[发明专利]管束式反应器

说明书

技术领域

本发明涉及一种按权利要求1的前序部分所述的管束式反应器。本发 明还涉及一种用于测量在这种管束式反应器内的温度曲线的方法。

背景技术

为了进行非均匀催化的气相反应如氧化、氢化、脱氢、硝化、烃基化 过程，在化学工业中特别是管束式反应器经证实是固定床反应器的特别好 的结构形式。这种管束式反应器例如由DE 2 207 166 A1已知。管束式反 应器包括带有竖直设置的反应管束的反应器主部件，在其反应管内通常有 颗粒状的催化剂，有时可能还有惰性材料。反应管在其端部密封地固定在 上和/或下管底内。管束被反应器外壳包围。反应可以是吸热的或放热的。 反应气体混合物通过覆盖(überspannen)有关管底的反应器罩输入反应管， 并通过覆盖另一管底的反应器罩作为混合气体产物从反应管中输出。

这样创造稳定的反应条件，即反应管的外侧被载热介质环绕流动，并 且这时确保尽可能好的热传递。如果反应管横向迎流，那么在载热介质中 没有相变化时是这种情况。在目前常常具有30000个和更多反应管的大型 管束式反应器中，载热介质经常被用环形或盘形换向板之字形引导穿过环 形管束。例如通过在EP 1 569 745 A1中所述的特征能实现径向相同的热传 递。通过由导流元件的相应的设计或由例如根据DE 2 201 528 B1的附加载 热介质回路实现的合适的导流可以沿反应管调节对各自的过程优化的温度 曲线。

载热介质通过位于反应器外部的循环装置经由环形通道被分配到反应 器圆周上，并经由多个外壳开口流入反应器的外壳腔中。从反应器流出的 被加热的载热介质在一位于反应器外的冷却器内冷却。

为了判定在反应器内的反应进程和在产物质量和转化方面最佳地控制 反应过程，检测催化剂散料(部)(Katalysatorschüttung)内沿轴向的温 度具有决定性的意义。在一系列催化的气相反应中，特别是在催化的部分 氧化反应中，在反应管的起始区域内强烈地发热，形成温度最大值，即所 谓的“(过)热部位(Hot Spot)”。在运行时，知道过热部位-温度格外 重要，以便在超过容许的温度时可以相应地改变过程。否则会损坏催化剂， 同时恶转化、选择性和产量。

为了将测量技术费用保持在限定范围内，仅测量一部分反应管的温度。 未被监测的反应管的状况由被监测的反应管的状况推导出。为此采用所谓 的热管。它们包含温度测量装置。用催化剂填充反应管，在这些反应管中， 测量在催化剂散料内的、沿流动路径的温度。

主要采用两种方法来测量温度。在这两种方法中，通常将一保护管引 入热管中央。接着，在保护管外壁和热管内壁之间的环形腔内填入催化剂。 保护管保持在该位置上。然后将一温度计引入保护管内，该温度计可以根 据不同的物理原理工作，并可以具有一个或几个单个温度测量部位。应用 最广泛的实施结构是电阻式温度计和热电偶，其中优选采用热电偶。后者 只需要小的空间，由此也可以沿轴向设置多个单个的温度测量部位。

在第一种方法中，这种温度测量装置由一单个的温度计组成，该温度 计在保护管内轴向移动。这种方法的优点在于，保护管的直径可选择得非 常小(例如3.2mm或更小)，因为只需唯一一个温度计。用这种方式仅极 小地影响反应管内的反应过程。用该温度计可沿反应管行进到任何部位并 测量温度，因此能使温度测量的数量和地点随时与反应过程相匹配。

在这种方法中，虽然可以连续地检测沿反应管整个路程上的整个温度 曲线，但这种装置必须大致和反应管一样长并需要专门的导引装置，因而 在机械方面非常敏感，因此这种方法只能在较小的实验室反应器和中型反 应器(Pilotreaktor)中实施。此外，只能测量稳定/静态运行状态的温度曲 线，因为温度计必须在每个测量点上停留一定时间，以便温度计接收新测 量位置的温度。也就是说，如果温度计在反应器起动或过程参数改变时测 量热管一端部处的温度，则在另一端部的温度和第一次测量相比可能已经 完全改变了。如果过快地走完整个区域，则可能没有测出正确的温度，因 为温度的平衡时间对于测量位置太短。此外，可移动的温度计敏感并且安 装和运行费用高。因此其不适合于用在大型商业性管束式反应器中。