CN1030027A - 催化反应器 - Google Patents
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Abstract
一种催化反应器包括：一个反应容器、一个催化
剂床和至少二个换热器。催化剂床和换热器与反应
容器的中心轴同轴设置且基本上位于同一高度。
Description
本发明是关于一种用于把气体原料导入催化剂床，并使气体原料与催化剂床的固体催化剂接触，发生放热转化反应，由此，得到气体反应产物的催化反应器。
通常，在催化反应器中，把一个催化剂床分成几个较小的催化剂床，并在每两个相连的较小的催化剂床之间插入换热器，其结果，在每个较小的催化剂床中的温度，可以维持在所希望反应的最适合于进行的范围内，由此，使所进行的反应达到最佳的程度。到目前为止，在已知的竖式催化反应器中，都是一个一个单独地设置这种较小的催化剂床，其中的每一个催化剂床都是由气体能够通过的内、外圆筒所构成，而且它们的上端和下端都是封闭的。每个催化剂床的横截面都是环形，外形为圆筒状，允许反应气体径向地流过，因此，气体通过催化剂床时的压力降就可以减少。
在现有技术的催化反应器中，最近公开了如下的催化反应器。
日本公开特许公报81-81129
日本公开特许公报85-110328;85-179131，
在这些已经公开的催化反应器中，换热器的位置都设在，例如，环形催化剂床敞开的中心空间，或在反应容器内的催化剂床的上部或下部空间。
在上述的现有技术中，催化剂床和换热器仅仅是设置在反应容器的空间内，然而并没有充分地考虑维修和运行费用问题。此外，它们还有一些如下的缺点：
1.催化反应器内部结构复杂，且制造费用高。
2.组装和拆卸催化反应器的换热器费时而麻烦。只有催化剂完全卸出后，才有可能取出换热器，因此，催化反应器的维修难以进行，致使修理费用较高。
3.换热器是根据相应催化剂床中产生的热量设计的，由于提供安装换热器的空间有限，因此，这样设计出的换热器的大小与相应的催化剂床难以匹配。
本发明的目的就是为了克服了上述催化反应器的缺点，并提供了一种以容易维修和低制造费用为特征的催化反应器。
在本发明的催化反应器中，与反应容器的纵中心轴共轴设置了一个催化剂床和至少二个换热器，而且它们基本上位于同一垂直高度。即几个结构复杂的换热器一起安装在易检维修的位置。例如：在催化反应器的最上部，从而，维修换热器方便，同时，所需要的维修费用也减少了。
图1是本发明已用于合成氨反应器的一个实施例的纵剖面图。
图2是本发明的另一个实施例的局部纵剖面图，其中已经修改了图1中的第二换热器8的设计。
图3是用于合成氨的反应器的另一个实施例的纵剖面图，其中设置了二个换热器，一个设置在催化剂床的外部，而另一个设置在同一个催化剂床的内部。
图4是用于合成氨反应器的又一个实施例的纵剖面图，其中两个换热器都设置在一个催化剂床的外部。
本发明的上述的几个实施例，在下文参照附图将予以详细地描述。
首先参看图1，这个催化反应器包括反应容器1，在此反应容器1中的三个催化剂床体，即第一催化剂床4、第二催化剂床5和第三催化剂床6，它们一个设置在另一个下面，而第一换热器7和第二换热器8都设置在第一催化剂床4内部的中心开孔内。
催化剂床4、5、6都与反应容器1的纵中心轴共轴，且各自地形成环形形状。催化剂床4、5和6都由能通过空气的内圆筒形壁和外圆筒形壁径向地限定，它们的上端和下端分别由水平的上端板和下端板封闭，这样水平截面就是一个环形的形状。催化剂装填在每个催化剂床的环形部分内。在图示的实施例中，反应气流可以从外圆筒壁向内圆筒壁径向地通过每个催化剂床。
第一换热器7径向地设置在第一催化剂床4的中心开孔的外部。而第二换热器8径向地设置在第一换热器的里面。因此，如平面图所示，这些部件4、7和8都是同轴地安装，以使它们与反应容器1的纵中心轴共轴，且相对于反应容器的底部基本上位于同一垂直高度。
设置第一旁管10和第二旁管11，从外面导入冷却气体，以便控制在反应容器1中的各个位置的反应气体的温度。然而，由于冷却气体不与反应气体混合，因此，反应气体不会被冷却气体稀释。
在许多反应系统中，都用列管式热交换器作为换热器。此外，一个换热器的部件，例如，壳体和管板常常用作另一个换热器或相应的催化剂床的部件。在图示的实施例中，第一换热器的内壳体7A也用作第二换热器8的外壳体，而第一换热器7的外壳体17也用作一块隔板，把第一换热器7从第一催化剂床4所处的空间中隔开。
靠近反应容器1的内侧壁，设置了第一和第二内圆筒2、3，在其中，安装了上述的催化剂床4、5、6和换热器7、8。第一和第二内圆筒2、3用作这些内部组件4、5、6、7和8的固定构件，同时也作为反应容器1的热档板。反应容器1与第一内圆筒2之间所限定的窄的空间和第一与第二内圆筒2、3之间所形成的空间都用作气流的通道。
气体的流向及影响将在下文说明。
