CN1708350A - 具有用于载热介质的旁路的套管反应器 - Google Patents

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Abstract

用于催化气相反应的套管反应器(2；50；90；150；162；180；190；200；220；234)，具有一被反应器外壳包围并被液态载热介质冲淋的反应管束型式的反应容器(8；182；184；208；220)，至少一个设置在反应容器之外的用于载热介质的循环泵(122；230；270；280；290)，至少一个与循环泵并联的热交换器(16)和一同样与循环泵并联的旁路(22)，其特征为，在反应器的起动阶段在载热介质还比较冷和相应地粘稠的情况下可以用这样的方法控制流过旁路的载热介质流量，以部分绕开反应容器，而在反应器稳定运行时根据瞬时需产生的热交换器功率用这样的方法来自动调节载热介质流量，使得流过反应容器的载热介质流量基本上保持不变。

Description

具有用于载热介质的旁路的套管反应器
技术领域
本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的套管反应器。
背景技术
套管反应器是一种固定床反应器，它提供这样的可能性，即在在固定床内反应的在固定床内以及在固定床本身之间的处理气体混合物和一单独的载热介质之间形成热交换。这里反应原则上既可以是吸热的也可以是放热的。固定床—基本上是一种颗粒状催化剂—位于一通常垂直设置的反应管束的管子(反应管)内，管束两端密封地固定在管底内，并且所述管束在一包围管束的反应管外壳之内被载热介质环绕冲淋。处理气体混合物通过一跨接相关管底的反应器外壳输入管子，同样通过一跨接另一管底的反应管外壳输出。载热介质—经常是一种盐浴—借助于循环泵循环，并根据反应过程种类的不同由一热交换器加热或冷却。目前，泵和热交换器一样位于反应器外壳之外。相应地载热介质在一管底附近进入反应器套管，并在另一管底附近从套管内流出。为了实现规定的对于反应所希望的沿反应管的温度分布，载热介质的输入和/或输出部位也可以位于反应器套管的位于反应管之间的平面内。
为了得到反应器的全部管子尽可能均匀的温度分布—一个现代的套管反应器可以包含多达30000个管子或更多—以得到一致的反应流程和从而高的产量以及反应产品好的选择性，重要的是，保持反应器套管之内的载热介质的温度差小，尤其是为所有管子提供尽可能相同的入流状态，为此已经设置了用于载热介质输入、输出的围绕反应器套管的环形通道和在套管内部的用于载热介质的分配板和转向板—参见例如DE-A-2207166，在前序部分中以所述资料为出发点。分配板应该促使载热介质在反应器横截面上按希望分配，而相互交替的环状和盘状转向板通过使反应器套管内的总体上看为纵向的流动具有曲折的走向，用来在管束内部形成基本上横向的流。
按照后一种资料，在反应器上方一包含循环、泵和电力加热器的载热介质主回路的一可滑移控制的分支回路内设置一冷却器型式的热交换器。因此整个设备在运行温度上可以是灵活的，并且修理时可以方便地接近，以及冷却器只经受小的交变热负荷。在此期间在泵功率不变时在交变的运行条件下随着流过冷却器的支流的变化，流过反应器的主流也强制地变化，这又带来单个反应管入流状态的变化。此外泵必须设计得相应地大，以便在反应器的起动阶段在载热介质还是冷的并因此粘度比较大时能够考虑反应器内载热介质相应地较高的流动阻力，另一方面例如通过转速变化来改变泵的流量的可能性比较难以实现。
发明内容
现在这里本发明应该提供一种解决办法。因此本发明的目的是，在按权利要求1的前序部分所述的套管反应器中这样来设计换热系统，使得相关循环泵的输送功率在循环泵的额定转速不变的情况下可以尽可能小，并且与反应器内当前产生的热功率以及载热介质的粘度无关。
按照本发明这个目的用权利要求1的特征决定性地实现。此外从属权利要求给出了有利的实施形式和改进方案。
相关的附加旁路允许，流过热交换器的分量的任何减小和增大得到补偿，而不改变泵的功率。同样所述旁路使得可以在反应器的起动阶段在载热介质还较冷的并从而较粘稠的时部分绕过反应容器，从而使循环泵连同驱动机装置的尺寸和功率需求保持很小。
如果这里和以后提到“旁路”，那么它应该对本发明所要涉及的分路与里面有热交换器的分支回路加以区别。
虽然DE-A-1963394已知示出了一种带有外部循环泵和为此设置在分支回路内的热交换器的套管反应器，其中热交换器并联一可控制的旁路。然而这里应该实现，在全部载荷范围内同时保持流过热交换器和反应容器的循环量不变。但是这自然只有和可变的泵功率相结合才有可能，为此旁路看起来要这样确定尺寸，使它仅能够接纳另外流过热交换器的支流。
附图说明
下面借助于附图详细说明本发明不同的实施例。其中表示
图1按本发明的带有外部热交换器、外部的循环泵和旁路的套管反应器的示意图，
图2用于图1中右侧的回路元件的另一种方案，
图3关于各个支流在根据按图2的结构在不同运行状态下的相关阀位置变化的图线，
图4是与图1类似的示意图，但其中具有一带细分的环形通道的反应器，
图5是与图4类似的示意图，但其中具有另一种阀结构，
图6是与图5类似的示意图，但其中具有在一阀结构内实际实现的旁路，
图7a)-c)一三路滑阀在不同位置的示意图，
图8是与图4类似的示意图，但其中具有改变的管道布置和阀结构，
图9一类似的例如可以用在图8中的滑阀的示意图，
图10是与图1类似的示意图，但其中具有一与循环泵相连的抽吸压力提高的前置压力泵，
图11是与图4类似的示意图，但其中具有位于反应器径向相对的两侧的两个循环泵，
图12是与图11类似的示意图，但其中具有唯一一个热交换器，
图13本发明的带有一多区反应器的应用示意图，
图14本发明的带有一多区反应器的另一个应用示意图，
图15本发明的带有一多区反应器的又一个应用示意图，
图16本发明的带有一多区反应器的再一个应用示意图，
图17本发明的具有一带三个环形通道的单区反应器的应用示意图，
图18按图17的结构的另一种方案，
图19本发明的具有带三个环形通道的单区反应器的另一个应用示意图，
图20a)、b)一设置在上部区段上的短结构长度的两区反应器的反应器套管上的循环泵的示意性正视图和水平剖视图，
图21a)、b)类似于图20a)和b)的循环泵的示意性正视图和水平剖视图，但其中流动方向相反并且与下反应器区段相连地设置，
图22a)-c)一类似于图20的泵结构的示意性正视图和在不同平面内的水平剖视图，但其中具有一环绕循环泵的循环泵出口，和
图23a)和b)  一类似于图20的泵结构的示意正视图和水平剖视图，但其中具有环绕循环泵的循环泵入口和相反流动方向。
具体实施方式
在图1中，只能从外部看到，表示一具有两个靠近反应容器8上端和下端的环形通道4和6的套管反应器2，在所述反应容器中反应的处理气体混合物—例如从上向下流过所述反应容器，但是载热介质总体上看从下向上，即与处理气体混合物反方向地流过所述反应容器。为此载热介质从上环形通道，即在这种情况下由载热介质输出侧的环形通道4经过一管道10输入一循环泵12，所述循环泵将载热介质通过一管道14回输给下环形通道6，从而输入反应容器8。由循环泵12输送的载热介质的一个支流通过一在一阀控制的分支回路18内的热交换器—例如冷却器—回到循环泵12的入口20，通过此循环泵使载热介质与通过管道14输送给反应器2的主流混合。此外一同样由阀控制的旁路22与循环泵12并联，所述旁路同样可以将一由循环泵输送的载热介质的支流回输给其入口20。
作为另一种选择旁路22也可以如图1中虚线所示的那样，位于包含热交换器16的分支回路18中。这里可以看到，分支回路18或旁路22的阀24和26也可以用唯一一个多路阀代替，其它如按图2的情况所示的那样。
在环形通道4和6与管道10和14相对的一侧上，按图1在环形通道上在另一分支回路28内连接一电加热器30，该加热器在许多情况下用来在反应器起动时将开始还是冷的载热介质加热到一适合于反应起动的温度。分支回路28也是可阀控制的，但是已经证明，相关阀32在大多数情况下可以取消，而没有损害。在这种情况下流过加热器的支流通过一稳定节流元件等适宜地限制在占循环载热介质总量的5％，尤其是3％以下。
所述电加热器也可以用一蒸汽或烟气加热器或一火焰加热器代替。
现在按照本发明在反应器的起动阶段根据载热介质温度这样来控制流过旁路22的流量，从而还比较冷的并从而粘稠的载热介质基本上绕开反应容器8必要时还有热交换器16(只有当热交换器是一个冷却器时)，而在反应器稳定运行时这样地调节流过旁路的流量，使得流过反应容器8的流量与当时输入或输出的热功率无关地基本上保持不变。按照本发明这种恒定的流量可以用恒定的泵功率来实现。所述泵功率对于存在于反应容器8内的反应管的保持不变地入流有重要意义，因为随着反应容器内部载热介质流动速度的变化，反应容器内局部的入流状态也发生变化，例如紊流可能转变成层流，或者在转向部位由于惯性力效应的减小通过另一条路径。此外在任何情况下在运行状态中不变的泵流量对于循环泵的最佳设计有重要意义。
当然必要时泵功率也可以改变，例如用于使反应器按程序进行的功率变化。这种变化可以通过泵的转速变化或几何形状改变进行，但是这是比较复杂的措施，应力求避免这种措施。
图2用一种原则上和图1中所示的一样的结构，确切地说用设置在带热交换器16的分支回路18中的旁路22(如图1中虚线所示)示出一种有利的实施形式。如果所示元件和图1中的元件一致，则所述元件在这里以及下面采用相同的附图标记。
根据图2与热交换器16串联或在旁路22中的两个阀24和26用一共同的多路阀34代替。此外现在在循环泵12的入口处以及在旁路22与热交换器16的回输管36的汇合处设置混合器38和40。但是一混合器同样也可以布置在循环泵12的出口处或载热介质入口侧的环形通道—这里是环形通道6内。即为了实现在每一个反应器水平横截面内尽可能均匀的管壁温度，出现在反应容器8内的载热介质流没有分层，尤其是没有任意的分层，具有重要的意义。
此外混合器，如图2中的混合器38和40，还有即使没有特意画出的，在后面还要介绍的实施例中可以设置在为此所考虑的所有部位。
在图3中参照按图2的原理性结构借助于图线示出前面已经提到过的控制或调节过程。在图线的横坐标上标注阀行程，而纵坐标表示流过旁路22的相关流量VB以及流过热交换器16的流量VC。在考察反应器起动的第一阶段I内，旁路22基本上完全开启，而流通热交换器16(无论如何假设在这里是一个冷却器)的流量被关断。在这种情况下，由于流过旁路22的流动阻力比较小，由循环泵12输送的载热介质流一较大的体积部分流过旁路22，而不是反应容器8，因此泵12卸荷。如果通过载热介质的加热在使其粘度减小的同时实现一稳定的运行状态(阶段II)，则此后可便根据流过热交换器16的流量VC这样来调节流过旁路22的流量VB，以使得流量VB和VC之和以及由此流过泵12和反应器8的流量保持不变，所述图线从这样的假设出发，即流过热交换器16的流量VC本身根据当时所交换的热功率控制。
图4表示一与图1中的反应器2基本上相同的套管反应器50，然而其中具有其管道10和14的循环泵12和包含热交换器16的分支回路18连同旁路22一起在不同的部位连接在环形通道4和6上。与所示图示不同这些部位也可以在例如反应器50径向的相对侧上。无论如何这里两个环形通道4和6分别通过一垂直隔壁52和54分开，并且分别通入的管道14和56从泵12或热交换器16一侧相应地分叉，此外其中管道56的两个分支配备一无级可调的阀58，以便使相关输入可以按希望的方式分配到通过隔壁52形成的两个环形通道端部60和62。当然，阀58也可以通过一共同的多路阀—必要时以挡板的型式—代替。
