[发明专利]具有板式热交换器的等温化学反应器

说明书

技术领域

本发明涉及装备有内部板式热交换器的等温化学反应器领域。

本发明适于例如用于放热或者吸热多相反应的等温或者拟等温化学反应器，其中内部热交换器浸入催化层内，或者，本发明适于在操作时内部热交换器被浸没在流体中的反应器。

背景技术

等温或者拟等温化学反应器是装备有内部热交换器的反应器，通过向反应物提供热量或者从反应物去除热量，该内部热交换器用于将反应温度保持在最优效率范围内。等温反应器广泛用于例如甲醇合成厂中，其中反应器包括内部冷却热交换器，以去除由放热的甲醇合成反应所产生的热量。

装备有板式热交换器的等温反应器已知可提供多个优点。在下文的描述中，术语“板式反应器”用于指至少装备有内部板式热交换器的等温(或者拟等温)化学反应器。例如在EP-A-1284813中公开了一种板式反应器。

被称为“板”的热交换部件为盒形的扁平体形式，包括两个大致为矩形的至少沿着周缘相互连接的壁，以限定内腔或者通道，热交换流体(例如水或者蒸汽)在该内腔或者通道中循环。所述板通过已知装置被支撑在反应器内，且连接至用于馈入和收集热交换流体的适当装置。在现有技术中已知有不同构建的板，包括所谓的“膨胀”板，该“膨胀”板由通过周缘焊缝和其它焊接点结合的两个扁平金属片形成，且受到高液压膨胀以在这两个片之间获得内腔。

板式反应器因其与总尺寸相比具有大有效热交换表面、低成本和容易在反应器内部安装而受人欢迎。

内部板式热交换器通常被形成为大致环形的单元，辐板朝向反应器的轴线汇聚。在具有内部的、轴向流或者轴向-径向流热交换器的立式反应器的已知布局中，热交换器的板被布置成长边平行于反应器的纵轴线，并且径向短边朝向同一轴线汇聚；圆柱形管被固定至每个板的底部和顶部短边，以馈入和收集热交换流体。

更通常而言，用于馈入和收集如上限定的环形热交换器的热交换流体的装置通常包括与板的短边、径向边对齐的径向管道或者导管。因此，用于热交换流体的所述圆柱形管具有发散端以及汇聚端，发散端即位于热交换器自身的环形结构的外径上的外端，汇聚端即位于热交换器的环形结构的内径上的、在化学反应器的轴线附近的相对端。

板之间的间距取决于各个设计参数，但是，通常板较靠拢，以增大热交换表面与交换器的总容积之间的比例。因此，所述径向管道的汇聚端可能彼此干扰，或者不管怎样收缩端之间的空隙可变得太小，导致一些实践中的缺点，例如妨碍卸下或者再装入催化剂。

为解决该问题，现有技术公开了如在图5和图6中示出的解决方案。

参考图6，环形板式热交换器的板100具有被固定至其短边的流体收集器101。收集器101的内端在区域112内汇聚，靠近反应器的中心轴线。如图所示，为避免收集器101在所述区域112内相互干扰，板100被布置在两个水平面上，使得收集器101交替位于上一平面和下一平面。在特别情况下，可使用多于两个水平面。然而，该解决方案具有更复杂且昂贵的结构的缺点。

参考图7，示出另一现有技术的解决方案，其中板100具有斜切部(或者斜面)113，以保持收集器101的汇聚端与反应器的轴线存在距离(即位于更大的直径上)，且因此避免干扰。然而，该解决方案并非总是令人满意：板更难以实现，且内部的流体流受斜切部113干扰；此外，必须在板内允许横向流动，以均衡出口流量且补偿所述斜切部113的存在。

有时图6和图7所示的解决方案结合使用，然而导致甚至更复杂和昂贵的热交换器。

尤其在用于强等温反应的反应器中感受到上述问题，其中热交换流体是至少部分变成蒸汽的液体，且收集器需要更大的横截面。这种情况例如存在于从化学反应中取走的热量被用于产生蒸汽的反应器中，且难以避免大的蒸汽收集器的汇聚端之间的干扰。

发明内容

本发明的问题在于在安装于等温化学反应器内的径向热交换板的径向热交换流体馈入或收集导管的内端之间提供合适的空隙以及避免机械干扰。

该问题通过包括具有大致环形结构的至少一个板式热交换器的等温化学反应器实现，所述热交换器包括多个径向布置的热交换板，以及至少一组用于向所述板的内部通道馈入热交换流体或者从所述板的内部通道收集热交换流体的径向导管，所述径向导管与板的径向边对齐，所述径向导管由于其径向布置而具有发散端以及相对的汇聚端，所述反应器的特征在于，所述至少一组径向导管的径向导管的汇聚端具有相比于相应的发散端减小的横截面。