必要的連接，同現(xiàn)有類似等溫反應(yīng)器相比，其具有基本
5上簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。
下面將參考附圖以非限定性實(shí)例的方式，通過某些本發(fā)明所述反 應(yīng)器的實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步清楚地描述。


圖1出了根據(jù)本發(fā)明的 一個(gè)實(shí)施例中用于實(shí)現(xiàn)放熱或吸熱非均相
反應(yīng)的等溫反應(yīng)器的縱向部分示意圖2示出了根據(jù)圖1線條II-II的等溫反應(yīng)器的縱向部分示意圖3示出了根據(jù)圖i線條m-in的等溫反應(yīng)器的橫截面示意圖。
具體實(shí)施例方式
參考上述附圖，參考數(shù)字i完全示出了根據(jù)本發(fā)明用于化學(xué)物質(zhì) 尤其是氨水的合成的偽等溫化學(xué)反應(yīng)器。
所述反應(yīng)器l包括圓簡(jiǎn)形的外殼2，具有縱向軸線X，由下底部 3和上底部4在相對(duì)兩端確定。在圖中所示的實(shí)施例中，縱向軸線X是 垂直的。
圓簡(jiǎn)形外殼2內(nèi)部通常用6表示的催化床，以常規(guī)方式裝入并支撐 在其內(nèi)，催化床6被對(duì)置的穿孔側(cè)壁7和8橫向分隔，穿孔側(cè)壁7和8分 別用于反應(yīng)物氣體流入口和用于包括反應(yīng)物和反應(yīng)產(chǎn)物的氣體流出 口。催化床6的頂部開口，但不代表它們是常規(guī)的，即催化床裝有用 來(lái)包含可滲透氣體的催化劑的網(wǎng)格。由催化劑(未示出)填充的催化 床6的填筑層一般用32表示。
在反應(yīng)器l內(nèi)可以預(yù)見到，外殼2和穿孔側(cè)壁7之間的第一空隙9 用于催化床6內(nèi)反應(yīng)物的分布，及圓簡(jiǎn)形的外殼2和穿孔側(cè)壁8之間的 第二空隙10作為用于對(duì)從反應(yīng)床出來(lái)的反應(yīng)物/反應(yīng)產(chǎn)物混合物的收 集器。第二空隙10與出口管25及在上底部4預(yù)見的用于來(lái)自反應(yīng)器1 的所述反應(yīng)物/反應(yīng)產(chǎn)物混合的適當(dāng)通道(開口26)進(jìn)行流體溝通。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，在反應(yīng)床6內(nèi)部可預(yù)見熱交換單元，一 般由12示出，熱交換單元包括分布在三個(gè)連續(xù)系列上的多個(gè)熱交換器13，每個(gè)系列的熱交換器基本上相互平行且基本上平行于所述催化床 6中所述反應(yīng)物的氣體流通過的方向。
更具體地，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，熱交換器13具有基本上為盒式 的結(jié)構(gòu)，具有基本上拉伸和扁平的矩形配置(板形)，其長(zhǎng)對(duì)邊13a 平行于外殼的軸線X，且相對(duì)分別位于頂部和底部的短對(duì)邊13b和13c 垂直于所述軸線X。
顯然，即使沒有示出，為滿足特定需求，可以使用具有簡(jiǎn)狀結(jié)構(gòu) 的熱交換器13替代上述的板形結(jié)構(gòu)。
在這種情況下，構(gòu)成熱交換器13的每個(gè)簡(jiǎn)體優(yōu)選在垂直于外殼2 的軸線X的方向上延伸。
此外，熱交換器13系列的數(shù)量可以根據(jù)特定的需求而按期望進(jìn)行 改變。
回到上述板形結(jié)構(gòu)的熱交換器13，應(yīng)該說每個(gè)熱交換器包括供熱 交換工作流體通過的內(nèi)腔，以及所述熱交換工作流體的入口部件15 和出口部件16,所述入口部件和出口部件在本實(shí)施例的圖中，位于所 述熱交換器13的相同短邊上(上部短邊13b)。
最接近用于到催化床6進(jìn)口的穿孔側(cè)壁7的系列的熱交換器13，通 過所述進(jìn)口部件15與熱交換流體的分配管19進(jìn)行流體溝通，且通過所 述出口部件16與熱交換流體的收集分配管20進(jìn)行流體溝通。最接近用 于從催化床6出口的穿孔側(cè)壁8的系列的熱交換器13,通過所述進(jìn)口部 件15與熱交換流體的收集分配管20進(jìn)行流體溝通，且通過所述出口部 件16與熱交換流體的收集管21進(jìn)行流體溝通，中間系列的熱交換器13 分別通過進(jìn)口部件15和出口部件16依次與所述收集分配管20進(jìn)行流 體溝通。
