TW200934579A - Tube reactor - Google Patents

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200934579 六、發明說明： 【發明所屬技術領域j 本發明係有關一種管式反應器。 C先前技術2 5背景 將乙烯氧化成環氧乙烷可以藉於存在一安裝在一適當 載體上之銀觸媒’且任意添加少量用以緩和觸媒之某些氣 化碳氫化合物的情形下，與空氣或氧反應來達成。在一般 操作情形下’該氧化反應產生大部份之環氧乙烷，且產生 10 二氧化碳與水為副產物。這反應是放熱的。 進行氧化之反應器之構造可類似於一垂直殼管熱交換 器。該等管内填充有觸媒，而該反應器之殼體側則設有一 冷卻劑，且可使用適當之泵、熱交換器、分離筒、及/或冷 凝器來冷凝、或分離與再循環該冷卻劑。 15 在某些情形中，在未小心控制溫度之情形下，該氧化 反應會進行至形成二氧化碳與水蒸氣。這不僅會減少產 率，而且是一會在該反應器内造成“熱點，，之更強烈放熱反 應，並因此會增加對冷卻系統之需求。此外，該等“熱點” 會增加局部溫度且會快速擴散至該反應器出口，導致大量 20 氣相引燃，在此稱為“分解(decompy，。 C發明内容3 概要 本發明係有關於用以進行如烯烴氧化反應等放熱反應 之管式反應器，且實施例係適用於生產商用級環氧乙烷。 3 200934579 在此所使用之“熱點”是一在一觸媒床内發生之不受控 制的氣相反應，且該觸媒床位在其中氧被消耗之一反應管 中。 本發明之實施例包括一管式反應器，該管式反應器包 5 括多數配置在一管式反應器殼體内之實質平行反應管，且 該等反應管分開，使得在操作時一熱流體可在該等管之間 流動且在該等管與該熱流體間傳熱。該管式反應器亦包括 一位在該管式反應器殼體附近且界定出一入口頭空間之入 口頭，及一位在該管式反應器殼體附近之出口頭，其中該 10 入口頭空間與該等反應管之一入口端流體性地連通。該出 口頭包括一出口頭殼體及至少一位在一由該出口頭所界定 之出口頭空間内的插入物，其中該插入物界定出一相對於 由該出口頭所界定之出口頭空間減少體積之出口頭空間， 且其中該減少體積之出口頭空間與該等反應管之一出口端 15 流體性地連通並與一反應器出口流體性地連通。 當操作本發明之管式反應器之實施例時，在該出口頭 中之氣體停留時間可以減少。減少氣體停留時間使熱反應 氣體可以更快地通過到達一冷卻步驟，且可以有助於減少 形成反應副產物。停滯氣體之區域也會減少或消失，亦有 20 助於減少副產物形成，且如果該處理氣體是可燃的，則有 助於減少因在該出口頭空間中發生“分解，，而引燃之危險。 圖式簡單說明 第1A圖是本發明之一管式反應器之實施例的前視截面 圖。 200934579 第1B圖是一具有用以與本發明之實施例一起使用之插 入物之出口頭的前視部份截面圖。 第1C圖是本發明之實施例之一管式反應器殼體之凸緣 區域及可分離出口頭的前視截面圖。 5 ❸ 10 15 ❹ 20 第1D圖是本發明實施例之一用以使熱流體由該管式反 應器殼體循環至該管式反應器殼體之一凸緣區域與可分離 出口頭之系統的示意圖。 第2圖是本發明一實施例之前視部份截面圖。 第2A圖是沿第2圖之線2A-2A所截取之俯視截面圖，顯 示本發明實施例之一具有插入物之出口頭。 第3圖是本發明實施例之一出口頭之前視截面圖。 第4圖是本發明實施例之一出口頭之前視截面圖。 【3 詳細說明 本發明之實施例包括用於管式反應器與操作管式反應 器之裝置、方法與製程。但是，為了具體說明，本發明係 以其應用於生產環氧乙烷來討論，且在此應了解的是本發 明之實施例不限於這種應用。 第1A-1D圖顯示本發明之一管式反應器100的實施例， 且該管式反應器100包括一封閉一内含多數反應管104之空 間的外殼體102。在某些實施例中，該反應管1〇4可以配置 成實質互相平行且可以垂直地定向成讓該等反應管出口位 在該管式反應器1〇〇底部。在某些實施例中，該管式反應器 1〇〇可定向成使該等管出口位於頂部。又，如果特定應用有 5 200934579 需要，則該管式反應器100可水平地定向，或與水平呈某角 度。 該等反應管104互相分開以便讓熱流體在相鄰反應管 104之間循環，以在該熱流體與該等反應管104之間傳熱。 5 如第1A圖所示，該管式反應器100包含少數反應管，以供說 明。又，在該等管104間之間距被誇大，這也是為了說明。 在各種實施例中，該管式反應器100可包含數百至數千範圍 内之反應管104。 在某些實施例中，該等反應管104可以透過一頂管板 10 106與一底管板108而被固持定位在該外殼體102内。