用于合成甲醇或其他产品的反应器制造技术

一种改进的反应器，包括外壳和至少一个反应器内部部件

【技术实现步骤摘要】
用于合成甲醇或其他产品的反应器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请是
2022
年1月
13
日提交的美国申请
17/574,992
的部分继续申请，后者要求享有
2021
年1月
15
日提交的美国临时申请
63/138,022
的优先权
。
上述所有申请的全部内容通过引用合并于本文中
。


[0003]本公开涉及反应器，尤其是用于甲醇合成的反应器
。

技术介绍

[0004]全球气候变化已经被认为是“当今时代最紧迫的环境挑战”。
美国国家航空航天局
(NASA)
指出：“气候系统变暖的科学证据是明确无误的”。
气候变化是由水蒸气
、
氧化亚氮
、
甲烷和二氧化碳等温室气体的变暖效应造成的
。
其中，二氧化碳排放是关键的罪魁祸首，这是因为自工业革命开始以来，全球大气中的二氧化碳浓度已经增加了三分之一
。
二氧化碳的排放主要源于人类活动，如化石燃料的消耗，其副产品被排放到大气中
。
[0005]经过探索，化学储能已经成为解决诸如风能和太阳能等可再生能源所固有的间歇性和不可预测性问题的方法
。
由于风能和太阳能的间歇性，电网和电力公司必须通过基于化石燃料的能源来满足基本电力需求，而由于难以快速缩减和扩大这种基于化石燃料的能源
(r/>如燃煤电厂
)
的规模，突然出现的风能和太阳能很难被纳入电网
。
由于许多可再生能源难以扩大规模以替代传统的化石燃料能源，因此，对于应对气候变化至关重要的是对可再生能源进行高密度储能，使得可再生能源能够被储存起来，并在电网能够容纳这些能源时使用
。
[0006]到目前为止，包括热储能
、
压缩空气储能
、
氢储能
、
抽水蓄能和大规模电池在内的现有储能方式都被证明是非常昂贵和
/
或难以扩大规模的
。
以电解水产生氢气的形式对可再生能源进行化学储存，如用于燃烧
、
燃料电池消耗或化学合成
(
如甲醇合成
)
，是一种有前途的方法，其可提供足够密集和稳定的可再生能源储存，可以在需要时使用，使可再生能源持续而不是间歇式地供应能源需求
。
[0007]从合成气中合成甲醇所使用的反应器通常仅限于沸水反应器
(BWR)
，这是因为典型反应套件的热量很高，其中包括大量的
CO。BWR
是复杂而昂贵的设备，但它通常是必要的，以便降低从合成气生产甲醇的放热过程中产生的热量，从而保护反应产物
、
反应器和催化剂
。
[0008]用于催化和
/
或放热反应
(
例如使用适当的催化剂，如基于铜和氧化锌的催化剂或其他适当的催化剂从二氧化碳和氢气中合成甲醇
)
的管壳式反应器必须接受定期的维护，例如装载和
/
或移除并重新填充催化剂，对反应器外壳除垢，对各种部件进行维修，或其他操作
。
需要在为装入催化剂
、
进行维护和其他目的而进入反应器内部的能力与将管子保持成束之间取得平衡
。
[0009]现有的管壳式反应器设计很难根据特定设施的需要
(
如所需的产量
)
来扩大或缩
小规模
。
该设施的产量可能因脱瓶颈工作而会随时间改变，这可能会增加反应器的产量要求
。
为消除设施的瓶颈而扩大反应器的规模是一项困难
、
昂贵和耗时的工作，在许多情况下，整个反应器
(
包括内部结构
)
都需要进行改造或重新设计
。
[0010]这可能需要大量的设计和工程努力，因为工程师在扩大设计规模时基本上必须进行“颠覆性工作”，要考虑管子的排列和横截面积
、
外壳的尺寸和构造
、
催化剂床的体积和横截面积，以及其他事项
。
现有的管壳式反应器设计和供应商都很难以有效的方式来使反应器设计适应于不断变化的要求
。
如果反应器设计不当，则可能会导致催化剂
、
反应物和热量的分布不均，从而损坏催化剂和
/
或反应器的部件，并且降低反应效率
。
在某些情况下，失控的放热反应可能导致反应器的灾难性故障
。
[0011]此外，在反应器中和
/
或针对反应器适当制造和缩放进料管是很困难的
。
设计
、
布置和
/
