CN101301597B - 冷却管反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于进行催化气相反应的冷却管反应器，它具有：圆柱形的反应器外壳、催化剂散料、多个冷却管、至少两个汇流器或至少两个分配器，其中，所述至少两个汇流器/分配器是可轴向自由移动的，以补偿冷却管的热膨胀，其中，汇流器/分配器(6、7)的内表面(32、33)只是凹入或平坦地分布；内表面之间最大的净尺寸至少为500mm；所述至少两个汇流器/分配器(6、7)相互连接成抗弯刚性的支承结构(28)；冷却管(5)固定在相应的汇流器/分配器管底部(29)的内表面(33)上；以及，每个汇流器/分配器(6、7)具有一具有与人出入孔相对应的开口尺寸的、可重新封闭的出入口(37、38)。

Description

冷却管反应器
技术领域
本发明涉及一种用于进行催化气相反应的冷却管反应器。
背景技术
在催化气相反应中，引导反应气体混合物通过催化剂散料(部)(Katalysatorschüttung)。此时所出现的反应热通过载热介质导出，所述载热介质通过例如为管壁形式的分隔壁与催化剂散料隔开。在广泛使用的管束反应器中，催化剂散料位于多个反应管的内部，载热介质包围所述反应管流动，而在这里所讨论的冷却反应器中，反应在催化剂散料中进行，在所述催化剂填料中设置多个冷却管，为了导出所形成的反应热，载热介质流动穿过所述冷却管。这种冷却管反应器的工作压力在5至120bar的范围内。
这种结构形式的优点是，对于催化剂通过流可以实现大的横截面积，并且这种结构形式由此适用于高的气体通过量。通常反应热传递给至少部分蒸发的载热介质。这里特征性的是，在蒸发的载热介质的平衡状态下，在液相和气相中都存在相同的温度，并且沸点是与压力相关的。如果应调整到对于确定的过程最优的反应温度，则由此自动地确定了所需要的、作用在载热介质侧的工作压力。反应热这里可以直接用于产生工作蒸汽。可以不使用复杂的、具有初级载热介质循环和次级载热介质循环的系统。作为蒸发的载热介质优选采用水。
由于在这种冷却管反应器中向蒸发的载热介质侧的热传递非常好，整个热传递
Figure GSB00000855612200011
主要由向管外侧的反应气体侧的热传递来确定。为了改善该热传递，或者横向地对冷却管进行冲流，或者对于被纵向冲流的冷却管例如通过肋部扩大热传递面积。
很多已知的结构都专注于冷却管的结构形式。已经开发出了具有直的和弯的冷却管、具有和没有肋部、具有和没有用于不同的热膨胀和流分布的补偿装置的结构，在这些结构中，主要是引导反应气体轴向或径向穿过催化剂散料。
例如在EP0155341A2中记载了一种冷却管反应器，在该冷却管反应器中，一由翅片管制成的外壳从上部的环形集管延伸到下部的环形分配管道。所述外壳的上段和下段是加厚的。很多冷却管，例如翅片管从这里分支出来，并在催化剂散料的横截面上均匀地分布。翅片管可以附加地设有突出的杆，所述杆用于使催化剂散料松动并改善热传递。冷却管通过分别错开90°的布置形成独立的具有与规则的横截面的流动空间。不同的热膨胀通过流出管道上的补偿装置相对于反应器外壳补偿。冷却管完全埋入催化剂散料中。因此，冷却管在上述加厚的上段和下段上的连接部-通常设计成管焊接部-只有在排空催化剂时才能接近。即使只是为了修理管焊接部就必须除去催化剂，这是非常耗时的，并且多数情况下会导致高成本，因为催化剂通常不能再利用。
DE 3414717 A1记载了一种由反应气体轴向流过的具有管束热交换器的固定床反应器。所述固定床反应器主要由一具有圆柱形外壳和一焊接在所述外壳上的下部反应器罩的下部反应器壳体、一利用凸缘连接的上部反应器罩、用于反应气体和催化剂散料的管接头和具有卷绕的热交换器管和下部浮动头的悬挂的管束热交换器组成。管束热交换器借助于一保持元件和一对中布置的输入冷却管悬挂在上部反应器罩上。卷绕的热交换器管绕向下延伸的输入冷却管分布，所述冷却管向下引导载热介质。所述输入冷却管穿过上部的管底部并通入下部的管底部的中央，在所述下部管底部的下侧上焊接连接一下部的转向罩。卷绕的热交换器管从下部的管底部向上延伸到上部的管底部中，所述上部的管底部由上部的收集罩封闭。一包围所述输入冷却管的流出管从收集罩起穿过上部的管底部通出。但由于悬挂的结构，这种冷却管反应器在尺寸和重量上受到较大的限制，因此这种冷却管反应器只适用于较少数量的热交换器管，或者说只适用于载热介质穿过反应器外壳的次数较少的情况。
由DE3318098A1已知一种冷却管反应器，在该冷却管反应器中可以进行吸热或放热反应。这里环状的冷却管管束相对于反应器轴线平行地设置在催化剂散料的内部，所述催化剂散料由反应气体径向穿流。通过径向穿流催化剂散料使压力损失最小化。如果需要较长的穿流路径，则可以通过转向板引导反应气体多次径向从外向内或从内向外穿过催化剂散料。冷却管组合成组并成组地分别连接在一管状的汇流器上。所述汇流器由小的管底部组成，所述管底部在反应器壳体内固定在加长的用于载热介质的输入或输出管接头上。在这种在先已知的冷却管反应器中，所有冷却管都通过一转向部连接在相应汇流器的管底部上。汇流器管接头直接分布穿过反应器罩。如果由于沿反应气体的径向通流方向上不同的反应温度和由于冷却管不同的长度，冷却管发生不同的膨胀，则所述冷却管在催化剂散料的内部发生不同的变形和弯折，由此管焊接部位受到强烈的载荷。管束的安装也是非常困难的，因为汇流器的管底部要在压力外壳完全组装完成之后才能套装在管端部上的。
在DE3334775A1中记载了开头所述类型的冷却管反应器。所述反应器包含多个圆环弧段形式的反应区域。该反应器具有一圆柱形的、垂直布置的外壳、一上部反应器罩和一下部反应器罩以及一被径向穿流的催化剂床，所述催化剂床由透气性的、圆柱形的外部和内部催化剂保持网栅包围。在催化剂床的内部，冷却管以在相对于反应器纵轴线同心分布的圆上的组沿垂直方向穿过位于外部和内部催化剂保持网栅之间的空间。每个组都在冷却管相对的端部上连接在用于载热介质的汇流器头或分配器头上。反应器具有至少一个用于载热介质的、与汇流器头或分配器头相连的入口和出口，至少一个催化剂装载入口和至少一个催化剂提取出口，与反应空间相连的至少一个反应气体入口和至少一个产物出口。
在这种反应器中，设有至少两个分隔壁，所述分隔壁以不同的径向方向在催化剂保持网栅之间这样延伸，即，所述分隔壁与催化剂保持网栅形成弧形的腔室。一个或多个垂直的划分壁从所述垂直的分隔壁延长到靠外的环形中间空间和由靠内的催化剂保持网栅包围的空间中并将所述空间分隔成多个与弧形的腔室相邻的流动段，通过所述流动段每两个相邻的腔室交替地相互流动连通。反应气体在其当前流动方向反向的情况下交替地径向从内向外或从外向内流动穿过所述腔室。分配器头或汇流器头依从反应区域的圆环弧段形状分布。它们设计成多个相互平行的小管或设计成唯一一个具有矩形截面的管，该管水平板状地基本上在反应区域的整个径向宽度上延伸。对载热介质系统内部的高压的抵抗能力应通过多个在板状元件的横截面上以小的间距分布的支承管来实现，所述支承管分布在上部和下部管件之间并还以其开放的内部空间实现催化剂填充口或催化剂排出口的功能。
在这种在先已知的冷却管反应器中，管束或催化剂填料的端部面的大部分由汇流器覆盖，或者是由多个平行的管形汇流器覆盖，或者是由单个的板形汇流器覆盖。催化剂散料没有覆盖的开放的端部面的比例相对较小并被分成多个小面，所述小面由多个管形汇流器中的中间空间或由单个的板形汇流器中的多个填充口(支承管的内部空间)形成。开放的端部面较小的比例导致催化剂的填充和排出需要很多时间。此外，形成开放的端部面的狭窄的中间空间和小的填充口易于发生堵塞，从而在下方形成“填充空白”，这种填充空白会导致在冷却管反应器的横截面上不均匀的催化剂颗粒分布。另一个问题是管的连接部位对于制造和维修的可接近性。冷却管只能连接在汇流器/分配器的外侧上，因为，由于有多个管形的汇流器其相应的净横截面较小并且是不可接近的，或者说因为板形汇流器中的支承管之间的净间距较小并且是不可接近的。因此，为了给冷却管与汇流器外侧的连接，主要是焊接提供相应的自由空间或者说工作空间，冷却管相互之间的间距必须较大。几乎不能对连接部位进行修理，因为即使能够从汇流器/分配器的背侧接近连接部位，这种接近也受到很大的限制。
发明内容
本发明的目的在于，这样来改进这种冷却管反应器，即，使得可以较快速地和以足够的均匀性向这种冷却管反应器填充催化剂颗粒并还可较快地将其重新排空，同时可以简化制造、修理和维护工作。
根据本发明所述目的在这样一种用于进行催化气相反应的冷却管反应器中这样来实现，所述冷却管反应器具有：圆柱形的反应器外壳，所述反应器外壳在其两个端部处由反应器罩封闭，其中反应器外壳和反应器罩共同形成一压力外壳；催化剂散料，所述催化剂散料径向向外由透气性的圆柱形的外部壳体壁，而径向向内由设置在反应器轴线上的透气性的芯部管限定，并且在运行中被反应气体沿径向穿流，其中在壳体壁和反应器外壳之间形成环形间隙；多个冷却管，所述冷却管布置成环形的管束并且直线地平行于反应器轴线地穿过催化剂散料，并由载热介质流动穿过，所述载热介质吸收热，以导出反应热；至少两个汇流器或至少两个分配器，所述汇流器或分配器设置在管束的第一端部处，其中所述管束分成相应数量的冷却管组，并且每个汇流器/分配器具有一管底部，冷却管组中的一个组的端部连接在该管底部上，其中在催化剂散料的区域内每个组的装有管的面积大于所属的汇流器/分配器管底部的装有管的面积，所述冷却管的至少一部分在催化剂散料和汇流器/分配器管底部的过渡区域内具有弯曲的形状，并且在每个组内都有一定数量的冷却管在其整个长度上平行于反应器轴线分布，以传递轴向力，所有冷却管都平行于反应器轴线地穿过汇流器/分配器管底部；以及，其中，所述至少两个汇流器/分配器是可轴向自由移动的，以补偿冷却管的热膨胀，所述冷却管反应器的特征在于，汇流器/分配器的内表面只是凹入或平坦地分布；内表面之间最大的净(Iicht)尺寸(宽)至少为500mm；至少两个汇流器/分配器相互固定成抗弯刚性的支承结构；冷却管固定在相应的汇流器/分配器管底部的内表面上；并且每个汇流器/分配器具有一具有与人出入孔(Mannloch)相对应的开口尺寸(宽)的可重新封闭的出入口。
通过根据本发明的措施，环形(分布)的催化剂散料的端部面明显较小地被汇流器/分配器覆盖并且同时可以以明显较少的耗费和约束限制时冷却管在汇流器/分配器上的连接部进行制造或修理或者说维护。由于每个汇流器/分配器的内表面都只凹形或平坦地分布，即每个汇流器/分配器的外表面都只是凸形或平坦地分布，所述汇流器/分配器朝向管束或管束反应器中轴的侧壁不是弧形地绕该中轴分布，而是以相反的弯曲绕该汇流器/分配器的中轴延伸或也可以直线地延伸。汇流器/分配器的这种造型一方面强制地降低了催化剂散料或管束被覆盖的面积，因为至少朝向中轴的侧壁与催化剂散料或管束的环形(分布轮廓)相交并由此使“切除”的部分露出。另一方面这种造型还明显简化了制造，因为汇流器/分配器不具有凸形和同时凹形即双重弯曲的面或壁。
此外，这种造型还提高了汇流器/分配器的内部空间，因为没有凸形的内表面伸入内部空间中，从而与另一个所述特征-即内表面之间最大的净尺寸至少为500mm-相结合，使每个汇流器/分配器都设计成可接近的。但根据本发明规定的最小净尺寸还使得单个汇流器/分配器具有足够的尺寸，从而可以将冷却管连接在汇流器/分配器上，在现有技术中，所述冷却管连接在覆盖管束的多个汇流器/分配器或连接在覆盖管束的板形汇流器/分配器上，而根据本发明所述冷却管现在设置在一开放的(自由的)面内。
因此，在根据本发明的冷却管反应器中，设置在这里的冷却管具有较大的到汇流器/分配器的侧向距离，所述冷却管连接在汇流器/分配器上。因此在根据本发明的冷却管反应器中，与传统的冷却管反应器中的情况相比，明显较少的冷却管在其整个长度上平行于反应器轴线直线分布。但只有直的冷却管承受通过可轴向移动的汇流器/分配器的外部和内部压力载荷产生的拉力和压力。因为由于结构上的约束或条件所形成的拉力或压力不与所有连接在汇流器/分配器上的并平行于反应器轴线直线分布的冷却管的重心轴线相重合，会形成力矩载荷。
在现有技术中，这种力矩载荷会由于不存在所有汇流器/分配器的抗弯刚性的连接部而由直线的冷却管承受，这会相应地降低其对于单纯的轴向拉力或压力的承受能力。因此，在传统的冷却管反应器中必须或者布置具有较大壁厚的直线冷却管或者布置相应较多的直线冷却管。
在根据本发明的冷却管反应器中，由于冷却管和所属的汇流器/分配器之间的偏移，力矩载荷明显大于传统冷却管反应器中的情况。此外，在根据本发明的冷却管反应器中，如下面将要说明的那样，冷却管布置得较为紧密，这进一步提高了所形成的力矩载荷。根据本发明的措施，即至少两个汇流器/分配器相互连接成抗弯刚性的支承结构，使得可由汇流器/分配器承受力矩载荷。因此，在根据本发明的冷却管反应器中，直线分布的冷却管只用于导出轴向的拉力/压力，从而与传统的冷却管反应器相比需要较少的直线的冷却管。
因为直线冷区管的连接部位在汇流器/分配器的管底部中的间距必须对应于所述冷却管在催化剂散料中的间距，直线的冷却管要求比弯曲冷却管多的在管底部中的连接面积。因此，当直线冷却管数量较少时，管底部以及由此汇流器/分配器可以设计得较小。由此增大了催化剂散料没有被覆盖的面，这有利于填充和排空。
通过根据本发明将冷却管固定在相应汇流器/分配器的内表面上，所述冷却管一方面在制造时是易于接近的，因为焊缝不再必须设计成穿过管束的。因此，在根据本发明的冷却管反应器中，冷却管设置得比传统冷却管反应器中紧密，并且其分布对于要求的连接工作没有约束。另一方面，为了进行修理或维护工作可以顺利地从汇流器/分配器的内部出发接近焊缝，因为，如上所述，内部空间还具有足够的最小净尺寸，并根据本发明的另一个特征，每个汇流器/分配器都设有具有相当于人出入孔的开口尺寸的可重新封闭的出入口，从而为了进行修理和维护工作，可容一个人进入汇流器/分配器。
在本发明的一个优选实施形式中，汇流器相互之间和/或分配器相互之间流动连通。这样，两个汇流器/分配器通过一管相互连接，所述管同时形成其抗弯刚性的连接部和流动连接部。但还可以设想，汇流器/分配器直接相互连接。此时汇流器/分配器可以只在其横截面的一部分上或在其整个横截面上相互流动连通。
汇流器/分配器管底部优选是平坦的。由此，可以明显简化管底部的制造。
在本发明有利的改进方案中，汇流器/分配器管底部是圆形的。利用这个措施，能够在可能的用于冷却管的连接点数量较大时实现尽可能紧凑的汇流器/分配器构型，从而使催化剂散料未被覆盖的端部面变得尽可能大。
汇流器/分配器优选具有与管底部相对的罩，所述罩的内表面至少沿一个方向凹形地分布。利用这种构型，可以将在这种罩和管底部之间的平的侧壁的高度选择得较小，并且这里可以形成足够的、位于罩的顶部区域内的内表面和管底部之间的净尺寸。平的侧壁的高度越小，所述侧壁就可以设计得越薄。
在本发明的一种有利的结构形式中，在管束的第一端部处汇流器/分配器数量为4至6个。对于具有目前常见尺寸的冷却管反应器这种数量是足够的。
所述汇流器/分配器有利地布置在一个或多个同心的圆上。这样可以保持相互连接成抗弯刚性的支承结构的汇流器/分配器的力矩载荷尽可能小。
冷却管优选在一个端部分别只在一个平面内弯曲。冷却管同样优选在一个端部上连接在汇流器上，而在另一个端部处连接在分配器上，并且汇流器和分配器设计成相同的。利用该措施，可以明显减少制造和安装冷却管反应器的工作量。
在本发明的一个优选结构形式中，汇流器/分配器在管束的第二端部处与反应器外壳和/或反应器罩刚性相连。由此，可明显降低结构上的花费以及材料、制造和安装花费。
所述出入口有利地由汇流器/分配器上的出入口管接头形成。
本发明在另一个同样优选的实施形式中，所述出入口由汇流器/分配器上用于载热介质管路的连接管接头和该载热介质管路的一管路段形成，所述管路段具有大于人出入孔的开口尺寸的长度，并且所述管路段由一种材料形成并以这样的壁厚形成，即所述材料和壁厚不需热处理即可进行焊接。在这种实施形式中，可以从所述管路段中分离出足够大的管路区段，一个人可以通过所述管路区段进入所述管路并通过所述管路进入汇流器或分配器，例如通过弯腰钻入或爬入，以在这里进行修理或维护工作。在完成维护工作后，该人员可以通过管路中的开口重新出来，此后，将分离下来的管路区段重新焊接到管路段上，而不需对管路段进行热处理。
这里所述管路段优选具有一管路区段，该管路区段的横截面朝汇流器/分配器逐渐变大并且特别优选设计成锥形的。以这种方式可以在管路段上游形成具有较小横截面的载热介质管路，因为所述出入口只需要朝向汇流器/分配器具有对应于人出入孔的横截面。
在本发明的一个有利的改进方案中，所述管路段设置在压力外壳内部并特别优选地连接在连接管接头上。利用这种措施使得从爬入管路到进入汇流器/分配器的路径尽可能短。这还会导致节省用于载热介质管路的材料，因为使直至汇流器/分配器的具有较大横截面的管路的长度最小化了。
附图说明
下面将参照附图举例地更详细地说明本发明。其中：
图1示出根据本发明的冷却管反应器的第一实施例的纵向剖视图；
图2示出根据本发明的冷却管反应器的第二实施例的纵向剖视图；
图3a示出根据本发明的冷却管反应器的第三实施例的在图3b中的线IIIa-IIIa上的横向剖视图；
图3b示出在图3a中的线IIIb-IIIb上的、在冷却管的上端部通入汇流器的区域内的局部纵向剖视图；
图4a示出根据本发明的冷却管反应器的第四实施例的、与图3a类似的横向剖视图，其中汇流器/分配器的端部相互之间具有一间距并通过一连板彼此抗弯刚性地连接；
图4b示出与图4b类似的横向剖视图，其中汇流器/分配器的端部直接抗弯刚性地相连接；以及
图5示出根据本发明的冷却管反应器的第四实施例的、与图3a、4a和4b类似的横向剖视图。
具体实施方式
在附图中示出的根据本发明的冷却管反应器1的实施例具有一压力外壳2，在所述压力外壳内设有一种催化剂散料3，所述催化剂散料由冷却管5的管束4穿过。所述冷却管束4至少在一个端部处连接在至少两个汇流器6或连接在至少两个分配器7上。
汇流器6和分配器7是非常相似的构件，并且也可以设计成结构相同的。汇流器和分配器形成空腔，多个或很多个管通入所述空腔。区别之处只是在功能上。分配器7设置在管的入口侧并将流体分配给所述管，而汇流器6在管的出口侧使流出的流体汇集。
如图1和2所示，压力外壳2由圆柱形的外部反应器外壳8形成，所述反应器外壳在其两个端部处由反应器罩9、10封闭。压力外壳2或反应器罩9、10垂直地定向，即圆柱形的轴线或者说反应器轴线11垂直分布。
催化剂散料3设置在反应器外壳8的内部。在径向的外侧上，催化剂散料由圆柱形的透气性壳体壁12包围。在靠外的壳体壁12和反应器外壳8的内壁13之间形成一环形间隙14。在其径向的内侧上，催化剂散料3贴靠在一透气性的芯部管15上，或者说由该芯部管限定，所述芯部管的轴线位于反应器轴线11上。即，催化剂散料3环形地在外部壳体壁12和内部的芯部管15之间分布。
在图1中所示的实施例中，冷却管反应器1在其下部的直到催化剂散料的起始处的区域内填充有惰性的散料16，催化剂散料的催化剂颗粒位于所述惰性的散料上。
填充从上方进行，排空向下进行。这里，首先从上方将惰性材料16导入反应器1中，直至惰性材料16的上侧17到达冷却管5的直线分布的区域。此后填入催化剂颗粒3，直至催化剂颗粒的上侧到达所述直线区域的端部。
芯部管15以其上端部20延伸至略微超过催化剂散料3的上侧19，并且以其下端部21穿过下部的反应器罩10。在催化剂散料3的区域内，芯部管15的壁部具有多个开口22，反应气体可以流动穿过所述开口。在催化剂散料3的外面，芯部管15设计成完整壁式(无开口)的。所述芯部管与下部的反应器罩10焊接。
在催化剂散料3的区域内多个径向分布的、与环形间隙14流动连通的气体管接头24通入反应器外壳8中。
反应气体23可以通过芯部管15输入，并通过径向气体管接头24导出，但或者也可以通过所述径向的气体管接头24输入，而通过芯部管15导出。在每种情况下，反应气体23都沿径向流动穿过催化剂散料3。
在催化剂散料3中，多个冷却管5平行于反应器轴线11延伸，所述冷却管按规定的彼此间的径向间距设置并且总体上形成一环形管束4。
水平的保持网栅25以相互间预定的垂直间距延伸穿过催化剂散料3，所述保持网栅固定在(未示出)的锚固部(Ankern)上。保持网栅25由冷却管5穿过并且对于冷却管5形成水平引导部。冷却管5固定在保持网栅5上，并由此防止弯折(Ausknicken)。所述保持网栅25由杆构成，由此存在大的、用于催化剂颗粒3的自由通过横截面。
管束4沿周向分成四个冷却管5的组26，即，一个环形区域的冷却管5分别组成一个组26。
对于每个组26，在冷却管5的入口侧设有分配器7，而在出口侧设有汇流器6。汇流器6和分配器7分别设置在同心的圆上，其中所述汇流器和分配器沿周向和径向具有规定的相互间的间距。
为了清楚起见，在图1和2中分别至示出5个连接在汇流器/分配器上的冷却管。在常见的实施形式中，在汇流器/分配器上连接有数百个冷却管，从而在所示的局部内应存在约10至50个冷却管，而不是5个冷却管5。
抗弯刚性的连接结构27将全部的汇流器6连接在抗弯刚性的支承结构28上。
在所示的实施例中，分配器7和汇流器6设计成结构上基本上相同的。所述分配器和汇流器分别具有一圆形的管底部29，冷却管端部30连接在所述管底部上。所述管底部29在背向管束4的一侧由汇流器/分配器罩31覆盖，所述汇流器/分配器罩的内表面32单调地凹形分布，并具有至少500mm的最大水平净尺寸和至少100mm的最大垂直净尺寸。这里汇流器6和分配器7的径向尺寸一方面应尽可能小，以便易于快速和均匀地填充催化剂颗粒3，并且还易于快速地排空催化剂散料3，另一方面应足够大，以实现其从内部的可接近性。
因此，管底部29装有管的面积分别明显小于催化剂散料3中由所属的冷却管5的组26装备管的面积。
因此，在催化剂散料3的端部区域中和/或在催化剂散料3和汇流器6和分配器7的管底部29的过渡区域内，基本上多数的冷却管5发生弯曲，此时，由于制造和安装工艺上的原因，所述冷却管在一个端部处分别只在一个平面内弯曲。
但弯曲的冷却管5的端部30又直线地并且平行于反应器轴线11延伸，并且在这种构型中穿过管底部29延伸到其内表面33。
在冷却管5的每个组中26中，规定数量的冷却管在其端部处没有弯曲，而是在整个管长度上平行于反应器轴线11延伸至管底部29的内表面33。这些管5a用于传递从汇流器6到分配器7的轴向力。
在其整个长度上直线地平行于反应器轴线11延伸的冷却管5a可以-如前面所述的那样-不是无力矩地承受轴向力。所形成的力矩载荷由汇流器6相互固定成的抗弯刚性的支承结构28承受。
所有冷却管端部30在其外侧与管底部29在其内表面33上相焊接。因此，对于修理和维护工作冷却管5、5a的端部30的焊接部是可接近的。
冷却管5在催化剂的区域内成行地布置。一组冷却管相应的管行在汇流器/分配器管底部中以相同行走向布置。这样可以避免，管轴线相交，即避免个别冷却管倾斜地穿过管束或者说穿过一组冷却管。
分配器7在其罩形的区段31的顶部区域内分别连接在垂直的载热介质输入管路35上，和芯部管15类似，所述载热介质输入管路穿过下部的反应器罩10，并与该反应器罩焊接。因此分配器7在根据图1的实施例中与反应器罩10刚性地连接。
在汇流器6的罩形的区段31的项部区域内分别连接一载热介质导出管路36。所述载热介质导出管路36穿过上部的反应器罩9并在反应器罩9的外部借助于补偿装置9a与反应器罩9相连。
因此，汇流器6只与冷却管5流出侧的端部刚性连接，并因此可以与所述冷却管端部30一起轴向地自由移动；由此汇流器可以补偿冷却管5的热膨胀。
在压力外壳2的内部，每个载热介质导出管路36分别具有一管路段37，该管路段37朝向汇流器6逐渐扩展并连接在汇流器的一连接管接头38上。
所述管路段37具有圆柱形的第一区段39，该第一区段的外径和开口尺寸相当于载热介质导出管路36穿过上部反应器罩9的尺寸。
一锥形的第二区段40连接在所述第一区段39上，所述第二区段朝汇流器6逐渐扩展并在其扩展的端部上具有一具有与人出入孔的开口尺寸相对应的开口尺寸的横截面。
在所述第二区段40上连接一又是圆柱形的第三区段41，所述第三区段以其另一个端部连接汇流器6的连接管接头38上。
第二和第三区段39、40、41的总长度大于人出入孔的开口尺寸。至少第一和第三区段39、41由一种材料形成，并且分别具有一可无需热处理焊接的壁厚。
因此可以在第一和第三区段39、41中分别置入一分隔切口42，以从管路段37中分离出一管路区段，该管路区段的长度对应于人出入孔的开口尺寸。一个人可以通过该出入口43穿过第三区段41和连接管接头38进入汇流器6，以在这里进行修理和维护工作。例如可以整修用来将冷却管端部30固定在管底部29的内表面33上的焊缝。
