[其他]减少多相合成的多单元反应器及有关反应器中能量损耗的系统

说明书

本发明涉及在多相合成的多单元反应器中增加合成产量、减少能量损耗的系统，更具体地说，涉及合成氨的多单元反应器中增加反应产量、减少能量损耗的系统。其中，反应器的各单元由一个外壳（P）和一个直径为（Dc）、总高度为（Hl）的内筒芯（C）构成，并包含放置在轴向高度为（Hl）的催化床（K）中的颗粒状催化剂，催化床（K）位于直径为（Di）、高度为（Hi）的圆筒形外壁和直径为（D′i）（小于Di）、高度为（H′i）的圆筒形内壁以及一个锥状的底（PR）之间，催化床的上部横向表面是敞开着的，合成气体可以轴向通过，圆筒形内壁内收集反应后的气体。

众所周知，用于在压力下催化合成的反应器，特别是用于进行氨、甲醇、高（分子）醇等催化合成的反应器由一个外壳和单个单元或几个单元组成（根据C.F.Braun工艺），各单元有一个装有催化剂的内筒芯，其中装有放在一层或多层催化床中的各种不同形状和不同特性的粒状催化剂。在C.F.Braun工艺的反应器中，各单元有一个单层催化床。

流过各种催化床的合成气体在一个催化床及其邻近的床之间通常要被冷却。因为这些反应是放热反应，为使各种催化床达到最佳的温度条件，要注入新鲜气体（急冷反应器）或直接与冷的输入气体交换。在C.F.Braun工艺中，上述冷却是在置于反应器外部和反应器多个单元之间的热交换器中进行的。

最近，在Lummus、Topsoe、Kellogg的美国专利No.3918918、No.4181701以及欧洲专利申请No.007743-Al和Ammonia    Casale的美国专利No.4372920、No.4405562中已提出了气体在催化床中径向流动或轴向-径向流动的反应器。这和轴向流动反应器（包括C.F.Braun反应器）相比有明显的进步。特别是轴向反应器需要使用大量的催化剂来降低催化剂中的压力降和能量损耗。在这些情况下，轴向反应器需要很宽的反应器（装置的长度/直径比低），其设备费用高、能量损耗多。

Ammonia    Casale的美国专利No.4372920和No.4405562已使简化合成反应器中的筒芯的设计成为可能，从而得到便于维修保养的内部反应器结构，并能在低的压力降条件下同时装入和卸出催化剂。根据上述专利，各催化床实际上由一个穿孔的圆筒形外壁和一个穿孔的只有一端密封的圆筒形内壁构成（蓝的上壁实际上是完全敞开的），所述圆筒形内壁（或两个圆筒形壁）的上部未穿孔的部分和位于两个圆筒形壁的上端部之间与所述穿孔壁的长轴近似垂直的方向上的那部分敞开通道一起构成了少部分气体按一般的轴向流动流过催化床的通道，余下的主要部分的气体径向流过催化床的两个圆筒形壁穿孔区构成的主要部分。

根据上述发明，按一般的轴向流动流过床的那部分气体是由未穿孔的那部分圆筒形内壁（或内、外两个壁）的高度所控制的。按该发明的一般特征，这总之是壁总高度的较小部分。按上述发明，最好使用高度/直径比大于10（即直径/高度比小于0.1）的反应器进行生产。

在当前的经济世界里，现有工厂的现代化正变得愈来愈重量：大多数这类进行合成工艺生产的工厂（例如合成氨）都使用气体轴向流过催化床的反应器（轴向反应器），其特征是具有低的高度/直径比，这是因上面提到的在反应器中具有压力降所需要的。对于C.F.Braun反应器来说，它由几个具有低的高度/直径比的单元组成，各单元包含单个的催化床。和上面所述的同样的特征不仅适用于现有的反应器，而且也适用于由C.F.Braun设计的具有两个或两个以上单元的新的反应器。

在以前的专利申请中，特别是在欧洲专利申请No.86104911.2中，申请人已描述了一种降低在压力下进行多相催化合成的反应器中的能量损耗的系统，更具体地是一种高度/直径比（小于10）低的反应器中的能量损耗的系统。这是一种特别适合于改进现有的气体轴向流动反应器（更具体地说，就是在大多数于七十年代末建成的高容量工厂（800÷1500t/d）中所用Kellogg反应器）的系统。

在另一项专利申请中描述了用于改造“Chemico”轴向反应器的系统。

上述所有使用轴向反应器的工厂的特点是在能达到低成本的那些年中没有顾及到高的能量损耗，因为这种轴向型反应器是引起高能量损耗的原因之一。

在继续对此进行研究的过程中，申请人发现了一种目前能易于实现其它轴向反应器，特别是C.F.Braun反应器的现代化的系统，不管该反应器是现存的还是新建的。