用于实施平衡限制反应的反应器和方法技术

本发明专利技术涉及一种用于实施平衡限制反应的反应器，其包括带有反应物供给装置(6)的反应室(4)、用于反应产物(10)的排出装置(8)以及用于容纳催化剂材料(14)的装置和搅拌装置(16)，其特征在于，搅拌装置(16)包括空心轴(18)，在所述空心轴的一个端部上设置有进气口(20)，并且在所述空心轴(18)上设置有带出气口(24)的第一搅拌桨(22)，此外，在所述空心轴(18)上在所述用于容纳催化剂材料(14)的装置(12)的区域中布置有第二搅拌桨(26)。

Reactors and Methods for Implementing Equilibrium Restriction Reaction

The present invention relates to a reactor for balanced limiting reaction, which comprises a reaction chamber (4) with a reactant feeding device (6), an exhaust device (8) for a reaction product (10), a device for containing catalyst material (14) and a stirring device (16). The stirring device (16) comprises a hollow shaft (18) with an air inlet (20) at one end of the hollow shaft. A first agitator (22) with an outlet (24) is arranged on the hollow shaft (18), and a second agitator (26) is arranged on the hollow shaft (18) in the area of the device (12) for containing catalyst material (14).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于实施平衡限制反应的反应器和方法本专利技术涉及一种按照权利要求1的前序部分的用于实施平衡限制反应的方法和一种按照权利要求7前序部分的用于实施平衡限制反应的反应装置。化学反应中的转化受到该反应的平衡位置的限制。若合成反应的化学平衡仅部分处于产物一方，则单级的反应过程仅导致部分转化。相反若持续将反应产物从反应器中导出，则在反应器中进行从反应物到产物的持续的转化。在此，很多有重要经济意义的化学反应实际上是平衡限制的。在化学合成的情况下，这例如是由氢、一氧化碳和/或二氧化碳生成甲醇，或者由氢气和氮气生成氨气、即所谓的哈伯-博施(Haber-Bosch)法。这些反应如今在异相催化的固定床反应器或者浆料反应器中进行。在此，反应物在简单穿过反应器的情况下仅部分被转化。然后提取反应物-产物-混合物，反应产物通常被分离，而未被转化的反应物被再循环或者说回收至反应器入口。某些大量气体的再循环导致较高的设备方面的耗费。在再循环情况下的压力损失必须由压缩单元补偿。压缩单元通常在高温情况下运行并且导致高成本和高的能量耗费。此外，通过再循环使得惰性气体和杂质气体在循环回路中聚积，这对反应过程有不利影响。本专利技术要解决的技术问题是，提供用于实施平衡限制反应的方法和反应设施，其与现有技术相比在反应控制方面实现更高的产率并且在此情况下需要更少的技术方面的耗费。上述技术问题的解决方案在于按照权利要求1的用于实施平衡限制反应的反应器和按照权利要求6的用于实施平衡限制反应的方法。按照本专利技术的用于实施平衡限制反应的反应器包括反应室以及用于容纳催化剂材料的装置和搅拌装置，反应室带有反应物供给装置、用于反应产物的排出装置。所述反应器的特点是，搅拌装置包括空心轴，在空心轴的一个端部上设置有进气口，并且在空心轴上配设有带排气口的第一搅拌桨。此外，在空心轴上在用于容纳催化剂材料的装置的区域中布置有第二搅拌桨。通过利用所谓的投料搅拌器从上部反应器区域将气体混合物吸入和将这种通常由反应参与物(反应物)和反应生成物(反应产物)的混合物构成的气体混合物排出，导致调整相对于反应器的高度的轴向流动速度。在此，结合了第一搅拌桨的空心轴发挥自吸式压缩机的作用。通过使用所述的这种搅拌装置可以实现在高压力情况下反应器的等压的运行方式，而无需额外的气体输送机构。此外，布置在催化剂材料的区域中的第二搅拌桨布置在该区域中实现更好的、主要是水平的气体混合，因此存在于气体混合物中的反应物再次在催化剂材料周围产生涡流，因此又保证了持续的反应进程。在本专利技术的另外的设计方式中，在反应器的底部区域中设置液相区，其中，在该液相区上方存在有气相区。在此，第一搅拌桨、即带有排气口的搅拌桨布置在液相区的区域中，并且第二搅拌桨布置在气相中。尤其当在液相区中存在液体吸附剂时，存在于气体混合物中的产物被该吸附剂吸收。当气体混合物从液相区排出、即气泡上升并且转移到气相区中时，该气体混合物的剩余气体大部分是反应物。这些反应物又尤其通过在催化剂材料区域中的第二搅拌器涡流式地转变为产物。在本专利技术的一种设计方式中，第二搅拌桨优选构造为径向输送搅拌器的形式，这导致第二搅拌桨从空心轴将气体混合物尤其径向向外带出，并且在此，在催化剂材料的区域中产生良好的涡流。在本专利技术另外的设计方式中，第一搅拌桨的相对于空心轴沿径向的延伸量为整个反应器直径的20％至30％之间。在此，术语搅拌桨的延伸量意味着一个或者多个搅拌桨相对于空心轴延伸的最宽的直径。在此，术语搅拌桨要广义理解，因为多种不同的搅拌装置都是适宜的。在此，总体上可以为实现气体混合物的涌动而使用具有不同的几何形状设计方式的Sigma-搅拌器、Alpha-搅拌器、INTERMIG-搅拌器、MIG-搅拌器或者盘式搅拌器。在此，术语搅拌桨表示布置在空心轴上的任何适于分布气体混合物和使液相区循环的装置。在本专利技术另外的设计方式中，反应器被这样地设计，即反应器在运行状态中使搅拌桨以搅拌桨的轨道速度(Bahngeschwindigkeit)为5m/s至15m/s之间的方式运动。本专利技术还包括一种按照权利要求7的用于实施平衡限制反应的方法，在此，该方法包括下述步骤：首先将催化剂材料布置在反应器中，此外把一个或者多个反应物输入到反应器中，其中，发生反应物生成产物的反应，并且其中设置搅拌装置，通过所述搅拌装置将气体混合物从反应器的上部区域吸入并且通过空心轴导入反应器的底部区域中。在底部区域中，气体混合物从安装在空心轴上的第一搅拌桨中的出气口导出。被这样导出的气体混合物从那里出发又导回到反应器的上部区域中，其中，气体混合物在此流过处于反应器中的催化剂材料。此外，在空心轴上设置另外的搅拌桨，通过另外的搅拌桨在催化剂材料的区域中引起气体混合物的涡流。在此，在按照本专利技术的方法方面得到已经针对反应器说明过的相同的优点，通过循环进行在气体混合物中和因而在反应室中的流动，以此实现在高压情况下等压的运行方式。尤其当在反应器的底部区域中存在液相区、尤其具有呈液体形式的吸附剂的液相区时，由于加入气体而在液相区中产生气泡，所述气泡具有与液体、优选在吸附剂中的较高物质交换面，并且因此实现产物到吸附剂的有效的物质传递。同时液体也发生良好混匀。根据下面的附图进一步阐述本专利技术的另外的设计方式和另外的特征。在此纯粹是示例性的设计方式，其并非对保护范围的限制。具有相同名称并且存在于不同设计方案中的特征在此在不同附图中配设相同的附图标记。附图中：图1示出具有催化剂材料和搅拌装置的反应器，其中，在反应器中的搅拌装置被从下方驱动，图2示出类似于图1的反应器，其中，对搅拌装置的驱动从上方进行，图3示出类似于图1的反应器，其中，反应器这样地运行，即产物在所处的氛围中以气态存在。按照图1的反应器2具有反应室4、用于输入反应物7的反应物供给装置6和用于产物10的排出装置8。反应器2还包括用于容纳催化剂材料14的装置12。装置12在此可以设计为篮子或者网，催化剂材料存在于所述篮子或者网中。催化剂材料14可以作为散料存在于装置12中，然而也可以为了改善流通性而布置在装置12中的多个平面或者层上。反应器2还包括搅拌装置16，搅拌装置16又包括空心轴18，其中，在空心轴18上在反应器的上部区域27中设置有进气口20。此外，在空心轴18上在反应器的底部区域28中布置有第一搅拌桨22，第一搅拌桨22具有出气口24。通过搅拌装置16的旋转将气体混合物38从反应器2的上部区域27吸入到空心轴18的进气口20中，并且在空心轴18中向下向第一搅拌桨的方向导引。在此，搅拌桨的旋转类似于引起气体混合物38的吸入的压缩机。在此，基本上主要是由气态的反应物7和气态的产物10组成的混合物的气体混合物38从第一搅拌桨22的出气口24导出到液相区30中。液相区30主要包括吸附剂40，吸附剂40在此以液态形式存在并且用于将反应产物10从反应器中吸收并且最终从反应器2排出。液态的吸附剂40汇集在液相区28中，然而并不排除在其余反应室4中也存在液态的吸附剂40、例如以液滴形状存在的吸附剂40。在此不进一步介绍吸附剂40的输入和排出。要指出的是，吸附剂40也通过用于产物10的排出装置8排出并且输送至在此未进一步说明的分离过程。相应地，吸附剂40也通过在此未进一步说明的吸附本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于实施平衡限制反应的反应器，其包括带有反应物供给装置(6)的反应室(4)、用于反应产物(10)的排出装置(8)以及用于容纳催化剂材料(14)的装置和搅拌装置(16)，其特征在于，搅拌装置(16)包括空心轴(18)，在所述空心轴的一个端部上设置有进气口(20)，并且在所述空心轴(18)上设置有带出气口(24)的第一搅拌桨(22)，此外，在所述空心轴(18)上在所述用于容纳催化剂材料(14)的装置(12)的区域中布置有第二搅拌桨(26)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.09 DE 102016210224.91.一种用于实施平衡限制反应的反应器，其包括带有反应物供给装置(6)的反应室(4)、用于反应产物(10)的排出装置(8)以及用于容纳催化剂材料(14)的装置和搅拌装置(16)，其特征在于，搅拌装置(16)包括空心轴(18)，在所述空心轴的一个端部上设置有进气口(20)，并且在所述空心轴(18)上设置有带出气口(24)的第一搅拌桨(22)，此外，在所述空心轴(18)上在所述用于容纳催化剂材料(14)的装置(12)的区域中布置有第二搅拌桨(26)。2.按照权利要求1所述的反应器，其特征在于，在所述反应器(2)的底部区域(28)中设置有液相区(30)并且在所述液相区上方存在有气相区(32)，其中，所述第一搅拌桨(22)布置在液相区(30)的区域中，并且所述第二搅拌桨(26)布置在所述气相区(32)中。3.按照权利要求1或2所述的反应器，其特征在于，在所述液相区(32)中存在有液态的吸附剂(40)。4.按照权利要求1或2所述的反应器，其特征在于，所述第二搅拌桨(26)设计为径向输送搅拌器的形式。5.按照上述权利要求之一所述的反应器，其特征在于，所述第一搅拌桨(22)的相对于空心轴(18)沿径向的延伸量(34)为反应器直径(36)的20％至30％。6.按照上述权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：J艾伯特，M鲍尔德奥夫，J赖克特，K梅尔策，A特雷梅尔，P瓦瑟施伊德，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE