CN101600494A - 流体原料在混合装置中预混合的、在催化剂床上、在两种流体原料之间进行反应的反应器 - Google Patents

流体原料在混合装置中预混合的、在催化剂床上、在两种流体原料之间进行反应的反应器 Download PDF

Info

Publication number
CN101600494A
CN101600494A CNA2007800510248A CN200780051024A CN101600494A CN 101600494 A CN101600494 A CN 101600494A CN A2007800510248 A CNA2007800510248 A CN A2007800510248A CN 200780051024 A CN200780051024 A CN 200780051024A CN 101600494 A CN101600494 A CN 101600494A
Authority
CN
China
Prior art keywords
reactor
pipe fitting
orifice plate
finned tube
fin
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2007800510248A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101600494B (zh
Inventor
G·奥尔贝特
F·科尔
S·克罗内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BASF SE
Original Assignee
BASF SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BASF SE filed Critical BASF SE
Publication of CN101600494A publication Critical patent/CN101600494A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101600494B publication Critical patent/CN101600494B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/008—Details of the reactor or of the particulate material; Processes to increase or to retard the rate of reaction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/30—Injector mixers
    • B01F25/31—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows
    • B01F25/313—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced in the centre of the conduit
    • B01F25/3132—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced in the centre of the conduit by using two or more injector devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/30—Injector mixers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/30—Injector mixers
    • B01F25/31—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows
    • B01F25/313—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced in the centre of the conduit
    • B01F25/3132—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced in the centre of the conduit by using two or more injector devices
    • B01F25/31322—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced in the centre of the conduit by using two or more injector devices used simultaneously
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/008—Details of the reactor or of the particulate material; Processes to increase or to retard the rate of reaction
    • B01J8/0085—Details of the reactor or of the particulate material; Processes to increase or to retard the rate of reaction promoting uninterrupted fluid flow, e.g. by filtering out particles in front of the catalyst layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/0207—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid flow within the bed being predominantly horizontal
    • B01J8/0214—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid flow within the bed being predominantly horizontal in a cylindrical annular shaped bed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/0278—Feeding reactive fluids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/04—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/04—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds
    • B01J8/0446—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical
    • B01J8/0449—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical in two or more cylindrical beds
    • B01J8/0453—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical in two or more cylindrical beds the beds being superimposed one above the other
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/04—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds
    • B01J8/0492—Feeding reactive fluids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00796—Details of the reactor or of the particulate material
    • B01J2208/00823—Mixing elements
    • B01J2208/00831—Stationary elements
    • B01J2208/00849—Stationary elements outside the bed, e.g. baffles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00796—Details of the reactor or of the particulate material
    • B01J2208/00884—Means for supporting the bed of particles, e.g. grids, bars, perforated plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/19—Details relating to the geometry of the reactor
    • B01J2219/194—Details relating to the geometry of the reactor round
    • B01J2219/1941—Details relating to the geometry of the reactor round circular or disk-shaped
    • B01J2219/1946—Details relating to the geometry of the reactor round circular or disk-shaped conical
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/8593—Systems
    • Y10T137/87571—Multiple inlet with single outlet
    • Y10T137/87652—With means to promote mixing or combining of plural fluids

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于在催化剂床(4)上、在两种流体原料(2、3)之间进行反应的反应器(1)，它在流体原料(2、3)送至催化剂床之前，使流体混合物在一小于150ms的延迟时间内在一混合装置(5)中预混合，其特征为，混合装置(5)由下列元件形成，它们基本垂直于第一流体原料流(2)的流入方向布置：两个或三个依次布置的管件(6)排，在管件的外侧具有湍流发生器，管件将用于第一流体原料流(2)的通道截面变窄成1/2至1/10，其中，第二流体原料流(3)通过管件(6)的内部空间输送，并经过管件(6)上的开口(7)喷入第一流体原料流(2)，以及一串联在管件(6)前面的孔板(10)，和一串联在管件(6)后面的孔板(11)。

