伪等温反应器制造技术

本公开以广泛的形式涉及一种用于放热反应的伪等温流动反应器(100)，其包括至少两个反应室(108，114)和冷却介质室(102)，所述冷却介质室被配置为在压力下在冷却介质的沸点下容纳所述冷却介质，所述反应室(108，114)具有被配置为与冷却介质为热接触的外表面，所述反应室(108，114)的每一个都具有入口和出口，相关的益处在于，使得能够进行两阶段的伪等温操作，同时仅需要单个冷却介质室(102)和仅需要单个冷却介质回路。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及具有多个反应室的伪等温反应器。在放热工艺中，伪等温反应器通常是相关的选择，因为这样的反应器能够通过提供基本恒定的冷却介质温度而确保最佳的反应条件。这对于受放热平衡限制的反应的工艺是有利的，在该工艺中，平衡在低温下有利于产物。伪等温反应器的典型设计涉及反应器壳体内部的多个管，管中填充有加压的水，但是也可以使用除水之外的其他冷却介质，只要其沸点是合适的。在冷却侧的压力控制冷却介质的沸点，然后当在沸点操作时，该冷却介质可以作为在基本恒定温度下的散热器，压力的程度为使得液体水存在于反应器中。由于需要与提供多个入口和出口以及相对较大的外表面相关的材料和工作以及由于在升高压力下的冷却介质的操作，伪等温反应器是相对复杂和昂贵的设备组件。此外，多个沸水反应器的操作需要偶联单个反应器的蒸气回路，这增加了复杂性和成本。因此，设备成本可以规定仅使用单个伪等温反应器，虽然两个等温阶段会是技术上的最佳选择。现有技术已知在单个热交换单元中收集多个反应室。GB 1 333 251公开了用于生产甲烷的具有两个反应室的气体冷却的反应器。此反应器不具有沸腾液体冷却的反应器所提供的伪等温操作的益处，并且因此该反应器不考虑偶联两个蒸气回路的复杂性。从使用伪等温反应器受益的常见化学工艺包括从合成气(即包含氢和碳氧化物和其它可能成分的气体)生产甲烷、甲醇和甲醛。合成气可以来自多种来源，包括来自碳质材料，如煤、(一般为重质)烃、固体废物和生物质的气化；来自烃的重整；来自焦炉废气；来自沼气或来自富含碳氧化物和氢的料流的混合物(例如电解起源的)。甲烷和甲醇的生产受涉及可冷凝组分的平衡的限制，而对于甲醛生产而言，由于对于爆炸极限和催化剂稳定性的特别考虑，理想的是保持低的甲醇浓度。因此，在技术上可能有吸引力的是使用两个或更多个伪等温反应器，其中可冷凝产物通常在反应器之间被提取。以这种方式，反应可在最佳温度下进行，同时在第二阶段中提供更有利的平衡。然而，通常这样的工艺配置涉及过多的资本成本并因此是不常用的。然而，根据本公开，提出了配置一个具有两个或更多个反应阶段的伪等温反应器壳体，其显著降低了资金成本。在下文中，流体(如流体反应物或流体产物)应理解为包含气体和液体这两者。在下文中，术语等温反应器应被解释为涵盖在基本恒定的冷却介质温度下操作的冷却的反应器，其考虑了反应器的长度和时间，但允许在工艺侧的一些变化。该术语可以与伪等温反应器、沸腾液体冷却的反应器或沸水反应器互换使用，虽然沸腾液体反应器形式的实际实施可能不是完全和理想等温的(在所有时间下在整个反应器中具有恒定的温度)。然而，与绝热反应器或具有夹层蒸气冷却的反应器相比，用沸腾液体的冷却使温度随时间和位置的变化显著降低。伪等温反应器通常会具有通过提升管和蒸气鼓方式连接至蒸气回路的冷却介质，并且蒸气回路中的压力会间接限定冷却介质的温度，因为压力会限定冷却介质的沸点，并且反应器用在沸点下的冷却介质进行操作。在下文中，反应器的部分被称为反应室。然而，这不一定要理解为暗示反应的发生，因为反应室可以简单地具有热交换器的功能。在下文中，管应被解释为任何圆周形状的室并且其特征仅在于比横截面的距离长。通常管是圆柱形的，但其也可以具有非圆形的横截面形状和在管的长度上变化的横截面形状。在下文中，提及反应器的边界壁。这应理解为反应器表面的任何壁；即侧壁、底壁、顶壁或不限制这种反应器的形状的任何其他边界壁。在下文中，使用术语“角状圆柱体区(angular cylinder sector)”。该术语应被理解为圆柱体的子部分，其水平投影为圆周的一部分，由角状弧限定，即，具有对应于饼切片的几何形状。在下文中，在没有进一步定义的情况下提及特定的反应。这些反应是本领域技术人员公知的，但是为了综述，以下给出了短的定义。在下文中，甲烷化反应或甲烷化工艺应被理解为这样的工艺：其中包含氢和至少一种碳氧化物(如一氧化碳或二氧化碳)的进料根据方程(1)至(3)反应，形成富含甲烷的气体：CO+H2O＝CO2+H2 (1)CO+3H2＝CH4+H2O (2)CO2+4H2＝CH4+2H2O (3)在下文中，甲醇合成应理解为这样的方法：其中包含氢和至少一种碳氧化物(如一氧化碳或二氧化碳)的进料根据方程(4)至(5)(以及可能的变换反应(1))反应，形成富含甲醇的气体：CO+2H2＝CH3OH (4)CO2+3H2＝CH3OH+H2O (5)在下文中，甲醛合成应理解为这样的方法：其中包含甲醇和氧的进料根据方程(6)反应，形成富含甲醛的气体：2CH3OH+O2＝2CH2O+2H2O (6)在下文中，含有氢、二氧化碳和一氧化碳的合成气体流的系数(module)应定义为：M＝(H2-CO2)/(CO+CO2)。对于甲烷的生产，化学计量系数是3，对应于反应(2)；对于甲醇的生产，化学计量系数是2，对应于反应(4)。对于甲烷和甲醇的生产，当M分别低于3、2时，存在亚化学计量量的氢。本公开以广泛的形式涉及一种用于放热反应的伪等温流动反应器，其包括至少两个反应室和冷却介质室，冷却介质室被配置为在压力下在接近冷却介质的沸点下容纳所述冷却介质，所述反应室具有被配置为与冷却介质为热接触的外表面，所述反应室的每一个都具有反应室入口和反应室出口，并且所述冷却介质室具有冷却介质入口和冷却介质出口，并且所述入口和出口中的每一个是可单独连接的，相关的益处是使得能够进行两阶段的伪等温操作，同时仅需要单个冷却介质室和仅需要单个冷却介质回路。在进一步的实施方案中，反应器还包括在至少一个反应室的体积的至少50％或80％内的催化活性材料，相关的益处是提供任选的伪等温预热区和用于催化反应的伪等温反应区。优选容纳催化活性材料的反应室的体积被完全封闭在冷却介质中。在进一步的实施方案中，反应器还包括入口歧管，其中所述第一反应室和所述第二反应室中的至少一个包括多个反应管，如至少2、50、100或1000个反应管，每个管具有与所述入口歧管为流体连接的管入口，其被配置为接收来自所述反应室入口的流体流并且使所述流体流在所述多个反应管的管入口之间分配，相关的益处是在不使入口流复杂的情况下提供相对于所述反应室体积而言高的表面积。在进一步的实施方案中，反应器还包括出口歧管，其中所述第一反应室和所述第二反应室中的至少一个包括多个反应管，如至少2、50、100或1000个反应管，每个管具有与所述歧管为流体连接的管出口，其被配置为接收来自所述多个管出口的每一个的流体流，所述岐管使多个流体流合并为单个流体流并且引导所述单个流体流至所述反应室出口，相关的益处是在不使出口流复杂的情况下提供相对于所述反应室体积而言高的表面积。优选地，入口和/或出口歧管通过可移动的紧固机构如螺钉和或螺栓来紧固，使得可以去除歧管以用于催化剂的交换和用于服务用途。在进一步的实施方案中，反应器包括反应器分隔器，该反应器分隔器将冷却介质与反应空间分离，该反应空间与反应室入口或反应室出口和所述反应室的至少两个反应管为流体连接，由此限定所述反应室的入口歧管或出口歧管，相关的益处是在不需要额外设备的情况下提供歧管，同时允许自由布置其他歧管。在进一步的实施方案中，歧管包括至少两个基本上圆柱形的歧管室，每个歧管室与单个反应室的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于放热反应的伪等温流动反应器，其包括至少两个反应室和冷却介质室，所述冷却介质室被配置为在压力下在冷却介质的沸点下容纳所述冷却介质，所述反应室具有被配置为与所述冷却介质为热接触的外表面，所述反应室的每一个都具有反应室入口和反应室出口，并且所述冷却介质室具有冷却介质入口和冷却介质出口，并且所述入口和出口中的每一个是可单独连接的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.02 EP 14163204.21.一种用于放热反应的伪等温流动反应器，其包括至少两个反应室和冷却介质室，所述冷却介质室被配置为在压力下在冷却介质的沸点下容纳所述冷却介质，所述反应室具有被配置为与所述冷却介质为热接触的外表面，所述反应室的每一个都具有反应室入口和反应室出口，并且所述冷却介质室具有冷却介质入口和冷却介质出口，并且所述入口和出口中的每一个是可单独连接的。2.根据权利要求1所述的反应器，其还包括在至少一个反应室的体积的至少50％或80％内的催化活性材料。3.根据权利要求1或2所述的反应器，其还包括入口歧管，其中所述第一反应室和所述第二反应室中的至少一个包括多个反应管，如至少2、50、100或1000个反应管，每个管具有与所述入口歧管为流体连接的管入口，其被配置为接收来自所述反应室入口的流体流并且使所述流体流在所述多个反应管的管入口之间分配。4.根据权利要求1、2或3所述的反应器，其还包括出口岐管，其中所述第一反应室和所述第二反应室中的至少一个包括多个反应管，如至少2、50、100或1000个反应管，每个管具有与所述歧管为流体连接的管出口，其被配置为接收来自所述多个管出口的每一个的流体流，所述岐管使多个流体流合并为单个流体流并且引导所述单个流体流至所述反应室出口。5.根据权利要求3或4所述的反应器，其包括反应器分隔器，所述反应器分隔器将冷却介质与反应空间分离，所述反应空间与反应室入口或反应室出口和所述反应室的至少两个反应管为流体连接，由此限定所述反应室的入口歧管或出口歧管。6.根据权利要求3或4所述的反应器，其中所述歧管包括至少两个基本上圆柱形的歧管室，每个歧管室与单个反应室的反应管为流体连接，并且所述两个歧管室彼此之间不是直接的流体连接，其中所述两个圆柱形岐管室基本上同心地布置。7.根据权利要求3或4所述的反应器，其中所述歧管包括至少两个歧管室，每个岐管室具有角状圆柱体区的形状，并且每个歧管室与单个反应室的反应管为流体连接，同时彼此之间不是直接的流体连接；并且其中所述至少两个歧管室一起限定圆柱体形状。8.根据权利要求3、4、5、6或7所述的反应器，其还包括流体连接机构，所述流体连接机构连接至所述反应器壳体的边界壁并连接至所述入口岐管或所述出口岐管，所述流体连接机构被配置为通过如U形管或角状管的设计而允许热收缩和膨胀。9.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的反应器，其还包括具有蒸气鼓入口和蒸气鼓出口的蒸气鼓，所述蒸气鼓入口通过提升管与所述冷却介质出口为流体连通，并且所述蒸气鼓出口通过降液管与所述冷却介质入口为流体连通，并且所述蒸气鼓被置于所述冷却介质室上方。10.一种反...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·威克斯，M·博伊，A·赫尔博汉森，
申请(专利权)人：托普索公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK