用於進行吸熱或放熱氣相反應的方法和管束反應器的製作方法
2023-05-17 19:45:16 2
專利名稱：用於進行吸熱或放熱氣相反應的方法和管束反應器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種採用一種具有由催化劑填充的反應管的管束的管束反應器來進行吸熱或放熱氣相反應的方法，該方法包括以下步驟向反應管中導入反應氣體混合物；將分別流過反應管的反應氣體混合物流分成至少兩個支流，其中各支流具有相同的組成成分；沿催化劑填充物在不同的位置利用存在的流動阻力定量供給各支流。
本發明還涉及一種用於所述方法中的管束反應器，它具有一個催化劑填充的反應管的管束，所述反應管的一個端部由氣體入口罩覆蓋，而其另一個端部由氣體出口罩覆蓋，並且所述反應管分別由反應氣體混合物流過並分別具有一個定量供給裝置，所述定量供給裝置至少部分地埋入催化劑填充物中並將流過反應管的反應氣體混合物流分成至少兩個支流，其中，每個支流都具有相同的組成成分，並且沿催化劑填充物在不同的位置利用存在的流動阻力定量供給每個支流。
背景技術：
這種可以用來實現開頭所述的方法的管束反應器由US3268299已知。在這種已知的管束反應器中，在反應管中分別同心地設置一個定量供給管，所述定量供給管從反應管的氣體入口側端部開始伸入催化劑填充物中，最多延伸到其端部。在定量供給管的整個長度上，在管壁中以均勻或不均勻的距離分布有氣體出口孔，反應氣體通過所述氣體出口孔流出進入催化劑填充物。其中建議了各種氣體出口孔的幾何形狀，所述氣體出口孔也可以彼此過渡成一連續的狹縫。在一個實施形式中，沿徑向在所述定量供給管的外側密封所述反應管的氣體入口側端部，從而所有分別進入反應管的反應氣體總體上首先被引入定量供給管。利用這種實施形式向反應管輸送一種反應氣體混合物。在一第二實施形式中，反應氣體還可在定量供給管旁邊進入反應管中，其中第一反應物通過所述定量供給管輸送給催化劑填充物，而第二反應物在定量供給管旁邊直接輸送給催化劑填充物。
在這種已知的定量供給管中力求做到，使氣體出口孔的壓力損失相對於沿定量供給管縱向的壓力損失較大。這意味著，定量供給管的摩擦壓力損失應該較小，或者說，定量供給管中存在的壓力應該近似恆定。由此應該沿定量供給管的氣體出口孔形成均勻的排出流，以基本上避免在催化劑填充物中形成所謂的熱點或使熱點最小化。此外還可延長催化劑的使用壽命，提高產量，並改善運行可靠性以及生產效率。
由WO 01/85330 A2同樣已知，在反應管中設置定量供給管。在這種已知的定量供給管中，沿其縱向長度在預定的位置處設置有節流部，所述節流部設計成所述定量供給管內部的縱向孔和定量供給管壁部中的氣體出口孔。通過定量供給管將第一反應物導入催化劑填充物中，而第二反應物在定量供給管旁邊直接導入催化劑填充物。這樣可以避免否則在兩種反應物會合時形成的爆炸危險。通過逐級地定量輸入第一反應物，該反應物在反應氣體混合物中的濃度保持低於爆炸極限。在由WO 01/85330 A2已知的管束反應器中沒有設想向定量供給管和/或反應管中導入製備完成的反應氣體混合。
在所有的氣相反應中一個主要的問題是，除了希望的產物—下面僅稱為「產物」，還會形成副產物，所述副產物在不是最佳進行的反應中主要由不希望的副反應產生。在向用於進行吸熱或放熱氣相反應的反應管輸送(製備完成的)反映氣體混合物的方法和管束反應器中，副產物的比例較高，與反應管是否包含定量供給裝置無關。
發明內容
因此本發明的目的是，在一種向用於進行吸熱或放熱氣相反應的反應管輸送反映氣體混合物的方法和管束反應器中，提高產物的純度，並且同時不會使其它產物參數變差。
按本發明所述目的通過一種按權利要求1的方法和一種按權利要求6的管束反應器來實現。
有利的實施形式在相應的從屬權利要求中給出。