Description

流体原料在混合装置中预混合的、在催化剂床上、在两种流体原料之间进行反应的反应器
技术领域
本发明涉及一种用于在催化剂床上、在两种流体原料(Edukt)之间进行反应的反应器，其中所述流体原料在一混合装置中预混合，还涉及一种用于反应器的混合装置和应用。
背景技术
在化工技术中，存在多种将两种流体原料预混合后在一催化剂床上进行转化的工艺。此处，为使反应过程均匀地进行，需要在反应混合物与催化剂接触、催化剂对反应情况进行控制之前，在通常很短的允许停留时间--常常小于150ms或小于50ms--内实现尽可能均质的预混合。
为实现上述目的需要一混合装置，该混合装置能在很短的时间内实现尽可能高的混合品质，也就是说，需要一种结构高度L/D尽可能小的混合装置，其中，L表示混合装置在主流体的流动方向上的长度，而D则表示催化剂床垂直于主流体的流动方向的流入面积。
用于轴向--即纵轴线方向--穿流的反应器的已知混合装置有利地实现了结构高度L/D为4。这种装置例如在DE-A 10 2004 024 957中公开，其中在一布置有催化剂床的轴流式反应器中，经气体供给管的管束沿轴向--即反应器的纵向方向--喷入反应气体，该气体供应管固定在管板的两端上并具有氧入口，氧被输入气体导管周围的间隙中。
发明内容
而本发明的目的是，提供一种反应器和混合装置，该反应器和混合装置在明显减小混合装置在主流体的流动方向上的长度从而实现极短的停留时间的情况下，在将两种流体原料输送到催化剂床之前，在所述两种流体原料的预混合步骤中，提供几乎为100％的混合品质。
该目的通过一种用于在催化剂床上、在两种流体原料之间进行反应的反应器实现，其中流体原料在被输送到催化剂床之前、在一小于150ms的延迟时间内、在一混合装置中被预混合，其中，所述混合装置包括基本横向于第一流体原料流的流入方向布置的以下元件：
-顺序(一个接一个地)布置的两排或三排管件，所述管件在外侧具有湍流发生器，所述管件使第一流体原料流的通流截面减小到1/2～1/10，其中，通过所述管件的内腔引导第二流体原料流，经管件中的开口将该第二流体原料流喷入第一流体原料流中，
-一设置在管件上游的孔板，和
-一设置在管件下游的孔板。
在一优选的实施形式中发现，通过采用已知的、商业上惯用作换热器的翅片管/翅管，以在翅片之间的翅片通道中设置开口的方式对这种翅片管略作修改，通过基本横向于翅片管喷入第一流体原料流，穿过翅片管的内腔、经过翅片通道中的开口将第二流体原料流喷入第一流体原料流中，实现了将各翅片之间的翅片通道的间隙用作近乎理想的、高湍流度混合腔。
按已知的方式“流体”表示所有服从非固体连续介质的流体力学基本定律(das
Figure A20078005102400061
Gesetze nicht fester Kontinua)的液体、蒸汽和气体。此处，流体原料特别是涉及气态或液态原料，优选气态原料。流体原料可包括一种或多种物质。
两种流体原料的体积流量通常差别很大，这相应地使混合任务更加困难：特别是第二流体原料的质量流量可以是第一流体原料的质量流量的1％～30％，或5％～20％。
催化剂床由催化剂固体颗粒形成，也就说，对于流体原料来说该催化剂是一种非均相催化剂。催化剂固体颗粒优选可以形成一催化剂固定床，或者，在另一优选实施形式中，形成一催化剂移动床。
在柱形的直立式反应器中，可在水平的或竖直的层中放入也称为催化剂布料器(Katalysatorschüttung)的催化剂床。此处，也可以设置有多个催化剂床。通常设计成可自由流动的成形体的催化剂可被放入一保持装置例如催化剂筐中。另外优选地，保持装置可由支承筛条、筛网、边缘细缝筛(Kantenspaltsiebe)等形成。
反应气体混合物从催化剂床的流入面侧流入催化剂床，经一流出面离开催化剂床。
按照本发明，在催化剂床的流入面上游，设置一用于待转化的流体原料的混合装置，该混合装置包括以下元件：
-顺序布置的两排或三排管件，该管件在外侧具有湍流发生器，
-一设置在上游的孔板，和
-一设置在下游的孔板。
流体原料在混合装置中被预混合。这里，预混合理解为在进入催化剂床之前的混合。
布置在管件外侧的湍流发生器可以是不同几何的各种结构，重要的是，这些结构提高了围绕管件流动的流体中的湍流度。优选地，所述湍流发生器可以是例如对静态混合器(领域)已知的元件、或作为蒸馏塔的填料元件已知的元件，或者是例如交叉的板条。
在外侧带湍流发生器的管件优选是翅片管。
翅片管在化工技术中是已知，特别是用作换热器管。翅片管及其制造例如在DE-A 1 950 2 6或DE-A 2 131 085中有所描述。
翅片管包括具有柱形外周的管件，通常是金属管，带有在该管件上通常通过焊接沿一纵向边缘安装的长形板条，翅片。所述翅片通常在管件的外周安装成螺线形或螺旋形，但也可以沿管件的纵向方向安装。翅片通常具有平滑的连续表面，但也可以被穿孔。翅片可以是连续的，但也可以有利地被切至翅片根部以形成翅片段。被切开的翅片特别适合于提高湍流度。此处，各翅片段可以有不同的几何，例如矩形、梯形等。各翅片段之间的切口可以在切除材料或不切除材料的情况下形成。特别有利的是，各翅片段设计成相对于翅片根部转过或倾斜一角度，以特别是在翅片之间区域--翅片通道--中通过一迎角来提高湍流度，并相应地改善混合效果。
在管件长度上紧密地布置翅片是有利的，特别是可在每米管件长度上设置100至300圈翅片。
有利的是，应用的管件的外径范围为25～150mm，特别是20～50mm的。
有利地，翅片高度是管件外径的1/10～1/2。
翅片厚度可以有利地为0.3～1.5mm。
对翅片被切开的情况有利的是，翅片段设计成宽度为3～12mm，优选4～8mm。
管件可以有任意的横截面，例如圆形、椭圆形、甚至是多边形例如三角形。
翅片管彼此平行地成排布置，其中，一个翅片管排位于一个平面内或者也可沿一圆半径布置。
翅片管的布置方式特别是取决于反应器中的意图流动方向：
对于反应混合物在通常为柱形的反应器的纵轴线方向上通流的轴流式设备，催化剂床沿反应器的横截面水平布置。相应地，形成混合装置的一部分的翅片管排必须基本平行于催化剂床、布置在反应器的横截面平面中。
对于反应混合物的流动方向为径向的径流式反应器，在合适的接纳装置--例如筐--中布置有一个或多个形式为空心柱体的催化剂床，该空心柱体的壁厚对应于床厚。在催化剂床的可能位于内侧或外侧的流入侧，翅片管布置在一与催化剂床同心的圆环上。
已经表明，对于按照本发明的混合任务，两排或三排翅片管是合适的。
在一优选实施形式中，在各排翅片管中的第二流体原料流的成分可以不同。特别是，可以向第一排翅片管中引入具有确定的成分的第二流体原料流，向第排二翅片管中引入成分不同的第二流体原料流。
这里有利的是，第二排翅片管相对于第一排翅片管插空布置(布置在第一排翅片管的空隙中)，对于存在三排翅片管的情况，第三排翅片管相对于第二排翅片管插空布置。第二和可能的第三排翅片管可以有利地被载热体穿流。第二和可能的第三排翅片管也可以由任意截面的实心材料(Vollmaterial)形成。
在一排翅片管中采用几何相同的翅片管，而多排翅片管中的翅片管的几何则可以不同。
在形成翅片管的管件的外周上，在翅片之间的翅片通道中，翅片管在每个翅片通道中分别有两个沿径向相对的开口，所述开口位于距本翅片管排中的各相继的翅片管距离最小的位置处。通过这些开口将第二流体原料在翅片之间的翅片通道中喷入第一流体原料中。由此，在翅片通道中提供大量湍流度高的小尺度(feinskaligen)混合室，尤其是以分段形式切开的翅片中，其中可以通过翅片段的倾斜设置进一步提高这种效果。由此，可以在微小区域内得到极好的混合品质。
在翅片管的内腔中，可以有利地分别设置同心的插管，该插管具有以合适的间距布置在其外周上的流出开口，以在管件长度上预分配该第二流体原料流，从而又在很大程度上保证其温度平衡。
优选通过一作为主分配器的环形通路，特别优选通过两个环形通路，在翅片管两端上将第二流体原料流均匀地送入翅片管中。
另外优选地，上述环形通路本身经由另一附加的环形通路给料，该附加的环形通路优选具有较大的直径并布置在上述环形通路外。
尤其是对于轴流式反应器的情况，同样横向于第一流体原料流的流入方向，因而基本平行于由翅片管排形成的平面，在翅片管排的上游设置一孔板；或尤其是对于径流式反应器的情况，在与翅片管排同心的圆环上，在翅片管排的上游设置一孔板。
设置在上游的孔板具有多个开口，这些开口的总面积小于或等于第一流体原料流的输入横截面积的0.5，特别是小于或等于0.3。
有利地，设置在上游的孔板与第一排翅片管的流入面相距的距离是设置在上游的孔板中开口的直径的7～20倍。
设置在上游的孔板中开口的直径有利地小于两个相继的圈之间的翅片净距离的一半。
尤其是在轴流式反应器中，如果能够确保在反应器横截面上极均均地分配气流，就可以省去设置在上游的孔板。
在从混合装置流出的方向上，该混合装置包括一设置在下游的第二孔板，该孔板包括多个开口，这些开口的直径大于或等于设置在上游的孔板(中开口)的直径。
