CN106163653A - 反应器体系及其用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种反应器体系(1)，其包括：‑反应器(3)；‑至少一个冷却器(5)，其与反应器(3)连接；‑至少一个泵(7)，其与反应器(3)和/或冷却器(5)连接以使至少一部分液体传热介质(9)循环，以及；‑容器(11)，其与反应器(3)和/或至少一个冷却器(5)连接以接收液体传热介质(9)。容器(11)布置在反应器(3)和/或至少一个冷却器(5)的下方。本发明还涉及本发明的反应器体系(1)用于进行放热反应的用途。

Description

反应器体系及其用途
本发明涉及一种反应器体系，其包括：反应器；至少一个与反应器连接的冷却器；以及至少一个泵，所述泵提供使液体传热介质经过反应器和至少一个冷却器的泵式循环。
原则上，所述类型的反应器体系是本领域已知的。
因此，DE 2207166A1记载了一种反应器体系，其包括用于包含再循环传热介质的反应装置的冷却组件，其中，对于所述传热介质，将循环泵和冷却器设置在反应容器外部。其中，循环泵和冷却器容纳在两个并排布置的壳体中。此外，传热介质的膨胀(expansion)容器设置在泵壳体上方并与泵壳体连通，以及冷冻剂的蒸汽分离器直接设置在冷却器壳体上方并与冷却器管道连通。
与用于改变管壳式反应器温度的方法有关，DE 102006034811A1记载了一种反应器体系，其包括盐浴冷却器但未特别限定其冷却介质。所述冷却器具有在其中设有填充式液位计的均衡容器。
WO 2004/090066A1公开了在一个特别优选的实施方案中，离子液体用于管壳式反应器中间接地供热或除热的用途。其中记载了由圆柱形容器组成的管壳式反应器，在所述圆柱形容器中容纳有立式布置的反应管。这些反应管——其可任选地包含负载催化剂——的端部密封地固定于管板中，并且通向一个与容器顶端连接的盖板和一个与容器底端连接的盖板。流经反应管的反应混合物经由盖板供给和移出。使循环传热介质穿过反应管周围的空间以均衡热平衡，特别是对于释放大量热量的反应而言。在所述管壳式反应器中，传热介质的基本上均匀的温度分布在反应器的各水平截面上实现，从而理想地使所有反应管都等同地参与该反应。此外，反应器可包括偏转板，所述偏转板交替地离开反应器中间和反应器边缘的反应器横截面的开口部分(free part)。
已知的反应器体系的缺点在于，传热介质的存储容器设置在相关设备的内部，并且通常位于地面上相同高度处，这是因为反应器和收集容器可重达数百吨。冷却反应器，例如在更换催化剂过程中或为了修理或维修，需要预先从反应器中移出传热介质，因为否则凝固的传热介质，特别是在再加热时，会在反应器内部产生应力并损坏反应器。相关的传热介质需要被泵入架高的储存容器中，或者反应器的盐空间需要用气体加压，这导致了高的结构复杂性。此外，由于逸出的传热介质的相对高的温度和氧化作用，容器的泄漏将危害人类健康和环境。
考虑到现有技术中的这些缺点，本发明的目的为提供一种克服上述缺点的改进的反应器体系。特别地，本发明的目的为提供一种确保安全处理液体传热介质的反应器体系。
在本发明的第一方面中，上述目的通过反应器体系(1)实现，所述反应器体系(1)包括：
-反应器(3)，
-至少一个冷却器(5)，其与反应器(3)连接，
-至少一个泵(7)，用于使至少一部分液体传热介质(9)循环，其中所述泵(7)与反应器(3)和/或至少一个冷却器(5)连接，以及
-容器(11)，用于收集液体传热介质(9)，其中所述容器(11)与反应器(3)和/或至少一个冷却器(5)连接，其中将容器(11)设置在反应器(3)和/或至少一个冷却器(5)的下方。
特别地，本发明的反应器体系的显著特点在于其可容易地排出液体传热介质(9)。
在本发明的第二方面中，所述目的通过将本发明的且如上所定义的反应器体系(1)用于进行放热反应而实现。