本發明基於這樣的認識，即反應氣體混合物沿催化劑填充物—後面也稱為催化劑散裝物—的逗留時間特性對於反應的進行是重要的。特別是在這樣的反應中，這種反應會導致—由於分子量的降低和/或從氣態到液態的部分相轉變引起的—流體密度的明顯提高，隨著催化劑散裝物深度的增加，流動速度會降低。這種情況的一個例子是由合成氣體合成燃料，如已知的Fischer-Tropsch合成法。隨著深度的增加，由於流動速度的降低，反應氣體混合物在活性的催化劑散裝物中的逗留時間會提高。長的逗留時間意味著為氣體成分提供了長的用於反應的時間段。但由於在活性催化劑散裝物中的所述較深的區域內在反應氣體混合物中已經包含了較高的所形成的產物的份額，通過較長的逗留時間不僅有利於希望的反應，也有利於發生從已形成的產物轉變為不希望的副產物的進一步進行的反應，因此例如在Fischer-Tropsch合成中會形成環狀分子。
通過按本發明的措施，可以對反應氣體混合物沿催化劑散裝物的逗留時間特性進行確定的控制，並由此可以改善反應的進行。按本發明，在催化劑散裝物中流動速度過低—即逗留時間對於有利的反應過程過長—的位置，有目的地實現未反應或只有較少反應的反應氣體混合物的確定支流額定(流)量(Sollmenge)的定量供給，由此可以在這裡提高流動速度並由此降低逗留時間，從而使不希望的副產物難以形成。這裡可以避免反應進行在一個位置的改善導致在另一個位置的惡化，因為在整個催化劑散裝物上形成了最佳的速度分布。因此保證了反應氣體混合物在催化劑散裝物內的逗留時間整體上的改善。對此重要的是，不僅要限定個支流的額定量和定量供給，還要將定量供給裝置相應地設計成事實上也可以形成所述額定量的流。這可以按照本發明由此來實現，即對於各支流測量分別存在於定量供給裝置的入口和出口之間的壓力差，並對於每個定量供給位置這樣來對定量供給裝置的流動阻力進行匹配，以使其與相應的所述壓力差相對應。這樣可明顯降低副產物的比例，並由此明顯提高產物純度。同時還實現了催化劑散裝物的均勻負載，這例如可以提高催化劑的使用壽命，並提高空間/時間-產出(率)。
此外，與具有相同的管幾何形狀的通用的、不具有按本發明的定量供給裝置的反應器相比，通過按本發明的措施，按要求降低了反應器的總體壓力損失。通過按本發明形成沿流動方向在較深的位置處才輸送的支流的額定量，可以分別規定的數量降低在定量供給位置前面的流動速度。由於流動速度與壓力損失成二次方關係，通過適當地降低催化劑散裝物起始區域內的流動速度，在末端區域內流動速度的提高可相對於壓力損失得到過補償，即這樣起始區域內壓力損失的降低要大於末端區域內壓力損失的增加，這有利於充分利用整個催化劑填充物。結果是反應器上總體的壓力損失降低，這又是的技術花費和運行成本降低。
如果反應器應設計成使其不會超過規定的壓力損失，則可以利用本發明的措施，在催化劑體積相同時採用具有與常用反應器相比較少並由此較長的管的管束。由此得出一種較輕的並且較經濟的反應器結構形式。
在以後反應器的運行方式改變時，例如更換催化劑以提高效率或者以製造其它的產物或離析物時，可以簡單地通過改動定量供給裝置而對工藝條件進行調整匹配，而不必對反應器本身進行改變。這種改變通常會導致大的花費。
在由US 3268299已知的反應管束中，不能形成按計劃的，特別是均勻的支流量定量供給。在實際上會出現隨機的定量供給量。因此只有當氣體出口孔通入一個沿定量供給管具有近似恆定的壓力的空間時，才能沿定量供給管的氣體出口孔形成均勻的排出流。但在催化劑填充的被流過的反應管中情況不是這樣，因為由於催化劑填充物導致沿反應管形成了一壓力梯度。
圖2定性地示出在由US 3268299已知的定量供給管和反應管束中在氣體出口孔如圖6或7所示較大的情況下實際形成的壓力變化。曲線pI示出定量供給管中(略微下降)的壓力變化，而曲線pII示出催化劑散裝物中的壓力變化。因為流體流總是傾向於流過阻力最小的路徑，並且催化劑散裝物的流動阻力明顯高於定量供給管的流動阻力，在起始區域只有很少的反應氣體混合物從定量供給管流入催化劑散裝物。因此這裡在氣體出口孔上的壓力降以及由此形成的定量供給管和催化劑散裝物之間的壓力差ΔpA、Δp較小。由於在催化劑散裝物中流動的氣體量較小，催化劑散裝物中的壓力降也較小，這導致，氣體出口孔上的壓力差Δp以及由此流過的氣體量首先只是很慢地隨催化劑散裝物的深度或者說長度l提高。因此催化劑散裝物中的壓力降也只是很慢地變大。
反應氣體混合物的主要部分在定量供給管的最後部分才流入催化劑散裝物，因為從這裡出發穿過催化劑散裝物的剩餘深度的路徑最短因此流動阻力也最小。現在在催化劑散裝物的末端區域強烈提高的流量在催化劑散裝物中形成明顯的壓力降，並提高了定量供給管最後面的氣體出口孔上的壓力差。由此還加強了出現流過定量供給管最後面的氣體出口孔的大氣體流量的趨勢。
因此在US 3268299中說明的具有大的孔橫截面的定量供給裝置不適合於使反應氣體混合物在定量供給管的長度上均勻地分布。更多地是裝備有定量供給裝置的催化劑散裝物的大部分—起始區域和中間區域—幾乎沒有反應氣體混合物流過，即催化劑散裝物的起始區域和中間區域實際上沒有用於進行反應，而大部分的反應氣體混合物被直接導入後面的催化劑散裝物中或者說導入催化劑散裝物的末端區域中，從而所述末端區域被過度加載。
如果氣體出口孔設計的小，如US 3268299的圖2中所示的那樣，則所述出口孔的流動阻力提高。由於氣體出口孔的高壓力降導致前面的位於定量供給管氣體入口區域的氣體出口孔上強制性出現排出流，如圖3定性地示出的那樣。這會使排出流的均勻性得到改善，但定量供給管末端處的排出流仍舊明顯大於起始區域處的排出流。由於明顯升高的總體壓力損失這裡要求提供較高的入口壓力p0，這會提高工藝上的花費和成本。
下面藉助附圖示例性地詳細說明本發明。其中圖1示出根據本發明的管束反應器的縱向剖視圖；圖2是示出對於根據現有技術的管束反應器定量供給管和催化劑填充物之間的壓力差Δp的曲線圖；圖3是與圖2類似的根據現有技術的管束反應器的曲線圖，其中具有較高的入口壓力p0；圖4是與圖2類似的圖1中按本發明的管束反應器的曲線圖，其中示出入口壓力p0和催化劑填充物之間的壓力差Δp；圖5a、b、c示出根據本發明的第一、第二和第三實施形式的其中設有定量供給裝置的反應管的縱向剖視圖；圖5d示出圖5a中的反應管沿箭頭Vd的俯視圖；圖6示出根據本發明的第五實施形式的其中設有定量供給裝置的反應管的斷開的縱向剖視圖；圖7示出與圖4類似的圖6中的反應管的曲線圖；圖8a以結構設計視圖示出圖6的定量供給管的局部剖視圖；圖8b示出圖8a的定量供給管沿線VIIIb-VIIIb的橫向剖視圖；圖9示出根據本發明的第六實施形式的其中設有定量供給裝置的反應管的縱向剖視圖；圖10a示出根據本發明的第七實施形式的其中設有定量供給裝置的反應管的縱向剖視圖；圖10b示出圖10a的反應管沿線Xb-Xb的俯視圖；圖10c以放大的視圖示出圖10a的細部Xc；和圖10d示出圖10c中的細部Xc沿箭頭Xd方向的仰視圖。
具體實施例方式
圖中示出的根據本發明的管束反應器1的實施例具有一帶有多個由催化劑填充的反應管3的管束2，所述反應管在一上管底4和一下管底5之間垂直延伸，並由一圓柱形的外殼6包圍。在反應管3的兩個端部處，其外側與相應的管底4、5密封地焊接連接。上管底4由一氣體入口罩7覆蓋，而下管底5由一氣體出口罩8覆蓋。
通過氣體入口罩7將反應氣體混合物9導入管束2。在流過管束2以後，通過氣體出口罩8將發生反應的反應氣體混合物9a導出管束反應器1。
反應管3由載熱介質環繞衝淋，可所述載熱介質通過管接頭10導入反應管束2中並從其中被導出，並且在不同的流動路徑上流過反應管束2。載熱介質的流動過程可以按任何合適的方式進行並沒有任何限制。
為了清楚起見，在圖1中示出的管束反應器1中只以放大的比例示出了六個反應管3。實際上在所示的縱向剖視圖中的反應管3的數量要大出多倍。
在每個反應管3中對中地布置有一個定量供給管11。定量供給管11的外壁和反應管3的內壁之間的中間空間由催化劑顆粒12填充。定量供給管11的內部空間中沒有催化劑顆粒12。在反應管3的氣體入口側端部處定量供給管11和反應管3之間的中間空間是開放的，從而反應氣體混合物12可以在這裡進入催化劑填充物12的起始面13。
定量供給管11具有一個開口的端部14，所述端部從反應管3中伸出，並且在所述端部上設有一顆粒過濾器15，所述顆粒過濾器防止固體微粒進入定量供給管11，並防止由此造成的堵塞。定量供給管11的另一個端部16是封閉的，並延伸到催化劑散裝物12中直到距催化劑散裝物12的末端的一預定距離處。
圖1中所示的定量供給管11沿其長度分別在三個位置(位置1、2、3)處在其周向壁部中具有氣體出口孔17，反應氣體混合物通過所述氣體出口孔流出進入催化劑填充物12。
進入氣體入口罩7的反應氣體混合物9在這裡具有一起始壓力p0，利用所述起始壓力反應氣體混合物既進入定量供給管11，也在定量供給管11旁邊直接進入催化劑填充物12露出的端面或者說起始面13。
也就是說，流過反應管3的反應氣體混合物9被分成一第一支流V1和一第二支流，所述第一支流在定量供給管11旁邊流入反應管3並在這流入催化劑填充物12的起始面13，而所述第二支流通過顆粒過濾器15流入定量供給管11。
第一支流V1在催化劑填充物的整個長度Lz上流過催化劑填充物12。流過定量供給管11的第二支流本身又分成三個支流V2、V3和V4，所述支流沿定量供給管長度分布地在相應的定量供給位置(位置1、2、3)並通過氣體出口孔17流出進入催化劑填充物12。
圖4中示出了催化劑填充物12內的壓力變化pII。在定量供給的位置或者說在分成支流的位置(位置0、1、2、3)之後分別形成單調降低的壓力變化pII。緊隨定量供給位置之後壓力損失總是較強烈，即壓力變化曲線pII下降較強烈，然後變得越來越平坦。其原因在於，反應氣體混合物9在催化劑12的作用下發生反應，其中由於部分轉化為液體和/或由於反應引起的分子量降低會出現體積空缺(Volumendefekt)。由此流動速度降低，並且從而壓力損失也降低。
為了實現希望的逗留時間性能，要確定定量供給的位置(位置0、1、2、3)和支流(V1、V2、V3、V4)的額定量。由此循環/迭代得到催化劑填充物12中的壓力變化曲線pII。
通過將定量供給位置(位置1、2、3)設置在具有降低的流動速度的區域內，並在這裡將適當地確定的支流量V2、V3、V4導入催化劑填充物12中，可在所述區域內使流動速度再次提高，並由此縮短反應氣體混合物9的逗留時間。在定量供給位置(位置1、2、3)處在催化劑填充物內存在壓力p1、p2、p3。
這裡通過根據本發明形成的氣體出口孔17的流動阻力輸送希望的支流額定量。這裡摩擦壓力損失和分流壓力損失小到可以忽略不計，從而壓力沿定量供給管11可以視為恆定的。對於該實施例，顆粒過濾器的流動阻力同樣小到可以忽略不計。因此相應的定量供給位置處所需的總的流動阻力必須由這裡存在的氣體出口孔17來形成，即所述氣體出口孔設計成水平作用的節流部。在該實施例中，根據本發明所述氣體出口孔的流動阻力通過流通橫截面和阻力係數這樣來設定，即當對於相應的節流部存在規定的支流額定量時，所述流動阻力對應於氣體入口罩7中的起始壓力p0和催化劑填充物12與節流部的位置處的壓力之間存在的壓力差。所述壓力差在圖4中用Δp1、Δp2和Δp3示出。