“孔板”一般理解为带有开口的平面构件，所述开口具有任意横截面。
两个孔板--即设置在上游和下游的孔板--的板厚与孔板中开口的直径之比，优选在0.75～2.0的范围内。
有利地，设置在下游的孔板布置成距最后一排翅片管的流出平面的距离是最后一排翅片管的翅片管直径的0.75倍～2倍。
有利地，设置在下游的孔板距催化剂床入口的距离是该孔板中的开口的直径的5～20倍。
用于翅片管和孔板的材料优选为不锈钢，特别优选在高温下耐氧化、必要时耐碳化
Figure A20078005102400101
的材料。
混合装置基本横向于第一流体原料流的流动方向布置。这可以理解为，在混合装置的主平面的法线的方向上输入第一流体原料流，该主平面可以如轴流式反应器中那样是平面的，或者如径流式反应器中那样是弯曲的。而基本横向于应理解为与法线偏差±5°之间，或±10°之间，或者甚至±30°之间。
结构深度--也就是说设置在上游的孔板与设置在下游的孔板之间的距离--在100～200mm范围内的混合装置可实现极好的、几乎为100％的混合品质，其中第一流体原料流--通常是反应气体--中压力损失的量级为20mbar；而由于安全原因必须承受一定过压的第二流体原料流--通常是含氧的气流--中的压力损失约在50～100mbar的范围内。
可以实现极大数量的将第二流体原料流喷入第一流体原料流的喷入位置，该数量的量级为每m2有10000个喷入位置。
本发明的对象还包括用于上述反应器的混合装置，该混合装置由上述元件组成：两排或三排带湍流发生器的管件，特别是翅片管，一设置在上游的孔板和一设置在下游的孔板。
上述反应器和混合装置特别适合于利用含氧的气流--例如空气--对第一气态反应混合物进行转化，特别是用于进行碳氢化合物--例如丙烷或丁烷的氧化脱氢、用于以空气部分氧化天然气、用于脱硫、用于催化裂化、或一般地用于作为化学转化已知的转化。
本发明的对象还包括用于两种以上流体的静态混合器，该静态混合器包括上述混合装置的元件，所述元件基本横向于第一流体的流入方向布置：
-顺序布置的两排或三排管件，所述管件在外侧具有湍流发生器，所述管件使第一流体原料流的通流截面减小到1/2～1/10，其中，通过所述管件的内腔引导第二流体原料流，经管件中的开口将该第二流体原料流喷入第一流体原料流中，
-一设置在管件上游的孔板，和
-一设置在管件下游的孔板。
混合器并不受限于待混合的流体的类型。流体可以特别是气体或液体，优选是气体。待混合的流体可分别包括一种以上的物质。所述物质相互间必须不能产生化学反应。
混合器可以具有上文中对混合装置所述的所有实施形式。
尤其是，混合器可具有模块化结构，也就是说，在两个或三个顺序布置的排中的管件的数目在实践中可按照需要任意增加，从而能够提供的流入面积从几平方厘米到任意大小，例如几百平方米。
静态混合器可由商业上惯用的元件经济、节能地制造。该静态混合器的结构高度很小，以用极其短的混合时间--＜50ms--实现两种以上流体的高均质(混合品质＞99.9％)混合。
附图说明
下面参考附图和实施例更加详细地描述本发明。
在附图中详细地：
图1A示出按照本发明的径流式反应器的扇形局部，其中第一流体原料流的流动方向为从内向外。
图1B示出与图1A类似的视图，但其中第一流体原料流的流动方向为从外向内，
图2A示出一翅片管的详图，图2B示出单独的翅片及其成形加工过程，图2C示出翅片管的剖视图，
图3示出一翅片管的透视图，
图4A示出一翅片管的优选实施例的纵剖面图，图4B示出其横剖面图，
图5A示出按照本发明的径流式反应器的一优选实施例，其中流动方向为从内向外，图5B示出其横剖面图，
图5C示出按照本发明的径流式反应器的另一实施例，其中流动方向为从外向内，
图6示出按照本发明的径流式反应器的另一优选实施例，
图7A示出按照本发明的轴流式反应器的一优选实施例，图7B示出混合装置的局部视图，以及
图8示出用于确定混合品质的试验组件的纵向剖视图。
具体实施方式
在各附图中，相同的附图标记分别代表相同的或相应的技术特征。
图1A示出按照本发明的径流式反应器1的第一实施例的横截面的一扇形局部，其中经反应器的内腔输入第一流体流2，并使之流出到反应器的外壳上。第一流体原料流2垂直地撞在混合装置5上，该混合装置包括两排翅片管12，所述翅片管相互插空布置，沿流动方向在所述翅片管的上游设置一第一孔板10，在所述翅片管的下游设置一第二孔板11。两排翅片管12、设置在上游的孔板10和设置在下游的孔板11分别布置在各同心的圆环上。然后，在混合装置5中预混合的反应混合物穿流过催化剂床4。
