CN106457188B - 径向流卧式催化反应器 - Google Patents

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Abstract

一种用于多相催化反应的卧式绝热反应器(1)，包括圆柱形外壳体(2)、用于反应物气体的入口(6)和用于气态产物的出口(7)、容纳水平安置在所述反应器内的催化床(5a，5b)的筐状体(10，13)，其中所述反应器被配置成使得气体以径向方式或轴向‑径向方式穿过所述催化床，所述壳体(2)具有盖(4)，所述盖可以打开并且限定开口(20)，并且所述筐状体(10，13)可从所述开口水平地抽出。

Description

径向流卧式催化反应器
技术领域
本发明涉及一种用于多相催化反应的卧式绝热反应器。
背景技术
在用于化学产品(例如氨、甲醇、甲醛和苯乙烯)的工业合成的多相催化反应领域中，已知等温(或近等温)反应器和绝热反应器。等温或近等温反应器包括能够将催化床的温度保持在基本上恒定的值或预定范围内的热交换器，分别在吸热或放热反应的情况下供应或去除热。绝热反应器不考虑直接冷却催化床，并且可以在不同催化床(中间冷却床)之间具有中间交换器。
在水平轴线绝热反应器中，根据现有技术，反应物和产物的气流相对于反应器轴线横向定向。例如，提供多床反应器，其中每个单一的催化床由从顶部向下基本上竖向定向(或反之亦然)的气流穿过。从结构设计的观点来看，每个催化床通过平坦的穿孔格栅被支撑在管壳内；观看管壳的横截面，所述格栅沿着所述管壳的圆周弦线布置。床的顶部可以设置有固定或浮动的格栅，该格栅具有保护催化剂免受在其上流动的气体的作用的功能。因此，每个床的入口段和出口段是圆形部分。例如在EP-A-1464384中描述了根据现有技术的卧式反应器。
然而，这些反应器受到许多尚未完全解决的缺点和技术问题的影响。
第一个问题涉及填充程度，即相对于可用体积的可放置在反应器内的催化剂的数量。为了最大化生产，存在尝试增加该比率的动机，并且由于这个原因，现有技术教导减小上述圆形部分的段，该圆形部分形成每个单一催化床的入口段和出口段。然而，入口段和出口段的减小导致下面概述的许多缺点。
减小段，特别是入口段，对于相同的气体流量和密度，气体的速率增加。由于气体的流动与催化床相切，故速率的增加对催化剂颗粒具有夹带和流化的效果，随后是格栅的腐蚀以及催化物质的移位和积聚。这会导致反应器的故障，并且在一些情况下会导致内部机械损坏。
较小的可用段使得在装载或更换催化剂期间更难以进入。
催化剂的装载通常通过位于管壳的壳体上的舱口或通过直接进入管壳本身的内部来进行。所用的催化剂的卸载通常通过沿着圆柱形壳体(或容器)的底部母线定位的一系列舱口来进行。这两种操作由于可用的少量空间而变得复杂：例如，它们增加了装载催化剂所需的时间，并且降低了催化剂密度的均匀性，对反应器性能可能具有影响；卸载也更困难并且需要反应器的内部清洁，以便去除残留在一个喷嘴和下一个喷嘴之间的沉积物。因此，催化剂的更换和定期维护操作需要更长的时间和更高的成本。
相对于轴线的横向流动的另一个问题是催化剂的非最佳使用。事实上，气体倾向于遵循入口段和出口段之间的最短路径(具有较低的压头损失)，因此一些催化剂区域，特别是那些靠近容器壁的催化剂区域未充分使用。
卧式反应器的另一个问题是由于催化剂的沉降。沉降实际上会留下暴露的(即直接由气体作用)催化剂区域，并且催化剂区域经受催化剂的迁移，这会导致反应器的故障和/或密封性损失的问题。
本发明旨在克服这些缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种卧式催化反应器，其能够实现以下：高填充系数；减少催化剂的夹带和流化的影响；在催化床内的气体的均匀流动；消除关于催化剂紧密性方面的关键点；并且更容易进入内部，从而更容易地装载和卸载催化剂。
该目的通过用于多相催化反应的卧式绝热反应器实现，该卧式绝热反应器包括：
圆柱形外壳体，
用于反应物气体流的入口和用于气态产物的流的出口；
包含至少一个催化床的至少一个筐状体，所述催化床水平地安置在所述反应器内；
其特征在于：
所述反应器被配置成使得所述气体的流以径向方式或轴向-径向方式穿过所述至少一个催化床；和
所述壳体具有可以打开的盖，并且所述筐状体可以从所述开口水平地抽出。
术语“径向流”表示以向心或离心的径向方式穿过床的流；术语“轴向-径向流”表示催化床的较小部分受到大体上轴向(水平)流的影响，并且床的剩余较大部分受大体上径向流的影响。流由位于床内部和外部的集管(例如透气的圆柱形壁)引导。所述壁可以由穿孔或开槽的金属板形成。
所述至少一个催化床优选具有环形结构。用于冷却离开所述床的流的热交换器或排气管可以容纳在环形床的中心。
在本发明的一个优选的实施方式中，反应器包括两个催化床，它们分别容纳同轴的所述热交换器和所述排气管。
为了允许抽出筐状体，根据本发明的反应器有利地包括线性引导件系统，例如在优选的实施方式中，筐状体设有与固定到壳体的轨道接合的轮或辊。
