專利名稱：改進(jìn)放熱多分子合成反應(yīng)器特別是合成氨反應(yīng)器效率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一個增加反應(yīng)器的效率并使之現(xiàn)代化的系統(tǒng)，所述反應(yīng)器用于進(jìn)行放熱多分子合成反應(yīng)更具體地說是合成氨、甲醇等的反應(yīng)器。該系統(tǒng)一般包括耐壓外殼、與殼體形成空隙的間隔層、限定催化填充物的間隔層、催化劑籃、合成氣體流動的導(dǎo)管和控制氣體流動的管子。
用于多分子合成更具體地說是氨的合成的反應(yīng)器一般包括耐壓殼體、形成空隙的間隔層、以及帶有催化填充物的濾筒。
在一些情況下(見凱洛格軸流和低高度/直徑H/D比反應(yīng)器)，其外側(cè)與殼體形成空隙的間隔層的內(nèi)表面也起限定填充物的間隔層的作用。
在其它情況下(例如湯普索(Topsoe)反應(yīng)器)，形成空隙的間隔層與形成填充物層的濾筒的壁是分開的，并且性質(zhì)不同。在這種情況下濾筒一般是單層、單片，也就是說不可分離的單一的填充物。
在現(xiàn)在更多的實(shí)例中(阿摩尼亞·卡塞爾系統(tǒng))，形成空隙的外部間隔層與形成填充物層的濾筒的間隔層是不可分開的，并被制成可分離的組合式部件，每一部件都包括至少一層催化劑填充物。
現(xiàn)在他們的研究仍在繼續(xù)，但申請人意外地注意，通過簡單而經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)改變，這些反應(yīng)器及其他反應(yīng)器的使用效率都可以有顯著的提高。
實(shí)際上，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了改進(jìn)除了常規(guī)的“瓶頸”型凱洛格反應(yīng)器以外的幾乎所有現(xiàn)有反應(yīng)器的最佳解決辦法。該方法包括a)與殼體形成空隙的一片間隔層；b)形成填充層的間隔層與形成空隙的間隔層完全分離并不與之連接，而是包含分離的組件，每一個組件都至少限制一個催化劑填充物層，并放置在下面的組件上，它們是由限定催化劑的間隔層和分配氣體的間隔層形成的；c)部分催化劑與部分形成空隙的間隔層相接觸；d)至少有部分的獨(dú)立組件都限定了至少一層催化填充物，它們最好借助內(nèi)部氣體分配收集器的延伸部分，放置在下面的組件之上。
在本發(fā)明的一個最佳實(shí)施方案中，頂部的催化填物層有一部分與空隙形成間隔層的較小區(qū)域相接觸，合成物氣體沿軸向穿過所述部分。不與空隙接觸的催化劑的主要部分由徑向向外流動的合成氣體穿過。至少底層的填充物有一小部分催化劑不再與空隙形成間隙層接觸，而是與部分不打孔的中心間隔層接觸，該中心間隔層可以是(例如)部分中心氣體導(dǎo)管，不與所述部分間隔層相接觸的催化劑的主要部分由徑向向內(nèi)流動的氣體穿過。
根據(jù)本發(fā)明特別先進(jìn)的特點(diǎn)，控制氣體流入前述鄰近催化劑區(qū)域的下端與形成空隙的間隔層接觸的空隙區(qū)域。
本發(fā)明的各種形式和優(yōu)點(diǎn)將在后面的最佳的反應(yīng)器實(shí)施方案的描述中更好地說明(通過改進(jìn)一個特定類型的反應(yīng)器來達(dá)到)。
為了使說明能夠通俗易懂，提供了一個可以改進(jìn)的非常普通的反應(yīng)器，

圖1表示一個典型的湯普索(100系列)反應(yīng)器的縱向截面圖，它包括外殼M、帶有空隙形成間隔層PI和蓋CI的內(nèi)封閉殼I、以及帶有催化填充物的濾筒C，它從外到內(nèi)具有一個固體間隔層PP和兩個打孔的間隔層或同軸網(wǎng)Fe和Fi，以限定被分成上部L1和下部L2的催化劑填充物L(fēng)C，并包括分離填充物的隔板盤D3。合成氣體GS通過導(dǎo)管5，沿著空隙7流入熱交換器8，然后沿中心管9向上流動并沿徑向通過填充物L(fēng)1和L2，隨后在環(huán)形的內(nèi)部空間10中匯集，并在離開反應(yīng)器之前先經(jīng)過熱交換器8的內(nèi)部管道?？刂茪怏wGQ從管6進(jìn)入，直接從內(nèi)殼I的蓋II流過，并與通過填充物1的反應(yīng)完了的合成氣體相混合。
這些反應(yīng)器的轉(zhuǎn)換效率相當(dāng)?shù)牡?，并且有能量消耗很高的缺點(diǎn)。
本發(fā)明的目的在于在現(xiàn)場改進(jìn)任何類型的普通反應(yīng)器(不包括帶有“瓶頸”外殼的反應(yīng)器)，把它們改造成更好的軸徑式反應(yīng)器的工作非常簡單、容易，只需控制產(chǎn)生軸向流動區(qū)域的末端。
本發(fā)明的另一個目的是在現(xiàn)場改進(jìn)這些反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)，并在減少能量消耗的同時，顯著地增加其效率。
如圖1所示的普通反應(yīng)器可以移走內(nèi)部殼體(如“ABCD”)，同時保留外殼不變，也可以保留與所述殼體形成空隙的間隔層，從而得到改進(jìn)。
圖2表示使用根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)制成的最佳反應(yīng)器，其中外殼M和帶有單層間隔層PI和蓋CI的內(nèi)部封閉殼體I被保留。根據(jù)本發(fā)明，形成催化填充層C1，C2…Cn(在本例中，n＝3)的間隔層PM-FL由組件構(gòu)成，其特征在于每個組件都由限定催化劑C并分配通過它的合成氣體GS的間隔層L形成，各組件對于其上面的組件來說，也起支撐的作用。如圖2所示，上部組件MO1的間隔層PMFL1上有一個附加物或伸出部分20，它在A1處得到支撐，也就是說在組件MO2的間隔層PMFL2的伸出部分21處得到支撐。組件MO2也同樣放置在組件MO3上、在A2處得到支撐。
根據(jù)本發(fā)明更顯著的方面，分別在組件MO1和MO2的催化劑C1和C2的部分高度1Hi，2Hi上與空隙形成間隔層PI相接觸。在高度1Hi，2Hi等的那部分催化劑上，合成氣體沿軸向流動(氣體從底部流入，通過熱交換器SC再向下流入催化形填充層)，而在主要部分的催化劑1H′i—1Hi，2H′i—2Hi中，氣體沿徑向向外流出，并在環(huán)形區(qū)30處匯集，然后它流過下面的組件MO2的催化物C2，在那里，它將再次軸向流過高度2Hi部分，并沿徑向流出主要部分2H′i—2Hi。
較好的方法是根據(jù)本申請人最近的瑞士專利申請的技術(shù)要求，控制氣體GQ通過管10和環(huán)形分配器D1、D2流入?yún)^(qū)域31、31，它們分別直接置于高度1Hi和2Hi的催化物部分的端部。
本專利申請的說明認(rèn)為把它們結(jié)合在這里可以更好地表示此控制系統(tǒng)的形象和優(yōu)點(diǎn)。
在圖2中，已表示出組件MO1和MO2中的兩塊填充物C1和C2“外部凸出部分”分別在高度1Hi、2Hi的催化劑部分與空隙形成間隔層PI相接觸。很顯然，具有外部凸出部分的組件的數(shù)量可以不是2，最好要大于2。在圖2中，氣體向內(nèi)流過安裝在第三個組件MO3中的催化物填充層C3。在填充物的頂部的3Hi高度上，氣體軸向流過，并由中心導(dǎo)氣管T限制在這里面，而在3H′i—3Hi的高度上的催化劑C3的主要部分由氣體徑向地流過，并在環(huán)形區(qū)域32中匯集。催化物填充層的高度1H′i、2H′i，3H′i等等最好是朝著較低的籃的方向依次增加?！熬哂袃?nèi)部凹入部分”的MO3不能接受任何控制氣體。涉及這些方面的更詳細(xì)的內(nèi)容也可以參考已公開的歐洲專利申請第202454號以及美國專利和第4372920號和4405562號(使用本發(fā)明者的名字)。
根據(jù)圖3所表示的本發(fā)明的最佳實(shí)施方案，第一級組件MO1借助內(nèi)部氣體收集器的伸出部分20放置在下面的組件上，它放置在下面組件MO2的內(nèi)部氣體收集器的伸出部分21的A1處。
根據(jù)圖4所表示的本發(fā)明的另一個實(shí)施方案，組件MO1和MO2都放置在下面的組件的支撐點(diǎn)A1(和A2)上，支撐點(diǎn)由內(nèi)部氣體收集器的伸出部分形成。此外，全部3個填充物都是“具有外部凸出部分”的，并且第三塊填充物的3Hi的部分也是由空隙形成間隔層PI的一部分所限定的，氣體沿軸向流過那里。
權(quán)利要求
1.一種放熱多分子合成反應(yīng)器，包括一個殼體；一個上部封閉的空隙形成壁，它在上述反應(yīng)器的全部軸向長度上基本上為一個整體；多個重疊放置的、用于容納多個催化劑填充層的組件式催化劑籃；上述的催化劑籃不同于上述的空壁形成壁并與之分離，每個催化劑籃都有至少一個伸出部分，使之能放置在另一個催化劑籃的頂部，其特征在于至少一個催化劑籃中的部分催化劑與上述的空隙形成壁接觸，并且至少部分催化劑與上述的空隙形成壁有一定間隔。
2.如權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于一個未打孔的壁位于上述反應(yīng)器內(nèi)的中心部分上。
3.如權(quán)利要求3所述的反應(yīng)器，其特征在于至少一個催化劑籃中的部分催化劑與上述的未打孔中心壁的一部分相接觸。
全文摘要
使氨、甲醇等放熱多分子合成的反應(yīng)器現(xiàn)代化的系統(tǒng)，包括耐壓殼體，形成空隙的間隔層，限定催化填充物的間隔層或?yàn)V筒，以及容納催化劑的籃。其中，a)基本上在整個反應(yīng)器的軸向長度上與殼體形成空隙的單層間隔層；b)形成填充物層的間隔層與空隙形成間隔層性質(zhì)完全不同，它完全不與形成空隙的間隔層相連，而是含有一些獨(dú)立的組件；催化劑部分與空隙形成間隔層的截面的接觸。
文檔編號B01J8/04GK1122259SQ9311956
公開日1996年5月15日 申請日期1993年10月25日 優(yōu)先權(quán)日1993年10月25日
發(fā)明者阿姆布托·乍迪, 吉?dú)W吉阿·帕格尼 申請人:阿莫尼·卡薩爾公司, 阿姆布托·乍迪