改变型径向流水平反应器的制作方法

本发明属于化学反应器领域。具体而言，本发明涉及一种带有环形催化床的水平反应器，催化床由径向流穿过。

背景技术：

1、许多工艺都使用径向流反应器来提供一种或多种试剂与催化剂之间的接触。一种已知的反应器包括一个或多个环形圆筒状的催化床，气态试剂或产物以径向流动的方式穿过催化床。例如，这些反应器可以用于合成氨、合成甲醇、水煤气变换反应和其他应用。催化床通常包含在一个篮筐中，该篮筐可能是一个可拆卸滤筒的一部分。

2、径向流反应器需要适当的方式来分配输入气体，并将废气收集到催化床中和从催化床中收集废气。所述方式可能包括穿孔的圆筒状壁或所谓的扇贝状分布件。

3、术语扇贝状分布件在该领域中通常用来指代带有面向催化剂的正面和背面的穿孔导管，其中正面通常具有弯曲的轮廓，使得扇贝状分布件具有例如d形的轮廓。扇贝状分布件通常具有保留催化剂和供应反应物混合气体进入催化床，或者收集其流出物的功能。扇贝状分布件可能是独立的物品，或者可能通过将穿孔片固定到圆筒状壁上来获得，例如一个滤筒。在us 5，209，908中公开了一种带有扇贝状分布件的反应器。

4、环形床中心的空心空间可能包含集气管道或热交换器。例如，在多床反应器中，所述热交换器可能在所述气体被供给到下一催化床之前从废气中带走热量。

5、如上所述的反应器可以是竖直的或者是水平的。催化剂通常呈颗粒状或颗粒形式。

6、在反应器中遇到的一个问题是催化剂颗粒在装载后和使用过程中的沉降和收缩，这会减少催化床的总体积。

7、在竖直反应器中，催化剂的沉降和收缩对催化床的操作影响不大，因为催化剂的水平会降低，但催化床的整体形状基本上不会改变。相反，在基于径向配置的水平反应器中，这一问题则比较严重，由于催化剂的沉降和收缩往往会在催化床上部形成一个盘状空区，导致催化床的形状受到影响，使流动状态偏离所需的轴向对称性。

8、所述形成在催化床上部的空区可能导致例如反应气体在催化床中的分布不均匀，以及催化剂利用率不均匀，导致催化性能差。

9、水平反应器的另一个问题涉及催化剂的装载和卸载操作，即催化剂进出催化床。由于催化反应器内部可用空间有限，因此经常导致这些操作不方便进行。

10、专利ep 3157662提出了一种方便催化剂装载和卸载操作的解决方案，该方案令人满意，但需要将整个催化剂床及其滤筒从压力容器中取出，并在装载时将滤筒竖直旋转。

11、专利us 8398930描述了一种用于将催化剂床保持在径向流反应器中的系统。

12、因此，需要一种改变型水平化学反应器，其允许催化剂装载操作更简单和更可靠，并且允许催化床内催化剂的均匀分布。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术的上述缺点，特别是，消除或减少由催化剂的沉降和收缩引起的负面影响，并方便催化剂的装载和卸载。

2、根据权利要求，上述目标通过反应器得以实现。

3、该发明涉及一种水平反应器，其具有环绕水平环形反应空间周向排列的一组扇贝状结构，用于分配或收集气流。在本发明中，环绕反应空间的扇贝状分布件之间形成或者可形成间隙部。在一种实施方式中，扇贝状分布件被适当地中断，以在两个端部的扇贝状分布件之间保留一个永久的间隙部。在另一种实施方式中，通过拆卸至少一个可拆卸的扇贝状分布件来形成临时间隙部。

4、所述扇贝状分布件组中的间隙部，无论是永久的还是临时的，都便于进入反应空间以装载和卸载催化剂。所述间隙部位于催化床上方，即围绕催化床的圆筒状壁的顶部。

5、本发明提供了更简单、更快速、更可靠的催化剂装载/卸载方式。特别地，本发明不需要在竖直位置移动催化床的滤筒来装载或卸载催化剂。可以在滤筒保持在水平位置的同时装载催化剂。因此，可以更好地控制催化床内催化剂的装载密度。