从反应器抽出的筐状体可以竖向放置，用于催化剂装载和卸载操作。这构成了优点，因为可以使用应用于立式反应器的相同的技术，以便去除旧催化剂且以便引入新鲜催化剂。
因此，本发明的另一方面为一种用于更换在绝热卧式催化反应器中的催化剂的方法，所述反应器包括与可水平抽出的筐状体相关联的至少一个催化床，所述方法的特征在于以下操作：
-从所述壳体中抽出所述筐状体；
-竖向放置所述筐状体；
-从处于竖向位置的所述筐状体去除已使用的催化剂；
-将新鲜催化剂插入处于竖向位置的所述筐状体内；和
-将所述筐状体重新引入水平位置中并将其插入所述壳体内。
因此，本发明解决了上述问题。反应器的填充系数明显大于根据现有技术的卧式反应器的填充系数，并且与立式轴向-径向反应器的填充系数相当。另一个优点为，气体流入床中和气体从床中流出通过圆柱形表面而不是圆形部分发生，因此减少了催化剂流化或夹带的负面影响。改善了可进入性，并且催化剂装载和卸载操作更容易和更快速。通过使用从壳体中抽出并竖向放置的筐状体，事实上，可以使用已知的用于立式反应器的催化剂装载和卸载技术，从而也实现催化剂装载密度的更大的均匀性。
另一个优点是由于一个或多个催化床的轴向对称性带来的催化剂内部的气体流的均匀性。另一个优点为，根据本发明的反应器在催化床上方不需要在管壳和支撑格栅或保护格栅之间存在催化剂密封区域。因此，消除了催化剂气密性的最关键点。
参考实施例和附图，在通过以下提供的具体实施方式描述中说明了根据本发明的化学反应器的另外的典型特征和优点。
附图说明
图1示出了根据本发明的反应器的示意性纵向剖视图。
图2示出了根据图1的反应器沿着横截面II-II的示意性横截面图。
图3示出了根据图1的反应器沿着横截面III-III的示意性横截面图。
图4示出了用于将催化剂装载到反应器中/从反应器中卸载催化剂的操作顺序。
具体实施方式
图1示出了卧式绝热反应器1，其包括具有纵向轴线A-A的圆柱形壳体2，该圆柱形壳体通过焊接到壳体2的基部3以及通过能够打开并与壳体2一起凸缘连接的盖4封闭。
在所示的实施例中，该反应器包括具有环形结构和径向对称性的两个催化床5a和5b；它还包括用于反应物的气态流的入口6和用于气态反应产物的出口7，所述出口7和与第二催化床5b同轴的集管8连通。而中冷式热交换器9布置在第一催化床5a的中央。
第一催化床5a容纳在筐状体10内，并且由外圆柱形壁11和内圆柱形壁12限定。所述壁11和壁12都是透气的，例如是穿孔的。类似地，第二催化床5b容纳在筐状体13内，并且由透气的圆柱形壁14、圆柱形壁15限定。
所述反应器1被配置成使得进入入口6的气体流以径向方式或轴向-径向的方式穿过催化床。特别地，所述进入的流围绕催化床沿着空间10行进(冷却壳体2的壁)，然后经由穿孔的壁11进入床5a，并以向心的径向流穿过床5a。
为了获得轴向-径向的流，表面11'是可透气的，而壁11的一部分，例如图1中的右侧的条带11'，是不透气的(未穿孔的)。以这种方式，一部分气体穿过表面11'轴向地进入床。
离开第一催化床5a的流经由内壁12进入热交换器9的壳体侧，在那里被冷却，将热释放给经由连接件17进入的流体，然后被输送到第二床5b。所述第二床5b也穿过有向心的径向或轴向-径向的流，且经由外壁14流入并经由内壁15流出，使得反应产物集中在出口集管8内。
可透过气体流并设计成容纳催化剂物质的壁的实施方式的示例描述于例如EP1818094和EP 2014356中。
筐状体10和筐状体13可从壳体2中抽出。所述筐状体10、筐状体13优选地可在线性引导件(例如一个或多个纵向轨道)上滑动。例如，图1示出了导轮或辊18。
图4示出用于更换在第一催化床5a内容纳的催化剂的操作序列。
图4A)示出盖4已被移除时的反应器1。所述盖是完全打开型，即它具有与壳体2相同的直径，因此它的去除允许筐状体10从开口20抽出，这可以在图4B)中看出。
如图4C)和图4D)所示，从该位置，通过去除现有的机械和/或流体连接件且将筐状体10与反应器分离，可将筐状体10释放，所述现有的机械和/或流体连接件将筐状体10紧固到第二床的筐状体13。
从反应器抽出的筐状体可竖向布置，将其旋转90度用于更换催化剂的操作。特别地，图4F)示出了旧催化剂的卸载，其从底部通过至少一个排放喷嘴19进行；图4G)示出了从上方倒入筐状体中的新催化剂的插入。所述操作可以使用已知的竖向反应器技术进行。
可以使用类似的步骤抽出第二催化床5b和相关的筐状体13用以更换催化剂。
在优选实施方式中，所述热交换器9使用水作为冷却流体，且产生用于设备的其它部分的蒸汽。作为替选方案，所述热交换器8可以用作冷气态反应物的冷却流体部分，因此充当用于所述气态反应物的预热系统。
可以注意到，催化床的入口段和出口段是圆柱形壁，因此避免了上述影响现有技术的卧式反应器的催化剂流化的风险。
径向或轴向-径向流允许获得催化床内部的气体的均匀流动，因此控制最佳温度和高的热交换。此外，它确保如在竖向布置的反应器中一样气体的均匀分布。

