TW201700160A - 方法 - Google Patents

方法 Download PDF

Info

Publication number
TW201700160A
TW201700160A TW105111926A TW105111926A TW201700160A TW 201700160 A TW201700160 A TW 201700160A TW 105111926 A TW105111926 A TW 105111926A TW 105111926 A TW105111926 A TW 105111926A TW 201700160 A TW201700160 A TW 201700160A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
catalyst
reactor
reaction
storage tank
wall
Prior art date
Application number
TW105111926A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI698280B (zh
Inventor
朱利安 史都華 葛瑞
Original Assignee
強生瑪西大維科技公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 強生瑪西大維科技公司 filed Critical 強生瑪西大維科技公司
Publication of TW201700160A publication Critical patent/TW201700160A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI698280B publication Critical patent/TWI698280B/zh

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B17/00—Sulfur; Compounds thereof
    • C01B17/69—Sulfur trioxide; Sulfuric acid
    • C01B17/74—Preparation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/18—Stationary reactors having moving elements inside
    • B01J19/1812—Tubular reactors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/06—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/2415—Tubular reactors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/248—Reactors comprising multiple separated flow channels
    • B01J19/2485—Monolithic reactors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/0242—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid flow within the bed being predominantly vertical
    • B01J8/025—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid flow within the bed being predominantly vertical in a cylindrical shaped bed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/04—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds
    • B01J8/0446—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical
    • B01J8/0461—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical in two or more cylindrical annular shaped beds
    • B01J8/0469—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the flow within the beds being predominantly vertical in two or more cylindrical annular shaped beds the beds being superimposed one above the other
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/06—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes
    • B01J8/067—Heating or cooling the reactor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00168—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements outside the bed of solid particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00168—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements outside the bed of solid particles
    • B01J2208/00212—Plates; Jackets; Cylinders
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00796—Details of the reactor or of the particulate material
    • B01J2208/00805—Details of the particulate material
    • B01J2208/00814—Details of the particulate material the particulate material being provides in prefilled containers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/02—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor with stationary particles
    • B01J2208/023—Details
    • B01J2208/024—Particulate material
    • B01J2208/025—Two or more types of catalyst
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00074—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids
    • B01J2219/00087—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids with heat exchange elements outside the reactor
    • B01J2219/00094—Jackets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/2402—Monolithic-type reactors
    • B01J2219/2409—Heat exchange aspects
    • B01J2219/2411—The reactant being in indirect heat exchange with a non reacting heat exchange medium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/2402—Monolithic-type reactors
    • B01J2219/2425—Construction materials
    • B01J2219/2427—Catalysts
    • B01J2219/2432—Monoliths having catalytic activity on its own
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/2402—Monolithic-type reactors
    • B01J2219/2441—Other constructional details
    • B01J2219/2443—Assembling means of monolith modules

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

本發明係關於一種具有外殼之反應器，其包含：一或多個位於該外殼內之反應器管，該或該等反應器管包含複數個含有催化劑之催化劑貯槽；用於將熱傳遞流體提供至該反應器外殼使得該熱傳遞流體接觸該或該等管之構件；用於將反應物提供至該等反應器管之入口；及用於自該等反應器管回收產物之出口；其中在管內之該複數個含有催化劑之催化劑貯槽包含至少兩種組態之含有催化劑的催化劑貯槽。

