[发明专利]具有射流冲击热传递的管状反应器

说明书

技术领域

本发明涉及用于由反应物混合物生产产物混合物的方法和管 状反应器。更具体地说，本发明涉及改进管状反应器中的热传递。

背景技术

含有具有催化剂的包装的反应器已经有所描述，例如，在蒸汽 甲烷转化中使用的管状反应器。包装可以是诸如催化剂微粒的随机 包装或者所谓的结构化包装。与随机包装相比，结构化包装可产生 更低的压降，不容易液化，并且不易于沉积或粉碎。由于管状反应 器常常从外部加热或冷却，这种反应器的另一个重要特征涉及外部 热源/水槽与反应器内的处理液之间的热传递。

管状反应器可含有随机包装或者结构化包装，其中包装包括用 于期望反应的催化剂。与随机包装相比，结构化包装已经被相信具 有更低的压降。

人们已经认识到管状反应器中的热传递很重要。有关改进管状 反应器中的热传递的努力已经有所描述。

Davidson在美国专利No.4340501中描述了反应器容器中的结 构，其中流体间歇性但可控制地与容器壁接触。结果，Davidson 声称这能够得到具有微粒床的热传递特性的蜂窝结构的平滑流动 特性。

在Davidson的发明中，用于使流体与容器壁接触的工艺的特 征在于，使流体交替流经(a)容器内的结构和(b)所述结构与容 器壁之间的空隙。Davidson还描述了用于进行该工艺的设备，包括 容器和容器内部的结构。

Repasky等人的美国专利公开文献No.2007/0297956公开了用 于增加具有结构化包装的管状反应器中的热传递的方法和由该方 法所制备的反应器。该方法是在构造过程中使结构向着管状反应器 的壁膨胀，从而减小壁与包装之间的间隙。流体被挤压在包装和管 壁之间。减小的间隙增加了流体的速度，从而增加了热传递。

这种方法和热传递依赖于结构与管壁之间的间隙的任何方法 所具有的问题在于，在高温高压下的延伸操作之后，管会经历时间 依赖性塑性变形，通常称为“塑性变形(creep)”，导致管直径增加 以及管壁与结构化包装之间的间隙相应增加。由于热传递的机制依 赖于该间隙中流体的速度，当间隙变大时速度降低，当管塑性变形 时热传递降低。当热传递降低时反应器性能降低。

期望在管状反应器的整个寿命期内，尤其是在管发生塑性变形 时都要保持管状反应器中的热传递效率。本发明解决了在管状反应 器中由管的塑性变形导致的热传递降低的问题。

发明内容

本发明涉及用于在管状反应器中生产产物混合物的方法。管状 反应器包括具有管壁的管，和位于管内的插入物。管状反应器具有 管状反应器入口和位于管状反应器入口下游的管状反应器出口。插 入物包括催化剂，并且插入物具有用于形成流体射流的多个孔。所 述多个孔的特征由水力直径d和与管壁的间隔h来描述，其中，对 于多个孔来说，h/d的范围为从0.5到10或者从1到10。间隔h 的范围可以从0.5mm到10mm。所述方法包括：

(a)将包括一种或多种反应物的反应物混合物在第一压力p₁以 入口表观轴向速度v_s引入到管状反应器入口中；

(b)使来自反应物混合物的一种或多种反应物与插入物的第一 部分上的催化剂接触，以使一种或多种反应物在对形成包括一种或 多种反应物和一种或多种产物的第一中间体混合物有效的反应条件 下进行反应；

(c)利用第一中间体混合物的至少一部分形成多个第一流体射 流；

(d)使多个第一流体射流冲击在管壁上，从而在管与来自多个 第一流体射流的第一中间体混合物之间传递热量；

(e)使来自多个第一流体射流的第一中间体混合物的至少一部 分远离管壁转向，从而形成包括一种或多种反应物和一种或多种产 物的回流；

(f)使来自回流的一种或多种反应物与插入物的第二部分上的 催化剂接触，以使一种或多种反应物在对形成包括一种或多种反应 物和一种或多种产物的第二中间体混合物有效的反应条件下进行反 应；

(g)利用第二中间体混合物的至少一部分形成多个第二流体射 流，第二多种流体射流位于多个第一流体射流下游；

(h)使多个第二流体射流冲击在管壁上，从而在管与第二中间 体混合物之间传递热量；

(i)使来自多个第二流体射流的第二中间体混合物的至少一部 分远离管壁转向；和