如果已完成修理和/或维护工作，并且该人员已重新离开汇流器6，则重新焊接管路区段，从而此时重新封闭载热介质导出管路36。
由此出入口43或37、38是可重新封闭的。其开口具有公称尺寸DN400，特别优选是DN600。
在上部反应器罩9中设有一出入口管接头44，通过该出入口管接头，人员可以进入上部反应器罩9并由此到达压力外壳2中的载热介质导出管路36。
通常，载热介质45是水，水在冷却管5中部分蒸发。在冷却管反应器1上方设有一(未示出的)蒸汽筒，水-蒸汽混合物通过设计成上升管(Steigleitung)的载热介质导出管路36流入所述蒸汽筒中。通过多个下降管(Fallleitung)将水从蒸汽筒输送给分配器7。载热介质流通常按自然循环运行。蒸汽筒竖直地支承在下降管上。作用在蒸汽筒上水平力由水平地连接在蒸汽筒上的上升管承受。这样就简单地实现了对热膨胀的补偿。
在起动时，为了进行预热，分别向分配器7中吹入蒸汽。上升管在蒸汽筒中具有位于水平面下方的开口，以在预热时实现自然循环。
图2示出与图1类似的实施例。因此下面只说明其区别。
在图2所示的实施例中，在冷却管5的入口侧没有布置用于冷却管组26的单独的分配器7。相反，这里冷却管反应器1具有下部的管底部46，所述管底部环形地包围芯部管15，并且外部的壳体壁部12设置在所述管底部上，催化剂散料3置于该管底部上。在下部的反应器罩上连接一载热介质输入管路50，其中在这种情况下，整个下部的反应器罩10用作分配器。
反应器管底部46具有多个催化剂排空开口47，在所述实施例中是4个，在所述催化剂排空开口中分别固定有或与管底部46焊接一个排空管接头48。排空管接头48竖直地平行于反应器轴线11分布，并从下部的反应器罩10中伸出，并同样与所述下部的反应器罩相焊接。
在排空开口47或排空管接头48在反应器管底部46上的连接部的区域内，冷却管5发生弯曲，从而除了排空开口5以外冷却管也穿过反应器管底部46。但冷却管5的端部30也平行于反应器轴线11穿过反应器管底部46并在管底部46朝向下部反应器罩10的一侧与反应器管底部相焊接。
载热介质导出管路51固定地与上部反应器罩9相连接。在上部反应器罩9的内部，每个载热介质导出管路51具有一个补偿装置52，在图2所示的实施例中，所述补偿装置设置在上面所述的管路段37的上方。
在图3a和3b中示出另一个用于根据本发明形成汇流器6的实施例，其中分配器7同样可以以这种方式形成。这里汇流器6在俯视图内设计成长形的，基本上是梯形的形状，所述梯形以规定的相互间的间距平行设置。这里重要的也是，每个汇流器6的内表面53只是凹形或平坦地延伸。
汇流器6同样具有一平坦的管底部29和一罩31，所述罩具有基本上为半圆柱形的形状，即，其内表面横向于汇流器6的纵向凹形地分布，并具有最大500mm的水平最小尺寸。垂直的净尺寸在顶部区域内同样约为500mm。
管底部29和罩31通过竖直的侧壁54相互连接。
在当前情况下，形成六个汇流器6，每个汇流器都连接在一载热介质导出管路36上并具有一可重新封闭的出入口管接头55。相应地，冷却管5分成六个组26，每个组分配给所述汇流器6中的一个。
在图4a所示的实施例中，形成四个梯形的汇流器6，所述汇流器绕一芯部管15布置，其中相邻的汇流器6或梯形相互成直角并且其相应不平行的侧边或者说分支56相互以一定间距相对布置。在彼此相对的分支56上，所述梯形借助于连板57彼此相互固定成正方环形的、抗弯刚性的支承结构28。每个汇流器6具有一个可重新封闭的出入口43，所述出入口在所示实施例中对应于图1和2中所示的进入汇流器6的出入口43。
在图4b中示出与图4a中类似的实施形式。在图4b中所示的实施例中，相邻汇流器6的分支56直接相互邻接，并彼此相互固定，以形成抗弯刚性的环形支承结构28。这里汇流器6也可以彼此流动连通，从而在该实施例中也可以形成环绕的空腔。
图5示出四个在俯视图中为圆形的汇流器6，所述汇流器在一圆线上以规定的相互间沿轴向和径向的间距绕芯部管15设置。相邻的汇流器6通过板件57相互抗弯刚性地固定。每个汇流器6具有一可重新封闭的出入口43，该出入口与在图4a和4b中或图1和2中所示的出入口相对应。

Claims (16)

1.用于进行催化气相反应的冷却管反应器，具有：
圆柱形的反应器外壳，所述反应器外壳在其两个端部处由反应器罩封闭，其中反应器外壳和反应器罩共同形成一压力外壳，
催化剂散料，所述催化剂散料径向向外由透气性的圆柱形的外部壳体壁，而径向向内由设置在反应器轴线上的透气性的芯部管限定，并且在运行中被反应气体沿径向穿流，其中在壳体壁和反应器外壳之间形成环形间隙，
多个冷却管，所述冷却管布置成环形的管束并且直线地平行于反应器轴线地穿过催化剂散料，并由载热介质流动穿过，所述载热介质吸收热，以导出反应热，
至少两个汇流器或至少两个分配器，所述汇流器或分配器设置在管束的第一端部处，其中所述管束分成相应数量的冷却管组，并且每个汇流器/分配器具有一管底部，冷却管组中的一个组的端部连接在该管底部上，其中在催化剂散料的区域内每个组的装有管的面积大于所属的汇流器/分配器管底部的装有管的面积，所述冷却管的至少一部分在催化剂散料和汇流器/分配器管底部的过渡区域内具有弯曲的形状，并且在每个组内都有一定数量的冷却管在其整个长度上平行于反应器轴线分布，以传递轴向力，所有冷却管都平行于反应器轴线地穿过汇流器/分配器管底部，以及，
其中，所述至少两个汇流器/分配器是可轴向自由移动的，以补偿冷却管的热膨胀，其特征在于，
汇流器/分配器(6、7)的内表面(32、33)只是凹入或平坦地分布；内表面之间最大的净尺寸至少为500mm；
所述至少两个汇流器/分配器(6、7)相互固定成抗弯刚性的支承结构(28)；
冷却管(5)固定在相应的汇流器/分配器管底部(29)的内表面(33)上；以及
每个汇流器/分配器(6、7)具有一具有与人出入孔相对应的开口尺寸的、可重新封闭的出入口(37、38)。
2.如权利要求1所述的冷却管反应器，其特征在于，汇流器(6)相互之间和/或分配器(7)相互之间流动连通。
3.如权利要求1或2所述的冷却管反应器，其特征在于，汇流器/分配器管底部(29)是平坦的。
4.如权利要求1所述的冷却管反应器，其特征在于，汇流器/分配器管底部(29)是圆的。
5.如权利要求1所述的冷却管反应器，其特征在于，汇流器/分配器(6、7)具有与所述管底部(29)相对的罩(31)，所述罩的内表面(32)至少沿一个方向凹形地分布。
6.如权利要求1所述的冷却管反应器，其特征在于，在管束(4)的第一端部上的汇流器/分配器(6、7)的数量为4至6个。
7.如权利要求1所述的冷却管反应器，其特征在于，汇流器/分配器(6、7)布置在一个或多个对中的圆上。
8.如权利要求1所述的冷却管反应器，其特征在于，冷却管(5)在一个端部分别只在一个平面内弯曲。
9.如权利要求1所述的冷却管反应器，其特征在于，冷却管(5)在一个端部上连接在汇流器(6)上，而在另一个端部处连接在分配器(7)上，并且汇流器(6)和分配器(7)设计成相同的。
10.如权利要求1所述的冷却管反应器，其特征在于，汇流器/分配器(6、7)在管束(4)的第二端部处与反应器外壳(8)和/或反应器罩(10)刚性相连。
11.如权利要求1所述的冷却管反应器，其特征在于，所述出入口由汇流器/分配器(6、7)上的出入口管接头(55)形成。
12.如权利要求1所述的冷却管反应器，其特征在于，所述出入口由汇流器/分配器(6、7)上用于载热介质管路(36)的连接管接头(38)和该载热介质管路(36)的一管路段(37)形成，所述管路段具有大于人出入孔的开口尺寸的长度，并且所述管路段由这样的材料形成并以这样的壁厚形成，该材料和壁厚不需热处理即可进行焊接。
13.如权利要求12所述的冷却管反应器，其特征在于，所述管路段(37)具有一管路区段，该管路区段的横截面朝汇流器/分配器(6、7)逐渐变大。
14.如权利要求13所述的冷却管反应器，其特征在于，该管路区段设计成锥形的。
15.如权利要求12所述的冷却管反应器，其特征在于，所述管路段(37)设置在压力外壳(2)的内部。
16.如权利要求15所述的冷却管反应器，其特征在于，所述管路段(37)连接在连接管接头(38)上。
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