CN1527742A - 简化的板通道反应器设计 - Google Patents

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J・J・L・罗马蒂耶
J·J·L·罗马蒂耶
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Abstract

一种用于以热交换式通道反应区中的狭窄通道进行间接热交换的方法和设备，其中使用带有部分穿孔段(16)的板(17)以简化或消除用于分配和收集不同的流体至各通道的歧管的使用。本发明利用将相邻的通道通过位于通道一端或另一端的穿孔部分直接连通简化了操作。本发明的设备提供了更紧凑的热交换反应器设计的优势。本发明的设计也可以简化在通道的一端的单个歧管装置的使用，从而使反应通道中的催化剂的卸载和催化剂的更换更容易。

Description

简化的板通道反应器设计
发明背景
本发明涉及普遍意义上的用以容纳反应区并用热交换流体间接加热反应区的板式交换器设计。
在许多工业领域里，例如在石油化学和化学工业中，反应流体与反应器中的催化剂在适当的温度和压强条件下的接触实现了在流体中的一种或多种反应物的组分间的反应。这些反应大多数在不同程度上产生或吸收热，因而是放热的或吸热的。与放热或吸热反应相联系的加热或冷却效应会对反应区的操作产生正面或负面影响。除其它之外，负面影响可以包括：产物产量变差、催化剂失活、不希望的副产物的产生和在极端情况下的反应容器和相连的管道系统的损坏。更典型地，与温度变化相联系的不希望的影响将降低源自反应区的产物的选择性或产率。
放热反应过程涉及多种给料和产物。中等放热过程包括甲醇合成、氨合成和甲醇至烯烃的转化。通过萘或邻二甲苯的氧化而进行的邻苯二甲酸酐生产、始于丙烷或丙烯的丙烯腈的生产、始于丙烯醛的丙烯酸的生产、正丁烷至马来酸酐的转化、通过甲醇羰基化而进行的乙酸的生产和甲醇至甲醛的转化代表了另一类一般高度放热的反应。特别地，氧化反应通常是高度放热的。这些反应的放热本性导致了许多用于这些反应的系统在其设计中包括了冷却设备。熟悉该领域的人员经常用冷激或热交换设备来克服反应放热的问题。大量已有技术详细地讲述了在反应区和冷却介质之间进行间接交换热的方法。现有技术高度依赖于管式设备来容纳反应和提供与冷却介质的间接接触。管式反应器的几何学带来了需要大型反应器和大量管表面以取得高热传递效率的布局限制。
其它过程应用使用划分出通道的薄板来实现间接热交换。通道交替地在一组通道中容留催化剂和反应物，在相邻的通道中容留用于间接加热或冷却反应物和催化剂的热交换流体。这些间接热交换反应器中的热交换板可以是平面的或弯曲的，并且可以具有表面变形(例如褶皱)以加大热传递流体与反应物和催化剂之间的热交换。通过将温度曲线维持在与反应热所产生的温度曲线不同的情况下，许多烃转化过程的操作会变得更加有利。在许多反应中，可以通过基本维持恒温条件可以获得最有益的温度曲线。在有些情况下，方向与和反应热相联系的温度变化的方向相反的温度曲线将提供最有益的条件。由于这些原因，一般已知将反应物与热交换介质以交叉流动、同流或逆流的方式设计。提供更完全的温度控制的热交换和反应物通道的具体排列可以在US-A-5,525,311中找到。该文献的内容通过引用并入本文。用于间接热传递的其他有用的板排列方式公开于US-A-5,130,106和US-A-5,405,586中。
将反应物与冷却剂或加热流体在板式交换器设备的入口和出口处分开使得设计和制造过程复杂化了。许多此类设计因需要歧管和/或连通相邻的通道的管线而加大了反应器的尺寸。相邻通道间的流体传递的简化也可带来流体在板式交换器的进口和出口处的分配和收集的简化。经改进的在流动路径的中间位置通过通道注入反应物的排列方式也可以改善反应器性能。