图5表示一和图4中一样的带有同样连接的循环泵12的套管反应器50，但是其中流过旁路22的支流可只通过一个位于通向热交换器16的输入管64内的阀24控制，如图1中所示的那样。在这种情况下，阀24关闭得越严，由泵12输送的载热介质便更多地流过旁路22，其中流过反应容器的流量取决于载热介质由于其粘度在反应容器内所受到的流动阻力。
图6表示一基本上和图4一样的结构，但是其中多路阀34与旁路22统一成一唯一的阀单元68，如图7中示意所示，据此来自于环形通道6的管道70进入阀单元68，热交换器16的输出管36也一样。另一方面通向热交换器16的输入管64以及通向环形通道4的管道56从阀单元68中出来。
由图7a)-c)可以看到阀单元68的工作原理，其中示出了处于不同阶段的阀单元68。
(阀单元)是一带一阀壳体72和一可通过杆74移动的阀芯76的卸压滑阀。壳体72包含一阀芯孔78和多个从侧面通入此孔的通道80-86。重新考察图6，可以看到，通道80与管道56、通道82与管道70，通道84与管道36，通道86与管道64连接。相关载热介质流VRi、VRo、VCi和VCo对应于在图6中所标注的附图标记。在这个情况下VB形成旁路流，如在上述实施例中流过旁路通道22的旁路流一样。
在按图7a)的阀位置时，由管道70进入的载热介质流VRo作为流VRi无阻碍地转移到管道56内，而管道64则关闭。按图7b)由管道70输入的载热介质流VRo部分作为流VRi进入管道56，但是部分作为流VCi进入管道64，而由管道36进入的热交换器16的回流VCo与转移到管道56内的流VRj混合。按图7c)由管道70进入的全部载热介质流VRo作为流VCi转移到通向热交换器16的管道64内。按图7a)的状态对应于还必须加热载热介质的反应器的起动阶段，或者对应于运行中断的状态。按图7b)的状态对应于反应器运行中的“调节阶段”。图7c)对应于全负荷状态，这时在循环泵处分叉的支流全部流过热交换器，即旁路不工作。按照本发明只允许在例外情况下达到这种状态。因为阀芯76除了在由图7a)所示的流入的载热介质可自由流出的情况以外始终两侧受到压力作用，所述阀芯基本上是压力卸载的，因此它可以方便和灵敏地调整。此外有时可以取消管道26中的阀24，因为经过热交换器16引入的支流VCi反正要通过阀单元68控制。
图8表示一与图4-6的反应器50基本上相同的套管反应器90，但是其中循环泵12和包含热交换器16和旁路22的分支回路18分别在相互叠置的，即位于沿反应器相同的外形轮廓线(Mantellinie)上的部位处连接在环形通道4和6上。按图8来自环形通道6的两段92和94的两条分开的管道96和98通入一多路阀100，如在图9中和其它元件一起示意性地示出的那样。由阀100引出通向热交换器16以及旁路22的管道64，同样热交换器16的输出管36与旁路22在进入环形通道4之前汇合。与图4至6不同这里相连的回流管56在此之前便分叉了，并在两个支路中安装了节流机构102，以便确定流向环形通道4的两段60和62的载热介质流的分配量。因此节流机构102代替图4至6中的两个阀58，它们通常只需要调整唯一一次。
此外在图8中仅示例性地示处在循环泵12和热交换器16上方的膨胀容器104和106，如通常为此所采用的那样，保持整个载热介质回路始终全部填充有载热介质，并且在回路内保持一定的最低压力，并提供补偿体积。
在图9中示意性地示出与旁路22和节流机构102相连的多路阀作为类似于上述阀单元68的共同的阀单元108。阀单元108具有一带一阀孔112的阀壳体110和多个侧向通入阀孔的通道114-124，以及一对称的阀芯126。如果参看图8，则可见管道96和98通入通道118和120，管道36通入通道122，而管道64从通道124引出，管道56的两个分支从通道114和116引出。节流机构102安装在通道114和116内。和阀单元68的情况相同旁路22集成在阀单元108内。
此外由图8可见，阀杆128穿过另一填充有载热介质的容器130，在膨胀容器106旁向上到达一用来操纵阀芯126的气缸一活塞单元132。
图10表示一类似于图1的带有在其中用虚线表示的位置上的旁路22的结构，然而这里载热介质的流动方向相反，即总体上看载热介质从上向下流过反应容器8。因此环形通道4和6上的接头可方便地互换。然而按照图10还有一在所示情况下由一喷射器组成的所谓前置压力泵136，它利用从循环泵12的输出管138分叉的由循环泵12输送的载热介质的支流工作，并将所述支流输入循环泵的输入管道140，其中将载热介质从一类似于图7中的膨胀容器106的膨胀容器142抽出。代替按图10的喷射器式前置压力泵136，也可以采用其它形式的前置压力泵，例如以一安装在循环泵12的轴上的附加叶轮形式。这种任意结构类型的前置压力泵的意义在于避免在循环泵12吸入侧的压力下降到这样低的数值，使得在所述泵中形成气蚀(Kavitation)，如在其它情况下特别是在结构比较紧凑的大功率泵中所担心的那样。
用于盐浴冷却的套管反应器的防气蚀循环泵本身可以由FR2660375A1得知。在这种从下向上输送的泵中，载热介质的一个支流从泵出口在泵壳体内部回输到泵入口，在此期间同时通过泵壳体内部的支流保持载热介质在一在泵出口之上的规定的最低水平面。但是在泵比功率高时只通过这个措施不足以防止气蚀，不管泵从下向上还是从上向下输送都一样。
此外由图10可见，一平衡管146通入容器142内的一立式管144，一从反应容器8的内部引出的排气管148又通入此平衡管内。因为通常在反应容器8内部存在比扩张容量142内高得多的压力，因此在排气管148内装入一节流器149。