在下文中将更详细地描述本发明。
本发明首先提供了一种反应器体系(1)，其包括：反应器(3)；至少一个冷却器(5)，其与反应器(3)连接；至少一个泵(7)，用于使至少一部分液体传热介质(9)循环，其中所述泵(7)与反应器(3)和/或至少一个冷却器(5)连接；以及容器(11)，用于收集液体传热介质(9)，其中所述容器(11)与反应器(3)和/或至少一个冷却器(5)连接，其中将容器(11)设置在反应器(3)和/或至少一个冷却器(5)的下方。
将容器(11)布置在反应器(3)和/或冷却器(5)下方的初始优势在于，液体传热介质(9)可容易地从设备中排出，这是因为液体传热介质(9)在其液体静压下流入容器(11)中。此外，从反应器体系(1)中排出的液体传热介质(9)不像现有技术中储存在高位槽中，而是储存在低洼处的容器(11)中，从而使得液体传热介质(9)对人类健康和环境构成很小的危害，如果有的话。为此，容器(11)优选地安装在与基础底板形成一体的凹坑(pit)内。将容器(11)布置于低洼处的额外优势在于，反应器体系(1)不需要向上建造以容纳容器(11)。凹坑的优势在于，一旦发生泄漏，其可以安全地容纳逸出的液体传热介质(9)。
就本发明而言，用语“下方”应解释为意指将容器(11)相对于反应器(3)和/或冷却器(5)以这种方式设置，使得液体传热介质(9)可以因其液体静压流入容器(11)中，而不需要额外的输送。
在本发明反应器体系(1)的一项改进中，容器(11)包括用于加热液体传热介质(9)的加热装置(13)。液体传热介质(9)通常选自在环境温度下为固体或非常高粘性的介质。液体传热介质(9)仅在特定温度下、通常在高于140℃下成为液体。于是，为了防止液体传热介质(9)在容器(11)中粘度增加或固化，加热设备(13)是有利的。
可以如此设计加热设备(13)，使得加热元件设置在容器(11)的外部，以便经由容器壁来加热液体传热介质(9)。额外地或替代地，在容器(11)自身中可以存在一个或多个加热元件。当容器(11)达到一定尺寸且因此经由容器(11)外壁引入的热输出量对于液体传热介质(9)不再足够时，这是特别有利的。加热设备(13)可利用液体和/或气体介质、特别是使用蒸汽来操作，或者它可以设置有电加热元件。
优选地，将容器(11)至少部分地设置于地面下。如上文中已经描述的，反应器体系(1)的整体结构高度可以通过容器(11)的低洼布置而降低。在本发明中，用语“至少部分在地面下”意指将容器(11)设置在地面的凹陷部分，特别是凹坑中。这样的凹陷部分对于容器的绝热性(11)可为有利的，这是因为设置在地面上的槽将在很大程度上受天气的影响。也可如此设计凹陷部分，使得一旦发生容器(11)泄漏，其可容纳逸出的液体传热介质(9)，从而提供保护以免危害人类健康和环境。
在本发明的另一个实施方案中，容器(11)还包括泵(15)，所述泵(15)可用于使容器(11)中的液体传热介质(9)再循环至设备中，即至反应器(3)和/或至少一个冷却器(5)中。这意指容器(11)不仅用作液体传热介质(9)的容纳装置，而且还用作液体传热介质(9)的蓄积容器和临时储存装置。
已证实有利的是，容器(11)的体积比反应器(3)和/或至少一个冷却器(5)在理论上所能容纳的液体传热介质(9)的体积大10％。容器(11)应能够收集反应器体系(1)中来自反应器(3)和至少一个冷却器(5)的至少20％液体传热介质(9)。然而，由于液体传热介质的密度通常随温度改变，因此提供至少10％的安全限度是有利的，以免容器暴露于过大的应力下。
在一项改进中，容器(11)还可经由出口管线(17a,17b)分别与反应器(3)和/或冷却器(5)的最低点连接。所述出口管线优选朝向容器(11)倾斜安装，并且设置有补充加热装置。这种布置有利于使液体传热介质(9)从反应器(3)和/或至少一个冷却器(5)中几乎完全排出，因为液体传热介质(9)可因其最低点的液体静压而(几乎)完全流出。