通道反应器设备经常容纳有颗粒状催化剂。当催化剂失活时，需要更换催化剂。用于分配和收集热交换流体和反应物的复杂的歧管装置会使催化剂的更换变得麻烦而费时。
发明概述
本发明提供了划分出了用于板式反应器设备中流体间间接热交换的通道的板的穿孔部分。该穿孔部分仅延伸至划分出通道的板的一部分，从而在保持了反应物和热交换流体在其通过反应器的途经时所过的通道的大部分长度的同时，允许相邻通道中的流体的传递。位于穿孔板的一端的该部分穿孔的部分使单一一种通过板通道反应器的流体物流可以作出任何通道通过次数的流动。压降和热交换方面的需要是对任何一种流体流过本发明通道反应器设备的次数的仅有的实际上的限制。
适用的通道排列方式能直接在公共热交换表面上进行热交换。该排列方式可以使用分离的热交换物流提供对反应通道的加热或冷却，也可以使用一个通道的热交换流体或反应物作为相邻通道中的反应物或热交换流体。特别地，源自反应通道的原料或反应后的物流可以提供用于相邻通道中的燃烧和原位热生成所用的燃料。当然，热交换通道也可以起燃烧通道的作用并接受与反应通道分开的用于燃烧的燃料。
有用的排列也可使用将公有通道的不同部分用作不同的功能。此类功能包括将中间流体通过相邻通道从而将热在一个位置传递出反应通道并在下游通道位置将热传递回被加热通道。在其他的排列中，中间通道和反应通道可以在被加热通道之间并行排列，从而通过被加热通道调节反应通道中的温度。
据此，在概括性的实现方案中，本发明是一种通过利用与热交换流体的间接热交换在反应区内间接加热或冷却反应物的同时将反应物与催化剂在反应区中相接触的反应设备。该设备包括划分出在一端具有流体入口的第一组通道和在一端具有流体出口的第二组通道的多个隔开的板。穿孔的至少一段将液体在第一组和第二组通道间输送。隔开的板的至少一部分在其一端划分有穿孔部分，且穿孔的每一段仅占有穿孔的板的一部分。
在本发明的具体变型中，反应通道中的催化剂填料和附加放热或吸热反应的催化剂的添加可以满足不同目的。例如，反应通道中的催化剂的短的填料可以在反应区以上或以下提供用于额外的给料预热或排出物冷却的空间。另一方面，加长加热通道可以提供用于与离开反应区的排出物或进入的反应物进行开放通道热交换的额外的表面积。
对于催化剂，本发明具有特别的优点。用于分配或收集热交换流体和反应物的歧管的简化或去除提供了允许催化剂卸载的空间。典型地，该设备在反应设备的顶部使用分配歧管，从而分配和收集通道顶部的流体入口和流体出口的流体。将歧管放置在顶部使得通道可以在其底部设置颗粒出口并安装催化剂卸载装置。由此，通道以下的部分可以保留给用于取出催化剂的歧管。由于没有必要在通道的底部提供筛子或其他可透过的表面，可以使用简单的催化剂保留装置以控制催化剂在通道里的保留。该装置应在处于催化剂保留位置时封闭颗粒出口，并在处于卸载位置时打开颗粒出口。因此，在将门或其他适用的封闭装置从通道的底部取下时，通道可以为催化剂卸载而保持完全打开。通过本设计的简化，也可以在允许在物流运行工况下移出催化剂和在更换催化剂颗粒的同时继续将流体通过通道流动。
对于一般意义上的流体流动，穿孔板部件将决定流体流动的方向。通过穿孔板段连接的相邻的通道在通道间总是处于相对逆流流动关系的。然而，通过将热交换流体与反应物分开，同向流动设计也是可能的。
划分出容纳反应和热交换气体的通道的板可以具有任何产生狭窄通道的结构。优选的热交换元件的形式是其中带有褶皱的较平坦的板。在支持板从而提供狭窄通道的良好支撑的系统的同时，褶皱起维持板之间的间隔的作用。此外的关于此类板系统的排列的详细描述记载于US-A-5,525,311中。