图11示出一类似于图3的结构(除其中所示的混合器38和40之外)，但是按对称布局在套管反应器150径向相对的两侧带有相应地在两侧通过隔壁152和153分成相等的两半154和156或158和160的环形通道4和6。两侧完全相同。因此按图11的结构基本上相当于按DE-3409159A1的结构，除了在该资料中，一共同的热交换器在循环泵的连接部位之间连接在环形通道上和缺少旁路之外。
图12示出一带有一具有两个径向相对设置的循环泵12的套管反应器162的类似结构，但是带一位于所述泵之间的连接在环形通道4和6上的共同的热交换器16，因此与DE3409159A1比较相似。在这个实施例中环形通道4基本上相当于按图11的环形通道，而环形通道6通过一螺旋形隔壁164分成两个分别从相关泵12的供给部位起逐渐变小的段166和168，如图所示的那样，而两个环形通道可由DE4326643A1可知。已经证明，如按图12对于环形通道6所示的那样，这种分隔基本上仅对于载热介质输入侧的环形通道带来好处。与前述两种先前公开的资料不同，在进行热交换的热交换器向环形通道4内供给的部位在载热介质输出侧的不是两个分开的阀，而是设有唯一一个多路阀170，它原则上可以具有与图7中的阀单元68类似的结构。但是通常在这种环形通道系统时阀170可以不需替换地取消，而不带来缺点，因为两个通过环形通道段166和168输入反应容器8的载热介质流可充分地混合。
此外代替在图12中所示的螺旋形隔壁164也可以设置一例如具有较长水平段的Z形弯折的隔壁，如在同时申请专利的“用于向套管反应器输入输出载热介质的环形通道”中所示的那样。环形通道段166和168的重叠部适宜于在环形通道总长的1至100％之间，尤其是在20至100％之间，最适宜在50至100％之间。
图13表示一带有两个在端侧相互连接的与例如图1中的在其两端分别带两个的环形通道4和6的反应容器8类似的反应容器182和184的多段套管反应器180。两个这样形成的反应器区I和II具有相同的带一单侧连接在相应环形通道4和6上的循环泵12和一在径向相对侧连接在相同环形通道上的包含一热交换器16的分支回路18连同旁路22的载热介质循环系统。与热交换器16不同在图13中示出两个循环泵12位于在相同的高度上，这应该象征性地表示，所述循环泵连同其驱动装置由于制造工艺方面的原因适宜于安装在同一平面内。仅示例地在两个循环泵12上方示出一个共同的膨胀容器104。当然也可以设置分开的膨胀容器。此外和图13不同，在两个反应器区I和II内总体的载热介质流量也可以是反方向的，同样也和流过反应器的反应气体混合物反方向地流动。
如果需要的话，这里也可以给一个或两个循环泵12加上一个前置压力泵，例如图10中的前置压力泵136那样。
如在多段套管反应器中常见的那样，两个反应容器182和184可以具有带有必要时不同的管数和管布局的分开的管系(Berohrung)，所述管系终止于相邻的管底上，但是也可以具有一共同的连续的管系，这里仅通过一围绕管子的或多或少密封的隔板将载热介质相互隔开。在第一种情况下和在采用按图13的结构(除共同的膨胀容器104外)时也可以设想，两个这样形成的反应器区I和II用不同的载热介质工作。
图14表示一相同类型的多区反应器180，然而其中两个载热介质循环回路相互连接并具有一自己的热交换器16，即使循环泵12和旁路22是分开的。另一个区别是，这里流过反应容器182和184的载热介质流—仅是示例性地—也是方向相反—即与反应气体混合物反方向—地进行。
图15也示出一带有两个循环泵12和一个共同的热交换器16的相同类型的多区反应器180。在其径向相对的在环形通道4和6上的接头上，这种结构基本上和按图13的结构相似。但是除了共同的热交换器16外，与图13的结构的区别在于，载热介质流过反应容器182和184的总体流动方向是相反的。载热介质与反应气体混合物相反地流过反应容器182，而在反应容器184内部与反应气体混合物相同，同样流动方向也可以是倒过来的。
原则上和图8的情况一样，热交换器16特有的膨胀容器按DE-A2207166这样确定尺寸，以便于为了修理和维护工作可以穿过膨胀容器拉出热交换器-管束，而不必为此放出载热介质。
图16示意表示一带有两个相互顺序设置的，仅仅通过一隔板192相互分开的区段I和II的多段一套管反应器190，区段I和II分别带有两个与唯一一个循环泵12、唯一一个热交换器16和唯一一个旁路22相连的环形通道4和6。在反应器区I内设有例如由DE-A-2201528所知的相互交替的环形和盘形转向板194和196，而在区段II内则只包含唯一一个环形转向板194。两个区段在载热介质循环回路上是互相连通的，其中在总体上看载热介质与反应气体混合物反方向地流过两个区段。如图可见，流过热交换器16的载热介质仅直接流入下面的区段II，所述区段II在热交换器16是一冷却器的情况下也可以只是一不发生反应的冷却区。在这种情况下上部区段I只有这样才能得到冷却，即通过冷却的载热介质从区段II经过一回流管198流回循环泵12的入口，然后主流从那里出发经过下环形通道6进入区段I。在这种情况下，在区段II的区域内的反应管不填充催化剂，而仅填充惰性物质。
图17表示一种与图16不同的带有这样一种多区反应器200的变型方案，在该反应器中两个相互顺序衔接的带有贯通的管系的区段I和II不是通过一隔板而是通过一位于所述区段之间的载热介质入口区III相互分开，因此它总共只有三个环形通道202、204和206。这里由唯一的循环泵12输送的并且部分地在一分支回路18内经过一热交换器16引导的载热介质通过中间的环形通道204进入载热介质入口区III，以便在其中分叉成一从下向上流过反应器区I的支流和从上方流入反应器区II的另一股支流，并经过最下面的环形通道206离开反应器区。相连的回流管198可以是阀控制的。但是这并不是必须的。此外在这个例子中处理气体混合物从下向上穿过反应器200，但是这里也可以从上向下穿过。重要的仅仅是，载热介质反方向地流过两个反应器区I和II。
