[发明专利]用于等温化学反应器的具有径向布置的元件的热交换器

说明书

技术领域

本发明涉及适用于等温或者伪等温化学反应器中的新型的热交换器。更具体的说，本发明涉及热交换器、热交换器的热交换元件、及装备有该热交换器的反应器。

背景技术

等温或伪等温化学反应器是装备有内部热交换器以控制反应区的温度的反应器。运转时，热交换器注有适当的冷却或者加热介质，例如水、蒸汽等等，并补偿分别通过进行的放热或吸热化学反应所放出的或吸收的热。通常，热交换器浸于催化床中。这样的反应器的例子为甲醇合成反应器和转换炉，其中包含一氧化碳的合成气体被处理，以便将一氧化碳转换成二氧化碳。

已知的等温反应器可装备有管式热交换器或者板式热交换器。该反应器也相应的被称为管式等温反应器或者板式等温反应器。

传统的管式等温反应器包含由相对的管板所支撑的管束形式的热交换元件。板式等温反应器具有板形式的热交换元件，该板由至少沿着其周边彼此相连的平行的墙所形成，以限定用于热交换介质的内部通道。

EP-A-1284813公开了板式等温反应器。EP-A-1705445中公开了用在化学反应器中的特别有利的板式热交换器，包含所谓的“膨胀”板，该“膨胀”板由两个通过周边焊接和可能其他焊接点连接的平金属板所形成的，所述两个平金属板还经受了高压液压膨胀，以在两个板之间建立液体通道。

板式等温反应器通常优于管式反应器，因为具有例如为大交换面积的优势。通过可能的模块结构能使得安装和维护更容易，其中交换器是由包含一定数量的板的模块组成，能够通过相对小的检修孔插入或移除每个模块。在另一方面，管需要与反应器的外壳一样大的管板，意味着反应器必须具有大约与外壳直径相同的上部凸缘和下部凸缘。大凸缘更昂贵并且可能造成密封的问题，此外，通常不能替换或取出管式热交换器的一部分以用于维护。

在轴向流动或者径向流动反应器中，反应空间通常是与催化床的入口/出口相对应的在内径和外径之间的环形空间。因此内部板式热交换器形成为具有径向板的基本上环形的单元，径向板在朝着反应器的轴线的一端收敛，在靠近反应器的外壳的位置的一端发散。这种设置具有多个优点，包括最佳利用了反应器内部的有效体积。

存在着增加这样的化学反应器的负荷的连续的动机，以增加生产率。因此热交换器需要在整个反应区域交换相当多的热能，并提供反应温度的精确控制。在新的高反应性的进料的入口和反应区的外部区域(径向向心流动)的要求更高，入口处的反应的热能较大，在反应区外部区域由于交换器的径向布置，而导致热交换元件彼此之间相对远离。

发明内容

在一个包含圆柱形壳体和一系列放射状布置在环形反应空间中的热交换元件的化学反应器中，本发明面对的技术问题是改变热交换元件的结构以获得有效热交换面积的最佳利用，特别是在反应空间的外部区域的热交换面积，在外部区域放射状的元件发散。

本发明提供了一种等温化学反应器，包含大体上圆柱形的壳体和大体上环形的反应空间，所述反应器包含设置在所述反应空间中的热交换器，该热交换器包含一系列环绕着反应器的中心轴线放射状布置的热交换元件，其中每个所述热交换元件在径向方向上延伸穿过所述反应空间，每个热交换元件包含多个用于加热液体或冷却液体的通道，所述通道大体上平行于所述反应器的所述轴线，特征在于：

-所述通道在与所述反应器的所述轴线相垂直的平面上具有细长的横截面，该横截面具有长轴和短轴；

-每个所述热交换元件具有至少第一子通道和至少第二子通道，所述第一子通道位于所述反应空间的内部区域并且被布置成所述长轴与所述径向形成大于或等于0°的第一角度，所述第二子通道位于所述反应空间的外部区域，并且被布置成所述长轴与所述径向形成第二角度，所述第二角度大于所述第一角度。

根据该说明，子通道包含各个热交换元件的一个通道或多个连续通道。术语热交换元件被缩写成HX元件。反应空间的内部区域指的是所述空间的离反应器的轴线较近的环形部分，而外部区域指的是离壳体较近的环形部分。

所述第一角度是小角度，优选的在0-15°的范围，更优选的等于0°，即内部通道优选的被布置成它们的横截面的长轴与反应器内的径向平行。

所述第二角度优选的小于或等于90°。在优选的实施方式中，所述第二角度在30°至90°的范围，优选的等于或接近90°。

在更优选的实施方式中，每个HX元件包含至少一中间子通道，该中间子通道位于所述第一子通道和所述至少一第二子通道之间，并且所述中间子通道的通道被布置成所述横截面的长轴形成在所述第一角度和所述第二角度的范围之间的中间角度。在另一个实施方式中，具有一个或多个所述中间子通道。