[发明专利]绝热轴向流动转化器

说明书

在一种绝热轴向流动转化器中，其中工艺气体从外环面穿过，经由催化剂床到达内中心管道，工艺气体在催化剂床中转化成产物，催化剂床包括至少一个模块，所述模块包括一个或多个催化剂层。供给装置布置为从外环面到一个或多个模块的入口部分提供工艺气体流动，并且收集器装置布置为提供轴向穿过一个或多个模块的催化剂床到达中心管道的已转化的工艺气体的产物流的流动。

本发明涉及一种绝热轴向流动转化器，其中工艺气体从外环面(outer annulus，外周)穿过，经由催化剂床到达内中心管道，工艺气体在催化剂床中转化成产物。

更具体地，本发明涉及等温或拟等温化学反应器的技术。已知等温或拟等温化学反应器设置有内部热交换器，其适于向反应器本身中产生的化学反应提供热量或从该化学反应中清除热量。热交换器通常被插入在反应区内部的催化层中，并且其用于将反应物的温度保持在理想范围内，以补偿反应本身的生热或吸热。在其他用途中，等温反应器通常用在生产甲醇或氨的设备中，其合成反应是放热的。

在化合物(诸如甲醇和氨)的工业生产领域中，众所周知，需要开发具有高的反应物转化产量的非均相合成工艺以及具有大生产能力、低投资成本和低能耗的设备。为此目的，已知用于催化化学反应的反应器包括基本上圆柱形的外壳，其配备有用于反应物和反应产物的合适的入口/出口，并包含催化层，热交换单元嵌入在该催化层中，如果化学反应是放热的，则热交换单元能够从反应气体中带走热量，或反过来，如果化学反应是吸热的，则热交换单元能够供应热量。这样的反应器被认为是“拟等温的”或更简单地“等温的”，因为热交换单元将反应器中的温度维持在预定范围内。

如所述的，由于用氮气和氢气(以近似1:3的比例)合成氨是放热的并且反应是在高温和高压下进行的这个事实，因此氨转化器(Ammonia converter，氨合成塔)是复杂的。因此，在一系列催化剂区之间通常使用级间冷却，以维持适合于最佳转化效率的动力学和平衡条件。还必须为维护催化剂区做好准备，例如，当催化剂丧失其效用时，定期清除和更换催化剂。

因为氨转化器是复杂的，而且是非常重要的装备部件，所以做出许多努力来提高它们的效率。因此，US 2004/0096370A1公开了一种分流竖直式氨转化器，在所述分流竖直式氨转化器中，固定床催化剂区被构造成两个机械分离的催化剂体积部(volumes)，两个气体流(two gas streams)平行地运行(operating)。该设计维持了气流与催化剂体积部的比例，因此没有催化剂效用损失。催化剂床和气流路径被构造为使得气流向下通过每个催化剂体积部。

根据US 2008/0014137 A1，在一转化器中产生氨，在所述转化器中，通过将反应区的至少一部分布置成与诸如废气或预热空气的热气流间接接触而通过所述反应区的对流冷却来接近(approach，近乎达到)拟等温条件。

轴向-径向流动反应器在合成工艺中的使用本身并不新颖。例如其在US 5,427,760中得以公开，该文献公开了具有外部散热器的布劳恩合成器(Braun synloop)中的轴向-径向反应器。在US 4,372,920中，描述了用于非均相合成中的轴向-径向反应器，以及US5,352,428涉及高转化氨合成。后一美国专利的图4是适于用在所述的设备和工艺中的轴向-径向流动反应器的图示。

US 2002/0102192 A1描述了一种催化剂反应器，其中，可以实现轴向-径向流动，伴随的优点是减小的压差，但没有任何“复杂的反应器内部件”。该反应器具有入口端口和出口端口，以及围绕中心区域设置的颗粒催化剂床，该中心区域与端口中之一连通，并且表现出比催化剂颗粒更小的流动阻力。催化剂床内的中心区的高度等于催化剂床的高度的至少大部分，并且催化剂床的外部表面小于反应器的外部表面，因此在催化剂床的外部表面与反应器的内部壁之间留有空间，所述空间填充有具有比催化剂颗粒更小的流动阻力的颗粒材料。

在EP 2 167 226 B1中，公开了一种用于化合物的非均相合成的反应器的催化床的壁系统。所述反应器配备有固定催化剂床，合成气的气体流特别是以轴向-径向流动横越所述固定催化剂床。该设计可能类似于本发明的设计，但是没有设想罐的概念。