本发明在产生热的反应和吸收热的反应中有用。一种可以方便地使用本发明的设备的方法是环氧乙烷的生产。本发明的一种特别有益的方法应用是在通过邻二甲苯的氧化进行的邻苯二甲酸酐(PA)的生产。反应装置将邻二甲苯加入分配歧管中，该分配歧管将控制的量的氧与邻二甲苯混合注入。向歧管中注入氧化化合物避免了邻二甲苯和氧以爆炸比例存在。热交换反应器的板的装置很快将与PA的合成相伴随的大量反应热热散逸。加强的温度控制在改善了产物选择性同时也允许增加产量。
本发明的另一个目的是简化使用通道设计的热交换反应器的反应物和热交换流体的进料和回收，从而使通道反应器设备更紧凑，以及用歧管简化流动通道的合并。
本发明的再另一个目的是将反应物或热交换流体多次通过带有数目减少了的歧管的通道式反应器设备。
附图的概述
图1本发明的反应器设计的示意图。
图2是自线2-2处的图1的截面。
图3是本发明的穿孔板的横截面。
图4是用于本发明中的褶皱状板部件的三维视图。
图5是单独一块包含穿孔部分的褶皱状板的视图。
图6是示意性显示按照本发明设计的反应器的截面视图。
图7是自线7-7处的图6的截面。
图8是显示本发明的反应器的另一个实现方案的示意性设计的截面。
图9是自线9-9处的图8的横截面。
图10和11是显示通过邻二甲苯氧化生产PA的管式设计中的管子沿路径长度的温度曲线和转化参数的图。
图12至17是显示通过邻二甲苯氧化生产PA的板式热交换反应器中沿路径长度的通道的温度曲线和转化参数的图。
发明的详述
本发明可用于任何吸热或放热过程，其中反应物或反应物的一部分提供了板式交换器元件设备中的使吸热反应加热的热源或使放热反应冷却的冷源。典型地，对于任何使用板式交换器设备的方法的关于相容性的额外要求是任何热交换区和反应区之间的温度差(ΔT)和压强差(ΔP)较低。200℃或更小的温度差对于本发明是适宜的。压强差将保持为低值并且典型地反映了通过催化剂床的压降要求。通常板元件之间的压差不大于0.5Mpa。
通常反应通道至少含有促进反应的催化剂。上面描述的方法以及其他方法应用中的适用的催化剂是为熟悉该领域的人员所熟知的。根据反应时间和任何反应通道中的反应前加热和反应后冷却的要求，可以以某种形式用颗粒状催化剂填充反应通道。作为颗粒状催化剂的替代物，催化剂也可以涂布在板的各转化区的表面上。将催化剂涂布至板上使其具有上部催化段和下部无催化剂段可能是特别有利的，而这其中所述的段通过划分通道的板与一个第二催化区保持热交换关系。
在本发明的方法或设备中使用的热交换流体可以是可以提供需要的冷却和加热能力的任何类型的流体。许多种热交换流体可以满足加热或冷却的需要。此类流体包括整体的加工物流和辅助流体。该流体可以通过可感知的、非显现的或反应方法吸收或放出热。对于高度放热的过程，熔融的盐或金属可以是特别有用的热交换介质。
为适宜于平衡某一具体反应的热需求，熟悉该领域的人员是知道促进补充的放热和吸热反应的特定的催化剂的。此类催化剂可以有利地驻留在热交换通道中，从而提供反应冷却和反应物的可感知的或潜热的冷却。一个此类吸热和放热催化剂组合的例子是轻质烃(典型的是甲烷)的自热重整，从而提供一般称之为“合成气”的物质。合成气基本由氢气和一氧化碳、较少量的二氧化碳、未转化的烃和其他组分(可以包括氮气和其它惰性组分)构成。强吸热重整反应与强放热氧化反应(可以由烃的部分催化或热氧化实现)达到了有效的平衡。改变烃在重整或氧化反应中的摩尔数可起到平衡释放的热和吸收的热的作用。
此类设备特别适合于结合进连接仅两对相邻通道并将放热反应通道放置在交替的加热通道和吸热反应通道之间的一种多次通过通道装置中。在一种提供三次通过的排列方式的构造中，相对较冷的反应物流入加热通道，在此，与反应通道的间接热交换分别提供了加热和冷却。将反应后的物流从放热反应通道流入吸热反应通道透过划分了吸热反应通道和相邻的放热反应通道的共享的板对反应通道提供了额外的冷却。
