帶有一種接觸管束的反應器組件的製作方法

2023-04-25 15:02:31

專利名稱：帶有一種接觸管束的反應器組件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種帶有一種接觸管束的反應器組件；由兩個或多個靠緊排列的反應器組件製造的反應器；和一種反應器組件或一個反應器用作進行氧化反應的應用。
根據一般反應種類製造的反應器由一個圓柱形容器組成，其中安置一種由大量通常垂直布置的接觸管組成的管束。這些接觸管，可選擇性地載有催化劑，它們的管端在管底密封固定並流向一個在上終端或下終端與容器連接的帽罩。通過這些帽罩輸入或輸出流過接觸管的反應混合物。通過圍繞接觸管的空間引導熱交換劑循環，其目的是均衡熱平衡，尤其在具有強烈熱效應的反應時。
由於經濟原因使用帶有儘可能多的接觸管的反應器，其中安置接觸管的數目常常在10000至40000的範圍內(參考專利DE-A-4431949)。
考慮加工過程、運輸、安裝和反應技術，特別是冷卻介質的均勻分布，達到反應器直徑和由此決定的管數的技術上限。因為氣體狀的反應物通常均是處在正壓下工作，在反應容器下部以及特別是上部構成反應氣室邊界的帽蓋是半圓形式的。對這種帽蓋來說，前提是要求一種圓柱狀反應器結構。
但是圓柱狀的反應器的缺點是，技術上有利的熱交換劑橫向通向接觸管的氣流從接觸管外部區域通向反應器的無接觸管的內部空間，由於徑向向內強烈地減少，不可能把全部的冷卻介質輸送到接觸管束內部。更確切地說必須通過在導向板中的穿孔軸向輸出冷卻介質，這樣才能保證壓力損失和泵功率保持在可接受的界限中。
本發明的目的是能使熱交換劑恆定地通過反應器斷面。
本發明提供一種反應器，它的生產能力能滿足個別情況的要求。
本發明的解決方案是帶有一個接觸管束的反應器組件，用在反應器組件兩個末端的輸入管或輸出管通過圍繞接觸管的空間引導一種熱交換劑循環；藉助一個或多個泵通過輸入或輸出熱交換制的殼口輸送橫向氣流到接觸管，必要時通過一個或多個放置在外部的熱交換器來輸送熱交換劑或部分熱交換流體，此處熱交換劑由下管道輸入和由上部管道通向泵或泵群。本方案的特徵在於，反應器組件有一個矩形斷面。
本發明中限定正壓下工作的反應氣室的帽蓋是半圓柱形的，如同它對帶有矩形斷面的反應器的兩邊界定是必要的。
在反應器空間中在兩個相對的平行於接觸管的反應器側面上設置無接觸管室是有利的，優選它延伸到整個反應器的高度；和設置一個或多個導向板，它在無接觸管室的通道斷面上交替地隔出空位。通過這種布置方式可以使熱交換劑流體均勻地按所希望的方式圍繞接觸管輸送。
優選將無接觸管室設置在反應器的兩個寬側面上。
有關反應器組件長度與寬度的比例為1∶1至10∶1是有利的，優選3∶1至6∶1，更優選5∶1。優選反應器的高度為1.5m至7m。
優選規定導向板的數目是奇數的，由此造成輸入和輸出熱交換劑在反應器組件的同一側。更優選規定導向板數目是1、3或5。
泵或泵群以及必要時放置在外部的熱交換器布置在反應器組件同一側是有利的，優選放置在寬側面。因此達到特別節省空間。
由於不同的反應過程可以要求有不同的熱分布。藉助一個或多個由導向板在無管區域造成的支路，用固定或可調節流量的穿通孔，來滿足個別情況下的要求。
一種更優選的實施形式是反應器組件在輸入和輸出管道中設有隔牆，它在輸入管道中構成了一個下外部前室和一個下內部前室和在輸出管道中構成了上外部前室和一個上內部前室。熱交換劑從下外部前室流出，通過輸入管和輸出管之間的一個區域流入上內部前室，通過它的穿透孔進入圍繞接觸管的反應空間，隨後通過下內部前室的穿透孔，通過輸入管和輸出管之間的區域進入上外部前室，最後通過輸出管返回到泵或泵群。由此可不改變通常的泵排列形式，它有可能按直流輸送方式輸送熱交換劑和混合反應氣。
在反應器用直流輸送方式的情況下，為達到與所要求的溫度分布的匹配，是通過靠在對應於無接觸管空間的反應器寬側邊的一個外室，該外室帶有通向圍繞接觸管束的反應器空間的開口並帶有固定或可調節的穿透孔用於外室內的熱交換劑。
接觸管束的接觸管相對位錯排列，橫向於熱交換劑氣流方向的管距Sq與縱向於熱交換劑氣流方向的管距Sl的比例優選大於或等於 更優選等於 這種管道排列方式使流通的熱交換劑造成較小的阻力，相應地在較高的熱傳導係數下，壓力損失較小。
本發明的另一項主題是一個反應器，它由兩個或多個、沿反應器長軸方向、在窄邊相互靠緊排列的反應器組件組成。這種反應器的特徵在於有靈活的生產能力，它可滿足各種具體的要求。封閉反應氣室的半圓蓋帽可以通過反應器組件窄邊相互靠緊的排列，延長平的側面，它相應地設置有穿透孔。由此提高反應器生產能力的上限。
熱交換劑循環可服務於導出流過接觸管的混合反應氣中的熱量，同樣地也可輸送熱量給流過接觸管的混合反應氣。本發明的反應器組件或本發明的反應器可以使用於放熱反應，也可使用於吸熱反應。它尤其適用於進行氧化反應的反應器中，特別用於生產苯二酸酐、馬來酸酐、乙二醛、(甲基)丙烯醛或(甲基)丙烯酸。
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。


圖1是本發明的反應器組件的示意圖；圖2是本發明的反應器組件的縱截面；圖3是本發明的反應器組件一種優選實施形式的縱截面；圖4是本發明反應器組件另一種優選的實施形式的前視圖；圖5是一種優選的接觸管排列形式；和圖6是由三個反應器組件製造的反應器實例。
圖1表示一個反應器組件1，它具有矩形斷面、垂直的接觸管束2、輸送熱交換劑的輸入管3和輸出管4和通入反應器組件1的殼口5，6。用於分配或收集熱交換劑的無接觸管室7，8規定設置在反應器組件的相對的兩個寬側面。導向板9使熱交換劑成直角折線形地輸送。反應氣或混合反應氣G被導入進氣室21，流過接觸管2，隨後通過出氣室22被排出。泵群P和熱交換器W設置在反應器組件1的同一個寬側面旁邊。
圖2表示一種優選實施形式的反應器組件的縱截面，它附加顯示導向板9、無接觸管區域、熱交換劑流動的支路。通過可調節的穿透孔10或固定的穿透孔11釋放熱交換劑。
圖3是另一種優選的實施形式的反應器組件的縱截面。熱交換劑和混合反應氣G採取直流輸送方式。為此藉助隔牆12在輸入和輸出管道3、4中構成了一個下外部前室13、一個下內部前室14和一個上外部前室15以及一個上內部前室16。熱交換劑從輸入管3進入下外部前室13，通過輸入和輸出管3、4的區域進入上內部前室16，通過穿透孔5進入圍繞接觸管的空間，隨後通過穿透孔6、下內部前室14、輸入管與輸出管3、4之間區域、上外部前室15再輸送到泵或泵群中。優選可以在分隔的前室13至16相對的反應器的寬邊外側旁邊設置一個外室17，它帶有通向反應器組件或通向無接觸管室8的孔口18、19。通過外室17可以使一部分熱交換劑氣流短路，其中可以通過固定或可調節的穿透孔20來調節。
圖4是另一種優選的實施形式縱截面。在與泵相對的反應器組件1的寬側面旁邊設置一個或多個熱交換器W，熱交換劑的部分氣流從無接觸管室8通過熱交換器輸導。
圖5表示具有特別有利的管道排列的反應器組件的斷面圖。管子相互位錯排列，此時橫向於熱交換劑流動方向的管距Sq與縱向於熱交換劑流動方向的管距Sl的比例為 相應地與熱交換劑流動方向呈對角線的管距Sd小於管距Sq。
圖6表示由三個反應器組件1相互靠緊排列組成的反應器。所有的泵P和熱交換器W以節省空間的方式設置在反應器組件的同一側。
本發明保證了通過反應器斷面的一種穩定的熱交換劑流動。由此達到了通過接觸管流過的混合反應氣有一均勻的傳熱係數，從而實現了一種有利的反應過程。
通過本發明的結構形式，壓力損失比已有的結構形式的壓損最多可降低一半。由此改善了經濟性，因此有可能降低泵功率或提高循環介質流量。
通過特別有利的管道交錯排列，使在通過熱交換劑氣流方向的對角線上具有最窄的斷面，由此進一步降低了壓損。
本發明的設備的另一個優點是它的組件式結構，即反應器可以通過一定數量的相互靠緊排列的反應器組件來提供相應的生產能力。
權利要求
1.反應器組件(1)，帶有一個接觸管束(2)，通過其圍繞接觸管的空間引導熱交換劑循環，帶有位於反應器組件兩個末端上的輸入管或輸出管(3，4)，藉助一個或多個泵(P)通過輸入或輸出熱交換劑的殼口(5，6)輸送橫向氣流到接觸管，必要時通過一個或多個放置在外部的熱交換器(W)傳輸熱交換劑或部分熱交換流體，其中熱交換劑由下管道(3)輸入和通過上管道(4)引回到泵或泵群(P)，其特徵在於，反應器組件(1)有一個矩形斷面。
2.根據權利要求1所述的反應器組件(1)，其特徵在於，在反應器空間中，在兩個相對的、平行於接觸管的反應器側面旁邊設置無接觸管室(7，8)，優選它延伸到整個反應器的高度；並通過一個或多個導向板(9)，它在無接觸管室(7，8)的整個通道斷面上交替地隔出空位。
3.根據權利要求2所述的反應器組件(1)，其特徵在於，無接觸管室(7，8)設置在反應器的兩個寬側面旁邊。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的反應器組件(1)，其特徵在於，長度與寬度的比例為1∶1至10∶1，優選3∶1至6∶1，更優選5∶1。
5.根據權利要求2至4中任一項所述的反應器組件(1)，其特徵在於，導向板(9)的數量是奇數的，優選1、3或5個導向板(9)。
6.根據權利要求5所述的反應器組件(1)，其特徵在於，泵或泵群和必要時放置在外部的熱交換器都設置在反應器組件(1)的同一側，優選寬大的側邊。
7.根據權利要求2至6中任一項所述的反應器組件(1)，其特徵在於，帶有固定的(11)或可調節的(10)穿透孔的一個或多個支路和在無管區域中的導向板(9)。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的反應器組件(1)，其特徵在於，在輸入和輸出管道(3，4)中有隔板(12)，它在輸入管道(3)中構成了一個下外部前室(13)和一個下內部前室(14)和在輸出管道(4)中構成了一個上外部前室(15)和一個上內部前室(16)；下外部前室(13)的熱交換劑通過上內部前室(16)的輸入管(3)和輸出管(4)的中間區域，通過它的殼口(6)進入圍繞接觸管(2)的反應器空間，隨後通過下內部前室(14)的殼口(5)，通過上外部前室(15)的輸入和輸出管(3，4)之間的區域，最後通過輸出管(4)返回到泵或泵群。
9.根據權利要求8所述的反應器組件(1)，其特徵在於，通過一個位於附屬於無接觸管室(8)的連反應器寬側面上的外室(17)，帶有穿透孔(18，19)通到圍繞接觸管束(2)的反應器空間並帶有固定或可調節的穿透孔(20)用於外室(17)中的熱交換劑。
10.根據權利要求1至9中任一項所述的反應器組件(1)，其特徵在於，接觸管束(2)的接觸管相互位錯排列，其中橫向於熱交換劑的氣流方向的管距Sq與縱向於熱交換劑的氣流方向的管距S1的比例優選大於或等於 更優選等於
11.由兩個或多個在接觸管長軸方向上，窄側邊彼此靠緊地排列的根據權利要求7至9中任一項所述的反應器組件(1)組成的反應器。
12.根據權利要求1至10中任一項所述的反應器組件或根據權利要求11所述的反應器的用途，用於進行氧化反應，特別是用於生產苯二酸酐、馬來酸酐、乙二醛、(甲基)丙烯醛或(甲基)丙烯酸。
全文摘要
本發明涉及一種帶有一種接觸管束(2)的反應器組件(1),用在反應器組件兩個末端的輸入管(3)或輸出管(4)通過圍繞接觸管的空間引導一種熱交換劑循環,此處反應器組件且有一個矩形斷面。反應器組件(1)可以任何數目彼此靠緊地排列,直到滿足反應器所希望達到的生產能力。
文檔編號C07D307/00GK1330571SQ99814474
公開日2002年1月9日 申請日期1999年12月15日 優先權日1998年12月15日
發明者G·奧爾貝特, F·科爾 申請人:Basf公司