用于管束反应器中的热点检测的设备和方法技术

一种化学反应器，包括：具有入口装置的离析物空间，用于将至少一个离析物流进给到离析物空间中；具有出口装置的产物空间，用于将至少一个产物流从产物空间中排出；多个平行的管，在轴向方向上从离析物空间延伸到产物空间，形成管束，其中所述管包括至少一种多相催化剂；冷却液体空间，围绕所述管束的至少一部分，其中所述冷却液体空间具有入口和至少在轴向方向上与所述入口间隔开的出口，并且其中所述冷却液体空间在入口和出口之间限定了冷却液体流动路径；位于冷却液体空间内的n个温度测量装置MD(i)，i＝1...n，n＞2，其中MD(i+1)位于冷却液体流动路径中MD(i)的上游。于冷却液体流动路径中MD(i)的上游。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于管束反应器中的热点检测的设备和方法
[0001]本专利技术涉及一种包括管束的化学反应器，该管束填充有多相催化剂，本专利技术涉及一种包括这种化学反应器和温度监测装置的化学生产单元，还涉及一种用于操作这种化学反应器或这种化学生产单元的方法。
[0002]在化学工业中，具有强热效应(strong heat tone)的催化反应是普遍的。特别是放热反应属于这一类。这种反应的一个示例是氯化反应，例如用一氧化碳和氯合成光气。
[0003]为了处理所产生的热量，这些类型的反应通常在冷却的反应器中进行。通常使用管束反应器，其中催化剂位于管(也称为反应管)中，合适的冷却液体沿着冷却液体流动路径流经围绕管束的至少一部分的冷却液体空间。通常，管都是相互平行的，并沿着轴向方向从离析物空间延伸至产物空间。所述轴向方向通常为竖直方向，因为这样便于在管中填充催化剂并从管中排出催化剂。WO 03/072237A1中描述了一种现有的化学反应器。
[0004]在具有强热效应的反应(特别是放热反应)的情况下，通常会出现明显的热点。这意味着大部分反应不是沿着管的真实长度进行，而是发生在管的相对短的部分。在许多类型的这些反应中，由于化学和/或热影响，所使用的催化剂会随着时间的推移而失活。由于这种失活现象，热点会从离析物空间向产物空间移动。在这些情况下，必须在一定的运行时间后、热点过于靠近离析物空间之前更换或重新激活催化剂。如果所有参数(如所使用的催化剂、离析物质量和成分、压力和温度)都完全已知且恒定，那么可用的运行时间将是恒定的，人们就可以知道在多长时间后需要更换催化剂。但在工业实践中，这些参数通常不够恒定，因此可用的运行时间会发生变化。
[0005]当然，期望的是尽可能少地更换或重新激活催化剂，因为更换或重新激活催化剂会导致停产。因此，应安装分析仪，从该分析仪的结果中得出关于催化剂状态的结论，从而估算出剩余的运行时间，并计划停产。实现这一点的一种可能性是分析反应生成的产物，但特别是在线分析通常非常复杂。
[0006]另一种尝试是测量管内的温度曲线，以便观察到热点的位置和移动情况。为了做到这一点，已知的是在至少一个反应管内配备所谓的温度管。该温度管是多热敏元件，具有多个轴向间隔的温度测量点。因此，在这些轴向位置处直接测量相应反应管内的温度，从而获得该反应管内的温度曲线。温度曲线的空间分辨率取决于温度测量点之间的距离。由于对于此类反应器来说，所有管都“达到”相同的条件是至关重要的，因此假设反应在所有管中都以基本上相同的方式发生，从而知道一个管(或几个管，以便进行冗余或统计)中的热点位置就足够了，因为如果上面给出的假设正确，所有管中的热点当然都位于相同的轴向位置。
[0007]虽然这种直接温度测量方法与上述分析方法相比有一些优点，但也有一些缺点。
[0008]其中一个缺点是，所述温度管需要承受高温，通常还需要承受反应性化学物质，因此其使用寿命通常有限，和/或需要经常维护。此外，这种至少能在一段合理的时间内耐受高温和腐蚀性化学物质的温度管通常价格昂贵。
[0009]另一个缺点是，尽管温度管位于管束中的一个管内，因此非常靠近催化剂，但要解释测得的热点温度仍然不容易，因为在催化剂相和流动的离析物
‑
产物
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流体相之间可能存
在很大的温差。测得的温度介于这两相温度之间。此外，传热管本身的轴向热传导也会影响测量结果。
[0010]此外，传热管还会妨碍催化剂均匀地填充管。
[0011]也许最重要的缺点是，传热管的存在会影响催化剂的状态，特别是因为它会干扰催化剂的填充。这种影响通常会随着反应管直径与传热管直径之比的减小而增大。因此，可能发生的情况是，仅在进行温度测量的管不能代表管束中的其余管——该测量本身破坏了该管与其余管相比的相等性。为管束中的每个管配备传热管可以解决这个问题，但成本极高。
[0012]因此，本专利技术的目的是提供一种改进的化学反应器，它可以在管束中足够精确地定位热点，并避免上述缺点。
[0013]根据本专利技术，管内的温度不是直接测量的，而是间接测量的，即通过测量冷却液体流动路径中至少两个间隔位置的冷却液体温度，从而得到冷却液体沿着冷却液体流动路径的温度曲线。如前所述，当反应器运行时，每个管中通常都有一个热点，并且这些热点基本上位于管的同一个轴向位置处(因此也可以说是一个热点)。因此，沿着冷却液体流动路径从管到冷却液体的热传递在空间上并不均匀，从而不仅管而且冷却液体流动路径中流动的冷却液体示出空间温度曲线。通过借助于至少两个(优选地三个以上)温度测量装置来测量流动冷却液体的空间温度曲线，可以至少大致确定管中热点的位置。至少大致知道热点的轴向位置通常足以估算出必需更换催化剂之前剩余的时间。因此，通过在冷却液体流动路径的至少两个位置处相当简单地测量冷却液体的温度，就可以避免在管内测量温度。由于冷却液体(通常为水)的最高温度实质上低于管内的最高温度，而且冷却液体通常没有腐蚀性，因此可以使用经济实惠的温度测量装置。
[0014]当管内的热点沿着管的轴向长度移动时，冷却液体沿着冷却液体流动路径的空间温度曲线也会发生变化。因此，也可以观察到热点的动态，从而预测剩余的运行时间。
[0015]因此，本专利技术涉及一种化学反应器，包括：
[0016](i)离析物空间和产物空间；
[0017](ii)离析物空间入口装置，用于将离析物流送入离析物空间；以及产物空间出口装置，用于将产物流从产物空间中排出；
[0018](iii)多个管，在轴向方向上从根据(i)所述的离析物空间相互平行地延伸至根据(i)所述的产物空间，形成管束，其中所述管至少部分地填充有多相催化剂；
[0019](iv)冷却液体空间，围绕根据(iii)所述的管束的至少一部分，其中所述冷却液体空间具有冷却液体入口和至少在轴向方向上与所述冷却液体入口间隔开的冷却液体出口，并且其中所述冷却液体空间在所述冷却液体入口和所述冷却液体出口之间限定了冷却液体流动路径；
[0020](v)n个温度测量装置MD(i)，i＝1...n，n≥2，位于冷却液体空间内，其中MD(i+1)，i<n，位于冷却液体流动路径中MD(i)的上游，用于测量冷却液体的相对应温度T(i)。
[0021]本专利技术对于具有如现有的WO 03/072237A1中所示的基本结构的化学反应器特别有用，意味着冷却液体流动路径没有分支，并且所述冷却液体空间包括m个主要部分MS(j)，j＝1...m，m≥2，其中在主要部分MS(j)中，冷却液体具有平均主要流动方向f(j)，其中f(j)基本上垂直于管束的轴向方向，并且其中所述冷却液体空间进一步包括m
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1个偏转部分DS
(j)，j＝1...m
‑
1，其中偏转部分DS(j)连接两个相邻的主要部分MS(j)和MS(j+1)，j<m，其中在偏转部分DS(j)中，流动方向f(j)被偏转，使得流动方向f(j+1)与流动方向f(j)基本上相反本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种化学反应器，包括：(i)离析物空间和产物空间；(ii)离析物空间入口装置，用于将至少一个离析物流送入离析物空间；以及产物空间出口装置，用于将产物流从产物空间中排出；(iii)多个管，在轴向方向上从根据(i)所述的离析物空间相互平行地延伸至根据(i)所述的产物空间，形成管束，其中所述管至少部分地填充有多相催化剂；(iv)冷却液体空间，围绕根据(iii)所述的管束的至少一部分，其中所述冷却液体空间具有冷却液体入口和至少在轴向方向上与所述冷却液体入口间隔开的冷却液体出口，并且其中所述冷却液体空间在所述冷却液体入口和所述冷却液体出口之间限定了冷却液体流动路径；(v)n个温度测量装置MD(i)，i＝1...n，n≥2，位于冷却液体空间内，其中MD(i+1)，i<n，位于冷却液体流动路径中MD(i)的上游，用于测量冷却液体的相应温度T(i)。2.根据权利要求1所述的化学反应器，其中所述冷却液体空间包括m个主要部分MS(j)，j＝1...m，m≥2，其中在主要部分MS(j)中，冷却液体具有平均流动方向f(j)，其中f(j)基本上垂直于管束的轴向方向，并且其中所述冷却液体空间还包括m
‑
1个偏转部分DS(j)，j＝1...m
‑
1，其中偏转部分DS(j)连接两个相邻的主要部分MS(j)和MS(j+1)，j＜m，其中在偏转部分DS(j)中，流动方向f(j)被偏转，使得流动方向f(j+1)与流动方向f(j)基本上相反。3.根据权利要求2所述的化学反应器，其中每个温度测量装置MD(i)位于偏转部分DS(j)中。4.根据权利要求2或3所述的化学反应器，其中根据(i)所述的管束延伸穿过主要部分MS(j)，并且优选地不延伸穿过偏转部分DS(j)。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的化学反应器，其中根据(i)所述的轴向方向基本上是竖直方向。6.根据权利要求1至5中的任一项所述的化学反应器，其中至少在使离析物流处于获得产物流的管束的管中的放热反应条件下期间，由n个温度测量装置MD(i)同时测量冷却液体的相应温度T(i)，其中所述反应条件包括将离析物流与至少部分地填充管束中的管的多相催化剂接触，获得n个温度T(i)的集合S(T(i))，其中在使离析物流处于放热反应条件下期间，基于测得的温度T(i)来计算温差ΔT(i)＝T(i)
‑
T(i+1),i＝1...n
‑
1，并且其中确定ΔT(i)出现其最大值时的i，所述i被定义为i(max)，并且其中至少在使至少一个离析物流处于放热反应条件下期间，在连续时间t(k)处测量冷却液体的n个温度T(i)，获得k个温度T(i)，即T
k
(i)，n个温度T(i)的k个集合，即S
k
(T(i))，以及每个S
k
(T(i))各自的i
k
(max)。7.根据权利要求1至6中的任一项所述的化学反应器，以用于在放热反应中生产化合物，该放热反应特别是氧化或部分氧化，且所述化合物优选为丙烯醛、丙烯酸、邻苯二甲酸酐、马来酸酐、环氧乙烷、乙二醛或氯(Deacon...

【专利技术属性】
技术研发人员：G，
申请(专利权)人：巴斯夫欧洲公司，
类型：发明
国别省市：