該等管 板106、108具有多數讓處理氣體可通過以由該入口頭空間 110進入該等反應管104之孔。或者，該等反應管104可延伸 通過該頂管板106且進入該入口頭空間110。類似地，底管 板108具有多數讓處理氣體可由該等反應管104進入一出口 15 頭空間112的孔。此外，該等反應管1〇4亦可延伸通過該底 管板108進入該出口頭空間112。 在某些實施例中，可以在該頂管板106與該底管板108 之間設置多種另外的支持構件，例如，另外的支持構件可 包括另外的管板、各種托架、擋板等。 20 如第1A圖所示，該管式反應器1〇〇亦包括一入口頭114 及一出口頭116(例如，在反應物於操作時向下流動之實施 例中）。如圖所示，該入口頭114位在該管式反應器殼體102 附近且在一頂部位置處，而該出口頭116位在該管式反應器 殼體102附近且在一底部位置。多數實施例亦可包括位在該 200934579 • 底部位置處之入口頭114及位在該頂部位置處之出口頭 116。 該入口頭114界定出該入口頭空間110。反應物可以經 由一入口管道118被導入該管式反應器100 ’且該等反應物 5 在該入口管道118處進入該入口頭空間110中。如圖所示， 由該入口頭空間110 ’該等反應物可進入該等管104且向下 流經該等管104，並且該等反應物在該等管反應管104處與 一觸媒接觸且發生所需反應。如此，反應產物氣體離開該 ® 等管104之底部且進入該出口頭空間112，並且來自各種管 10 104之反應產物氣體在該出口頭空間112處混合且進入該出 口管道120。 第1圖所示之商用級管式反應器可以非常大，例如，含 有數百或數千根管且具有一在三(3)公尺大至二十(20)公尺 之範圍中的殼體直徑。由於此大尺寸，該入口頭114與出口 15頭116係設計成具有一圓形橫截面，如第1Α圖所示。該入口 頭114與該出口頭116之彎曲形狀可讓該等頭以合理之質量 具有所需之結構強度，但是，由於該頭114、116之構造， 該入口頭空間11〇與該出口頭空間112之體積將是重要的。 大頭空間導致在該等頭空間内之較長停留時間，此外，在 2〇 °玄等頭空間内之反應產物之循環是不均勻的且因此，會在 夕個4滯及/或再循環氣牌存在之區域中形成多數熱點。在 -亥等熱點區域中，會發生^必要之副反應及更高之分解風 險。 為了減少熱點區域形成之發生，本發之實施例減少出 7 200934579 口頭空間112之體積，提供離開該等反應管104之反應產物 氣體之初始快速混合，及/或提供在該出口頭空間112中之 反應氣體之重分配。因此，該等反應產物氣體在該出口頭 空間112中之停留時間可以減至最少。此外，說明該等反應 5產物氣體可花費在該出口頭空間l12内之時間量的停留時 間分布、或機率分布函數可以緊縮以減少一長停留時間 ‘‘尾，，° 在各種實施例中’當反應產物氣體離開某些反應管1〇4 時形成之局部熱點會與離開其他反應管104之冷反應產物 10 氣體快速地混合，防止引燃及/或不必要之副反應。 由於該等管式反應器100之尺寸’僅利用一較小出口頭 來減少該出口頭空間是不實際的。這種出口頭之質量將甚 大於第1圖所示之彎曲出口頭116之質量，因此，與這頭相 關之成本與重量使它變得不實用。因此，如第1A圖所示， 15 該出口頭116包括一出口頭殼體122及一插入物124。與該底 管板108—起，該插入物124可界定出該出口頭空間112之體 積。 如圖所示，該出口頭空間112之體積甚小於在沒有該插 入物124時由該底管板1〇8與該出口頭殼體丨22所界定之體 2〇積。该較小體積可減少停滯區域且可增加通過該出口頭空 間112之流速，並且亦減少該反應產物氣體在該出口頭空間 112中之停留時間。例如，該處理氣體可以大約等於或大於 每秒二十五(25)英呎之速度流經該底管板1〇8，且該反應產 物氣體之停留時間可大約等於或小於〇1秒。此外，該反應 200934579 產物氣體之流動模式不包含大尺寸渦流。 在某些實施例中，相較於具有相同構形但沒有該插入 物124之一出口頭116，該插入物124可減少該出口頭116體 積至少百分之二十五(25)。在各種實施例中，該插入物124 5可減少最多百分之六十（60)、最多百分之七十五(75)、最多 百分之八十五（85)、或最多等於或大於百分之九十（90)。 此外’通過該出口頭116之流速（即，氣體速度）可以隨 著對出口頭116體積更多的減少而增加。又，在該出口頭116 中之停留時間亦隨之減少。 10 在某些情形中，出口頭116體積減少太多會難以用合理 之操作壓力達到高整體流速，因為通過該出口頭116之通道 會變得太過狹窄。