CN1017970B - 在进行气相多相反应的催化床中达到最佳气体分布的方法 - Google Patents

Abstract

根据本发明，进行气相多相反应时，可在催化床中分配合成气的系统是由每个催化床的一组气体分配器构成的，一个分配器用作催化床的气体输入，一个用作气体排出。每个分配器由两个相互同轴且与圆筒状压力容器的轴线同轴的圆筒形壁层构成，两层壁都具有透气性，分配器中最靠近催化床的壁层有最大的通道横截面(具有更好的透气性)，而每个分配器的另一壁层具有，比靠近催化剂的壁层的透气面积小的透气面积。

Description

本发明是关于在反应器中进行多相反应时，使合成气在催化床中达到最佳分布的一种系统。该反应器由带有装填着催化剂的内筒的圆筒形压力容器构成，其中至少有两个装填催化剂的催化床，每个催化床有两个透气性的、相互同轴且与压力容器的轴线同轴的圆筒形壁层，气体以向内或向外径向流动的方式、或以向内或向外轴向-径向流动的方式穿过催化床，并通过气体入口和出口收集器进行分配。

众所周知，为了最有效地利用催化剂并获得高的反应产率，使合成气在气相反应催化床中均匀分布是至关重要的。

许多专利描述过在催化床中，特别是在气体径向流动的反应器中气体的分配系统。

已知有些反应器是由一个圆筒形压力容器构成的。压力容器内有一个内筒，内筒中至少有两个装填有催化剂的催化床，每个催化床有两个圆筒形的、透气性的、相互同轴且与压力容器轴线同轴的壁层。气体以向内或向外的径向流动方式，或者以向内或向外的轴向-径向流动方式穿过该催化床，并通过气体入口和出口收集器进行分配。每个收集器一般由一个与压力容器同轴的中心导管构成，其壁层可使气体透过到催化床内壁上，如英国专利1352550中附图1所示（气流向外流动的入口收集器），或者由一个透气性圆筒形壁层与一无孔刚性壁层之间的空隙构成，如上述英国专利1352550中附图1所示的气体出口收集器），或者由透气性的双层壁层构成，其中一个壁层的表面积较大（37），可直接与催化床接触或通过一个催 化剂的金属网支撑体，如英国专利1118750中附图5所示，而另一壁层（39）的透气截面（40）比第一个壁层的小得多，其作用是造成至少与催化床中一样的集中压力降，以利于气体在催化床的整个轴向长度上均匀分布。

实践中绝大多数广泛使用的反应器采用上述催化床分配器，它的入口收集器是由双层透气性壁层构成的，其中内壁（37）较靠近催化床，如英国专利1118750所示，其外壁（39）气体通道截面较小，可造成明显的压力降（高于催化床压力降任何倍数）;这样，如上述专利的权利要求13中指出的那样，必须用专门的装置，使来自外分配壁层的高速气体（高速度是由外壁层本身减小的截面造成的）沿平行于分配器壁的方向流动，以免直接冲击内透气壁层，直接冲击内透气壁层有可能使气体在催化床中的分布不均匀，并使催化剂受损。

如已说明的那样，在上述反应器中，出口收集器一般不存在任何集中压力降，催化床中气体的均匀分布来自入口收集器外壁上的压力降。

采用上述气体分配收集器的结构时，催化床顶端通常要装有密闭效果好的顶盖，顶盖要具有能承受较大压力降的、较好的机械强度，以防止部分气体绕过催化床。

本发明的目的是提供一个在进行气相合成反应的催化床中达到最佳气体分布的系统，它可使气体在催化床中均匀分布，并得到较高的产率，避免了已知系统中，特别是上述系统中的缺陷。

根据本发明，这一系统的特征在于提供了一组分配器：一个催化床中的气体入口分配器和一个气体出口分配器，每个分配器由相互同轴且与圆筒形压力容器的轴线同轴的两个圆筒形壁层构成，每个 分配器的两层壁都可透过气体;上述分配器的靠近催化床的壁层有较大的横截面（具有更好的透气性），而每个分配器的另一个壁层则有：a）比最靠近催化剂的壁层的透气面积小的横截面（气体入口分配器中），但该横截面仍大到足以限制催化床本身的压力降;b）狭小的横截面（气体出口分配器中）（透气性较差）狭小到足以造成几乎等于或2倍（最好几乎4倍）于催化床的压力降。

本上径向流动的反应器（根据美国专利4372920和4405562中的轴向-径向催化床）。本系统由一组分配器构成，气体从一个分配器流入催化床，从另一个分配器流出，每个分配器由相互同轴且与圆筒形压力容器的轴线同轴的两层圆筒形壁构成，两层壁都可透过气体。上述分配器中最靠近催化床的壁层的横截面最大（透气性最好），而每一分配器的另一壁层具有：a）比最靠近催化剂的壁层的透气面积小的横截面，但该横截面仍大到可限制气体穿过此壁时的压力降至少与催化床中（气体入口分配器中）的压力降一样大，或为其1-3倍（最好为其1-2倍）;b）一个狭小的横截面（透气性较差），狭小到足以产生几乎等于或2倍（最好几乎4倍）于催化床（气体出口分配器中）中的压力降。

