CN100379489C - 用来进行催化气相反应的套管反应器及其运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用来进行催化气相反应的套管反应器，它具有一由相关反应气体混合物流过的、具有催化剂填充物的、在两个管底(4，148)之间延伸的并在环绕的反应器套管(6)内由载热介质环绕冲淋的接触管束(8)以及覆盖两个管底的用于输入相关反应气体和从接触管中输出已反应的气体的气体入口罩和气体出口罩(2；60)，其特征为，所述反应器包括其全部与反应气体混合物接触的部件在强度上设计成可经受在运行时预计会出现的爆炸或甚至爆燃压力。尤其是给反应气体混合物提供的在进入接触管之前的空腔按结构和流体技术的观点保持尽可能小。利用相关反应器可以以无风险并且经济的方式提高待处理的具有爆炸危险的组分的反应气体装载量，此外在反应器的起动阶段还可以穿过在瞬时气体组分上的有爆炸危险的区域。

Description

用来进行催化气相反应的套管反应器及其运行方法
技术领域
本发明涉及一种套管反应器以及这种反应器的运行方法。
背景技术
例如由DE10021986.1已知一种这一类型的套管反应器。然而在这种特殊情况下为了降低爆炸危险，要在反应器中反应的反应气体的有爆炸危险的组分部分地在即将进入反应管前或正在进入反应管时才添加进去。此外所述组分在进入之前例如通过一在通常或多或少成半球形的气体入口罩内的内装构件保持小的体积。这些措施建立在以下认识的基础之上：
1)为了与反应器设备的尺寸相比得到尽可能高的生产效率，希望带有有爆炸危险的组分，例如氧气和碳氢化合物的反应气体的装载量可以做得尽可能大。
2)除了装载量外爆炸危险随两种组分逗留在一起的时间加长而加大。
以前对于在可能发生爆炸时造成的各种损害试图通过在反应器设备内安装耐压玻璃板加以防护。如果希望由此进一步提高装载量和产量，那么由于爆炸危险的加大采用耐压玻璃板是不够的。在发生爆炸后替换—本身已经较昂贵的—耐压玻璃板需要比较繁琐的修理工作和相应的停机时间。耐压玻璃的爆裂会引起向外传输的压力波，其爆炸声数公里以外都能听到并且因此已经十分难以忍受。此外还会向外界排出有害气体，其次在爆炸和由此必要的耐压玻璃板的更换后所需要的反应器的重新起动困难而又耗费时间，此外在运行状态为了达到高的装载量在起动时常常应该注意，避免当时输入反应器的气体混合物穿过爆炸区。
这种爆炸区可以用一两组分或三组分图表表示，例如在HenrikusSteen的“爆炸防护手册”，WILEY-VCH出版社，第一版(2000年)、第332页所述，其中第三种组分是一种用来稀释而添加的惰性气体，例如氮气。已经证明，爆炸危险仅存在于这种图线此外还与压力、温度和几何形状相关的窗口形区域内。
按DE19806810A1气体入口侧的管底的温度可通过一装在它上面的隔热层降低，以抑制有害的副反应，包括点燃和爆燃。
EP1180508A1指出，在反应器起动时通过不断地测量和改变反应气体的组分绕过爆炸区，其中首先添加惰性气体，它在开始进行反应后越来越多地被已经反应过的反应气体代替。
发明内容
因此本发明的目的首先是，可以用没有危险而且还经济的方法进一步提高进行处理的反应气体的装载量。
按照本发明这个目的用一种用来进行催化气相反应的套管反应器来实现，它具有：一由相关反应气体混合物流过、具有催化剂填充物的、在一气体入口侧的管底和一气体出口侧的管底之间延伸并在一围绕的反应器套管内由载热介质环绕冲淋的接触管束；以及覆盖所述两个管底的气体入口罩和气体出口罩，用于将相关反应气体输入接触管束和将反应过的反应气体从接触管中排出；还具有一用于向所述气体入口罩导入反应气体的反应气体输入管，其中：所述反应气体输入管具有一个其中是处于不可爆炸状态的反应气体的区段，和在反应气体的流动方向上位于后面的其中是处于可爆炸状态的反应气体的另一个区段；所述反应气体输入管在所述不可爆炸状态的反应气体的区段具有一个止回阀装置；和所述止回阀装置和所述气体入口侧的管底以及在所述止回阀和所述气体入口侧管底之间全部的承受压力的部件在强度上设计成用于承受在反应气体爆炸或甚至爆燃时出现的最大压力。
按本发明一种有利的实施形式，在反应气体进入接触管之前提供给反应气体的体积按结构和流体技术的观点保持尽可能小。
如果根据结构和流体技术的观点是可能的，则在反应气体进入接触管之前提供给反应气体的容积内避免死区，在所述死区内反应气体可能完全或部分地静止不动。
如果按结构和流体技术的观点死区是不可避免的，则在反应气体进入接触管之前提供给反应气体的容积内向死区内吹入对于相关反应是惰性的冲洗气体，在所述死区内反应气体是完全或部分静止的。
按本发明一种有利的实施形式，所述冲洗气体在气体入口侧的管底的边缘处从接触管束的径向外部吹入。优选吹入具有一切向流动分量的相关冲洗气体。
根据本发明，有利的是，在至少已经可以进行反应的反应气体的输入装置内尽可能避免转向和尤其是不连续。
根据本发明，气体入口罩可以设计成扁平漏斗状并具有中央气体入口。
根据本发明，所述气体入口罩也可以至少近似地倒圆成喇叭形，并设计成向边缘展平。
根据本发明，优选在一常见的碗状气体入口罩内同心地设置一扁平的漏斗状内装构件，一中央开口由该内装构件密封地与气体入口相连通，所述内装构件的边缘相对于气体入口侧的管底密封。所述内装构件可以倒圆成至少近似于喇叭形，并设计成朝边缘展平。所述内装构件在多个部位支承在气体入口罩上。所述内装构件边缘上的密封件有利地是有限透气的，相关冲洗气体通过所述密封件吹入。
根据本发明，相关密封件由部分透过性的材料制成，相关密封件还具有分散的气体通道。
根据本发明，相关密封件优选由一相对于高压可退让的型材组成。
根据本发明，相关密封件在外侧与一空腔相连，冲洗气体通过此空腔输入。其中，相关空腔优选由一径向靠内的密封件和一径向靠外的密封件限定。
根据本发明，所述冲洗气体相对于外界大气优选处于高压下。
相关空腔基本上由气体入口罩的剩余体积组成。其中，气体入口罩、气体入口侧的管底和/或相关内装构件通过一焊接唇口密封件相互连接。气体入口罩可以借助于环绕设置的螺栓固定在气体入口侧的管底的边缘上。这里，气体入口罩和/或其内装构件优选是可冷却和/或可加热的。为此，气体入口罩和/或其内装构件具有可由冷却介质或加热介质流通的通道。
根据本发明，在气体入口侧的管底上，朝气体入口设置一朝此方向逐渐缩小的芯轴形的导流体。
根据本发明，气体入口侧的管底朝气体出口侧的管底方向支承在反应器套管上。所述支承部优选至少部分地由至少两个金属构件形成，所述金属构件从反应器纵向中轴线径向向外延伸。其中，所述金属构件基本上由至少一块对角线设置的板形成。
根据本发明的套管反应器带有环形接触管束，其中，所述支承部部分地由接触管束的无管中央空腔内的一附加的基本上为圆柱形的、棱柱形的、锥形的或棱锥形的金属构件形成，所述金属构件本身支承在所述多片金属构件上。所述支承件优选具有许多纵向布置的卸荷槽和/或卸荷开口。所述支承件优选朝气体出口侧的管底延伸。这里，所述支承件松置地贴靠在相应的管底上，其中，所述支承件接合作用在相关管底的一缺口内。
根据本发明，气体入口侧的管底优选是隔热的。
根据本发明的一种实施形式，在气体入口罩的前面按气体输入方向顺序地设置用于添加在第一反应气体组分内的第二反应气体组分的第一输入部位、后面跟随一混合器、以及然后至少另一个用于第二组分剩余部分或其它反应气体组分的输入部位。其中，在至少最后一个输入部位的后面设置至少一个混合器。这里，由一带有多个分布在通道横截面上的喷入机构的细喷入装置构成至少一个第二输入部位。
根据本发明，所述喷入机构优选配备一单独的节流机构和/或一施加扭转的机构。
根据本发明，所述输入部位中的至少一个设计成用来接纳加热液态形式的已加热的相关反应气体组分或本身被加热。其中，所述相关输入部位优选具有用来吹入液态反应气体组分的装置，并能够使相关反应气体组分雾化和/或蒸发。
根据本发明，输入部位和/或其输入部具有加热装置和/或是隔热的。
在第一和第二输入部位之间优选存在一止回阀装置。
根据本发明的一种实施形式，在第一和第二输入部位之间存在一卸压腔。所述卸压腔至少部分由一容纳止回阀装置的空腔构成。
本发明第二个目的是，在充分利用其特有的性能的情况下经济地运行本发明的套管反应器。这个目的通过一种用来运行本发明的套管反应器的方法来实现，其中，套管反应器在生产运行时以带有至少另一种反应气体组分的第一反应气体组分的这样的装载量运行，在这种装载量下允许偶然发生的爆炸或者甚至爆燃。所述目的还可通过这样一种用来运行本发明的套管反应器的方法来实现，其中，为了反应器的起动不断地这样测量反应气体组分的浓度以及必要时测量其它参数，使得有时会形成的爆炸或者甚至爆燃的强度不超在运行状态时允许的爆炸或爆燃的强度。
本发明的反应器一方面即使用有爆炸危险的用于处理的反应气体来装载也可以可靠地运行，另一方面在起动时通过可点燃的区域，这大大便于和加速起动过程。
对于以下的考察应该区分爆炸(英语：deflagration)和爆燃(英语：explosion或detonation)一然而在前述基于日本资料的译文EP1180508A1中对此未加注意一。与在一个位置进行并且引起低于音速传播的压力波的爆炸不同。爆燃是一个更加突然得多和相应地更剧烈的过程，除了大多是特殊的气体混合物以外，这个过程前提条件是事先的爆炸，这种爆炸可能在一定的与结构相关的起始区段(Anlaufstrecke)上扩展。
附图说明
现在下面借助于附图对本发明的几个实施例作详细说明。附图表示：
图1以纵向半剖视图连同气体入口罩示出本发明的套管反应器的气体入口侧的管底，
图2示出图1中所示管底边缘区域在图1的II-II线上的横剖视图，
图3和图4示出类似于图1和图2的局部视图，但是对于具有一在用来输入反应气体的普通气体入口罩内的内装构件的实施形式，
图5示出通过气体入口侧的管底、一常见的碗状气体入口罩和一设置在它里面的类似于图3的内装构件的类似于图1的纵向半剖视图，
图6a)至6f)分别以放大的比例示出一部分透过性的密封件的实施形式，如在图5中所示的那样，
图7示出按另一种实施形式的与图5类似的视图，
图8示出安装在本发明的套管反应器内的尤其是用于气体入口侧的管底的支承件的示意图，
图9示出类似于图5的气体入口罩连同设置在其上的冷却和/或加热器的示意图，
图10示出带有相对于反应器的输入反应气流位于前面的装置的类似于图7的视图，和
图11示出另一种反应气体输入装置连同按图1的气体入口罩的示意图。
具体实施方式
图1略微示意性地示出一本发明的用来在有爆炸或甚至爆燃危险的区域内的进行催化气相反应的套管反应器气体入口侧。确切地说在图1中可以看到一特殊设计的气体入口罩2，位于其下面的管底4，连接在该管底上面的反应器套管6、一这里仅用虚线表示的环形接触管束8和一通入气体入口罩2的气体入口管接头10。通常含有合适的催化剂填充物的管束在反应器套管6内由无论如何在运行时都为液态的载热介质环绕流动，通过所述载热介质沿接触管保持一合适的温度分布，并导出多余的反应热量。
如由图1还可见，除一用于气体入口罩在管底4上的安装和密封的实心周向卷边12外，气体入口罩2设计成比较扁平的喇叭口形，从而在它和管底4之间形成一扁平的气体分配腔14，它连续地—即没有台阶、曲折等地连接在气体入口管接头10上。气体入口罩2在管底4上的安装通过这里仅仅示意表示的环绕设置的螺栓进行。
气体分配腔14的尺寸这样确定，使得通过它输入接触管的反应气体尽可能均匀，即特别是无涡流以及无停顿地流入接触管。这里气体分配腔的尺寸大致可以是这样的，即径向流动分量或反应气体内的静压力沿直径方向保持不变。也可以设想组合形状，以及气体入口罩2的喇叭口形状也可以由或多或少呈锥形的环形元件(未画出)近似而成。为了在气体分配腔14的入口处形成连续的气流，在这里在气体入口管接头10的下方套在管底4上地设置一芯轴形导流体16，它同时形成一排压器，以防止气体正面冲击管底4的中心。在所示例子中气体分配腔14的最小高度通过由密封环18限定的厚度决定，气体分配腔14利用该密封环对外密封。所述厚度在反应器的设计过程中确定，并且该厚度在任何情况下必须设计成使它在反应器周向的任何一个部位都不会例如由于罩2和/或管底4的不平度而变成0。在需要的情况下必须在同一个部位对罩和/或管底进行平面加工。
可是因为在最外面的接触管—例如20的径向外部在结构上很难避免气体分配腔14内的死区22，而不妨碍气体流入最外面的接触管，并且这种死区导致反应气体不希望的逗留，在这里采取了这样的措施，即将反应气体从死区22中排压出来，或者至少“稀释”成没有爆炸危险的组分。这通过吹入对于所担忧的爆炸为反应非活性的气体来实现，这种气体可以是惰性气体，例如N2，和在运行期望的反应过程中产生的副产品，例如CO2，有时是普通的空气或者所述气体的混合物。
按图1相关气体—下面称为冲洗气体—通过管底4外围上的环形管道24、从环形管道向内分叉出沿管底4的周向按规则的间距分布的分支通道26和从分支通道26向上分叉出喷嘴孔28吹入。
如图2中可见，喷嘴孔28沿管底4的周向倾斜，以使从其中流出的气体具有一个径向流动分量，并用这种方式洗冲整个死区22。
图3和4表示按本发明的套管反应器的气体入口侧的另一种实施形式。这里在一普通的仅示出其边缘40的碗状气体入口罩内可以看到一限定气体分配腔14的内装构件42。如果这里和后面所示的部件和按图1和2的部件相同，那么它们带有相同的附图标记。
在上述实施例的另一种变型方案中，这里一用于输入死区22的冲洗气体的环形管道44包围气体入口罩的边缘40，相应地分支通道46与分支通道26相类似地径向穿过边缘40。分支通道46同样通入在内侧安装在边缘40上的带有切向布置的用于喷出气体的喷嘴50的喷嘴帽48，以便尽可能完整地冲洗死区22。
图5示出一类似于图3的布置，这里在碗状气体入口罩内也设有一内装构件42。如图所示，内装构件42借助于螺栓64以及气体入口管接头10以这样的方式自由悬挂地固定在气体入口罩60上，确切地说是其外壳62上，从而得在一些情况下将在气体分配腔14内出现的爆炸力或者甚至爆燃力传入外壳62内。为了能够尽可能好地承受这个力，外壳62设计成半球形。
在这个实施例中内装构件42由一略呈圆锥形的环形盘66和一向内和向下倒圆的环形型材68组成，在其边缘70上通过一部分透过性的密封件72支承在管底4上，而气体入口罩60在内装构件42外部充满用于死区22的冲洗气体，冲洗气体从那里以不断地通过管道74输送给气体入口罩60的量通过部分透过性的密封件72环绕地均匀地进入死区22。
在本实施例中，气体入口罩60—确切地说其实心边缘40—相对于管底4通过一种焊接唇口密封件76密封，类似于在DE4407728C1中所述。然而这里也可以采用和在上述实施例中的密封环18一样的密封环。冲洗气体相对于外界大气，当然也相对于气体分配腔14适宜处于高压之下，以便起封闭介质(Sperrmedium)的作用。
图6a)至6f)表示目前考虑的图5中部分透过性的密封件72的不同实施形式。按图6a部分透过性的密封件72由一在出厂时即具有圆形的或者已经是椭圆的横截面的由多孔的可轻微压缩的材料例如石墨织物制成的环80组成，它被内装构件42的环形凸台82压入管底4的一相应的环形槽84内。按图6b)密封件72由一C形地成型的尤其是金属的箍形件86组成，所述箍形件在其外侧上朝向管底4具有多个规则分布的径向或略微切向的凹槽(Riefe)88，按图6c)的密封结构由一大致与密封环18相类似的实心弹性密封环90连同一类似于图6a)中的凸台82的凸台94内的径向或略微切向的孔92组成。按图6d)密封件72由一设有径向或略微切向的凹槽96的基本上呈圆形横截面的由金属或其它硬弹性材料制成的环98构成，该环放在一类似于凸台82的凸台102内的环形槽100内。按照图6e)和6f)采用弯折横截面的成型板材环104或106作为密封件72，它们同样可以具有类似于凹槽88的朝向管底4的凹槽108，如图6e)所示。这种型材环可以相对于单侧作用的高压可弹性退让，以打开或多或少地用于冲洗气体的较大的流通横截面。
图7示出与图5相类似的结构，但是这里冲洗气体穿过管底4进入内装构件42径向外部的一在一类似于焊接唇口密封件76的焊接唇口密封件122和两个紧密连接在一起的板材环124和126之间的环形腔120内。基本上是圆柱形的紧密地装在内装构件42边缘上的板材环126松置地伸入管底4的一环形槽128内，从而朝气体分配腔14形成部分透过性的密封部，类似于图5中的部分透气的密封件72。在这个例子中图5中的支承螺栓64由开口的圆柱形板130代替。
图8示出在气体入口区内发生爆炸或者甚至爆燃时气体入口侧的管底4如何朝向反应器的气体出口侧支承。在所示例子中相应的支承件140由一基本上由两块直立地交叉设置的板141构成的多片金属构件组成，板141最好松置地接合在管底4下侧上相应的槽142内，并位于在管束8的相应径向巷道内。如图所示，在没有管的中心区144内管底4的中心可以在管束附近附加地通过斜撑或斜板146支承在板141上。在一些情况下这就使得仅用一块板141便足够了，此外由此还可以省去出两条没有管子的巷道。代替斜板146也可以采用圆柱形、棱形或棱锥形的金属构件。
如图所示，支承件140可以—但不是必须—一直伸展到气体出口侧的管底148或一个隔板处，但是在任何情况下它必须能够将支承力传入反应器套管6。为了补偿不同的热膨胀，板—例如板141—尤其是在气体入口侧的管底4附近具有纵向布置的卸荷槽150，以及在其与反应器套管6的连接部位具有相应的缺口152。此外所述支承件可以在从流体技术的观点或者为了节省重量可能是合适的位置开口或通过一支架结构代替。支承件140支承在气体出口侧的管底148上还具有这样的优点，即还可以针于爆炸压力支承管底148，这种爆炸压力可以通过管束传给气体出口腔或者在那里通过后点燃产生。
按DE19806810A1气体入口侧的管底4可以是隔热的(未画出)，以使气体分配腔14保持“低温”状态，从而排除爆炸或甚至爆燃的倾向。
出于同样的目的，图9在与图5或7类似的结构中在气体入口罩2内或上在不同的部位设置冷却剂通道160，但是特别是在反应器起动时所述通道也用作加热剂通道，此外还可以有助于消除热应力。
图10表示按图7的套管反应器的带有一用来制备反应气体的前置装置的气体入口端170。在所示例子中在一任意的部位174将一定量的第二反应气体组分例如碳氢化合物气体输入用于适当地调温并处于合适的压力之下的反应气体基本组分—例如空气的主输入管172，即所谓的主气流，所述量不会形成可爆炸的混合物，而第二或者还有其它反应气体组分的另外分量在176和178处在止回阀装置180的后面输入。最晚在输入部位178之后反应气体便处于会爆炸的区域内。
接着所输入的全部反应气体组分借助于多个顺序排列的混合器182、184和186柔和地—即例如在基本上避免出现涡流的情况下，在多个坐标/方向上混合。为此这里在管道布置上应注意避免不连续性。止回阀装置180和气体入口罩2之间的管道188也应保持尽可能短，以防止形成高的爆炸压力。尤其是如果担心起动爆燃，更应该这样。止回阀装置180防止，有时在管道188内或后面形成的压力波传播到输入管172内并造成在管道内的输入机构的损坏。止回阀装置180位于一空腔190内，它同时形成用于这种压力波的希望的卸压空腔。空腔190可以具有基本上任意的造型和一向上基本上任意的体积。同样在同一部位也可以添加其它空腔。此外在希望的情况下也可以在第一个输入部位174后面，适宜地在止回阀装置180前面便设置一混合器(未画出)。然而输入部位174可以位于止回阀装置180前面较远处，以便用这种方式便可以达到良好的混合。另一方面必要时与止回阀装置180相邻接地设置一个唯一的附加输入部位—例如176和一个唯一的混合器就够了。
当然，止回阀装置180，空腔190，管道188连同它里面包含的混合器182-186和输入机构以及反应器本身为在强度方面必须设计得能承受在最恶劣情况下在它里面或上面出现的爆炸或爆燃压力。如上所述，尽管有上述措施，仍然应该尽可能避免爆燃以及爆炸。
图11表示一在原理上与图10类似的结构，然而带有一按图1的气体入口罩2，并取消了混合器以及管道188内的弯曲，在这种情况下管道变得特别短。混合器总会造成对气流的阻碍，从而使相关反应气体变得容易爆炸。因此，对于特别容易爆炸的反应气体混合物的制造，试图尽可能避免使用混合器。此外还试图缩短对于爆燃的扩展所考察的起始区段。
现在按图11止回阀装置180在气体入口罩2上方对中地设置在气体入口管接头10的轴线上，代替图10中的两个输入部位176和178设置一唯一的细喷入部位或喷入装置192，而取消了混合器。细喷入装置192具有多个—即每m2至少5个，但是尤其是50个或更多—分布在管道横截面上的喷入机构194，类似于按DE10021986A1，它们可以设计成配备有接触管入口上的喷入机构的喷嘴和单独的节流机构，和/或可以使喷入的反应气体组分发生扭转。用这种方法可以对输入的第二反应气体组分例如碳氢化合物气体进行精细和规则的分配，从而可省去用来形成均匀反应气流的混合器。
原则上以流体或气体形式喷入的反应气体组分可以以冷的或加热的状态存在。在流体形式时可以设想，借助于惰性气体将其喷入。无论如何喷入可以用高压进行，以便造成由液束散开导致的部分蒸发，就象在燃料输入内燃机的汽缸腔内时所发生的那样。
喷入区域内可以设置一套管加热器，并且相应地可对用于第二反应组分的输入管进行加热或隔热。
反应器部件的强度大小取决于待处理物质的种类和浓度。通常对于稳定的运行状况来确定所述强度。因此在前面所述类型的套管反应器起动时应注意，在任何时刻都不要超过对于运行所估算的爆炸强度。通常仅从一种组分，即相应的反应气体基本组分(主气流)开始。如果达到了主气流的确定质量流量，则再加入第二反应气体组分。如果在运行时设备自身产生惰性气体，例如CO2，则在考虑到惰性气体的情况下起动可以基本上按EP1180508A1进行。在起动时是否输入惰性气体或者爆炸或爆燃强度是否可以例如仅通过改变压力和温度降低到运行状态，取决于工艺设计方案。
开头已经提到，起动已经可以和允许在可点燃的区域内进行。和在运行时一样，在起动时除了反应气体组分外还应该考虑其它参数，如尤其是对爆炸以及爆燃状况都有影响的压力和温度。可以设想，在起动期间改变压力和温度。例如在起动时可以降低压力，而提高气体分配腔14内的温度。最迟在起动阶段即将结束时将两个参数调整到规定的运行值。
如果套管反应器在下部的爆炸区域—即以小的爆炸危险和小的预计形成的爆炸压力—运行并且这时给主气流添加来自反应器的循环气体作为惰性气体，则起动例如可以按以下方式进行：
首先通过主输入管172输入作为主气流的空气或氧气。然后例如通过喷入装置194(图11)加入碳氢化合物气体流。只是碳氢化合物气体浓度不大，便存在爆炸危险。同样所获得的循环气体基本上仅由主气流的物质组成。在添加碳氢化合物气体的情况下继续起动过程时，便已经产生反应产物，因此循环气体已经包含一定比例的惰性气体，例如二氧化碳，在起动过程进一步进行时加强碳氢化合物气体流。但是因为主气流已经包含很大比例的惰性气体，任何时刻都不会到达危险状态。原则上试图用这种方法在起动时避免爆炸区，以便只有在过程达到足够的稳定性时才进入爆炸区。
原则上对于在上爆炸区内运行也一样。然而这里通常通过输入管172输入碳氢化合物气体流作为主气流，而例如通过喷入装置194输入氧气。
按照当前的认识水平本发明的套管反应器可以有利地用于氧化、氢化、脱氢、氮化、醇化过程等，其中尤其是用来制造甲酮、甲基异丁酮、硫醇、异丙酮、蒽、邻甲酚、乙烯己烷、糠醛、乙炔、乙酸乙烯酯、异丙基氯、萘二甲酸酐、氯乙烯、羧基合成醇、异戊烯、苯乙烯、甲酸腈(Methansurenitril)、聚苯醚、二甲基苯酚、吡啶醛、氢化丁腈橡胶、α-烯烃、维生素B6、氢氰酸、苯胺、Methansurenitral、二氟甲烷、4-甲基-2-戊酮和四氢呋喃以及特别是
由二甲基苯(间、邻、对)氧化成相应的单醛和二醛，
由二甲基苯(间、邻、对)氧化成相应的一羧酸和二羧酸及其酸酐，
由三甲基苯氧化成相应的单醛，二醛和三醛，
由三甲基苯氧化成相应的一羧酸、二羧酸和三羧酸及其酸酐，
由1，2，4，5-四邻苯氧化成1，2，4，5-苯四酸酐，
由γ-或β-甲基吡啶氧化成γ-或β-甲基吡啶醛，
由γ-或β-甲基吡啶氧化成异烟酸或烟酸，
由丙烯氧化成丙烯醛，
由丙烯醛氧化成丙烯酸，
由丙烷氧化成丙烯醛，
由丙烷氧化成丙烯酸，
由丁烷氧化成马来酸酐(MSA)，
由精炼润滑油氧化成MSA，
由异丁烯氧化成甲基丙烯醛，
由甲基丙烯醛氧化成甲基丙烯酸，
由甲基丙烯醛氧化成甲基丙烯酸甲酯，
由异丁烷氧化成甲基丙烯醛，
由异丁烷氧化成甲基丙烯酸，
由二甲基苯(间、邻、对)氨氧化成相应的单腈和二腈，
由三甲基苯氨氧化成相应的单腈和二腈或三腈，
由丙烷氨氧化成丙烯腈，
由丙烯氨氧化成丙烯腈，
由β-甲基吡啶氨氧化成3-氰基吡啶，
由γ-甲基吡啶氨氧化成4-氰基吡啶，
由甲醇氧化成甲醛，
由萘和/或O-二甲苯—必要时混合运行—氧化成苯酸酐，
由乙烷氧化成乙酸，
由乙醇氧化成乙酸，
由香叶醇氧化成柠檬醛，
由乙烯氧化成环氧乙烷，
由丙烯氧化成环氧丙烷，
由氯化氢氧化成氯气，
由乙二醇氧化成乙二醛，和
由MSA氧化成丁二醇。

Claims (49)

1.一种用来进行催化气相反应的套管反应器，具有：一由相关反应气体混合物流过、具有催化剂填充物的、在一气体入口侧的管底(4)和一气体出口侧的管底(148)之间延伸并在一围绕的反应器套管(6)内由载热介质环绕冲淋的接触管束(8)；以及覆盖所述两个管底的气体入口罩和气体出口罩(2；60)，用于将相关反应气体输入接触管束和将反应过的反应气体从接触管中排出；还具有一用于向所述气体入口罩(2)导入反应气体的反应气体输入管(172)，其特征为：
所述反应气体输入管(172)具有一个其中是处于不可爆炸状态的反应气体的区段，和在反应气体的流动方向上位于后面的其中是处于可爆炸状态的反应气体的另一个区段；
所述反应气体输入管(172)在所述反应气体处于不可爆炸状态的区段具有一个止回阀装置(180)；和
所述止回阀装置(180)和所述气体入口侧的管底(4)以及在所述止回阀和所述气体入口侧管底之间全部的承受压力的部件在强度上设计成用于承受在反应气体爆炸或甚至爆燃时出现的最大压力。
2.按权利要求1所述的套管反应器。其特征为：在反应气体进入接触管之前提供给反应气体的体积按结构和流体技术的观点保持尽可能小。
3.按权利要求1或2所述的管套反应器，其特征为：如果根据结构和流体技术的观点是可能的，则在反应气体进入接触管之前提供给反应气体的容积内避免死区，在所述死区内反应气体可能完全或部分地静止不动。
