CN113613773A - 用于改造催化转化器的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于改造催化转化器的方法，其中：所述催化转化器包括压力容器和含有至少一个催化剂床的催化筒，压力容器包括具有全孔口的圆柱形壳体并且包括所述孔口的可移除盖，并且催化筒可通过所述上部孔口移除，并且该方法包括：在初始壳体的孔口上安装附加壳体，因此获得压力容器的轴向延伸的壳体；提供轴向延伸的催化筒，该催化筒具有用于将催化剂保持在如此获得的轴向延伸的壳体中的轴向延伸的空间。

Description

用于改造催化转化器的方法

技术领域

本发明涉及用于改造转化器的方法，该转化器包含位于催化筒中的至少一个催化剂床。

背景技术

催化转化器基本上包括具有主轴线的压力容器和包含至少一个催化剂床的催化筒。压力容器具有带主孔口的圆柱形壳体。壳体的所述主孔口可足够大以将催化筒插入容器并可能从容器移除。在这种情况下，压力容器被称为开放式容器。例如，开放顶部竖直转化器具有上部孔口，该上部孔口具有与壳体相同的直径或基本上相同的直径。

催化筒确定包括一个或更多个催化剂床的自立式组件。筒还可包括床间热交换器，即设置成在床的流出物进入下一床之前来冷却床的流出物的热交换器。床间冷却可能是必要的以避免催化剂的损坏，尤其是在存在强放热反应的情况下。

床间热交换器通过间接(即不混合)热交换将热从催化剂床的流出物转移至冷却介质。根据各种实施例，冷却介质可以是新鲜气体进料或水/蒸汽。使用新鲜气体进料作为冷却介质允许通过从流出物中除去的热量对气体进料进行预热。

筒通常包括适当地将气态试剂和产物分配到催化剂床和热交换器以及从催化剂床和热交换器收集气态试剂和产物的特征。在通常的实施例中，筒包括被实施为透气壁的内部收集器和外部收集器，以用于将气态试剂分配到每个催化剂床和从每个催化剂床收集气态产物。

每个催化床通常容纳在合适的筐内。该筐包括合适的保持催化剂的装置。因此，该催化筒可以包括若干筐，包括每个催化床的一个筐。催化剂通常为颗粒或丸粒形式。

多床式转化器的已知设置例如包括具有两个或三个催化剂床的筒，这两个或三个催化剂床彼此紧邻对齐。该筒包括一个或更多个床间热交换器。催化剂床通常具有环形圆柱形状，并被轴向流、径向流或混合的轴向-径向流横穿。床间热交换器可以是装配在环形床的中心的管式热交换器。三床式设置可包括第一催化剂床、中间催化剂床和末尾催化剂床；第一床与中间床之间的第一热交换器，以及中间床与末尾床之间的第二热交换器。另一个常见的实施例具有在第一床之后的淬火(quench)和在随后的床之后的一个或更多个热交换器。

作为床间热交换的替代方案，筒的特征可在于气体淬火，其中热流出物与较低温度下的气流(例如新鲜气态进料的一部分)混合。

热交换器也可以浸入催化剂中。在这种情况下，催化剂床称为等温的，因为催化剂的温度可以保持在目标范围内。

其中，普及的是如上所述的竖直转化器尤其作为用于合成氨的反应器。氨竖直转化器的描述可在例如EP 0376000中找到。

由于目前操作中的大量单元(例如在氨或甲醇设备中)，人们对用于改造所述转化器的方法有着强烈兴趣。特别地，这种转化器的改造通常旨在增加转化器的容量。术语容量表示可由转化器产生的输出(例如氨或甲醇的吨/天)。

与初始设计相比，增加容量通常需要提供更大量的催化剂。然而，在现有的筒中容纳附加催化剂通常是不可能的。在大多数情况下，现有的筒具有非常有限的可用于这种附加催化剂的备用体积或没有可用于这种附加催化剂的备用体积。在改造的背景下，用较大的转化器更换现有的转化器通常是过于昂贵的选择。因此，现有技术没有提供针对这种需要的有吸引力的解决方案。

WO 2019/023655公开了一种通过用能够容纳两个或更多个热交换器的较大延伸部更换压力壳体延伸部来改造竖直转化器的方法，竖直转化器具有用于容纳热交换器的带凸缘的压力壳体延伸部。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，并提供一种成本效益好的用于改造催化转化器的方法。特别地，本发明的目的在于一种允许增加催化剂的可用体积的用于改造转化器的方法。

该目的通过根据所附权利要求的方法来实现。该方法包括：

a)在初始壳体的全孔口的凸缘上安装附加壳体，从而获得压力容器的轴向延伸的壳体；

b)提供轴向延伸的催化筒，所述催化筒具有用于将催化剂保持在如此获得的轴向延伸的壳体中的轴向延伸的空间。

步骤b)为催化剂提供了附加空间。根据本发明，将在步骤b)获得的添加的空间用于添加催化剂。因此，根据本发明的方法可以包括将催化剂添加到由轴向延伸的筒提供的附加空间中的步骤。

由轴向延伸的筒提供的用于催化剂的附加空间可以在初始筒的整个直径上延伸，并且因此基本上在催化转化器的压力容器的整个直径上延伸。本发明的基本思想是向轴向延伸现有的压力容器。除非另外指明，提及轴向方向(例如术语近似轴向或轴向)表示压力容器的主轴线。应用本发明的方法的压力容器可以水平地或竖直地布置。因此，主轴线可以是水平轴线或竖直轴线。

压力容器的初始壳体和附加壳体优选为圆柱形或基本圆柱形。

如此获得的轴向延伸的压力容器能够容纳比初始筒更长的催化筒，因此具有更多用于催化剂的空间。

在本发明的第一常规实施例中，利用由轴向延伸的压力容器提供的附加空间，修改现有的筒以容纳附加催化剂。例如，可以修改现有的筒以包含附加量的催化剂以及可能的与初始提供的催化剂床分离的新的附加催化剂床。

在第二常规实施例中，将离开的筒移除并且用轴向扩大的新筒代替。

术语全孔口表示具有与压力容器的内径相同或基本相同的直径的孔口。与其中最大的喷嘴具有比容器的直径小得多的尺寸的部分敞开的容器相比，压力容器也可以称为全开口或完全敞开的容器。具有上部全孔口的竖直转化器也被称为敞开顶部转化器。

连接附加壳体的压力壳体的全孔口至少与筒一样大。因此，该孔口足够大以允许完全组装的催化筒的取出和插入。

在所附的从属权利要求中陈述了优选的实施例。

在轴向延伸的壳体中提供轴向延伸的催化筒的步骤可以包括在现有的筒的端部处安装附加筒轴。筒轴界定了可以装载附加催化剂的附加体积，例如形成新的催化剂床。筒轴可以具有与初始筒相同的直径或更小的直径。

初始筒可具有带有盖的端部凸缘。在这种情况下，所述盖可以通过转化器的全孔口被移除，并且附加筒轴可以连接到初始筒的所述凸缘上。

在竖直实施例中，所述端部凸缘是顶部凸缘并且该筒轴设置在所述顶部凸缘上方。

优选实施例包括在改型筒的端部中提供新的催化剂床，特别是在由新添加的附加筒轴界定的空间中。因此，可以产生新的催化剂床。在竖直实施例中，所述新的催化剂床形成筒的顶部催化剂床。

在大多数情况下，初始筒包含用于容纳催化剂床的一个或更多个筐。术语筐表示筒的被布置为保持催化剂床的催化剂的部分，该部分与筒的其他床分开。筐被配置成保持催化剂(例如固体催化剂颗粒)并允许适当的气流经过催化剂物质。筐通常包括承载结构以及用于催化剂床的入口气体和流出物气体的透气壁。筐可以彼此相邻地布置。在竖直实施例中，例如，它们彼此上下竖直地布置。

所述透气壁(也称为收集器)优选地是圆柱形壁。

工艺气体顺序地穿过催化剂床。根据这个顺序，催化床和相关筐可以从第一个到末尾一个进行识别。第一床接收新鲜试剂，而末尾床给出产物气体流出物。可以在第一床和末尾床之间提供一个或更多个中间床。在竖直实施例中，这些床通常彼此上下堆叠。在大多数竖直实施例中，第一床为顶部床，末尾床为底部床。

在优选实施例中，本发明的方法包括增加筒的至少一个筐的轴向长度的步骤。因此，更多的催化剂可以装载在轴向延伸的筐中，并且相应的催化床可以轴向延伸。特别优选地，在多床式筒中，筒的末尾筐(末尾催化剂床的筐)轴向延伸。

轴向延伸筐的步骤可以包括轴向延伸筐的内部收集器和外部收集器。

本发明的方法可包括将催化剂装载在改型筒中以在改型筒中形成一个或更多个催化剂床。

本发明的方法可以包括提供催化剂床和相关筐的新的或改型的载支撑装置。例如，实施例提供了用于改型催化筒的至少一个催化剂床的附加护罩或附加支撑环。在实施例中，末尾床轴向延伸，并且为紧挨着所述末尾床的床提供新的或改型的支撑装置。

初始催化筒可包括一个或更多个催化剂床，可能带有床间热交换器和/或淬火装置，床间热交换器用于气态流出物的床间冷却，淬火装置用于气态流出物的床间淬火。

改型催化筒可与初始筒的催化剂床数目不同，例如包括在现有的筒的顶部床上方的附加催化剂床。就床间冷却装置而言，改型筒也可以与初始筒不同。

作为第一示例，具有一个床间交换器的双床式筒的设置可以被修改为具有两个床间热交换器的三床式筒。作为第二示例，具有三个床和两个床间热交换器的设置可以被修改为具有淬火器的四个床和两个床间热交换器。这些示例不是限制性的，并且不同的设置是可能的。在一些实施例中，可以将单床转化器转换成多床转化器。

在用新筒代替现有的筒时，该方法包括：

从压力容器移除初始催化筒，以及

将新催化筒安装在压力容器内，新筒具有比初始筒大的轴向长度。

改型筒或新筒可以不同于初始筒在于以下特征中的至少一个：能够容纳在筒中的催化剂床的数量；床间热交换器的存在或数量；床间淬火装置的存在或数量。改型筒或新筒还可以包括所谓的等温床，即具有浸入催化剂中的热交换器的催化床。

本发明可应用于轴向流、径向流或混合的轴向-径向流经过一个或更多个催化剂床的转化器。

本发明的巨大优点是保持了现有的压力容器，这是成本的主要来源，因为用于催化剂的附加空间是由附加壳体提供的。另一个优点是通过提供附加催化剂床和/或改型床间冷却装置来修改初始筒的设置的选择。因此，本发明提供了一种成本效益好的解决方案，以解决如何增加本文考虑的类型的催化转化器的容量的问题。本发明的方法所需的工作相对有限。可以使用最初提供在壳体中的支撑件。初始壳体可以基本上保持不变，因为轴向延伸是通过添加新件获得的。

本发明的优点将从以下详细说明中更清楚地显现。

附图说明

图1是根据现有技术的竖直转化器的简化截面。

图2是图1的转化器的简化截面，该转化器已根据本发明的实施例进行了改造。

图3为图2的转化器的细节，其示出了用于支撑催化剂床的实施例。

图4展示了图3的细节的替代实施例。

图5展示了图2的转化器的另一细节。

具体实施方式

图1展示了包括压力容器的多床式竖直转化器1，该压力容器具有壳体2，该壳体2具有底部封闭件3和带有可移除盖5的全直径上部孔口4。可移除盖5被螺栓连接到壳体2的顶部凸缘6。

转化器1具有主轴线，其在该示例中是竖直轴线A-A。壳体2基本上是具有同一轴线A-A的圆柱形。

转化器1包含催化筒7。筒7包含彼此上下竖直对齐的上部筐701、中间筐702和底部筐703。所述筐分别保持上部催化剂床704、中间催化剂床705和底部催化剂床706。

床704至706中的每一个具有圆柱形环形形状和径向流或轴向-径向流。径向流可以被引导朝向或远离轴线A-A。在示例中，径向流引导朝向轴线(向心流)。

筒7进一步包括两个床间管式热交换器707和708，这两个床间管式热交换器707和708被布置成分别在床704或705的流出物进入下一个床705或706之前冷却流出物。管式热交换器707、708同轴地容纳在由环形催化剂床界定的自由空间中。

筒7还包括保持和支撑床704至706的催化剂的装置和适当地将气流引导至催化剂床/从催化剂床引导气流的装置。例如，每个筐包括内部气体收集器和外部气体收集器。该图展示了底部筐703具有外部收集器(气体入口)709和内部收集器(气体出口)710。内部收集器710通向气体出口管道711。

筒7是自立式单元，该自立式单元可以穿过上部孔口4从容器2中移除。上部孔口4具有与容器2的内径基本上相同的直径，因此提供了到容器2的内部的完全通路。

转化器1的操作基本上如下。第一反应气体进料R1在底部输入口201处进入、在流入壳体2与筒7之间的空隙中时被预热、然后进入第一催化床704并且依次地穿过催化床704、705、706。

流出物气体在从顶部床704通到中间床705和从中间床705通到下部床706的同时，流出物气体在热交换器707、708的壳侧中冷却。来自输入口202的第二新鲜反应气体R2穿过热交换器707、708的管侧。离开管子的预热气体R2在进入顶部催化床704之前与第一反应气体R1混合。

可在输入凸缘203处提供新鲜反应气体的附加进料R3，并将其与第一床704的流出物混合，以调节中间床705的气体入口温度。

来自下部床706的气态产物流出物P收集在管道711中并经由底部出口203离开转化器1。这种操作方式是本领域技术人员所熟知的。根据图1的方案或其变型，实现了用于从由氮和氢构成的补充气体合成氨的许多转化器。

图2展示了根据本发明的实施例的修改之后的转化器1。

附加壳体8设置在上部孔口4上方并且固定(例如，螺栓连接)至凸缘6，从而获得压力容器的轴向延伸的壳体。特别地，轴向延伸的壳体包括初始壳体2和附加壳体8，它们固定在一起并形成独特壳体。

附加壳体8还具有全直径上部孔口9，盖10装配在上部孔口9中。根据各种实施例，所述盖10可以是椭圆形盖或球形盖或平坦盖。盖10可以包括人孔11。优选地，孔口9具有与初始孔口4相同的直径。输入口202和203可被关闭(盲目(blinded))并被执行相同功能的输入口202a和203a代替。

筒7还通过提供包含新催化剂床721的筒轴720而改型为改型筒7a，该新催化剂床721代替初始顶部床704并变成改型筒7a的顶部催化剂床。在该示例中，用较大的床721代替初始床704以保持催化剂床之间的所需载荷分布。

改型筒7a输送用于添加催化剂的附加空间。可注意到，该附加空间在转化器1的全直径上延伸，这是由于附加壳体8固定到凸缘6(其为全孔凸缘)的事实。

筒7可以被重新布置，使得在改型筒7a中，两个下部床(中间床和底部床)占据与初始的三个床基本相同的体积。

更详细地，这些图涉及底部筐703的轴向长度增加的示例。这可基本上通过替换或延伸内部收集器和外部收集器709、710来实现。因此，改型筒7a包括轴向延伸的底部筐703a。因此，与初始底部床706相比，可以容纳在改型筒703a中的底部床706a也轴向延伸。可以说，底部筐703和床706轴向拉伸至更大的长度。

优选地，中间筐702的轴向长度也以类似的方式通过增加对应的内部收集器和外部收集器的长度而延伸。因此，轴向延伸的中间床705a可容纳在转化器中。

在包括三个或更多个催化剂床的多床式实施例中，优选的是，末尾催化剂床包含基本上等于先前催化剂床中所含催化剂的总体积的催化剂体积。

优选地，轴向延伸床705a和706a的总长度基本上等于前三个床的总长度。例如，参考图2的竖直实施例，中间床705a的顶部基本上处于凸缘6和初始孔口4的高度。

由于下方的筐的延伸，底部中间筐702也移位到更高的高度。

图3和图4以举例的方式展示了实现移位的中间筐702的底部支撑的两种方式。

在图3中，中间筐705的外部收集器722搁置在附加护罩723上，并且所述附加护罩723搁置在现有的支撑环724上。这个实施例的优点在于利用了可用的支撑环724；中间筐的移位高度由护罩723给出。

在图4中，可替代地，提供新的支撑环725。所述新环725可被螺栓连接(如图所示)或焊接至筒7a的壁726。

图5展示了将筒轴720锚定到初始筒7的结构上的实施例。在示例中，筒720的下部凸缘730是通过插入管732中的螺栓731来锚定的。

在示例中，筒7在改造之前和之后保持三床式设置。然而，在其他实施例中，催化剂床的数量和/或床间冷却或淬火装置的布置可在改造期间变化。

以上参照竖直转化器描述的本发明也适用于水平转化器。

Claims (16)

1.一种用于改造催化转化器(1)的方法，其中：

所述催化转化器(1)包括具有主轴线的压力容器和包含至少一个催化剂床的催化筒(7)，

所述压力容器包括具有全孔口(4)的壳体(2)，并且所述压力容器包括连接至所述全孔口的凸缘(6)的可移除盖(5)，所述催化筒(7)能够穿过所述孔口(4)来移除，

所述方法包括：

a)将附加壳体(8)连接至初始壳体(2)的所述孔口(4)的所述凸缘(6)，从而获得所述压力容器的轴向延伸的壳体；

b)提供轴向延伸的催化筒(7a)，所述催化筒(7a)具有用于将催化剂保持在如此获得的所述轴向延伸的壳体中的轴向延伸的空间。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤b)包括在现有筒的端部处安装附加筒轴(720)。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述初始筒(7)具有带盖的端部凸缘；所述盖被移除，并且所述附加筒轴(720)连接到所述初始筒的所述凸缘。

4.根据权利要求2或3所述的方法，包括以下步骤：在由所述筒轴(720)界定的改型筒(7a)的端部中形成附加催化剂床(721)。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述初始筒(7)包含用于容纳催化剂床的一个或更多个筐，并且所述方法包括增加所述筒的至少一个筐的轴向长度的步骤。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，轴向延伸的所述至少一个筐包括所述筒的末尾筐。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，轴向延伸筐的步骤包括轴向延伸所述筐的透气壁。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括在所述延伸的筒中设置用于所述改型催化筒的至少一个催化剂床的附加护罩或附加支撑环。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述附加护罩或所述附加支撑环被设置成支撑紧挨着所述末尾催化剂床的催化剂床。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述初始筒和所述改型筒包括一个或更多个床间热交换器。

11.根据权利要求1所述的方法，包括：

-从所述压力容器移除所述初始催化筒，以及

-将新的催化筒安装在所述压力容器内，所述新筒具有比初始筒大的轴向长度。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述改型筒或所述新筒不同于所述初始筒在于以下特征中的至少一个：

-能够容纳在筒中的催化剂床的数量；

-提供或布置一个或更多个床间热交换器；

-提供或布置床间淬火装置。

13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，由所述轴向延伸的筒提供的用于催化剂的所述附加空间在所述催化转化器的压力容器的整个直径上延伸。

14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括：将催化剂添加到由所述轴向延伸的筒提供的所述附加空间中。

15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述转化器是水平转化器或竖直转化器。

16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述转化器是氨转化器。

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