管式反应器制造技术

本发明专利技术提供了用于管式反应器的设备、方法和工艺，该管式反应器包括：被布置在管式反应器壳体内的多个大体平行的反应管，所述反应管被间隔开，使得在操作期间传热流体能够在所述反应管之间流动，并且在所述反应管和所述传热流体之间传递热量；进口头，所述进口头限定了进口头空间，其中所述进口头空间与所述反应管的进口端流体连通，以及出口头，所述出口头包括出口头壳体和被定位在由所述出口头所限定的出口头空间内的至少一个插入件，其中所述插入件限定了出口头空间，所述出口头空间相对于由所述出口头所限定的出口头空间体积被减小，并且其中所述体积被减小的出口头空间与所述反应管的出口端流体连通并与反应器出口流体连通。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】管式反应器
技术介绍
乙烯氧化为乙烯氧化物可以通过在存在被装载到合适的载体上的银催化剂的条 件下与空气或氧气反应而实现，其中可选地添加少量的特定的氯代烃类，其用来减少催化 齐U。在正常操作条件下，氧化反应主要产生乙烯氧化物，其中二氧化碳和水为副产物。这种 反应是放热的。执行氧化反应所在的反应器的构造可以类似于垂直管壳式热交换器。管子用催化 剂填充，同时反应器的壳体侧设置有冷却剂。合适的泵、热交换器、分离器鼓、和/或冷凝器 可以用来冷凝、或分离和再循环冷却剂。在一些情况中，在没有精细地控制温度的情况下，氧化反应会发展成形成二氧化 碳和水蒸气。这不仅降低生产量，而且是更大的放热反应，其可能在反应器内导致"热 点"，且因此导致对冷却系统所提出的要求的增加。此外，“热点"能够增加局部温度，且 会快速地扩散至反应器出口，从而导致大量的气相点火，在此称为"分解"。
技术实现思路
本专利技术公开内容涉及用于进行诸如烯烃氧化反应的放热反应的管式反应器。各实 施例适合于商业规模的乙烯氧化物生产。如在此使用的那样，“热点"为在其中的氧气被耗尽的反应器管中设置的催化剂 床的内部发生的不受控制的气相反应。本专利技术公开内容的实施例包括一种管式反应器，其包括被布置在管式反应器壳体 内的多个大体平行的反应管，所述反应管被间隔开，使得在操作期间传热流体能够在反应 管之间流动，并且在所述反应管和传热流体之间传递热量。管式反应器还包括靠近所述管 式反应器壳体定位的限定进口头空间的进口头和靠近所述管式反应器壳体定位的出口头， 其中所述进口头空间与所述反应管的进口端流体连通。出口头包括出口头壳体和定位至由 所述出口头限定的出口头空间内的至少一个插入件，其中所述插入件限定了出口头空间， 所述出口头空间相对于由所述出口头限定的出口头空间体积被减少，并且其中所述体积被 减少的出口头空间与所述反应管的出口端流体连通并与反应器出口流体连通。当操作本专利技术公开内容的管式反应器的实施例时，出口头中的气体滞留时间可以 被减小。减小的气体滞留时间允许热反应气体更快地转到冷却步骤，并能够帮助降低反应 副产物的形成。停滞气体的区域 也被减小或消除，再次帮助降低副产物的形成，且在工艺 气体为易燃气体的情况中，帮助减小由于出口头空间中的“分解”的发展而导致的着火的风 险。附图说明图IA为本专利技术公开内容的管式反应器的实施例的截面正视图。图IB为与本专利技术公开内容的实施例一起使用的具有插入件的出口头的部分截面 正视图。图IC为根据本专利技术公开内容的实施例的管式反应器壳体和可拆卸的出口头的法兰区域的截面正视图。图ID为根据本专利技术公开内容的实施例的用于使传热流体从管式反应器壳体循环 至管式反应器壳体和可拆卸的出口头的法兰区域的系统的示意图。图2为本专利技术公开内容的实施例的部分截面正视图。图2A为沿图2中的线2A-2A截取的示出根据本专利技术公开内容的实施例的具有插 入件的出口头的截面俯视图。图3为根据本专利技术公开内容的实施例的出口头的截面正视图。图4为根据本专利技术公开内容的实施例的出口头的截面正视图。具体实施例方式本专利技术公开内容的实施例包括用于管式反应器和管式反应器的操作的设备、方法 和工艺。为了说明目的，讨论了本专利技术公开内容应用于乙烯氧化物的生产，然而，应当理解 本专利技术公开内容的实施例不限于这种应用。图1A-1D示出了根据本专利技术公开内容的管式反应器100的实施例。管式反应器100 包括包围包含反应器管104的空间的外部壳体102。在一些实施例中，反应器管104可以设 置为大体上相互平行，并且可以垂直定向，反应器管出口在管式反应器100的底部。在一些 实施例中，管式反应器100可以定向为管出口位于顶部。另外，如果期望用于特定应用，管 式反应器100可以被水平地定向，或者与水平方向成某一角度。