因此，在某些情形中，該出口頭116體積 可以減少多少之上限會受限於所需整體流速及/或操作壓 力。 15 第圖更詳細顯示本發明之出口頭116的實施例。所示 之插入物124由一邊緣區域126朝該出口 120向下傾斜，因 此，出口頭空間112之高度在靠近中心處大於在該插入物 124之邊緣處。這構形可增加流速(例如，氣體速度與整體 流速)且可有助於消除停滯區域，特別是在靠近該出口頭空 20 間112之外緣處。 該出口頭殼體122亦可由該等邊緣朝該出口 12〇向下彎 曲，但可以相較於該插入物124更平緩的程度彎曲。曲率上 之差別會使該出口頭殼體122可遠離該插入物124，在該出 口頭殼體122與該插入物124之間形成一空間128。在這實施 9 200934579 例中，除了或許在靠近該出口12〇之區域處以外，反應產物 氣體不會與該出口頭殼體122接觸，且該出口頭殼體122與 該處理流體稍微隔熱。 在某些實施例中，該出口頭殼體122係設計成可承載該 5出口頭116之大約所有重量及其他所施加之應力。在這些實 施例中，該出口頭殼體122之外部曲線可讓該出口頭殼體 122使用合理構成材料之重量製成。此外，該插入物124承 載小重量或應力，且因此可由相當薄之材料製成，以減輕 質量。 15 20

在某些實施例中，該插入物124可以是自支持的。J 外，在各種實施例中，該插入物124可以具有一利用一糾 於-自支㈣人物124更薄之村料作成該插人物124所泰 之輕量構造。在這些實施例中，該輕量插人物124可以以 如多數支持圓柱體13〇等另外的切構件，且該等支持鮮 可橫越該㈣128並將貞載㈣插场m傳至該出口頭壳 體122。該插入物124可以由—a θ

金屬、聚合物、及/或一陶I

材料形成’只要該構成材料可 从承受處理溫度、不會催A 該專處理氣體之反應及/或與兮努 、^寻處理氣體反應，且在特対 處理之條件下具化學穩定性即可。 如第1Β圖所示，在某此訾# 7丨丄 ―貫轭例中，該出口頭116可冷名 在該出口頭丨湖之反應產物氣體。在各種實施例中，一冷 卻該等處理氣體之方法可使用 & τ ~熱流體來吸收來自該等反 應產物氣體之熱。又，在某+ 〜貫％例中，藉使該等處理教 體在該等反應產物氣體經由兮山 ^ w出口 12〇離開該管式反應器 10 200934579 100之前先通過一熱交換器132，反應產物氣體可在該出口 頭空間112内被冷卻。 5 Ο 10 15 ❹ 20 在某些實施例中’該熱交換器132可吸收來自該等反廯 產物氣體之熱且在其他地方再利用該熱。在某些情形中， 該部份被加熱之熱流體可以循環至該管式反應器1〇〇，以冷 卻該等反應管。在某些實施例中，該部份被加熱之熱流體 可以循環至該管式反應器殼體1〇2與出口頭116之凸緣系 統，以如以下說明般地平衡各個的溫度。 在某ik實施例中，冷卻在它們離開該等反應管之點之 下游中間之反應產物氣體的能力對於減少形成不必要之副 產物是有利的’而這在埽烴氧化製程(例如，環氧乙燒製程） 中特別是有利的。在_煙氧化製程中，義與其他不必 要副產物财形餘減應絲氣體稍冷卻祕開該等 反應管之該等氣财。在第_所示之實施射，該熱交 換器132存在該出口則_可讓該等反應產減體快速地 冷卻，且相較於-沒有熱交換器132之出口頭Μ，可以減 少副產物形成，制是在魏乙燒製造程序中。 在某-實施例中’如第⑺圖所示，位在該熱交換器阳 下狀出口12〇可以再藉例如管路⑶等連接至—第二熱交 =13:2。缺等反應產物氣體可通過該熱交換器132、通過 Π/通過管路133而達到該第二熱交換器-。該 二二熱父換器135可再冷卻來自該出口⑶之反應產物氣 體。 在某些實施例中，該第 二熱交換器 135係接近耦合於該 11 200934579 5 熱交換器132。在此所使用之“接近耦合，，表示以與該熱交換 器132相距儘可能短之距離耦合該第二熱交換器。在某 些實施例中，該等管路133之長度可以小於一百（1〇〇)英叹$ 且以小於五十（50)英呎較佳，以小於十（1〇)英呎更佳'。在’ 外，該管路133之直徑可以儘可能地小，且直徑最好小於2

百（100)英吋，並且以直徑小於六十（60)英吋較佳。使在1 熱交換器132與該第二熱父換器135間之距離減至最小可以 減少氣體在兩熱交換器間之區域的停留時間，且可再咸+ 反應副產物之形成。 1〇 在某些實施例中，該等反應產物氣體可以在該出口頭 116中完全被冷卻。在各種實施例中，該處理氣體可以在該 出口頭116中被部份地冷卻。例如，該熱交換器132可以完 全或僅部份地位在該熱交換器132内。在該熱交換$ 132^ 份地位在該出口頭116内的實施例中，該熱交換器132可以 15向外延伸超出該出口頭116之邊界，以為熱傳導提供一較大 區域，更徹底地完成冷卻。