图18示出一种与图17不同的具有一个只带两个环形通道202和204的多区反应器的方案，而环形通道206连同管道198由在相关反应容器208内部的通向环形通道202窗口210的管子212代替。值得注意的是管子212，如其上的小箭头象征性地表示的那样，分别具有多个在不同平面内的入口和出口。
在和上述的反应器180、190和200一样的多区反应器中，单个反应器区—如I或II—的高度适宜于在所有反应器区总高度的10至80％之间，尤其是在20至80％之间。
图19示出一类似于例如按图1的反应器2的单段套管反应器220，但其中反应器2不同，除了两个位于端部的环形通道4和6之外附加地设置另一环形通道222。环形通道222通过一阀控制的管道224与从环形通道4通向循环泵12的管道10连通，此管道在这种情况下同样是可阀控制的。用这种方法可以将通过环形通道6输送到反应容器226的载热介质主流按任何希望的方式分成两股支流，其一股已经同过环形通道222流出，而另一股则流过反应容器的其余部分到达环形通道4。当然，管道10和224内的阀同样可以通过一多路阀代替。
在所示例子中反应气体混合物从下向上流过反应器220。如果假设，在反应器中发生的反应是一吸热反应，并因此将热交换器16设计成一加热器，则可以对进入的反应气体混合物或多或少程度地进行预热。同样在放热反应和流动方向相反的情况下也可以进行后冷却。
应该理解，以上借助于不同例子所说明的各措施可以以任意方式相互组合，同样流动方向也可以按当时的需要确定。如上所述，可以为此设想在希望的部位设置混合器，以便统一地加热各汇合的载热介质流，同样也可以如通常那样采用膨胀容器、排气机构、前置压力泵等。
多区反应器，例如在图14中所示的多区反应器180，也可以设计成带有两个以上的区段和相应数量的泵，但是其中多个区段可以共同具有一个或多个热交换器。例如可以做成一带有四个泵和两个分别用于两个区段共同的热交换器的四区反应器，同样也可以设想为所有区段设置一个共同的热交换器。所有泵或者至少其驱动装置适宜于安装在反应器上方侧面一相同的高度上。每个泵或每个热交换器可以配备一个膨胀容器，如图15中所示的膨胀容器104或106。膨胀容器可以相互连通，这在原理方面已由DE-A-2207166可知，或者对于几个泵和/或热交换器可以采用共同的膨胀容器。在后一种情况下膨胀容器可以相互补充。
如果泵没有设置在同一高度上，则尤其是在关闭一个泵时，会在相互邻接的区段之间产生穿过相应隔板的泄漏。在这种情况下在最下面的区段内产生的溢出可以被引入一储存容器，从那里又被回输到最上面的区段中。如果热交换器和泵基本上设置在同一高度上，则得到这样的优点，即可以拆卸或装入热交换器管束，而不必为此放出载热介质。如果在采用蒸发冷却器形式的热交换器时冷却器管束与带有水和/或水滴分离器的蒸汽鼓装在一起，则情况也是这样。
在这种多区反应器中采用的过程可以是多级的，其中过程的级数不需要和反应器的区数一致。例如在四区反应器开头两级中由丙烯制造丙烯醛，在后两级中由丙烯醛制造丙烯酸。其中在各级中载热介质可以独立地，根据各级的需要，总体上看相对于处理气体流按顺流或逆流行进。
特别是对于采用在冷却到环境温度时通常会凝结的盐浴型式的载热介质的放热式运行的反应器的起动来说这里还应该说明以下情况：
首先引导对于催化剂无害的高温气态介质—大多数情况是空气—通过反应器的接触管，直到将接触管加热到载热介质熔点以上的温度。计算用于预热时间的气体流量和温度上升。这时这样地限制加热速度，以使得反应器不会受到损坏。辅助机构，例如泵，加热器和管道，可以由伴随加热器预热。在这个预热时间结束后填充已经液化的载热介质。如果循环泵处于运行状态，则可通过例如由一电加热器如加热器30(图1)继续加热的液态的载热介质加热到工作温度。
在多区反应器中加热过程可以分段进行，其中可以首先仅使带有填充的载热介质的第一区段内的载热介质回路投入运行，并用接通的加热器加热。为了加热第二区段通过接触管同样引入高温气体，所述气体在已经投入运行的第一区段内继续被加热。这时第二区段预热到这里也可以注入载热介质为止。如果这已经发生了，则第二区段可以通过载热介质由自己的加热器继续加热，或者可以设置一旁路，第二区段可以通过所述旁路由第一区段的加热器加热。这种旁路有时对于反应的起动也是有用的。通常起动反应需要很多热量，因为在开始时反应器只加入处理气体的一种组分。在这个时间内反应器当然不产生热量。加热器大多不是按起动功率设计的。为此它从载热介质中吸取其余的热量，而载热介质相应地冷却。在多区反应器中为此可以通过所述旁路利用多个区段的载热介质量。
如果顺序设置多个反应器，则所述反应器的加热和填充可以用类似方式顺序进行。
如果用一种介质—例如混合气体—对反应器内的催化剂进行调节、调温或任何其它处理，则所述处理根据催化剂的性能进行。通常相关处理在灌入载热介质后在相应温度下进行。在填充之前载热介质通常在一单独的储存容器内预热和熔化。相应的建议在例如论文“Molten Salt for HeatTranfer”，H.P.Voginck和V.W.Uhl，化学工程，1963年5月27日第129-135页中找到。
在图20至23中示出特别是可以和本发明的套管反应器一起使用的循环泵结构，其中循环泵的入口和出口相互离开得比用于载热介质输入和输出的相关环形通道的接头远。
具体来说图20以一局部剖开的正视图和一水平剖视图表示一装在具有反应器区236和238和相应地4个环形通道240、242、244和246的两段式套管反应器234上的轴流泵型式的循环泵230。确定地说泵230连接在上反应器区236。它包括一装在一泵壳体250内并在一垂直轴252上的泵叶轮248，轴252在泵壳体250上方穿过一膨胀容器254，并直接由一在所述膨胀容器上方的(未示出的)电机驱动。泵壳体250包含一沿流动方向向下喷嘴形扩大的通道256，在此通道内在所示实施例中在泵叶轮248前后设有导流叶片258和260。
