用于放热/吸热化学反应的模块式反应器制造技术

用于在三相体系中发生的放热／吸热化学反应的模块式反应器，包括一系列模块，这些模块相对于彼此叠置，借助于联接法兰彼此固定，每个模块包括外部圆筒形本体和一系列管束，这些管束用于热交换流体的循环，定位在所述本体内。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于放热/吸热化学反应的模块式反应器。 更具体地说，本专利技术涉及一种用于放热化学反应的模块式反应器， 这些放热化学反应发生在三相体系(称作浆料)中，其中以精细细分 形式分散在连续液相中的固相由气相保持悬浮，该气相以气泡形式穿 过相同液相。甚至更具体地说，本专利技术涉及一种用于在悬浮液中的化学反应的模块式反应器，这些化学反应根据Fischer-Tropsch技术实现，其中呈 细颗粒形式的固体催化剂在液相(反应产物)中由试剂气体保持悬浮， 该试剂气体基本上包括进给到反应器底部的氢和一氧化碳，该试剂气 体借助于与热量的扩展发生作用而以气泡形式流过液体物质。这种类 型的反应器称作"Slurry Bubble Column Reactor (浆料气泡塔式反应 器)，，。在本说明书中，提到的所有操作条件都应该认为是优选条件，即 使没有特意声明。
技术介绍
如已知的那样，Fischer-Tropsch技术是一种在三相体系中发生的 化学反应，其中气相被起泡到在液体中的固体的悬浮物中。气相是具 有H2/CO摩尔比范围从l至3的氢和一氧化碳的混合物，分散液相代 表反应产物，即具有高数量碳原子的基本上直链/支链烃(石蜡)，并 且固相由催化剂代表。Fischer-Tropsch反应的放热性质(35-45 kcal/mo1 (千卡/摩尔)) 使它基本上与合成反应器组合地并且优选地在其内部具有热交换装 置，该热交换装置优选地具有管子，用来将温度控制在反应操作极限内并且防止局部"热点"的形成，这些局部"热点"引起催化剂的退化。然而，由于用于Fischer-Tropsch合成(它利用"浆料气泡塔"技术) 的工业反应器的最新一代具有巨大尺寸，例如，可有60米高或甚至更 大、具有IO米或更大直径的圆筒形结构，所以反应器的运行，特别是 其维护，例如热交换装置的管子的维护，会产生各种问题。在40-60 米或更高反应器中热交换装置的损坏管子的简单替换，事实上将是不 容易解决的问题。本申请人现在已经发现，以上问题的解决方案可利用都是模块式 的反应器和热交换系统，并且当对于紧急情况或定期地，必须介入维 护操作时，模块可在比较短时间中拆开和重新组装。具体地说，每个 模块包括外部本体，基本上圆筒形的，它代表反应器护套的部分； 和内部热交换系统，在下面描述，包括一系列竖直管子，在 Fischer-Tropsch合成的情况下，水或另 一种冷却流体在这些管子内通 过。任何外部圆筒形本体和其内部热交换系统，代表本专利技术的模块式 反应器对象的模块。
技术实现思路
本专利技术的目的因此涉及一种用于放热/吸热化学反应的模块式反 应器，这些化学反应发生在三相体系中，其中处于精细细分形式的固 相分散在连续液相中，并且由气相保持悬浮，该气相以气泡形式穿过 液相，该模块式反应器包括a. —系列大体圆筒形的本体，它们能被叠置；b. 覆盖元件，定位在上部的本体的头部上；c. 封闭元件，定位在下部的本体的基底处；d. 气体分配器，与下部的本体的基底相对应地定位，它大体上 安置在封闭元件上，并且连接到用于试剂气体的进给的装置上；e. 液体反应产物的排出装置，与各圆筒形的本体中的一个或多个 相对应地定位；f. 热交换装置，插入在每个圆筒形本体中，并且包括一系列热交换单元，每个单元包括一系列管束，每个管束包括一系列平行的、竖 直管子，这些管子根据热交换流体的流动，在上方和下面、 一个在另一个之后，借助于U形连接器串联连接；g. 至少一个分配收集器和用于热交换流体的收集的至少一个收集 器，该热交换流体在热交换单元的管子中流动，该收集器具有管状形 式，并且在内部位于水平平面上，在每个圆筒形本体的上部部分中或 可选择地在下部部分中；h. 至少一对开口，绕每个圆筒形本体的上部部分或可选择地下 部部分在外部和圆周上定位，所述一对开口中的一个开口连接到分配 收集器上，并且另一个连接到热交换流体的聚集收集器上。根据本专利技术，反应器可包括从2至10个变化的多个圆筒形本体， 而从3至6个是优选的。每个本体，通常由碳钢、耐腐蚀钢制成或者 包裹有从族5-10的那些选择的金属，像例如钒、铌、铬、钼、钨、锰、 镍等，根据在反应器内发生的化学反应、热力学条件、反应生产率及 进给试剂的流量，具有可从3至15米变化的高度和范围从1.5至10m 或更大的直径。