图1和2显示了本发明的基本反应器设计。在该设计中，反应器11包含仅一组通道对12。未穿孔的板19将成对的热交换通道分成向下流动通道15和向上流动通道18。歧管13将进入的流体输送至向下流动通道15的入口14。穿孔板17的底部划分的穿孔段16将流体输送至向上流动通道18。
如图2所示，歧管13包含入口腔20和出口腔21。间隔板22将入口腔30和出口腔21的容积隔离。如符号所表示的，输入的流体从管线23沿着入口腔20通过入口14进入通道15。向上流动通道18的封闭部分24阻止入口腔20输送的流体进入向上流动通道18。类似地，由符号⊙所表示的源自向上流动通道18的流体由出口腔21收集，从而作为出口物流25排出，与此同时，封闭部分26避免了源自通道15的流体流出至出口腔21中。
通道15和18可以起到多种不同作用。通道15可以通过使用于在通道18内进行吸热反应的反应物预热来提供冷却。相反地，通道15可以接受对发生在通道18内的吸热反应提供额外的热输入的加热的反应物物流。此外，通道15可以含有用于使进入通道18的反应物的燃烧加热的氧化催化剂。
本发明的通道特别适于用颗粒催化剂。图1显示了一种用于放热反应的催化剂装填设计。冷的输入的反应物通过管线23进入并向下进入通道15。输入的反应物通过通道15的上部时，通道18的上部作为热交换区使用，从而用离开的反应物预热输入的进料。离开的反应物已经被通道18的下部中发生的放热反应所加热。当反应物被输送进通道15的下部中时，它们直接被发生在通道18的下部中的放热反应进一步加热。当加热了的反应物通过穿孔板17底部的穿孔段16时，它们被送至部分填充了通道18的底部的催化剂颗粒27中。部件16上的穿孔的尺寸的设计使其可阻挡催化剂颗粒从通道18进入通道15，而同时允许反应物流体从通道15流入通道18。
图1的设计特别适用于从通道15、18或二者中更换催化剂。在图1所示的具体设计中，催化剂27仅驻留在用于放热反应的通道18中。一旦催化剂27失活或需要更换，大致显示在28处的催化剂卸载装置将允许从通道18卸载催化剂。最简单的设计是卸载装置可以包括一组门29，该门29在处于关闭位置(用实线显示)时至少封闭通道18的底部30从而避免催化剂落出通道。将门29移至打开的位置(用虚线显示)，通道18的底部30打开，从而可以卸载催化剂颗粒。
卸载装置28可以再包括第二组门，从而从通道15中选择性地保留和卸载催化剂。第二组门31被显示为处于打开的催化剂卸载位置。第二组门31具有分开了指状封闭装置33的长孔32。当门31在通道15的整个底部34上向上摆时，指状封闭装置33封闭通道15的底部34，从而阻止任何催化剂排出。长孔32允许通道18中的催化剂绕第二组门31流动，从而在通过移动门31至图1所示的打开的位置实现其在卸载通道15中的催化剂之前的完全卸载。一旦通道18中的催化剂被卸空，打开门31将允许催化剂流出通道18而不会引起不同催化剂颗粒的混合。
催化剂容易从反应器的顶部11被填充至通道18中和任选地被填充至通道15中。为了进行催化剂填充，可以将歧管13从通道的顶部取下，从而分别露出通道的开放面积和入口腔和出口腔20和21。当仅在通道18中使用催化剂时，可以用固定的筛子遮盖通道15的入口14，从而避免颗粒流入此处。当对两个通道都进行催化剂填充时，可以装上一个适当的开有长孔的板并将其放置在通道15和18的顶上，从而在填充催化剂的特定的周期中选择性地封闭不接受催化剂的通道。
