臥式催化反應器的製作方法

2024-04-06 13:52:05 1

本發明涉及一種催化反應器。具體來說，本發明涉及所謂的板式催化反應器，即包括浸沒在催化床中的熱交換板。

背景技術：

反應器包括催化床和浸沒在催化床中的熱交換器是已知的。所述反應器被稱為等溫反應器或接近等溫的反應器，因為熱交換器使催化床的溫度保持在大體上恆定的值或在預定範圍內，在吸熱或放熱反應的情況下分別供應或除去熱量。熱交換元件可以由管束或板形成。例如，EP 1,153,653中描述了包含熱交換板的等溫催化反應器。

將板設置在催化床內的不同方法是已知的。例如，在立式反應器中，通常優選的是徑向布置的板；然而，徑向布置的缺點是相鄰板的壁之間的距離是變化的，在反應器的外圍彼此間距離更遠。從而導致熱交換不均勻，並且反應器的外圍處(即遠離軸線的)效率較低。

用於高放熱反應的反應器中，期望板之間的距離小且恆定，以便允許均勻地提取熱量，並避免催化床的局部過熱，以及由此對催化劑的損壞。因此，在這些反應器中，在水平軸反應器和垂直軸反應器中，反應器的配置通常都優選使用平行的冷卻板。例如，US 6,676,906(Heisel)描述了在催化床內部包括平行冷卻板的臥式反應器。

然而，水平板式反應器具有對內部的可接近性差的缺點，包括熱交換板和相關聯的匯流管也有該缺點。此外，將催化劑裝載到水平反應器中或從水平反應器中卸載催化劑的操作不及立式反應器容易。可接近性差增加了反應器的停機時間，因此增加了更換催化劑的成本以及定期維護操作的成本。

技術實現要素：

本發明旨在克服這些缺點並提供一種臥式板型反應器，特別用於放熱反應，其內部更容易進入，且更容易裝載和卸載催化劑。

本發明的目的是通過使用如權利要求所述的臥式反應器來實現的。

所述反應器包括柱形外殼，至少一個催化床和多個浸沒在所述催化床中的熱交換板，所述熱交換板互相平行，熱交換流體從其內部經過，其特徵在於包括用於所述催化床和所述板的容器，其在至少第一引導件上相對於所述外殼可滑動地抽出。

有利地，該容器還可以相對於所述外殼從抽離位置開始傾斜。優選地，該容器可以傾斜180度，因此能夠相對於正常操作位置翻轉。在抽離位置，容器的傾斜運動也通過所述外殼引導，沿著至少一個第二引導件進行，該第二引導件稱為傾斜或翻轉引導件。

該容器基本上具有由從外殼的線性抽離運動表示的第一自由度，和由傾斜或翻轉運動表示的第二自由度。所述兩個運動都適於由反應器的柱形外殼引導。

優選地，所述第一引導件由一個或多個縱嚮導軌形成，例如形成軌道的一對平行導軌。例如，所述催化床的容器可以在輪子或類似物上滑動。在一些實施例中，催化床的容器可以在適當的框架或託架上抽離。

在本發明中的範圍內，翻轉引導件的各種構造都是可能的。

在第一實施例中，容器在彼此平行的第一引導件和第二引導件上是可抽離的；所述容器與所述兩個引導件中的一個鉸接，例如與第一引導件鉸接，並且可以從另一個引導件脫離，例如從第二引導件脫離。這樣，一旦容器與第二引導件脫離，其可以圍繞與其鉸接的第一引導件旋轉。

在第二實施例中，反應器包括可從外殼抽出的框架，有利地，所述框架在設置有輪或滑塊的兩個引導件上。容納催化床和板的容器與所述框架連接，更具體地，鉸接在框架的一側。優選地，還設置有用於鎖定容器相對於框架的旋轉運動的裝置。在從外殼抽出框架並釋放鎖定裝置之後，容器可以旋轉或翻轉。

在本發明的範圍內其他實施例是可能的。例如，在第三實施例中，反應器包括至少一個沿外殼的周向圓弧延伸的翻轉引導件。

在第四實施例中，催化床的容器可以與相對於殼體可旋轉的框架或保持架連接，以便獲得期望的傾斜或翻轉運動的自由度。

在傾斜或翻轉運動期間，反應器的蓋或封閉用法蘭優選地擱置在適當的外部輥上。

有利地，所述容器是盒形式的，由兩個側壁、端壁和透氣的底壁圍成，並且頂側是敞開的，或者設置有透氣蓋，例如穿孔蓋。

在特別有利的實施例中，容器固定到反應器的法蘭式蓋上。有利地，所述蓋由全開型的法蘭形成，其直徑與反應器的柱形外殼的直徑大體上相同。

根據本發明的優選方面，殼側和板內側的進口和出口連接件以及氣體(殼側)和熱交換流體(板側)的任何匯流管均單獨與所述蓋連接。

因此，蓋、催化床的容器和相應的匯流管形成可以從反應器中抽出的單元或筒。所述單元或筒包括：反應器蓋、催化床容器、熱交換板、熱交換流體匯流管、氣體試劑和/或反應產物(如果有)的一個或多個匯流管。

這樣的實施例將用於連接到外部的管道減少到最小，因為所有連接件都與蓋子連接。一旦去除了與外部的所述連接件，該單元就可以從反應器中自由地抽出。

殼側連接件包括試劑進口和反應產物出口，分別與催化床的進口和出口連通。在優選實施例中，所述進口和所述出口之中僅有一個具有匯流管，所述匯流管連接到反應器蓋並與反應器的剩餘內部體積(外殼和催化床容器之間)隔離開；所述進口和所述出口之中的另一個不具有匯流管，並與反應器的內部體積連通。

優選地，匯流管系統專門設計用於試劑從催化床流出，而氣體進口不具有匯流管。因此，進入的氣體在反應器內部、外殼和催化床容器之間自由地擴散，並且進入催化反應區，例如通過所述容器的透氣的蓋進入催化反應區。

沒有進氣匯流管的實施例是有利的，因為其允許可抽出的催化床反應器的構造明顯簡化。實際上，當抽出容器時，不需要從催化床的頂部移除任何匯流管。此外，這種設置在放熱反應的情況下是特別有利的，這是因為冷的進入氣體流過壓力容器的壁並將其冷卻。對於吸熱反應，可以提供這樣的構造，僅將進入的氣體供應到匯流管，從而當反應產物流入到催化床的周圍空間時，可以加熱所述催化床，反之亦然。

可以理解，根據本發明，可抽出和可傾斜的容器允許容易地進入反應器的內部，尤其是容易更換催化劑。

例如，當容器處於從外殼抽離的位置時，催化劑可以通過篩子或其它確保其均勻分布的裝置倒入容器中。通過抽出容器並將其旋轉或翻轉180度來卸載用過的催化劑。也可以通過移除舊容器，插入具有預先製備的新鮮催化劑的新容器，來替換催化劑廢劑的容器。以這種方式，可以將反應器的停機時間減小到最小，並且如果需要的話，可以將更換催化劑的時間減小到最小。

還應當注意，容器的運動通過外殼上的適當引導件引導，從而有利於安全操作。

本發明的反應器特別適合於放熱反應，尤其適於用作合成甲醛的反應器。

本發明的反應器的進一步的特徵和優點參照實施例和附圖在以下說明書的多個實施例中示出。

附圖說明

圖1是根據本發明的實施例的板式反應器的縱截面示意圖。

圖2是圖1的反應器的橫截面示意圖。

圖3是從圖1的反應器中抽出的催化床和相應容器的簡化軸測投影圖。

圖4是根據本發明的一個實施例的反應器的簡化的橫截面示意圖，其中催化床與滑動框架連接。

圖5是根據圖4的催化床容器的翻轉可能性的示意圖。

圖6是一個實施例的板和相應的用於供應和收集熱交換流體的管道的軸測投影圖。

圖7示出了圖6所示實施例的板和相關聯的連接件的另一種方式。

圖8示出了根據本發明的實施例的反應器的橫截面。

具體實施方式

圖1示出了臥式反應器1的示意圖，其包括具有軸線A-A的柱形外殼2，由基部3和全開式蓋4封閉，其中基部3被焊接到外殼2，全開式蓋4與外殼2法蘭連接。

反應器1還包括催化床5，其大體上沿反應器的整個長度延伸並具有正方形或矩形截面。多個平行的熱交換板6浸沒在催化床5中。所述板6供應有在所述板6內循環的熱交換流體。

板6可以使用本身已知的技術製造，在此不詳細描述。例如，所述板6包括兩個並列且彼此平行的壁，沿其周圍邊緣焊接。所述板6還可以包括用於熱交換流體的內部管道。所述管道可以例如通過板壁的接合線限定。