或制造不当的进料管常常导致反应器内产生反应物的堵塞
、
涡流和不均匀区域，这不利地降低了反应器的效率和产量，并可能产生热点
。
放热反应中的热点对反应器和催化剂来说特别危险和有害
。
[0012]反应器设计中的另一个问题是难以在一个或多个所需的位置测量反应器内部温度
。
如果不了解反应器内部的温度曲线，特别是沿反应器本体的不同位置对应于反应的不同阶段和
/
或不同的反应条件的温度曲线，就很难正确地控制包括反应器在内的工艺过程，特别是在高风险的应用
(
如放热反应
)
中
。
[0013]然而，包括垫圈座在内的热电偶接头可能会随着时间的推移而受损，导致热电偶接头泄漏
。
虽然这种泄漏可以修复，但这样做需要停用催化剂和更换垫圈座
。
这涉及到昂贵的
、
有潜在危险的和耗时的停机
、
停用催化剂和启动，每一项都需要高成本，包括大量的机会成本
。
考虑到催化剂的预期使用寿命一般在三到五年之间，这种修复构成了设施操作中的非常昂贵的中断
。
此外，在涉及氢气的高压和
/
或高温反应中，源自法兰接头的泄漏的风险特别高，包括向外泄漏氢气或其他反应物
/
产物，以及向内泄漏催化剂毒物，即氧气
。
[0014]因此，现有的反应器设计包含多个热电偶井，用于在反应器本体的不同高度位置处提供热电偶，其很容易因热电偶接头泄漏而导致操作中断，而为避免中断而省略此类热电偶井的反应器设计则缺乏必要的反应器条件数据来正确地控制反应
。
此外，反应器中现有的热电偶井配置将热电偶横向于流动方向地
(
例如径向地
)
插入反应器本体内
。
这会不利地导致大型反应器的温度读数接近外壳的条件，这进一步使反应器设计的扩本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种反应器，包括外壳，限定了构造成接收催化剂的内部空间；圆顶式头部，包括具有法兰的启动喷嘴，所述法兰与缩小的法兰能拆卸地连接，所述启动喷嘴包括人孔通道口，维修人员能通过所述人孔通道口进入所述反应器的外壳；至少一个入口喷嘴；以及管束，包括多个围绕所述反应器的纵向轴线以同心带的形式布置的管子
。2.
根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述圆顶式头部与所述外壳形成一体，其间没有任何连接法兰
。3.
根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述圆顶式头部包括至少一个热电偶端口，其中，所述至少一个热电偶端口相对于所述反应器的垂直的纵向轴线呈倾斜的角度
。4.
根据权利要求3所述的反应器，其特征在于，所述圆顶式头部包括两个热电偶端口，每个热电偶端口均相对于所述反应器的垂直的纵向轴线呈倾斜的角度
。5.
根据权利要求4所述的反应器，其特征在于，所述热电偶端口各自以相对于所述反应器的垂直的纵向轴线为约5至约
30
度的角度倾斜地离开所述启动喷嘴
。6.
根据权利要求3所述的反应器，其特征在于，所述至少一个管支撑板的周向带还包括对应于至少一个热电偶插入管的支架，其中，所述至少一个热电偶插入管构造成接收通过所述至少一个热电偶端口插入到所述反应器中的温度测量装置，所述温度测量装置构造成获取所述反应器内的多个纵向位置处的温度
。7.
根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述反应器还包括至少一个管支撑板，其中，所述至少一个管支撑板包括至少一个周向带，所述至少一个周向带包括至少一个构造成围绕所述管束的管子的一部分延伸的支架
。8.
根据权利要求7所述的反应器，其特征在于，所述反应器还包括催化剂支撑板
、
气体入口板或顶板中的至少一个
。9.
根据权利要求7所述的反应器，其特征在于，所述催化剂是固体催化剂，包括第一直径的球和第二直径的球，其中，所述反应器还包括催化剂支撑板，其中第一直径的催化剂球和第二直径的催化剂球设置在靠近所述催化剂支撑板的...

【专利技术属性】
技术研发人员：I，
申请(专利权)人：碳回收国际公司，
类型：新型
国别省市：