用於控制放熱催化反應的溫度的方法
2023-05-17 19:57:11 2
專利名稱:用於控制放熱催化反應的溫度的方法
技術領域：
本發明在其最普遍的方面涉及用於在假等溫條件下，換句話說，在將反應溫度控制在預定最適宜值附近的有限範圍內的條件下，進行放熱化學反應的方法。
特別是，本發明涉及基於嵌入其中發生上述類型的反應的催化床的管束或板狀熱交換器的使用，控制所述反應的溫度的方法。
更具體而言，本發明涉及用於控制放熱反應的溫度和蒸汽的同步生產的上述類型的方法。
現有技術已知為了控制希望在假等溫條件進行的催化反應的溫度，在大多數情況下利用在適當的熱交換器內部流動的預定工作流體和其中嵌入所述交換器且其中發生上述反應的催化床之間的熱交換。
還已知在放熱或高放熱反應的情況下，在上述熱交換的情況下，通常使用水作為工作流體以得到充足產量的蒸汽以及反應溫度的適宜控制。特別是，在此情況下，熱交換工作流體是沸水。
穿過熱交換器的沸水吸收一定量的熱量，從而產生蒸汽。在熱交換器的入口，將這種蒸汽與沸水分離、回收並且用於其中正在進行所考慮的放熱反應的設備的各種運行中。
另一方面，將沸水循環到熱交換器中以實現其熱交換工作流體的功能。
儘管有利並且廣泛應用於本領域，但是正由於進入熱交換器的工作流體的溫度是水的沸騰溫度，這種技術具有公認的缺點。由於這種原因，控制反應溫度的可能性是非常有限的，反應溫度最低可達到的值在任何情況下均高於水的沸騰溫度。
發明概述本發明所要解決的技術問題是提供用於控制放熱反應的溫度和蒸汽的同步生產的方法，該方法可克服現有技術的上述缺點。
根據本發明，通過上述類型的方法，基於如下熱交換器的使用解決這種技術問題，所述熱交換器被沸水沿著內部通道穿過，所述內部通道在沸水的進口和出口之間延伸，該方法的特徵在於，將另外的水流輸送到所述交換器的至少一個中，所述另外的水流在所述熱交換器入口處的溫度低於所述沸水的溫度。
有利地，在至少一個位置處將所述另外的水流輸送到所述至少一個熱交換器中，所述至少一個位置相對於所述內部通道位於所述沸水進口的上遊。
從參考附圖，根據所述發現而完成的方法的實施方案的描述中，本發明的優點和特徵將變得更清楚，所述實施方案僅僅為了說明性而非限制性目的而給出。
附圖簡述圖1顯示了用於實施本發明的反應器的示意性截面圖。
圖2顯示了圖1的反應器的示意性橫截面。
本發明的優選實施方案詳述參考圖1，用於實施根據本發明的方法的反應器整體用1表示。
這種反應器1包含具有垂直軸X-X的圓柱形外殼2，配備有反應物的進口3a的上端部3和配備有產物出口4a的下端部4。
在這種反應器1的內部，在圖1中以A和B標記的水平面之間，放置多個板狀熱交換器5，將其安置在相互平行且平行圓柱形外殼2的軸X-X的平面上(這就是它在圖2的實施例中的情形；通常備選的是其中徑向安置板狀熱交換器的情形)，嵌入到催化床6中，以本身已知的方式支撐並因此沒有說明。這種交換器具有扁平的平行六面體構造並且包含一對寬大的壁，所述壁優選由金屬的、基本上平坦的、並置的、周邊連接的板構成，從而限定在它們之中的腔，所述腔用作適當的熱交換工作流體的通道並且通過適合的供應和排出連接與外部相通。
在多個熱交換器5的每一個板狀交換器5a中，限定上短邊5b、下短邊5c和兩個長垂直邊5d和5e。
所述多個熱交換器5通過供應管7、循環管8和排出管9而與外部處於流體相通狀態。
通過靠近下短邊5c安置在垂直長邊5e上的連接5g，供應管7與每一個熱交換器5a處於流體相通狀態，而通過靠近上短邊5b安置在垂直長邊5e上的連接5f，排出管9與每一個熱交換器5a處於流體相通狀態。
另一方面，通過以離下短邊5c預定的距離安置在垂直長邊5d上的適合的連接5h，循環管8與每一個熱交換器5a處於相通狀態。