板6彼此靠近並且垂直設置，彼此平行，從而確保最佳的溫度控制(減少局部過熱點)和高的熱交換。在所示的實施例中，板6大體上垂直於反應器1的軸線。在其它實施例中，板6雖然彼此平行，但可以相對於反應器軸線傾斜設置。

氣態試劑和反應產物從反應器1的殼側通過，其流經催化床5，在板6之間的空間內流過；「板側」(即板6的內部)例如由氣態或液態流體流過。在一些實施方案中，所述流體可以是相變流體，例如為在放熱反應的情況下蒸發的液體，或者是在吸熱反應的情況下的冷凝的蒸氣。

催化床5和板6位於容器7內，所述容器7與法蘭式蓋4連接在一起。

所述容器7通常包括側壁8，與蓋4相對的端壁9，和底壁10，該底壁10能夠保持催化劑但是透氣的。有利地，所述底壁10由格柵、多孔金屬板或帶溝槽的金屬板形成，所述帶溝槽的金屬板具有適當尺寸和圖案的狹槽。容器7還可以包括透氣蓋，例如如圖8所示，這將在下文描述。

如圖2所示，具有矩形橫截面的容器7在柱形外殼2內分別限定了位於催化床5上方的上圓弓形段11、位於催化床下方的下圓弓形段12，以及位於催化床側面的兩個側圓弓形段13、14。所述圓弓形段11、12、13和14可以容納用於供應和/或收集在殼側循環的氣體和在板6中循環的熱交換流體的匯流管，下文將藉助實施例進行說明。

優選地，氣體流(殼側)從頂部向下，從催化床5的頂部進入並通過透氣的底壁10離開。板6內的流動優選是逆流流動(從底部向上)。如果熱交換流體是蒸發或冷凝流體，有利地，可以在板6內部使用交叉流動(從右到左或反之)。

蓋4具有與殼側連通的第一氣體進口和出口的連接件15、16，以及與板6(圖3)的內側連通的用於熱交換流體的其它連接件17和18。

容器7可以通過合適的引導件在平行於反應器1的軸線A-A的抽出方向上從殼體2中滑動抽出。容器7可以軸向滑動到完全抽離的位置，在該位置，所述容器7進一步通過外殼2引導進行傾斜或翻轉運動。所述傾斜或翻轉運動的旋轉軸優選地與一個軸向滑動引導件平行或重合，或者與所述軸線A-A重合。旋轉軸與一個引導件重合的優點在於，可以在反應器1的旁側卸載催化劑，而不是在所述反應器下方卸載催化劑。

例如，在圖3中示出了容器7處於從外殼2完全抽出的位置，並且示出了翻轉引導件19和用於支撐法蘭4的輥20。一旦處於抽出位置，容器7可以隨著沿外殼2的圓周弧延伸的引導件19傾斜；法蘭式蓋4的重量由至少兩個輥20支撐，所述蓋4在所述輥上擱置並旋轉。圖3中的箭頭B表示容器7的翻轉旋轉，優選地，圍繞軸線A-A進行翻轉旋轉。以這種方式，容器7可以傾斜，有利地，將其翻轉180度，以便卸載用後的催化劑。

容器7從殼體2的抽出可以通過連接到外殼2的合適的滑動引導件來實現，例如平行於軸線A-A的兩個軌道(所述軌道在圖1-3中未示出)。

圖4和圖5示出了另一個實施例，其中容器7與用作託架的框架30連接。所述框架30實際上可在兩個平行的軌道31和32上滑動，軌道31和32藉助於輪子33擱置，從而允許抽出。

容器7通過鉸鏈34連接到框架30，鉸鏈34設置在容器7本身的一側上並且允許傾斜或翻轉運動。在鉸鏈34所在側的相對側上，設置有可釋放的鎖定裝置35，用於將容器7保持在水平位置。

