CN107107010B - 用于实现催化反应器的内壁的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于催化化学反应的反应器(1)，包括：部分开放的外容器(2)，其包括用于进入内部的人孔(6)和至少一个内壁(5)，所述内壁(5)包括在容器(2)内部组装以形成所述壁(5)的多个板(5.1,5.2,...5.n)；所述板是柔性和可变形的，使得它们可以通过所述人孔(6)插入，并且所得到的壁(5)是非自支撑的并且抵靠反应器的承重壁(7)。

Description

用于实现催化反应器的内壁的方法

技术领域

本发明涉及一种用于实现催化反应器的内壁的方法，特别是用于实现径向或轴向-径向流动催化反应器的外收集器的方法。

背景技术

在催化化学反应器领域中，需要在反应器容器内形成壁。通常，这些壁具有保持催化剂和输送试剂气流的功能。其中，催化变换反应器、用于合成甲醇的反应器和用于氨合成的反应器设置有称为收集器的内壁。

径向或轴向-径向流催化反应器例如包括由内壁(内收集器)和外壁(外收集器)界定的催化剂床，其带有穿孔且是透气的。取决于向内或向外导引的径向流，外收集器分别是催化剂床的入口收集器或出口收集器。

在容器内实现这些壁提出了许多技术挑战，特别是对于作为大多数的部分开放的反应器而言。术语“部分开放的反应器”表示没有与容器相同或基本相同直径的凸缘的反应器，其中仅能通过具有明显较小直径的开口(人孔或检修孔)进入内部。部分开放的设计是优选的，因为大直径凸缘昂贵并且是潜在的泄漏原因；然而，进入反应器内部明显地受到直径相对小的人孔的限制。

因此，太大以致于不能通过人孔引入的内壁被分段组装。单个的壁区段通过人孔被引入并被直接焊接在容器内部。例如，在径向流反应器中，内收集器具有相当小的直径，并且通常可以通过人孔被引入，但是具有仅稍小于容器的直径的外收集器必须分段实现。

这种技术在制造和现场组装期间具有高成本的缺点。各区段的最大尺寸由通过人孔来引入各区段的需求确定，各个区段的表面积与壁的总表面积相比通常较小；因此必须准备大量的部件，然后在容器内焊接在一起。高成本来自形成内壁所需的部件数量，特别是在容器内进行长焊缝所需的时间。

在改造现有装置的情况下，对缩短组装时间的需求变得更加重要，因为改造所花费的时间对应于由于工厂停工而导致的生产损失，产生明显的成本。

内壁的构建可能由于人孔位于不易进入的位置而进一步复杂化。例如，相对于装置的轴线(其大致竖直)位于侧向位置或倾斜位置的人孔使得区段的引入更困难，因此导致需要以更小的尺寸制造区段，并且增加了上述成本。位于HTS(高温变换)反应器下方的LTS(低温变换)反应器中通常存在侧向人孔。由于该位置，LTS反应器的顶部被进气管占据，而人孔位于侧表面上。

因为具有与反应器本身的直径相似的直径的收集器的尺寸大并且在许多情况下所述外收集器具有承重功能，所以径向流反应器的外收集器的结构特别复杂。

EP 1818094描述了用双壁制成的内收集器和外收集器。这种结构设计从功能角度看具有许多公认的优点；然而，由于上述原因，它可能具有高成本。

为了缩短组装时间，采用了所谓的“扇贝状件”结构设计。该设计设想一种外收集器，其不是一体式圆筒，而是形成有一系列纵向和平行于反应器轴线放置的双壁式穿孔金属板元件，被称为“扇贝状件”并且抵靠在催化剂筒的内壁上。扇贝状件通过随着在操作期间发生的热膨胀而增加或减少的游隙而彼此间隔开。