起始壓力p0作用在定量供給管11的氣體入口側端部處，在這裡反應氣體混合物流9第一次被分流，並且起始壓力還存在於整個定量供給管11中。催化劑填充物12中的壓力取決於通過催化劑填充物12的單位壓力損失，所述壓力損失通過計算和/或實驗得知。
支流V1的額定量可通過形成其餘的支流來形成。
在催化劑填充物12的端部Lz處達到端部壓力pz，利用所述端部壓力已經反應的反應氣體混合物9a進入氣體出口罩9，並且還從所述氣體出口罩中流出。
這樣既確保了可靠地定量供給相應的希望的支流額定量V1、V2、V3、V4，而且還確保在整個催化劑填充物12上最優地形成速度分布，從而在一個位置的改善不會以在另一個位置的惡化為代價。
在圖5a至5d中示出圖1所示定量供給管1在反應管3中的可選布置方式。
圖5a示出一個這樣的實施例，其中反應管3的氣體入口側端部在定量供給管11和反應管內壁之間設有一個圓環形的節流板18。所述節流板18在其外周向上氣密地固定在反應管內壁上。所述定量供給管11在中部穿過所述節流板18，所述定量供給管同樣氣密地與所述節流板18相連。在所述節流板18中設置有四個相互偏置90°的節流孔19(圖5d)，反應氣體混合物9穿過所述節流孔以希望的壓力進入催化劑填充物12的起始面13，所述壓力與氣體入口罩7或者說定量供給管11中的起始壓力p0不同。
在本發明的每種實施形式中，這種節流裝置18可以以匹配的結構裝入。所述節流裝置還可以在催化劑填充物12內部沿定量供給裝置11設置在一任意(定量供給)的位置之前或之上。
在另一個在圖5b中示出的實施形式中，所述定量供給管11儘管從催化劑填充物12的起始面13中伸出，但還是終止於反應管3的內部。在所述實施形式中，在裝配期間所述管底保持可輕微地移動。
如圖5c所示，所述定量供給管11也可完全埋入催化劑填充物12中，即所述定量供給管11的氣體入口側端部沒有從催化劑填充物12中伸出。這裡流過反應管3的反應氣體混合物的第一次分流是在催化劑填充物12中才進行的，即所述定量供給管11內的壓力不是與催化劑填充物12的起始面13上或者說氣體入口罩7內的起始壓力p0相對應的。
除了形成水平節流部並且相應的支流額定量V2、V3、V4穿過其流出的氣體出口孔17以外，圖6中示出的定量供給管11的實施形式還包含沿所述定量供給管11縱向的縱向節流部20、21、22，所述縱向節流部使所述定量供給管11內的壓力以分別規定的數量降低。
第一縱向節流部20設置在所述定量供給管11的氣體入口側端部處(位置A)並且使這裡存在的起始壓力p0以一定的數量ΔpIA降低到所述定量供給管11中直接位於位置A後面的壓力pIA上，所述起始壓力還存在於催化劑填充物12的起始面13上(位置B)。
第二縱向節流部21在位置D使作用在這裡的壓力pIA以一定的數量ΔpID降低到壓力pID上。第三縱向節流部22在位置F使作用在這裡的壓力pID以一定的數量ΔpIF降低到壓力pIF上。
和根據圖1、5a、5b的定量供給管11的實施形式中相同，流過反應管3的反應氣體混合物9首先分成一流入催化劑填充物12的起始面13的第一支流V1和一流入定量供給管11的第二支流。
在位置C、E、G處，在所述定量供給管11內設置有氣體出口孔17，所述氣體出口孔向催化劑填充物12內定量供給希望的支流額定量V2、V3、V4。這裡位置C位於第一和第二縱向節流部20、21之間，位置E位於第二和第三縱向節流部21、22之間，而位置G位於第三節流部22和所述定量供給管11封閉的端部16之間。
利用所述縱向節流部20、21、22可以實現，使得必須由氣體出口孔或水平節流部17為用於這裡希望的支流額定量的定量供給的相應位置提供的流動阻力份額較低，因為所述位於定量供給位置上遊的縱向節流部已經形成了一定份額的流動阻力。即在該實施形式中，用於相應定量供給位置的流動阻力可以通過相應定量供給位置處的氣體出口孔17與分別位於上遊的縱向節流部之間的任意組合來形成。
在圖7中用曲線pI和pII示出定量供給管11和催化劑填充物12中的壓力變化。
如上所述，包含在定量供給管11的壓力變化曲線pI中的階段ΔpIA、ΔpID、ΔpIF是由縱向節流部20、21、22導致的壓力損失或者說相應的流動阻力。
如上面結合圖4所述的那樣來獲得催化劑填充物12的壓力變化曲線pII。在位置C、E、G處在催化劑填充物12內存在壓力PIIC、PIIE、PIIG。在進一步的變化中在催化劑填充物12內在位置H處存在壓力PIIH。從定量供給位置到定量供給位置的壓力降用ΔpIIBC、ΔpIICE、ΔpIIEG、ΔpIIGH表示。
這裡在定量供給位置之間，定量供給管11和催化劑填充物12內部的壓力變化在其相互關係上不受任何限制。即例如可以出現，如圖7所示，定量供給管11中的壓力pI甚至還可以下降到低於相鄰的催化劑填充物12中的壓力pII。由於催化劑填充物12內部的壓力損失，催化劑填充物中的所述壓力pII在定量供給位置G處又小於定量供給管11中的壓力pI，從而可以按希望實現確定的支流額定量的排出流。
氣體出口孔17在各定量供給位置處還必須具有的一定的流動阻力，以按本發明為所述定量供給位置形成總的流動阻力，所述(氣體出口孔)流動阻力的份額對應於在定量供給管11內在定量供給位置處存在的壓力和在催化劑填充物12內在定量供給位置上存在的壓力之間的差。所述相應的要求的流動阻力的份額在圖7中用ΔpC、ΔpE、ΔpG說明。所述為每個定量供給位置設定的(總)流動阻力由定量供給位置處的氣體出口孔或水平節流部17的份額和分別設置在上遊的縱向節流部得出。因此例如位置G的(總)流動阻力對應於壓力差ΔpG、ΔpIF、ΔpID、ΔpIA的和。
圖8a和8b以結構設計的細節視圖示出在圖6中示意性示出的定量供給管11。縱向節流部20、21、22分別設計成縱向孔，而氣體出口孔或水平節流部17—即定量供給位置—分別設計成四個相互偏轉90°地繞周向分布的水平孔。
定量供給管11具有四個成形段23、24、25、26，在所述成形段之間分別裝入一個管段27、28、29，所述管段分彆氣密地連接在相鄰的成形段上。所述成形段分別形成有用於縱向節流部20、21、22和氣體出口孔17的孔。
縱向節流部20、21、22在沿流動方向上的前三個成形段23、24、25中分別由具有預定直徑的縱向孔形成。沿流動方向最後一個成形段26不包含縱向孔，而是在縱向上封閉的。所述縱向孔的直徑從定量供給管11的氣體入口側端部處的第一縱向節流部20經過第二縱向節流部21到第三縱向節流部22分別減小一預定的尺寸。在第一成形段23上在氣體入口側的表面上固定有顆粒過濾器15。顆粒過濾器15的結構形式可以是任意的，並與相應的要求相適應。
第二、第三和最後一個成形段24、25、26分別包括四個氣體出口孔17，所述氣體出口孔分別設計成水平孔17，並且相互偏轉90°地繞成形段的周向設置。所述水平孔分別具有一預定的直徑，在所示的情況下，對於所有成形段24、25、26所述直徑都是相同的。所述水平孔17徑向向外分別終止與一個周向槽30中，以防止所述水平孔被催化劑顆粒12堵塞。為此，所述槽還可以用一個未示出的柵格件覆蓋。
圖9和10a示出這樣的實施例，其中定量供給裝置由多個定量供給管—在所示示例中分別由三個定量供給管11a、11b、11c或11d、11e、11f—形成。各支流V2、V3、V4分別流過各定量供給管。所述定量供給管的長度不同，並分別終止於預定的定量供給位置，在定量供給位置相應的支流在定量供給管的端部流出，或者說進入催化劑填充物12中。在所述實施例中相應定量供給位置所需的流動阻力基本上由定量供給管中的摩擦損失形成。所述流動阻力也可以通過相應地設計定量供給管端部處的氣體出口來形成。