图1B示出按照本发明的径流式反应器的另一实施例的横截面的一扇形局部，但与图1A的视图不同，第一流体原料流2的流动方向是从外向内。相应地，包括两排翅片管12、设置在上游的孔板10和设置在下游的孔板11的混合装置5由于在催化剂床4的上游，所以布置成沿一半径大于催化剂床4的半径的圆环。
图2A至2C示出翅片管12的详图，该翅片管在翅片管12的翅片9之间的翅片通道8中具有沿径向相对布置的开口7。就此图2B示出一翅片9，该翅片除翅片根部14外均被切口分成翅片段13。图2C示出翅片管12的横截面，该翅片管包括管件6、翅片通道8和翅片段13。
图3示出包括管件6和螺旋形安装的翅片9的翅片管12的透视图，该翅片除翅片根部14外均被分成翅片段13。
图4A示出包括管件6和翅片9的翅片管12的纵剖视图，在翅片管12的各翅片9之间的翅片通道8中设有开口7。在管件内部同心地设置有一带开口18的中央插管17，该开口18在图4B中沿平面B-B的横截面图中可见，经该开口沿翅片管12的纵向方向分配第二流体原料流。在图4A中示出翅片管12的一个端部，在该翅片管12上具有用于第二流体原料流3的环形分配器19。
图5A示出一径流式反应器的纵剖面，其中通过反应器的中央内腔输入第一流体原料流2，并使之流出到反应器1的外壳上。
图5B除示出催化剂床4和混合装置5在横截面中的环形布置结构外，还示出了被第一流体原料流2穿流的横截面20。
在图5C中以纵剖面示出的反应器设计成与图5A的反应器相似，但是从外向内输入第一流体原料流2，相应地混合装置5布置在催化剂床4外。
图6示出按照本发明的反应器1的另一优选实施例，其中第二流体原料流3的流动方向为从外向内，在中央内腔中和反应器外壳上设置有挤出体21，该挤出体可优选如图所示地为抛物线形。
图7A示出一轴流式反应器的纵剖面，该反应器具有以平面布置的催化剂床4和混合装置5。其中图7A中示出其纵剖面，图7B示出在一垂直于图7A所示平面的平面中的纵剖面的局部。图7B中局部示出两排翅片管12、一设置在上游的孔板10和一设置在下游的孔板11，所述翅片管具有用于从翅片管12的内腔引出第二流体原料流3的开口7，另外通过带开口18的中央插管17对第二流体原料流3进行预分配。
图8示出用于确定混合品质的试验组件的纵剖视图，该组件包括：两排翅片管6，该翅片管具有带开口18的中央插管17；设置在上游的孔板10和设置在下游的孔板11；以及一可更换的催化剂床4和一可取出的用于浓度测量的测杆22。
实施例
采用图8所示的试验组件，可确定组件气体--即由氮气组成的第一主气流与由氮气和10Vol.％的二氧化碳组成的、体积流量是主气流的1/10的第二气流--的混合品质。混合装置包括两排插空布置的翅片管12，每个翅片管排包括三个外径为31.7mm的管件6，该管件具有螺旋形安装的、绕管件17圈的翅片9，翅片被切成宽4mm、高6.4mm的翅片段。在距第一排翅片管12的流入面15mm处布置一设置在上游的孔板10，该孔板的开口率为5％，在距第二排翅片管的流出平面15mm处布置一开口率同样为5％的设置在下游的孔板。
利用Hamberg的Maihak公司的设备UNOR 6N，通过红外线吸收(方式)确定氮气流中的二氧化碳的浓度。为了排除校正偏差，在测杆的端部上连接一20m长的软管，在紧邻在软管端部前向设备中引入用于基准测量的气体。该基准测量得到精确的1Vol.-％的二氧化碳。
为了确定按照本发明的具有翅片管、设置在上游的孔板和设置在下游的孔板的混合装置的混合品质，推动测杆22连续地穿过所述设备，以2mm的间隔提取样本，通过红外线吸收利用上面给出的仪器确定该样本的二氧化碳浓度。测量值为0.99Vol.-％～1.01Vol.-％的二氧化碳，也就是说，偏差最大为基准测量的值的±1％，因而测出在设备的整个横截面上的混合品质相当好。
附图标记表
1    反应器
2    第一流体原料
3    第二流体原料
4    催化剂床
5    混合装置
6    管件
7    管件6中的开口
8    翅片通道
9    翅片
10   设置在上游的孔板
11   设置在下游的孔板
12   翅片管
13   翅片段
14   翅片根部
15   10中的开口
16   11中的开口
17   中央插管
18   中央插管17中的开口
19   环形分配器
20   被第一流体原料流穿流的截面
21   挤出体
22   测杆