更具體地，每個(gè)收集分配管20通過各自的出口部件16收集來(lái)自該 系列熱交換器13的熱交換流體，然后通過各自的入口部件15將其注入 到連續(xù)序列的熱交換器13中。
7上述分配管19、收集分配管20和收集管21中分別依次與管道22、 23和24進(jìn)行流體溝通，以通過在上底部4預(yù)見的合適通道(分別為開 口27、 28和29)向它們輸送反應(yīng)器l內(nèi)部引進(jìn)的反應(yīng)氣體流。此外， 收集管21通過出口部件30與催化床6進(jìn)行流體溝通。
本實(shí)施例中反應(yīng)氣體的這種流動(dòng)具有熱交換器13內(nèi)部熱交換工 作流體的功能。
根據(jù)本發(fā)明的替代實(shí)施方式，部件15、 16和各自的管19、 20和21 可以交替排列在熱交換器13的不同邊上，未示出，以使它們中通過的 熱交換工作流體逆流于與催化床6內(nèi)反應(yīng)氣體的流動(dòng)，或?qū)τ谝徊糠?熱交換器為等流(如圖所示)且對(duì)于其它熱交換器為逆流。此外，能 夠預(yù)見熱交換器13中交換工作流體的多個(gè)獨(dú)立輸送，這樣其輸送相互 平行。
應(yīng)該指出，本發(fā)明的實(shí)施方式將催化床6中沒有熱交換器13的部 分區(qū)分區(qū)域26，所述區(qū)域26鄰近用于反應(yīng)氣體入口的穿孔壁7。沒有 熱交換的絕熱區(qū)域26鄰近穿孔壁7的存在，其中反應(yīng)氣體之間的反應(yīng) 當(dāng)它們完全進(jìn)入催化床6時(shí)基本上觸發(fā)，在某種情況下是很重要的， 例如開始在催化床內(nèi)反應(yīng)的反應(yīng)氣體之間的熱交換和在熱交換器中 的熱交換流體能夠在開始反應(yīng)時(shí)時(shí)獲得良好的進(jìn)展。
反應(yīng)器內(nèi)部的氣體流動(dòng)的流向由圖l 3中的箭頭fg示出。
至于等溫反應(yīng)器l的操作如下，通過上底部4的開口27將反應(yīng)氣體 流連續(xù)輸送到反應(yīng)器l中，且從此處反應(yīng)氣體流通過輸送管22輸送到 最靠近催化床6的穿孔入口壁7系列的熱交換器13、所述熱交換器13 的分配管19和部件15中。
所述反應(yīng)氣體在其管道內(nèi)連續(xù)流動(dòng)并通過最靠近催化床6的穿孔 入口壁7系列的熱交換器13,此處它可作為用于進(jìn)入催化床6中反應(yīng)氣 體流的熱交換流體，然后通過所述熱交換器13的部件16將其收集到收 集分配管20中。
8在上述的收集分配20中，通過最靠近穿孔入口壁7系列的熱交換
器13收集的反應(yīng)氣體流與來(lái)自輸送管23的新反應(yīng)氣體流混合，通過上 底部4上的開口 28將所述新反應(yīng)氣體流連續(xù)輸送到反應(yīng)器1中。
通過各自的部件15將混合得到的反應(yīng)氣體輸送到連續(xù)系列(中間 系列)的熱交換器13中用于熱交換，且使用上述相同的方式將反應(yīng)氣 體輸送到最后系列的熱交換器13,即最靠近催化床6的穿孔出口壁8 的系列的熱交換器。
從圖l所示的實(shí)施例可以看出，在從一系列的熱交換器13到下一 系列的熱交換器的每個(gè)通道，從一系列的熱交換器13流出的反應(yīng)氣體 流優(yōu)選地在各自的收集分配管20中與通過輸送管23供應(yīng)到所述管20 的新反應(yīng)氣體流進(jìn)行混合(在放熱反應(yīng)時(shí)進(jìn)行冷卻或在吸熱反應(yīng)時(shí)進(jìn) 行加熱)。
將通過各自的部件16從最后系列的熱交換器13流出的反應(yīng)氣體 流收集在收集管21中并在此處與來(lái)自輸送管24的更新反應(yīng)氣體流混 合，所述更新反應(yīng)氣體流通過在上底部4所預(yù)見的開口29輸送到反應(yīng) 器1中。
所獲得的混合氣從收集管21通過出口管30 (箭頭fg)流出，且將 該混合氣輸入到反應(yīng)器1內(nèi)橫臥在催化床6上的空間31中，從空間31 處混合氣直接擴(kuò)散(少數(shù)部分)進(jìn)入催化床6或沿著空隙9下降(大半 部分)并且通過穿孔墻7流通而擴(kuò)散到催化6中。對(duì)此，根據(jù)圖示的實(shí) 施例，催化床6頂部開口且穿孔側(cè)壁7和8具有不透氣的上部以使反應(yīng) 氣體以基本上軸徑向運(yùn)動(dòng)通過催化床6。