為了更清楚，圖4僅示出容器7的底壁10。可以理解，從外殼2抽出並且在釋放所述鎖定裝置35之後，容器7可以通過鉸鏈34翻轉，以便卸載催化劑，如圖5中的箭頭所示。

圖6和7示出了將熱交換流體供應到板6和從所述板收集流體的優選方法。

板6通過分別與熱交換流體的進口17和出口18連通的匯流管38、39供應。優選地，所述匯流管38、39容納在圖2中的段13、14內，沿著容器7的側方設置。

圖6示出了一個實施例，其中所述板6通過穿過所述壁8的單個管道36、37連接到匯流管38、39。進口的匯流管38和出口的匯流管39位於容器7的外側，並且板6不與所述壁8接觸。有利地，每個板6具有至少一個相應的進口管道36和至少一個相應的出口管道37。

圖7示出了一種變型，其中板6的流體進口和出口直接連接到位於板6下方和容器7內部的匯流管38、39。因此，在圖7所示類型的實施例中，管道36、37不存在。

仍參考圖7所示的變型，匯流管38、39例如可以位於形成底壁10的格柵下面。在該實施例中，匯流管和板6的底部邊緣之間的空間40不被冷卻；為了避免催化劑的不均勻冷卻的問題，所述空間40有利地填充有惰性材料。

匯流管38、39可以相對於板位於不同的高度；例如在圖4中，示出其位於一半高度。

圖8示出了供給和收集殼側氣體的優選方法。具體來說，圖8示出了優選實施例，其中反應器1包括一個殼側氣體匯流管，本實施例中即匯流管41，其收集從催化床5排出的反應產物。

更詳細地，蓋4的進口15與外殼2和容器7之間的空間42直接連通；而出口16與所述匯流管41的內部連通，所述匯流管41例如是盒狀體，是封閉的並且與空間42隔離開。

容器7具有透氣的蓋43，帶有開口44，允許反應氣體進入板6之間的含催化劑的空間中。部分或完全轉化的氣體通過多孔的底壁10流出，並被收集在匯流管41內。

圖8所示的實施例的優點在於，未設置試劑的進口匯流管，因此，由通道15進入的氣體充滿壓力容器7的整個內部容積，即除了產品的出口匯流管41所佔據的體積以及(在圖8中不可見)板的供應和排出用匯流管所佔據的體積之外，氣體充滿了整個容器7。這就允許結構的明顯簡化，從而催化床的頂部部分(即，基本上是上部段11)可以自由進行催化劑裝載和卸載操作，當催化床容器7被抽出時，可以快速執行催化劑裝載和卸載操作，而不需要移除任何匯流管。

此外，這種設置在放熱反應的情況下是特別有利的，因為通過開口15進入的冷的氣體流過外殼2的壁並將其冷卻。

但是，在吸熱反應的情況下，優選使用的實施例包括單個匯流管(類似於匯流管41)用於供應新鮮氣體，允許氣體離開催化床流到周圍空間的內部。這樣，實現了由從催化床5流出的冷氣衝洗外殼。然而，在本實施例中，為了更換催化劑，必須移除氣體分配器。

圖8還示出了其中一個軌道45，容器7藉助於輪46擱置在軌道45上。

應當注意，連接件15、16、17和18由蓋4容納，蓋4形成可抽出單元(盒)的前端，所述單元也包括容器7、催化床5和板6，以及匯流管38、39、41。這大大促進了打開反應器和抽出催化床的操作，因為上述操作足以拆卸連接到所述連接件15、16、17和18的管道，以便能夠抽出，如果需要的話自由翻轉所述單元。

實施例中所示的反應器以下列方式操作。例如參考放熱反應。氣體試劑流通過進口15進入反應器1，填充外殼2和容器7之間的空間42(圖8)，並通過蓋43的開口44進入催化區。

試劑以從頂部向下以大體上垂直的移動經過催化床5。反應產物通過底壁10從催化床和容器7流出，被收集在匯流管41內並通過出口16離開反應器。

冷卻流體，例如水，通過連接件17進入，通過合適的連接件(例如，如圖6或圖7所示)分布在板6內部，並且在連接件18處被收集，作為加熱流流出或部分或完全蒸發。

根據本發明的反應器可以有利地用於例如高度放熱反應，更優選用於甲醛的合成。