Claims (24)

1.一种用于在催化剂床(4)上、在两种流体原料(2、3)之间进行反应的反应器(1)，其中所述流体原料(2、3)在被输送到催化剂床之前、在一小于150ms的延迟时间内、在一混合装置(5)中被预混合，其特征为，所述混合装置(5)包括基本横向于第一流体原料流(2)的流入方向布置的以下元件：
-顺序布置的两排或三排管件(6)，所述管件在外侧具有湍流发生器，所述管件使第一流体原料流(2)的通流截面减小到1/2～1/10，其中，通过所述管件(6)的内腔引导第二流体原料流(3)，经管件(6)中的开口(7)将该第二流体原料流喷入第一流体原料流(2)中，
-一设置在所述管件(6)上游的孔板(10)，和
-一设置在所述管件(6)下游的孔板(11)。
2.根据权利要求1的反应器(1)，其特征为，所述在外侧具有湍流发生器的管件(6)是翅片管(12)，其中，湍流发生器设计成翅片(9)，所述管件(6)中的开口(7)通入各翅片(9)之间的翅片通道(8)中。
3.根据权利要求1或2的反应器(1)，其特征为，所述翅片管(12)使第一流体原料流(2)的通流截面减小到1/3～1/6。
4.根据权利要求1至3之一的反应器(1)，其特征为，翅片管(12)包括具有柱形外周的管件(6)，带有沿板条纵向边缘螺旋形地焊接在该管件上的由长形板条构成的多个翅片(9)，所述翅片除翅片根部(14)外都被切开以形成翅片段(13)。
5.根据权利要求4的反应器(1)，其特征为，所述翅片段(13)相对于翅片根部(14)转过一角度。
6.根据权利要求1至5之一的反应器(1)，其特征为，所述翅片管(12)在管件(6)的每米长度上具有100～300圈翅片(9)。
7.根据权利要求1至6之一的反应器(1)，其特征为，所述管件(12)的外径在25～150mm的范围内，优选在20～50mm的范围内。
8.根据权利要求1至7之一的反应器(1)，其特征为，所述翅片(9)的高度与管件(12)的外径的比值在1/10～1/2的范围内。
9.根据权利要求1至8之一的反应器(1)，其特征为，所述翅片(9)的厚度在0.3～1.5mm的范围内，翅片段(13)的宽度在3～12mm的范围内，优选在4～8mm的范围内。
10.根据权利要求1至9之一的反应器(1)，其特征为，第二排翅片管(6)相对于第一排翅片管(6)插空布置。
11.根据权利要求10的反应器(1)，其特征为，有三排翅片管(6)，其中，第三排翅片管(6)相对于第二排翅片管(6)插空布置。
12.根据权利要求1至11之一的反应器(1)，其特征为，第二排和可能的第三排翅片管(6)被一载热体穿流，或由任意横截面的实心材料制成。
13.根据权利要求1至12之一的反应器(1)，其特征为，翅片管(6)在翅片(9)之间的每个翅片通道(8)中有两个开口(7)，所述开口位于翅片通道(8)的沿径向相对的位置处，该位置距在该翅片管排中的相应相继的翅片管(6)的距离最小。
14.根据权利要求1至13之一的反应器(1)，其特征为，设置在上游的孔板(10)布置成距第一排翅片管(6)的第一流体原料(2)流入面的距离相当于设置在上游的孔板(10)中的开口(15)的直径的7～20倍。
15.根据权利要求1至14之一的反应器(1)，其特征为，设置在上游的孔板(10)中的开口(15)的直径小于相继两圈之间的翅片净距离的一半。
16.根据权利要求1至15之一的反应器(1)，其特征为，设置在上游的孔板(10)中的开口率≤0.5，优选≤0.3，该开口率被定义为孔板中的开口(15)的开口面积之和与垂直于第一流体原料流(2)朝向混合装置(5)的输入方向的总截面积之比。
17.根据权利要求1至16之一的反应器(1)，其特征为，在所述孔板(10、11)中，孔板厚度与开口(15、16)的直径之比在0.75～2.0的范围内。
18.根据权利要求1至17之一的反应器(1)，其特征为，设置在下游的孔板(11)距翅片管(6)的流出平面的距离是最后一排翅片管(6)的翅片管(6)直径的0.5～2倍。
19.根据权利要求1至18之一的反应器(1)，其特征为，设置在下游的孔板(11)中的开口(16)的直径大于或等于设置在上游的孔板(10)中的开口(15)的直径。
20.根据权利要求1至19之一的反应器(1)，其特征为，设置在下游的孔板(11)距催化剂床(4)中的反应混合物入口的距离相当于设置在下游的孔板(11)中的开口(16)的直径的5～20倍。
21.根据权利要求1至20之一的反应器(1)，其特征为，作为用于管件(6)和孔板(10、11)的材料，采用在高温下抗氧化的、必要时耐碳化的材料。
22.一种用于根据权利要求1至21之一的反应器(1)的混合装置(5)。
23.一种用于在根据权利要求1至21之一的反应器(1)中、在一催化剂床(4)上、在两种流体原料(2、3)之间进行化学反应的方法，其特征为，第一流体原料流(2)为反应气体混合物，而第二流体原料流(3)为含氧的气流，特别是用于进行氧化脱氢。
24.一种用于两种以上流体的静态混合器，其特征为，该静态混合器包括根据权利要求22的混合装置(5)的元件，所述元件基本横向于第一流体(2)的流入方向布置：
-两排或三排顺序布置的管件(6)，所述管件在外侧具有湍流发生器，所述管件使第一流体原料流(2)的通流截面减小到1/2～1/10，其中，通过所述管件(6)的内腔引导第二流体原料流(3)，经管件(6)中的开口(7)将该第二流体原料流喷入第一流体原料流(2)中，
-一设置在所述管件(6)上游的孔板(10)，和
-一设置在所述管件(6)下游的孔板(11)。
CN2007800510248A 2006-12-19 2007-12-14 流体原料在混合装置中预混合的、在催化剂床上、在两种流体原料之间进行反应的反应器 Expired - Fee Related CN101600494B (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006060507.1 2006-12-19
DE200610060507 DE102006060507A1 (de) 2006-12-19 2006-12-19 Reaktor zur Durchführung einer Reaktion zwischen zwei fluiden Edukten an einem Katalysatorbett mit Vorvermischen der fluiden Edukte in einer Einmischvorrichtung
US87094506P 2006-12-20 2006-12-20
US60/870,945 2006-12-20
PCT/EP2007/063951 WO2008074737A1 (de) 2006-12-19 2007-12-14 Reaktor zur durchführung einer reaktion zwischen zwei fluiden edukten an einem katalysatorbett mit vorvermischen der fluiden edukte in einer einmischvorrichtung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101600494A true CN101600494A (zh) 2009-12-09
CN101600494B CN101600494B (zh) 2013-01-30