Claims (6)

1.一种用于多相催化反应的卧式绝热反应器(1)，所述卧式绝热反应器包括：
-圆柱形外壳体(2)，
-用于反应物气体流的入口(6)和用于气态产物的流的出口(7)；
-包含至少一个催化床(5a，5b)的至少一个筐状体(10，13)，所述催化床水平地安置在所述反应器内；
其特征在于：
-所述反应器被配置成使得所述气体流以径向方式或轴向-径向方式穿过所述至少一个催化床，所述至少一个催化床(5a，5b)具有环形结构和径向对称性；和
-所述壳体(2)具有能够打开并且限定开口(20)的盖(4)，并且所述筐状体(10，13)能够从所述开口水平地抽出；
所述反应器包括第一催化床(5a)和第二催化床(5b)，在所述第一催化床(5a)的中心容纳有同轴的热交换器(9)，且在所述第二催化床(5b)的中心容纳有同轴的排气管(8)。
2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述至少一个催化床具有分别用于所述反应物和所述气态产物的圆柱形入口表面和圆柱形出口表面。
3.根据权利要求2所述的反应器，其特征在于，所述表面由用于容纳所述床的能透过气体的同轴的壁限定。
4.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述至少一个筐状体(10，13)能够沿着至少一个线性引导件滑动。
5.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述至少一个筐状体(10，13)由内圆柱形壁(11，14)和外圆柱形壁(12，15)限定，所述内圆柱形壁和所述外圆柱形壁至少部分地能透过所述气体流，使得轴向流或轴向-径向流穿过所述催化床。
6.一种用于更换用于多相催化反应的卧式绝热反应器中的催化剂的方法，
所述卧式绝热反应器包括：
-圆柱形外壳体(2)，
-用于反应物气体流的入口(6)和用于气态产物的流的出口(7)；
-包含至少一个催化床(5a，5b)的至少一个筐状体(10，13)，所述催化床水平地安置在所述反应器内；
-所述反应器被配置成使得所述气体流以径向方式或轴向-径向方式穿过所述至少一个催化床，所述至少一个催化床(5a，5b)具有环形结构和径向对称性；和
-所述壳体(2)具有能够打开并且限定开口(20)的盖(4)，并且所述筐状体(10，13)能够从所述开口水平地抽出；
其特征在于以下操作：
从所述壳体(2)水平地抽出所述筐状体(10，13)；
竖向放置所述筐状体；
从处于竖向位置的所述筐状体去除已使用的催化剂；
将新鲜催化剂插入处于竖向位置的所述筐状体内；和
将所述筐状体重新引入水平位置中并将其插入所述壳体内。
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