反应器管104相互间隔开，以允许传热流体在相邻的反应器管104之间循环，从而 在传热流体和反应器管104之间传递热量。如图IA所示，为了说明目的，管式反应器100 包括少量的反应器管。另外，再次为了说明目的，管子104之间的间距被夸大。在各种实施 例中，管式反应器100可以包含在数百至数千范围内的反应器管104。在一些实施例中，反应器管104可以经由顶部管板106和底部管板108保持在管 式反应器壳体102中的合适位置上。管板106、108具有允许工艺气体从进口头空间110进 入反应器管104的开口。可替换地，反应器管104可以延伸穿过顶部管板106进入到进口 头空间110中。类似地，底部管板108具有允许工艺气体从反应器管104进入到出口头空 间112的开口。再次，反应器管104可以延伸穿过底部管板108进入到出口头空间112中。在一些实施例中，各种类型的附加支撑件可以设置在顶部管板106和底部管板 108之间。例如，附加支撑件可以包括附加管板、各种类型的支架、档板等等。 如图IA所示，管式反应器100还包括进口头114和出口头116 (例如，在操作期间 反应物向下流动的实施例中)。如图所示，进口头114靠近管式反应器壳体102定位在顶部 位置，出口头116靠近管式反应器壳体102定位在底部位置。实施例还可以包括定位在底 部位置的进口头114和定位在顶部位置的出口头116。 进口头114限定进口头空间110。反应物通过进口导管118被引入到管式反应器 100中，在进口导管118处反应物进入进口头空间110。如图所示，反应物可以从进口头空 间110进入管子104，并向下流过管子104，反应物在管子中与催化剂接触并发生期望的反 应。因此反应产物气体从管子104底部出来，并进入出口头空间112中，来自各个管子104 的反应产物气体在出口头空间中混合并进入出口导管120中。图1中示出的所述类型的商业规模的管式反应器可以非常大，例如包含数百或数 千个管子，并具有3米和大到20米范围内的壳体直径。如图IA所示，由于尺寸大，进口头 114和出口头116设计成具有圆化的横截面。进口头114和出口头116的弯曲形状可以允 许头在合理的质量下具有需要的结构强度。然而，由于头114、116的结构构造，进口头空 间110和出口头空间112的体积可以很大。大的头空间导致头空间内的滞留时间较长。此外，反应产物在头空间内的循环不均匀，结果，热点可能在停滞和/或再循环气体的气窝出 现的区域中形成。在热点区域，可能会发生不希望的副反应，并且增加了分解的风险。为了减少形成热点区域的发生，本专利技术公开内容的实施例寻求减小出口头空间 112的体积，提供从反应器管104出来的反应产物气体的最初的快速混合，和/或提供在出 口头空间112中的反应气体的再分布。同理，在一些实施例中，可以最小化出口头112中的 反应产物气体的滞留时间。此外，可以收敛描述反应产物气体可能在出口头空间112内部 消耗的时间量的滞留时间分布或概率分布函数，以减少长滞留时间"拖尾"。在各个实施例中，由于反应产物气体从一些反应器管104中出来而形成的局部热 点可以与从其它反应器管104出来的冷的反应产物气体快速地混合，从而防止点火和/或 不希望的副反应。 由于管式反应器100的尺寸，简单地通过采用较小的出口头来降低出口头空间体 积是不现实的。这种出口头的质量将比如图1所示的弯曲出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种管式反应器，所述管式反应器包括：被布置在管式反应器壳体内的多个大体平行的反应管，所述反应管被间隔开，使得在操作期间传热流体能够在所述反应管之间流动，并且在所述反应管和所述传热流体之间传递热量；进口头，所述进口头被靠近所述管式反应器壳体定位，且限定了进口头空间，其中所述进口头空间与所述反应管的进口端流体连通，以及出口头，所述出口头被靠近所述管式反应器壳体定位，且包括出口头壳体和被定位在由所述出口头所限定的出口头空间内的至少一个插入件，其中所述插入件限定了出口头空间，所述出口头空间相对于由所述出口头所限定的出口头空间体积被减小，并且其中所述体积被减小的出口头空间与所述反应管的出口端流体连通并与反应器出口流体连通。

【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：哈维E安德烈森，克拉伦斯P斯特德维泽，唐纳德L库尔，伯尼B奥斯本，佛瑞德A康尼维，
申请(专利权)人：陶氏技术投资有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]