[发明专利]等温反应器

说明书

技术领域

本发明在其最通常的方面涉及这样一种类型的化学反应器，该反应器包括通过分别的底部在相对的端处封闭的基本上圆筒形的外壳(或压力导管)，其中，所述外壳内的反应区域中设置有至少一个催化床(或篮)以及一个嵌于所述催化床内的热交换单元。

这样的反应器专门用于在基本上等温的条件下实现散热或吸热化学反应，所述等温条件即这样的条件：反应温度被控制在一个预先设定的值附近的相当有限的数值范围内。

在下述的说明书部分和随后的权利要求中，上述类型的反应器用以下术语表示：伪等温反应器，或更简短的：等温反应器。

更具体地，本发明涉及一种上述类型的等温反应器，其中，所述热交换单元由多个平板状、基本上盒式的热交换器组成，其内限定有一个腔室供热交换工作流体通过。

本发明还涉及一种用于上述类型的等温反应器中的热交换单元。

背景技术

上述类型的等温反应器在本领域内是公知的。在这样的反应器中，流经各热交换单元的工作流体从反应环境(如催化床)中吸收或向其散发热量，其可以促进预设的化学反应活动，包括散热和吸热活动，从而使该反应转向完成的方向。

因此，为了改善反应效率，尽可能地优化上述热交换器以及催化床内流动的工作流体之间的热交换是比较重要的，其中，所述交换器嵌于所述催化床内，热反应就在该催化床内发生。

在现有技术中，通常通过将液体流经的热交换器内部以及催化床内部的热交换系数最大化来实现上述的工作流体之间热交换的最优化。

尽管如此，用这样的方式改善反应效率后，我们注意到，催化床内产生了不容忽视的温度梯度，尤其是在后者(也可以是反应气体)保持相对较小的热交换系数的情况下。

具体地，该催化床任意一点处的温度在热交换器的第一温度值与第二温度值之间变化，第一温度值即交换器自身外壁处的温度值，且第二温度值为催化床距离热交换器最远位置处的温度值。

在下述说明书和所附的权利要求中，所述第二温度值将用术语“极限温度”T₁表示。

如果在反应器内发生的反应是放热反应，所述极限温度T₁对应一个最大预定温度值T_max，高于该最大预定温度值的情况将不适于该反应的发生，由于反应已达到平衡和/或发生副反应从而导致产量降低，且因此使得催化效率降低。

如果在反应器内发生的反应是吸热反应，所述极限温度T1对应一温度值，低于该温度值时该反应不会发生。

温度分布的不均匀性导致该催化床的内部偏离伪等温的理想状态，同时伴随反应器本身总效率变差。

发明内容

因此，本发明的技术问题是提供一种上述类型的热反应器，即使所述催化床或所述反应气体和所述反应气体的生成物处于低传导率的状态下，该热反应器也能够获得交换器和催化床之间热交换的最优效率，由此克服上述现有技术中存在的缺陷。

能够解决这些技术问题的热反应器包括一个基本上圆筒形的外壳、至少一个催化床以及一个热交换单元；该催化床支撑于所述外壳内以供反应气体通过；该热交换单元包括多个热交换器，其特征在于，所述催化床中临近的热交换器之间的至少一个反应区域内具有缓冲装置，用于使流经所述催化床的所述反应气体流向所述临近热交换器偏移。

优选地，上述缓冲装置包含多个具有平板状、基本上矩形的筋条。

优选地，上述筋条在其长边处通过所述交换器支撑，并且沿所述交换器基本上向上延伸到临近的热交换器之间的中心线区域。

在本发明一个具体优选的实施方案中，每一交换器的相对的两壁上均支撑有多个彼此间隔预设距离的筋条，并且，在临近热交换器限定的每一反应区域中，一个热交换器的筋条与另一个临近交换器的筋条交替设置，由此形成一个沿该催化床的所述反应区域的近似的z字型交叉路径，该Z字型交叉路径用于使所述反应气体向所述临近的热交换器流动。

在本发明的另一个优选实施方案中，这些筋条或这些筋条中的一些设置在由临近的热交换器限定的反应区域内，位于中心线区域处。

采用本发明的缓冲装置迫使在中央临近热交换器之间的反应区域(即，所述反应区域的距离所述临近的交换器较远的部分)的反应气体向所述反应区域的外围(即，所述反应区域的靠近所述临近的交换器的部分)流动，反之亦然，最好是沿该近似z字型路径向上流动直至可选择地接触所述交换器。