也可以在通过反应器11循环反应物或热交换流体的同时移动催化剂。入口腔和出口腔20和21可以在每一腔内在保持打开的通道顶部上方提供分散催化剂的分配空间。在此类设计中，可以用一个或一系列腔代替门29和31，从而以接受颗粒材料的收集腔的形式提供卸载装置。适用的收集腔可以类似于图2所示的用以从选定的通道收集催化剂装置。从反应器11的顶部和底部进行的催化剂的受控的取出和加入可以在反应器中提供任何所希望的催化剂量。
本发明依赖于较狭窄的通道在整个薄板上提供有效的热交换。一般而言，通道宽度应平均应小于1英寸，优选小于1/2英寸的宽度。适用于本发明的板包括任何允许高热传递速度的板。以薄板为宜，并且通常厚度为1至2mm。典型地，板由铁或非铁合金，例如不锈钢，构成。优选的用于板的合金应能经受极端的温度并含有高比例的镍和铬。板可以被成型为弯曲的或其他的外形，但是一般出于层叠的目的而优选平板。平板可以具有通过机械加工、化学蚀刻、或其它方法而形成的通道。再次地，每一块板可以是光滑的，并可装有额外的元件(例如隔板或穿孔片)以在通道内提供流体的涡流。
优选每一块板具有向反应物和热交换流体的流倾斜的褶皱。褶皱维持了由褶皱高度定义的可变的通道宽度。对于褶皱，平均通道宽度的最实用的定义是由通道的容积除以平行于板的主平面的截面积得到的。根据这一定义，具有基本直线的倾斜的侧壁的褶皱状的板的平均宽度为在整个通道上最大宽度的一半。
图3显示了分隔通道15和通道18的板17的优选的褶皱设计。褶皱图案可以至少起两个作用。一个作用是从结构上支撑相邻的板。另一个作用是加强涡流从而提高在狭窄的反应通道中的热交换效率。图3显示了由凸纹37和凹部38确定的褶皱。褶皱的频率或斜度可以按所希望的改变，从而促进不同程度的涡流。由此，沿着流体流动方向在整个通道上褶皱越浅，如凸纹37和凹部38所显示的，将产生更少的涡流；而沿着流体流动方向，褶皱斜度越大，如凸纹39和凹部40所显示的，可以按需要提供更大的涡流。褶皱的斜度和频率也可以在仅一个热交换通道上改变从而改变通道上不同位置的热传递系数。优选地，通道可以在其外围附近包含一个平坦部分41，以在外侧和顶部附近按需要实现通道的封闭。除穿孔外，板19基本与板17相同，以含有褶皱为宜，并且出于所希望的热交换或其他目的可以改变褶皱的斜度从而改变涡流和流动系数。
穿孔段16横跨板17。穿孔42通常具有允许流体流过穿孔部分而又避免催化剂通过穿孔部分迁移的较小的直径。穿孔的孔径通常在约1.5mm至约10mm之间。在某些特定方法应用中，穿孔段16可以位于板的中间部分从而提供流体旁路，但是一般位于板的一端。将褶皱的位置放在板的一端最大化了流体通过通道的流动路径长度。穿孔段所提供的流动面积通常至少等于沿着通道流动路径的净流动面积。当一个通道含有颗粒状催化剂材料时，净流动面积应为横跨通道18的横截面的催化剂颗粒间的平均敞开面积。多数情况下，穿孔区域的长度为通道长度的一半以下，并且，典型地，小于通道长度的25％。为了使沿着通道的流体流动路径最大化，穿孔段优选延伸至不大于其长度的10％。
图4显示了典型的褶皱状板排列的横截面，其中板44的褶皱与板46的褶皱方向相反，从而划分出交替的通道47和48。孔49提供了通过板44的本发明的穿孔。图4显示了褶皱板的优选的排列，其中相对的褶皱板的表面上的青鱼骨状图案在相反方向上延伸，且相对的板的表面相互接触以形成流动通道和为板部件提供结构支撑。图5进一步显示了另外一种可能的板的形状。
在本发明的实际使用中，不必须将每一反应通道与热交换通道交替排列。反应段的可能的布局可以将两个或更多个热交换通道放在每个反应通道之间，从而减少在热交换介质方面的压降。可以用分隔相邻的热交换通道和在其整个表面上都穿孔的穿孔板划分出双通道排列。在被加热的通道的整个横截面上提供好的循环的同时，填料或穿孔的板的使用可以加强与反应通道之间的热传递。