圖9示出三個同心的相互套插的定量供給管11a、11b、11c，所述定量供給管從催化劑填充物12的起始面13伸出。定量供給管11a、11b、11c外壁和反應管內壁之間的空間填充有催化劑顆粒12。定量供給管11a、11b、11c的內部空間中沒有催化劑顆粒12。
外部的定量供給管11a和反應管內壁之間的中間空間是開口的，從而在這裡反應氣體混合物9可進入催化劑填充物12的起始面13。
即流過反應管3的反應氣體混合物9以支流V1流入催化劑填充物12的起始面13，並以其它的支流V2、V3、V4進入三個同心的定量供給管11a、11b、11c。
在根據圖10a的實施例中，定量供給管11d、11e、11f具有相同的直徑，並且並排地和彼此平行地延伸(圖10b)。定量供給管11d、11e、11f在其端部區域內具有四個縱向切口31，所述切口相互偏轉90°地繞定量供給管的外周向設置並通入定量供給管11d、11e、11f的端側面(圖10c和10d)。縱向切口31使定量供給管11d、11e、11f的出口面擴大，從而使得反應氣體混合物9可不受阻礙地從定量供給管中流出，或者說不受阻礙地進入催化劑填充物12。
反應管3和定量供給管11d、11e、11f的氣體入口區域可例如設計成與圖1、5a、5b和5c中所示的實施例相對應，即在定量供給管的氣體入口側端部可具有或沒有顆粒過濾器，在定量供給管中可具有或沒有節流部，定量供給管可從反應管中伸出或不從反應管中伸出，定量供給管可從催化劑填充物12的起始面13中伸出或不從起始面13中伸出。
應該理解，本發明不局限於所示的實施例，而是在本發明的範圍還可以具有其它的實現本發明的技術教導的設計方案和改變方案。
權利要求
1.一種用於進行吸熱或放熱氣相反應的方法，該方法採用一種具有由催化劑填充的反應管的管束的管束反應器，包括以下步驟a)向反應管中導入反應氣體混合物；b)將分別流過反應管的反應氣體混合物流分成至少兩個支流，其中每個支流都具有相同的組成成分；c)沿催化劑填充物在不同的位置利用所存在的流動阻力定量供給各支流，其特徵在於，包括以下步驟d)確定各支流(V1、V2、V3、V4)的支流額定量；e)測得反應氣體混合物流(9)第一次分流的位置處的壓力；f)測得在定量供給相應的支流(V1、V2、V3、V4)的位置處催化劑填充物(12)中的壓力；g)設定形成各定量供給位置的流動阻力，以使所述流動阻力對應於在存在支流額定量的情況下對應於在步驟e)和f)中確定的壓力之間的壓力差。
2.根據權利要求1的方法，其特徵在於，在催化劑填充物(12)之前進行所述第一次分流。
3.根據權利要求2的方法，其特徵在於，將第一支流(V1)定量供給到催化劑填充物(12)的起始區域中。
4.根據權利要求3的方法，其特徵在於，將第一支流(V1)定量供給到催化劑填充物(12)的起始面(13)中。
5.根據權利要求1的方法，其特徵在於，在催化劑填充物(12)之中進行所述第一次分流。
6.一種用於進行吸熱或放熱氣相反應的管束反應器，具有一個催化劑填充的反應管的管束，所述反應管的一個端部由氣體入口罩覆蓋，而其另一個端部由氣體出口罩覆蓋，並且所述反應管分別由反應氣體混合物流過並分別具有一個定量供給裝置，所述定量供給裝置至少部分地埋入催化劑填充物中並將流過反應管的反應氣體混合物流分成至少兩個支流，其中，每個支流都具有相同的組成成分，並且沿催化劑填充物在不同的位置利用存在的流動阻力定量供給各支流，其特徵在於，所述定量供給裝置(11、11a-11f)具有這樣的裝置(17、20、21、22)，所述裝置的流動阻力分別這樣設定，即在每個定量供給的位置，在存在為相應位置規定的支流額定量的情況下，所述流動阻力對應於反應氣體混合物流(9)第一次分流的位置處的壓力與定量供給位置處在催化劑填充物(12)中的壓力之間的壓力差。
7.根據權利要求6的管束反應器，其特徵在於，所述定量供給裝置(11、11a-11f)從所述反應管(3)中伸出。
8.根據權利要求6的管束反應器，其特徵在於，所述定量供給裝置(11、11a-11f)沉入地設置在所述反應管(3)中。
9.根據權利要求8的管束反應器，其特徵在於，所述定量供給裝置(11、11a-11f)從所述催化劑填充物(12)中伸出。
10.根據權利要求8的管束反應器，其特徵在於，所述定量供給裝置(11、11a-11f)沉入地設置在所述催化劑填充物(12)中。
11.根據權利要求6至10中任一項的管束反應器，其特徵在於，所述定量供給裝置設計成至少一個定量供給管(11)，所述定量供給管對中地設置在所述反應管(3)中，並且所述定量供給管在定量供給的位置在其壁部中具有氣體出口孔(17)。
12.根據權利要求11的管束反應器，其特徵在於，所述定量供給裝置(11)具有帶有分別規定的流動阻力的節流部(17、20、21、22)。
13.根據權利要求12的管束反應器，其特徵在於，所述節流部主要由氣體出口孔(17)形成。
14.根據權利要求13的管束反應器，其特徵在於，所述節流部由節流孔(17)形成，所述節流孔通入相應定量供給管(11)的外壁中的一凹陷部(30)中。
15.根據權利要求12的管束反應器，其特徵在於，所述節流部主要設計成每個定量供給管(11)中位於相應的氣體出口孔(17)上遊的縱向孔(20、21、22)。
16.根據權利要求11的管束反應器，其特徵在於，在定量供給位置分別需要的流動阻力基本上由每個定量供給管(11)中的摩擦損失形成。
17.根據權利要求12的管束反應器，其特徵在於，在定量供給位置分別需要的流動阻力由—特別是根據權利要求13、14和/或15的—節流部(17、20、21、22)的組合和/或每個定量供給管(11)中的摩擦損失形成。
18.根據權利要求6至17中任一項的管束反應器，其特徵在於，所述定量供給裝置具有多個定量供給管(11a、11b、11c；11d、11e、11f)。
19.根據權利要求18的管束反應器，其特徵在於，所述定量供給管(11a、11b、11c；11d、11e、11f)具有不同的長度，其中所述定量供給管分別由一支流流過，並且在定量供給位置終止並在這裡開口。
20.根據權利要求19的管束反應器，其特徵在於，所述定量供給管(11a、11b、11c)同心地相互套插。
21.根據權利要求19的管束反應器，其特徵在於，所述定量供給管(11d、11e、11f)相互平行地延伸。
22.根據權利要求6至21中任一項的管束反應器，其特徵在於，在所述定量供給裝置(11、11a-11f)的氣體入口處設有一個顆粒過濾器(5)。
23.根據權利要求6至22中任一項的管束反應器，其特徵在於，在所述反應管(3)內，除所述定量供給裝置(11、11a-11f)以外，還設有至少一個用於提高壓力損失的裝置(18)。
全文摘要
本發明的涉及一種用於採用一種具有由催化劑填充的反應管的管束反應器進行吸熱或放熱氣相反應的方法，包括以下步驟a)向反應管中導入反應氣體混合物；b)將流過反應管的反應氣體流分成至少兩個支流，其中每個支流都具有相同的組成成分；c)沿催化劑填充物在不同的位置利用存在的流動阻力定量供給各支流；d)為每個支流確定支流額定量；e)測得反應氣體混合物流第一次分流的位置處的壓力；f)測得在定量供給相應的支流的位置處催化劑填充物中的壓力；g)形成每個定量供給位置的流動阻力，以使所述流動阻力對應於在支流額定量的情況下對應在步驟e)和f)中確定的壓力之間的壓力差。此外本發明還涉及一種用於這種方法中的管束反應器。
文檔編號B01J8/06GK1739847SQ200510093199
公開日2006年3月1日 申請日期2005年8月19日 優先權日2004年8月20日
發明者M·萊勒, F·埃格納, M·克勞森, M·馬利 申請人:曼德韋有限公司