通过下面的描述，可更好地理解本发明的不同特征和优点。下面的描述只是进一步的说明，而不是加以限制。为清楚起见、参照附图1、2和3进行说明。这些附图是局部的、分配器部份的纵剖面示意图。

图1示出装在无孔的圆筒形壁层PA内的、串联排列的两个一组的环形催化床L₁和L₂及催化床中的径向向内流动的气流Q，其中 每个催化床的构成如下：a）一组分配器，一个分配器是由两层相互同轴的、透气性圆筒形壁PC₁和PC₂构成气体的入口，PC₂比PC₁的透气性好;由两层相互同轴的、透气性圆筒形壁PC₃和PC₄构成气体出口，PC₄比PC₃的透气性好;b）一个封闭的底FC，该底置于由a）中提到的出口收集器壁层PC₃的内侧和封闭外壁层PA所限定的空间;c）顶盖CS，该顶盖置于由a）中提到的入口收集器壁层PC₁的内部和a）中提到的、来自出气口收集器出气口导管的无孔圆筒形壁层PI所限定的空间。

分配器壁（PC₁、PC₂、PC₃和PC₄）上部（圆筒形壁的封闭区）的狭小横截面TM通常是不透气的。

图2示出两个一组的催化床，其中绝大部分气体Q从收集器的最大横截面径向-向内流过催化床，余下的少部份气体Q′从收集器的不透气的狭小横截面TM以基本上轴向流动的方式穿过催化床。上述狭小横截面贯穿由两收集器限定的、顶部有敞开通道的催化床。催化床中由两收集器内壁所限定的区间没有顶盖CS，顶盖CS仅装在包括气流出口收集器内壁PC₄和无孔的圆筒形壁层PI之间的区间。

图3所示的催化床系统基本上与前面附图所示系统相同，只是气体沿径向向外方向流动。在这种情况下，收集器的作用正好相反，（PC₃和PC₄是入口收集器壁层，PC₁和PC₂是出口收集器壁层），封闭的底由PC₁和PI壁层所限定，顶盖由壁层PA和PC₃确定。

实施例：

Ⅰ）在一个如图1所示的装有两个催化床的氨合成反应器中，气体径向向外流动，操作条件如下：

1·1使用颗粒不规则的适宜催化剂，催化剂粒径为1.5-3mm;

1·2催化床中气体的压力降为0.015Kg/cm²;

1·3入口收集器壁层PC₁上的压力降为0.02Kg/cm²;（入口收集器壁层PC₂上的压力降可忽略）;

1·4出口收集器壁层PC₃上的压力降为0.05Kg/cm²;（壁层PC₄上的压力降可忽略）;

1·5催化床区域内顶盖CS上的差压可忽略（不需要不透气性）。

Ⅱ）如附图2所示的氨合成反应器中，装有3个催化床，一部份（较大横截面）气体沿径向向内方向流动，另一部份（狭小横截面）气体沿轴向流动，操作条件如下：

2·1使用颗粒不规则的适宜催化剂，催化剂粒径为1.5-3mm;

2·2催化床中气体的压力降为0.015Kg/cm²;

2·3入口收集器壁层PC₁上的压力降为0.02Kg/cm²（入口收集器壁层PC₂的压力降可忽略）;

2·4出口收集器壁层PC₃上的压力降为0.1Kg/cm²（壁层PC₄上的压力降可忽略）;

2·5催化床的上部是敞开的。

根据本发明，进行气体多相反应时，可使合成气在催化床中达到最佳分布的系统是由每个催化床的一组气体分配器构成的，一个分配器用作催化床的气体输入，一个用作气体排出，每个分配器由两个相互同轴且与圆筒形压力容器的轴线同轴的圆筒形壁层构成，两层壁都具有透气性。分配器中最近催化床的壁层有最大的横截面（具有更好的透气性），而每个分配器的另一壁层具有：a）比靠近催化剂的壁层的透气面积小的横截面，但该横截面仍大到可限 制使气体穿过此壁时的压力降至少等于，而且不大于催化床本身（气体入口分配器）的压力降的3倍（最好不大于其1倍）;b）一个狭小的横截面，（透气性较差），狭小到足以产生至少为（最好至少4倍于）催化床（出口气体分配器中）压力降的压力降。

Claims (3)

1、一种在下述反应器中进行多相反应时使合成气体在催化床中达到最佳分布的方法，该反应器由带有内筒的圆筒形压力容器构成，该内筒中至少有两个催化床，该方法包括：使反应气体在所述催化剂床层中沿径向方向流动；保持所述催化剂床层以及气体进口分配壁和气体出口分配壁的压降，这两个壁为包括两个透气壁的双层壁，其中一个壁靠近催化剂床，而另一个壁则远离催化剂床，后者具有气体流动区并且具备比前者较低的透气性，后者的压降大于催化剂床层的压降，同时产生于所述气体进口分配壁和气体出口分配壁的所述压降会在所述壁其中之一之上产生高于另一壁的压降，其中较高的压降产生于所述的气体出口分配壁上。

2、按照权利要求1所述的方法，其中所述气体进口分配壁上的压降为催化剂床层压降的1-3倍，出口分配壁上的压降为催化剂床层压降的至少2倍。

3、按照权利要求2所述的方法，其中所述气体出口分配壁上的压降至少为催化剂床层压降的4倍。

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