简化的板通道反应器设计制造技术

一种用于以热交换式通道反应区中的狭窄通道进行间接热交换的方法和设备，其中使用带有部分穿孔段（１６）的板（１７）以简化或消除用于分配和收集不同的流体至各通道的歧管的使用。本发明专利技术利用将相邻的通道通过位于通道一端或另一端的穿孔部分直接连通简化了操作。本发明专利技术的设备提供了更紧凑的热交换反应器设计的优势。本发明专利技术的设计也可以简化在通道的一端的单个歧管装置的使用，从而使反应通道中的催化剂的卸载和催化剂的更换更容易。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术涉及普遍意义上的用以容纳反应区并用热交换流体间接加热反应区的板式交换器设计。在许多工业领域里，例如在石油化学和化学工业中，反应流体与反应器中的催化剂在适当的温度和压强条件下的接触实现了在流体中的一种或多种反应物的组分间的反应。这些反应大多数在不同程度上产生或吸收热，因而是放热的或吸热的。与放热或吸热反应相联系的加热或冷却效应会对反应区的操作产生正面或负面影响。除其它之外，负面影响可以包括产物产量变差、催化剂失活、不希望的副产物的产生和在极端情况下的反应容器和相连的管道系统的损坏。更典型地，与温度变化相联系的不希望的影响将降低源自反应区的产物的选择性或产率。放热反应过程涉及多种给料和产物。中等放热过程包括甲醇合成、氨合成和甲醇至烯烃的转化。通过萘或邻二甲苯的氧化而进行的邻苯二甲酸酐生产、始于丙烷或丙烯的丙烯腈的生产、始于丙烯醛的丙烯酸的生产、正丁烷至马来酸酐的转化、通过甲醇羰基化而进行的乙酸的生产和甲醇至甲醛的转化代表了另一类一般高度放热的反应。特别地，氧化反应通常是高度放热的。这些反应的放热本性导致了许多用于这些反应的系统在其设计中包括了冷却设备。熟悉该领域的人员经常用冷激或热交换设备来克服反应放热的问题。大量已有技术详细地讲述了在反应区和冷却介质之间进行间接交换热的方法。现有技术高度依赖于管式设备来容纳反应和提供与冷却介质的间接接触。管式反应器的几何学带来了需要大型反应器和大量管表面以取得高热传递效率的布局限制。其它过程应用使用划分出通道的薄板来实现间接热交换。通道交替地在一组通道中容留催化剂和反应物，在相邻的通道中容留用于间接加热或冷却反应物和催化剂的热交换流体。这些间接热交换反应器中的热交换板可以是平面的或弯曲的，并且可以具有表面变形(例如褶皱)以加大热传递流体与反应物和催化剂之间的热交换。通过将温度曲线维持在与反应热所产生的温度曲线不同的情况下，许多烃转化过程的操作会变得更加有利。在许多反应中，可以通过基本维持恒温条件可以获得最有益的温度曲线。在有些情况下，方向与和反应热相联系的温度变化的方向相反的温度曲线将提供最有益的条件。由于这些原因，一般已知将反应物与热交换介质以交叉流动、同流或逆流的方式设计。提供更完全的温度控制的热交换和反应物通道的具体排列可以在US-A-5,525,311中找到。该文献的内容通过引用并入本文。用于间接热传递的其他有用的板排列方式公开于US-A-5,130,106和US-A-5,405,586中。将反应物与冷却剂或加热流体在板式交换器设备的入口和出口处分开使得设计和制造过程复杂化了。许多此类设计因需要歧管和/或连通相邻的通道的管线而加大了反应器的尺寸。相邻通道间的流体传递的简化也可带来流体在板式交换器的进口和出口处的分配和收集的简化。经改进的在流动路径的中间位置通过通道注入反应物的排列方式也可以改善反应器性能。通道反应器设备经常容纳有颗粒状催化剂。当催化剂失活时，需要更换催化剂。用于分配和收集热交换流体和反应物的复杂的歧管装置会使催化剂的更换变得麻烦而费时。专利技术概述本专利技术提供了划分出了用于板式反应器设备中流体间间接热交换的通道的板的穿孔部分。该穿孔部分仅延伸至划分出通道的板的一部分，从而在保持了反应物和热交换流体在其通过反应器的途经时所过的通道的大部分长度的同时，允许相邻通道中的流体的传递。位于穿孔板的一端的该部分穿孔的部分使单一一种通过板通道反应器的流体物流可以作出任何通道通过次数的流动。压降和热交换方面的需要是对任何一种流体流过本专利技术通道反应器设备的次数的仅有的实际上的限制。适用的通道排列方式能直接在公共热交换表面上进行热交换。该排列方式可以使用分离的热交换物流提供对反应通道的加热或冷却，也可以使用一个通道的热交换流体或反应物作为相邻通道中的反应物或热交换流体。特别地，源自反应通道的原料或反应后的物流可以提供用于相邻通道中的燃烧和原位热生成所用的燃料。当然，热交换通道也可以起燃烧通道的作用并接受与反应通道分开的用于燃烧的燃料。有用的排列也可使用将公有通道的不同部分用作不同的功能。此类功能包括将中间流体通过相邻通道从而将热在一个位置传递出反应通道并在下游通道位置将热传递回被加热通道。在其他的排列中，中间通道和反应通道可以在被加热通道之间并行排列，从而通过被加热通道调节反应通道中的温度。据此，在概括性的实现方案中，本专利技术是一种通过利用与热交换流体的间接热交换在反应区内间接加热或冷却反应物的同时将反应物与催化剂在反应区中相接触的反应设备。该设备包括划分出在一端具有流体入口的第一组通道和在一端具有流体出口的第二组通道的多个隔开的板。穿孔的至少一段将液体在第一组和第二组通道间输送。隔开的板的至少一部分在其一端划分有穿孔部分，且穿孔的每一段仅占有穿孔的板的一部分。在本专利技术的具体变型中，反应通道中的催化剂填料和附加放热或吸热反应的催化剂的添加可以满足不同目的。例如，反应通道中的催化剂的短的填料可以在反应区以上或以下提供用于额外的给料预热或排出物冷却的空间。另一方面，加长加热通道可以提供用于与离开反应区的排出物或进入的反应物进行开放通道热交换的额外的表面积。对于催化剂，本专利技术具有特别的优点。用于分配或收集热交换流体和反应物的歧管的简化或去除提供了允许催化剂卸载的空间。典型地，该设备在反应设备的顶部使用分配歧管，从而分配和收集通道顶部的流体入口和流体出口的流体。将歧管放置在顶部使得通道可以在其底部设置颗粒出口并安装催化剂卸载装置。由此，通道以下的部分可以保留给用于取出催化剂的歧管。由于没有必要在通道的底部提供筛子或其他可透过的表面，可以使用简单的催化剂保留装置以控制催化剂在通道里的保留。该装置应在处于催化剂保留位置时封闭颗粒出口，并在处于卸载位置时打开颗粒出口。因此，在将门或其他适用的封闭装置从通道的底部取下时，通道可以为催化剂卸载而保持完全打开。通过本设计的简化，也可以在允许在物流运行工况下移出催化剂和在更换催化剂颗粒的同时继续将流体通过通道流动。对于一般意义上的流体流动，穿孔板部件将决定流体流动的方向。通过穿孔板段连接的相邻的通道在通道间总是处于相对逆流流动关系的。然而，通过将热交换流体与反应物分开，同向流动设计也是可能的。划分出容纳反应和热交换气体的通道的板可以具有任何产生狭窄通道的结构。优选的热交换元件的形式是其中带有褶皱的较平坦的板。在支持板从而提供狭窄通道的良好支撑的系统的同时，褶皱起维持板之间的间隔的作用。此外的关于此类板系统的排列的详细描述记载于US-A-5,525,311中。本专利技术在产生热的反应和吸收热的反应中有用。一种可以方便地使用本专利技术的设备的方法是环氧乙烷的生产。本专利技术的一种特别有益的方法应用是在通过邻二甲苯的氧化进行的邻苯二甲酸酐(PA)的生产。反应装置将邻二甲苯加入分配歧管中，该分配歧管将控制的量的氧与邻二甲苯混合注入。向歧管中注入氧化化合物避免了邻二甲苯和氧以爆炸比例存在。热交换反应器的板的装置很快将与PA的合成相伴随的大量反应热热散逸。加强的温度控制在改善了产物选择性同时也允许增加产量。本专利技术的另一个目的是简化使用通道设计的热交换反应器的反应物和热交换流体的进料和回收，从而使通道反应器设备更紧凑，以及用歧管简化流动通道的本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于通过使用间接热交换流体的间接热交换对反应区中的反应物进行间接加热或冷却的同时将反应物和催化剂在反应区中接触的反应设备，该设备包括：划分出在一端带有流体入口（１４）的第一组通道（１５）和带有流体出口的第二组通道（２７）的多个层叠的 板（１７、１９），并且；其中该多个层叠的板（１７、１９）包括用于阻止流体在相邻通道间流动的无孔板（１９），其中穿孔板（１７）与无孔板交替，从而划分出了从流体入口（１４）至流体出口的连续的流动路径，和，至少一段穿孔段（１６）， 该段在第一和第二组通道（１５、２７）之间输送流体，其中层叠的板的至少一部分在其一端穿孔，其中每个穿孔段（１６）仅延伸至穿孔的板（１７）的一部分，并且至少一套穿孔处于与流体入口相对的位置。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：JJL罗马蒂耶，
申请(专利权)人：环球油品公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]