Family

ID=39431505

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2007800510248A Expired - Fee Related CN101600494B (zh) 2006-12-19 2007-12-14 流体原料在混合装置中预混合的、在催化剂床上、在两种流体原料之间进行反应的反应器

Country Status (13)

Country Link
US (1) US7854906B2 (zh)
EP (2) EP2104553B1 (zh)
JP (1) JP5260547B2 (zh)
KR (1) KR101424028B1 (zh)
CN (1) CN101600494B (zh)
BR (1) BRPI0720412A2 (zh)
DE (1) DE102006060507A1 (zh)
MY (1) MY149683A (zh)
RU (1) RU2456067C2 (zh)
SG (1) SG153458A1 (zh)
TW (1) TWI430842B (zh)
WO (1) WO2008074737A1 (zh)
ZA (1) ZA200904965B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7704293B2 (en) * 2007-10-23 2010-04-27 Institute Of Nuclear Energy Research Turbulence device used for air filtration system
TW200936245A (en) * 2007-10-30 2009-09-01 Basf Se Horizontal reactor for reacting a fluid feed stream with a fluid oxidant stream in the presence of a solid catalyst
EP2165755A1 (en) * 2008-09-23 2010-03-24 Methanol Casale S.A. Heat exchanger with radially arranged elements for isothermal chemical reactors
US9308121B2 (en) * 2011-02-07 2016-04-12 Roger Clemente Helical air distribution system
EP2703076B1 (de) * 2012-08-29 2016-04-27 Wolfgang Gerlinger Reaktor mit einer oder mehreren zuführleitungen und einer gleichverteilungseinrichtung für einen oder mehrere fluidströme
CN105623733B (zh) * 2014-10-27 2017-03-01 中国石油化工股份有限公司 一种石油烃的吸附脱硫方法
US10478794B1 (en) 2019-02-26 2019-11-19 Chevron Phillips Chemical Company Lp Bi-modal radial flow reactor
PL429466A1 (pl) * 2019-04-01 2020-10-05 Marek Mania Filtr szczelinowy samooczyszczający się

