專利名稱：具有熱板單元的用于部分氧化的反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在多相顆粒催化劑作用下使流體反應(yīng)混合物部分氧化的反應(yīng)器及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
在化學(xué)工藝工程中，已知流體即氣態(tài)的、液態(tài)的或氣態(tài)/液態(tài)的反應(yīng)混合物的很多部分氧化反應(yīng)，并且這些反應(yīng)在多相顆粒催化劑的作用下進(jìn)行。這些反應(yīng)通常是放熱的，常常是強放熱。在工業(yè)規(guī)模上，這些反應(yīng)至今主要是在具有催化劑管的管束反應(yīng)器中進(jìn)行，在催化劑管中裝載有多相顆粒催化劑，流體反應(yīng)混合物通過該催化劑管，并且通過一種在催化劑管之間的中間空間中循環(huán)的熱載體間接地除去反應(yīng)所釋放的反應(yīng)熱。所用的熱載體通常是一種鹽的熔化物。
作為一種選擇，也可以通過一種穿過板式傳熱器的熱載體來除去反應(yīng)熱。術(shù)語“換熱器板”、“傳熱器板”和“熱板”基本上與“板式換熱器”同義使用。
傳熱器板主要被定義為具有設(shè)置有進(jìn)口管線和出口管線并且與表面區(qū)域相比厚度小的內(nèi)部的板狀結(jié)構(gòu)。這些傳熱器板通常由金屬板制成，常常由鋼板制成。然而，根據(jù)應(yīng)用情況，特別是反應(yīng)介質(zhì)和熱載體的特性，可使用專門的特別是耐腐蝕性或涂層材料。用于熱載體的進(jìn)口和出口裝置通常設(shè)置在換熱器板的相對端。所用的熱載體通常是水或Diphyl(70％-75％重量百分比的二苯醚和25％-30％重量百分比的聯(lián)苯的混合物)，該Diphyl在沸騰過程中有時也會蒸發(fā)；也可以采用其它具有低蒸汽壓的有機(jī)熱載體以及離子性液體。
使用離子性液體作為熱載體描述于德國專利申請10316418.9中，該申請在本申請的優(yōu)先權(quán)日還未公開。優(yōu)先選擇含有硫酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽或硅酸鹽的陰離子的離子性液體。也特別適用的離子性液體包含一價金屬陽離子，特別是堿金屬陽離子，還包含另外的陽離子，特別是咪唑鎓鹽陽離子。同樣有利的是包含作為陽離子的咪唑鎓鹽、吡啶鎓鹽或鏻根陽離子的離子性液體。
術(shù)語“熱板”特別是用于表示這樣的傳熱器板，這種傳熱器板的每一個通常由兩個金屬板通過點焊和/或滾壓焊連接在一起，并且通常采用液壓塑性定形而形成枕狀體。
在文中，術(shù)語“熱板”用作上述定義的意思。
采用熱板完成部分氧化的反應(yīng)器是已知的，例如可以從DE-A19952964中得知。該專利描述了用于執(zhí)行部分氧化的催化劑在反應(yīng)器中圍繞傳熱器板的床層中的布置。該反應(yīng)混合物從反應(yīng)器的一端供給到傳熱器板之間的內(nèi)部，并從反應(yīng)器的相對端移出，從而使該反應(yīng)混合物流經(jīng)傳熱器板之間的內(nèi)部。結(jié)果是，由于反應(yīng)混合物的高均勻性，所以存在反應(yīng)混合物的持續(xù)橫向混合，并且，對于一個預(yù)先確定的轉(zhuǎn)化率，與在管束反應(yīng)器中完成該反應(yīng)相比，實現(xiàn)了實質(zhì)上更好的選擇。
DE-C19754185描述了另一種通過流經(jīng)傳熱器板的冷卻介質(zhì)間接除熱的反應(yīng)器，該傳熱器板設(shè)計成為由至少兩個鋼板組成的熱板，這兩個鋼板在預(yù)定點處連接在一起而形成流動通道。
DE-A19848208描述了它的一個有利改進(jìn)，根據(jù)該專利文獻(xiàn)，構(gòu)造成冷卻介質(zhì)流過的熱板的傳熱器板結(jié)合成具有如矩形或正方形橫截面的板單元，并且所述板單元具有一殼體。該封閉板單元無需適應(yīng)外圍側(cè)并且由此相對于圓柱形反應(yīng)器容器的內(nèi)壁具有預(yù)定間隔地設(shè)置。傳熱器板或其殼體與該容器的內(nèi)壁之間的自由表面在該殼體的上端和下端區(qū)域被引導(dǎo)板覆蓋，以防止反應(yīng)介質(zhì)繞過裝滿催化劑的腔室。
在WO-A01/85331中描述了另一種具有用于除去反應(yīng)熱并為傳熱器板形式的裝置的反應(yīng)器。該基本為圓柱形的反應(yīng)器包含連續(xù)的催化劑床層，傳熱器板嵌入到該催化劑床層中。
對具有熱板的反應(yīng)器的擴(kuò)大實驗表明，特別是由于反應(yīng)混合物和外部環(huán)境之間的壓力差過大而在熱板的一側(cè)形成高應(yīng)力所造成的變形帶來問題，并且在高熱應(yīng)力下變形也會產(chǎn)生機(jī)械穩(wěn)定性問題。這些問題不僅在反應(yīng)混合物升高壓力時發(fā)生，而且在降低壓力下反應(yīng)時也會發(fā)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種反應(yīng)器，該反應(yīng)器通過流過熱板的熱載體除去反應(yīng)熱，并且可在經(jīng)濟(jì)但無故障的方式下操作，特別是能避免上述問題。本發(fā)明應(yīng)確保該熱板單元的幾何穩(wěn)定性，特別是設(shè)計用來容納催化劑的間隙的幾何穩(wěn)定性。
我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過一種用于在多相顆粒催化劑作用下部分氧化流體反應(yīng)混合物的反應(yīng)器實現(xiàn)該目的，該反應(yīng)器包括-一個或多個立方形熱板單元，每個熱板單元由兩個或更多個彼此平行布置的矩形熱板構(gòu)成，并在矩形熱板之間總是留有可裝載多相顆粒催化劑并且由流體反應(yīng)混合物流過的間隙，反應(yīng)熱被流過該熱板的熱載體吸收，從而使該熱載體至少部分蒸發(fā)，-基本為圓柱形的殼體，該殼體釋放在所述熱板單元上的壓力、完全包圍所述熱板單元并且包括一圓柱形套殼和在兩端將該套殼密封的蓋，該殼體的縱向軸線平行于所述熱板的平面，以及-一個或多個密封元件，該密封元件設(shè)置成使流體反應(yīng)混合物除了流過所述蓋限定的反應(yīng)器內(nèi)部空間外還僅流過所述間隙。
因此，本發(fā)明提供了包括熱板的熱板單元，熱載體通過熱板流動、吸收反應(yīng)熱并由此至少部分蒸發(fā)，該熱板單元構(gòu)造成立方體形狀并且在完全包圍熱板單元的基本為圓柱形的殼體中安裝有壓力釋放件。
熱板單元分別由兩個或多個彼此平行設(shè)置的矩形熱板構(gòu)成，并且在熱板之間總是留有間隙。
該熱板由防腐材料制成，優(yōu)選例如由具有材料號1.4541或1.4404、1.4571或1.4406、1.4539或1.4547的不銹鋼或其它合金鋼制成。
用于這種目的的金屬板的材料厚度可在1-4mm、1.5-3mm，或2-2.5mm，或2.5mm中選擇。
通常，可在兩個矩形金屬板的縱向和端部側(cè)邊連接而形成熱板，在這種情況下，可能出現(xiàn)滾壓焊縫或側(cè)向焊縫或者二者都有，從而使稍后裝載熱載體的空間在所有的側(cè)邊都是密封的。熱板邊緣有利地在縱向邊緣或甚至在縱向邊緣的橫向滾壓焊縫處分開，從而使不易冷卻或根本不冷卻并通常還載有催化劑的邊緣區(qū)域具有很低的幾何膨脹。
通過分布在矩形表面上的點焊將金屬板結(jié)合在一起。也可以通過直的或彎曲的以及圓形的滾壓焊縫完成至少部分連接。也可以通過附加滾壓焊縫將熱載體流過的容積分成多個獨立區(qū)域。
在熱板上布置焊接點的一種可能是30-80mm或35-70mm等距離點間隔地排列，盡管也可以是40-60mm的間距；另一個實施例是45-50mm的間距，也可以是46-48mm的間距。通常，由于制造的原因點間距會偏離±1mm，并且沿板的縱向觀察，直接相鄰行的焊接點均偏移半個焊接點間距布置。沿板的縱向的點焊接行可以具有5-50mm等距離的間距，或8-25mm的間距，盡管也可以采用10-20mm以及12-14mm的間距。此外，也可以采用與應(yīng)用場合相適應(yīng)的匹配的焊接點間距和行間距。行間距可以與點間距具有限定的幾何關(guān)系，通常行間距可以是點間距的1/4或更小，從而在制造過程中這些熱板具有限定的均衡膨脹。對于預(yù)定的焊接點間距和行間距，指定每平方米板表面積的焊接點的相應(yīng)數(shù)量。
熱板的寬度實際上受加工工藝條件的限制，并且可以在100-2500mm之間，或在500-1500mm之間。熱板的長度取決于反應(yīng)情況，特別是反應(yīng)的溫度曲線，并且可以在500-7000mm之間，或在3000-4000mm之間。
兩個或多個熱板分別平行設(shè)置并且彼此分開以形成一個熱板單元。這會在直接相鄰的板之間形成桿狀間隙，直接相鄰的板在板間距的最窄點處具有例如8-150mm，或10-100mm的寬度。一種可能的實施例的寬度還可以為12-50mm或14-25mm，盡管也可以選擇16-20mm。也測試了17mm的間隙間距。
例如在使用大表面積板的情況下，在熱板單元的單個熱板之間可附加設(shè)置隔離物以防止可能改變板的間距或位置的變形。為安裝這些隔離物，可能如通過圓形滾壓焊縫從熱載體的流動區(qū)域的金屬板上除去一些部分，以便例如能夠在這些板上形成用于固定隔離物的螺栓的孔。
所述間隙可以具有相同的間距，但是如有必要，當(dāng)反應(yīng)允許或所希望的反應(yīng)需要或能夠有利于設(shè)備或冷卻工藝時，所述間隙也可以具有不同寬度。
裝滿催化劑顆粒的熱板單元的間隙可以彼此密封，例如通過焊接密封，或在加工側(cè)連接在一起。
為調(diào)整希望的間隙間距，當(dāng)將單個熱板結(jié)合在一起形成單元時，所述熱板以一定間距固定在各自位置。
直接相鄰的熱板的焊接點可以彼此相對或相互偏離。
通常，在安排分別具有相同尺寸的兩個或多個立方形熱板單元的布置時，優(yōu)選考慮制造因素。在布置10個或14個熱板單元的情況下，為使整個設(shè)備緊湊，選擇具有不同邊長或不同邊長比的兩種單元類型可能是有利的。
優(yōu)選布置分別具有相同尺寸的4個、7個、10個或14個熱板單元。沿流動方向可見的單元的突出表面可以是方形，或者邊長比是1.1或1.2的矩形。7個、10個或14個具有矩形單元突出的單元的組合是有利的，這會使外部圓柱形殼體的直徑最小化。如上面詳細(xì)描述的，當(dāng)選擇數(shù)量為4個、7個或14個熱板單元時，可實現(xiàn)特別有利的幾何布置。
例如在泄漏、熱板單元變形的情況下，或者出現(xiàn)與催化劑有關(guān)的問題的情況下，在這里可以單獨地更換熱板單元是有利的。
有利地，每個熱板單元都設(shè)置在壓力穩(wěn)定、矩形穩(wěn)定性框架中。
每個熱板單元有利地通過一個適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)件定位，例如通過具有橫向貫穿壁的矩形穩(wěn)定性框架或通過一角形結(jié)構(gòu)定位。
在一個實施例中，相鄰熱板單元的矩形穩(wěn)定性框架彼此密封。這會防止反應(yīng)混合物繞過單個熱板單元之間流動。
將立方形的熱板單元安裝到基本為圓柱形的額定壓力殼體中會導(dǎo)致在朝向殼體的圓柱形套殼壁的邊緣處留有較大的自由中間空間，在該空間中聚集，可能發(fā)生原料產(chǎn)物的副反應(yīng)或分解。例如在有必要進(jìn)行裝配操作的情況下，只能非常困難地在那里進(jìn)行清洗或凈化產(chǎn)物。因此，將這種中間空間與反應(yīng)室即在分別直接相鄰的熱板之間的間隙分開是有利的。
為此，利用一保持底座在熱板單元的下端處密封熱板單元和基本為圓柱形的殼體之間的中間空間。為防止反應(yīng)混合物旁路流動，該支承或保持底座應(yīng)當(dāng)氣密性地密封該中間空間。
有利地，也可以通過一金屬板蓋在熱板單元的上端處密封熱板單元和基本為圓柱形的殼體之間的中間空間。然而，對于這種目的氣密性密封并不是必要的，在一個實施例中可以構(gòu)造具有孔的金屬板蓋。
位于熱板單元和基本為圓柱形的殼體之間的中間空間的上端的金屬板蓋也可以有利地構(gòu)造成類似于一浮閥塔板(Ventilboden)。
用于施加壓力的氣體的排放也可以通過一溢流單元實施，該溢流單元構(gòu)造成孔板、閥或負(fù)載施加(如利用彈簧或氣體壓力)自動調(diào)節(jié)單元，還可以結(jié)合有后壓力保護(hù)裝置。這些溢流單元也可以設(shè)置在圓柱形外殼體的外面。
上端的金屬板蓋可以放置在輔助固定其中安裝有熱板單元的矩形穩(wěn)定性框架的支柱上。
熱板單元和基本為圓柱形的殼體之間的中間空間可有利地裝滿惰性物質(zhì)，以減少那里的自由氣體體積并且防止氣體對流，氣體對流可能導(dǎo)致如無法控制的熱量釋放。
在該圓柱形的殼體中，給惰性床層物質(zhì)的入口和出口設(shè)置接頭(噴管)是有利的，這些接頭構(gòu)造成適當(dāng)?shù)某叽绮⑶乙赃m當(dāng)?shù)慕嵌劝惭b以便在重力作用下可以無阻礙地裝滿和騰空。該接頭的可能實施例的標(biāo)稱寬度是80mm、100mm、150mm或200mm。
所用的惰性物質(zhì)床層可主要是任何化學(xué)惰性并充分機(jī)械和熱穩(wěn)定的物質(zhì)，例如，膨脹珍珠巖和/或膨脹蛭石。
可以向可能充滿惰性物質(zhì)的熱板單元和基本為圓柱形的殼體之間的中間空間充注氣體壓力。
壓力施加可基本恒定并且有利地通過壓力調(diào)節(jié)地輸入和輸出氮氣來實現(xiàn)。所選擇的調(diào)節(jié)信號可以是，例如熱板單元和基本為圓柱形的殼體之間的中間空間的壓力與熱板單元的間隙內(nèi)的催化劑床層的下端或上端處的壓力之間的壓差。有利地，該壓差信號可校正掉一補償值；可優(yōu)選超出催化劑床層高度上的壓力的平均值，特別是其算術(shù)平均值，作為調(diào)節(jié)信號。
為了施加壓力，在基本為圓柱形的殼體內(nèi)可以設(shè)置優(yōu)選向下取向的具有小鉆孔的適當(dāng)接頭和/或內(nèi)部環(huán)狀管線。
可選地，也可以通過連續(xù)流過中間空間的氣體施加壓力，該氣體是惰性氣體或該過程固有的氣體，特別是氮氣或循環(huán)氣體。
用于施加壓力的氣體有利地在熱板單元的流體反應(yīng)混合物的出口處，總地還是在反應(yīng)器的基本為圓柱形的殼體內(nèi)，與流體反應(yīng)混合物結(jié)合。用于壓力充注的氣體的出口位置有利地位于流體反應(yīng)混合物的流動死區(qū)，以沖洗這些死區(qū)。
用于施加壓力的氣體的流量將通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于流體反應(yīng)混合物的流量，并且有利地選擇成在該過程工藝期間對反應(yīng)無害。
有利地，熱板單元應(yīng)當(dāng)都可單獨更換，為此，如前所述，可以目標(biāo)方式補救所出現(xiàn)的問題，如泄漏、熱板變形或與催化劑有關(guān)的問題。為了這個目的，有利地相對于矩形穩(wěn)定性框架的壁成一定間隙地設(shè)置熱板單元。
由于在這種有利實施例中的熱板單元不密封地設(shè)置在矩形穩(wěn)定性框架中，所以可能發(fā)生反應(yīng)介質(zhì)的旁路流動。為防止這種情況，以合適的方式密封熱板單元和矩形穩(wěn)定性框架之間的未密封部位，例如用設(shè)置在熱板單元外部并當(dāng)將其插入時壓靠在矩形穩(wěn)定性框架的壁上的金屬板帶密封?？蛇x地，可以是氣密性金屬板蓋和如焊接唇密封件形式的連接件。
一旦將熱板單元插入該矩形穩(wěn)定性框架中，就可以相對于保持底座密封這些熱板單元，該保持底座在熱板單元的下端處密封熱板單元和基本為圓柱形的殼體之間的中間空間。為此，原則上可以使用任何已知的密封裝置。例如，它們可以是如附加螺栓固定的傳統(tǒng)密封件。
也可以通過焊接唇形成密封，例如，通過一種使一個焊接唇固定在保持底座上而第二個焊接唇固定到熱板單元或矩形穩(wěn)定性框架的外邊緣上的變型。這兩個焊接唇構(gòu)造成幾何地配合在一起并且可被焊接在一起。為更換熱板單元，該焊縫是分開的并且如果需要可以更新。
可以通過一裝置利用矩形穩(wěn)定性框架從上面將熱板單元張緊。來自上面充足的張緊壓力會確保在密封件上形成足夠的表面壓力和熱板單元的有利固定。
對于矩形穩(wěn)定性框架，只要能夠防止不允許的旁路流動通過間隙，彼此密封并非是必須的。也可以利用小鉆孔使矩形穩(wěn)定性框架相互連通，通過這些小鉆孔惰性氣體能夠從熱板單元和基本為圓柱形的殼體之間的中間空間流進(jìn)，這會防止在熱板單元和矩形穩(wěn)定性框架之間的空間中發(fā)生反應(yīng)。
熱板單元在外部可附加地具有引導(dǎo)和導(dǎo)向元件。例如，可以在這些元件的角上設(shè)置任何形式的角支架和在這些元件的側(cè)面設(shè)置圓錐狀金屬板帶。為能夠通過升降機(jī)或者例如起重機(jī)實現(xiàn)簡單地插入，在單元上設(shè)置連接裝置(Anschlagvorrichtungen)和連接附件(Anschlaghilfsmittel)也是有利的，如環(huán)孔、連接板或螺紋孔。為通過起重機(jī)插入這些熱板單元，可以將這些熱板單元保持在系桿上，這些系桿垂直地通過最初的空間隙向下到達(dá)熱板的下邊緣并且在那里連接到橫向支承件以承受負(fù)載。
在一個具體實施例中，在外部的熱板單元的最外面的熱板由一比用于制造熱板的其它金屬板更厚并由此更穩(wěn)定的金屬板形成。
為補償熱膨脹，有利地在在熱板單元的下端密封熱板單元與基本為圓柱形的殼體之間的中間空間的保持底座中或保持底座上設(shè)置環(huán)形補償器。沿垂直于金屬板底座表面的方向觀察，基本為Z形輪廓的環(huán)形補償(器)是特別適合的。然而，其它傳統(tǒng)的波形補償器同樣適用。
優(yōu)選地，也在位于熱板單元和基本為圓柱形的殼體之間的中間空間的上端的金屬板蓋中或金屬板蓋上設(shè)置用于軸向和/或徑向膨脹的補償器。
每個熱板單元均由一個或多個分配裝置供給熱載體。該熱載體流過單個熱板內(nèi)部后，通過一個或多過收集裝置在熱板單元的另一端除去。由于根據(jù)本發(fā)明采用一種吸收釋放出來的反應(yīng)熱并由此部分蒸發(fā)的熱載體，所以為調(diào)節(jié)流量每個熱板單元分別設(shè)置一個分配裝置、兩個收集裝置是特別有利的。
該分配裝置和收集裝置優(yōu)選構(gòu)造成都具有用于調(diào)節(jié)熱板單元相對于周圍的基本為圓柱形的殼體的熱膨脹的補償(器)。例如，在此可以通過一種彎曲的管線設(shè)計進(jìn)行補償。
為調(diào)節(jié)熱板單元相對于周圍的基本為圓柱形的殼體的熱膨脹，可以確保用于熱載體流過熱板的分配裝置和收集裝置的布管為適當(dāng)?shù)膹澢騔形或Ω形的幾何構(gòu)造。在另一個實施例中，這種補償可以由軸向或橫向補償器實現(xiàn)，在這種情況下，任何需要的管支承可以在內(nèi)部支承結(jié)構(gòu)上實施。
特別優(yōu)選地，在熱板內(nèi)設(shè)置用于供給和分配以及收集和移除熱載體的收集管，按如下方式將收集管焊接到帶槽塔盤中最初將單元的單個熱板連接到向熱板的內(nèi)部彎曲并且具有基本半圓形的橫截面及用于輸出熱載體的孔或槽的槽形金屬板上。在這個制造階段，可以通過如X射線檢查進(jìn)入帶槽塔盤中的焊接件有無制造缺陷，不管是在代表性樣件上或整個表面上。隨后，將第一基本槽形的金屬板的兩個縱向邊通過特別是縱向接縫焊接連接到除了具有相對彎曲并且沒有孔或槽以外形狀近似的第二金屬板上，以形成基本為圓形橫截面的管狀構(gòu)件。該管狀構(gòu)件的兩端由可選地被內(nèi)部系桿加固的蓋密封。
在另一實施例中，也可以在熱板上通常是在金屬板的邊緣上直接焊接具有較小的標(biāo)稱寬度如4-30mm的管件，以便供給和移除熱載體。
每個熱板單元的單個熱板之間的間隙用作容納多相顆粒催化劑。
為了防止催化劑顆粒在重力作用下流出該間隙，需要在其下端設(shè)置催化劑格柵。例如，通過多孔板或篩板可以實現(xiàn)該目的，為該目的使用邊緣間隙篩是特別有利的，該邊緣間隙篩在具有高尺寸穩(wěn)定性和用于反應(yīng)介質(zhì)流過的低壓降的同時能確保對催化劑的良好保持。
例如，該催化劑保持格柵可以安裝成能夠旋轉(zhuǎn)。
當(dāng)用于將熱載體分配到熱板上的分配裝置安裝成從該分配裝置到熱板單元的邊緣的橫向間距相同時是特別有利的，這樣可僅需要單一類型的催化劑保持格柵。每個熱板單元分別設(shè)有兩個催化劑保持格柵，即設(shè)置在用于熱載體的分配裝置的兩側(cè)。
催化劑保持格柵的尺寸有利地設(shè)置成可以通過基本為圓柱形的殼體上的檢查孔安裝和拆卸。該檢查孔通常具有700mm的內(nèi)徑。相應(yīng)地，催化劑保持格柵的邊長優(yōu)選為650mm。
在另一實施例中，可以進(jìn)一步將這些保持格柵分成更小的單元，但是也可以單獨地密封每個間隙或單獨地密封每半個間隙，以便也能夠分別卸空。
可選地，也可以在將熱板單元安裝進(jìn)反應(yīng)器之前即在反應(yīng)器外時使熱板單元裝滿催化劑。
在上文中已經(jīng)將圍繞熱板單元的殼體描述成基本為圓柱形。在上下文中，這意味著該殼體具有橫截面為圓形的圓柱形套殼，該圓柱形套殼的兩端分別由蓋密封。
通常豎直安裝該基本為圓柱形的殼體。
流體反應(yīng)介質(zhì)通過一個蓋通常是下端蓋進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)部，流過裝滿多相顆粒催化劑并且位于單個熱板之間的間隙，并且通過另一個、通常為上端蓋在反應(yīng)器的另一端被移除。
該蓋優(yōu)選地由不銹鋼或不銹鋼鋼板制成。
該蓋可以通過固定式的焊接或者可分開地如法蘭連接結(jié)合到殼體的圓柱形套殼上。該法蘭連接可以構(gòu)造成可通過液壓系統(tǒng)降低。
可有利地通過一個或多個直徑通常為700mm的檢查孔走到蓋的周圍。為此，加寬的圓柱形截面是有利的，如蓋一樣該加寬的圓柱形截面由如不銹鋼或不銹鋼鋼板制成。
可以通過該蓋上的檢查孔接近單元的上側(cè)，從而可將催化劑引入熱板間的間隙，并且到達(dá)單元的下側(cè)，以便可容易地安裝和拆卸保持格柵。
為卸載催化劑，可在下端蓋上附加設(shè)置可能已經(jīng)在操作過程中安裝的裝置以保持輔助設(shè)備并收集催化劑，還可以設(shè)置一個或多個接頭以卸載催化劑。
用于密封熱板單元和基本為圓柱形的殼體的內(nèi)壁之間的中間空間的保持底座的材料以及用于熱板單元的矩形穩(wěn)定性框架的材料都可以是碳鋼?？蛇x地，為此可以采用不銹鋼。
在一個或兩個蓋中，安裝接頭是有利的，可以通過該接頭將多個熱元件引入單個熱板單元。此外，在這里可以設(shè)置用于另外的現(xiàn)場儀器和過程分析裝置的接頭。
優(yōu)選地，在基本為圓柱形的殼體的圓柱形套殼內(nèi)設(shè)置一個或多個補償器以優(yōu)選地調(diào)節(jié)軸向熱膨脹。
本發(fā)明提供了用于執(zhí)行流體反應(yīng)混合物部分氧化的反應(yīng)器的應(yīng)用，在該反應(yīng)中反應(yīng)熱由流過熱板的熱載體帶走，該熱載體由此至少部分蒸發(fā)。
在這種情況下，特別是在強放熱反應(yīng)中，以這樣的方式操作反應(yīng)器，即流體反應(yīng)混合物通過下端蓋供給并且通過上端蓋離開反應(yīng)器。
由于特別是通過蒸發(fā)冷卻帶走反應(yīng)熱的熱載體介質(zhì)從下面進(jìn)入熱板，所以當(dāng)反應(yīng)混合物從下面供給時，即當(dāng)反應(yīng)混合物和熱載體并流時，總是可利用到足夠的熱載體。
此外，在結(jié)構(gòu)、反應(yīng)介質(zhì)的流動控制和操作方面，必須確保反應(yīng)介質(zhì)在到達(dá)活性催化劑區(qū)域前不能被過冷的熱載體過分冷卻，熱載體也不能被預(yù)蒸發(fā)到不允許的高程度。
所用的熱載體介質(zhì)可以是如典型地用于發(fā)電站內(nèi)以產(chǎn)生蒸汽并且與現(xiàn)有技術(shù)相對應(yīng)的供給水(Technische Regeln fuer Dampfkessel(TRD611 vom15.Oktober 1996 in BarbB1.12/1996 s.84，zuletzt geaendert am 25.Juni2001 in BarbBI.8/2001 S.108)。供給水的典型參數(shù)可以是導(dǎo)電率低于0.4或低于0.2微西門子/厘米，鈣和鎂的硬度低于0.005毫摩爾/升或低于檢測極限，鈉低于5微克/升，二氧化硅低于20微克/升，鐵低于50微克/升和氧低于20微克/升，以及溶解的碳的總含量低于0.2毫克/升。此外，供給水應(yīng)該鹵素含量低或不含鹵素，尤其是氯。也可以目標(biāo)方式使供給水達(dá)到一定條件，例如通過加入輔助劑如肼、氨，特別是使其堿性化；此外，可以在供給水中加入腐蝕抑制劑。
在上述優(yōu)選的過程控制中反應(yīng)介質(zhì)離開反應(yīng)器所通過的上端蓋可以由碳鋼形成。
為了確保維修或更換時進(jìn)入熱板單元，同樣地必須可以移動上端蓋。當(dāng)不存在法蘭連接時，可以將上端蓋移除并在單元裝配后再將其焊接上。
可以將從熱板中排出的蒸汽聚集到不同的蒸汽軌道(streamrail)中。
該反應(yīng)器可選地連接到兩個蒸汽軌道上，其中一個蒸汽軌道具有較高壓力并且用于將反應(yīng)器加熱到操作溫度。
僅在一個蒸汽軌道上操作是有利的。
該反應(yīng)器可優(yōu)選地利用冷卻介質(zhì)—水—的自然循環(huán)操作，并且供給水和蒸汽的比率通常為3-12，優(yōu)選為5-10。
可以在強制循環(huán)下操作，在這種情況下，可能出現(xiàn)冷卻的更寬范圍的負(fù)荷變化。為此，例如通過泵使供給水在比冷卻系統(tǒng)中的壓力高的壓力下供給。
在分配裝置中，供給水循環(huán)速度可以設(shè)定為0.5-3.0m/s，或1.0-2.0m/s，并且水循環(huán)次數(shù)為3-12。在收集裝置中兩相流(蒸汽/水)的流速可以是0.5-15m/s，或者是2.0-6.0m/s。
特別優(yōu)選地，由相同熱載體網(wǎng)絡(luò)實施熱板單元的加熱以啟動反應(yīng)器，在反應(yīng)操作過程中，熱量通過至少部分蒸發(fā)的熱載體介質(zhì)帶入該熱載體網(wǎng)絡(luò)。
調(diào)節(jié)冷卻系統(tǒng)中的蒸汽壓力可準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)冷卻溫度。實驗已表明，在冷卻劑中熱板可在高達(dá)約80巴的壓力下操作。根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器能夠在高達(dá)80巴的壓力下直接產(chǎn)生蒸汽。
根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器可在工業(yè)規(guī)模上實施部分氧化。
與大量的通常為五位數(shù)的催化劑管的裝載相比，催化劑的供應(yīng)以及在熱板之間的兩位或三位數(shù)的間隙中裝載催化劑可顯著降低成本和不方便性。
該單元構(gòu)造允許反應(yīng)器靈活地適應(yīng)所需的生產(chǎn)量。與受殼體和熱板單元的相對幾何形狀限制的最大可能數(shù)量相比，可以安裝和操作較小數(shù)量的熱板單元。當(dāng)需要時也可以將單獨的單元與過程氣體流隔離并且需要在相同外部條件下降低生產(chǎn)量操作反應(yīng)時也是可能的。
可以單個部件輸送反應(yīng)器并且在使用地點裝配該反應(yīng)器。


在下文中將參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明。
具體地圖1示出根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)器的優(yōu)選實施例的縱向截面，圖1A示出C-C橫截面，圖1B至1F還示出熱板單元的另外優(yōu)選布置的橫截面；圖2示出橫切熱板的熱板單元的詳細(xì)示意圖，圖2A和2B分別示出沿A-A和B-B平面的縱向截面示意圖；圖3示出在保持底座和穩(wěn)定性框架之間的密封件的兩種可能實施例；圖4示出在矩形穩(wěn)定性框架中具有鉆孔的詳細(xì)示意圖；圖5A、5B和5D至5I示出在熱板單元的外部具有附加引導(dǎo)和導(dǎo)向元件的詳細(xì)示意圖；以及圖6示出用于將熱板單元固定到矩形穩(wěn)定性框架中的張緊裝置的詳細(xì)示意圖。
具體實施例方式
圖1中的通過優(yōu)選實施例的縱向截面示意圖示出了具有熱板單元1的反應(yīng)器，這些熱板單元由基本為圓柱形的殼體4包圍。熱板單元1和基本為圓柱形的殼體4之間的中間空間6在熱板單元1的下端區(qū)域通過一保持底座7氣密性地密封，并且在熱板單元1的上端區(qū)域通過一板狀金屬蓋8氣密性地密封，在圖中所示的優(yōu)選實施例中該板狀金屬蓋8具有孔9。
在熱板單元1的下端設(shè)有用于熱載體通常為供給水的分配裝置11，在熱板單元1的上端區(qū)域設(shè)有用于熱載體的收集裝置12，熱載體通常以蒸汽或水/汽混合物的形式存在于該上端區(qū)域。該基本為圓柱形的殼體4具有用于熱膨脹的補償器13。
在圖1所示的優(yōu)選實施例中，流體反應(yīng)介質(zhì)經(jīng)由下端蓋15供給并經(jīng)由上端蓋16移出。在下端蓋15的區(qū)域中，以及在上端蓋16的區(qū)域中，分別設(shè)有均具有兩個檢查孔17的附加圓柱形部。在基本為圓柱形的殼體4中設(shè)有用于卸空來自熱板單元1和基本為圓柱形的殼體4之間的中間空間6的惰性物質(zhì)的接頭18，以及用于向中間空間6中供給氮的接頭19。催化劑由催化劑格柵24保持，催化劑格柵24構(gòu)造成如邊緣間隙篩。
圖1A中沿平面C-C的橫截面示意圖示出七個熱板單元1的優(yōu)選布置，在熱板單元1和殼體4之間為中間空間6，該中間空間6中優(yōu)選地裝滿惰性物質(zhì)。
圖1B示出設(shè)置在殼體4中具有正方形橫截面的單個熱板單元的橫截面示意圖。
圖1C示出設(shè)置在殼體4中具有正方形橫截面的四個熱板單元1的實施例。
圖1D示出具有矩形橫截面并且邊長比分別為1∶1.2的七個熱板單元的圖1E示出具有矩形橫截面并且邊長比分別為1∶1.1的十一個熱板單元的實施例。
圖1F示出分別具有矩形橫截面并且邊長比分別為1∶1.1的十個熱板單元1的實施例。
圖2示出具有熱板2和在熱板之間用于容納多相顆粒催化劑的間隙3的熱板單元1的截面。該圖示出了在金屬板之間形成單個熱板2的焊接點，以及熱板2在側(cè)面邊界20內(nèi)的側(cè)面邊緣處的固定。該熱板單元插入到矩形穩(wěn)定性框架5中。
圖2A中沿平面A-A的截面示意圖示出了密封單個熱板的側(cè)邊滾壓焊縫22，以及熱板單元1的熱板2和矩形穩(wěn)定性框架5的壁之間的密封帶23。該圖還示出了焊接點在熱板2上的優(yōu)選布置。
示于圖2B中的截面B-B位于通過充滿顆粒催化劑的間隙3的平面內(nèi)。在熱板單元1的側(cè)面邊界20和矩形穩(wěn)定性框架5的壁之間設(shè)置有密封帶23。
圖3示出用于相對于保持底座密封熱板單元的兩種不同變型。圖中左側(cè)示出保持底座7和熱板單元的側(cè)面邊界20之間的密封件25，并且該連接通過螺栓26固定。局部還示出了用作催化劑格柵的邊緣間隙篩24的截面，以及熱板單元的側(cè)面邊界20和矩形穩(wěn)定性框架5之間的密封帶23。
圖3中的右側(cè)示出保持底座7和熱板單元之間的密封的另一種變型，具體地通過兩個焊接唇27密封，一個焊接唇焊接到保持底座7上，第二個焊接唇焊接到熱板單元的側(cè)面邊界20上。兩個焊接唇由此通過焊縫連接在一起。
圖4示出在矩形穩(wěn)定性框架5上具有鉆孔28的實施例，該鉆孔允許用于施加壓力的氣體從熱板單元和殼體之間的中間空間流入熱板單元1和矩形穩(wěn)定性框架5之間的空間。
圖5A示出設(shè)置在熱板單元1的側(cè)面邊界20的外部用于相對于矩形穩(wěn)定性框架5引導(dǎo)和導(dǎo)向的角支架29的詳細(xì)示意圖。
除了角支架29外，圖5B中的詳細(xì)示意圖還示出了在熱板單元1的側(cè)邊上的用作引導(dǎo)和導(dǎo)向元件的錐狀金屬板帶30。
此外，圖5B示出熱板單元1中最外側(cè)的熱板2的一種可能的實施例，具體地?zé)岚鍐卧?的最外側(cè)的熱板2的外側(cè)金屬板較厚并由此比形成熱板2的其它金屬板更穩(wěn)定。
圖5D到5I示出用于將熱板2固定到側(cè)面邊界20上的不同變型的示意圖在圖5D的實施例中，熱板2被焊接上；在圖5E中，設(shè)置兩個焊接到側(cè)面邊界20上的角結(jié)構(gòu)以固定熱板；在圖5F的實施例中為方形管；在圖5G的實施例中為半管；在圖5H的實施例中為U形構(gòu)造，以及在圖5I中為有角度的構(gòu)造。
圖6示出用于在熱板單元和矩形穩(wěn)定性框架5之間張緊的張緊裝置32的示意圖。
權(quán)利要求
1.一種用于在多相顆粒催化劑作用下使流體反應(yīng)混合物部分氧化的反應(yīng)器，該反應(yīng)器包括-一個或多個立方形熱板單元(1)，每個熱板單元由兩個或更多個彼此平行布置的矩形熱板(2)構(gòu)成，并在矩形熱板之間總是留有可裝載多相顆粒催化劑并且由流體反應(yīng)混合物流過的間隙(3)，反應(yīng)熱被流過該熱板(2)的熱載體吸收，從而使該熱載體至少部分蒸發(fā)，-基本為圓柱形的殼體(4，15，16)，該殼體釋放在所述熱板單元(1)上的壓力、完全包圍所述熱板單元并且包括一圓柱形套殼(4)和在兩端將該套殼密封的蓋(15，16)，該殼體的縱向軸線平行于所述熱板(2)的平面，以及-一個或多個密封元件(7，23)，該密封元件設(shè)置成使流體反應(yīng)混合物除了流過所述蓋(15，16)限定的反應(yīng)器內(nèi)部空間外還僅流過所述間隙(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述反應(yīng)器具有兩個或更多個分別具有相同尺寸的立方形熱板單元(1)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述反應(yīng)器包括4個、7個、10個或14個熱板單元(1)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述熱板(2)分別由兩個矩形金屬板構(gòu)成，所述金屬板在縱向邊和端部邊通過滾壓接縫焊接連接，并且所述金屬板的向外突出超過滾壓焊縫的邊緣在所述滾壓焊縫的外邊緣處或在所述滾壓焊縫本身中分開。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述熱板單元(1)均設(shè)置在壓力穩(wěn)定的矩形穩(wěn)定性框架(5)中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的反應(yīng)器，其特征在于，相鄰的熱板單元(1)的矩形穩(wěn)定性框架(5)焊接并密封在一起。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的反應(yīng)器，其特征在于，所設(shè)置的密封元件是在所述熱板單元(1)的下端密封所述熱板單元(1)和所述基本為圓柱形的殼體(4)之間的中間空間(6)的一保持底座(7)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的反應(yīng)器，其特征在于，一金屬板蓋(8)在所述熱板單元(1)的上端密封所述熱板單元(1)和所述基本為圓柱形的殼體(4)之間的中間空間(6)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述金屬板蓋(8)具有孔(9)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述殼體(4)的所述熱板單元(1)之間的中間空間(6)充滿惰性物質(zhì)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述惰性物質(zhì)是膨脹珍珠巖和/或膨脹蛭石。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的反應(yīng)器，其特征在于，使用氣體向所述熱板單元(1)和所述基本為圓柱形的殼體(4)之間的中間空間(6)施加壓力。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的反應(yīng)器，其特征在于，所施加的壓力基本恒定。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的反應(yīng)器，其特征在于，通過調(diào)節(jié)壓力地輸入和輸出氮來實現(xiàn)所施加的壓力基本恒定。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的反應(yīng)器，其特征在于，通過連續(xù)地供給經(jīng)過中間空間(6)的過程惰性或過程本身固有的氣體—特別是氮或循環(huán)氣體一來施加壓力。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述用于施加壓力的氣體在所述流體反應(yīng)混合物從所述熱板單元(1)流出的出口處與流體反應(yīng)混合物匯合。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至16中任一項所述的反應(yīng)器，其特征在于，在所述保持底座(7)中或所述保持底座(7)上設(shè)有用于徑向膨脹的補償器(10)。
18.根據(jù)權(quán)利要求1至17中任一項所述的反應(yīng)器，其特征在于，在所述金屬板蓋(8)中或金屬板蓋(8)上設(shè)有用于軸向和/或徑向膨脹的補償器(10)。
19.根據(jù)權(quán)利要求1至18中任一項所述的反應(yīng)器，其特征在于，每個熱板單元采用用于所述熱載體的一個或多個分配裝置(11)和一個或多個收集裝置(12)。
20.根據(jù)權(quán)利要求1至19中任一項所述的反應(yīng)器，其特征在于，每個熱板單元采用用于所述熱載體的一個分配裝置(11)和兩個收集裝置(12)。
21.根據(jù)權(quán)利要求1至20中任一項所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述用于所述熱載體的分配裝置和收集裝置具有相同的標(biāo)稱寬度。
22.根據(jù)權(quán)利要求1至20中任一項所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述用于所述熱載體的分配裝置(11)和收集裝置(12)焊接到一帶槽基部上。
23.根據(jù)權(quán)利要求1至20中任一項所述的反應(yīng)器，其特征在于，設(shè)有用于流過所述熱板(2)的熱載體的分配裝置(11)和收集裝置(12)，該分配裝置和收集裝置都具有用于調(diào)節(jié)所述熱板單元(1)相對于所述周圍基本為圓柱形的殼體(4)的熱膨脹的補償裝置。
24.根據(jù)權(quán)利要求1至19中任一項所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述熱板單元(1)相對于所述周圍基本為圓柱形的殼體(4)的熱膨脹通過用于流過所述熱板(2)的熱載體的分配裝置(11)和收集裝置(12)的布管的適當(dāng)彎曲幾何設(shè)計來調(diào)節(jié)。
25.根據(jù)權(quán)利要求1至23中任一項所述的反應(yīng)器，其特征在于，每個熱板單元采用兩個催化劑保持格柵。
26.根據(jù)權(quán)利要求1至24中任一項所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述催化劑保持格柵可通過所述反應(yīng)器中存在的檢查孔而引入到所述反應(yīng)器的套殼內(nèi)。
27.根據(jù)權(quán)利要求1至25中任一項所述的反應(yīng)器，其特征在于，在所述基本為圓柱形的殼體(4，15，16)的圓柱形套殼(4)中設(shè)有一個或多個用于優(yōu)選地調(diào)節(jié)軸向熱膨脹的補償器(13)。
28.根據(jù)權(quán)利要求1至26中任一項所述的反應(yīng)器對流體反應(yīng)混合物進(jìn)行部分氧化的應(yīng)用，其中，反應(yīng)熱由流過所述熱板(2)的熱載體帶走，該熱載體由此至少部分蒸發(fā)。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的應(yīng)用，其特征在于，用于啟動所述反應(yīng)器的熱板單元(1)由同一熱載體網(wǎng)絡(luò)加熱，在反應(yīng)操作過程中熱量通過至少部分蒸發(fā)的熱載體介質(zhì)帶入到該熱載體網(wǎng)絡(luò)中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在多相顆粒催化劑作用下使流體反應(yīng)混合物部分氧化的反應(yīng)器。所述反應(yīng)器包括一個或多個立方形熱板單元(1)，每個熱板單元由兩個或更多個彼此平行布置以形成間隙(3)的矩形熱板(2)構(gòu)成，該間隙(3)可裝滿多相顆粒催化劑并且可使流體反應(yīng)混合物流過，反應(yīng)熱被流過傳熱板(2)的熱載體吸收，從而使該熱載體至少部分蒸發(fā)。所述反應(yīng)器還包括基本為圓柱形的殼體(4，15，16)，該殼體釋放在所述熱板單元(1)上的壓力，完全包圍所述熱板單元并且包括一圓柱形套殼(4)和在兩端將其密封的蓋(15，16)，該殼體的縱向軸線平行于所述熱板(2)的平面。最后，所述反應(yīng)器還包括一個或多個密封元件(7，23)，該密封元件設(shè)置成使流體反應(yīng)混合物除了流過所述蓋(15，16)限定的反應(yīng)器內(nèi)部空間外還僅流過所述間隙(3)。
文檔編號B01J19/24GK1826173SQ200480021359
公開日2006年8月30日 申請日期2004年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月24日
發(fā)明者G·奧爾貝特, C·黑希勒 申請人:巴斯福股份公司