[其他]改进非均相催化合成反应器以降低能量消耗的系统及其相应的反应器

说明书

本发明是一种增加非均相合成反应器特别是氨合成反应器转化收率并减少其能量消耗的系统。合成反应器由外壳（P）（通常是整体），内件（C）组成。内件C的外径是（D），其内装有一层或多层触媒颗粒。触媒床（K）高（Hi），位于外筒壁、内筒壁和多孔底（F）之间。外筒壁由内件的一部分构成，其内径为（Di）高度为Hi。内筒壁由输送新鲜合成气的中心输气管（T）的一部分构成，其直径De较（Di）小，高度也是（Hi）。每个触媒床的上部都是敞开的。合成气进气作轴向流动。

正如所知，在加压下进行催化合成的反应器，特别是氨、甲醇以及高级醇类的合成反应器通常由外壳（一般是整体的）和内件组成。内件中装有一层或多层不同型式具有不同特性的触媒颗粒称为触媒床。

对于放热反应，为了使得各触媒床层保持最佳温度，通常在触媒床之间对流经触媒床的气流进行冷却。冷却方式可以是在床层之间注入新鲜反应气（冷激式）即采取与进口冷气直接换热的方式。

近年来，有人提出采用气体在触媒床中作径向流动（Lummus，Topsoe，Kellogg，美国专利3918918和4181701号，欧洲专利申请007743-A1号）或轴向-径向混流型（Ammonia    Casale美国专利4372920和4405562号）的反应器。这些反应器和原先的轴流式反应器相比进了一步。尤其是在触媒量很大的情况下，它仍能保持较小的流经触媒床层的压力降因而可以节约能量。

气体轴向流动型要求将反应器制成矮胖型（即长径比小）。其设备费用和能耗都比较高。

Ammonia    Casale专利（美国专利4372920和4405562号）大幅度地简化了合成反应器内件的结构，便于对内件进行检修和装卸触媒，同时也降低了气体的压力降。

在上述几个专利中，每层触媒床实际上都是由多孔外壁、多孔内壁和一个封底组成，触媒床上部是完全敞开的。在上述内外两个筒壁中至少有一个筒壁上部不开孔。筒壁的不开孔区和位于上述两个筒壁上端的敞开截面形成一个区域，使得流经触媒的小部分气体仍其本上是沿轴向流动而大部分气体则是沿径向流经位于筒壁开孔区的大部分触媒床。上述筒壁上端，其平面与前述筒壁的轴线相垂直。

因此，基本上沿轴向流动所占的气体量是完全由筒壁上部至少有一个筒壁不开孔区的高度所确定。而不开孔区只占整个筒壁高度的较小部分。

长径比大于10（即径长比小于0.1）的反应器最好按照上述技术进行设计。

在当今世界经济状况下，对现有大多数采用轴流式反应器（如氨合成反应器等）的装置进行现代化改造具有重要意义。这些轴流式合成反应器的特点是长径比小，之所以这样是因为上面所说的原因，即要保持较低的压力降。轴流式反应器不但能耗高而且还有其它的缺点，特别是那种“lozenge”式反应器，因为只有一个单层高触媒床，因而压力降很大导致能耗高，而且底部触媒由于受压迫，容易损坏，丧失部分活性。

本发明的目的是为在加压下进行非均相催化合成的反应器提供一个降低能量消耗的方法，特别适合于对那些常用的低长径比轴流式反应器，如Kellogg，ICI型反应器进行技术改造。上述这些反应器为七十年代后期建造的大型（日产800～1500吨）装置所广泛采用。上述大型工厂的特点，除了产量大之外，就是将装置自产的蒸汽送进一定的循环系统以带动透平压缩机和采用上面提到的低效率轴流式合成反应器。

上述装置能量消耗高的特点在能源可以廉价获得的年代中并不成为一个关键的因素。而造成能量消耗高的原因之一是因为这些装置采用轴流式反应器。

按照本发明，就不难对那些高能耗的轴流式反应器，特别是那些低长径比的反应器进行改造并取得很大的好处。这只要通过更改触媒筐结构使得至少在一部分触媒层中的气流流向由轴向变为以径向为主，最好轴向流动和径向流动并存或者完全径向（可以由外向内也可由内向外）就行。

因而，正如导言和主权利要求中所描述，本发明的方法是以下列改造触媒床形状的步骤和手段为特点的：

（a）在内件C外壁之内并靠近该内件外壁处加进一个圆筒，该圆筒高为Hi，直径为D′i。D′i应稍小于Di，Di是内件C的内直径。所加圆筒在高度Hi上的大部分区域开孔;

（b）再加一个内圆筒。内圆筒上在触媒床高度Hi上的大部分区域也开孔。内圆筒直径比前面说到达的中心输气管T的直径De略大;

（c）在触媒床底部F安装一个外径为Di内径为D′e的环形封底。