未反应的新鲜气体，通过气体入口14进入催化反应器，在反应容器1和第一内圆筒2之间的空间向上流动，进入第二换热器8的壳侧的上端，与从第二催化剂床5排出的反应气体进行换热，然后，通过第二换热器8的下端流出。另外，新鲜的气体通过第一换热器7的下端进入该换热器的列管内，与从第一催化剂床4排出的反应气体进行换热，并藉此被加热到催化反应的初始温度，然后，经换热器7的上端流出。这样被加热的新鲜气体，通过第一催化剂床4的外圆筒壁进入第一催化剂床4，当新鲜气体径向地向内流过催化剂床4时，就进行催化反应。然后，生成的反应气体在第一换热器7的上端进入该换热器的壳侧，在这里被冷却，并经该换热器的下端流出。然后，这样被冷却的反应气体通过第二催化剂床5的外圆筒壁进入该催化剂床5，在此，反应气体进一步进行催化反应。生成的反应气体通过第二催化剂床5的内圆筒壁流出，并进入第二换热器8的列管，在这里由于反应气体的热量传递给新鲜气体的结果，反应气体本身被冷却。此后，反应气流通过管12，然后通过第一内圆筒2和第二内圆筒3之间的空间，在第三催化剂床6中，进行最后的催化反应后，通过气体出口15流出催化反应器。
图2的实施例，除了第二换热器8的设计已经修改了之外，其它基本上都和图1的实施例相同。
在图2描述的实施例中，分别通过第二换热器8的壳侧和列管的气体是与图1的实施例中正相反，也就是说，新鲜气流是进入第二换热器8的列管16的上端，而第二催化反应床5流出的反应气流向上流并进入第二换热器8的壳侧的下端。在催化剂床5的反应气与新鲜气体进行换热之后，反应气从壳侧的上端向下流通过中心排气管13然后，通过第三催化剂床6的圆筒内壁流入催化剂床6。
上述的结构不需要第二内圆筒3，由此，使催化反应器的结构得到简化。
下面参看图3，第一换热器7设置在第一催化剂床4的外面，而第二换热器8设置在第一催化剂床4的里面。如平面图所示，第一、二换热器7、8和第一催化剂床4同轴设置，因此，它们与反应容器1的纵中心轴共轴，且基本上位于同一高度。
在图4所示的实施例中，第一换热器7设置在第一催化剂床4的外面，而第二换热器8再径向地设置在第一换热器7的外面。如平面图所示，第一、第二换热器7、8和第一催化剂床4同轴设置，因此，它们与反应容器1的纵中心轴共轴，且基本上位于同一高度。
在图3和图4中气体的流向从各自的附图看是清楚的，它们的描述在此省略。
如上面已经详细的描述的那样，由于与反应容器的纵中心轴同轴设置的呋链埠椭辽俣龌蝗绕鳎⑶宜腔旧衔挥谕淮怪备叨龋蚨吞乇鸬匦纬闪讼旅娴囊恍┯诺恪?
（1）换热器与催化反应器中其它组件相比，结构是复杂的，但它特别集中地设置在催化反应器最上部分，在这里换热器的维修容易，由此，方便了诸如换热器的组装和拆卸之类的工作。
（2）在催化剂床内不设置换热器的催化剂床的结构可以简化，因此它们的维修也方便。
（3）简化了催化反应器的整体结构，致造价较低。
Claims (11)
1、一种使气体原料与固体催化剂相接触，以发生放热转换反应，从而得到气体反应产物的竖式催化反应器，此反应器包括：一个反应容器，在该反应容器内的多个催化剂床，这些催化剂床沿反应容器的纵中心轴一个设置在另一个下面，并且与反应容器的纵中心轴同轴设置，以便使反应气体串连地流过每个催化剂床，设置在反应器内的几个换热器，与反应容器的纵中心轴共轴设置，并分别与催化剂床相连接，以使来自每个催化剂床的反应气体，在进入下一级催化剂床之前，在各自的换热器中被冷却，上述的每个催化剂床都是由能通过气体的且有不同直径的内、外圆筒侧壁组成，上端壁和下端壁分别设在能通过气体的内、外圆筒侧壁的上末端和下末端上，固体催化剂装填在由能通过气体的内、外圆筒侧壁和上、下端壁所限定的环形空间内，由此，可使相应的反应气体径向地流过催化剂床，在所述的反应容器内，至少一个催化剂床和至少二个换热器设置在基本相同的高度上。
2、根据权利要求1的催化反应器，其特征是，在每个催化剂床中，反应气体径向地从外圆筒侧壁向内圆筒侧壁流动。
3、根据权利要求1的催化反应器，其特征是，在每个催化剂床中，反应气体径向地从内圆筒侧壁向外圆筒侧壁流动。
4、根据权利要求1的催化反应器，其特征是，至少在一个催化剂床中，反应气体径向地从外圆筒侧壁向内圆筒的侧壁流动和至少在一个催化剂床中，反应气体径向地从内圆筒侧壁向外圆筒侧壁流动。
5、根据权利要求1的催化反应器，其特征是，至少在一个催化剂床内，至少径向地设置两个换热器。
6、根据权利要求1的催化反应器，其特征是，在至少一个所述的催化剂床的里面和外面，分别径向地设置几个换热器中的至少一个换热器。
7、根据权利要求1的催化反应器，其特征是，至少在一个所述的催化剂床的外面，径向地设置至少两个换热器。
8、根据权利要求1的催化反应器，其特征是，至少一个所述的催化剂床是催化反应器中最上部的催化剂床。
9、根据权利要求8的催化反应器，其特征是，至少在一个所述的催化剂床内，径向地设置至少两个换热器。
10、根据权利要求8的催化反应器，其特征是，几个换热器中的至少一个径向地设置在至少一个催化剂床的里面，而几个换热器中的至少一个径向地设置在至少一个该催化剂床的外面。
11、根据权利要求8的催化反应器，其特征是，在至少一个催化剂床的外面，至少设置两个换热器。
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