[发明专利]管状反应器中容纳催化剂的容器

说明书

本发明涉及用于管状反应器的催化剂承载器。更具体地，本发明涉及用于进行放热反应或吸热反应的管状反应器的催化剂承载器。仍然更具体地，本发明涉及用于进行放热反应或吸热反应的反应器的催化剂承载器，其中该反应器包括多个所述催化剂承载器。

管状反应器包括多个管，管通常为圆筒形并且通常随机地填充有催化剂颗粒。传热装置将位于这些管的外部。在操作期间，气体、液体、或者气体和液体从管中流过并经过催化剂颗粒，从而发生所期望的反应。

对于许多反应，反应的热效应为中等。在这种情况下，可使用大直径的管使得大量催化剂分布在管内。然而，对于更多的放热和吸热反应，有必要通过管壁进行有效的热传递以控制反应器内的条件。这意味着分布在管内的催化剂颗粒的数量减少以及因此必须减少管的截面积。

在许多情况下，发生中等至高度放热反应的管状反应器受到热传递的限制。其缺点之一为，因为增加的生产率产生增加的热量，而必须以维持稳定的操作温度因此避免热失控的速率移除增加的热量，所以更活跃的催化剂的益处难以实现。当反应为中等至高度吸热反应时，问题可随着增加的发热而产生并且在一些系统中可能破坏管壁。

已知的反应器具有使其变得不太理想的多个缺点。这些反应器注意的一个问题是，为了有效地提取反应热，管的直径必须相对较小以确保管的中心线仍然足够凉从而避免放热反应中的热失控或吸热反应中的淬冷。由于管必须相对较小，通常具有约15mm至40mm的内径，因此显著增加了反应器中需要容纳特定催化剂体积的管的数量并因此增加了管的重量，因而限制了具有合理装运尺寸和重量的单个反应器的生产率。

第二个问题在于，催化剂颗粒必须具有特定的尺寸和形状以及强度以便不会对合适的管长度造成过度的压降，并且这通常导致使用更大的催化剂颗粒。就其自身而言，这可能有问题，其中反应受质量或热传递限制，或者受两者限制。尽管这些问题中的一些可通过确保活性部位仅出现在催化剂颗粒的表面附近而得到缓解，但是这可能限制了可实现的生产率，因为可用的活性部位必须更努力地工作以提供合理的整体生产率，其可缩短催化剂的寿命。

因此希望提供一种使用具有粉末或高表面积结构化或发泡的催化剂的较大横截面积管的装置，该装置在高生产率下操作因此具有高的热输出，并维持约20m的长管和可接受的压降。

本发明通过提供一种催化剂承载器装置来解决上述问题，该催化剂承载器装置被配置于反应器内，并且在使用中优化管壁处的热传递，使得可使用具有较大量的较小催化剂颗粒的较大管，并且使得反应器可在高生产率下(甚至在放热或吸热反应中)操作且具有可接受的压降。

因此，根据本发明，提供了一种用于插入管状反应器的管内的催化剂承载器，该催化剂承载器包括：

环形容器，用于容纳使用中的催化剂，该容器具有限定管的穿孔内壁、穿孔外壁、封闭环形容器的顶面以及封闭环形容器的底面；

表面，封闭由环形容器的内壁形成的管底部；

裙部，沿环形容器的穿孔外壁从位于或接近容器的底面的位置向上延伸至密封件位置之下的位置处；以及

密封件，位于顶面处或顶面附近，并且从容器延伸至超出裙部的外表面的距离。

为了避免不清楚，对易于参考的定向的任何讨论(例如，向上、在......之下、下以及诸如此类的词语)已参照附图中所示的催化剂承载器的方向进行了讨论。然而，本发明的催化剂承载器还可用于替代的定向，例如水平。因此，应在文中对应地理解这些术语。

容器的大小通常被设定使得容器的尺寸小于在使用中容器被置于其中的反应器管的内部尺寸。密封件的大小被设定为使得密封件在本发明的催化剂承载器在管内就位时与该反应器管的内壁相互作用。诸如承载器长度和直径的参数将被选择以适应不同的反应和配置。

在用于向下流的垂直反应器中时，反应物向下流过管，并且因此首先接触催化剂承载器的上表面。因为密封件阻止反应物绕容器的侧面通过，容器的顶面将其引导至由容器的内穿孔壁限定的管内。然后，反应物通过穿孔内壁进入环形容器，然后朝向穿孔外壁径向穿过催化剂床。在从内壁到外壁的通过期间，反应物接触催化剂并且发生反应。未反应的反应物和生成物然后通过穿孔外壁流出容器。然后，向上延伸的裙部将反应物和生成物在裙部内表面与环形容器的外表面之间向上引导直到它们到达密封件。然后密封件的下侧将反应物和生成物引导到裙部的末端之上，并且反应物和生成物在裙部的外表面与发生热传递的反应器管内表面之间向下流动。

将理解，反应器为向上流反应器或例如水平定向时，流动路径将与上述的流动路径不同。然而通过该容器的路径原理将如上所述。