如第1A圖所示，在操作時’處理氣體經由該入口 us 進入該入口頭空間110 ’且该等處理氣體會被分配在該等反 應管104之間且進入該等反應管104。在某些實施例中，該 20 等反應管104至少部份填充有用於進行該等處理氣體之反 應所需的觸媒。當該等處理氣體流經該等反應管104時，它 們會在該觸媒存在之情形下反應。接著，該等反應產物氣 體流出該等反應管104且進入該出口頭空間112。在第1A圖 所示之實施例中，該等反應產物氣體經由該出口 120離開該 12 200934579 出口頭空間112。 在某些實施例中，在該等反應管104内發生之反應會大 量放熱，即，例如，一環氧乙烷氧化反應之情形。在各種 實施例中，可藉由使一熱流體在該殼體102内且環繞該等管 5 1〇4循壤來控制該放熱。在某些實施例中，水是該冷卻流 體。水可以被沸騰以產生蒸汽，由於由該系統移除使該蒸 汽洛發所需之額外的熱，因此可以提供額外的冷卻。 熱流體可經由一或多個管口 134導入，且它經由前述管 口 134進入該管式反應器1〇〇並流經該等反應管1〇4間之空 10間’與該等反應管104接觸，且對該反應製程提供加熱或冷 卻。 在某些實施例中，例如，當在該等反應管1〇4内於該觸 媒處發生之反應是放熱時，該熱流體可提供冷卻。但是， 在其他實施例中’該熱流體可以將該等反應管104加熱至一 15以一所需反應速度產生一所需反應之溫度。在各種實施例 中，當該反應是放熱時，該熱流體可，例如在啟動時，提 供熱以觸發該反應或提供製程控制直到到達穩態狀況為 止。又，熱流體可以由該管式反應器1〇〇經由一或多個管口 134抽出。 20 在某些實施例中，該出口頭116係可分離地固定在該管 式反應器殼體102上，以便進入該管式反應器1〇〇内部以進 行如維修、修理、及/或移除及/或更換觸媒。在某些實施例 中，該出口頭116與管式反應器殼體1〇2包括一凸緣系統， 如第圖所示且在第1C圖中為一放大圖。 13 200934579 如第ic圖所示，一適當凸緣系統包括對接圓周緣凸緣 136與138，其中該等對接圓周緣凸緣136、138分別連接在 該出口頭116與該管式反應器殼體1〇2之底部。該等凸緣 136、138可具有對接面140、142,且在結合時該等凸緣136、 5 138接合在該等對接面14〇、142處。在某些實施例中，該等 凸緣136、138可以是該管式反應器殼體1〇2及/或頂管板1〇6 之一延伸部。 或者，該等對接面140、142可包括一或多個另外的對 接結構’且前述另外的對接結構可協助該出口頭116與該管 0 10式反應器殼體1〇2在組裝時在正確的相對位置上對齊，而其 中一種對齊結構是一圓周緣舌部與溝槽總成。如第lc圖所 示，該凸緣138可包括一可嵌入在該凸緣136中之一對應凹 陷溝槽146内的突起舌部144。在某些實施例中，該溝槽146 ' 可稍寬於该突起舌部144，以便進行組裝。在各種實施例 15中，該突起突起舌部144可位在凸緣138_，且該對應凹陷 溝槽146可位在凸緣136中。此外，雖然未在第lc圖中顯示， 一填隙材料139可包含在該溝槽146内，以協助密封該管式 〇 反應器100。又，其他種類之引導構件亦可加入該凸緣系統 中，包括引導銷與孔結構。 20 如在此所述者，該管式反應器100之直徑範圍可，例 如’由兩（2)公尺至等於或大於二十（2〇)公尺。由於該反應 器100之尺寸’該管式反應器殼體102與該出口頭116之相對 熱膨脹或收縮會因多個原因變成一重要設計考量。例如， 由於該插入物124 ’該出口頭之出口頭殼體122可至少與 14 200934579 該等反應產物氣體部份地隔熱。因此，特別是在啟動、停 機及製程失調時’該出口頭殼體122會周期性地處於一與管 式反應器殼體102明顯不同之溫度。溫度之差會造成管式反 應器殼體102與出口頭殼體122之不同程度之熱膨脹，且會 5 由於該設備之大直徑而產生明顯應力，並且該等應力會造 成在該凸緣處之密封扭曲與斷裂。在某些實施例中，該設 備會因該等熱應力而受損。 由於熱應力可能對設備造成損害，本發明之實施例將 © 該出口頭殼體122維持在一大約等於該管式反應器殼體1〇2 10 之溫度的溫度。例如，加熱及/或冷卻可以藉將強制經加熱 或冷卻之氣體施加至該出口頭殼體122之表面來提供。加熱 亦可利用多數包含在該出口頭殼體122中之電阻線圈來提 供。 在某些實施例中，熱流體可被導入該出口頭殼體122。 15該熱流體可透過一套管（例如，位在該出口頭殼體122之内 及/或外表面上）、及/或經由通過該出口頭殼體122内、及/ ® 或在該出口頭殼體122之内及/或外表面上之管道來施加。 在各種實施例中，可以包括一溫度控制系統，例如， 包括多數依據該出口頭殼體122之溫度來操作該溫度控制 20系統之溫度測量襞置。此外，可包括可依據例如，在該出 口頭殼體122與該管式反應器殼體1〇2間之溫度差來產生該 熱流體流動的各種泵送或致動系統。 在某些實施例中，將該出口頭殼體122與該管式反應器 殼體102之溫度維持在大約相等溫度的方法包括使該出口 15 200934579 頭殼體122與一亦被用來控制該管式反應器100内之溫度的 熱流體接觸。如在此所說明者，一熱流體可被導入該管式 反應器100以提供溫度控制。例如，該熱流體可以被導入以 控制在該等反應管104内發生之放熱反應所產生之熱，及/ 5 或可被用來將熱供給至一反應。 在操作時，因為該管式反應器殼體102與該熱流體接 觸，該管式反應器殼體102之溫度可以非常接近在該管式反 應器100内之熱流體的溫度。因此，藉使該熱流體循環而與 該出口頭殼體122接觸，該出口頭殼體122之溫度可以成為 © 10 與該管式反應器殼體1〇2大致相同之溫度。因此，這兩部份 之熱膨脹及/或收縮密切地匹配，且可將與在此兩部份間之 不同熱膨脹相關之應力、變形、及/或洩漏減至最小。 此外，為了匹配該管式反應器殼體102與該出口頭殼體 122之熱膨脹與收縮，這兩部份可以由相同之材料形成或由 15 具有類似線性熱膨脹係數之不同材料形成。 因為可僅由於相同熱流體對兩組件之循環流動而獲得 在該管式反應器殼體與該出口頭殼體122間之密切溫度 匹配，所以來自該管式反應器1〇〇之熱流體與該出口頭殼體 122接觸可減少另一溫度控制系統之必要性。 20 第1D圖顯示本發明之一用以將該熱流體傳送至該出口 頭殼體122之管道系統的實施例。在第1D圖中，熱流體可經 由在管式反應器殼體102中之管口 134，由該管式反應器抽 出。接著，所抽出之流體可通過該管道丨48、該泵150，且 進入一連串另外的管道152。該等另外的管道152可以與多 16 200934579 數半管154流體性地連通，使得熱流體可進入該等半管HA 且對該出口頭殼體122提供冷卻或加熱。 5 10 15 Ο 20 此外，如第1D圖所示，熱流體亦可被導入該等凸緣 136、138，使得通過該凸緣區域之溫度亦是平均的。接著， 可經由該等出口管道156由該等半管154抽出熱流體且，在 所示實施例中，循環至一筒158。在某些實施例中，循環至 該筒158之熱流體可以藉一垂直内直立管導入該筒158，以 防止發明所屬技術領域中具有通常知識者所知的鎚擊現象 (hammering)。又’各種管道154可包括各種用以平衡及/或 控制該熱流體通過及/或在該等管道154間的流動。 第2圖顯示本發明一實施例之管式反應器2〇〇的實施 例。如第2圖所示，該管式反應器200如在此所述地包括一 封閉一空間之外殼體202，且該空間内含有多數反應管 204。此外，如在此所述，一頂管板及一底管板208可將該 等管204固持定位在該外殼體202内。多數管口 234進入該外 殼體202，以導入與抽出熱流體。又，處理氣體可經由在一 入口頭中之入口進入該管式反應器200。 如第2圖所示，該出口頭216可以可透過選擇性之凸緣 236與238分離地固定在該外殼體202上，但該出口頭216亦 可永久地固定在該外殼體202上。如果該出口頭216是可分 離的，則，如有必要，可使用一用以將該出口頭216之溫維 持成大致等於該外殼體202之溫度的方法’以如在此所述地 防止不同熱膨脹。 如圖所示’該插入物224可位在該出口頭216中，佔據 17 200934579 由該出口頭216所界定出之頭空間212的一中央區域。又， 使用如各種托架與支持構件等任何適當結構，將該插入物 224支持定位在該出口頭216内。 如圖所示，該插入物224可定位在該出口頭216内，使 5 —空間260存在該等反應管204之出口端與該插入物224之 間，以便讓反應產物氣體進入該出口頭216。該空間260可 將該插入物224與該出口頭216分開，提供一縮小通道，且 處理氣體可流經該縮小通道朝該出口 220流動。進入該出口 頭216之反應產物氣體可接觸該插入物224之頂部且朝箭號 10 262之方向徑向向外流動，在此它們進入該空間260且朝該 出口 220向下流動。 第2A圖是一沿第2圖中之線2A所截取之管式反應器 200的俯視圖。通過一環狀空間266之氣體速度可以相對在 缺少該插入物224之情形下的速度增加，藉此減少停留時間 15 且減少副產物形成及停滯區域。在某些實施例中，相較於 沒有該插入物224之出口頭216，該停留時間最多可減少百 分之四十（40)。 在所示實施例中，該插入物224玎以是中空的或實心 的，但是，藉包含一中空插入物224，玎相較於一實心插入 20 物224減少質量與成本。在這些實施例中，該插入物224可 填充一如氮等惰性氣體。 如第2圖所示，除了插入物224以外，該出口頭216可包 括一另外的插入物263。在這實施例中，該另外的插入物263 可以是一分流板264。在此所使用之“分流板”表示一定位在 200934579 出口頭空間212中之無孔板，該無孔板係用以導引離開該等 反應管204之反應產物氣體及/或快速地混合在該出口頭空 間212中之反應產物氣體以減少熱點及/或停滯區域發生。 5 ❹ 10 15 ❹ 20 如第2圖中之箭號所示，於一實質水平位置定位在該反 應管204出口下方之分流板264可將來自反應管204且在該 管式反應器200外周緣上之反應產物氣體的流動朝該插入 物224導引。此外，定位在一實質垂直位置中且在一位於該 水平分流板264下方之彎折位置中的分流板26 5可具有穿孔 且可在該等反應產物氣體環繞流過該等水平分流板264與 該插入物224且通過該等具有穿孔分流板265時，快速地混 合該等反應產物氣體。 如在此所述者，在某些實施例中，該出口頭216可以可 分離地固定在該外殼體202上，以便進入該管式反應器1〇〇 之内部，以進行維修、修理、及/或移除及/或更換觸媒。在 這些實施例中，由於在例如’更換該反應管204觸媒時可拆 卸該出口頭216，所以該插入物224及/或分流板264、265可 以永久地定位在該出口頭216内。 但是，在某些實施例中，該出口頭216可焊接至該外殼 體202上。在這些實施例中，可設置多數通行道以便讓一人 可進入該出口頭216以進行維修、修理、及/或移除及/或更 換觸媒。但是’如發明所屬技術領域中具有通常知識者所 知，當該出口頭216設有足夠讓一人可進入該出口頭216之 空間時，該出口頭空間212之尺寸會增加，在該出口頭216 中之停留時間增加，且熱點形成之風險及導致引燃及/或副 19 200934579 產品形成之可能性增加。 第3圖顯不本發明之一管式反應器3〇〇之實施例。如第3 圖所不’該出口頭316焊接在該管式反應器殼體3〇2上，且 該出口頭316大到足以讓—人進入該出口頭空間312。為了 5減少在該出口頭316中離開該管304之反應產物氣體的停留 時間’可將一插入物324定位在該出口頭316中。在這些實 施例中’該插入物324可以多件之方式置入該出口頭316中 且在該出口頭316中組裝，如第3圖所示。 由於該插入物324係在該出口頭316中由多數分開構件 10組裝起來，所以該等構件可能在組裝時無法承受全處理壓 力。因此，在某些實施例中，一惰性氣體(例如，甲烷、氮) 可以流入在該插入物324與該出口頭殼體322之間的空間 312中，在a亥空間312内維持一正壓力，以防止或減少反應 產物氣體進入該出口頭空間312。 15 如圖所示，在第3圖中所示之實施例包括一至少部份位 在該出口頭316中之熱交換器332,且該熱交換器332可如在 此所述地被用來快速地冷卻離開該管3〇4之反應產物氣 體。在某些實施例中’該出口頭316不包括該熱交換器332 且該插入物324係構成為可將反應產物氣體之流動儘快地 20 導引至該出口 320。 第4圖顯示本發明實施例之一管式反應器4〇〇。如在此 所述者，在某些實施例中，該出口頭416可以永久地固定(例 如焊接)在該管式反應器殼體402上。在這些實施例中，該 出口頭空間412大到足以讓一人可進入該出口頭416，以進 200934579 行維修、修理、及/或移除及/或更換觸媒。因此，相較於— 具有一插入物定位在該出口頭416中之可分離出口頭416的 實施例，該出口頭空間412具有一較大之空間。 5 ❿ 10 15 20 如第4圖所示，在某些實施例中，該管式反應器4〇〇可 以包括一插入物，且該插入物是一分流板464。該分流板464 可以直接定位在該反應管404之底部下方且可具有一具穿 孔構造’因此’可以迫使離開該等反應管404之反應產物氣 體在該底管板408與該分流板464之間水平地流動，藉此達 成在“具熱點”管404與一般溫度管404之間快速混合氣體。 該等反應產物氣體亦可流經在該分流板464中之少數穿 孔，且進入該出口頭空間412。藉快速混合該等反應產物氣 體’在一反應管404中形成之熱氣體可以與來自其他反應管 404之冷氣體快速地混合，減少熱點之發生。 在這些實施例中，該分流板464可以由多數小到足以通 過一通行道468之構件形成，且可以螺栓定位在該出口頭 416中。此外，為了避免在該出口頭空間412中之任何停滞 區域，氣流可被導入該出口頭空間412，使該等反應產物氣 體朝在§玄出口頭416中之出口 420移動。 在某些實施例中，該出口頭416亦可包括一用以重分配 在該出口頭空間412中之反應產物氣體的第二分流板464。 該第一分流板464可具有一具穿孔構造，讓該等反應產物氣 體可流經該分流板464且流入該分流板464與該出口頭416 之間的環狀空間469，藉此增強沿著該出口頭416壁之正流 動且減少觸媒塵之累積。 21 200934579 在操作本發明前述實施例時所使用之處理氣體可以是 可在管式反應器中反應之任何材料或多數材料之混合 物。在某些實施例中，該處理氣體可以是一用以製造一烯 烴氧化物，特別是環氧乙烷之氣體混合物。一製造烯烴氧 5化物之處理氣體可包括至少一烯烴（以乙烯為佳）、氧、及可 能需要用來提供反應控制之選擇性其他氣體，例如烧基齒 物ΝΟχ化合物等。該製程可以在超大氣愿下（如1⑴巴 絕對屢力錢.5㈣義力）操作。料，在辭式反應器 内之處理$度可㈣控财觀則％之範_，但這可隨 2特殊製程改變。若為環氧乙炫製程，則該等反應管包含 ，被支持且可包含或與—或多個觸媒促進劑-起使用之適 菖氧化觸媒，例如，一銀觸媒。 在此應了解的是已以_舉例說明之方式進行前述韵 明’且不是-限制性者。雖然、已在此顯示與說明特定實摊 15 發明所屬技術領域中具有通常知識者將可了解其他翻 件構造可㈣用來取代所示之狀實關。以下中請專利 範圍係欲在先前技術所限制之範圍以外，涵蓋本發明之各 種實施例的修改與變化例。 20

人]述詳、田說明中，各種構件在示範性實施例中被乡 =起’二精_揭露。這揭露之方法残被解讀為上 、任-中請專利範圍項需要比在中請專利範圍項中 者更多構件之發明。又，如以下中請專利範圍所反映者 發明標的物取決於少於―單―揭露實施例之所有構件。^ 此’以下巾請專圍_詳細說明結合，且各申請專: 22 200934579 範圍項獨立成為本發明之—分別的實施例。 【圖式簡單說明】 第1A圖是本發明之一管式反應器之實施例的前視截面 圖。 5 第1B圖是一具有用以與本發明之實施例一起使用之插 入物之出口頭的前視部份截面圖。 第1C圖是本發明之實施例之一管式反應器殼體之凸緣 區域及可分離出口頭的前視截面圖。 第1D圖是本發明實施例之一用以使熱流體由該管式反 10 應器殼體循環至該管式反應器殼體之一凸緣區域與可分離 出口頭之系統的示意圖。 第2圖是本發明一實施例之前視部份截面圖。 第2A圖是沿第2圖之線2A-2A所截取之俯視截面圖，顯 示本發明實施例之一具有插入物之出口頭。 15 第3圖是本發明實施例之一出口頭之前視截面圖。 第4圖是本發明實施例之一出口頭之前視截面圖。 【主要元件符號說明】 100…管式反應器 114. 102…外殼體；管式反應器殼體 116· 104.. .反應管 118. 106.. .頂管板 120. 108·.·底管板 122· 110.. .入口頭空間 124_ 112.. .出口頭空間 126· .入口頭 .出口頭 .入口管道；入口 •出口管道；出口 .出口頭殼體 .播入物 .邊緣區域 23 200934579 128.. .空間 130.. .支持圓柱體 132.. .熱交換器 133…管路 134…管口 135.. .第二熱交換器 136.138.. .凸緣 139.. .填隙材料 140.142.. .對接面 144.. .突起舌部 146.. .溝槽 148.. .管道 150…泵 152.. .另外的管道 154.. .半管 156.. .出口管道 158…筒 200.. .管式反應器 202.. .外殼體 204.. .反應管 208.. .底管板 212.. .出口頭空間 216.. .出口頭 220…出口 224.. .插入物 234…管口 236,238·.·凸緣 260.. .空間 262.. .箭號 263.. .另外的插入物 264.265.. .分流板 266.. .環狀空間 300.. .管式反應器 302.. .管式反應器殼體 304.. .管 312.. .出口頭空間 316.. .出口頭 320.. .出口 322.. .出口頭殼體 324.. .插入物 332.. .熱交換器 366".人 400.. .管式反應器 402.. .管式反應器殼體 404.. .反應管 408.. .底管板 412.. .出口頭空間 416.. .出口頭