Description

方法
本發明係關於一種用於在非均相催化劑存在下進行平衡限制反應之方法。更特定言之，其係關於一種溫度為可控制的方法，且該方法經最佳化。另外更特定言之，其係關於一種用於製備三氧化硫之方法。
許多化學反應為可逆的。在此等反應中，反應物正反應成所需產物伴隨逆反應，其中所需產物恢復成反應物。此等方法將達到平衡，其中正反應之速率匹配逆反應之速率。該等反應稱為平衡限制的。
大量反應屬於此類別。為了說明平衡限制反應常常使用之實例為二氧化硫氧化，形成三氧化硫，其根據以下反應式進行：SO2+½O2 SO3
在此類型之平衡反應中，存在平衡常數Kc，其通常表達為產物濃度與起始物質濃度之比率。
二氧化硫之氧化為高度放熱反應，且自凡特何夫方程式(Van't Hoff equation)，有可能理解平衡常數對反應溫度之依賴性。通常凡特何夫方程式表達為：
其中K 1 為在絕對溫度T 1 下之平衡常數，K 2 為在絕對溫度T 2 下之平衡溫度，R為通用氣體常數且△H r 為反應熱。
此方程式說明隨著溫度增加，放熱反應之平衡常數值降低，且因此反應之平衡位置向左移動。因此，將理解，為了達成反應物高轉化成產物，反應器之溫度必須充分地降低，使得平衡常數有利於濃度高於反應物之產物。
對於二氧化硫氧化成三氧化硫之特定平衡反應，平衡恆定溫度依賴性常常描繪為圖表，其展示相對於溫度，轉化成三氧化硫之二氧化硫之量。此圖表之實例於圖1中說明。一般來說，已知較高溫度導致較高動力學反應率，但由於在較高溫度下，平衡常數有利於較高濃度之反應物，所以可達成之轉化成所需產物之量受到限制。在二氧化硫氧化成三氧化硫中，轉化率定義為氧化成所需產物之二氧化硫百分比。因此，隨著反應進行且溫度上升，必需冷卻反應物，使得平衡常數增加且二氧化硫之轉化最大化。
在習知工業方法中，使用簡單的催化劑之固定床。隨著反應物跨越床中之催化劑流動，在溫度快速上升的情況下，此等床將以絕熱方式操作。結果為在達到平衡極限之前，各床可僅進行有限量之氧化。當達到此點時，氣體必須自絕熱床回收，且冷卻以遠離平衡點。冷卻氣體接著饋送至新的固定絕熱床中，使得可出現進一步氧化。圖2說明關於包括此中間冷卻之反應的典型溫度曲線。
儘管與平衡限制反應相關之問題已經參考二氧化硫之氧化論述，但應理解該等問題同樣適用於任何其他平衡限制反應，諸如用於氨及甲醇之反應的彼等平衡限制反應。
與二氧化硫氧化相關之另一問題為在方法結束時，任何剩餘的未反應二氧化硫代表著環境問題，其需要在此可排出至大氣之前自廢氣移除。因此所希望的為保證轉化儘可能高以使二氧化硫排放最小化。
二氧化硫轉化成三氧化硫可藉由使二氧化硫穿過一系列絕熱床 直至其通常90%至95%已轉化成三氧化硫為止來達成。接著，為了移動氣體組合物進一步離開平衡位置，氣體經冷卻，且用稀釋硫酸洗滌。此洗滌步驟吸收產物三氧化硫。所得產物貧氣流可接著經再加熱，且饋送至一或多個另外反應床，其中進行進一步反應以達成通常超過99.7%轉化二氧化硫。此認為係在不進一步處理的情況下允許廢氣排出至大氣中的最小可接受水準之轉化。然而，應理解在氣流通過吸收器之前，必需冷卻該氣流。此冷卻需要、吸收器自身及吸收後再加熱顯著增加該方法之資金及操作成本。
圖3為反應器系統之示意性圖示，其用於包括位於最終床前面之中間吸收器的此配置。在所說明實例中，饋送至管線1中之第一絕熱床2的氣體將為二氧化硫、氧氣及氮氣之混合物。此在約690K之溫度下饋送至床中。隨著氣體通過床，反應發生且約60%至約70%之二氧化硫經氧化。將未反應氣體及所形成三氧化硫之流在管線3中移除。此流將加熱至約870K之溫度。此接著在熱交換器4中冷卻，其中熱在管線5中回收。氣體冷卻至約700K，之後在管線6中通過至第二催化劑床7，其中進一步氧化發生。管線8中回收之氣流將含有約90%二氧化硫且將加熱至約750K。此接著在熱交換器9中冷卻，其中熱在管線10中回收。氣體通過至管線11中之第三催化劑床12，其中進一步反應發生。管線13中回收之氣流將包括約95%二氧化硫，且將在約720K溫度下。此接著在熱交換器14中冷卻，之後通過至中間吸收器15，其中產物藉由用硫酸洗滌回收。未反應二氧化硫在管線16中通過至熱交換器17，其中其加熱至約690K，之後通過至管線18中之第四催化劑床19。進一步反應在此床中進行，且產物流在管線20中在約700K之溫度下移除。約99.9%之二氧化硫將經轉化。四個反應床2、7、12及19可位於同一反應器外殼21中。在此配置中，不可滲透板22位於催化劑床2、7、12及19之間。
此方法之隱含成本過高，其中僅較小體積之二氧化硫經處理。在此等情況下，所採納方法應接受較低水準之二氧化硫轉化，且省略中間吸收階段。在此方法中，在移除產物三氧化硫之後，任何剩餘的二氧化硫經由管道處理系統之末端移除。儘管此方法並不具有與吸收系統相關之高成本，但提供且操作管道處理系統之末端的需要的確增加該方法之成本。
使用無論哪個系統，始終存在後反應器吸收階段，其中三氧化硫經吸收至硫酸中。包括在最終催化劑床之前之吸收步驟的系統稱為『雙接觸酸設備』，同時僅具有管道處理系統之末端的彼等系統稱為『單接觸酸設備』。
類似處理問題伴隨其他平衡反應一起出現。
與平衡限制反應相關之又一問題為與最佳反應溫度相關之問題。具有中間冷卻之絕熱多階反應器尤其用於其中反應選擇性地進行，得到單一產物，但受到平衡條件限制。如上文所論述，中間冷卻用於沿較高平衡轉化方向置換氣體溫度。在放熱反應，諸如氨、三氧化硫及甲醇之製備中，平衡轉化至目標產物隨著溫度增加而降低。此在Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry，第B4卷，1992中之圖4.2A中說明。
對於既定轉化，在低溫下，催化劑活性減少，且反應將緩慢進行。隨著溫度增加，催化活性增加，且反應速率亦增加。然而，隨著溫度接近平衡點，反應速率將逐漸降低，直至正反應匹配逆反應為止，且淨反應速率降低至0。
因此發現溫度可為關於產物之反應速率變為最大值時的溫度。此溫度將低於平衡溫度，但不會低到使反應變得過於緩慢，而使反應不可動力地操作。可繪製此等點，形成最大反應速率曲線，其稱為最佳反應速率之軌跡或最大速率軌跡(MRL)。此在Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry，第B4卷，1992中之圖4.2B中說明。
在絕熱反應對照的情況下，根據以下方程式，溫度隨著所達成之轉化△x線性地增加：
其中如Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry，第B4卷，1992中之圖4.2A中所說明，放熱反應之各絕熱反應路徑位於梯度△T/△x之直線上。多階絕熱反應之實用反應路徑可因此藉由將用於絕熱反應之直線部分結合至用於溫度降低之垂線(歸因於如Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry，第B4卷，1992中之圖4.2C中所說明間接中間冷卻)而衍生自Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry，第B4卷，1992中之圖4.2。
當軌跡在多個小步驟中遵循最大反應速率之線時，具有最小所需催化劑體積之動力學最佳反應路徑產生。實際上，使用多個階段所涉及之裝置及設備支出必須與催化劑節省保持平衡。
用於此類別之反應的習知多階反應器常常限制於約三至五個階段，否則設備之資金成本變得過量。然而，可看出在此情況下即使資金成本保存較低，大量催化劑床仍在遠未達到最佳溫度之溫度下操作，且在較低操作溫度之情況中，未充分利用催化劑能力進行反應。在此情況下，體積大許多之催化劑為使催化劑成本較高且反應器大小較大所必需的。
類似問題在平衡反應為吸熱反應時亦適用。
因此需要設計一種方法，使反應器內安裝之催化劑在經由反應器改變之溫度下最大化使用，該溫度使得隨著反應進行且轉化增加，催化劑溫度維持在使其效能最大化之區域中。
進一步希望提供一種用於平衡反應來克服此等問題中之一些或全部的方法。目前已發現，若並非使用習知催化劑床，催化劑係位於亦可稱為貯槽之催化劑載體內，則此等問題中之一或多者可得以解決。
因此，根據本發明之第一態樣，提供具有外殼之反應器，其包含：一或多個位於該外殼內之反應器管，該或該等反應器管包含複數個含有催化劑之催化劑貯槽；用於將熱傳遞流體提供至該反應器外殼使得該熱傳遞流體接觸該或該等管之構件；用於將反應物提供至該等反應器管之入口；及用於自該等反應器管回收產物之出口；其中在管內之該複數個含有催化劑之催化劑貯槽包含含有催化劑之催化劑貯槽，該等貯槽及/或該所含之催化劑具有至少兩種組態。
以下更詳細地論述貯槽的不同組態方式。然而，其等不同之主要方式係關於貯槽內之催化劑類型、貯槽內之催化劑量、自貯槽移除之熱之量或此等之組合。
藉由利用至少兩種組態之含有催化劑之催化劑貯槽，反應可經最佳化，使得催化劑溫度維持在使其效能最大化之區域內，且經繪製為轉化相對於操作溫度之反應路徑最緊密地遵循最佳反應速率之軌跡。特定言之，在一個配置中，本發明將容許反應溫度在既定轉化水準下處於最佳溫度之100℃內。
藉由在反應器之管或各管內使用複數個催化劑貯槽，各管包括一系列絕熱床，其具有用於放熱反應之中間冷卻，或具有當反應為吸熱時的加熱。在存在複數個管，各管含有複數個催化劑貯槽的情況， 反應器包含複數個並聯系統，各系統包括一系列絕熱床。藉由此方法，溫度曲線愈加緊密地遵循最大速率軌跡。
位於管內之催化劑貯槽數目將取決於正在進行之反應及所用反應器之大小。因此可存在約10個至約100個貯槽。
在一個配置中，將存在兩種以上組態之含有催化劑之催化劑貯槽。在另一配置中，可存在三種、四種、五種、六種、七種、八種、九種、十種或十種以上組態之含有催化劑之催化劑貯槽。在又一配置中，各含有催化劑之催化劑貯槽將在各別管內具有彼此不同之組態。在存在比管內含有之貯槽更少組態之含有催化劑之催化劑貯槽的情況，將相同組態之含有催化劑之催化劑貯槽分組在一起，使得存在可在管內重複之相同組態之貯槽集合。
其中正在進行之反應為自二氧化硫製備三氧化硫，將有可能達成約99.7%或甚至大於99.7%之轉化，使得管道末端處理排出氣體之需要將得以避免。
可使用任何適合之催化劑貯槽。在一個配置中，催化劑貯槽為描述於WO2011/048361中之催化劑貯槽，其內容以引用之方式併入本文中。在一個替代性配置中，催化劑貯槽可為2014年10月2號之GB1417462.7中所揭示之催化劑貯槽，其內容以引用之方式併入本文中。因此，催化劑貯槽可包含：包含催化劑之容器，該容器具有封閉該容器之底部表面及頂部表面；自該容器之該底部表面延伸至該頂部表面之載體外壁；自該容器以延伸超過該載體外壁之距離延伸之密封件；該載體外壁，其具有位於該密封件下方之孔口。
在一個配置中，尤其適合的為其中催化劑為顆粒或發泡催化劑，催化劑貯槽可包含： 環形容器，該容器具有界定內部通道之多孔內部容器壁、多孔外部容器壁、封閉該環形容器之頂部表面及封閉該環形容器之底部表面；封閉由該環形容器之內部容器壁形成之該內部通道之底部的表面。
催化劑貯槽將一般經設定大小，使得其具有小於反應器管(該催化劑貯槽置放其中)之內部尺寸的尺寸。密封件將經設定大小，使得當本發明之催化劑貯槽位於反應器管內時，該密封件與反應器管之內壁相互作用。
在使用中時，在具有下向流之豎直反應器中，反應物向下流過反應器管，且因此第一接觸催化劑貯槽之上表面。由於密封件阻斷貯槽側面周圍之反應物通過，所以貯槽頂部表面引導反應物進入由內部容器壁界定之內部通道中。反應物接著經由多孔內部容器壁進入環形容器，且接著朝向多孔外部容器壁徑向通過催化劑床。在自內部容器壁通過至外部容器壁期間，反應物接觸催化劑，且反應發生。未反應反應物及產物接著自容器經由多孔外部容器壁流出。載體外壁接著引導反應物及產物在載體外壁之內表面與環形容器之多孔外部容器壁之間向上，直至其達至載體外壁中之孔口為止。其接著經引導穿過位於載體外壁中之孔口，且在載體外壁之外表面與反應器管之內表面之間向下流動，其中熱傳遞進行。在反應器經操作使得流動逆向之情況下，路徑將經逆向。
容器之頂部表面可具有任何適合之大小及組態。在貯槽包含多孔內部及外部容器壁之配置中，頂部表面將至少自多孔外部容器壁朝外延伸，且將與載體外壁連接。在一個替代性配置中，頂部表面可自多孔內部容器壁延伸至載體外壁。應理解，頂部表面可為環，其自多孔內部容器壁與多孔外部容器壁之位置之間的一點延伸至載體外壁。
在一個配置中，蓋可封閉由多孔內部容器壁形成之內部通道。此蓋將包括一或多個孔口以允許流體流進入內部通道中。
內部容器壁及外部容器壁中穿孔之大小將經選擇以便使反應物及產物之均一流穿過催化劑，同時維持催化劑在容器內。因此，將理解其尺寸將視所用催化劑粒子之大小而定。在一替代性配置中，穿孔可經設定大小，使得其較大但具有覆蓋穿孔之過濾網狀物以保證催化劑維持在環形容器內。此使得能夠使用較大穿孔，其將促進反應物之自由運動而無顯著壓力耗損。
將理解穿孔可具有任何適合之組態。實際上，當壁描述為多孔時，所需要的為使反應物及產物穿過壁之方法。此等可為具有任何組態之小孔口，其可為槽，其可由金屬絲篩網或由產生多孔或可滲透表面之任何其他方法形成。
儘管封閉容器之頂部表面將一般位於內部容器壁及/或外部容器壁之上邊緣處，但可能需要使頂部表面位於上邊緣下方，使得載體外壁之上邊緣之一部分在頂部表面上方延伸。類似地，底部表面可位於內部容器壁及/或外部容器壁之下邊緣處，或可能需要設置底部表面使得其位於外部容器壁之底部邊緣上方，使得該外部容器壁之底部邊緣在底部表面下方延伸。其中載體外壁在頂部及/或底部表面上方延伸，此可促進容器抵靠著其他容器堆疊。另外地或替代性地，此組態可經組態以促進催化劑貯槽連接至相鄰催化劑貯槽。
環形容器之底部表面及封閉內部通道之底部的表面可形成為單一單元，或其可為連接到一起之兩個單獨的零件。環形容器之底部表面及封閉內部通道之底部的表面可為共面的，但在一個配置中，其在不同的平面中。在一個配置中，封閉內部通道之底部的表面在低於環形容器之底部表面的平面中。此可用以幫助一個催化劑貯槽位於在其下方配置之催化劑貯槽上。應理解，在一替代性配置中，封閉內部通 道之底部的表面可在高於環形容器之底部表面的平面中。此可幫助一個貯槽位於在其下方配置之貯槽上。
在一替代性配置中，尤其適用於單石催化劑的為容器經組態用於容納單石催化劑。
在一個配置中，單石催化劑為固體，此係因為在單石本體內之空間實質上均由催化劑佔據。當單石用於具有下向流之豎直反應器中時，反應物向下流過反應器管，反應物第一接觸單石催化劑之頂面，且以平行於催化劑貯槽之軸之方向穿過其流動。容器之密封件防止反應物在單石周圍流動，且幫助將反應物引導至催化劑中。反應將接著在單石催化劑內進行。產物將接著亦以平行於催化劑貯槽之軸的方向往下流過單石。
在催化劑為單石催化劑之配置中，頂部表面將至少自單石催化劑朝外延伸，且將與載體外壁連接。應理解，頂部表面可為環，其在單石催化劑之至少一部分上延伸至載體外壁。
當反應物及產物達至容器之底部表面時，該等反應物及產物經導向載體外壁。為了促進此流，可在容器內在底部表面之頂面上提供支腳，使得在使用中時，催化劑單石在支腳上經支撐，且在催化劑單石之底部與容器之底部表面之間存在間隙。載體外壁引導反應物及產物在載體外壁之內表面與單石催化劑之外表面之間向上，直至其達至頂部表面之底面為止。反應物及產物接著藉由頂部表面之底面引導穿過載體外壁中之孔口，且其接著在載體外壁之外表面與反應器管之內表面之間向下流動，其中熱傳遞進行。
在一個配置中，單石催化劑具有穿過其之縱向延伸通道。一般來說，通道將位於單石催化劑之中心軸上。因此當反應器管具有環形橫截面時，此配置之單石催化劑將具有環形橫截面。在此配置中，在使用中時，在具有下向流之豎直反應器中，反應物向下流過反應器 管，且因此第一接觸容器之頂部表面之上表面，且引導至單石之通道中。反應物接著進入環形單石催化劑，且朝向催化劑單石之外表面徑向通過催化劑。在通過催化劑單石期間，反應發生。未反應反應物及產物接著自單石催化劑經由其外表面流出。載體外壁接著引導反應物及產物在載體外壁之內表面與單石催化劑之外表面之間向上，直至其達至頂部表面。反應物及產物接著藉由頂部表面之底面引導穿過載體外壁中之孔口，且在載體外壁之外表面與反應器管之內表面之間向下流動，其中熱傳遞進行。
在單石催化劑包括通道之配置中，頂部表面可在單石催化劑上延伸但離開未覆蓋之通道。在另一配置中，頂部表面可跨越通道延伸，但將包括此區域中之孔口以允許流體流。
應理解，當反應器為上流反應器或例如處於水平定向時，流動路徑將不同於上述流動路徑。然而，經由催化劑貯槽之路徑原理將如所描述。
當複數個催化劑貯槽在反應器管內堆疊時，反應物/產物在第一貯槽之外壁之外表面與反應器管之內表面之間向下流動，直至其接觸頂部表面及第二催化劑貯槽之密封件，且向下引導至第二催化劑貯槽中。接著重複上文所描述之流動路徑。
無論將哪個配置用於催化劑貯槽，載體外壁均可為光滑的或其可經塑形。若其經塑形，則可使用任何適合之形狀。適合之形狀包括褶狀、波紋及其類似形狀。褶狀、波紋及其類似形狀一般將沿貯槽之長度縱向配置。載體外壁之塑形增加載體外壁之表面積，且有助於催化劑貯槽之插入至反應器管中，此係由於其將允許在反應器管之內表面上的任何表面粗糙度或待容納之反應器管之公差差異。
在孔口存在於載體外壁中之組態中，孔口可具有任何組態。然而，孔口數目、大小、組態及位置將經選擇以確保反應物及產物之流 不受阻礙，同時確保載體外壁保留足夠材料以提供承載負荷之所需強度。在一個配置中，孔口可為孔洞或槽孔。
孔口將具有任何適合之大小及間距。適合大小之選擇將取決於製作催化劑貯槽之材料之本質強度、所用材料厚度、待堆疊於反應器管中之催化劑貯槽之重量及數目、所提及壓降、反應器管之長度及其類似因素。在一個配置中，孔口之尺寸可針對反應器管中之不同催化劑貯槽而不同。
適合之催化劑貯槽之其他實例描述於WO2011/048361及WO2012/136971中，其中之每一者之內容以引用之方式併入。
如上文所論述，在本發明中，含有催化劑之貯槽之組態不同的方式可藉由任何適合之方法達成。適合之方法包括貯槽內之催化劑類型、貯槽內之催化劑量、自貯槽移除之熱之量或此等之任何組合。
在一個配置中，催化劑類型可改變。因此，舉例而言，可將不同催化劑用於不同貯槽。在一個配置中，與管之另一部分相比，可將較具有活性之催化劑用於管之一個部分中之貯槽中。
在一個配置中，組態改變可為催化劑貯槽中所裝載之催化劑量。如以上所解釋，根據以下方程式，在絕熱反應對照中，溫度隨著所達成之轉化△x線性地增加：
因此，每個催化劑貯槽中絕熱溫度上升將係關於每個催化劑貯槽中所進行之轉化，且轉化之量將係關於催化劑貯槽中所容納之催化劑量。因此，對於各含有催化劑組態之不同貯槽，有可能計算催化劑貯槽內所安裝之催化劑之量使得所達成之絕熱溫度上升最大化使用催化劑貯槽內之催化劑。
催化劑貯槽之不同裝載量可藉由保持貯槽大小不變且改變裝載 至催化劑貯槽中之催化劑之量來達成。在此配置中，當所需催化劑之量不足以填滿貯槽時，可留下空餘空間。替代地，催化劑可與惰性物質組合，使得貯槽用惰性材料及催化劑之混合物填充。
在替代方案中，催化劑貯槽之大小可在不同的組態之間不同，使得所需催化劑之量填充各別貯槽。此可藉由使用具有用於催化劑之相同徑向空間但具有不同長度的貯槽來達成。在另一配置中，用於容納催化劑之容器大小將具有相同長度，且容器之內部、外部或內部及外部表面之位置可調節。
另外地或替代性地，含有催化劑之催化劑貯槽可在自貯槽移除之熱之量上不同。在催化劑貯槽之較佳配置中，在氣體穿過催化劑之後，其穿過催化劑貯槽與貯槽插入之反應器管之間的環形空間。藉由使在一些組態中稱為直立裙套之載體外壁之長度變化，及/或藉由使環形空間之寬度變化，自氣體移除之熱之量在其通過至下一個催化劑貯槽供進一步反應之前經改變。藉由變化此組態，有可能的為在轉化與溫度曲線方面，反應路徑最緊密地匹配最佳反應速率之軌跡。此可具有使可需要在反應器內安裝之催化劑之總量最小化的益處。
應理解，在催化劑貯槽之外壁與管壁之間之空間中氣體之速度將影響所進行的熱傳遞之量。較高的速度將提供較高的熱傳遞係數，且因此更多的熱傳遞將發生。較高的速度可藉由減小載體外壁與管之內壁之間的間隙大小來達成。替代地，若需要較少的熱傳遞，則催化劑貯槽與管壁之間之外表面之間的間隙應增加。因此，使用具有不同直徑之貯槽改變貯槽周圍之氣流，且因此改變熱傳遞。
因此，在一個配置中，催化劑貯槽長度在貯槽之間為相同的，且外徑在組態之間經改變以控制熱傳遞。
藉由調節貯槽之間的組態及/或其內含物，反應器內之溫度曲線愈加緊密地匹配如藉由關於特定反應之平衡曲線之形狀所測定之最佳 溫度曲線。藉由此方法，催化劑活性可經最大化，由此使進行反應所需之催化劑之體積最小化。
亦應注意的為由於動力學反應速率與操作溫度有關，所以隨著轉化進行且平衡推動操作溫度愈來愈低，由此每單位體積之催化劑的轉化減少。由於反應速率/催化劑體積降低，隨著操作溫度降低，隨後亦接著每單位體積之催化劑所釋放之熱量(在放熱反應中)將亦減少。因此，隨著轉化進行，各催化劑貯槽將含有增加量之催化劑，假設轉化/催化劑貯槽視為恆定的，或若催化劑體積/貯槽為恆定的，則所釋放熱之量將隨著轉化增加而減少。因此，所需熱傳遞/催化劑貯槽將隨著轉化增加而減少。因此，在涉及催化劑貯槽設計之兩個設計參數之間存在衝突。隨著轉化增加且操作溫度降低，催化劑體積/貯槽可增加。此可指示，催化劑貯槽之長度將需要增加。然而，同時，所釋放熱/催化劑貯槽將減少，且因此將希望藉由減小催化劑貯槽之長度來減少熱傳遞面積。此可藉由調節床之內徑及外徑之位置從而調節床厚度來調節，且催化劑貯槽與管壁之間的環形間隙亦可經改變以達成最佳反應特徵曲線以便使反應速率最大化，且最終達成最大反應物轉化。
本發明之催化劑貯槽可包括PCT/GB2015/050214中所描述之溫度量測配置，其內容以引用之方式併入。
在另一實施例中，本發明之反應器可與一或多個習知絕熱床組合使用。因此舉例而言，主體反應起初可在習知絕熱床中進行，因為不會達到平衡限值。物料流可接著傳送至根據本發明之反應器中。因此，舉例而言，在製備三氧化硫中，二氧化硫可傳送至習知絕熱固定床中以轉化約60%至約70%二氧化硫。此床將起初至少不受任何平衡約束來操作。在此配置中，反應物可在足以使得反應能夠開始之溫度下傳送至絕熱床中。絕熱床中之反應將接著引起溫度上升至足以添加 至本發明之反應器中的水準。
本發明之裝置適用於與任何平衡限制反應一起使用。因此，根據本發明之第二態樣，提供一種用於進行平衡限制反應之方法，其包含將反應物提供至本發明之反應器中，使得反應進行且回收產物。
適合之反應之實例包括二氧化硫氧化成三氧化硫、製造氨、自一氧化碳及氫合成甲醇、水煤氣變換反應、逆向水煤氣變換反應、製造苯乙烯、乙苯脫水、烷烴脫氫、甲烷化反應或蒸汽甲烷重組。
包括溫度、壓力及流動速率之反應條件將取決於正在進行之反應。
當正在進行之反應為二氧化硫之氧化以使用習知催化劑(諸如五氧化二釩)製備三氧化硫時，操作壓力將一般接近大氣壓。在一個配置中，該方法可在約1.4絕對巴之入口壓力下操作。初始轉化可在約600℃至約700℃下進行，且隨著轉化進展；平衡曲線移動操作溫度至約380℃至約420℃。儘管該方法已使用五氧化二釩作為催化劑來描述，但應理解可使用任何適合之催化劑，且反應條件可隨著所選擇之催化劑而改變。
應理解，附圖為圖解的，且設備之其他物件，諸如回流槽、泵、真空泵、溫度感測器、減壓閥、控制閥、流量控制器、液位控制器、貯存槽、儲槽及其類似物，可在市售設備中需要。提供該等輔助設備物件不形成本發明之一部分，且該提供係根據習知化學工程實踐。
本發明之反應器之一個實例在圖4中說明。反應器包含外殼30，其具有用於反應物之入口31及用於產物之出口32。反應器包括複數個管33。可使用任何數目之管。所選管之數目由設備之製備能力確定。市售大小之設備可包含數千個個別反應器管。為了易於說明，已經說明了5個管。反應器將包括用於將管安裝在位置中之構件，但為簡單起見此等構件已自附圖省略。類似地，省略用於將反應物分佈在整個管中之構件及在反應物之底部中用於收集產物且使其在出口32中經收集的收集構件。
在使用中時，管將由熱傳遞流體35包圍。將一般包括用於引入 且移除流體之構件，但此等構件已經自視窗省略。當待進行之反應為放熱反應時，熱傳遞流體將為冷卻流體。因此熱傳遞流體可為通常使用之彼等流體中之任一者，其包括在外殼側面上使高壓上升通常高達100絕對巴之沸水、蒸汽、諸如Dowtherm或熔鹽冷卻反應器之熱傳遞流體。當反應為吸熱反應時，熱傳遞流體將為加熱流體。
各管33將包括複數個催化劑載體，其出於本申請案之目的，將稱作貯槽34。在各管33中之貯槽34之堆疊將包括至少兩種不同的組態。
可置放於管或各管中之催化劑貯槽34之一個實例在圖5及圖6中說明。
貯槽34包含具有多孔內部及外部容器壁42、43之環形容器41。多孔壁42界定內部通道44。頂部表面45在頂部處封閉環形容器。其位於朝向環形容器41之內部及外部容器壁42、43之頂部的位置處，使得唇緣46形成。底部表面47封閉環形容器41之底部，且表面48封閉由內部容器壁42形成之內部通道44。表面48位於比底部表面47之平面高的平面中。
密封件49自上表面45延伸，且直立套環50與內部通道44同軸提供。
帽蓋51封閉內部通道44之頂部。蓋中之孔口52允許流體進入。
載體外壁53包圍容器41。孔口55允許流體自催化劑貯槽外出。
催化劑貯槽34位於反應器管54中。氣流藉由箭頭在圖6中示意性地說明。
此催化劑貯槽之其他細節可在2015年10月2號申請之GB1417462.7中發現，其內容以引用之方式併入。
一個替代性催化劑貯槽在圖7至圖9中說明。此貯槽34a包含環形容器41a，其具有多孔內部及外部容器壁42a、43a。多孔壁42a界定內 部通道44a。頂部表面45a封閉環形容器41a。其位於朝向內部及外部容器壁42a、43a之頂部的一點處，使得唇緣46a形成。底部表面47a封閉環形容器41a之底部，且表面48a位於低於底部表面47a之平面的平面中。呈複數個凹陷56形式之間隔構件位於環形容器42a之底部表面47a上。排泄孔57及58位於底部表面47a及底部表面48a上。
密封件49a自上表面45a延伸，且直立套環59與內部通道44a同軸提供。波紋直立裙部53a包圍環形容器41a。波紋在區域L中朝向貯槽34a之基座經扁平化。
當複數個此配置之催化劑貯槽34位於反應器管54內時，如圖11連鎖中所說明。流動路徑之效應展示於圖6及圖7中。此配置之催化劑貯槽之其他細節在圖12中說明且描述於WO2011/048361中，其內容以引用之方式併入。
無論使用何種催化劑貯槽之配置，本發明提供沿著管之長度，將存在至少兩種且通常至少兩種以上組態之催化劑貯槽自身及/或位於貯槽內之催化劑。在一個配置中，貯槽之長度且因此含有催化劑之環形容器41或41a之大小將增加。在第二配置中，環形容器41或41a之厚度可改變。此可藉由調節多孔內部容器壁42、42a及多孔外部容器壁43、43a之位置來達成。在又一配置中，貯槽之徑向大小可改變使得管壁之間隙大小將在管中之不同點處改變。
應理解儘管催化劑貯槽已經特定參考使用圓形橫截面之管來描述，但管可具有非圓形橫截面，例如其可為板狀反應器。當管具有非圓形橫截面時，貯槽將具有合適形狀。在此配置中，在所描述使用環形單石之實施例中，應理解單石將不為圓形環且此術語應相應地解釋。
現將藉助於實例參考藉由二氧化硫之氧化製備三氧化硫來描述本發明。
比較實例1
在此實例中，反應器管裝載有相同催化劑貯槽。貯槽之設計之選擇必須在保證足夠反應進行以達成所需轉化，同時保證自管狀反應器之排放溫度足夠低以滿足決定SO2總體轉化至SO3的平衡溫度之間折衷。
在此實例中，選擇99.5%之目標轉化。由於達成此轉化之平衡溫度為約390℃，所以若所需轉化達成，則自反應器排出之氣體必須處於低於此平衡溫度之溫度下。
基於此，設定以下入口條件用於管狀反應器：
(各區域定義為含有相同設計之催化劑貯槽)
(由於對總體管長度之限制，此很可能需要最少2個或可能3個串聯反應器)
如上文所論述，對於平衡限制反應，有可能計算隨著轉化進展使反應速率最大化之最佳反應路徑。此通常繪製為轉化與溫度曲線，因此隨著轉化進展，提供最大動力學反應速率之操作溫度可自該圖表 讀取(此作為虛線展示於圖13中)。此最佳溫度稱為最大速率軌跡(MRL)。
在催化劑利用程度方面，可存在表徵反應效率之不同方法。若反應中之反應溫度理想地匹配MRL，則最大效率將達成。實際上，將始終有在高於及低於MRL之溫度下操作的一些催化劑，此將表示效率損失，此係由於動力學反應速率/單位體積之催化劑將降低，使進一步遠離操作催化劑之MRL。
對於催化劑貯槽，在貯槽內之各催化劑床存在入口溫度及出口溫度，因此必需將關於各催化劑床之入口及出口溫度與藉由MRL測定之最佳溫度的偏差之絕對值之平均值用作催化劑利用效率之量測。
因此，當催化劑貯槽之單一設計用於整個反應器中時，與關於此時反應器中轉化之最佳值的入口/出口溫度之絕對值之平均偏差(基於絕對基礎)為90℃。
如圖13中所說明，展示操作溫度與轉化曲線之對角線可為+/-90℃。用於既定轉化之最大溫度再次將藉由平衡溫度限制，且MRL與平衡溫度之間的差值可低於90℃，因此取決於反應器中之位置，溫度偏差可為例如+30℃/-120℃。
實例2
實例2類似於比較實例1，例外為反應器含有催化劑貯槽之數個區域，各區域中之貯槽設計經最佳化以保證每個催化劑床之溫度上升，且在熱傳遞至反應器之外殼側面期間所達成之溫度下降為使得所需催化劑體積藉由保證催化劑儘可能接近最佳溫度操作來最佳化。
設定以下入口條件用於管狀反應器：
(各區域定義為含有相同設計之催化劑貯槽)
(此將可能在單一管狀反應器中)
其因此可見，操作愈接近MRL，則達成愈大的催化劑利用率，且因此減少供一定製備體積用之所需催化劑體積。
下表詳述用於實例2之管中之催化劑貯槽設計
1‧‧‧管線
2‧‧‧第一絕熱床
3‧‧‧管線
4‧‧‧熱交換器
5‧‧‧管線
6‧‧‧管線
7‧‧‧第二催化劑床
8‧‧‧管線
9‧‧‧熱交換器
10‧‧‧管線
11‧‧‧管線
12‧‧‧第三催化劑床
13‧‧‧管線
14‧‧‧熱交換器
15‧‧‧中間吸收器
16‧‧‧管線
17‧‧‧熱交換器
18‧‧‧管線
19‧‧‧第四催化劑床
20‧‧‧管線
21‧‧‧反應器外殼
22‧‧‧不可滲透板
30‧‧‧外殼
31‧‧‧入口
32‧‧‧出口
33‧‧‧管
34‧‧‧貯槽/催化劑貯槽
34a‧‧‧貯槽
35‧‧‧熱傳遞流體
41‧‧‧環形容器
41a‧‧‧環形容器
42‧‧‧多孔內部容器壁
42a‧‧‧多孔內部容器壁
43‧‧‧多孔外部容器壁
43a‧‧‧多孔外部容器壁
44‧‧‧內部通道
44a‧‧‧內部通道
45‧‧‧頂部表面/上表面
45a‧‧‧頂部表面
46‧‧‧唇緣
46a‧‧‧唇緣
47‧‧‧底部表面
47a‧‧‧底部表面
48‧‧‧表面
48a‧‧‧表面
49‧‧‧密封件
49a‧‧‧密封件
50‧‧‧直立套環
51‧‧‧帽蓋
52‧‧‧孔口
53‧‧‧載體外壁
53a‧‧‧波紋直立裙部
54‧‧‧反應器管
55‧‧‧孔口
56‧‧‧凹陷
57‧‧‧排泄孔
58‧‧‧排泄孔
59‧‧‧直立套環
L‧‧‧區域
現將藉助於實例，參考附圖描述本發明，其中：圖1 為圖表，其說明在習知反應中，二氧化硫氧化成三氧化硫之反應對溫度之平衡常數依賴性；圖2 為曲線，其說明在包括中間冷卻之先前技術方法中，關於二氧化硫之氧化的典型溫度曲線；圖3 為先前技術反應器系統之示意性圖示；圖4 為根據本發明之反應器之示意性圖示；圖5 為用於本發明之反應器中之催化劑貯槽之一個實例之透視圖； 圖6 為自側面觀看的圖5之催化劑貯槽之橫截面；圖7 為用於本發明之反應器中之催化劑貯槽之第二實例之透視圖；圖8 為自下方觀看的圖7之催化劑貯槽之透視圖；圖9 為自側面觀看的圖7之催化劑貯槽之部分橫截面；圖10 為在說明流動路徑之管中在適當位置圖7之催化劑貯槽之示意性圖示；圖11 為位於反應器管中之圖7之複數個催化劑貯槽之示意性圖示；圖12 為圖11之部分A之放大部分；及圖13 為說明本發明之益處的曲線。
30‧‧‧外殼
31‧‧‧入口
32‧‧‧出口
33‧‧‧管
34‧‧‧貯槽/催化劑貯槽
35‧‧‧熱傳遞流體

Claims (16)

  1. 一種具有外殼之反應器，其包含：一或多個位於該外殼內之反應器管，該或該等反應器管包含複數個含有催化劑之催化劑貯槽；用於將熱傳遞流體提供至該反應器外殼使得該熱傳遞流體接觸該或該等管之構件；用於將反應物提供至該等反應器管之入口；及用於自該等反應器管回收產物之出口；其中在管內之該複數個含有催化劑之催化劑貯槽包含至少兩種組態之含有催化劑的催化劑貯槽。
  2. 如請求項1之反應器，其中該等含有催化劑之催化劑貯槽之不同之處在於該貯槽內之催化劑類型、該貯槽內之催化劑的量、自該貯槽移除之熱之量或此等之組合。
  3. 如請求項1或2之反應器，其中該等含有催化劑之催化劑貯槽在使用中容許反應溫度於既定轉化水準時處於平衡溫度之100℃內。
  4. 如請求項1至3中任一項之反應器，其中存在三種、四種、五種、六種、七種、八種、九種或十種不同組態之含有催化劑之催化劑貯槽。
  5. 如請求項1至4中任一項之反應器，其中該催化劑貯槽包含：包含催化劑之容器，該容器具有封閉該容器之底部表面及頂部表面；自該容器之該底部表面延伸至該頂部表面之載體外壁；自該容器以延伸超過該載體外壁之距離延伸之密封件；該載體外壁具有位於該密封件下方之孔口。
  6. 如請求項1至4中任一項之反應器，其中該催化劑貯槽包含：環形容器，該容器具有界定內部通道之多孔內部容器壁、多孔外部容器壁、封閉該環形容器之頂部表面及封閉該環形容器之底部表面；封閉由該環形容器之該內部容器壁形成之該內部通道之底部的表面。
  7. 如請求項1至6中任一項之反應器，其中含有催化劑之催化劑貯槽之該至少兩種組態包含使用不同催化劑。
  8. 如請求項1至7中任一項之反應器，其中催化劑貯槽之該至少兩種組態包含改變該催化劑貯槽中所裝載之催化劑之量。
  9. 如請求項8之反應器，其中改變催化劑貯槽中所裝載之催化劑之量係藉由改變裝載至該催化劑貯槽中之催化劑之量且用惰性材料填充該貯槽來達成。
  10. 如請求項8之反應器，其中改變該催化劑貯槽中所裝載之催化劑之量係藉由改變該貯槽之長度來達成。
  11. 如請求項1至10中任一項之反應器，其中催化劑貯槽之該至少兩種組態包含改變該載體之直徑，使得當其經裝載至管中時，該催化劑貯槽與其所插入之反應管之間的環形空間經改變。
  12. 一種包含如請求項1至11中任一項之反應器的反應器系統，其與一或多個習知絕熱床組合使用。
  13. 如請求項12之反應器系統，其中該系統係經組態使得主體反應在傳送至如請求項1至11中任一項之反應器之前可起初在習知絕熱床中進行。
  14. 一種用於進行平衡限制反應之方法，其包含將反應物提供至如請求項1至11中任一項之反應器中或如請求項12或13之反應器系統中，使得反應進行且回收產物。
  15. 如請求項14之方法，其中該方法為將二氧化硫氧化成三氧化硫、製造氨、自一氧化碳及氫合成甲醇、水煤氣變換反應、逆向水煤氣變換反應、製造苯乙烯、乙苯脫水、烷烴脫氫、甲烷化反應或蒸汽甲烷重組。
  16. 如請求項14之方法，其中所進行之反應為將二氧化硫氧化產生三氧化硫，操作壓力一般將係在約1.4絕對巴(bara)之入口壓力下操作，其中初始轉化在約600℃至約700℃下發生，且隨著轉化進展，該溫度降低至約380℃至約420℃。
TW105111926A 2015-04-17 2016-04-15 具有外殼之反應器、含彼之反應器系統及用於進行平衡限制反應之方法 TWI698280B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GBGB1506572.5A GB201506572D0 (en) 2015-04-17 2015-04-17 Process
GB1506572.5 2015-04-17

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201700160A true TW201700160A (zh) 2017-01-01
TWI698280B TWI698280B (zh) 2020-07-11

Family

ID=53298770

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW105111926A TWI698280B (zh) 2015-04-17 2016-04-15 具有外殼之反應器、含彼之反應器系統及用於進行平衡限制反應之方法

Country Status (15)

Country Link
US (3) US10683206B2 (zh)
EP (2) EP3922346A1 (zh)
KR (1) KR102543016B1 (zh)
CN (2) CN107666955B (zh)
BR (1) BR112017022174B1 (zh)
CA (1) CA2982688C (zh)
DK (1) DK3283210T3 (zh)
EA (1) EA036841B1 (zh)
ES (1) ES2898859T3 (zh)
GB (2) GB201506572D0 (zh)
HU (1) HUE057118T2 (zh)
PT (1) PT3283210T (zh)
TW (1) TWI698280B (zh)
WO (1) WO2016166507A1 (zh)
ZA (1) ZA201706799B (zh)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9958211B2 (en) 2015-03-12 2018-05-01 Bayotech, Inc. Nested-flow heat exchangers and chemical reactors
US12000333B2 (en) 2021-05-14 2024-06-04 AMOGY, Inc. Systems and methods for processing ammonia
US11724245B2 (en) 2021-08-13 2023-08-15 Amogy Inc. Integrated heat exchanger reactors for renewable fuel delivery systems
EP4347479A1 (en) * 2021-06-03 2024-04-10 Topsoe A/S Heat exchange reactor with reduced metal dusting
KR20240020274A (ko) 2021-06-11 2024-02-14 아모지 인크. 암모니아의 가공처리를 위한 시스템 및 방법
US11539063B1 (en) 2021-08-17 2022-12-27 Amogy Inc. Systems and methods for processing hydrogen
WO2023247713A1 (en) * 2022-06-24 2023-12-28 Topsoe A/S Production of ammonia from synthesis gas with a large range of plant loads
US11840447B1 (en) 2022-10-06 2023-12-12 Amogy Inc. Systems and methods of processing ammonia
US11866328B1 (en) 2022-10-21 2024-01-09 Amogy Inc. Systems and methods for processing ammonia
US11795055B1 (en) 2022-10-21 2023-10-24 Amogy Inc. Systems and methods for processing ammonia

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1945811A (en) * 1930-02-20 1934-02-06 Selden Co Contact sulphuric acid process
US2331427A (en) * 1939-06-28 1943-10-12 Phillips Petroleum Co Control of catalytic reactions
NL62754C (zh) * 1941-01-27
US2353509A (en) * 1942-02-06 1944-07-11 Phillips Petroleum Co Process for hydrocarbon conversion
JPS5118955B2 (zh) 1972-04-12 1976-06-14
ATE89191T1 (de) * 1987-02-26 1993-05-15 Ammonia Casale Sa System zur verbesserung der reaktorausbeute fuer exotherme synthese, insbesondere fuer die ammoniakreaktion.
JP2526404B2 (ja) * 1993-10-15 1996-08-21 工業技術院長 触媒反応方法
DE69909788T2 (de) * 1999-08-31 2004-06-03 Ammonia Casale S.A. Verfahren zur in-situ Modernisierung eines heterogenen Synthesereaktors
GB0113078D0 (en) * 2001-05-30 2001-07-18 Kvaerner Process Tech Ltd Process and plant
TWI302147B (en) * 2003-09-01 2008-10-21 Lg Chemical Ltd Method of producing unsaturated aldehyde and unsaturated acid in fixed-bed catalytic partial oxidation reactor with enhanced heat control system
TWI349001B (en) * 2005-03-18 2011-09-21 Lg Chemical Ltd Method of producing unsaturated acid from olefin
DE102007006647A1 (de) * 2007-02-06 2008-08-07 Basf Se Verfahren zur Regenerierung eines im Rahmen einer heterogen katalysierten partiellen Dehydrierung eines Kohlenwasserstoffs deaktivierten Katalysatorbetts
GB0918246D0 (en) * 2009-10-19 2009-12-02 Davy Process Techn Ltd Apparatus
GB201105691D0 (en) 2011-04-04 2011-05-18 Davy Process Techn Ltd Apparatus
GB201107072D0 (en) * 2011-04-27 2011-06-08 Davy Process Techn Ltd Process
GB201107070D0 (en) 2011-04-27 2011-06-08 Davy Process Techn Ltd FT process using can reactor
GB201401518D0 (en) 2014-01-29 2014-03-12 Johnson Matthey Davy Technologies Ltd Apparatus & process
GB201403787D0 (en) 2014-03-04 2014-04-16 Johnson Matthey Plc Steam reforming

Also Published As

Publication number Publication date
US11560309B2 (en) 2023-01-24
CA2982688A1 (en) 2016-10-20
CN115282883A (zh) 2022-11-04
US20220064000A1 (en) 2022-03-03
BR112017022174B1 (pt) 2020-12-15
CN107666955B (zh) 2022-07-29
EP3283210A1 (en) 2018-02-21
KR102543016B1 (ko) 2023-06-14
EP3922346A1 (en) 2021-12-15
US11161739B2 (en) 2021-11-02
GB2539991A (en) 2017-01-04
GB2539991B (en) 2019-11-27
KR20170137857A (ko) 2017-12-13
EA201792299A1 (ru) 2018-03-30
EA036841B1 (ru) 2020-12-25
HUE057118T2 (hu) 2022-04-28
ZA201706799B (en) 2024-02-28
EP3283210B1 (en) 2021-09-08
DK3283210T3 (da) 2021-11-22
GB201605088D0 (en) 2016-05-11
TWI698280B (zh) 2020-07-11
CN107666955A (zh) 2018-02-06
ES2898859T3 (es) 2022-03-09
PT3283210T (pt) 2021-12-06
US20180086637A1 (en) 2018-03-29
US20200290875A1 (en) 2020-09-17
CA2982688C (en) 2024-04-23
WO2016166507A1 (en) 2016-10-20
US10683206B2 (en) 2020-06-16
GB201506572D0 (en) 2015-06-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW201700160A (zh) 方法
US11110422B2 (en) Annular catalyst carrier container for use in a tubular reactor
EP1839735B1 (en) A transverse tubular heat exchange reactor and a process for catalytic synthesis therein
KR101558406B1 (ko) 관형 반응기 안에 촉매를 담기 위한 용기
AU2012211334B2 (en) Monolithic reactor
EP2531290A1 (en) Fischer-tropsch process in a radial reactor
JPH05208101A (ja) 蒸留−反応装置および平衡反応の実施のためのこれの使用方法
TWI516471B (zh) 方法
TW201538469A (zh) 方法
KR102660387B1 (ko) 단열 축 유동 변환기
AU2017283045B2 (en) Axial/radial flow converter
CN104428058A (zh) 用于在气相中进行放热反应的反应器
JPH0521023B2 (zh)
JPS5824897Y2 (ja) 三酸化硫黄製造用転化器