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2276307A (en) * 1938-04-18 1942-03-17 Houdry Process Corp Catalytic converter
US2350644A (en) * 1942-10-28 1944-06-06 Socony Vacuum Oil Co Inc Apparatus for catalytic conversion
US2417393A (en) * 1942-11-04 1947-03-11 Socony Vacuum Oil Co Inc Apparatus for hydrocarbon reaction
US3214247A (en) 1963-02-25 1965-10-26 Universal Oil Prod Co Fluid distributing means for packed chambers
FR2019968B1 (zh) 1968-10-04 1974-11-15 Escoa Corp
GB1328302A (en) * 1970-06-25 1973-08-30 Escoa Fintube Corp Segmented finned tube and its method of manufacture
JPS5932178B2 (ja) * 1981-11-06 1984-08-07 永岡金網株式会社 多孔管内包式スクリ−ン筒
JPS5959242A (ja) * 1982-09-28 1984-04-05 Toyo Eng Corp 反応方法およびそのための反応器
US5462719A (en) * 1994-06-08 1995-10-31 Atlantic Richfield Company Method and apparatus for mixing and distributing fluids in a reactor
WO1996007712A1 (de) * 1994-09-02 1996-03-14 PUSCHKAREW, Aleksander Wasiliewitsch Katalytisches reformierungsverfahren und reaktor
AU4859099A (en) * 1998-07-09 2000-02-01 Washington Group International Inc. Radial flow reactor
JP3858132B2 (ja) * 1999-03-29 2006-12-13 日立造船株式会社 排ガス脱硝システムのアンモニア注入装置
US6772830B1 (en) * 1999-07-21 2004-08-10 Stone & Webster, Inc. Enhanced crossflow heat transfer
EP1080780B1 (en) * 1999-08-31 2007-08-01 Nippon Shokubai Co., Ltd. Reactor for catalytic gas phase oxidation
US7316804B2 (en) * 2001-08-02 2008-01-08 Ineos Usa Llc Flow reactors for chemical conversions with heterogeneous catalysts
RU30289U1 (ru) * 2003-03-27 2003-06-27 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная компания "Кедр - 89" Реактор для каталитических процессов
DE10359744A1 (de) * 2003-12-19 2005-07-14 Uhde Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Eindüsen von Sauerstoff in einen Synthesereaktor
DE102004024957A1 (de) 2004-05-22 2005-12-22 Uhde Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Eindüsen von Sauerstoff in ein einen Synthesereaktor durchströmendes Reaktionsgas
DE102006060509A1 (de) * 2006-12-19 2008-06-26 Basf Se Reaktor zur Durchführung einer kontinuierlichen Oxidehydrierung sowie Verfahren

Also Published As

Publication number Publication date
DE102006060507A1 (de) 2008-06-26
RU2456067C2 (ru) 2012-07-20
TW200909058A (en) 2009-03-01
EP2104553B1 (de) 2014-03-26
CN101600494B (zh) 2013-01-30
KR20090091234A (ko) 2009-08-26
EP2517784A2 (de) 2012-10-31
KR101424028B1 (ko) 2014-07-28
MY149683A (en) 2013-09-30
JP2010513005A (ja) 2010-04-30
EP2517784B1 (de) 2018-03-07
ZA200904965B (en) 2010-09-29
US20080145285A1 (en) 2008-06-19
US7854906B2 (en) 2010-12-21
TWI430842B (zh) 2014-03-21
BRPI0720412A2 (pt) 2013-12-31
RU2009127502A (ru) 2011-01-27
EP2517784A3 (de) 2013-05-15
SG153458A1 (en) 2009-07-29
JP5260547B2 (ja) 2013-08-14
EP2104553A1 (de) 2009-09-30
WO2008074737A1 (de) 2008-06-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101600494B (zh) 流体原料在混合装置中预混合的、在催化剂床上、在两种流体原料之间进行反应的反应器
RU2542248C2 (ru) Устройство распределения потока текучей среды для каталитических реакторов с нисходящим потоком
CN101678289B (zh) 低压降混合装置以及它在两种气体/蒸气混合时的使用
US4233269A (en) Gas liquid distributor
US5435976A (en) Device for introducing a reactant into a gas flow
CA2595478C (en) Distribution device for two-phase concurrent downflow vessels
US20060163758A1 (en) Distribution device for two-phase concurrent downflow vessels
US20060078483A1 (en) Fluid distribution apparatus for downflow multibed poly-phase catalytic reactor
CN101279229B (zh) 滴流床反应器
TW201318694A (zh) 氣體及液體用之分配器托架、具備此托架之反應器以及該托架之應用
RU2481150C2 (ru) Парожидкостное распределительное устройство для распределения прямоточного двухфазного потока в аппарате с нисходящим потоком и реактор, снабженный указанным устройством
MX2008013006A (es) Bandeja de distribucion de fluido y metodo de distribucion de fluido de dispersion elevada a traves de un lecho de material de contacto.
JP2004130301A5 (zh)
CA1120697A (en) Air injector nozzle for secondary reformer
CN109821379B (zh) 用于提高氨气分布均匀度的喷氨装置
US10569246B2 (en) Compact device for mixing fluids
CN101837268A (zh) 气体环流分布器
CN104801445A (zh) 一种液体压力喷嘴
WO2021089274A1 (en) Grid-like symmetrical distributor or collector element
JP4408625B2 (ja) 流体の混合方法および装置
CN208642321U (zh) 一种用于烟气脱硝系统的高效混合喷氨装置
US9364802B2 (en) Method and apparatus for the intermixing of two fluid streams
CN2200479Y (zh) 上流式气液均布器
CN108043224A (zh) 一种用于烟气脱硝系统的高效混合喷氨装置
CN214809858U (zh) 喷氨混合装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20130130

Termination date: 20191214