改造多相放热合成反应器的方法技术

一种“就地”改造多相放热合成反应器的方法，该方法包括在该反应器的上部设置至少一个第一催化床，其特征在于，还在反应器的下部设置多个相互平行的催化床，在反应器下部的这些催化床内装上反应活性比装入第一催化床的催化剂大的催化剂。由于采用上述改造方法，可得到转换产出率和生产能力都高的反应器。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种改造具有一个含有多个按互相隔开的关系叠置的催化床的外壳的多相放热合成反应器的方法。更具体地说，本专利技术涉及改造全开式反应器的方法，该方法的初始步骤是-在上述外壳的上部设置至少一个第一催化床；该至少第一催化床装有具有预定活性的第一催化剂。在下文的说明及所附权利要求中所用“改造”一词是指对现有的反应器进行改进，以便改善其性能而获得相当于新制造的反应器所具有的例如生产能力和/或转换收率。在本领域的术语中，上述这类改造也可用“改型”或“改进”来表达。在下文的说明和所附权利要求中所用的术语“外壳的上部”指的是外壳的上部所包含的内部空间，更具体地说，这个上部通常占外壳内部空间的20～50％左右。相反，外壳下部形成的其余50～80％的内部空间称为“下部”。另外，在本领域中所用的术语“全开式反应器”一般是指具有一个由盖子盖住顶部的外壳的反应器，且其盖子的直径大致等于外壳的直径。按照本专利技术的另一方面，还涉及一种反应器和一种进行多相放热合成反应的工艺。众所周知，在多相放热合成的领域中，更具体地说，在氨和甲醇的生产中，重要的是要满足双重的要求，这就是，一方面要提高现有的合成反应器的生产能力，另一方面是改善转换收率和降低能量消耗。为了满足上述要求，在本领域中对所谓改造现有反应器的技术越来越加以肯定，其目的在于避免现有反应器昂贵的更换成本，同时又要在现有的反应空间内达到最高的转换产出率和最低的能量消耗。为此，专利申请EP-A-0 931586公开了一种改造方法，该方法基于用新的催化床(最好是径向或轴向-径向式催化床)更换现有反应器中的催化床或几个催化床，具体地说，上述方法基于在外壳内设置一种具有小反应空间的最下层的催化床，该催化床装入一种具有高反应活性的颗粒状催化剂例如石墨支承的钌基催化剂。虽然上述的改造方法对于称为凯洛格型的反应器或者说瓶颈式反应器来说在一些方面是有利的，但它不适用于所有全开式的进行多相放热合成反应的现有反应器。具体地说，在全开式反应器中，上述改造方法不允许使用较大量的高活性催化剂，因此，限制了通过改造现有反应器可达到的转换收率和生产能力的提高。事实上，在此情况下，上述方法不可能最佳地利用转换反应通常更为困难的反应器下部反应空间中的高活性催化剂。这是由于全开式反应器的催化床的构造和尺寸(其高度与直径之比通常大于8，而瓶颈式反应器则大约为4)不适合于装入反应活性高的催化剂，因此要求使用普通的低活性的催化剂。在这方面必须注意到，与传统的催化剂不同，反应活性高的催化剂例如钌基型催化剂是轻的，而且通常具有特殊的脆性结构，机械强度较差。因此，活性高的催化剂，如果在上述催化床内的催化剂团块产生破碎力时，便容易碎裂，而丧失其效果。上述的破碎力是由于反应气体的温度变化以及上述催化床经受加热和冷却循环的结果所致。这种现象在位于全开式反应器下部区的催化床内特别明显。因此，尽管在本领域内日益感到需要提高现有的全开式反应器的转换产出率和生产能力，但是，上述的按现有技术改造现有的多相放热合成反应器的方法迄今尚不能最好地在全开式反应器中开发反应活性高的催化剂的潜力。本专利技术的目的是要提供一种，该方法与现有技术的改造方法相比，可更明显地提高转换产出率和生产能力，同时又降低作业成本和能量消耗。为了达到本专利技术的上述目的，本专利技术提供了前面提到的那种方法，该方法的特征在于包含如下步骤-在外壳的下部设置多个互相平行的催化床；-在外壳下部的上述催化床内装入一种反应活性比装在上述的至少一个第一催化床内的催化剂大的第二催化剂。按照本专利技术的方法，由于在反应器外壳的整个下部都装入高活性催化剂，可有利地获得转换产出率高得多从而生产能力也大得多的反应器，而反应器的外部结构保持不变。上述对转换产出率和生产能力的提高也由于在反应器的下部设置了多个互相平行的催化床的缘故。这样，通过将反应器下部的反应空间分成几个尺寸适合于安置高活性催化剂而不会损坏这些催化剂的催化床，便可有利且最好地开发反应器下部的反应空间。所有这些对于现有反应器的转换产出率和生产能力都是完全有利的。外壳下部的催化床相互平行设置是有利的，使之在作业上相当于单一个大催化床(例如待改造的现有反应器的那种催化床)，但却具有较高的反应活性，且催化剂的加入量少得多。另外，由于在反应器的整个下部使用高活性催化剂，故其下部可在比普通反应器的下部低的温度下工作，从而也比现有技术的上述方法降低作业成本和能量消耗。外壳下部的各催化床最好装入石墨支承的钌基催化剂，因为这种类型的催化剂具有高的反应活性，同时又具有长的使用寿命。事实上，这种催化剂不容易磨损，且具有良好的抗反应器内出现的温度和压力作用的能力。另外，按照本专利技术的改造方法的一个有利的具体实施例，设置了5个催化床，其中第一和第二催化床设置在外壳的上部，而第三、第四和第五催化床互相平行地分别设置在外壳的下部。这样，无论是反应器的动力学结构和现有反应空间的利用都得到改善。上面所用的“反应空间”一词是指催化剂占催化床的容积，因此也指催化床内实际发生合成反应的空间。按照本专利技术的另一方面，还提出一种进行高收率的放热多相合成反应的方法，包括如下步骤-将气态反应剂供入具有一个支承多个按互相隔开的关系叠置的催化床的外壳的合成反应器内；-使上述的进入上述催化床的反应气体发生反应；其特征在于还包含如下步骤-使反应混合物从上述的至少一个延伸于上述外壳上部的第一催化床流到多个互相平行地设置在外壳下部的催化床；-使上述的进入外壳下部的上述催化床的反应混合物流过反应活性比装在上述的至少一个第一催化床的催化剂大的催化剂；-使离开外壳下部的上述催化床的反应产物排到合成反应器之外。从下面参看附图对本专利技术的实施例进行的特征性的和非限制性的说明中将会明白本专利技术的特点和优点，附图中附图说明图1示出现有技术中进行多相放热合成反应的全开式反应器的纵剖视图；图2示出按本专利技术的改造方法对图1的反应器进行改进后得到的反应器的纵剖视图。参看图1，标号1总的示出现有技术的在高压和高温(50～300巴，300～550℃)下进行多相放热合成反应(例如生产氨)的全开式反应器。反应器1包括一个管状外壳2，该外壳2之顶部用一个直径大致相当于外壳体直径的盖子3盖住。外壳2之下端具有用来引入反应气体和排出反应后的气体的相应喷嘴4和5。在外壳2的内部按公知的方法支承一个具有(在图1实例中为3个)按互相隔开的关系叠置的催化床7a、7b和7c的简体6。在每个催化床7a、7b和7c内放着一种普通的小颗粒的铁基催化剂(磁铁矿)(图中未示出)。催化床7a～7c的上部都是敞开的，并具有可透气的侧壁(图中用短划线示出，并标以标号8)和不透气的底部9，以便使反应气体可轴向-径向交叉流入催化剂床。最下面的催化床7c的底部9也是筒体6的底部。图中的相应于催化床7a～7c的顶部的虚线表示各催化床内的催化剂的高度极限，它与侧壁8和底部9一起构成了上述催化床的反应容积。在筒体6与外壳2之间形成一个大致为环形的空间10，该空间10从喷嘴4延伸到盖子3与筒体6的上部之间形成的反应气体的收集室11。冷的反应气体流过的空间10的作用是保护外壳2使之不受反应器1内部产生的高反应温度所影响，同时又可预热反应气体。往后，在两个气-气热交换器12本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种“就地”改造具有一个外壳的多相放热合成反应器的方法，在上述外壳内含有多个按相互隔开的关系叠置的催化床，上述的方法包含如下初始步骤：－在上述外壳之上部设置至少一个第一催化床，在该至少一个第一催化床内装入具有预定活性的第一催化剂，其特征 在于还包括下列步骤：－在外壳的下部设置多个互相平行的催化床；－在上述外壳下部的催化床内装入其活性比装入上述的至少一个第一催化床内的第一催化剂大的第二催化剂。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔治帕加尼，埃尔曼诺菲利皮，
申请(专利权)人：阿莫尼卡萨尔公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]