6、扇贝状分布件组中的永久间隙部可以连接到用于分配或收集气流的装置，使得所述间隙部充当虚拟扇贝状分布件，尽管没有物理地提供扇贝状分布件。

7、本发明的一个方面是发现该组扇贝状分布件中的间隙部可能表现为缺失的扇贝状分布件，可能为维修或者装载/卸载催化剂提供一个通向反应空间内部的适当通道，并且在正常操作期间，可以用作分布或收集气态混合物的虚拟扇贝状分布件，使得催化床的正常操作不受影响。

8、本发明的另一个优点是，在外部收集器是扇贝状分布件组成，并且扇贝状分布件的壁是篮筐的一部分的实施例中，可以改善反应器的机械阻力，因此不存在形成为单独实体且需要专用支撑的收集器，例如封闭环。

9、根据本发明，还公开了一种径向流水平反应器中装载催化剂的方法，其中：

10、在反应器处于水平状态时，将催化剂倒入反应空间中；

11、用催化剂填充反应空间，使扇贝状分布件的阵列的顶部的自由空间初始时填充有催化剂，自由空间是上述永久间隙部或因拆卸一个或多个可拆卸扇贝状分布件而产生的临时间隙部；

12、其中所述催化剂在收缩后填充高度达到低于所述自由空间的水平，使得所述自由空间在所述催化剂收缩后不含催化剂，从而使得所述自由空间能够用于将气体分配到所述反应空间中或从所述反应空间收集气体。

13、在催化剂收缩后，所述自由空间基本上可能作为气体分布或收集的虚拟扇贝状分布件。特别优选的是，所述自由空间的布置可以使反应空间中的气体大致呈径向分布。

14、本发明的另一个方面是根据权利要求所述的径向流水平反应器的操作方法。根据该方法，反应器的反应空间填充有催化剂，使扇贝状分布件的阵列的顶部的自由空间初始时填充有催化剂，自由空间是扇贝状分布件的间隙部或因拆卸一个或多个可拆卸扇贝状分布件而产生的间隙部。然而，催化剂在收缩后的填充高度会达到低于所述自由空间的水平，因此所述自由空间在催化剂收缩后不含催化剂，而催化剂收缩后留下的所述自由空间在操作期间用于气体分配到所述反应空间中或从所述反应空间收集气体，其中所述气体具有基本上沿径向方向的气流方向。

15、发明的详细描述

16、根据本发明，一种径向流水平反应器包括水平反应容器，所述水平反应容器包括适于容纳用于处理气流的催化剂的环形圆筒状反应空间。

17、反应器被配置为在水平位置操作。反应器的容器具有纵向轴线，该轴线在操作中是水平的。水平反应器可以通过支撑件的布置和或者其输入输出的布置来辨别。

18、术语“篮筐”表示氨转化器的一部分，用于收集气体并在催化床内分布气体。内部收集器和外部收集器可能是篮筐的一部分。扇贝状分布件可能形成外部收集器或者内部收集器。在一些实施例中，篮筐的外壁可以与筒壁相对应，而在其他实施例中，扇贝状分布件的壁靠在筒壁上。

19、所述反应器包括多个透气性扇贝状分布件，所述透气性扇贝状分布件绕所述反应空间布置，用于将所述气流分配到所述反应空间中或从所述反应空间中收集气流，其中所述透气性扇贝状分布件围绕所述反应空间呈周向分布，从而形成周向阵列。

20、扇贝状分布件优选地被制成为细长的中空结构，使得新鲜试剂气体可以从扇贝状分布件的端部流入和流出。

21、每个所述扇贝状分布件具有至少一个面向反应空间内部的透气性表面，以将气流分配到反应空间中或从反应空间收集气流。

22、在第一实施例中，当在横截面内观察时，所述扇贝状分布件分布在小于360度角上，使得扇贝状分布件的周向阵列具有间隙部，即反应空间中没有扇贝状分布件的边界区域。所述间隙部位于反应空间上方，并且在阵列的两个端部扇贝状分布件之间被限定。

23、所述间隙部优选地具有与阵列的扇贝状分布件相同的尺寸或基本相同的尺寸。限定间隙部的两个端部扇贝状分布件可以具有适当的不同形状。优选地，所述两个端部扇贝状分布件的横截面与其他扇贝状分布件相比较小。在一些实施例中，所述两个端部扇贝状分布件根据截断平面具有截断形状。

24、具有截断形状的所述扇贝状分布件可能具有一个面向催化床的透气性表面和一个面向没有扇贝状分布件的空间产生的间隙部的透气性表面。

25、在第二个实施例中，扇贝状分布件沿着完整的360度角分布，并且透气性扇贝状分布件的阵列包括至少一个位于阵列的顶部的可拆卸扇贝状分布件，以便通过拆卸至少一个可拆卸扇贝状分布件来形成扇贝状分布件的阵列中的间隙部。

26、根据本实施例，当采用可拆卸扇贝状分布件而不是在扇贝状分布件的阵列中提供间隙部时，在将催化剂倒入催化床之后，会在反应空间上方形成一个虚拟扇贝状分布件，该扇贝状分布件朝向可拆卸扇贝状分布件。

27、在该第二实施例中，可以提供一个或多个可拆卸扇贝状分布件，并且可以拆卸一个或多个扇贝状分布件以装载催化剂。

28、可拆卸扇贝状分布件的形状可能与其他扇贝状分布件的形状不同。

29、扇贝状分布件阵列中的所述间隙部位于反应空间上方，优选位于反应空间边界的最高处，以方便催化剂的卸载和装载。

30、反应器包括至少一个适于将催化剂装载到所述反应空间或从所述反应空间卸载催化剂的端口。根据本发明的实施例，所述端口与扇贝状分布件的阵列中的所述间隙部或者与可拆卸扇贝状分布件拆卸后留下的空间连通。

31、在具有一个或多个可拆卸扇贝状分布件的实施方案中，催化剂的装载或卸载可以通过在拆卸一个或多个扇贝状分布件之后形成的孔进行。可拆卸扇贝状分布件的定位使得在拆卸所述扇贝状分布件之后形成的所述孔与用于装载或卸载催化剂的端口连通。

32、在具有由阵列的两个端部扇贝状分布件限定的永久间隙部的实施方案中，与阵列的其他透气性扇贝状分布件相比，所述端部扇贝状分布件可能具有不同的形状。因此，阵列可以包括多个传统设计的扇贝状分布件以及一对限定间隙部的不同设计扇贝状分布件。

33、优选地，两个不同的端部扇贝状分布件包括用于将气流分配到所述没有扇贝状分布件的区域或者从所述没有扇贝状分布件的区域收集气流的至少一个透气性表面。因此，试剂气体可以直接供给到间隙部中或者从间隙部中收集产物气体，以确保反应空间中的适当径向流动。

34、在优选实施方案中，所述透气性扇贝状分布件具有一个面向反应空间的透气性弯曲前表面并且具有根据截断平面的截断形状，所述截断平面优选为容纳反应器的水平轴线的径向平面或者是竖直平面。

35、例如，扇贝状分布件阵列可能包括具有d形或盘状形状的常规扇贝状分布件，并且两个端部扇贝状分布件可能具有相同的形状，但根据截断平面截断，所述截断平面优选为径向平面或者竖直平面。

36、优选地，被用来分配或收集气体混合物的不同端部扇贝状分布件的透气性表面位于所述截断平面内。

37、根据本发明的一个实施例，当在横截面内观察时，整个扇贝状分布件组延伸分布超过300度至330度的角度范围。因此，间隙部可以覆盖30至60度的角度范围。

38、扇贝状分布件可能是布置在反应器的反应空间周围的气体分配器或气体收集器的一部分。气体分配器或气体收集器能够用于首先将试剂气体供给到扇贝状分布件中，然后径向供给到催化床中。

39、根据一个实施方案，反应器包括多个彼此间隔开并且分布在反应空间长度上用于装载或卸载催化剂的端口。优选地，所述端口的数量在2和8之间，或更优选地在2和4之间。

40、根据另一个实施方案，用于装载或卸载催化剂的端口是一个开口，它沿着反应空间的部分或者全部长度连续延伸。

41、透气性扇贝状分布件可以通过滑动装置固定在反应容器上，例如滑块或悬挂在四端。使用滑动装置可以很好地从反应容器中取出扇贝状分布件并且将其放回，而无需进行精细校准。

42、根据本发明的一个特别优选的实施方案，反应器是绝热反应器，其包括设置在反应器中央管道内的热交换器。中央导管可以同心地布置在所述透气性扇贝状分布件上，并且优选地沿着反应器的纵向轴线居中。

43、扇贝状分布件可以是包含催化床的篮筐的一部分。扇贝状分布件可以由任何合适的材料制成，包括但不限于金属、陶瓷、聚合物、复合材料等。优选地，扇贝状分布件由金属合金制成，例如镍基合金或不锈钢。