[发明专利]带有绝热催化床和轴向流的化学反应器

说明书

用于放热或吸热化学反应的轴向反应器，至少包括串联操作的第一催化床(3)和第二催化床(4)、以及在这两个催化床之间的至少一个热交换器(5)，其中，所述第一催化床具有具有箱状结构的收集器底部(6)，所述箱状结构具有平坦且平行的透气壁、以及限定在所述壁之间的多个平行通道(15、16)，其中，第一系列的所述通道收集离开所述催化床并通过所述第一壁的气流，所述气流被导向所述热交换器，并且离开所述热交换器的气流经由所述收集器底部的第二系列的所述通道被导向所述第二催化床。

技术领域

本发明涉及催化化学反应器技术领域。本发明尤其涉及具有绝热催化床和轴向流的反应器领域。

背景技术

多床绝热催化反应器之所以这样定义，是因为它们不直接在催化床内供应或移除热量。因此，取决于反应的放热或吸热性质，反应物和产物气流(工艺流体)通过每个催化床的温度可以显著地变化。在许多感兴趣的应用中，包括例如合成氨和合成甲醇，所涉及的化学反应都是放热的，这意味着当气流通过每个催化床时会显著升温。通常，这需要在气流进入后续催化床之前进行冷却，以防止过热。

多床或中冷式(inter-cooled)反应器用于例如氨或甲醇合成。工艺流体的冷却通常与热量回收操作相关联。例如，在一些应用中，工艺流体将热量释放到沸水流中，产生可用于工艺或能量目的的蒸汽。

上述类型的反应器需要用于气体收集和分布的内部组件，其能够：收集从第一催化床流出的气体；将其输送到位于所述反应器内部的热交换器；收集离开所述热交换器的气体；将气体分布到在第一催化床下游操作的第二催化床。在包括较大数量(例如，三个或四个)的催化床的反应器中，在串联布置的其它催化床对之间通常也需要这些组件，例如，在第二催化床和第三催化床之间，并且，可选地，还在第三催化床和第四催化床之间。

这些内部组件必须确保流体密封性并防止气体旁路；它们必须承受显著的热应力；它们必须是小尺寸的，因为反应器内部的空间有限，并且任何占据对催化剂有用的空间的组件都是不利的。此外，必须确保气体不遵循长路径和/或具有许多偏离的路径，以避免过度的压降。另一个要求是以均匀的方式向催化床进料，以便适当地利用可用的催化剂。在一些工艺中，例如合成甲醇，如果气体在催化床中分布不均匀，则可能会发生不希望的化学反应，形成副产物，从而降低产品的纯度并因此降低产品的商品价值。此外，在轴向反应器中，有必要避免气体相对于催化床的横向速度分量，其可能以不希望的方式移置催化剂颗粒，从而导致积累，这反过来会对催化床内部的气体分布产生负面影响。

另一个要求是出于维修和对现有反应器进行改造这两个目的，要求反应器内部易于组装/拆卸。在后一种情况下，优选的是，用于收集和分布气体的组件可以通过直径远小于该反应器本身直径的开口引入，从而改造可适用于部分打开的反应器。

因此，可以理解，多床中冷式反应器中的气体收集和分布具有难以克服的技术难题。

在现有技术中，根据流过催化床(其可以是轴向、径向或轴-径向混合型催化床)的流体采用了不同的技术方案。

在径向或轴-径向反应器中，圆柱形热交换器(例如，管束)通常用于环形催化床内。气体收集和分布由圆柱形透气壁或透气壁系统来完成。该构造方法特别适用于径向流，并且具有诸多优点，但圆柱形透气壁的构造相对昂贵。

在轴向流反应器(其为本发明的目的所在)中，催化床通常具有圆柱形形状，并且在容器或立式套壳内一个在另一个上面地竖直布置成柱体。通常，气体从催化床的顶部向下穿过。

对于这种构造，在催化床之间布置热交换器，特别是在催化床之间设置合适的气体收集和分布系统是很困难的。

特别地，在现有技术中，还没有用于收集来自第一催化床的流出物、将气体输送到热交换器、收集离开所述热交换器的气体并将其均匀地分布在下面的第二催化床内的有利的、小尺寸且低成本的解决方案。