通過循環管8和排出管9，多個熱交換器5與在該反應器以外的蒸汽鍋筒10處於相通狀態。
根據本發明的方法，將反應物流通過進口3a輸送到反應器1中，並且穿過催化床6(在此處反應物進行放熱反應以提供反應產物)，流向平行於軸X-X的出口4a。從催化床6出來的這種反應產物(可以是例如氨或甲醇)通過下端部4，從下端部4通過出口4a將其排出。
來自蒸汽鍋筒10並且通過管8輸送到反應器1的沸水流沿著內部通道穿過多個熱交換器5，所述內部通道在對應連接5h的進口和對應連接5f的出口之間延伸。在圖1舉例說明的非限制性實施例中，沸水相對於催化床6內部的反應物流以逆流方式流動。
此外，通過供應管7和通過連接5g，將溫度低於上述沸水的另外的水流注入到所述多個熱交換器5的內部和相對於所述內部通道的連接5h的上遊。
然後，另外的水流和沸水流在熱交換器5a內部混合。
在熱交換器5a內部流動的水通過該交換器的壁吸收在催化床6中由放熱反應產生的反應熱並且部分相變，從而導致蒸汽的產生。
在熱交換器5a的出口，將沸水流和蒸汽通過排出管9送到蒸汽鍋筒10，在此分離沸水和蒸汽。將沸水通過循環管8循環到反應器1中，而通過蒸汽排出管11取走蒸汽。
使用本發明的方法，在熱交換器5a內部，特別是在連接5g和連接5h之間的區域，即溫度低於沸騰溫度的水的供應和沸水的供應之間的區域，可以達到低於水的沸騰溫度的熱交換工作流體的最低溫度。
通過這麼做，反應器的下部在低於沸騰溫度的溫度工作，所述溫度還可以根據需要改變；另一方面，反應器的上部在高於沸騰溫度的溫度工作。
因此，使用本發明的方法可以解決上述的現有技術的問題。
由本發明產生的主要優點如下可以將在下端部4的催化床6，即在反應物穿過的催化床的最後部分冷卻更多；這種冷卻使受到平衡限制的反應例如氨或甲醇合成反應的轉化率得到提高。
根據本發明的方法的另外的優點是，在通過自然循環進行來自蒸汽鍋筒的水的循環的情況下，以某一速度，即在來自蒸汽鍋筒的水流的入口處高於水流本身的速度，將另外的水流注入到板狀交換器的下部中，容易在恰當的方向上建立自然對流。
當然，本領域技術人員可以對上述用於控制放熱催化反應的溫度的方法進行諸多修改和改變以滿足具體和暫時的需要，所有這些修改和改變在任何情況下均在如後附權利要求
所限定的本發明的保護範圍的覆蓋之下。
權利要求
1.用於控制放熱反應的溫度和蒸汽的同步生產的方法，所述方法基於熱交換器(5a)的使用，所述熱交換器(5a)被沸水沿著在沸水進口(5h)和出口(5f)之間延伸的內部通道穿過，所述方法的特徵在於，將另外的水流輸送到所述交換器(5a)的至少一個中，所述另外的水流在所述交換器(5a)的入口(5g)處的溫度比所述沸水的溫度更低。
2.根據權利要求
1的方法，其特徵在於，在至少一個位置(5g)將所述另外的水流輸送到所述至少一個交換器(5a)中，所述至少一個位置(5g)相對於所述內部通道位於所述沸水進口(5h)的上遊。
3.根據權利要求
1的方法，其特徵在於，所述至少一個熱交換器(5a)是所謂的板狀熱交換器。
專利摘要
本發明公開了一種用於控制放熱反應的溫度和蒸汽的同步生產的方法，該方法基於熱交換器(5a)的使用，所述熱交換器(5a)被沸水沿著在沸水進口(5h)和出口(5f)之間延伸的內部通道穿過。
文檔編號B01J8/02GK1997445SQ200580019658
公開日2007年7月11日 申請日期2005年6月10日
發明者E·菲利皮, E·裡齊, M·塔魯佐 申請人:卡薩爾甲醇公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan