改进非均相放热合成反应器的方法技术

在改进带外壳体（２）的非均相放热合成反应器（１）的方法中，反应器内承载至少一层催化床层（１５、１６、１７），通过反应的气体出口管（４）和伸在该接管（４）中的导管（２９）将催化床层（１５，１６、１７）与产生高压蒸汽的外部锅炉（２１）相连接，导管（２９）与接管（４）间形成一环形空隙（３０）。空隙（３０）确定的在锅炉（２１）中冷却了的气体出口流径有助于避免接管（４）过热。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
总的说来，本专利技术涉及改进用于非均相放热合成的反应器的方法。更具体地说，本专利技术涉及改进具有外壳的氨或甲醇合成反应器的一种方法，合成反应器中至少承载一个催化床层，催化床层通过流体与伸至上述外壳下面的一个接管相联通，该接管带有一个用于排出离开上述至少一个催化床层的反应产物的管口。在下面的说明书及权利要求书中，术语改造，指对先有反应器的改造，目的是改善其操作性能并获得可与新建反应器相匹敌的生产能力和反应效率。在本领域使用的术语中，改造(Modernization)这类词也用来指术语改进(retrofitting)或修改(revamping)。在用于非均相合成的反应器，特别是放热反应器的改造中，越来越意识到需要在较高热力能级上回收反应过程中产生的热量而同时尽可能保持反应器的外部结构不变，特别是壳体、盖和反应气的气体出口接管尽可能保持不变。公认的最重要的是维持反应器的外部结构不变，因为反应器外部结构的任何改变能导致期望的改进不仅经济上不可行，而且由于改变的区域内反应器可能的结构变形而产生潜在的危险。已知技术的改进方法主要提出仅对壳体内的内件进行更换，尤其是用新的径向或轴向-径向高产率床层替代先有的催化床层。一方面，这些改进方法使反应器的生产能力和/或转化率提高而保持反应器的外部结构不变，但另一方面，这些改进方法不能实现在高的热力能级上回收合成反应产生的热量。事实上，几乎在所有的情况下，反应器气体出口接管不能承受离开最下面催化床层的反应气的温度，达到此温度的反应气在排出之前必须冷却。因此，对保持合成反应器外部结构不变的需要使得已知的改进方法仅在有限的热力能级上回反应产物所拥有的热量，回收的热量仅限于锅炉给水的预热或生产低压蒸汽(压力低于40巴)。本专利技术的目的是提供一种改进非均相合成反应器的方法，该方法使得合成反应器中产生的反应热在较高的热力能级上回收，同时保持该反应器的外部结构基本上不变。该目的通过上面上述的一种方法得到解决，其特征在于它包括下列步骤-在上述壳体外设置一个生产高压蒸汽的锅炉；-在紧靠着上述接管处将锅炉与反应器壳体相连接；-通过伸入上述接管中的导管将上述的至少一个催化床层和该锅炉中的进口集气管相连接，该接管与导管间形成一环形空隙。上述导管及空隙确定了反应的气体去上述锅炉和从该锅炉到反应器外部的相应的流径。本专利技术的改进方法有利于在高热力能级上回收反应热，因而使得有可能利用温度远高于反应器气体出口接管的设计温度的热气。此回收能以非常有效的方式进行，比如在反应器外部设置的锅炉内产生高压蒸汽(80-120巴，250°-350℃)。为此，本专利技术的方法提供了催化床层或反应器的最下面催化床层与上述锅炉的连接措施，该连接是通过伸在反应产物出口接管中的导管来实现的，导管与出口接受间形成一环状空隙。这样，在高温下离开最下面催化床层的反应产物被直接送入锅炉而不与出口接管直接接触，这归功于将反应产物与出口接管隔离的所述空隙。流经出口接管的是在锅炉中产生高压蒸汽而被冷却的气体，从而确保在操作中出口接管温度不超过其设计温度。在本改进方法的一个具体的和优选的实施方案中，通过反应器壳体和锅炉气体出口接管的相互连接将上述锅炉与合成反应器连接起来。用于将反应产物送入锅炉的导管最好是同心地伸在气体出口接管中，从而使得管壁能均匀冷却。因此本专利技术的方法提供了反应产物拥有热量的最佳回收办法，而无需更换或改变气体出口接管。通过反应器中已经存在的收集和输送设备，将催化床层或反应器最下面的催化床层与锅炉给料导管相连接有助于进一步减少对反应器结构的改变，从而降低改造费用。本专利技术方法也可便利地实现与其它已知的旨在提高反应器效率的改进方法相结合。按照本专利技术的另一个目的，实现在高热力能级上热回收的非均相放热合成反应的方法包括以下措施-将气态反应物送入到承载在合成反应器内的至少一个催化床层；-该气态反应物在上述的至少一个催化床层内发生反应；-借助于伸到该反应器下面的接管和设置的相应气体出口，将离开上述的至少一个催化床层的反应产物从反应器中排出，其特征在于它还包含下列措施-借助于伸在该接管中的导管将离开上述的至少一个催化床层的反应产物送到反应器外的锅炉，该接管与导管间形成一环形空隙；-通过同时产生高压蒸汽来冷却锅炉中反应产物；-借助于上述的环形空隙和气体出口将离开该锅炉的冷却的反应产物排出。在按照上述的改进方法改造的反应器中，这样获得的方法使得有可能利用离开众多催化床层中这一的产物的热量，最好是产生高压蒸汽。反应产物从反应器最终排出之前，最好在通过最下面催化床层后送入锅炉。参照附图，通过对下面旨在解释而非限定的本专利技术的一个改造方法的实施例描述本专利技术的特点和优点便显而易见了。在图中-附图说明图1表示先有技术的非均相放热合成反应器的纵向剖面图；-图2表示用本专利技术改造方法改进图1所示反应器后得到的反应器的纵向剖面图；-图3表示图2中所示反应器的某些细节放大后的纵向剖面图。参照图1，数字1表示一个已知的非均相放热合成反应器，即用于氨或甲醇生产的反应器。反应器1由1个管式套筒或壳2、紧接上端的气封盖3和装在下端的用于排出反应产物的出口接管4组成。接管4本身又具有反应产物出口7和将第一部分气态反应物加入反应器的开口8。左边的开口5用于将第二部分气态反应物加入反应器，而众多相互分隔的开口6(图1中只表示出其中的一个)用于将第三部分气态反应物或“急冷”气加入反应器，开口5和6穿过壳2并安装在盖3的附近。上部为反应段10和下部为换热器11的心子9通常支承在壳2内。在此情况下，反应段10由两个催化床层12和13组成，床层中装填粒状或片状催化剂，通过导管集气管14，流体将催化床层12和13与接管4联系起来。图1中，表示出穿过催化床层12和13及换热器11的气体流径，反应产物通过接管4离开反应器前先经换热器11冷却。此处应该提到，由于此冷却，接管4能耐的最高温度远远低于离开反应段的产物的温度。图2表示一个用于非均相放热合成的反应器，它是根据本专利技术方法对图1中的反应器改造后得到的。此图中，反应器1等结构和功能与图1所述相同者将用同一参考号数表示，且不再进一步描述。图2中，箭头批示流入和流出反应器1的各种气体流经。按照本专利技术特别优选的实施方案，图1中所示的反应器心子9首先拆出其内件，然后装上轴向一径向流动式催化床层15、16和17，并按照已知的改进方法装上介质急冷式冷却(通过与冷的合成气混合)和间接式冷却(通过换热器)设备。为此，急冷气分布器18a、18b安装在第一和第二催化床层15、16的上游，而气/气换热器23置于第三催化床层17的上游。通过穿过盖3的导管20作为分布器18a的急冷气进口。按此方法改造反应器1后，本专利技术的改进方法包括首先在反应器外部安装一个适合于产生高压蒸汽的锅炉21。图2中举例说明的锅炉21为管壳式，它包括通常由支撑大量管子23的壳22，管子23的固定端通向管程进口和出口收集器24和25。锅炉21也包括大量流过壳程的合适冷却流体(如水)的进口管26和出口管27。最后用28表示排出锅炉21管程气流的接管。在本方法的第二步内，按本领域熟知的方式，如采用大量普通螺栓，通过接管4和28相互连接将锅炉21和反应器1连接起来，图中未标出螺栓。在下一步中，通过伸在接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改造带壳体（２）的非均相放热合成反应器的方法，反应器内支承至少一个催化床层（１５，１６，１７），催化床层通过流体与伸至上述表体（２）下面的接管（４）相联通，该接管设有用来排出离开上述至少一个催化床层（１５，１６，１７）的反应产物的管口（７），其特征在于它包含下列步骤：－在上述的壳体（２）外设置一个用来产生高压蒸汽的锅炉（２１）；－在紧靠着上述的接管（４）处将锅炉（２１）和壳体（２）相连接；－通过伸至上述的接管（４）中的导管（２９）将上述的至少一个催化床层（１５ ，１６，１７）和该锅炉（２１）中进口集气管（２４）相连，导管（２９）和接管（４）间形成一环状空隙（３０）；上述的导管（２９）和空隙（３０）为反应的气体到上述的锅炉（２１）和从该锅炉（２１）到反应器外部确定了相应的流经。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：昂伯特萨迪，G帕加尼，F阿曼奥，
申请(专利权)人：阿莫尼卡萨尔公司，昂伯特萨迪，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]