CN1477993A - 具有标准化催化桶的非均相催化反应器 - Google Patents

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Abstract

一类具有一个局部开口，具有一个含有适于存放预定数量的给定催化剂的基本柱状的筐(11)的催化桶的非均相化学反应器，其特征在于：所述筐(11)是标准化的，由多个结构彼此独立、可单独操作、以可相互移动的方式互相联接组成筐(11)的容器(14)制成，每一容器(14)具有合适的尺寸以通过相应反应器(1)的局部开口(9)。

Description

具有标准化催化桶的非均相催化反应器
技术领域
本发明涉及非均相催化反应器，其包括被各自的底部在相对的端部封闭的基本上为圆柱状的壳、由该壳限定的反应区或者环境，以及至少一个支撑于该反应区内的催化桶(或催化床)的。
特别的，但非出于限制意图，本发明同以上指明的以及技术行话“具有局部开口(partial opening)”定义的一类反应器有关，换句话讲，涉及这样的反应器，其通常具有大容量(大或者非常大尺寸)，在其一个底部装配有可以到达其内部的检修孔。
更为精确地讲，本发明涉及可以用于具有局部开口的非均相催化反应器的催化桶。
发明背景
众所周知，为进行非均相的、吸热或放热化学催化反应，所谓的绝热反应器以及拟等温反应器，或者简言之等温反应器被广泛使用。
在绝热反应器内，反应进行而没有任何热交换，因此反应温度的升降取决于该反应是吸热抑或放热。这种情况下，位于反应区内的催化桶，以下也称催化床，基本上由具有合适的尺寸、适于盛放预定数量的指定的催化剂以及在轴向以及/或径向适于反应气和气相反应产物通过的容器筐组成。
在等温反应器内，反应温度通过催化床内进行的连续和适合的热交换进行控制。这种情况下，支撑于相应反应器的反应区内的催化桶具有一个已知催化剂的容器筐和一些热交换器，热交换器同操作的热交换流体相应的一些供给、分布、收集以及排放管道相通的液压联接埋在催化剂内。而且，同一筐内还安置与支持了所有据认为对控制给定化学反应和连续测试一些操作参数以及反应气体、产物还有可能使用的热交换流体的流动方向有用的“辅助”装置。
当具有较大的容积，换句话讲具有较大尺寸(轴向以及直径)时，讨论的该类化学反应器通常具有一个局部开口，换句话讲，它们装配有一个可以进入其中的合适的检修孔，内部装有相应的催化桶。
虽然，具有局部开口的化学反应器被广泛使用，其制造过程(准备以及配置所谓的“内部元件”-催化桶、热交换器以及可能的辅助装置)具有一个已知的至今还没有解决的技术不足：因更换催化剂，或因催化床的辅助部件的保养/维修造成的任何其他干扰，或因翻修技术上过时的催化反应器而需要长期的工厂停车时间。
举例讲，在翻修时，需要代替旧桶将新催化桶精确地安装在这些反应器内，通过相应检修孔道抽取以及引送所有必要材料。
不然地话，可以设想一下在管型或者盘型反应器内氨合成的例子，使用的铁粒制成的催化剂，十分坚硬和强韧，而且在操作过程中催化剂被压实。这种情况下，催化剂不再能排放掉以进行更新，于是整个反应器通常被废弃了。
发明内容
本发明所要解决的问题在于为具有以上讨论类型的具有局部开口的化学反应器提供催化桶，所述催化桶具有可以完全而成本有效地克服以上提到的现有技术缺陷的结构特征。
根据本发明，这一问题通过为非均相催化反应器提供包括适于存放预定量预定催化剂的基本上为圆柱状的筐的催化桶来解决，所述催化桶的特征在于所述筐具有标准组件，并由多个结构相互独立的容器制成，所述容器可以单独制造而且以可以相互抽取(reciprocally removable)的方式相互联接构成这种筐，每一容器具有合适的尺寸可以通过相应反应器的开口。
有利地，每一容器基本上构造配置成圆柱扇形结构而且具有与筐的轴长等同或者比之要小的轴长，优先为其约数。
参照本发明的另外一个实施方案，每一容器内有利地装配了控制化学反应的热交换元件以及/或“辅助”装置。
优选地，一个圆柱扇形容器，大部分内装的预定催化剂、浸没于催化剂内的可能的热交换元件，以及安装于容器中的可能的辅助装置组成一个可以单独处理的单元。
本发明进一步的特征及优势，参考所附的示意性但非限制性的附图，通过对装配有本发明催化床或者催化桶的化学反应器的详细描述会变得更为清楚。
附图简述
图1根据本发明具有一个催化桶的非均相催化反应器的局部透视示意图；
图2根据本发明的催化桶的相互独立的放大示意图，可以用于拟等温化学反应器；
图3图2的更为详细的放大图；
图4图3的替代实施方案；
图5根据本发明的一个替代实施方案的具有催化桶的非均相催化反应器。
具体实施方式
参照图1，图1整体及示意地表明该类型非均相催化反应器，具有一个带有垂直轴的圆柱状壳体2(或压力容器)，所述壳体的相对端部被各个底部(上底部3与下底部4)封闭，所述上底部3与下底部4与壳体2形成一个单片并为反应气体的进口与产物的出口装备有通道5与6以及如下文所述为利于控制化学反应朝人们预期的方向进行的可能的操作流体(例如热交换流体)的通道7与8。更为精确地但非出于限制目的，上面提到的反应器1是一类具有局部开口，换句话讲在其上底部3装配有一个具有较壳体2内径尺寸小的检修孔9以便于进入壳体2内部的反应器。
在反应器1内部，定义一反应区，以在此没有指明但本身已知的方式固定有与壳体2同轴且同心的一基本上为圆柱状的催化桶10(或催化床)。桶10包含具有一定结构与尺寸可以存既定数量的预定催化剂的筐11。