泵壳体250以一入口262和一出口264直接连接在反应器234的下反应器区236的两个环形通道240和242上。因为其距离小于泵230的入口和出口的距离，出口264侧向弯曲。
泵230的出口264在进入环形通道242处向两侧分叉，其中附加地通过导向板266和268提供规则的导流。类似的导向板，尤其是如导向板268，也可以设置在泵壳体的入口262处，如图20b)中所示。
图21表示一装在两段式反应器234的下区238上的循环泵270，其中假设，所述下区中载热介质总体上轴向的流动方向与上区236相反。泵270的入口272与反应器区238的下环形通道246相连，而出口274从上方通入环形通道244。因为由于气蚀的原因通常适宜于让泵从上向下输送。为此载热介质通过一垂直段276输送到泵的入口。由于结构上的原因下反应器区238的泵270也适宜于安装在和图20中上区236的泵230相同的高度上。相应地全部泵的膨胀容器254安装在同一高度上。泵轴252支承在相应膨胀容器254的上方，以便能够用简单的方法可靠地防止其支承部以及其驱动装置的腐蚀。和图20中的环形通道242和240的入口和出口一样，环形通道244和246的入口和出口也可以配备和266和268一样的导向板。
可以理解，泵230的出口264和泵270的入口272的弯曲部也可以设置在相应泵壳体的两侧。
图22示出，在类似于图20中的泵230的循环泵280中入口282和出口284可以围绕实际的泵壳体286。
图23示出一类似于图21中的循环泵270的与下反应器区238的环形通道244和246相连的循环泵290，然而其中现在入口292环绕实际的泵壳体294。用296表示设置在入口292内的导向板，此外它也可以同样设置在图22的循环泵280的出口284内。最后图23a)示意性地示出，一类似于图10中的前置压力泵136的喷射器型式的前置压力泵298可怎样连接在相关循环泵上，以便尽管排除气蚀危险仍可保持膨胀容器较低，并相应地保持泵轴252较短。

Claims (58)

1.用于催化气相反应的套管反应器(2；50；90；150；162；180；190；200；220；234)，具有一被反应器外壳包围并被液态载热介质冲淋的反应管束型式的反应容器(8；182，184；208；226)，至少一个设置在反应容器之外的用于载热介质的循环泵(12；230；270；280；290)，至少一个与所述循环泵并联的热交换器(16)和一同样与所述循环泵并联的旁路(22)，其特征为：在所述反应器(2；50；90；150；162；180；190；200；220；234)的起动阶段在载热介质还较冷和相应地粘稠的情况下可以用这样的方式控制流过旁路(22)的载热介质流量，以部分地绕过反应容器(8；182，184；208；226)，而在反应器稳定运行时根据瞬时需产生的热交换器功率用这样的方式来自动调节载热介质流量，以使流过所述反应容器的载热介质流量基本上保持不变。
2.按权利要求1所述的套管反应器(2；50；90；150；162；180；190；200；220；234)，其特征为：相关控制和调节功能必要时与载热介质循环系统内的其它功能一起统一在一共同的调节器内。
3.按权利要求2所述的套管反应器(2；50；90；150；162；180；190；200；220；234)，其特征为：所述调节器至少在反应器的起动阶段根据载热介质的温度来控制流过所述旁路(22)的流量。
4.按上述权利要求之任一项所述的套管反应器(2；50；90；150；162；180；190；200；220；234)，其特征为：在稳定运行时热交换器流量和旁路流量与流过反应容器(8；182；184；208；226)的载热介质流量之比在2至50％体积百分比之间，尤其在6至25％之间。
5.按上述权利要求之任一项所述的套管反应器(2；50；90；150；162；180；190；200；220；234)，其特征为：在所述反应器稳定运行时这样对流过旁路(22)的载热介质流量进行调节。以使得流过反应容器(8；182；184；208；226)的载热介质流量与设计额定值的偏差小于±20％。
6.按上述权利要求之任一项所述的套管反应器(2；50；90；150；162；180；190；200；220；234)，其特征为：所述反应气至少在反应容器(8；182，184；208；226)的两端区域内具有带有通向反应容器内部的用于输入和输出载热介质的窗口(210)的环形通道(4，6；202；222；240，242；244，246)。
7.按上述权利要求之任一项所述的套管反应器(2；50；90；150；162；180；190；200；220；234)：其特征为：所述反应气在载热介质循环回路内具有一用于在反应器起动阶段加热载热介质的加热器(30)。
8.按权利要求7所述的套管反应器(2)，其特征为：所述加热器(30)位于一自己的必要时阀控制的分支回路(28)内。
9.按权利要求8连同权利要求5所述的套管反应器(2)，其特征为：包含所述加热器(30)的分支回路(28)在与载热介质主回路的排出和输入部位不同的位置处连接在所述环形通道(4，6)上。
10.按上述权利要求之任一项所述的套管反应器(2；50；90；150；162；180；190；200；220；234)，其特征为：所述反应器的载热介质循环回路系统可加入外部加热的载热介质。
11.按上述权利要求之任一项所述的套管反应器(2；50；90；150；162；180；190；200；220；234)，其特征为：所述旁路(22)从循环泵(12；230；270；280；290)侧观察设置在热交换器(16)的分支回路(18)内。
12.按权利要求11所述的套管反应器(2；50；90；150；162；180；190；200；220；234)，其特征为：所述旁路(22)和/或包含热交换器(16)的分支是阀控制的。
13.按权利要求12所述的套管反应器(2；50；90；150；162；180；190；200；220；234)，其特征为：所述旁路(22)和包含热交换器(16)的分支由一共同的多路阀(34；68；100；108)控制。
14.按权利要求13所述的套管反应器(2；50；90；150；162；180；190；200；220；234)，其特征为：所述多路阀(34；68；100；108)是一卸压滑阀。
15.按权利要求13或14所述的套管反应器(50；90)，其特征为：所述旁路(22)集成在所述多路阀(68；108)内。
16.按上述权利要求之任一项所述的套管反应器(2；50；90；150；162；180；190；200；220；234)，其特征为：在载热介质循环回路内的至少一个支流汇合部位配备一混合器(38，40)。
17.按上述权利要求之任一项包括权利要求6所述的套管反应器(2；50；90；150；162；180；190；200；220；234)，其特征为：在至少一个所述环形通道(4，6；202，204，206；222；240，242，244，246)内安装一混合器。
18.按上述权利要求之任一项包括权利要求6和11所述的套管反应器(2；50；90；150；162；180；190；200；220；234)，其特征为：所述旁路(22)和热交换器(16)与循环泵(12；230；270；280；290)在不同的位置连接在环形通道(4，6；202，204，222；240，242，244，246)上。
19.按权利要求18所述的套管反应器(2；90；150；162；180；190；200；220；234)，其特征为：相应的连接部位至少近似地位于反应器相同的母线上。
20.按权利要求18的套管反应器(50)，其特征为：相应的连接部位在周向上相互错开。
21.按权利要求20所述的套管反应器，其特征为：相关的错开量为90°或180°。
22.按上述权利要求之任一项所述的套管反应器(2；50；90；150；162；180；190；200；220；234)，其特征为：在所述循环泵(12；230；270；280；290)和/或热交换器(16)上方设有一用于载热介质的膨胀容器(104；106；142；254)。
23.按权利要求22所述的套管反应器(2；50；90；150；162；180；190；200；220；234)，其特征为：循环泵(12；230；270；280；290)的轴(252)穿过膨胀容器(104；142；254)向上延伸，泵驱动装置安装在膨胀容器上方。
24.按权利要求22或23所述的套管反应器(2；50；90；150；162；180；190；200；220；234)，其特征为：一从反应容器(8；182，184；208；226)内部引出的排气管(148)通入膨胀容器(104，106；142)。
25.按权利要求24所述的套管反应器(2；50；90；150；162；180；190；200；220；234)，其特征为：在排气管(148)内装入一节流器(149)。
26.按上述权利要求之任一项所述的套管反应器(2；50；90；150；162；180；190；200；220；234)，其特征为：反应气体混合物从上向下或从下向上流过反应容器(8；182，184；208；226)。
27.按上述权利要求之任一项所述的套管反应器(2；50；90；150；162；180；190；200；220；234)，其特征为：载热介质从总体上看从上向下和/或从下向上流过反应容器(8；182，184；208；226)。
28.按上述权利要求之任一项所述的套管反应器(2；50；90；150；162；180；190；200；220；234)，其特征为：所述循环泵(12；230；270；280；290)从上向下输送。
29.按上述权利要求之任一项所述的套管反应器(2；50；90；150；162；180；190；200；220；234)，其特征为：所述循环泵(12；230；270；280；290)在泵叶轮(248)的前面和/或后面具有至少一个导流叶片(258；260)。
30.按上述权利要求之任一项所述的套管反应器(2；50；90；150；162；180；190；200；220；234)，其特征为：所述循环泵(12；230；270；280；290)与一防止由于形成气蚀产生的其抽吸压力不允许的下降的前置压力泵(136，298)组合。
31.按权利要求30所述的套管反应器(2；50；90；150；162；180；190；200；220；234)，其特征为：所述前置压力泵由循环泵(12；230；270；280；290)的轴(252)上一附加的泵叶轮组成。
32.按权利要求30所述的套管反应器(2；50；90；150；162；180；190；200；220；234)，其特征为：所述前置压力泵(136；298)由一喷射器组成，所述喷射器由循环泵(12；230；270；280；290)的输出侧供给，并从一膨胀容器(104；142)中抽吸载热介质。
33.按上述权利要求之任一项包括权利要求6和11所述的套管反应器(50；59)，其特征为：至少载热介质出口侧的环形通道(4)在来自热交换器(16)和旁路(22)的支流的输入部位处通过一径向的垂直隔壁(52)分开，并且相关支流定量分配地输送给这样的形成的两个通道端部(60，62)。
34.按权利要求33所述的套管反应器(50；90)，其特征为：相关定量装置由至少一个调节阀(58)或一对节流机构(102)组成。
35.按上述权利要求之任一项所述套管反应器(150)，具有分布在反应容器(8)周向上的两个或更多循环泵(12)，其特征为：每个循环泵(12)用规定的方式配设有一自己的热交换器(16)和一自己的旁路(22)。
36.按权利要求1至34之任一项所述的套管反应器(162)，具有分布在反应容器(8)周向上的两个或更多循环泵(12)，其特征为：在位于循环泵(12)的连接部位之间的位置上在反应容器(8)上连接一共同的热交换器(16)和一共同的旁路(22)。
37.按权利要求35或36，结合权利要求5所述的套管反应器(150；162)，其特征为：循环泵(12)、热交换器(16)和一个或多个旁路(22)连接在环形通道(4，6；202；222；240，242，244，246)上。
38.按权利要求37所述的套管反应器(150；162)，其特征为：至少一个环形通道(4；6)按连接在其上的循环泵(12)的数量分成多个段(154，156；158，160；166，168)。
39.按权利要求38所述的套管反应器(162)，其特征为：载热介质出口侧的环形通道(4)分成扇形的段(154，156)，而载热介质入口侧的环形通道(6)分成相互搭接的段(166，168)。
40.按权利要求39所述的套管反应器(162)，其特征为：所述搭接部通过一基本上螺旋形的隔壁(164)形成。
41.按权利要求39所述的套管反应器(162)，其特征为：所述搭接部通过一约为Z形折弯的具有水平中间段的隔壁形成。
42.按权利要求39至41之任一项所述的套管反应器(162)，其特征为：所述搭接部占环形通道总长度的1至100％之间，尤其是20至100％之间，最合适在50至100％之间。
43.按权利要求37至42之任一项连同权利要求34所述的套管反应器(162)，其特征为：通过共同的热交换器(16)和旁路(22)引导的支流从载热介质入口侧的环形通道(6)的相关段(166，168)处分叉，然后输入载热介质出口侧的环形通道(4)的各段(154，156)。
44.按权利要求43所述的套管反应器(162)，其特征为：定量地分配输入载热介质出口侧的环形通道(4)的各段(154，156)的支流。
45.按权利要求之任一项所述的套管反应器(180)，所述反应器是具有至少两个相互叠置的通过一隔板等相互隔开的反应器区(I，II；236，238)的多区反应器，其特征为：每个反应器区以规定方式配设一自己的循环泵(12)，一自己的热交换器(16)和一自己的旁路(22)。
46.按权利要求1至44之任一项所述的套管反应器(180)，所述反应器是具有至少两个相互叠置的通过一隔板等相互隔开的反应器区(I，II；236，238)的多区反应器，其特征为：多个反应器区共同具有一循环泵(12)，一热交换器(16)和/或一旁路(22)。
47.按权利要求46所述的多段套管反应器，其特征为：一包括热交换器(16)和旁路(22)的并联线路与一循环泵(12)串联，相应的结合部位与反应器区(I，II)的载热介质输入管(6)连接，从而热交换器(16)和旁路(22)仅和反应器区中的一个(II)并联。
48.按权利要求45至47之任一项所述的多段套管反应器(180)，其特征为：载热介质总体上看同向或反向地流过各个反应器区(I，II；236，238)。
49.按上述权利要求之任一项所述的套管反应器(200)，所述反应器是具有至少两个相互隔开的反应器区(I，II)的多区反应器，其特征为：两个顺序衔接的反应器区(I，II)通过一流分配区(III)相互分开，由共同的循环泵(12)输送的载热介质通过流分配区(III)方向相反地进入连接在所述流分配区上的反应器区(I，II)，相关支流从所述反应器区阀控制地回输到泵入口。
50.按权利要求49所述的多段套管反应器(200)，其特征为：循环泵(12)并联由唯一一个热交换器(16)和唯一一个旁路(22)。
51.按权利要求50所述的多段套管反应器(200)，其特征为：由第二反应器区(II)流出的载热介质支流通过分布在反应容器(208)内部的管子(212)输送到第一反应器区(I)的载热介质出口(202)。
52.按权利要求45至51之任一项所述的多段套管反应器(180；190；200；234)，其特征为：单独一个反应器区(I，II；236，238)的高度占所有反应器区总高度的10-80％之间，尤其是在20-80％之间。
53.按权利要求45至52之任一项所述的多段套管反应器(180；190；200；234)，其特征为：在至少两个反应器区(I，II；236，238)内进行不同的反应。
54.按权利要求45至53之任一项所述的多段套管反应器(180；190；200；234)，其特征为，至少一个所述反应器区(I，II；236，238)设计成用于反应气体混合物的预热区或后冷却区。
55.按权利要求54所述的多段套管反应器(180；190；200；234)，其特征为：相关反应器区(I，II；236，238)在反应管内不具有填充物，或者具有惰性性物质填充物。
56.按上述权利要求之任一项所述的多段套管反应器(234)，其特征为：带有弯曲的入口和/或出口(262，264；272，274；282，284；292)的相应循环泵(230；270；280；290)越过相邻的反应器区(238；236)安装在反应容器或包围反应容器的环形通道(240，242；244，246)上。
57.按上述权利要求之任一项所述的套管反应器(220)，其特征为：所述反应器具有至少一个载热介质输入管和/或输出管(222)在一位于中间的平面上，所述输入管和输出管阀控制地与循环泵(12)的出口或入口连接。
58.用于催化气相反应并带有至少一个向外引出的分叉的载热介质循环回路的套管反应器(2；50；90；150；162；180；190；200；220；234)，其特征为：在由分叉形成的载热介质支流的至少一个汇合部位上和/或之后设置一混合器(38，40)。
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