根據(jù)本發(fā)明，由于各自系列的熱交換器13并行排列，通過催化床 6的反應(yīng)氣體的氣體流的方向垂直于外殼2的縱向軸線X且部分基本 上相互平行。對(duì)此，參看圖1和圖3所示的催化床6內(nèi)部的反應(yīng)氣體的 氣體流通道。
更具體地，反應(yīng)氣體的氣體流的每一平行部分，在反應(yīng)氣體的氣體流在基本上絕緣條件下通過反應(yīng)的觸發(fā)區(qū)域26后，隨著其在催化床 6中沿著均句催化區(qū)域或各自系列的鄰近交換器部分的通道流動(dòng)，這
樣可以獲得與熱交換器13內(nèi)部的熱交換流體(反應(yīng)氣體流)的高熱量
交換率并且沒有過多的負(fù)載損耗，對(duì)獲得反應(yīng)產(chǎn)物中的所述反應(yīng)物的 更好轉(zhuǎn)化率及減少相對(duì)能耗更有優(yōu)勢(shì)。
因此，所獲得的包括反應(yīng)物和反應(yīng)產(chǎn)物的混合氣體通過穿孔壁8 從催化床6流出，由具有收集器功能的空隙10收集，并從此處通過出 口管25和上底部4上的相對(duì)開口26輸送到反應(yīng)器1的外部。
本發(fā)明還因此可以包含所有在本領(lǐng)域技術(shù)人員的能力范圍之內(nèi) 的，落入本發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)的如通過權(quán)利要求書所限定的各種變化和 改變。
權(quán)利要求
1、用于放熱或吸熱非均相反應(yīng)的等溫反應(yīng)器(1)，包括具有縱向軸線(X)的基本上圓筒形的外殼(2)；至少一個(gè)在外殼(2)內(nèi)延伸的催化床(6)，其包括分別用于反應(yīng)物氣體流入口和包括反應(yīng)產(chǎn)物的氣體流出口的對(duì)置的穿孔側(cè)壁(7，8)，及浸于所述至少一個(gè)催化床(6)中有熱交換流體通過的熱交換單元(12)；其特征在于，所述熱交換單元(12)包括至少一系列的熱交換器(13)，所述熱交換器基本上相互平行排列，且基本上平行于至少有一個(gè)被所述反應(yīng)物的氣體流通過的催化床所處的方向。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等溫反應(yīng)器(1)，其特征在于，所述 至少系列熱交換器(13)中的每一交換器(13)沿著基本上平行于所 述外殼的軸線(X)的方向在所述至少一個(gè)催化床(6)中延伸。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的等溫反應(yīng)器，其特征在于，所述 熱交換器(13 )具有基本上為盒式的結(jié)構(gòu)，具有基本上拉伸和扁平的 矩形配置，其長(zhǎng)對(duì)邊(13a)平行于外殼的軸線(X)且短對(duì)邊(13b, 13c)垂直于所述軸線，所述交換器(13)還包括用于通過熱交換工 作流體的內(nèi)腔。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的等溫反應(yīng)器，其特征在于，所述熱 交換器(13)中各自具有基本上為簡(jiǎn)狀的結(jié)構(gòu)，每一個(gè)簡(jiǎn)體在基本上 垂直于外殼的軸線(X)方向上延伸。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于放熱或吸熱非均相反應(yīng)的等溫反應(yīng)器(1)，包括具有縱向軸線(X)的基本上圓筒形的外殼(2)；在外殼(2)內(nèi)延伸的至少一個(gè)催化床(6)，其包括分別用于反應(yīng)物氣體流入口和包括反應(yīng)產(chǎn)物的氣體流出口的對(duì)置的穿孔側(cè)壁(7，8)，及浸于所述至少一個(gè)催化床(6)中有熱交換流體通過的熱交換單元(12)；其特征在于所述熱交換單元(12)包括至少一系列的熱交換器(13)，所述熱交換器基本上相互平行排列，且基本上平行于至少有一個(gè)被所述反應(yīng)物的氣體流通過的催化床所處的方向。
文檔編號(hào)B01J8/02GK101511463SQ200780033648
公開日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2007年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月11日
發(fā)明者恩瑞克·里奇, 艾曼諾·菲利普, 麥克·塔羅奇 申請(qǐng)人:卡薩爾甲醇公司