4.按权利要求1所述的套管反应器，其特征为：如果按结构和流体技术的观点死区是不可避免的，则在反应气体进入接触管之前提供给反应气体的容积内向死区内吹入对于相关反应是惰性的冲洗气体，在所述死区内反应气体是完全或部分静止的。
5.按权利要求4所述的套管反应器，其特征为：所述冲洗气体在气体入口侧的管底(4)的边缘处从接触管束(8)的径向外部吹入。
6.按权利要求5所述的套管反应器，其特征为：吹入具有一切向流动分量的相关冲洗气体。
7.按权利要求1所述的套管反应器，其特征为：在至少已经可以进行反应的反应气体的输入装置内尽可能避免转向和不连续。
8.按权利要求1所述的套管反应器，其特征为：气体入口罩(2)设计成扁平漏斗状并具有中央气体入口。
9.按权利要求8所述的套管反应器，其特征为：所述气体入口罩(2)至少近似地倒圆成喇叭形，并设计成向边缘展平。
10.按权利要求1所述的套管反应器，其特征为：在一常见的碗状气体入口罩(60)内同心地设置一扁平的漏斗状内装构件(42)，一中央开口由该内装构件密封地与气体入口相连通，所述内装构件的边缘相对于气体入口侧的管底(4)密封。
11.按权利要求10所述的套管反应器，其特征为：所述内装构件(42)倒圆成至少近似于喇叭形，并设计成朝边缘展平。
12.按权利要求10所述的套管反应器，其特征为：所述内装构件(42)在多个部位支承在气体入口罩(60)上。
13.按权利要求10所述的套管反应器，其特征为：所述内装构件(42)边缘上的密封件(72)是有限透气的，相关冲洗气体通过所述密封件吹入。
14.按权利要求13所述的套管反应器，其特征为：相关密封件(72)由部分透过性的材料制成。
15.按权利要求13所述的套管反应器，其特征为：相关密封件(72)具有分散的气体通道。
16.按权利要求13所述的套管反应器，其特征为：相关密封件(72)由一相对于高压可退让的型材(86；104；106)组成。
17.按权利要求13的套管反应器，其特征为：相关密封件(72)在外侧与一空腔相连，冲洗气体通过此空腔输入。
18.按权利要求17所述的套管反应器。其特征为：相关空腔由一径向靠内的密封件(72)和一径向靠外的密封件(76)限定。
19.按权利要求18所述的套管反应器，其特征为：所述冲洗气体相对于外界大气处于高压下。
20.按权利要求17所述的套管反应器，其特征为：相关空腔基本上由气体入口罩(60)的剩余体积组成。
21.按权利要求1所述的套管反应器，其特征为：气体入口罩(2；60)、气体入口侧的管底(4)和/或相关内装构件(42)通过一焊接唇口密封件(76；122)相互连接。
22.按权利要求1所述的套管反应器，其特征为：气体入口罩(2；60)借助于环绕设置的螺栓固定在气体入口侧的管底(4)的边缘上。
23.按权利要求1所述的套管反应器，其特征为：气体入口罩(2；60)和/或其内装构件(42)是可冷却的和/或可加热的。
24.按权利要求23所述的套管反应器，其特征为：气体入口罩(2；60)和/或其内装构件(42)具有可由冷却介质或加热介质流通的通道(160)。
25.按权利要求1所述的套管反应器，其特征为：在气体入口侧的管底(4)上，朝气体入口设置一朝此方向逐渐缩小的芯轴形的导流体(16)。
26.按权利要求1所述的套管反应器，其特征为：气体入口侧的管底(4)朝气体出口侧的管底(148)方向支承在反应器套管(6)上。
27.按权利要求26所述的套管反应器，其特征为：所述支承部至少部分地由至少两个金属构件(141)形成，所述金属构件从反应器纵向中轴线径向向外延伸。
28.按权利要求26的套管反应器，其特征为：所述金属构件基本上由至少一块对角线设置的板(141)形成。
29.按权利要求27所述的套管反应器，带有环形接触管束(8)，其特征为：所述支承部部分地由接触管束的无管中央空腔内的一附加的基本上为圆柱形的、棱柱形的、锥形的或棱锥形的金属构件形成，所述金属构件本身支承在所述多片金属构件上。
30.按权利要求26所述的套管反应器，其特征为：所述支承件具有许多纵向布置的卸荷槽(150)和/或卸荷开口。
31.按权利要求26所述的套管反应器，其特征为：所述支承件朝气体出口侧的管底(148)延伸。
32.按权利要求26所述的套管反应器，其特征为：所述支承件松置地贴靠在相应的管底(4；148)上。
33.按权利要求26所述的套管反应器，其特征为：所述支承件接合作用在相关管底(4；148)的一缺口(142)内。
34.按权利要求1所述的套管反应器，其特征为：气体入口侧的管底(4)是隔热的。
35.按权利要求1所述的套管反应器，其特征为：在气体入口罩(2；60)的前面按气体输入方向顺序地设置用于添加在第一反应气体组分内的第二反应气体组分的第一输入部位(174)、后面跟随一混合器、以及然后至少另一个用于第二组分剩余部分或其它反应气体组分的输入部位(176，178；192)。
36.按权利要求35的套管反应器，其特征为：在至少最后一个输入部位(178)的后面设置至少一个混合器(182，184；186)。
37.按权利要求35所述的套管反应器，其特征为：由一带有多个分布在通道横截面上的喷入机构(194)的细喷入装置(192)构成至少一个第二输入部位。
38.按权利要求37所述的套管反应器，其特征为：所述喷入机构(194)配备一单独的节流机构和/或一施加扭转的机构。
39.按权利要求35所述的套管反应器，其特征为：所述输入部位(174，176，178；192)中的至少一个设计成用来接纳加热液态形式的已加热的相关反应气体组分或本身被加热。
40.按权利要求39所述的套管反应器，其特征为：相关输入部位(174，176，178；192)具有用来吹入液态反应气体组分的装置。
41.按权利要求39所述的套管反应器，其特征为：相关输入部位(174，176，178；192)能够使相关反应气体组分雾化和/或蒸发。
42.按权利要求35所述的套管反应器，其特征为：输入部位(174，176，178；192)和/或其输入部具有加热装置和/或是隔热的。
43.按权利要求35所述的套管反应器，其特征为：在第一和第二输入部位(172，174；194)之间存在一止回阀装置(180)。
44.按权利要求35所述的套管反应器，其特征为：在第一和第二输入部位(174，176)之间存在一卸压腔。
45.按权利要求44所述的套管反应器，其特征为：卸压腔至少部分由一容纳止回阀装置(180)的空腔(190)构成。
46.按权利要求1所述的套管反应器，其特征为：所述套管反应器用于氧化、氢化、脱氢、氮化、醇化过程。
47.按权利要求45所述的套管反应器，其特征为：所述反应器用来制造甲酮、甲基异丁酮、硫醇、异丙酮、蒽、邻甲酚、乙烯己烷、糠醛、乙炔、乙酸乙烯酯、异丙基氯、萘二甲酸酐、氯乙烯、羧基合成醇、异戊烯、苯乙烯、甲酸腈、聚苯醚、二甲基苯酚、吡啶醛、氢化丁腈橡胶、α-烯烃、维生素B6、氢氰酸、苯胺、Methansurenitral、二氟甲烷、4-甲基-2-戊酮和四氢呋喃以及
由二甲基苯(间、邻、对)氧化成相应的单醛和二醛，
由二甲基苯(间、邻、对)氧化成相应的一羧酸和二羧酸及其酸酐，
由三甲基苯氧化成相应的单醛，二醛和三醛，
由三甲基苯氧化成相应的一羧酸、二羧酸和三羧酸及其酸酐，
由1，2，4，5-四邻苯氧化成1，2，4，5-苯四酸酐，
由γ-或β-甲基吡啶氧化成γ-或β-甲基吡啶醛，
由γ-或β-甲基吡啶氧化成异烟酸或烟酸，
由丙烯氧化成丙烯醛，
由丙烯醛氧化成丙烯酸，
由丙烷氧化成丙烯醛，
由丙烷氧化成丙烯酸，
由丁烷氧化成马来酸酐，
由精炼润滑油氧化成马来酸酐，
由异丁烯氧化成甲基丙烯醛，
由甲基丙烯醛氧化成甲基丙烯酸，
由甲基丙烯醛氧化成甲基丙烯酸甲酯，
由异丁烷氧化成甲基丙烯醛，
由异丁烷氧化成甲基丙烯酸，
由二甲基苯(间、邻、对)氨氧化成相应的单腈和二腈，
由三甲基苯氨氧化成相应的单腈和二腈或三腈，
由丙烷氨氧化成丙烯腈，
由丙烯氨氧化成丙烯腈，
由β-甲基吡啶氨氧化成3-氰基吡啶，
由γ-甲基吡啶氨氧化成4-氰基吡啶，
由甲醇氧化成甲醛，
由萘和/或O-二甲苯氧化成苯酸酐，
由乙烷氧化成乙酸，
由乙醇氧化成乙酸，
由香叶醇氧化成柠檬醛，
由乙烯氧化成环氧乙烷，
由丙烯氧化成环氧丙烷，
由氯化氢氧化成氯气，
由乙二醇氧化成乙二醛，和
由马来酸酐氧化成丁二醇。
48.用来运行按上述权利要求之任一项的套管反应器的方法，其特征为：套管反应器在生产运行时以带有至少另一种反应气体组分的第一反应气体组分的这样的装载量运行，在这种装载量下允许偶然发生的爆炸或者甚至爆燃。
49.用来运行按权利要求1至47之任一项所述的套管反应器的方法，其特征为：为了反应器的起动不断地这样测量反应气体组分的浓度以及必要时测量其它参数，使得有时会形成的爆炸或者甚至爆燃的强度不超在运行状态时允许的爆炸或爆燃的强度。
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