图6和7显示了两组各自独立的、将不同流体封闭地从反应器设备50相对的末端进行循环的通道对的设备。入口物流51向具有上入口腔53和上出口腔54的歧管装置52提供流体。入口腔53将上入口物流51分配至通道对55(如符号所表示)。上出口物流56通过上出口腔54在符号⊙所表示的通道开口从第一组通道对55中收集流体。穿孔段57连接第一组通道对55中的两个通道。类似地，将下部输入物流58通过歧管装置60分配至第二组通道对59。第二组通道对59中的上穿孔段61连通了用于通过歧管60抽出下出口物流62的通道。
利用这种排列方式，可以将两种不同的流体在热交换反应中以完全的交叉流动的关系使用位于反应器设备相对的末端的简单的歧管装置进行循环。这样，第一组通道对可确定循环热交换流体的热交换通道，而第二组通道对可确定接受反应物物流和释放反应后的物流的反应通道。
图8和9显示了使用奇数通过次数从而提供简化了的进口和出口歧管装置的反应器通道排列方式。在图8中，入口物流65进入具有一个腔的进口歧管66。进入入口歧管66的流体向下流入一系列三次通过通道装置67的进口通道68。板69底部的穿孔部分78将流体从入口通道68输送至中间通道70，并且上部穿孔部分74继续将流体从中间通道70输送至出口通道71。同样包括一个单开口腔的歧管72收集源自出口腔71的排出物以便由出口物流73排出。这样，图8的设备将穿孔部分交替地放置在划分出通道的板的末端，从而划分出在通道的一端配送流体并在通道的相对的末端收集流体的流动路径。
图9显示了图8的设计的另一个方案，其中侧歧管75延伸至热交换通道的多个段76之间。可以将一种流体或多种流体通过图6至8中描述的歧管装置输送至热交换通道。侧通道75可以分配或收集源自一个或多个如分开的板所确定的通道的侧面77的液体。为说明起见，图8和9显示出了通道70侧面的用于配送中间物流80的开口79。开口79可以延伸至与侧歧管连通的通道的整个长度或如图8中通过孔79所表示的，仅延伸至其一部分。从实际建造的角度出发，通道的侧面上的孔可以更方便地通过在通道的侧面上断续焊接来提供，而不是通过开孔来划分。
实施例
以下实施例阐述了管式反应器基础案例和一种如图6和7的使用两个独立流动路径的通道反应器设计的操作。所有实施例都是邻二甲苯至邻苯二甲酸酐的氧化反应。数字数据使用了充分确立的动力学数据和由实验得到的热传递数据。所有催化数据都是基于具有2000cm2/g表面积的碳化硅基底材料表面涂层五氧化二钒的性能参数。所有实施例的操作都使排出物中的2-苯并〔c〕呋喃酮含量为在PA产物中小于1000ppm。这些实施例也模拟了熔融的盐为冷却介质的使用。
实施例1
本实施例确立了管式反应器基础案例的性能并得到了与现行工业管式反应器的性能相似的结果。在此基础案例中，含有浓度为75g/Nm3的邻二甲苯原料的空气给料以10,000kg/m2/hr的质量流量通过直径为25mm的三米长的管，并沿着管产生了0.3巴的压降。该管式反应器模型使用了外径为9mm、典型地带有5mm直径的孔的环状颗粒。在698°K的温度下的盐浴围绕管的外壳的循环提供了冷却。原料在约700°K的温度下进入管式反应器。最终的2-苯并〔c〕呋喃酮在PA产物中的含量为低于1000ppm。图10以图的形式描述了沿着代表性的管的长度的温度曲线。该管在其路径长度的最初50cm达到了约850°K的峰值温度。图11表明了在管长度的最初约100cm的邻二甲苯的基本完全的转化。图11也显示出管中后续的转化在将PA选择性提高到约83％的同时，将邻甲苯甲醛和2-苯并〔c〕呋喃酮的含量降低至低于1000ppm的水平。
实施例2
板式热交换器型反应器在与管式反应器相同的邻二甲苯入口浓度和通过热交换通道的质量流量下操作。通道设备在一个通道对中的通道间6mm间隔中装有2mm球形催化剂。为了在通道两端维持与在管两端相同的0.3巴的压降，将板式反应器设备中的工艺流量降至7500kg/m2/hr。尽管如此，板式交换反应器的尺寸设计维持了与管式反应器中相同的基于单位反应器容积热传递表面积与催化剂表面积的比。在相同的75g/cm3的邻二甲苯在空气原料中的浓度下，板式交换反应器中的工艺入口温度比管式反应器提高15℃或达到约713°K，以维持相同的PA产物中的2-苯并〔c〕呋喃酮含量。即使在提高的入口温度下，图12显示出通道中的峰值温度下降至约815℃，比管式反应器下降了约20℃。同样，图13显示了邻二甲苯沿着板式交换反应器的路径长度的快速转化，其中PA选择性相同并且邻甲苯甲醛和2-苯并〔c〕呋喃酮的含量低于1000ppm。由此，本实施例的温度下降显示出板式热交换反应器比管式反应器的总热交换能力高约30％。
实施例3
实施例3评价了输送至板式交换反应器的空气中的邻二甲苯的浓度在75g/Nm3至110g/Nm3范围内的增加，从而确定在板式热交换反应器中产生与管式反应器中相同的峰值温度的浓度。源自额外的邻二甲苯的氧化的热需要将循环的盐的温度从实施例2的713°K提高至717°K，以将PA产物中的2-苯并〔c〕呋喃酮的浓度保持在1000ppm以下。在约105g/Nm3的浓度水平下，板式反应器的峰值温度(见图14)接近管式反应器设备的最高温度。如图15所确立的，与管式反应器相比，通过使用板式交换器，可以将邻二甲苯的最高浓度显著提高，而同时将PA选择性维持在约83mol％。
实施例4
实施例4显示了将邻二甲苯在路径中的中间点分段注入从而重新建立75g/Nm3的最高浓度的操作对温度和转化率的影响。此实施例中，原料的分段化注入通过将图8和9的侧分配管与图6和7中所示的通道对的组中的一组协同使用而实现。本实施例减少了原料的起始注入，从而将板式反应器的入口处的加工流量减少到邻二甲苯第一段注入的5525kg/m2/hr。该设备在沿热交换反应器的路径长度30cm处，在向上流动和向下流动的通道组中每一对的通道之一的中部注入额外的邻二甲苯。由于加工流量下降，循环盐浴的温度下降至700°K，相当于管式反应器入口处的温度。在本实施例中，通道的路径长度增加至共130cm，这为第一段提供了额外的30cm的长度，同时保持实施例2和3中使用的第二段的100cm不变。额外的长度将PA产物中的2-苯并〔c〕呋喃酮的含量减少至1000ppm以下。然而，即使在长度加长的情况下，总压降保持在低于管式反应器实施例的0.3巴的值上。图15显示出低于810°K的第一段的最高峰值温度。图16显示出在注入点后最初30cm的邻二甲苯的基本完全转化。图17显示出连续的高于83％的PA选择性。作为结果，产生50kMta的PA的使用管式反应器的处理装置需要33立方米催化剂。相比之下，用于产生同样量的PA的使用多次原料注入的板式热交换反应器仅需要12.8m2催化剂，因此与管式反应器设备相比，显著地降低了板式反应器设备的资本成本。从另一个角度看，本实施例表明，通过采用分段原料注入，邻二甲苯原料浓度与管式反应器相比实际加倍。
总的来说，实施例确立了板式反应器相对于管式反应器的很多工艺优点。实施例的比较显示了使用将空气和邻二甲苯的混合物在一个单独的入口点加入从而生产邻苯二甲酸酐的板式热交换反应其设备的总热效率的提高。在提高的邻二甲苯在空气中的浓度下通过一次原料注入过程使用板式反应器设备可以产生额外的优点。此外，在板式反应器设备中将邻二甲苯的分段原料注入实质性地减少了板式反应器的成本。此类节约包括空气压缩成本降低50％和因板式反应器与管式反应器相比较小的尺寸而产生的资本成本的实质性减少。

Claims (11)

1.用于通过使用间接热交换流体的间接热交换对反应区中的反应物进行间接加热或冷却的同时将反应物和催化剂在反应区中接触的反应设备，该设备包括：
划分出在一端带有流体入口(14)的第一组通道(15)和带有流体出口的第二组通道(27)的多个层叠的板(17、19)，并且；
其中该多个层叠的板(17、19)包括用于阻止流体在相邻通道间流动的无孔板(19)，其中穿孔板(17)与无孔板交替，从而划分出了从流体入口(14)至流体出口的连续的流动路径，和，
至少一段穿孔段(16)，该段在第一和第二组通道(15、27)之间输送流体，其中层叠的板的至少一部分在其一端穿孔，其中每个穿孔段(16)仅延伸至穿孔的板(17)的一部分，并且至少一套穿孔处于与流体入口相对的位置。
2.根据权利要求1的设备，其中分配歧管(20，21)在位于通道顶部(15、27)的流体入口(14)和流体出口分配和收集流体，通道的至少一部分在其底部划分出了颗粒出口(30)，第一组通道(15)的流体入口(14)和/或第二组通道(27)的流体出口接受颗粒，并且催化剂卸载装置(28)在处于催化剂保留位置时封闭颗粒出口(30)，而在处于卸载位置时则打开颗粒出口。
3.根据权利要求1的设备，其中在一组板(17)中每隔一个板(17)在其底部为穿孔段(16)，以直接连通第一和第二组通道(15、27)的底部从而允许流体流过，并且流体入口(14)和流体出口位于第一和第二组通道(15、27)的同一端。
4.根据权利要求2的设备，其中第一和第二组通道(15、27)在其底部划分出了颗粒出口(30)，而卸载装置(28)包括第一组门(29)，该门在处于第一个位置时打开一组通道以卸载颗粒，而在第二个位置时将颗粒保留在通道中，而且该卸载装置包括第二组门(31)，该门具有带有长孔的板的构造，且第二组门在一组通道中保留颗粒时其位置在第一组门的上方。
5.根据权利要求1的设备，其中穿孔板上的穿孔(61、57)从通道的一端到另一端交替分布，从而确定了经过第一和第二通道对(58、59)和从第一和第二通道对的第一组收集和分配流体的处于通道一端的第一歧管(52)，以及处于通道相对的一端的从第一和第二通道对的第二组收集和分配流体第二歧管(60)的第一组和第二组独立的流动路径。
6.根据权利要求1的设备，其中至少两块穿孔板(69)在每一无孔板之间延伸，并且相邻的穿孔板在相对的末端具有穿孔段，从而确定了连续的、穿过至少三个通道长度的流动(60、70、71)，并且第一歧管(66)将流体分配至通道一端的流体入口，而第二歧管(72)则从通道的相对的末端将流体收集。
7.根据权利要求1的设备，其中第一组通道对确定了用于循环热交换流体的热交换通道，第二组通道对确定了接收反应物物流和释放反应后的物流的反应通道。
8.用于在通过使用热交换流体的间接热交换间接加热或冷却反应区中的反应物的同时将反应物和催化剂在反应区中相接触的反应设备，该设备包括：
划分出一端带有流体入口的第一组通道(68、70、71)和一端带有流体出口的第二组通道(68、70、71)的一组隔开的板(69)；
将流体在第一和第二组通道间输送的至少一段穿区(69)，其中隔开的板的至少一部分在其一端有穿孔区，每一段穿孔区仅延伸至有穿孔区的板的一部分，和；
延伸跨越通道的侧面和其上有同侧歧管连通的开口(79′)的通道的侧面的侧歧管(75)，以分配流体或将流体收集至该侧歧管。
9.根据权利要求1至8的任一项的设备，其中穿孔(16)所定义的开放面积的总和至少等于通道的总流动面积，且穿孔段(16)占板(17)的长度小于25％。
10.根据权利要求1至8的任一项的设备，其中反应通道具有小于2.5cm(1英寸)的平均宽度。
11.根据权利要求1至8的任一项的设备，其中板是平坦的并且通道是蚀刻进板中的。
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