扇贝状件设计的优点是不需要纵向焊缝，并确保了安装和组装时间比圆筒形收集器的时间短。然而，这种设计存在许多问题：扇贝状件不包围整个催化剂块(而是浸入其中)，并且上述游隙的存在导致催化剂与筒的内壁接触。这导致形成不被冷却的催化剂区域，可能形成热点并产生副产物以及对筒的局部加热。此外，由于形成外收集器所需的部件数量大，并且由于双壁构造，扇贝状件设计导致高成本。由于这些原因，扇贝状件设计的解决方案并不完全令人满意。

发明内容

本发明旨在简化部分开放的催化反应器的内壁的结构，特别是涉及径向流或轴向-径向流催化反应器的外收集器的实现。更详细地，本发明旨在减少实现所述壁所需的部件的数量，并且减少与执行相应焊缝相关的劳动力成本。

该目的通过用于催化化学反应的反应器实现，该反应器包括：部分开放的外容器，其包括用于进入内部的人孔，分别用于试剂进入和反应产物离开的入口开口和出口开口，以及至少一个内壁，其特征在于：

所述至少一个壁包括组装在容器内部以形成所述壁的多个板，所述板是柔性和可变形的，从而允许它们通过所述人孔和/或通过所述入口开口和出口开口中的至少一个插入，并且所得到的壁是非自支撑的并且抵靠在反应器的承重壁上。

术语“部分开放的外容器”被理解为意指容器没有全直径开口，即它不包括具有与容器相同或基本上相同的直径的开口。因此，容器的唯一开口和凸缘(例如人孔)明显小于该直径。

术语“非自支撑壁”被理解为意指内壁不被设计成承载反应器中正常操作条件的应力，承载功能由反应器壁执行。

本发明的优选应用在于具有径向通流或轴向-径向通流的催化剂床的外收集器的结构。外收集器是圆筒形或多边形的壁，其被布置在催化剂床周围并被设计成将试剂的气流输送到催化剂床中或从催化剂床本身收集(取决于向内或向外方向)。该反应器包括一个包含该床并构成外承重壁的催化剂筒；所述内部非自支撑壁形成所述催化剂床的外收集器；所述收集器是单壁式的并且抵靠催化剂筒的所述承重壁。

根据本发明的非自支撑收集器不被设计成承受由于催化剂的本征重量和由气体施加的负载损失(当通过收集器和催化剂块时)以及催化剂与收集器本身之间的膨胀差异而由催化剂推力产生的应力。根据本发明，这些应力被传递至收集器，但是由于收集器与所述壁的承载接触，所以这些应力被催化剂筒的承重壁承受。

与上述扇贝状件设计相比，根据本发明的非自支撑收集器提供了许多优点，包括：围绕全部的催化剂块，并且在两个相邻板之间没有游隙(这避免了催化剂和筒之间的接触)，而且它们由单个壁形成，成本较低。

由于所提出的几何结构，两个连续板之间的距离可以根据需要被有利地减小，因此与现有技术相比，使得可以在保持在考虑机械强度要求的允许范围内的同时将收集器的厚度大大减小。这为上述板提供了必要的柔性，使得它们能够变形并通过人孔插入。因此，形成内壁的板可以由厚度小(例如厚度不大于1mm)的钢板制成，因此是柔性的。

因此，本发明的主要优点是单个板可以具有大于可用的人孔的尺寸，因为它们可以由于其柔性而被弯曲以引入。例如，可以使用本身已知的合适工具(例如通常用于工业包装的捆扎工具)将板卷起，直到它们能够进入可用的人孔。此外，可以将板卷起和紧固，减少它们的总体积和运送成本，这对于改进操作是尤为重要的优点。

由于它们的弹性变形性(通过它们小的厚度可以实现)，所以板追随筒壁的曲率。此外，由于它们不承担承重功能，所以板之间的连接也可以以简单和便宜的方式进行。可以例如使用螺栓或已知的机械固定装置来将板固定在一起。可以在板之间设置可去除的连接，其优点是简化检查、维修或更换操作。

板弹性的另一个优点在于它们能够补偿膨胀差异。因此，根据本发明的内壁的结构设计容易地承受热应力。

减小的厚度还允许通过冲压进行气流所需的钻孔和开槽操作。已知冲孔是最成本有效的穿孔工艺，但是仅当孔的尺寸大致等于(或大于)金属板的厚度时才能使用。另一方面，容纳催化剂需要相当小的孔，因此，在现有技术中通常不能进行冲孔，在现有技术中收集器具有相对较厚的壁，并且能够通过冲压形成的孔的最小尺寸将会太大。由于本发明，收集器具有小的厚度并且可以通过冲压穿孔，导致明显的节省。

在优选实施方式中，板具有包括嵴状部或肋状部的表面区域，该嵴状部或肋状部平行于反应器的轴线导向并且限定与催化剂筒的承重壁的承载接触线。例如，板可以使用波纹型金属板、更优选地使用所谓的回纹型金属板制成。通过将本发明应用于外收集器的结构，嵴状部用作外收集器和筒的承重壁之间的间隔件，因此在所述两个部件之间限定了用于气流的间隙(环形空腔)。

回纹型或肋状金属板是特别有利的，因为如下事实：收集器和壁之间的距离，即间隙的横截面可以由肋状部的深度自由地确定，并且基本上与相邻的肋状部之间的距离(间距)无关。换句话说，当改变肋状部的深度时，可以独立于收集器和筒之间的气流横截面来确定肋状部的间距。如果与使用波纹型金属板(其中气体通流间隙的尺寸基本上取决于波纹型金属板的波长)相比，该特征是有利的。

更有利的是，还设置隔断环，并且沿轴向以合适的间隔将其固定至外收集器的板。隔断环防止由于各个板形成的内壁的不稳定(压缩)而导致故障的风险。

根据本发明的多个实施方式，板可以具有设置有气体通道的透气区，和不透气区，即不具有所述通道。气体通道例如通过孔或槽形成。板的表面的不同部分可以具有不同的气体通道的分布，例如具有不同尺寸和/或间隔的孔。

根据优选实施方式的板可以使用以下生产周期由平金属板构成：

1.通过沿着给定的区段冲压来实现穿孔，例如槽(开槽金属板)或孔(如果使用已经穿孔的金属板，则不需要该操作)；

II.形成用于将部件固定在一起的孔和用于固定系统的孔；

III.借助于模压工具或成形工具沿预定纵向线进行折叠；

IV.根据要求进行用于固定装置、锁紧螺母的任何焊接；

V.卷起和紧固，如果需要，例如派送或组装；

VI.通过插入板并且并置于筒的壁而进行安装。

在安装步骤过程中，可以通过合适的带子将板卷起。在去除(例如割开)这些带子后，通过用作模板的基座环和/或通过隔断环来将板保持在适当位置。

本发明还涉及一种用于实现根据本发明的一个方面的反应器的内壁的方法。

根据本发明的方法，壁由尺寸大于反应器的人孔的多个板(当它们处于未变形的状态时)形成。根据该方法，每个板变形，使得其可以通过可用的人孔被引入反应器中；在它们已被引入反应器中后，板恢复其初始结构并被组装以抵靠反应器的承重壁，例如催化剂筒的壁。板的变形是弹性的或部分弹性的并且是部分塑性的。在被引入反应器中后，板弹性地或借助力的施加(在有限实体的任何情况下)恢复其初始结构。板的至少部分弹性变形(其使得它们被引入人孔中)可以通过它们小的厚度实现，这又源自非自支撑设计，承载功能由反应器本身的壁执行。

根据本发明的方法还可以用于改造现有的反应器，例如通过用根据本发明实现的收集器代替传统的收集器。

借助于下面的详细描述并涉及多个优选实施方式，本发明的优点将更加清楚地显现。

附图说明

图1示出了根据本发明实施方式的反应器的示意性横截面图。

图2示出了根据图1的反应器的收集器，该收集器在容器内并且抵靠反应器的催化剂筒的壁。

图3示出了根据图2的收集器的两个板之间的接头的细节。

图4示出了图2的细节，涉及收集器和筒壁之间的接触区域。

图5示出了形成收集器的闭合连接的优选方式。

图6示出了收集器的两个板之间的接头的横截面图。

图7示出了本发明的另一个实施方式。

具体实施方式

图1示出了具有径向流或轴向-径向流和向心(向内)流的化学反应器1的示意图，其主要包括：部分开放的容器2、包含具有径向通流或轴向-径向通流的催化剂床4的催化剂筒3；布置在催化剂床4周围的外收集器5。

部分开放的容器2包括直径小于容器2的直径的人孔6、直径小于人孔6的顶部入口开口30和底部出口开口31。

催化剂床4的轴向-径向通流通过外收集器5和内收集器20实现。

外收集器5抵靠催化剂筒3并且具有模块化设计，其基本上由能够通过人孔6和/或通过顶部开口30插入的多个板形成。

应当注意地是，收集器5沿其横向延伸线是柔性的，但纵向是刚性的。因此，如果人孔6的轴线不是竖直的，则不允许将超出装置内径的长元件插入，而与装置一样长的较小的元件可以通过顶部入口开口30被插入。

在图2中示出了优选的实施方式，其部分地示出了形成外收集器5的一部分的两个板5.1和5.2，其抵靠催化剂筒3的承重壁7。在该示例中，形成收集器5的板由厚度小、弹性柔性的回纹型金属板制成，并且其纵向接头通过使用螺栓8被连接在一起。

在图3中示出了连接的优选实施方式。板5.1和板5.2之间有覆盖区9，板5.1的端部凸缘10与板5.2的下面的平坦部11螺栓连接。

板包括肋状部12，肋状部12与壁7抵靠接触，并将收集器5与所述壁7隔开，从而限定了气流间隙13，亦如图4的细节所示。

板包括气体通道，例如以均匀方式或变化方式分布的孔。例如，板包括平坦表面14上的第一气体通道布置和侧部15上的第二气体通道布置，第一和第二布置在气体通道的形状和/或尺寸和/或间距方面是不同的。例如，气体通道由孔或槽组成，并且通道的不同布置对应于不同的开孔布置。在图中所示的示例中，每个板具有凸缘10，其用于固定(图2)并且具有连续的表面区域，而没有用于气体的通道。

该图还示出了隔断环16。有利地，隔断环16包括与由肋状部12限定的槽18匹配的突起17。根据收集器5的应力状态，多个隔断环彼此之间可以以适当的距离布置。通常所述距离在1米和2米之间。

图5示出了收集器的最终闭合连接的优选实施方式。两个端板5.1和5.n通过端子板5.c连接在一起，端子板5.c在相对两侧上适当地成形有两个凸缘10，使得其可以与两个端板螺栓连接，特别是沿着没有孔的部分19。

收集器5的板之间的典型的螺栓连接的横截面示于图6中。

图7示出了其中板5.1、5.2、...包括弧形部21的实施方式。优选地，所述弧形部21是圆弧。所述弧形部21通过接头22(例如在部分重叠的V形端部23上形成)相互连接。该实施方式的优点是由于弧形部21的圆形形状而使应力均匀分布。如在先前的实施方式中那样，收集器5不具有溶液连续性，并且容器7不暴露于催化剂。

有利地，板5.1、5.2、...5.n具有小的厚度，例如不大于1mm，这使得它们容易变形。由于它们的变形性，板可以被折叠或卷起从而被引入反应器1的人孔6中。因此，与传统技术相比，单个板的尺寸可被增大，对于相同的表面积，用于形成收集器5所需的板的数量减少。组装也变得容易，因为板之间的连接不是承重的，并且不再像现有技术那样需要完成高质量的长焊缝。因此，本发明实现了以上所述的目的。

Claims (9)

1.一种用于催化化学反应的反应器(1)，包括：部分开放的外容器(2)，所述外容器(2)包括用于进入内部的人孔(6)、分别用于试剂进入和反应产物离开的入口开口(30)和出口开口(31)、以及至少一个内壁(5)，所述部分开放的外容器(2)不具有全直径开口，并且所述外容器仅有所述入口开口、所述出口开口和所述人孔和凸缘明显小于所述外容器的直径，其特征在于：

所述反应器包括催化剂筒(3)，所述催化剂筒(3)包含具有径向通流或轴向-径向通流的催化剂床并且包括承重壁(7)；

所述至少一个内壁(5)是所述催化剂床的单壁式外收集器；

所述催化剂床由内收集器(20)和所述单壁式外收集器限定，所述内收集器(20)和所述单壁式外收集器带有穿孔且是透气的；

其中，所述单壁式外收集器包括在外容器(2)的内部组装以形成所述外收集器的多个板(5.1,5.2,...5.n)，所述板是柔性和可变形的，从而允许所述板通过所述人孔(6)和/或通过所述入口开口(30)和所述出口开口(31)中的至少一个而插入，并且所得到的内壁(5)是非自支撑的并且抵靠在所述催化剂筒(3)的承重壁(7)上；

所述板具有比所述人孔和入口开口和出口开口更大的尺寸；且

所述板在弹性变形的条件下被引入所述反应器，并且在被引入所述反应器后恢复其原始未变形构造。

2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述板被成形为具有嵴状部或肋状部(12)，所述嵴状部或肋状部(12)平行于所述反应器轴线导向并且限定所述内壁(5)与所述承重壁(7)的承载接触线。

3.根据权利要求2所述的反应器，其中所述板的所述嵴状部或肋状部(12)限定所述外收集器和所述筒的承重壁(7)之间的距离，因此限定了用于所述壁和所述收集器之间的气体通道的间隙(13)。

4.根据权利要求2或3所述的反应器，所述板由回纹型金属板或波纹型金属板制成。

5.根据权利要求1所述的反应器，其中每个所述板至少具有可透气的表面部和不透气的表面部。

6.根据权利要求1所述的反应器，其中每个板至少包括：

具有第一气体通道布置(14)的第一表面区，和

具有第二气体通道布置(15)的第二表面区，

所述第一布置和所述第二布置在气体通道的形状和/或尺寸和/或相互间隔方面是不同的。

7.根据权利要求1所述的反应器，还包括固定至所述板的一个或多个隔断环(16)。

8.根据权利要求1所述的反应器，其中所述板(5.1,5.2,...5.n)能够借助于其弹性可逆变形或部分弹性可逆变形而通过所述人孔引入所述外容器(2)中。

9.一种用于在部分开放的催化反应器(1)的内部实现内壁(5)和收集器的方法，所述反应器(1)包括外容器(2)和至少一个用于进入所述外容器内部的人孔(6)，所述方法的特征在于：

借助多个板(5.1,5.2,...5.n)在所述外容器(2)内部组装所述内壁(5)，

使所述板弹性变形，以致它们能够通过所述反应器人孔被引入到所述反应器内部，

所述板在弹性变形的条件下被引入所述反应器，并且在被引入所述反应器后恢复其原始未变形构造，

在被引入所述反应器中后，将所述板组装以抵靠所述反应器的承重壁(7)，形成非自支撑收集器，

其中：

所述反应器(1)包括催化剂筒(3)，所述催化剂筒(3)包含具有径向通流或轴向-径向通流的催化剂床并且包括承重壁(7)；

所述内壁由位于所述筒(3)内部的所述催化剂床的外收集器形成，并且所述外收集器与所述组件板(5.1,5.2,...5.n)组装在一起抵靠所述筒(3)的所述承重壁(7)。

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