为了使液体传热介质(9)再循环，即为了还能够使用容器(11)作为蓄积容器，有利的是，经由至少一个返回管线(19)将容器(11)连接到反应器(3)和/或至少一个冷却器(5)上。容器(11)中的液体传热介质(9)可借助泵(15)经由该管线泵回至反应器(3)和/或至少一个冷却器(5)中。泵(15)优选为浸没式泵，其中驱动电机为干燥封固(dry-mounted)的，并且实际上，泵壳体完全浸没于液体传热介质(9)中。
还证实有利的是，出口管线(17a,17b)和/或返回管线(19)各自包括加热装置。这有利地防止液体传热介质(9)在管线中粘度增加或固化并由此堵塞体系。
优选反应器体系(1)的所有管线至少部分地被跟踪加热。
本发明反应器体系(1)的另一个优点在于，液体传热介质(9)不会显著降温，随后也不需要再加热。这样节约了能源。这还避免了，当液体传热介质(9)变得高度粘稠或变成伴有密度变化的固体时，可能发生在反应器体系(1)内或对反应器体系(1)的损坏。这特别适用于泵(7)和管线(17a,17b,19)。
在反应器体系(1)的一个优选实施方案中，反应器(3)为用于进行放热反应的管壳式反应器。替代地或额外地，在该实施方案中，冷却器(5)可为盐浴冷却器并且液体传热介质(9)可为盐熔体。
盐熔体优选为碱金属硝酸盐和碱金属亚硝酸盐的混合物。特别优选由53重量％硝酸钾、40重量％亚硝酸钠和7重量％硝酸钠组成的盐混合物。该组合形成了熔点约为142℃的低共熔混合物。该盐浴的工作温度为200℃至500℃。
本发明适用于传热油以及盐熔体形式的液体传热介质(7)。然而，这些传热油通常限于250℃至280℃的最高工作温度，该温度不足以控制许多反应的温度，例如在管壳式反应器中。
在本发明的另一个方面中，如上所述的反应体系(1)用于进行放热反应的用途。
除去放热反应的反应热是一项重大的挑战。为此，使用所述类型的反应器体系，其中反应热经由液体传热介质从反应器中除去。由反应热加热的液体传热介质在所连接的冷却器中冷却，并且在那里释放的能量用于例如形成蒸汽。已证实使用本发明反应器体系(1)对于补偿除去反应热中的可变性是有利的。
其他目的、特征、优点和可能的应用可在以下本发明工作实施例参考附图的说明中显而易见。所述的和/或图示的所有特征，单独地或以任意组合构成本发明的主题，不论是在权利要求中还是其所引用的权利要求中它们的组合。
图1示出在本发明的一个实施方案中的反应器体系(1)的示意图。
图1为本发明反应器体系1的一个优选实施方案的示意图。反应器体系1包括连接冷却器5的反应器3。泵7使至少一部分液体传热介质9循环通过反应器3和冷却器5。特别地，泵7为循环泵。冷却器5包括紧急泄压口21和安全装置23，使得能够在液体传热介质9的压力上升的情况下，实现将其经由管线27排放至容器11，从而释放反应器壳体的压力。
本发明的反应体系1基本上为非承压设计。在这种情况下，非承压意指当压力比所需采取的压力大5巴时，没有预防措施。反应器3和冷却器5当然是根据例如泵7和传热介质9的液体静压所施加的压力而设计的。然而，较高的压力在本发明中不会产生，并且特别是通过安全装置23来防止。
将冷却器5有利地法兰连接或焊接到反应器3。控制阀29通过控制经过冷却器的传热介质的流量来调节反应器的温度。特别地，该实施方案涉及管壳式反应器，其中一束立式布置的反应管设置在两个管板之间。所述反应管根据应用可填充有催化剂材料床(固定床催化剂)。吸收并消耗放热反应过程中所产生热量的流体传热介质9围绕反应管流动。在预设温度下，通过为冷却而使用的泵7使传热介质9循环来提供恒定的反应条件。
例如，必要地，在一定工作时间后，需要更换反应器中的催化剂。需要冷却反应器以能够进行更换。为了在再加热中不损坏反应器3，需要移出至少20％的传热介质内容物。然而，优选移出所有传热介质9，以使得残留在反应器3中的传热介质9冷却和再加热时所需要的时间最小化。
