等温反应器制造技术

本发明专利技术涉及一种等温反应器（１），包括：一个基本上圆筒形的外壳（２）、至少一个支撑于所述外壳（２）内以通过反应气体的催化床（１０）以及一个包括多个热交换器（１４）的热交换单元（１３），其特征在于，所述催化床（１０）中临近的热交换器（１４）之间的至少一个反应区域（３６）内具有缓冲装置，用于使流过所述催化床（１０）的所述反应气体向所述临近的热交换器（１４）偏移。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术在其最通常的方面涉及这样一种类型的化学反应器，该反 应器包括通过分别的底部在相对的端处封闭的基本上圆简形的外壳 (或压力导管)，其中，所述外壳内的反应区域中设置有至少一个催 化床(或篮)以及一个嵌于所述催化床内的热交换单元。这样的反应器专门用于在基本上等温的条件下实现散热或吸热化学反应，所述等温条件即这样的条件反应温度被控制在一个预先 设定的值附近的相当有限的数值范围内。在下述的说明书部分和随后的权利要求中，上述类型的反应器用 以下术语表示伪等温反应器，或更简短的等温反应器。更具体地，本专利技术涉及一种上述类型的等温反应器，其中，所述 热交换单元由多个平板状、基本上盒式的热交换器组成，其内限定有 一个腔室供热交换工作流体通过。本专利技术还涉及一种用于上述类型的等温反应器中的热交换单元。
技术介绍
上述类型的等温反应器在本领域内是公知的。在这样的反应器 中，流经各热交换单元的工作流体从反应环境(如催化床)中吸收或 向其散发热量，其可以促进预设的化学反应活动，包括散热和吸热活 动，从而使该反应转向完成的方向。因此，为了改善反应效率，尽可能地优化上述热交换器以及催化 床内流动的工作流体之间的热交换是比较重要的，其中，所述交换器 嵌于所述催化床内，热反应就在该催化床内发生。在现有技术中，通常通过将液体流经的热交换器内部以及催化床 内部的热交换系数最大化来实现上述的工作流体之间热交换的最优化。尽管如此，用这样的方式改善反应效率后，我们注意到，催化床 内产生了不容忽视的温度梯度，尤其是在后者(也可以是反应气体) 保持相对较小的热交换系数的情况下。具体地，该催化床任意 一 点处的温度在热交换器的第 一 温度值与 第二温度值之间变化，第一温度值即交换器自身外壁处的温度值，且 第二温度值为催化床距离热交换器最远位置处的温度值。在下述说明书和所附的权利要求中，所述第二温度值将用术语"极限温度" ;表示。如果在反应器内发生的反应是放热反应，所述极限温度z;对应一 个最大预定温度值r皿，高于该最大预定温度值的情况将不适于该反 应的发生，由于反应已达到平衡和/或发生副反应从而导致产量降低， 且因此使得催化效率降低。如果在反应器内发生的反应是吸热反应，所述极限温度z;对应一 温度值，低于该温度值时该反应不会发生。温度分布的不均匀性导致该催化床的内部偏离伪等温的理想状 态，同时伴随反应器本身总效率变差。
技术实现思路
因此，本专利技术的技术问题是提供一种上述类型的热反应器，即使 所述催化床或所述反应气体和所述反应气体的生成物处于低传导率 的状态下，该热反应器也能够获得交换器和催化床之间热交换的最优 效率，由此克服上述现有技术中存在的缺陷。能够解决这些技术问题的热反应器包括一个基本上圆简形的外 壳、至少一个催化床以及一个热交换单元；该催化床支撑于所述外壳 内以供反应气体通过；该热交换单元包括多个热交换器，其特征在于， 所述催化床中临近的热交换器之间的至少一个反应区域内具有缓冲 装置，用于使流经所述催化床的所述反应气体流向所述临近热交换器偏移。优选地，上述缓冲装置包含多个具有平板状、基本上矩形的筋条。 优选地，上述筋条在其长边处通过所述交换器支撑，并且沿所述 交换器基本上向上延伸到临近的热交换器之间的中心线区域。在本专利技术一个具体优选的实施方案中，每一交换器的相对的两壁 上均支撑有多个彼此间隔预设距离的筋条，并且，在临近热交换器限 定的每一反应区域中， 一个热交换器的筋条与另一个临近交换器的筋 条交替设置，由此形成一个沿该催化床的所述反应区域的近似的Z字 型交叉路径，该Z字型交叉路径用于使所述反应气体向所述临近的热 交换器流动。在本专利技术的另一个优选实施方案中，这些筋条或这些筋条中的一 些设置在由临近的热交换器限定的反应区域内，位于中心线区域处。