24 200934579 420.. .出口 468...通行道 464.. .分流板 469…環狀空間

25

Claims (1)

1. 200934579 七、申請專利範圍： L 一種管式反應器，包含： 多數實質平行反應管，係配置在一管式反應器殼體 内，且該等反應管分開，使得在操作時一熱流體可在該 5 等反應管之間流動且在該等反應管與該熱流體間傳熱； 一入口頭，係位在該管式反應器殼體附近且界定出 一入口頭空間，其中該入口頭空間與該等反應管之一入 口端流體性地連通；及 一出口頭，係位在該管式反應器殼體附近’且包括 10 一出口頭殼體及至少一位在一由該出口頭所界定之出 口頭空間内的插入物，其中該插入物界定出一相對於由 該出口頭所界定之出口頭空間減少體積之出口頭空 間’且其中該減少體積之出口頭空間與該等反應管之一 出口端流體性地連通並與一反應器出口流體性地連通。 5 2.如前述申請專利範圍中任一項之管式反應器，其中該減 少體積之出口頭空間係相較於由該出口頭所界定之出 口頭空間至少減少體積大約百分之4〇。 3. 如前述申請專利範圍中任一項之管式反應器，其中該出 口頭殼體與由該等反應管之一出口端進入該出口頭空 間的反應產物氣體至少部份地隔熱。 4. 如前述申請專利範圍中任一項之管式反應器，其中該出 口頭係可分離地連接於該管式反應器殼體。 5. 如前述申請專利範圍中任一項之管式反應器，其中該管 式反應器更包括一用以將一熱流體導入該管式反應器 26 200934579 殼體且接觸該等反應管之熱流體入口、及一用以由該管 式反應器抽出該熱流體之熱流體出口。 6. 如前述申請專利範圍中任一項之管式反應器，其中由該 管式反應器所抽出之熱流體與該出口頭殼體接觸，以將 5 該出口頭殼體維持在一大約等於該管式反應器殼體之 溫度的溫度。 7. 如前述申請專利範圍中任一項之管式反應器，其中該出 ^ 口頭包括一至少部份設置在該出口頭内之熱交換器，以 冷卻離開該等反應管之反應產物氣體。 10 8.如前述申請專利範圍中任一項之管式反應器，其中該管 式反應器包括一位在該出口頭外側之第二熱交換器，其 - 中該第二熱交換器係與至少部份設置在該出口頭内之 . 熱交換器接近耦合。 9. 如前述申請專利範圍中任一項之管式反應器，其中該插 15 入物佔據由該出口頭所界定之空間的一中央部份，且在 ^ 該出口頭空間中快速地混合離開該等反應管之一反應 產物氣體。 10. 如前述申請專利範圍中任一項之管式反應器，其中該插 入物是一分流板。 20 11.如前述申請專利範圍中任一項之管式反應器，其中該分 流板係由多數分流板部份形成，且該等分流板部份組裝 成為一位在該出口頭空間内之具穿孔構造。 12. —種操作一管式反應器之方法，包含： 使多數處理氣體流經多數配置在一管式反應器殼 27 200934579 體内之實質平行反應管，其中該等處理氣體在該等管中 反應形成多數反應產物氣體； 使一熱流體流入該管式反應器殼體，其中該熱流體 可在該等反應管之間流動且在該等反應管與該熱流體 5 間傳熱； 將一出口頭可分離地連接於該管式反應器殼體，其 中該出口頭界定出一與該等反應管之一出口端流體性 地連通之出口頭空間，且包括一出口頭殼體； 使該等反應產物氣體由該等管離開進入該出口 10 頭，其中該出口頭殼體與該等反應產物氣體至少部份地 隔熱；及 將該出口頭殼體維持在一大約等於該管式反應器 殼體之溫度的溫度。 13. 如前述申請專利範圍中任一項之方法，其中該出口頭及 15 管式反應器殼體包括多數對接凸緣，且可分離地連接該 出口頭與該管式反應器殼體包括將該出口頭與該管式 反應器殼體之凸緣對接。 14. 如前述申請專利範圍中任一項之方法，其中該方法包括 將該出口頭與該管式反應器殼體之對接凸緣維持在大 20 約該管式反應器殼體之溫度。 15. —種製程，包含： 使多數處理氣體在多數條件下流經一管式反應 器，使得一化學反應在該管式反應器中之反應管内發 生，以形成一所需之反應產物氣體，其中該管式反應器 200934579 包括： 多數實質平行反應管，係配置在一管式反應器 殼體内，其中該等反應管分開，使得在操作時一熱 流體可在該等反應管之間流動且在該等反應管與 5 該熱流體間傳熱；及 一出口頭，係可分離地連接於該管式反應器殼 體，且界定出一與該等反應管之一出口端流體性地 連通之出口頭空間及一反應器出口，該出口頭包括 〇 一與包含在該出口頭空間中之處理氣體至少部份 10 地隔熱之出口頭殼體， 其中該出口頭殼體之溫度係維持在大約等於該管 - 式反應器殼體之溫度。

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