为了排出，根据本发明，在反应器3的最低点以及，同样地，冷却器5的最低点装配有通向容器11的出口管线17a、17b。在反应器3和冷却器5的最低点处的出口管线17a、17b也分别有利地装配有截止阀(shutoff valve)29c、29d。截止阀29c和29d分别安装于非常靠近反应器壳体和冷却器壳体处。排出液体传热介质，使其流入容器11中，在图1所示的实施方案中，所述容器11被部分地设置在地面下的凹坑内。该实施方案示出了内部设置有例如使用蒸汽操作的加热装置13的容器11。在该实施方案中，将可经由返回管线19来再循环液体传热介质9的泵15设置在容器11中。特别地，泵15为输送泵。此处，装配截止阀29e也是有利的。在输送传热介质9至反应器体系1时，截止阀29f处于关闭位置。在为了热平衡而使传热介质9循环至容器11时，阀29f处于开启位置。
尽管在图1中未示出，但可能有利的是，为容器11额外地装配搅拌器以搅拌液体传热介质9，从而确保均匀的温度分布。
图1示出反应器体系1的结构，其中返回管线19通向出口管线17a、17b，因此出口管线17a、17b也部分地用于再循环液体传热介质9。然而，本发明并不限于此。同样可以使返回管线19作为单独管道直接通向反应器3和/或冷却器5。
图1所示的实施方案还包括布置在安全装置23下游的分离器25，和管道27。在冷却器泄漏的情况下，当蒸汽进入传热介质9并且将所述传热介质9经由安全装置23解压进入容器时，所述分离器旨在收集安全装置23中所容纳的液体。这意味着降低了管道体系(安全装置23+管道27)中建立的压力，并且实现了反应器壳体上的应力的快速缓解。此外，将逸出的传热介质经由管道27收集在容器11中，并通过重力分离法与经由泄漏点已渗入传热介质9的蒸汽分离。在这种情况下，在泄漏情形下逸出的传热介质9可被安全地容纳，与蒸汽分离，并且一旦冷却器被修复即可再循环回反应器3中。

Claims (10)

1.一种反应器体系(1)，包括
-反应器(3)，
-至少一个冷却器(5)，其与反应器(3)连接，
-至少一个泵(7)，用于使至少一部分液体传热介质(9)循环，其中所述泵(7)与反应器(3)和/或至少一个冷却器(5)连接，以及
-容器(11)，用于收集液体传热介质(9)，其中所述容器(11)与反应器(3)和/或至少一个冷却器(5)连接，其中将容器(11)基本上设置在反应器(3)和/或至少一个冷却器(5)的下方。
2.如权利要求1所述的反应器体系(1)，其中容器(11)包括用于加热液体传热介质(9)的加热装置(13)。
3.如权利要求1或2所述的反应器体系(1)，其中将容器(11)至少部分地设置在地面下。
4.如权利要求1至3中任一项所述的反应器体系(1)，其中容器(11)还包括泵(15)。
5.如权利要求1至4中任一项所述的反应器体系(1)，其中容器(11)的体积比反应器(3)和/或至少一个冷却器(5)理论上所容纳的液体传热介质(9)的体积大10％。
6.如权利要求1至5中任一项所述的反应器体系(1)，其中容器(11)经由出口管线(17a,17b)分别与反应器(3)和/或至少一个冷却器(5)的最低点连接。
7.如权利要求1至6中任一项所述的反应器体系(1)，其中容器(11)经由至少一个返回管线(19)与反应器(3)和/或至少一个冷却器(5)连接。
8.如权利要求1至7中任一项所述的反应器体系(1)，其中出口管线(17a,17b)和/或返回管线(19)各自包括加热装置。
9.如权利要求1至8中任一项所述的反应器体系(1)，其中
反应器(3)为用于进行放热反应的管壳式反应器，
和/或
至少一个冷却器(5)为盐浴冷却器并且液体传热介质(9)为盐熔体。
10.如权利要求1至9中任一项所述的反应器体系(1)用于进行放热反应的用途。
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