根据将要进行的化学反应以及优选进行所述反应的方法(绝热的或拟等温的)和技术，筐11必须允许反应气体与产物在以壳体2的轴向为参考的轴向、或径向或轴-径方向上可以通过筐内装载的催化物质。为此，筐11的一个底壁凿孔而侧壁完整(轴向流动情况下)，否则，一底壁完整而侧壁凿孔(轴-径方向流动的情况下)，或，最后，上、下底壁完整而侧壁凿孔(径向流动底情况下)。
在附图中，出于非限制性目的给出本发明在可用于所谓的径向或轴-径向型的拟等温反应器的催化桶10中的应用，换句话讲，是可允许气体在径向或轴-径向通过催化物质的催化桶。这种情况下，所述催化桶10可以包括(通过以下的陈述会更为清楚)一个可能的热交换器(安装于各个筐11的内部，浸埋于催化剂中)，还有用于控制和调节将要进行的化学反应的操作参数的设备如热电偶、流量计和压力阀等。在反应气体与气相产物径向通过催化剂的情况下，筐11整体具有环形横截面的圆柱状结构，适于形成一个通道或轴向管道11a，来接收气相反应产物并将它们转移至反应器1外部或者将气相反应物分布在筐11内。
据图2与图3，同本发明的特点一致，所述筐11由多个容器14组成，其结构相互独立，可以分别操作，而且以可以相互抽取的方式相互联接起来。每个容器14具有适于通过上述检修孔9的尺寸。
据本发明的另一特点，每一容器14的结构和构造设计为圆柱扇形，具有曲线形外壁15与内壁16(圆弧形或圆形)，同轴且凸面朝向所述筐11外部，以及底部17。内外壁面配置有多个孔洞18、19以允许气体通过，而底壁17是完整的(不带孔的)。两个侧壁20、21，以筐11的轴为参照，径向覆盖和延伸，形成下面讨论的圆柱扇形容器14。
有利地，每一圆柱扇形容器14具有同筐11相等的轴长，但特殊情况下可以具有筐11轴长约数的尺寸或至少小于意欲达到的筐11轴长。在后一情况下，两个或多个容器14可以层叠来达到与筐11等同的总轴长。
在反应器1外满装预定催化剂的筐14，通过检修孔9一个接一个引入反应器内，通过合适的常规支撑22(图1)排布于壳体2内。容器14以可移动的方式彼此靠近但最好不要在横向紧密接触地固定在支撑22上，以允许在反应器1操作过程中容器本身的可能圆周膨胀。
为操作组装时，上述圆柱扇形容器14构成设定的筐11，具有内外柱形多孔壁；而且这些筐11的内壁构成一个轴向上的柱状管道11a。
同本发明的另一特点一致(图4)，每一容器14内部安装有编号25的各个热交换组件，浸埋在容器14盛放的催化剂内进行操作。有利地，所述组件25由盘状扁平直角形热交换器组成，基本上径向排布，其长边25a平行于各自圆柱扇形容器14的轴，短边25b径向伸展。优选地，每一圆柱扇形容器14的交换组件25相互联接构成一个可以独立操作的单元，联接分别有利地使用预定操作的热交换流体的收集与分布管26、27进行。收集与分布管26、27分别与反应器1的供给与排出操作流体的通道7、8使用已知方式如连接管顺序相连。为得到这些热交换单元在筐容器14内同心的、稳定的定位，这些单元的侧面交换器装配有隔板28，所述隔板28具有合适的尺寸支撑在容器14的侧壁上。
类似地，为测量和控制预期化学反应的物理化学参数，可能的装置29以可拆装的方式安装在容器14内。
据图4中的例子，每一容器14可以有利地组装而成，内壁上具有半圆柱形附件24，适于构成管道23以便向容器14内输入、输出反应气体或产物。
图5所示为据本发明的替代实施方案的催化反应器1，具有一个催化桶10，除了筐11，还具有圆柱环形筐30以盛放预定量的催化剂。
该图中，反应器1中同图1中的结构与功能相似的部分使用相同数字标明而不再细述。
同本发明的有利特征一致，筐30具有合适的尺寸以通过反应器1的检修孔9。
一旦在反应器1外面装满预定催化剂，筐30通过检修孔9插入该反应器内，置于筐11的内壁限定的轴向圆柱形管道11a中。这样筐30可以有利地提高反应器1内反应体积(催化物质)及容量。
一些已知但此处未指明的固定方法，如支撑梁、环或轴可以用来在轴向圆柱形管道11a内支撑筐30。优选地，筐30的外部直径小于筐11的内径，以在筐之间留有空隙以便在反应器1的操作过程中允许筐本身的在圆周方向的可能膨胀。
以同筐11相同的方式，据专门用途筐30也可以让反应气体与产物，以壳体2的轴为参照，以轴向或径向或轴径向通过装入其中的催化物质。为此，筐30可以装有多孔底壁而侧壁完整(在轴向交叉的情况下)，或一个底部完整而侧壁凿孔(在轴-径向交叉的情况下)，或甚至上、下底完整而侧壁凿孔(在径向交叉的情况下)。
有利地，筐30具有同筐11相同的轴长，但在特殊情况下，可以通过多个互相层叠的具有约数轴长或只要小于筐11的轴长的圆柱环形容器(没有说明)来实现。
筐30的内壁限定了圆柱形通道，所述通道适于构成管道23，用于分别向筐内输入或输出反应气体或产物。值得注意的是当催化桶10在径向、或轴-径方向交叉的情况下，筐11与30是怎样通过筐的各自内、外相邻多孔侧壁进行彼此流体窜槽的。
圆柱扇形容器14与内装相应量的催化剂的筐30，安装于容器内浸没在这些催化剂中的热交换部件25以及可能的装置29，组成相应的热交换单元，可以分别操作，在相应反应器1外制造并通过检修孔9顺序引入反应器1内。而且，这些单元可以有利地构成预制的标准单元。
对如此构思的发明进行的各种变换与变化，都落入所附权利要求所限定的保护范围内。

Claims (14)

1.具有局部开口的一类用于非均相催化反应器的催化桶，包括：适于存放预定量的预定催化剂的基本上为圆柱形的筐(11)，其特征在于：筐(11)是标准组件，由多个容器(14)制成，各个容器(14)结构上相互独立，可以单独操作，而且以可相互抽取的方式彼此联结形成筐(11)，每一容器14具有合适的尺寸以通过相应反应器(1)的所述局部开口(9)。
2.据权利要求1的催化桶，其特征在于：每个容器(14)的结构、形状设计为圆柱扇形。
3.据权利要求2的催化桶，其特征在于：每个圆柱扇形容器(14)具有与筐(11)相等或短些的轴长。
4.据权利要求1的催化桶，其特征在于：各个热交换组件(25)安装于每个容器(14)内。
5.据权利要求4的催化桶，其特征在于：至少这些热交换组件(25)的部分是由所谓的板状交换器制成的。
6.据权利要求2和3的催化桶，其特征在于：于容器(14)内部安装至少一个各自的板状交换器具有扁平的基本上为直角的构形，按其长边(25a)与交换器的轴平行而短边(25b)呈与其成径向的方向伸展的方式排布。
7.据权利要求1的催化桶，其特征在于：控制预期在该反应器(1)进行的化学反应的辅助装置(29)安装于每一容器(14)内。
8.据以上任一权利要求的催化桶，其特征在于：它还包括圆柱形环形筐(30)，所述圆柱形环形筐(30)用于盛放预定量的预定催化剂，具有适于通过上述相应反应器(1)的局部开口(9)的尺寸，置于上述基本上为圆柱形的筐(11)的内壁限定的轴向管道(11a)内。
9.用于获得基本上为圆柱形的构造的催化床(或催化桶)的标准单元，其是为具有局部开口(9)的一类化学反应器(1)而设计的，其特征在于：其包括用于盛放一部分预定量的各个催化桶(10)中催化剂的容器(14)，所述容器(14)基本上具有圆柱扇形结构与形状，而且具有合适尺寸以通过相应反应器(1)的所述局部开口(9)。
10.用于获得具有基本上为圆柱形的构造和为具有局部开口的一类拟等温化学反应器(1)的催化桶的标准单元，其特征在于：它包括用于盛放一部分的预定量的用于所述催化桶(10)的预定催化剂的容器(14)，所述容器(14)基本上具有圆柱扇形结构，而且具有合适尺寸以通过相应反应器(1)的局部开口(9)，在所述容器(14)内限定第一个圆柱形外壁(15)，与所述第一壁(15)同轴、同心的第二个圆柱形内壁(16)，在所述第一和第二壁(15，16)之间径向伸展的两个侧壁(20，21)以及底壁(17)。
11.据权利要求10的标准组件，其特征在于：所述第一和第二壁(15，16)上装有各自的多个孔洞(18，19)，所述侧壁(20，21)以及所述底壁(17)是完整的。
12.据权利要求11的标准组件，其特征在于：至少一个热交换器(25)安装于容器(14)内。
13.据权利要求12的标准组件，其特征在于：所述至少一个热交换器(25)是平板形状的，并具有基本上为直角的构造。
14.据权利要求13的标准组件，其特征在于：在所述容器(14)内至少一个用于控制和调节将要进行的化学反应的参数的辅助装置29。
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