本体的壁厚取决于化学反应发生的温度和压力，但范 围一般从40至200 mm。圆筒形本体装有上部和下部联接法兰，这些法兰允许相同的本体 一旦堆摞，就通过适当的连接装置彼此封闭，以便允许和便于也在比 较短时间内反应器(本专利技术的对象)的建造和拆散，例如用来实现常 规的或额外的维护干预。金属垫片-它们彼此相互作用、保证液体和气 体密封，被用在上部和下部联接法兰上，以便避免在界面处的液体(浆 料)或气体的泄漏。在每个本体的内部中设置热交换系统，冷却流体在该热交换系统中流动，当涉及的反应是放热型反应时，冷却流体例如是水，或者当 反应是吸热型反应时，冷却流体是过热蒸汽。圆筒形本体和在其内部 存在的对应热交换系统，代表用来建造模块式反应器(本专利技术的对象) 的模块。热交换系统对于每个模块包括一系列热交换单元，例如5至80个单元，优选地40至70个，更优选地45至65个。每个热交换单元包括一系列大体竖直的和彼此平行的管束。管束 被竖直地定位在每个热交换单元内，在每个圆筒形本体中，从而占据 范围从每个本体的总体积的5至25%的体积。热交换单元的比热交换 表面范围一般从在圆筒形本体中存在的试剂介质(浆料)的4至40 m2/m3，优选地从5至30 m2/m3，更优选地5至15 m2/m3。每个热交换单元包括根据在圆筒形本体内部的位置变化的多个管 束。 一般地，每个热交换单元包括范围从1至9个的多个管束。具体 地说，占据反应器中心部分的热交换单元具有多个管束， 一般几何形 状相同，范围从4至9个；而较边缘热交换单元，具有不同的几何形 状，具有1至4个管束。每个管束根据在圆筒形本体内部占据的位置，也包括变化数量的 管子。 一般地，每个管束包括从5至30根管子，优选地从8至25根。 具体地说，位于在圆筒形本体内部的中心处的管束具有从10至20根 管子，优选地从12至16根，在圆筒形本体壁与其中心部分之间的中 间管束具有5至30根管子，优选地8至22根。具有2至6 cm直径的管子可具有变化的长度，最大长度大体等于 圆筒形本体的长度，并且它们由能够耐受试剂或反应产物的可能腐蚀 并且能够促进在涉及的流体之间的热交换的材料制成。管子一般可由 铜、铜合金或耐腐蚀钢-例如不锈钢、或碳钢制成。每个管束的管子根据通过它们的流体的流量，借助于U形连接器 被串联连接，这些U形连接器使冷却/加热流体在离开管束的所有管子 进入相应聚集收集器和排出开口之前通过管束的所有管子。为了便于管束的维护，U形连接器借助于可动连接系统连接，例 如通过拧紧、楔形插入法兰元件等等，或者它们通过焊接简单地连接。在各圆筒形本体的每一个内，在底部处或在头部处，设置至少一 个热交换流体分配收集器，例如从2至60个，用来将热交换流体进给 到一个或多个热交换单元的管束的管子，并且有至少一个聚集收集器， 例如从2至60个，用来从热交换系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于放热／吸热化学反应的模块式反应器，这些化学反应发生在三相体系中，其中处于精细细分形式的固相分散在连续液相中，并且由气相保持悬浮，该气相以气泡形式穿过液相，该模块式反应器包括：　ａ．一系列大体圆筒形的本体，它们可被叠置；　 ｂ．覆盖元件，定位在上部的本体的头部上；　ｃ．封闭元件，定位在下部的本体的基底处；　ｄ．气体分配器，与所述下部的本体的所述基底相对应地定位，该气体分配器大体上安置在所述封闭元件上，并且连接到用于试剂气体的进给的装置上；　ｅ ．液体反应产物的排出装置，与所述圆筒形的本体中的一个或多个相对应地定位；　ｆ．热交换装置，插入在每个圆筒形的本体中，并且包括一系列热交换单元，每个单元包括一系列管束，每个管束包括一系列相平行的、竖直管子，这些管子根据热交换流体的流动， 在上方和下面、一个在另一个之后，借助于Ｕ形连接器串联连接；　ｇ．至少一个分配收集器和至少一个用于所述热交换流体的聚集的聚集收集器，该热交换流体在所述热交换单元的所述管子中流动，所述收集器具有管状形式，并且在内部位于水平平面上，在每个圆 筒形本体的所述上部部分中或可选择地在所述下部部分中；　ｈ．至少一对开口，绕每个圆筒形本体的上部部分或可选择地下部部分在外部和圆周上定位，所述一对开口中的一个开口连接到所述分配收集器上，并且另一个开口连接到所述热交换流体的所述聚集收集器 上。...

【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：V皮科洛，S波诺米，M皮亚扎，
申请(专利权)人：艾尼股份公司，法国石油研究所，
类型：发明
国别省市：IT[意大利]