[发明专利]多相放热合成反应器、其改造方法和实现该反应的方法

说明书

本发明涉及就地改造多相放热合成反应器、特别是所谓凯洛格型(kellogg)反应器的方法，反应器包括一个外壳，其中在相互留出的空间中支持着多个叠加催化剂床。

本发明特别涉及包括以下预备步骤的使反应器就地改造的方法：

在所述外壳的上部设置第一和第二催化剂床，在其下部至少设有第三催化剂床；

每个催化剂床设有向其加入径向流动或混式流动的试剂气体的装置；

在所述第一和第二催化剂床间设有第一气/气换热器。

在说明书和权利要求中，“就地”改造是指现有反应器的现场改进，目的是改善其性能，获得和新制反应器可比的性能如生产能力和/或转化率。

本领域术语中，这种改造也称为改型或改进。

已知一般在多相放热合成领域，特别是在氨和甲醇生产中，需要满足两重要求，即一方面提高现有合成反应器的生产能力，另一方面提高转化率并降低反应器能耗。

为了满足上述要求，改造现有反应器的技术交得愈加受到欢迎，其目的在于避免替换现有反应器造成的浪费，同时获得相应于现有催化剂体积的最大转化率。

基于用新的高产率径向或混式催化剂床代替现有反应器的催化剂床，第一个改造方法由同一申请入记载在例如US 4,755,362中。

按照上述方法，各个催化剂床间的中间冷却(从热力学观点看对促进放热合成反应是必要的)是在被改造的反应器中通过混合冷反应物或“急冷”气体进行的。

但是直接混合未反应过的气体进行冷却引起不可避免的稀释后果，相应降低了离开反应器的气体中反应产物的浓度，从而降低了最终的转化率。

根据US 4,963,338和5,254,316，已找到方法克服上述缺陷，它们是通过在被改造的反应器中至少向在催化剂床间流动的气体提供一个间接冷却装置。

间接冷却是在中间催化剂床或两个最上部催化剂床中设置的气一气换热器中进行的。

尽管这些改造方法增加了生产能力，减少了能耗，但是改变现有反应器结构的难点还未解决，另一方面，需要消除或至少进一步减少中间急冷的数量。

就多相合成反应器的所谓凯洛格型而论，上述缺陷尤其难以克服，因为它们的结构特点在改造过程中受一系列限制因素的影响，使得极难插入作为间接冷却流动在催化剂床间气体的附加的换热器。

在催化剂床间难以插入附加换热器的第一个因素是催化剂床的高度不可能适合于换热器的设计高度。

实际上，支撑催化剂床的底板位置不能任意改变，否则会引起结构屈服性的严重危险。

在催化剂床间难以插入附加换热器的第二个因素是原先进入孔的尺寸有限，其不可克服地受到在催化剂床间插入换热器的尺寸的限制。

正是因为这些限制因素，由现有技术提出的改造方法，即靠适当地减少中间间接或“急冷”冷却的数量，获得进一步提高转化率的问题还没有得到解决。

因此，本发明存在的技术问题是提供一种改造多相放热合成反应器特别是但不仅限于所述凯洛格型反应器的方法，通过本发明的改造方法可获得比上述现有技术更高的转化率。

所述问题可通过上面提出的方法解决，该方法的特征在于还包括以下步骤：

在第一换热器中设置用于间接冷却第一和第二催化剂床间流动的气体的装置；

在所述第三催化剂床中设置第二气-气热换器；

在第二换热器中设置用于间接冷却第二和第三催化剂床间流动的气体的装置。

有利的是，本发明方法在不改变外部结构的同时获得了从热力学观点看更有效的反应器，这是因为消除了由流动在催化剂床的中间“急冷”冷却气体产生的稀释作用。

在本改造方法优选的和有利的实施方案中，所述用于间接冷却反应产物的气-气换热器靠支持催化剂的环形筐，利用催化剂床内中央留出的空间，被安置在反应器中，并和催化剂床共轴。

以这种方式，反应器的热力学构造和使用合适的体积都是最优化的，其有益于用来安放催化剂或在催化剂床间为间接气体冷却设计的换热器。

在一个优选的实施方案中，第一和第二气-气热交换器分别被设置于上部的催化剂床和下部的催化剂床中，并在管程上相互串联连接。

根据上述实施方案，第一换热器利用冷却流体冷却离开第一催化剂床的反应物，冷却流体主要由气体混合物组成，包括从外面部分进入的气体试剂和部分从下面第二换热器出来的部分被加热的气体试剂。

由于上述特点，本发明方法通过简单调节组成上述混台物冷气体试剂的流率，能获得对进入第二和第三催化剂床气体极灵活和有效的温度控制。