釆用本专利技术的缓冲装置迫使在中央临近热交换器之间的反应区 域(即，所述反应区域的距离所述临近的交换器较远的部分)的反应 气体向所述反应区域的外围(即，所述反应区域的靠近所述临近的交 换器的部分)流动，反之亦然，最好是沿该近似Z字型路径向上流动 直至可选择地接触所述交换器。这样，我们惊奇地发现，与现有技术教导的内容形成鲜明对比的 是，可以以虛拟的方式获得增加催化床传导率的效果，由此使催化床 自身获得更高的温度均匀性，热交换器和催化床之间的热交换效率可 以得到显著提高。因此，即使在催化床的热传导率有效值特别低的情况下，使所有 催化床在理想的伪等温状态下工作是可能的，其有利于反应器自身的 整体反应效率的提高。本专利技术还涉及一种用于上述类型等温反应器中的热交换单元。该 热交换单元包括在其内限定有多个供反应气体流过的反应区域的多 个热交换器，其特征在于，在所述临近热交换器的至少一个反应区域中包括缓冲装置，用于使所述反应气体向所述临近的热交换器偏移。 下面将参考附图以非限定性实例的方式，通过某些本专利技术所述反 应器的实施方案对本专利技术的特征和优点进行进一步清楚地描述。附图说明图l示出了根据本专利技术的一个实施例的等温反应器的透视图和局部剖视图2示出了图1中等温反应器的热交换单元的细节透视放大图； 图3示出了图l中等温反应器的剖视图4示出了根据本专利技术的另一个实施例的等温反应器的热交换单元的细节透视放大图5示出了图4中的等温反应器与热交换单元结合的剖视图； 图6示出了根据本专利技术的再一个实施例的等温反应器的热交换单元的细节的透视放大图7示出了整合图6所示热交换单元的等温反应器的剖视图； 图8示出了现有工作状态中的等温反应器的细节剖视示意图以及相关的温度分布；图9示出了图1中所示等温反应器的细节剖视示意图以及相关的温度分布。具体实施例方式参照图l，本专利技术中，参考标记l通指用于合成诸如氨水，甲醇， 甲醛，硝酸等化学物质的伪等温催化化学反应器。所述反应器l包括具有垂直轴x的圆简形外壳2，其相对的两 端分别通过下底部3和上底部4封闭，反应气体入口5、反应生成物 出口 6、用于热交换工作流体进料的入口 7以及所述工作流体的出口 8。所述外壳2内限定有反应区域或反应环境9，催化床10以常规 方式支撑在其内，该基本上圆简形的催化床10与外壳2和一中心管12同轴，并且与外壳2限定有一较窄的间隔11,该中心管12沿壳体 2的轴线延伸。催化床10具有孔以允许反应气体的通道由所述间隔ll径向移动 到所述反应区域9，反之，气体也可通过中央管12渗透，中央管12 具有封闭的上端12a和开启的下端12b，并且与底端3的出口 6直接 液体连接。催化床10容纳有大量催化剂(未示出)，其中，热交换单元以常 规方式嵌入并支撑在该催化床内。总的来说，所述热交换单元13为圆柱环状，并且包括多个径向 均勻分布的热交换器14,排列为三个同轴和同心的圆。参照图2，每 一交换器"为扁平、盒式、基本上拉伸的矩形状。根据图1中的设 置，在热交换单元13中，所有的交换器14均设置为具有相对的长边 14a和相对的短边14b、 14c，所述长侧面与壳体2的轴线平行，所述 短边相对于该轴线呈散射状延伸。更具体地，每一交换器14由一对并排放置的金属板(壁)15、 16组成，这对金属板通过周边焊接以预设的间隙相互连接，从而在 其内限定一个供热交换工作流体经过的区域或腔室(图9中以参考本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等温反应器（１），包括：一个基本上圆筒形的外壳（２）、至少一个支撑于所述外壳（２）内以通过反应气体的催化床（１０）以及一个包括多个热交换器（１４）的热交换单元（１３），其特征在于，所述催化床（１０）中临近热交换器（１４）之间的至少一个反应区域（３６）内具有缓冲装置，用于使流过所述催化床（１０）的所述反应气体流向所述临近的热交换器（１４）偏移。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：基恩A克莱顿，埃托科曼蒂尼，
申请(专利权)人：卡萨尔甲醇公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]