用于在伪等温条件下执行化学反应的方法技术

一种用于控制各个反应区（９）中的化学反应的伪等温的方法，其中热交换器（６）使工作热交换流体流过它们，且其中确定了热交换临界区（９ａ），所述方法的特征在于，通过使在这种区域（９ａ）中延伸的这样的交换器的部分（６ａ、６ｂ）热绝缘，在反应区的临界区（９ａ）中减少和控制工作流体和区域（９）之间的热交换系数值。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及一种用于在所谓的伪等温条件下，换言之，在将反应温度控制在预定最优值周围的有限范围值内的条件下执行化学反应的方法。本专利技术具体涉及基于使用与反应区接触的热交换器而控制催化反应温度的方法。具体而言，但非用于限定目的，本专利技术涉及通过使用管式或板式热交换器获得对反应温度的控制的方法，其中所述管式或板式热交换器浸在发生预定化学反应的催化床中，且适当的热交换工作流体穿过所述板式热交换器内部。本专利技术还涉及用于执行上述方法的热交换器。
技术介绍
已经知道，为了最优地完成放热和吸热化学反应，例如为了分别最优地完成氨、甲醇、甲醛或苯乙烯的合成反应，有必要将热量从发生反应的区域除去或分别将热量供给发生反应的区域，以便将其温度控制在预定理论值周围的给定的有限范围内。还已知，为了上述目的，广泛使用各种类型的热交换装置，例如管束型热交换装置，即包括多个管状热交换器，或由板(plate)组成，即包括多个作为散热器的大致为盒状的板元件，一个挨着另一个放置。管状或板状元件可浸在反应区(通常为催化床)中，且适当的热交换工作流体穿过管状或板状元件内部。另外，在管束热交换器的情况下，管子可充满催化剂，且可使反应流体通过它们，而热交换工作流体冲洗(lick)管子的外部。反应的伪等温度(degree of pseudo-isothermicity)从而反应自身的进展和完成度尤其取决于管束或板状元件将热供给反应区或将热从反应区除去的能力(热传递效率)。另一方面，这种交换器结构和使用的复杂性已经使得在此领域中一直在寻找一种使得工作流体和气体反应剂之间的热交换最大同时尽可能多地减少获得理想的反应伪等热度所要求的热交换表面(从而管子或板的数目)的方法。所有这些都是为了简化这种热交换装置的制造并使其操作和控制更容易。根据本申请人所进行的研究，惊奇地发现，尽管它们在很多方面是有利的，但是到目前为止，所采用的在伪等温条件下进行化学反应的现有技术方法具有严重的缺陷，这种缺陷在工业规模上对反应自身的进展或完成度构成一定的限制。流经交换器的工作流体沿预定的入口-出口路径而行，在与这种交换器接触的区域(例如催化床)交换热量时必然经历相当大的温度变化。对于工作流体的这种温度变化(其沿这样的路径基本上是连续的)，有必要提到，在化学反应期间通过工作流体除去或供给的反应热量不是恒定的，而是随着在反应区内流动的反应流体的浓度改变而改变。由于工作流体和反应热量的这些温度变化，以及由于上述原因尽可能多地限制交换器的热交换表面的需要，有必要以与反应区中出现的温度差别很大(较大或较小)的温度供应工作流体(或其部分)，以便避免化学反应期间内部流体和外部流体之间的温度差，从而极大地减少热交换对交换器的工作效率造成的损害。在这样做的过程中，公认的反应流体转换量(conversion yield)的急剧减少通常发生在靠近热交换器反应区的特定区域中，这限制了研究中的化学反应的完成度。这些区域是可在反应区中明确定义为催化床的化学-物理特征(催化剂的自然大小和颗粒大小，其紧密度，反应的热力学和动力学，用于热交换的反应气体和工作流体的流速，热交换器的结构、形状、大小和设置)的函数的区域。这些区域在以下的描述和随后的权利要求书中定义为术语反应区的“临界区”。实际上，已经指出，在这种临界区中，热交换工作流体和反应区之间的温度差过大导致减速，在某些情形下甚至导致反应本身的关闭(turning-off)。因此，通过现有技术的方法和交换器获得的反应条件的伪等温的特征是，反应区内的反应温度不均匀对所考虑的化学反应的转换量的较大损害，其中所述反应温度被控制在总是比相应于参考等温线的反应温度的周围较宽的值的范围内。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于控制各个反应区中的化学反应的伪等温的方法，其中在所述反应区中使用热交换器，且所述热交换器能使反应温度保持恒定的预定值或至少将这样的温度控制在同样在上述区的临界区中的值的非常有限的范围内，以便克服参看现有技术所述的缺陷。根据本专利技术，通过用于控制各个反应区中的化学反应的伪等温的方法解决了上面概述的技术问题，其中使用热交换器，且所述热交换器由热交换工作流体穿过，而限定了热交换临界区，这种方法的特征在于，通过使在反应区的临界区中延伸的所述交换器的部分热绝缘，在所述反应区的临界区中减少和控制所述工作流体与所述区域之间的热交换的系数值。通过适当选择待热绝缘的热交换器部分和相对的热绝缘度(relativedegree of heat insulation)，有利地是在这种部分适当减少热交换系数。从而即使在工作流体的温度与这样的预定值差别很大(较大或较小)时，也可能使反应区内靠近热交换器(即在所述临界区中)的温度保持在预定常值(参考等温线)周围的值的非常有限的范围内。应当指出，上述以控制方式减少热交换器预定部分中的热交换工作流体与反应区之间的热交换系数的特征与现有技术形成鲜明的对比，其中与此相反，所述现有技术使热交换器所有部分的热交换达到最大。由于本专利技术，我们惊奇地注意到，尽管局部减少热交换系数，热交换器的目标(targeted)绝缘使得反应区的区域中靠近热绝缘的热交换器部分的反应流体的转换量相对于现有技术的方法大大增加。从而，使得能够获得所考虑的化学反应的理想完成度。不必改变热交换工作流体的入口温度或流速，就可以获得所有的这些方面。本专利技术还涉及具有适于执行上述方法的结构和功能特征的热交换器。参看附图，根据以下对本专利技术的一些陈述性但非限定性的实例的描述，根据本专利技术的特征和优点将变得更加明显。附图说明图1示意性地示出用于执行放热或吸热化学反应的反应器的纵剖面图，其中所述反应器包括可用于执行根据本专利技术的方法的热交换装置；图2示意性地示出图1所示热交换装置的细节的放大视图；图3示意性地示出用于执行放热或吸热化学反应的反应器的纵剖面图，其中所述反应器包括另一可用于执行根据本专利技术的方法的热交换装置；图4示意性地示出图3所示热交换装置的细节的放大的立体图；图5示意性地示出用于执行放热或吸热化学反应的反应器的纵剖面图，其中所述反应器包括另一可用于执行根据本专利技术的方法的热交换装置；图6示意性地示出图5所示热交换装置的细节的放大的立体图；图7示意性地示出用于执行放热或吸热化学反应的反应器的纵剖面图，其中所述反应器包括另一可用于执行根据本专利技术的方法的热交换装置。具体实施例方式参看图1和图2，用标号1整体(wholly)并示意性地表示用于执行放热或吸热化学反应的伪等温反应器，其中所述伪等温反应器包括在相对端由各个底部(下部3和上部4)封闭的圆柱形壳体2。在壳体2内容纳有管束型热交换装置5，包括全部用标号6表示的多个管状热交换器，所述管状热交换器分别以其末端安装到下部管式极板7和上部管式极板8。在管式极板7和8之间限定了反应区9，所述反应区9包括大量未示出的适当催化剂，其中热交换器6适当穿过催化剂。下底部3和上底部4安装有喷管10和11，所述喷管10和11分别用于热交换工作流体进入反应器1的入口和热交换工作流体离开反应器1的出口。壳体2又在其上端附近安装有用于反应流体进入反应区9的入口的喷管12，在其下端附近安装有用于这种反应产物区9离开的出口的喷管13。在底部3和4内分别形成用于收本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制各个反应区（９）中的化学反应的伪等温的方法，其中热交换器（６）使工作的热交换流体流过它们，且其中确定了热交换临界区（９ａ），所述方法的特征在于，通过使在所述区域（９ａ）中延伸的所述交换器部分（６ａ、６ｂ）热绝缘，在反应区的所述临界区（９ａ）中减少和控制所述工作流体与所述区（９）之间的热交换系数值。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：埃尔曼诺菲利皮，恩里科里齐，米尔科塔罗齐，
申请(专利权)人：卡萨尔甲醇公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]