TW202237260A - 用於製造管間距減小的立式沸騰反應器的管與管板焊接 - Google Patents

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Abstract

通過利用具有高抗拉強度(即，大於600MPa的抗拉強度)的焊接材料，在管殼式熱交換反應器(例如EO反應器)內提供減小的管間距。減小的管間距允許反應器中存在更多的細長管(管中填充有催化劑)，因此可以製造更小的反應器。值得注意的是，高抗拉強度焊接材料的使用允許實現小的焊接凹槽，該焊接凹槽位於設置在管板覆蓋材料(其位於管板頂部)中的開口的斜面上部的斜面側壁與穿過管板覆蓋材料中的開口的細長管的最外側壁之間。

Description

用於製造管間距減小的立式沸騰反應器的管與管板焊接
本發明涉及一種立式沸騰反應器，更具體地涉及一種管間距減小的管殼式熱交換反應器。
環氧乙烷(EO)是一種重要的工業化學品，其用作製造諸如乙二醇、乙二醇醚、乙醇胺和去污劑之類的各種化學品的原料。一種用於生產EO的方法是通過催化氧化過程，其中乙烯在銀基環氧化催化劑的存在下與氧氣反應。在這樣的過程中，含有乙烯和氧氣的原料流通過含有在保持於某些反應條件下的EO反應器的反應區內的銀基環氧化催化劑床。
商用EO反應器通常採用管殼式熱交換器的形式，其中多個基本平行的細長、相對較窄的管填充有催化劑顆粒以形成充填床，並且其中殼含有冷卻劑。一種這樣的EO反應器示於圖1。圖1中所示的EO反應器1包括多個細長管2，其中每個細長管2的入口端固定到入口管板3並且每個細長管2的出口端固定到出口管板4。入口反應器頭部5與出口反應器頭部6類似地設置。
EO反應器1進一步包括固定在出口頭部6上並與出口頭部6成一體的管殼式熱交換器7。開口被設置在出口頭部6中以與熱交換器7連通，並且熱交換器7在該開口周圍被焊接到出口頭部6，從而與反應器形成一體結構。熱交換器7設置有固定在管板9和10上的管8。還設置了熱交換器出口頭部11。
在實踐中，諸如乙烯、氧氣和壓載氣體之類的反應氣體經由管線12被引入EO反應器1中，並在反應條件下通過充填有合適銀基環氧化催化劑的管2。通過迴圈傳熱流體(例如水)除去反應熱，該傳熱流體經由管線13被引入到EO反應器1的殼側並經由管線14除去。
反應氣體通過管2，在這裡發生EO的產生，並且在離開管2時，氣體通過出口頭部6，然後進入熱交換器7的管8，並立即冷卻以防止進一步氧化和異構化。冷卻流體(例如水)經由管線15被引入到殼側熱交換器7並經由管線16除去。冷卻的反應氣體經由管線17離開熱交換器7並以常規方式處理以回收產物並迴圈各種組分。
由於大型工廠的反應器尺寸越來越大，而且成本呈指數級增長，EO反應器的製造變得非常具有挑戰性。EO反應器製造的一個持續目標是利用減小的管間距來減小EO反應器的尺寸；管間距是鄰近(即相鄰)管之間的最短中心距。
將細長管焊接到入口管板和出口管板是EO反應器製造中的關鍵步驟。用於管與管板焊接的現有焊接構造和焊接材料無法繞開EO反應器內管間距的減小。
通過利用具有高抗拉強度(即，大於600MPa的抗拉強度)的焊接材料，在管殼式熱交換反應器(例如EO反應器)內提供減小的管間距。減小的管間距允許反應器中存在更多的細長管(管中填充有催化劑)，因此可以製造更小的反應器。值得注意的是，高抗拉強度焊接材料的使用允許實現小的焊接凹槽，該焊接凹槽位於設置在管板覆蓋材料(其位於管板頂部)中的開口的斜面上部的斜面側壁與穿過管板覆蓋材料中的開口的細長管的最外側壁之間。
在本發明的一個方面，提供一種管殼式熱交換反應器，其包括入口管板，其具有多個第一開口並且位於反應器的入口端；出口管板，其具有多個第二開口並位於反應器的出口端；以及多個細長管，其位於入口管板和出口管板之間並穿過多個第一開口和第二開口。反應器還包括位於入口管板和出口管板兩者頂部的管板覆蓋材料。本發明的管板覆蓋材料含有多個第三開口，其被配置成允許多個細長管從中穿過。多個第三開口中的每個第三開口包含具有焊接凹槽的斜面上部，該焊接凹槽位於第三開口的斜面上部的斜面側壁與穿過第三開口的細長管的最外側壁之間。焊接材料位於焊接凹槽內並固定於穿過第三開口的細長管的最外側壁。根據本發明，位於焊接凹槽內的焊接材料具有大於600(例如601、602、603等)MPa的抗拉強度。
在一些實施方式中，反應器是環氧乙烷(EO)反應器，其進一步包括用於將包含1%至40%乙烯和3%至12%氧氣的進料氣體引入到EO反應器中的入口管線，其中EO反應器被配置成在以下條件下操作：氣時空速為1500至10,000 h -1、反應器入口壓強為1MPa至3MPa、冷卻劑溫度為180℃至315℃、氧氣轉化率為10-60%，以及EO生產速率(工作速率)為100-350 kg EO/m 3催化劑/小時，以及環氧乙烷濃度變化ΔEO為約1.5%至約4.5%，並且其中每個細長管填充有銀基環氧化催化劑，其包含氧化鋁載體、催化有效量的銀或含銀化合物，以及促進量的一種或多種促進劑。
現在將通過參考以下討論和本申請附圖更詳細地描述本申請。注意，提供本申請的附圖僅用於說明目的，就此而言，附圖不是按比例繪製的。還應注意，相同和對應的元件由相同的附圖標記表示。
在以下描述中，闡述了許多具體細節，例如特定結構、元件、材料、尺寸、處理步驟和技術，以便提供對本申請的各種實施方式的理解。然而，本領域的普通技術人員將理解，可以在沒有這些具體細節的情況下實踐本申請的各種實施方式。在其他情況下，沒有詳細描述眾所周知的結構或處理步驟以避免混淆本申請。
應當理解，當作為層、區域或襯底的元件被指稱在另一個元件“上”或“上方”時，它可以直接在另一個元件上或者也可以存在中間元件。相反，當一個元件被指稱“直接”在另一個元件“上”或“直接”在另一個元件“上方”時，不存在中間元件。還應當理解，當一個元件被指稱在另一個元件“下方”或“下面”時，它可以直接在另一個元件下方或下面，或者可以存在中間元件。相反，當一個元件被稱指“直接”在另一個元件“下方”或“直接”在另一個元件“上面”時，不存在中間元件。當與數值結合使用時，術語“約”表示該數值可以在給定數值的±10%範圍內波動。
如前所述，在本發明中通過使用抗拉強度大於600(例如601、602、603等)MPa的焊接材料，在本發明中提供管殼式熱交換反應器(例如EO反應器)內的減小的管間距。減小的管間距允許在反應器中存在更多細長的管，因此可以獲得更小的反應器。在本發明的一些實施方式中，每個相鄰細長管之間的間距(即，管間距)為約27mm至約80mm。在一些實施方式中，通過使用本發明中描述的高抗拉強度焊接材料，可以獲得一種反應器，該反應器與不包括高抗拉強度焊接材料的等效反應器相比含有多7%至14%的管。
高抗拉強度焊接材料的使用允許實現小的焊接凹槽，該焊接凹槽位於設置在管板覆蓋材料中的開口的斜面上部的斜面側壁與穿過管板覆蓋材料中的開口的細長管的最外側壁之間；管板覆蓋材料形成在反應器中存在的每個管板的頂部。在本發明的一些實施方式中，焊接凹槽具有約1.5mm至約4.5mm的長度，以及約1.125mm 2至約10.125mm 2的總面積；在圖2B中，焊接凹槽填充有焊接材料26。減小的焊接凹槽進而在反應器內提供減小的管間距(和更多管)，因此可以製造更小的反應器設計。
值得注意的是，提供了一種包括如圖1所示的EO反應器的管殼式熱交換反應器，其包括入口管板，該入口管板具有多個第一開口並位於反應器的入口端；出口管板，其具有多個第二開口並位於反應器的出口端；以及多個細長管，其位於入口管板和出口管板之間並穿過多個第一開口和第二開口。本發明使用的入口管板、出口管板和細長管與上面圖1所描繪的入口管板3、出口管板4和細長管2相似。在圖2B中，顯示了管板20，其可以用作管殼式熱交換反應器的入口管板或出口管板。僅出於說明的目的，圖2B中所示的管板20具有單個細長管24從中穿過的單個開口。儘管在管板20中示出了單個開口，但是在管板20中可以存在多個開口，其中管板中的每個開口被配置成允許單個細長管從中穿過。細長管24 (類似於圖1中所示的細長管2)也穿過存在於入口管板和出口管板(例如圖2B中所示的管板20)中的開口。
如圖2B、圖3A和圖3B中所示，反應器還包括位於入口管板和出口管板(例如圖2B中所示的管板20)兩者頂部的管板覆蓋材料22。本發明的管板覆蓋材料22含有多個第三開口30，該多個第三開口30被配置成允許多個細長管24從中穿過。多個第三開口中的每個第三開口30包含斜面上部30U和焊接凹槽區域(圖2B中的焊接凹槽填充有焊接材料26)，該焊接凹槽區域位於第三開口的斜面上部30U的斜面側壁22A與穿過第三開口的細長管24的最外側壁之間。術語“第一開口”、“第二開口”和“第三開口”在本文中僅用於識別目的和清楚起見，以便人們容易知道正在討論哪種“開口”。管板覆蓋材料22的第三開口(即開口30A)進一步包含與斜面上部30U連通的非斜面下部30L。在本發明中，存在於管板覆蓋材料22中的開口30的非斜面下部30L與存在於管板20中的開口連通。
焊接材料26位於焊接凹槽的內部並且被固定到穿過第三開口的細長管24的最外側壁。根據本發明，位於焊接凹槽內的焊接材料26具有大於600MPa的抗拉強度。這種高抗拉強度焊接材料具有允許使用小焊接凹槽長度(ag，大約1.5mm到約4.5mm)和面積(大約1.125mm 2到約10.125mm 2)的高許用應力。這又減小了反應器內的管間距；見圖2A：圖2A中所示的焊接構造的俯視圖。在圖2A中，“ag”表示焊接凹槽的長度，“af”表示角焊的長度，“ac”表示焊接凹槽和角焊的組合高度，“t”是細長管24的殼體厚度，“d o”是細長管24的外徑，“D”是存在於管板20中的開口的直徑(該直徑通常為約25.4mm至70.4mm)，以及元件28是位於焊接凹槽中的焊接材料26上的角焊材料。如圖2B中所示，角焊材料28也接觸細長管24的最外側壁。如圖2B中進一步所示，焊接凹槽長度ag大於角焊長度。注意，由於焊接材料26存在於焊接凹槽中，因此焊接材料26具有與焊接凹槽相同的長度和面積。
現在參考圖3A和圖3B，其示出了可以存在於管板覆蓋材料22中的不同類型的開口。值得注意的是，圖3A示出了包括具有V形斜面形狀的斜面上部30U的管板覆蓋材料22；圖2B中所示的管板覆蓋材料22也具有V形斜面形狀。對於圖3A中描繪的實施方式，具有V形斜面形狀的斜面上部30U可以具有約30°到約150°的凹槽角α和約15°到約75°的斜面角β。在一些優選實施方式中，具有V形斜面形狀的斜面上部30U可以具有約80°到約120°的凹槽角α和約30°到約60°的斜面角β。
參考圖3B，示出了包括具有J形斜面形狀的斜面上部30U的管板覆蓋材料22。對於圖3B中描繪的實施方式，具有J形斜面形狀的斜面上部30U可以具有約0°到約60°的凹槽角α和約0°到約30°的斜面角β。在一些優選實施方式中，具有J形斜面形狀的斜面上部30U可以具有約15°到約45°的凹槽角α和約7.5°到約22.5°的斜面角β。
可用於本申請的管板覆蓋材料22的抗拉強度在焊接材料26的抗拉強度範圍內，即大於約600(例如601、602、603等)MPa。通常，管板覆蓋材料的抗拉強度為大於600MPa至約950MPa，在一些實施方式中更優選約750MPa至約880MPa的抗拉強度。可用作管板覆蓋材料22的材料的說明性示例包括但不限於不銹鋼。
在本發明中使用的每個細長管24通常具有約450MPa到約800MPa的抗拉強度。每個細長管24可以具有25mm到約75mm的外徑(OD)。
如上所述，存在於焊接凹槽中的焊接材料26具有大於600(例如601、602、603等)MPa的抗拉強度。在一些實施方式中，焊接材料26具有從大於600MPa到約950MPa的抗拉強度，更優選約750MPa至約880MPa的抗拉強度。可用作焊接材料26的高抗拉強度材料的說明性示例包括但不限於鉻-鎳(Cr-Ni)基合金。
角焊材料28可以由任何焊接材料組成，包括上述用於焊接材料26的高抗拉強度焊接材料。
下面的描述提供了關於可存在於EO反應器內部的銀基環氧化催化劑的一些細節，該EO反應器包括根據本發明的管板覆蓋材料和凹槽焊接材料；以及關於在EO製造期間使用的EO操作條件的一些細節。下面的描述並非窮舉，而是提供了對可用於本發明的銀基環氧化催化劑和EO操作條件兩者的一般描述。
典型的銀基環氧化催化劑包括載體，以及至少催化有效量的銀或含銀化合物；還任選地存在促進量的錸或含錸化合物；還任選地存在促進量的一種或多種鹼金屬或含鹼金屬化合物。所採用的載體可以選自大量的固體耐火載體，該載體可以是多孔的並且可以提供優選的孔結構。眾所周知，氧化鋁可用作烯烴環氧化的催化劑載體並且是銀基環氧化催化劑的優選載體。
不管所用載體的特性如何，它通常成型為尺寸適用於固定床環氧化反應器中的顆粒、厚塊、片、丸、環、球體、車輪、交叉分隔的空心圓柱體等。載體顆粒將優選具有在約3mm至約12mm範圍內的當量直徑，更優選在約5mm至約10mm範圍內的當量直徑。(當量直徑是與所採用的載體顆粒具有相同外表面(即，忽略顆粒孔內的表面)的球體的直徑與體積的比率。)合適的載體可從Saint-Gobain Norpro Co.、Sud Chemie AG、Noritake Co.、CeramTec AG和Industrie Bitossi S.p.A.獲得。不限於其中包含的具體組合物和配方，關於載體組合物和用於製備載體的方法的進一步資訊可在美國專利公開號2007/0037991中找到。
為了生產用於將烯烴氧化成烯烴氧化物的催化劑，然後在具有上述特性的載體的表面上提供催化有效量的銀。在一個實施方式中，催化有效量的銀為10重量%至45重量%。可以通過用溶解在足以引起銀前體化合物沉積到載體上的合適溶劑中的銀化合物、絡合物或鹽浸漬載體來製備催化劑。優選地，可以使用銀水溶液。
促進量的錸組分(其可以是含錸化合物或含錸絡合物)也可以在銀沉積之前、同時或之後沉積在載體上。錸促進劑可以以基於包括載體在內的總催化劑的重量的如下量存在：約0.001重量%至約1重量%的量，優選約0.005重量%至約0.5重量%，更優選約0.01重量%至約0.1重量%，以錸金屬表示。
也可以在銀和錸沉積之前、同時或之後沉積在載體上的其他組分是促進量的鹼金屬或兩種或更多種鹼金屬的混合物，以及任選的促進量的IIA族鹼土金屬組分或兩種或更多種IIA族鹼土金屬組分的混合物，和/或過渡金屬組分或兩種或更多種過渡金屬組分的混合物，所有這些都可以是溶解在適當溶劑中的金屬離子、金屬化合物、金屬絡合物和/或金屬鹽的形式。載體可以同時或在不同的步驟中用各種催化劑促進劑浸漬。本發明的載體、銀、鹼金屬促進劑、錸組分和任選的額外促進劑的特定組合將提供與銀和載體以及不含促進劑或僅含一種促進劑的相同組合相比，改進的一種或多種催化性能。
如本文所用，術語催化劑的某一組分的“促進量”是指當與不含該組分的催化劑相比有效地改善催化劑催化性能的該組分的量。當然，所採用的準確濃度除其他因素外，還將取決於所需的銀含量、載體的性質、液體的黏度和用於將促進劑輸送到浸漬溶液中的特定化合物的溶解度。催化性能的實例尤其包括可操作性(抗失控)、選擇性、活性、轉化率、穩定性和產率。本領域技術人員應理解，一種或多種單獨的催化性能可以通過“促進量”來增強，而其他催化性能可能會或可能不會增強或甚至可能會降低。
合適的鹼金屬促進劑可以選自鋰、鈉、鉀、銣、銫或其組合，優選銫，特別優選銫與其他鹼金屬的組合。沉積或存在於載體上的鹼金屬的量是促進量。優選地，該量的範圍為以金屬計量，以總催化劑的重量計的約10 ppm至約3000 ppm，更優選約15 ppm至約2000 ppm，甚至更優選約20 ppm至約1500 ppm，特別優選約50 ppm至約1000 ppm。
合適的鹼土金屬促進劑包含來自元素週期表的IIA族的元素，其可以是鈹、鎂、鈣、鍶和鋇或其組合。合適的過渡金屬促進劑可以包含來自元素週期表的IVA、VA、VIA、VIIA和VIIIA族及其組合的元素。
沉積在載體上的鹼土金屬促進劑和/或過渡金屬促進劑的量是促進量。過渡金屬促進劑的存在量通常可為約0.1微摩爾/克至約10微摩爾/克，優選約0.2微摩爾/克至約5微摩爾/克。
用於浸漬載體的銀溶液還可包含例如本領域已知的任選的溶劑或絡合劑/增溶劑。可以採用多種溶劑或絡合劑/增溶劑將銀在浸漬介質中溶解至所需濃度。可用的絡合劑/增溶劑包括胺、氨、草酸、乳酸及其組合。胺包括具有1至5個碳原子的亞烷基二胺。在一個優選的實施方式中，該溶液包括草酸銀和乙二胺的水溶液。絡合劑/增溶劑可以以如下量存在於浸漬溶液中：每摩爾銀約0.1至約5.0摩爾，優選每摩爾銀約0.2至約4.0摩爾，更優選每摩爾銀約0.3至約3.0摩爾。
當使用溶劑時，它可以是有機溶劑或水，並且可以是極性的或基本上或完全非極性的。通常，溶劑應具有足夠的溶解能力以溶解溶液組分。同時，優選選擇溶劑以避免對溶劑化促進劑具有不適當的影響或與其相互作用。優選每分子具有1至約8個碳原子的有機基溶劑。可以使用幾種有機溶劑的混合物或有機溶劑與水的混合物，條件是這種混合溶劑如本文所期望的那樣起作用。
浸漬溶液中銀的濃度的範圍通常為約0.1重量%至由所採用的特定溶劑/增溶劑組合所提供的最大溶解度。通常非常適合採用含有0.5重量%到約45重量%的銀的溶液，優選銀濃度為5重量%到35重量%。
使用諸如過量溶液浸漬、初濕浸漬、噴塗等任何常規方法實現所選載體的浸漬。通常，載體材料放置成與含銀溶液接觸，直到足夠量的溶液被載體吸收。優選地，用於浸漬多孔載體的含銀溶液的量不超過填充載體孔所需的量。可以使用單次浸漬或一系列浸漬，進行或不進行中間乾燥，這部分取決於溶液中銀組分的濃度。浸漬程式在例如美國專利號4,761,394、4,766,105、4,908,343、5,057,481、5,187,140、5,102,848、5,011,807、5,099,041和5,407,888中進行了描述。可以採用各種促進劑的預沉積、共沉積和後沉積的已知現有程式。
在用含銀化合物(即銀前體、任選的錸組分、任選的鹼金屬組分和任選的其他促進劑)浸漬載體後，將浸漬的載體煆燒一定時間，該時間足以將含銀化合物轉化為活性銀物質並從浸漬的載體中除去揮發性組分以產生催化劑前體。煆燒可以通過，優選以漸進的速率，在約0.5至約35巴的壓強下將浸漬的載體加熱至約200℃至約600℃的溫度來完成。一般來說，溫度越高，所需的加熱時段越短。在本領域中已經提出了寬範圍的加熱時段；例如，美國專利號3,563,914公開了少於300秒的加熱，美國專利號3,702,259公開了在100℃至375℃的溫度下加熱2至8小時，通常持續約0.5至約8小時。然而，僅重要的是加熱時間與溫度相關，使得基本上所有包含的銀都被轉化為活性銀物質。為此目的可以使用連續或逐步加熱。
在煆燒期間，浸漬的載體可暴露於氣體氣氛，該氣體氣氛包含惰性氣體或惰性氣體與按體積計約10 ppm至21%的含氧氧化組分的混合物。為了本發明的目的，惰性氣體被定義為在為煆燒選擇的條件下基本上不與催化劑或催化劑前體反應的氣體。關於催化劑製造的更多資訊可以在上述美國專利公開號2007/0037991中找到。
僅出於說明目的，以下是現有商用EO反應器單元中經常使用的條件：氣時空速(GHSV)為1500-10,000 h -1，反應器入口壓強為1MPa至3MPa，冷卻劑溫度為180-315℃，氧氣轉化率為10-60%，以及EO生產速率(工作速率)為100-350 kg EO/m 3催化劑/小時，以及環氧乙烷濃度變化ΔEO為約1.5%到約4.5%。在啟動完成後和正常操作期間，反應器入口中的進料組成通常包含(按體積%計)1-40%乙烯、3-12% O 2；0.2%至10%，優選0.2%至6%，更優選0.2%至5%的CO 2；0-5%乙烷，一定量的一種或多種本文所述的氯化物緩和劑；並且進料的餘量由氬氣、甲烷、氮氣或其混合物組成。
儘管本發明已針對其優選實施方式進行了具體展示和描述，但本領域技術人員將理解，在不背離本發明的精神和範圍的情況下，可以進行形式和細節方面的前述和其他改變。因此，本發明不限於所描述和圖式的確切形式和細節，而是落入所附請求項的範圍內。
1:EO反應器 2:細長管 3:入口管板 4:出口管板 5:入口反應器頭部 6:出口反應器頭部 7:熱交換器 8:管 9:管板 10:管板 11:熱交換器出口頭部 12:管線 13:管線 14:管線 15:管線 16:管線 17:管線 20:管板 22:管板覆蓋材料 22A:斜面側壁 24:細長管 26:焊接材料 28:角焊材料 30:第三開口 30A:開口 30U:斜面上部 30L:非斜面下部
[圖1]是現有技術EO反應器的示意圖。 [圖2A]是顯示根據本發明的管殼式熱交換反應器中的包括高抗拉強度凹槽焊接材料的焊接構造的管間距的俯視圖。 [圖2B]是顯示根據本發明的管殼式熱交換反應器中的包括高抗拉強度凹槽焊接材料的焊接構造的剖視圖。 [圖3A]是顯示根據本發明一實施方式的管板覆蓋材料的剖視圖，該管板覆蓋材料包括具有V形斜面形狀的斜面上部。 [圖3B]是顯示根據本發明一實施方式的管板覆蓋材料的剖視圖，該管板覆蓋材料包括具有J形斜面形狀的斜面上部。

Claims (16)

  1. 一種管殼式熱交換反應器，其包括： 入口管板，其具有多個第一開口並位於所述反應器的入口端； 出口管板，其具有多個第二開口並位於所述反應器的出口端； 多個細長管，其位於所述入口管板和所述出口管板之間，並穿過所述多個第一開口和所述多個第二開口； 管板覆蓋材料，其位於所述入口管板和所述出口管板中的每一個的頂部，其中所述管板覆蓋材料包含多個第三開口，所述第三開口被配置成允許所述多個細長管從中穿過，所述多個第三開口中的每個第三開口包含具有焊接凹槽的斜面上部，所述焊接凹槽位於所述第三開口的所述斜面上部的斜面側壁與穿過所述第三開口的所述細長管的最外側壁之間；以及 焊接材料，其位於所述焊接凹槽內並固定於穿過所述第三開口的所述細長管的所述最外側壁，其中位於所述焊接凹槽內的所述焊接材料具有大於600MPa的抗拉強度。
  2. 如請求項1所述的管殼式熱交換反應器，其中所述焊接凹槽具有約1.125mm 2至約10.125mm 2的總面積，以及約1.5mm至約4.5mm的長度。
  3. 如請求項1或2所述的管殼式熱交換反應器，其中所述管板覆蓋材料的所述第三開口的所述斜面上部具有V形斜面形狀，約30°至約150°的凹槽角，以及約15°到約75°的斜面角。
  4. 如請求項1或2所述的管殼式熱交換反應器，其中所述管板覆蓋材料的所述第三開口的所述斜面上部具有J形斜面形狀，約0°至約60°的凹槽角，以及約0°到約30°的斜面角。
  5. 如請求項1至4中任一項所述的管殼式熱交換反應器，其中所述管板覆蓋材料具有大於600MPa至約950MPa的抗拉強度。
  6. 如請求項1至5中任一項所述的管殼式熱交換反應器，其中位於所述焊接凹槽內的所述焊接材料的所述抗拉強度為大於600MPa至約950MPa。
  7. 如請求項1至6中任一項所述的管殼式熱交換反應器，其中位於所述焊接凹槽內的所述焊接材料由鉻-鎳(Cr-Ni)基合金構成。
  8. 如請求項1至7中任一項所述的管殼式熱交換反應器，其中固定到所述管板覆蓋材料的每個相鄰細長管之間的間距為約27mm至約80mm。
  9. 如請求項1至4中任一項所述的管殼式熱交換反應器，其中所述管板覆蓋材料的所述第三開口進一步包含與所述斜面上部連通的非斜面下部。
  10. 如請求項1至9中任一項所述的管殼式熱交換反應器，進一步包含角焊材料，所述角焊材料位於存在於所述焊接凹槽中的所述焊接材料上並且接觸所述細長管的所述最外側壁的另一部分。
  11. 如請求項1至10中任一項所述的管殼式熱交換反應器，其中所述管殼式熱交換反應器是環氧乙烷(EO)反應器。
  12. 如請求項11所述的管殼式熱交換反應器，其中所述EO反應器進一步包含用於將進料氣引入到所述EO反應器中的入口管線，所述進料氣包含1%至40%乙烯和3%至12%氧氣。
  13. 如請求項11或12所述的管殼式熱交換反應器，其中所述EO反應器被配置成在以下條件下操作：氣時空速為1500至10,000 h -1、反應器入口壓強為1MPa至3MPa、冷卻劑溫度為180℃至315℃、氧氣轉化率為10-60%，以及EO生產速率(工作速率)為100-350 kg EO/m 3催化劑/小時，以及環氧乙烷濃度變化ΔEO為約1.5%至約4.5%。
  14. 如請求項11至13中任一項所述的管殼式熱交換反應器，其中每個細長管填充有銀基環氧化催化劑。
  15. 如請求項14所述的管殼式熱交換反應器，其中所述銀基環氧化催化劑包含氧化鋁載體、催化有效量的銀或含銀化合物，以及促進量的一種或多種促進劑。
  16. 如請求項15所述的管殼式熱交換反應器，其中所述一種或多種促進劑包含至少一種錸促進劑。
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